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开环控制和闭环控制的区别

开环控制和闭环控制的区别 开环控制和闭环控制是自动控制系统中两种基本结构，开环控制和闭环控制区别在于是否存在反馈机制以及系统是否根据输出结果实时调整输入。下面重点介绍开环控制方式和闭环控制方式。 开环控制 开环控制方式是指控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程，按这种方式组成的系统称为开环控制系统，其特点是系统的输出量不会对系统的控制作用发生影响。开环控制系统可以按给定量控制方式组成，也可以按扰动控制方式组成。 按给定量控制的开环控制系统，其控制作用直接由系统的输入量产生，给定一个输入量，就有一个输出量与之相对应，控制精度完全取决于所用的元件及校准的精度。因此，这种开环控制方式没有自动修正偏差的能力，抗扰动性较差，但由于其结构简单、调整方便、成本低，在精度要求不高或扰动影响较小的情况下，这种控制方式还有一定的实用价值。目前，用于国民经济各部门的一些自动化装置，如自动售货机、自动洗衣机、产品自动生产线、数控车床以及指挥交通的红绿灯的转换等，一般都是开环控制系统。 按扰动控制的开环控制系统是利用可测量的扰动量，产生一种补偿作用，以减小或抵消扰动对输出量的影响，这种控制方式也称顺馈控制或前馈控制。例如，在一般的直流速度控制系统中，转速常常随负载的增加而下降，且其转速的下降与电枢电流的变化有一定的关系。如果我们设法将负载引起的电流变化测量出来，并按其大小产生一个附加的控制作用，用以补偿由它引起的转速下降，就可以构成按扰动控制的开环控制系统。这种按扰动控制的开环控制方式是直接从扰动取得信息，并以此来改变被控量的，其抗扰动性好，控制精度也较高，但它只适用于扰动是可测量的场合。 闭环控制 闭环控制是机电控制系统基本的控制方式，也是应用广泛的一种控制系统。在闭环控制系统中，控制装置对被控对象施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量的偏差，从而实现对被控对象进行控制的任务，这就是闭环控制的原理。 其实，人的一切活动都体现出闭环控制的原理，人本身就是一个具有高度复杂控制能力的闭环控制系统。例如，人用手拿取桌上的书，汽车司机操纵方向盘驾驶汽车沿公路平稳行驶等，这些日常生活中习以为常的平凡动作都渗透着闭环控制的原理。下面，通过解剖手从桌上取书的动作过程，透视它所包含的闭环控制机理。如图A所示，书的位置是手运动的指令信息，一般称为输入信号（或参控量）。取书时，首先人要用眼睛连续目测手相对于书的位置，并将这个信息送入大脑（称为位置反馈信息），然后由大脑判断手与书之间的距离，产生偏差信号，并根据其大小发出控制手臂移动的命令（称控制作用或操纵量），逐渐使手与书之间的距离（即偏差）减小。只要这个偏差存在，上述过程就要反复进行，直到偏差减小为零，手便取到了书。可以看出，大脑控制手取书的过程，是一个利用偏差（手与书之间距离）产生控制作用，并不断使偏差减小直至消除的运动过程。显然，闭环控制实质上是一个按偏差进行控制的过程，因此，它也称为按偏差的控制，闭环控制原理就是按偏差控制的原理。 图A 人取书的反馈控制系统方块图 通常，我们把取出的输出量送回到输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程，称为反馈。若反馈的信号是与输入信号相减，使产生的偏差越来越小，则称为负反馈，反之，则称为正反馈。闭环控制就是采用负反馈并利用偏差进行控制的过程，而且，由于引入了被控量的反馈信息，整个控制过程成为闭合的，所以称闭环控制。其特点是不论什么原因使被控量偏离期望值而出现偏差时，必定会产生一个相应的控制作用去减小或消除这个偏差，使被控量与期望值趋于一致。可以说，按闭环控制方式组成的闭环控制系统，具有抑制任何内、外扰动对被控量产生影响的能力，有较高的控制精度。但这种系统使用的元件多，线路复杂，特别是系统的性能分析和设计也较麻烦。尽管如此，闭环控制仍是一种重要的并被广泛应用的控制方式，自动控制理论主要的研究对象就是用这种控制方式组成的系统。 采用闭环控制方式的一个例子是函数记录仪。函数记录仪是一种通用的自动记录仪，它可以在直角坐标上自动描绘两个电量的函数关系。同时，记录仪还带走纸机构，用以描绘一个电量对时间的函数关系。 函数记录仪通常由变换器、测量、元件、放大元件、伺服电机一测速机组、齿轮系及绳轮等组成，采用负闭环控制原理工作，其原理如图B所示。系统的输入是待记录电压，被控对象是记录笔，其位移即为被控量。系统的任务是控制记录笔的位移，在记录纸上描绘出待记录的电压曲线。 图B 函数记录仪原理示意图 在图B中，测量元件是由电位器RQ和RM组成的桥式测量电路，记录笔就固定在电位器 RM的滑臂上，因此，测量电路的输出电压up与记录笔位移成正比。当有变化的输入电压ur时，在放大元件输入口得到偏差电压△u=ur - up，经放大后驱动伺服电机，并通过齿轮系及绳轮带动记录笔移动，同时使偏差电压减小。当偏差电压△u=0时，电机停止转动，记录笔也静止不动。此时up=ur，表明记录笔位移与输入电压相对应。如果输入电压随时间连续变化，记录笔便描绘出随时间连续变化的曲线。函数记录仪结构见图C，图中测速发电机反馈的信号是与电机速度成正比的电压，用以增加阻尼，改善系统性能。 图C 函数记录仪结构图 更多推荐文章： 步进电机开环和闭环的区别 步进电机和伺服电机的区别 有刷电机与无刷电机的区别 步进电机2相和3相的区别 单极性驱动和双极性驱动的区别 空心杯电机和普通电机的区别