开环控制系统和闭环控制系统的不同

控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。典型的开环控制系统框图如图1-22所示。开环控制系统给控制器输入期望达到的设定值，控制器控制系统达到理想控制效果，并且接收输出结果。因为输入到控制器的只有设定值，很明显开环控制系统对过程进行控制存在单向性和盲目性。开环控制系统的控制器没有接收到任何有关过程当前运行状态的信息，也没有做出任何调整。

图1-22 开环控制系统框图

虽然开环控制系统存在不确定的因素，输出结果不可调整，控制精度也没有闭环控制系统高，但是与闭环控制系统相比，开环控制系统的复杂程度和成本都更低。因此，在许多工业自动化应用场合仍然可以看到开环控制系统。例如，图1-23所示的PLC控制的步进电动机开环控制系统就是一个实例。

图1-23 开环步进电动机控制

在小功率、低速度的条件下，PLC以开环控制方式驱动步进电动机来控制位置的移动。步进电动机是有几组绕组绕在转子上的永磁电动机，其定子是永磁体，而线圈被称为相（如A相和B相）。按照线圈的相数，步进电动机分为2相、3相、4相等类型。线圈连接在PLC的输出端，在用户程序的控制下轮流被激励，通电的线圈产生磁场，从而带动步进电动机的转子产生旋转。PLC只是按照既定程序发送信号给步进电动机控制器，没有接收转子的反馈信号，因此不能监视转子是否正常转动。但是还是认为步进电动机能够正确地旋转，因为转子线圈是被步进脉冲顺序驱动。

闭环控制系统的过程输出作为反馈量传递给输入控制信号，这是闭环控制有别于开环控制系统的主要部分。闭环控制系统测量实际的过程输出并与期望的输出相比较，如果出现了差值，控制器将对输出进行连续的调整，直到期望输出与实际输出的差值在用户允许的足够小的范围内为止。虽然闭环控制系统比开环控制系统更难调整或校正，但是它能更精确地确定过程输出的产生，而且更精确地监控过程的输出。图1-24所示为典型的闭环控制系统框图。可以看出，传感器不断地测量实际的输出值，并通过反馈通道与输入设定值相减，从而决定系统的输出，因此称为反馈控制。如果有偏差，控制器将根据控制算法不断调整输出信号，并驱动执行元件动作，直到偏差为零。

图1-24 闭环控制系统框图

闭环控制系统各组成部分的功能如下：

（1）设定值 即输入信号，决定过程的期望输出值；设定值通常是由操作员提供，也可以由一些电路自动提供。(www.xing528.com)

（2）过程变量 过程变量包含当前过程运行状态信息的信号，一般是反馈信号。

（3）偏差放大器 决定实际过程输出是否与设定值相等，通常是由差动放大器提供输出信号，被称为误差信号或系统偏差信号。

（4）控制器 根据输入的偏差信号，采用各种控制算法，产生合适的校正输出信号。

（5）输出执行元件 输出执行元件是指直接引起过程改变的元件，例如电动机、电磁阀、风机、水泵和加热器等。

图1-25所示的配料自动称重填充系统就是一个闭环控制系统的实例，是一个连续控制过程。原料罐内是染剂等原材料，当空成品罐移动到填充位置（可以由传感器检测）后，PLC控制电磁阀打开，开始填充原料。填充期间，空成品罐和原料的重量实时由重量传感器所检测并传递给PLC，当实际的重量达到设定值的时候，PLC发送信号给电磁阀驱动其关闭，结束一个填充过程。在这个过程中：

图1-25 配料填充闭环控制系统

1）重量传感器测量成品罐的重量，并产生相应的电压信号或电流信号或数字码。

2）重量传感器反馈信号与事先设置好的反映期望重量的电压信号或电流信号或数字码相减。

3）只要输入信号与反馈信号的偏差大于零，PLC就会一直保持电磁阀打开。

4）当偏差变为零时，PLC才输出信号关闭电磁阀。