第十三课开环电子控制系统的设计和应用幻灯片
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开环控制系统与闭环控制系统ppt课件
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【闭环辨识的重要性】
1.不能轻易切断过程的反馈回路，否则可能造成过 程失控，严重影响运行。 2.自适应控制问题时，辨识跟控制是有机结合的， 这时辨识一定要在闭环情况下进行，以便随时修 改控制规律。 3.系统本身就存在着内在的，固有的反馈，因为他 们是内部存在的是客观的，无法解除的。
18
转速反馈控制的直流调速系统
29
结束语： 开环与闭环，作为自动控制中的两
大基本控制方式，广泛的运用于各种 行业，各种形式的自动控制中。而闭 环辨识，更是以其出色的控制效果， 为现代社会的发展做出了巨大的贡献。
30
参考资料： 《闭环系统的辨识》 《闭环辨识与开环辨识的比较及应用》 《闭环辨识与开环辨识的仿真比较》
31
谢谢观看！
+
z(k)
θ0
+
模型 θ
θˆ (k )
+ ~z (k)
-
zˆ(k )
辨识算法
14
辨识的分类 离线辨识、在线辨识 非参数模型辨识、参数模型辨识 非参数模型辨识（经典辨识）：假定过程是线性
的前提下不必事先确定模型具体结构。阶跃响应、 脉冲响应、频率响应、相关分析、谱分析等
参数模型辨识（现代辨识）：必须假定一种模型 结构，通过极小化误差准则来确定模型参数。最小 二乘类法、梯度校正法、极大似然法等
n
K
p
KsU
* n
Id
R
K
p
K
sU
* n
RId
Ce (1 K pKs / Ce ) Ce (1 K ) Ce (1 K )
式中: K K p Ks ——闭环系统的开环放大系数
Ce
【闭环辨识的重要性】
1.不能轻易切断过程的反馈回路，否则可能造成过 程失控，严重影响运行。 2.自适应控制问题时，辨识跟控制是有机结合的， 这时辨识一定要在闭环情况下进行，以便随时修 改控制规律。 3.系统本身就存在着内在的，固有的反馈，因为他 们是内部存在的是客观的，无法解除的。
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转速反馈控制的直流调速系统
29
结束语： 开环与闭环，作为自动控制中的两
大基本控制方式，广泛的运用于各种 行业，各种形式的自动控制中。而闭 环辨识，更是以其出色的控制效果， 为现代社会的发展做出了巨大的贡献。
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参考资料： 《闭环系统的辨识》 《闭环辨识与开环辨识的比较及应用》 《闭环辨识与开环辨识的仿真比较》
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谢谢观看！
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z(k)
θ0
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模型 θ
θˆ (k )
+ ~z (k)
-
zˆ(k )
辨识算法
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辨识的分类 离线辨识、在线辨识 非参数模型辨识、参数模型辨识 非参数模型辨识（经典辨识）：假定过程是线性
的前提下不必事先确定模型具体结构。阶跃响应、 脉冲响应、频率响应、相关分析、谱分析等
参数模型辨识（现代辨识）：必须假定一种模型 结构，通过极小化误差准则来确定模型参数。最小 二乘类法、梯度校正法、极大似然法等
n
K
p
KsU
* n
Id
R
K
p
K
sU
* n
RId
Ce (1 K pKs / Ce ) Ce (1 K ) Ce (1 K )
式中: K K p Ks ——闭环系统的开环放大系数
Ce
开环控制系统与闭环控制系统34页PPT
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
谢谢！
Hale Waihona Puke 36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
开环控制系统与闭环控制系统
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
谢谢！
Hale Waihona Puke 36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
开环控制系统与闭环控制系统
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
开环电子控制系统和闭环电子控制系统(课堂PPT)
反
自 动 门 电 动 器 门的开/合
控制电路
馈
开环电子控制系统的特点：
结构简单
造价较 低
适用于被控 对象的状态
变化较为 简单
被控量控制 精度要求
不高
闭环电子控制系统
闭环电子控制系统 控制系统能对输出结果进行检测，并将检测信号反馈到控制处理部分，
从而对系统的控制产生影响。
闭环电子控制系统的组成方框图
由于存在电冰箱外面的温度较高、经常开门等干扰因素，电冰箱冷 藏室不能一直保持预置温度，当电冰箱内温度回升并超过预置温度时， 电子控制电路又发出指令，使电磁继电器接通压缩机工作电路，压缩机 重新工作并进行制冷。如此往复循环，使电冰箱内能始终保持恒温。
马上行动P14
（1）找出身边开环电子控制系统和闭环电子控制系统的 例子。
√ √
√ √ √
√ √
开环电子控制系统和闭环电子控制系统的特 征讨论与区别？
特征：开环电子控制系统的结构相对简单,控制精度较低; 闭环电子控制系统的结构比较复杂控制精度相对较高。
区别：有无反馈
开环电子控制系统和闭环电子控制系统
练习
2、注意你周围的电子产品，查找说明书等有关资料，找出一个 由闭环电子控制系统构成的电子产品，画出它的方框图，分析 它是如何运用反馈来实现自动控制的。
开环电子控制系统：
电熨斗、电子门铃、电子调光台灯、带遥控电 视机公共汽车车门控制系统、
红绿灯定时控制系统、闹钟定时控制系统、自 动烘手机控制系统、游泳池注水定时控制系统
闭环电子控制系统： 空调机、电冰箱、智能电饭煲、现代 化农业温室
（2）闭环电子控制系统与开环电子控制系统相比有什么 优点？
闭环电子控制系统具有监测和反馈功能，可以提高控制 的精度，而且实现控制的自动化。
开环控制系统与闭环控制系统-PPT课件
特点
1、有反馈； 2、会调整； 3、被控量会被控制在一定的值——结果稳 定； 4、“结果”会影响“结果”； 5、给定量与被控量是可比较的同一种性质 的量。
系统辨识
辨识的定义 L. A. Zadeh曾给辨识下过这样的定义： “辨识就是在输入和输出数据的基础上，从 一组给定的模型类中，确定一个与所测系统 等价的模型。” 三要素： 输入输出数据（辨识的基础） 模型类（寻找模型的范围） 等价准则（辨识的优化目标）
比较器
给定量 （设定的温度） 控制器 （电子或微机 控制装置） 控制量 （电压）
执行器 （加热器）
被控对象 （加热炉）
被控量 （炉内温度）
检测装置 （热电偶）
加热炉的温度自动控制系统
其他闭环控制系统应用实例
值得一提的是，复杂的闭环控制也未必都属于自动控 制。汽车的驾驶就是一个常见的实例：汽车沿着道路行 驶，必须有人的操控，从控制的角度看，属于人工控制， 这时我们是将人与车作为一个整体，看成一个系统。驾 驶员通过操控方向盘、油门、刹车等机构，控制车辆行 驶的状态；同时，驾驶员还通过视觉，查看车辆与前方 道路或障碍物的位置关系信息，根据这一信息不断修正 自己的操作，使车辆按照预定的路线轨迹行驶。在这一 过程中，驾驶员通过视觉获取的信息就是反馈量，因此 属于闭环控制。
热交换器闭环和开环辨识的模型误差分别为0.1392和 0.0189。闭环模型误差虽然比开环辨识大一些，但数 值仍然很小，因而两者都可以用于过程的动态控制。
实验结果表明，对系统进行闭环辨识，可以得到与 开环辨识相近的过程模型且不会引起过程输入输出 大的波动，也不会危及闭环系统的稳定性，因而是 最适宜于工业生产过程应用的闭环辨识实验调节。
ˆ (k ) z
辨识算法
通用技术开环和闭环控制系统(课堂PPT)
3.简单闭环控制系统的方框图：
给定 +比较器 量
控制器
-
控制量
执行器
被控对象
检测装置
被控量
探究
这是闭环系统吗？
同学们几乎每天听着扩音机里播放的音 乐做广播体操，但扩音机从未引起大家的注 意。学习了上面的内容后，请大家思考：
扩音机是一个什么控制系统？
希 罗 的 自 动 门
祭坛 水罐 点火 重锤
庙门 转动轴 旋转 庙门 开启/
关闭
请完成P106的“马上行动”
1、家用缝纫机的缝纫速度控制系统（属于开环控制系统）
脚踏 力度
脚蹬、曲柄、链轮 中轴、链条
缝纫 速度
2、电冰箱的温度控制系统（属于闭环控制系统）
设定 温度
比较器
控制 器
制冷 温度值 温度计 装置
温度
检测装置
3、走道路灯的声光控制系统（开环）
设定 声音 分贝
控制 电路
输入量：即控制系统的给定量。 控制器：即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。 执行器：即直接对被控对象进行控制的装置或元件。 控制量：即执行器的输出信号。
被控对象：即控制系统中所要求控制的装置和生产过程。
输出量：即控制系统所要控制的量。
生活中还有哪些开环控制系统？请用一般 开环控制系统方框图画出它们的控制方框图。
第二节 控制系统的 工作过程与方式
1
一、控制系统
电风扇的风速控制是通过改变电机的转速 来实现的。给电风扇设定风速挡位，电机就以 一定的转速带动扇叶转动，输出预定的风速。 风速挡位是该控制系统的输入，扇叶转动的风 速是该控制系统的输出，一个挡位对应着一个 风速。
电风扇的控制
输入 风速挡位
5.1.3开环电子控制系统的设计和制作2-苏教版高中通用技术选修一课件(共22张PPT)
设计方案B：
使用JN6201音乐集成电路， 在输入端I1 和输入端I2 分别接按钮开关， 在输出端O1接一个三极管+扬声器。
安装调试: （1）按照电路图准备元器件，
并检测各个元器件的质量。 （2）根据电路图安装电路。 （3）检查焊接中是否有虚假焊点。 （4）接通电路，检查电子门铃控制系统是否正常工作。 （5）根据设计要求，在门框的不同高度处安装两个门铃按钮，并进行布线和 调试。
3
12
4
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5
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7
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Vcc
小结：
1、掌握集成电路JN6201的相关知识，并且利用它设计实用电路。 各管脚的作用，特别是输入和输出及如何触发
2、如何设计简单的电子控制系统 （1）依据设计要求进行分析，确定被控量和被控对象； （2）依据设计要求进行分析，确定执行器； （3）结合输入量，确定控制器。即如何控制？ （4）参照相关资料，在输入、控制（处理）和输出部分之间 分别选择合适的接口电路，设计或改进原有的电路。
（4）检测元器件或实用电路的质量。 （5）安装电路，防止元器件错接、虚焊，要注意对未使用的引 脚的处理，注意接地。 （6）调试电路，检查触发电压的大小。
[设计项目一]下雨提醒器的设计与制作 刚收割下的麦子放在场上晾晒，突然下起了雨。因为屋里的人忙于其
他事情，等到发现下雨时，已经迟了一步。为吸取教训，同时也为周围的农 家服务，请你设计一个提醒下雨的电子控制系统，实现下雨后即提醒的功能。
制（处理）器和执行器之间同样需要加装“接口”。
虚线框内为典型的蜂鸣器 三极管驱动电路。
设计和安装开环电子控制系统的一般步骤如下：
（1）依据设计要求进行分析，确定被控量和被控对象。
相关主题
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• 利用实用电路可以设计和安装有趣、简易的开环电子控制 系统。
简单实用电路的安装与调试
不同的实用电路可以实现不同的功能。常见的实 用电路有很多，如多谐振荡电路、触发电路、存储器 和计数器等。下面我们以制作一个多谐振荡器为例， 说明怎样制作简单实用的电路。
简单实用电路的安装与调试
多谐振荡器是能自动产生周期性脉冲的自激振荡 器，常用来作为脉冲信号源。脉冲的周期由电路中的 电容C和电阻R确定。
• 问题: • 试验过程中你所听到的声音有无变化？
• 如果有变化，产生这种变化的原因是什么 ？
• 小结: • 电容或电阻增大，振荡频率降低； • 电容或电阻减小，振荡频率加快。
• 如果把电路中的电容换成10µF或100µF，会 产生怎样的结果？
小资料
• 计数器：能统计时钟脉冲数的部件，在电 子控制系统中可用来实现顺序控制、定时 或延时等。
• 存储器：由触发器或其他存储元件构成的 存储阵列，用来存放数据和指令。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电子门铃的设计及其应用
• 在前面几章中，我们曾经接触过具有一定 实用价值的开环电子控制系统。例如，在 第一章第一节制作的磁控报警器模型，在 第四章第二节搭接的能控制电动机并报警 的电路。下面制作电子门铃为例，介绍开 环电子控制系统的设计与安装。
[设计要求] (1)安装一个电子门铃控制系统。 (2)大人和小孩都能方便地使用。 (3)能辨别是大人还是小孩在按动门铃。
[设计分析]
(1)可选择开环电子控制系统，它的被控量是 “声音”，被控对象是扬声器。 (2)设置两个输入端，安装两个按钮开关，这样 可以分别供身高不同的大人和小孩方便地使用。 (3)控制（处理）部分可以使用电子电路作为控 制核心。
开环电子控制系统的设计和安装
试验目的: 安装和调试一个音频振荡电路。
音频振荡电路的调试
这是一个振荡电路，合上 开关时，通过30k电阻和电位 器向0.1µF电容器充电，充电 到一定时，两个三极管导通， 有电流流过喇叭，由于喇叭上 端电位升高，电容器开始放电， 并反向充电，导致两只三极管 截止，喇叭中电流截止，接着 电容器又开始正向充电，如此 反复，喇叭中出现断续的声音。
第十三课开环电子 控制系统的设计和
应用幻灯片
优选第十三课开环电子控制系 统的设计和应用
一 开环电子控制系统的设计和应用
学习目标
1.能用数字集成电路等安装简单的实用电路，并进行调试。 2.能应用该电路设计和安装开环控制系统。
• 用数字集成电路等可以安装许多实用电路。
• 这些实用电路具有通用性强、电路稳定性好的特点。
开环电子控制系统 设计和安装的一般步骤
(1)依据设计要求进行分析，确定被控量和被 控对象。
(2)根据开环电子控制系统方框图，选择恰当 的传感器，确定控制（处理）部分使用的实用 电路和元器件，选择合适的执行部件。
(3)参照相关资料，在输入、控制（处理）和 输出部分之间分别选择合适的接口电路，设计 或改进原有的电路。
设计方案A
(1)挑选两个发出不同声音的音乐集成电路作为 控制（处理）部分。 (2)根据本书第一章第一节练习中"电子控制报 警器模型"将干簧管改为按钮开关，即可成为 门铃电路。 (3)安装两组电子门铃控制系统，并根据大人和 小孩不同的身高和手的长度，在门框的适当位 置安装两只按钮开关。
设计方案B
(1)根据前面小试验中的"安装和调试一个多谐 振荡器"在输出端接上无源蜂鸣器，即可成为 门铃电路。 (2)选择两组不同的R和C的值，制作能发出不 同声音的门铃。 (3)安装两组电子门铃控制系统，并根据大人和 小孩不同的身高和手的长度，在门框的适当位 置安装两只按钮开关。
设计拓展
如何对电子门铃进行适当改装，让门外的小孙 子按了门铃之后能知道家里有没有人？
可以选用具有多路输出与输入的音乐集成电路， 其中一路的输入端加接一个按钮，并把它装在 室内。在其电路对应的输出端安装一个扬声器, 并将其安装在门口。当小孙子按动门铃按钮后， 家人从扬声器中放出固有乐曲可知孙子已在门 口，家人即可按动装在室内的门铃按钮，门口 的扬声器马上传出音乐声，小孙子就可知道家 里有人。
开环电子控制系统的设计和安装
调试过程：改变振荡频率
1．调节47k电位器可改变振荡频率； 2．30k电阻换成68k或l00k振荡频率降低（声音变沉）； 3．30k电阻换成l0k或5.lk振荡频率加快（声音变尖）； 4．0.1µF电容器换成0.2µF或0.47µF，振荡频率降低； 5．0.1µF电容器换成0 02µF，振荡频率加快。
简单的电子门铃设计
合上开关，喇叭无声。
按下电键，喇叭发出尖叫 声，并慢慢衰减下去到无 声。 若在蜂呜器上并联一只 0.02或0.lµF电容器，音调 就会改变。
电子门铃的设计及其应用
•设计和制作具有不同功能的电子门铃，可以满 足人们不同的需求。
案例：张大伯有一个刚上小学一年级的小孙子 明明，每次回家时总要敲门，有时大伯大妈在 屋里面没听见，常常急得他在门外啼哭。
简单实用电路的安装与调试
不同的实用电路可以实现不同的功能。常见的实 用电路有很多，如多谐振荡电路、触发电路、存储器 和计数器等。下面我们以制作一个多谐振荡器为例， 说明怎样制作简单实用的电路。
简单实用电路的安装与调试
多谐振荡器是能自动产生周期性脉冲的自激振荡 器，常用来作为脉冲信号源。脉冲的周期由电路中的 电容C和电阻R确定。
• 问题: • 试验过程中你所听到的声音有无变化？
• 如果有变化，产生这种变化的原因是什么 ？
• 小结: • 电容或电阻增大，振荡频率降低； • 电容或电阻减小，振荡频率加快。
• 如果把电路中的电容换成10µF或100µF，会 产生怎样的结果？
小资料
• 计数器：能统计时钟脉冲数的部件，在电 子控制系统中可用来实现顺序控制、定时 或延时等。
• 存储器：由触发器或其他存储元件构成的 存储阵列，用来存放数据和指令。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电子门铃的设计及其应用
• 在前面几章中，我们曾经接触过具有一定 实用价值的开环电子控制系统。例如，在 第一章第一节制作的磁控报警器模型，在 第四章第二节搭接的能控制电动机并报警 的电路。下面制作电子门铃为例，介绍开 环电子控制系统的设计与安装。
[设计要求] (1)安装一个电子门铃控制系统。 (2)大人和小孩都能方便地使用。 (3)能辨别是大人还是小孩在按动门铃。
[设计分析]
(1)可选择开环电子控制系统，它的被控量是 “声音”，被控对象是扬声器。 (2)设置两个输入端，安装两个按钮开关，这样 可以分别供身高不同的大人和小孩方便地使用。 (3)控制（处理）部分可以使用电子电路作为控 制核心。
开环电子控制系统的设计和安装
试验目的: 安装和调试一个音频振荡电路。
音频振荡电路的调试
这是一个振荡电路，合上 开关时，通过30k电阻和电位 器向0.1µF电容器充电，充电 到一定时，两个三极管导通， 有电流流过喇叭，由于喇叭上 端电位升高，电容器开始放电， 并反向充电，导致两只三极管 截止，喇叭中电流截止，接着 电容器又开始正向充电，如此 反复，喇叭中出现断续的声音。
第十三课开环电子 控制系统的设计和
应用幻灯片
优选第十三课开环电子控制系 统的设计和应用
一 开环电子控制系统的设计和应用
学习目标
1.能用数字集成电路等安装简单的实用电路，并进行调试。 2.能应用该电路设计和安装开环控制系统。
• 用数字集成电路等可以安装许多实用电路。
• 这些实用电路具有通用性强、电路稳定性好的特点。
开环电子控制系统 设计和安装的一般步骤
(1)依据设计要求进行分析，确定被控量和被 控对象。
(2)根据开环电子控制系统方框图，选择恰当 的传感器，确定控制（处理）部分使用的实用 电路和元器件，选择合适的执行部件。
(3)参照相关资料，在输入、控制（处理）和 输出部分之间分别选择合适的接口电路，设计 或改进原有的电路。
设计方案A
(1)挑选两个发出不同声音的音乐集成电路作为 控制（处理）部分。 (2)根据本书第一章第一节练习中"电子控制报 警器模型"将干簧管改为按钮开关，即可成为 门铃电路。 (3)安装两组电子门铃控制系统，并根据大人和 小孩不同的身高和手的长度，在门框的适当位 置安装两只按钮开关。
设计方案B
(1)根据前面小试验中的"安装和调试一个多谐 振荡器"在输出端接上无源蜂鸣器，即可成为 门铃电路。 (2)选择两组不同的R和C的值，制作能发出不 同声音的门铃。 (3)安装两组电子门铃控制系统，并根据大人和 小孩不同的身高和手的长度，在门框的适当位 置安装两只按钮开关。
设计拓展
如何对电子门铃进行适当改装，让门外的小孙 子按了门铃之后能知道家里有没有人？
可以选用具有多路输出与输入的音乐集成电路， 其中一路的输入端加接一个按钮，并把它装在 室内。在其电路对应的输出端安装一个扬声器, 并将其安装在门口。当小孙子按动门铃按钮后， 家人从扬声器中放出固有乐曲可知孙子已在门 口，家人即可按动装在室内的门铃按钮，门口 的扬声器马上传出音乐声，小孙子就可知道家 里有人。
开环电子控制系统的设计和安装
调试过程：改变振荡频率
1．调节47k电位器可改变振荡频率； 2．30k电阻换成68k或l00k振荡频率降低（声音变沉）； 3．30k电阻换成l0k或5.lk振荡频率加快（声音变尖）； 4．0.1µF电容器换成0.2µF或0.47µF，振荡频率降低； 5．0.1µF电容器换成0 02µF，振荡频率加快。
简单的电子门铃设计
合上开关，喇叭无声。
按下电键，喇叭发出尖叫 声，并慢慢衰减下去到无 声。 若在蜂呜器上并联一只 0.02或0.lµF电容器，音调 就会改变。
电子门铃的设计及其应用
•设计和制作具有不同功能的电子门铃，可以满 足人们不同的需求。
案例：张大伯有一个刚上小学一年级的小孙子 明明，每次回家时总要敲门，有时大伯大妈在 屋里面没听见，常常急得他在门外啼哭。