开环控制与闭环控制的区别

1.开环控制

1）定义

输出量与输入量之间没有反向联系，只靠输入量对输出量单向控制的系统叫开环控制系统。因为控制作用是由输入信号直接向前输送，而不是由输出信号回输到输入信号来进行控制的，故开环控制又可称为前馈控制。

在开环控制系统中，控制精度和抑制干扰的特性都比较差，且控制的效果不能实时跟踪。开环控制主要应用于机械、化工、物料装卸运输等过程的半自动化控制。例如直流电机转速控制系统，通过改变电位器位置可改变电压值，电压0～10 V 可使得电机转速为0～1 000 r/min，控制电压即可控制转速，如图1.1.2 所示。

图1.1.2　电机速度控制示意图

2）开环控制结构

在开环控制系统中，被控量的值未在控制过程中构成控制作用，例如，图1.1.2 所示电机控制未将直流电机的转速信息构成对电位器的控制作用，控制框图如图1.1.3 所示。

图1.1.3　电机速度控制框图

3）开环控制系统的特点

（1）结构简单经济。

（2）调试方便。

（3）抗干扰能力差，控制精度不高。

2.闭环控制

1）定义

输出量与输入量之间有反向联系，靠输入量与主反馈信号之间的偏差对输出量进行控制的系统叫闭环控制系统，即闭环控制系统是控制系统的一种类型。具体内容是指：把控制系统输出量的一部分或全部，通过一定方法和装置反送回系统的输入端，然后将反馈信息与原输入信息进行比较，再将比较的结果施加于系统进行控制，避免系统偏离预定目标。闭环控制系统利用的是负反馈，即由信号正向通路和反馈通路构成闭合回路的自动控制系统，又称反馈控制系统。图1.1.2 对应的闭环控制示意图如图1.1.4 所示。

图1.1.4　电机速度闭环系统控制示意图

图1.1.4 对应的电机速度控制闭环框图如图1.1.5 所示。

图1.1.5　电机速度控制闭环框图

2）闭环控制系统的结构与术语

一般控制系统的结构框图如图1.1.6 所示。

图1.1.6　闭环自动控制框图(www.xing528.com)

闭环控制系统中的基本术语有：

（1）Y：被控量或输出量。

（2）E1：控制量。

（3）U：设定量或输入量。

（4）D：扰动量。

（5）Ym：反馈量。

（6）E：偏差量。

（7）从输入量U 到输出量Y 为前向通道或正向通道。

3）确定控制器的正反作用

根据图1.1.6 的输入和输出关系，首先确定被控对象Gp增益的正负，保证控制系统成为负反馈。

（1）负反馈准则：控制系统开环总增益为正。

（2）开环总增益：各组成环节的增益之积。

（3）环节的增益为正：当环节输入增加时，其输出也增加。

（4）负反馈准则：GcGvGp>0。

（5）根据检测变送环节的输入-输出关系，确定检测变送环节增益的正负。

（6）根据负反馈准则，确定控制器的正反作用。

4）锅炉水位控制系统框图

为了实现各种复杂的控制任务，被控对象的输出量（被控量）是要求严格加以控制的物理量。系统分析需要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成系统框图，图1.1.1 所示的锅炉水位控制系统框图如图1.1.7 所示。

图1.1.7　锅炉水位控制系统框图

5）闭环控制系统的特点

（1）具有纠正偏差的能力。

（2）抗扰性好，控制精度高。

（3）包含元件多，结构复杂，价格高。

（4）参数应选择适当，可形成自动控制。