开环控制系统与闭环控制系统(课堂PPT)
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22
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
10
信号由给定值至被控量单向传递。这种控制 较简单,但有较大的缺陷,即对象或控制装置受到干 扰,或工作中特性参数发生变化,会直接影响被控量, 而无法自动补偿。因此,系统的控制精度难以保证。 从另一种意义理解,意味着对受控对象和其它控制 元件的技术要求较高。如数控线切割机进给系统、 包装机等多为开环控制。
宾馆（酒店）自动叫醒控制系 统防盗（火灾）自动报警控制 系统 声控（光控）灯自动控制系统
窗帘（凉衣架）自动控制系统 水泵自动抽水控制系统 电扇（电吹风）自动送风控制 系统 升旗（人工）自动控制系统 学校作息铃声自动控制系统 音乐喷泉自动控制系统 一次性投篮人工控制系统
电水壶自动烧水控制系统
十字路口红绿灯自动控制系统 电梯自动升降控制系统 希罗庙门自动蒸汽控制系统
17
常见的闭环控制系统有哪些
水塔水位自动控制系统（闭环） 游泳池设定水位自动控制系统（闭环） 抽水马桶水箱水位自动控制系统（闭环） 空调（室内温度）自动控制系统（闭环） 冰箱（箱内温度）自动控制系统（闭环） 恒温大棚（棚内温度）自动控制系统（闭环） 饮水机烧水保温自动控制系统（闭环） 电饭煲热饭保温自动控制系统（闭环） 高压锅锅内压力自动控制系统（闭环） 锅炉炉内压力自动控制系统（闭环） 多次投篮人工控制系统（闭环）
…前提变化了，但是控制系统没法精确控制水位
3
自动门的控制系统
当人走近自动门时，门 上方的红外装置检测到 人体热辐射发出的红外 信息，控制电路接收到 该信号后，便会启动电 动机开门或关门
红外装置是否检测到 人体热辐射发出的信 号
(输入)
控制 电路
电 转动量 机
自 动 门
门的开或关 （输出）
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
10
信号由给定值至被控量单向传递。这种控制 较简单,但有较大的缺陷,即对象或控制装置受到干 扰,或工作中特性参数发生变化,会直接影响被控量, 而无法自动补偿。因此,系统的控制精度难以保证。 从另一种意义理解,意味着对受控对象和其它控制 元件的技术要求较高。如数控线切割机进给系统、 包装机等多为开环控制。
宾馆（酒店）自动叫醒控制系 统防盗（火灾）自动报警控制 系统 声控（光控）灯自动控制系统
窗帘（凉衣架）自动控制系统 水泵自动抽水控制系统 电扇（电吹风）自动送风控制 系统 升旗（人工）自动控制系统 学校作息铃声自动控制系统 音乐喷泉自动控制系统 一次性投篮人工控制系统
电水壶自动烧水控制系统
十字路口红绿灯自动控制系统 电梯自动升降控制系统 希罗庙门自动蒸汽控制系统
17
常见的闭环控制系统有哪些
水塔水位自动控制系统（闭环） 游泳池设定水位自动控制系统（闭环） 抽水马桶水箱水位自动控制系统（闭环） 空调（室内温度）自动控制系统（闭环） 冰箱（箱内温度）自动控制系统（闭环） 恒温大棚（棚内温度）自动控制系统（闭环） 饮水机烧水保温自动控制系统（闭环） 电饭煲热饭保温自动控制系统（闭环） 高压锅锅内压力自动控制系统（闭环） 锅炉炉内压力自动控制系统（闭环） 多次投篮人工控制系统（闭环）
…前提变化了，但是控制系统没法精确控制水位
3
自动门的控制系统
当人走近自动门时，门 上方的红外装置检测到 人体热辐射发出的红外 信息，控制电路接收到 该信号后，便会启动电 动机开门或关门
红外装置是否检测到 人体热辐射发出的信 号
(输入)
控制 电路
电 转动量 机
自 动 门
门的开或关 （输出）
开环控制系统与闭环控制系统 复习课件-高中通用技术苏教版(2019)必修《技术与设计2》
开环控制系统——案例
自动门控制装置
当人走进自动门时，门上方的红外线装置检测到人 体热辐射发出的红外信息，控制电路接收到该信号后， 便会发出相应的指令，启动电动机运转，从而带动门自 动开启。门开启后如果没有人在周围通知电动机反向运 转，使门关闭。
开环控制系统——投飞镖
期望值
大脑
输入量
控制器
手 执行器
A.控制器 .检测装置
C.电热盘 D.设定温度
【2016陕西卷】
闭环
实际温度
给定 温度
自动
加热装置
水箱
【2021陕西卷】
闭环 飞控单元 高度检测器
自动 电机
无人机
缩输回出/伸量出
被笔控尖对象
【2019陕西卷】
16.如图所示为红外感应饮水机电源控制方框图，该控 制系统的执行器是（ ）
A.饮水机电源 C.控制电路
B.加热状态 D.继电器
【2021陕西卷】
【2022陕西卷】
14.如图所示为汽车底部障碍物探测系统的控制方框图。 该控制系统的控制器是（ ）
A.信号 C.语音模块
落点位置
飞镖
被控对象
输出量
开环控制系统——声控灯、光控灯
输入量
控制器
执行器
输出量
被控对象
声光信号
声光检测 控制装置
开关
灯亮/灭 路灯
开环控制系统——火灾自动报警
输入量
控制器
执行器
输出量
被控对象
烟雾信号
感烟探测器
报警器
报警声 报警部件
【2015陕西卷】
红外输线入信量号 中央控处制器理器 机执械行部器件
B.微处理器 D.扬声器
1.3开环和闭环电子控制系统-苏教版高中通用技术选修一课件(共33张PPT)
讨论： 请分析音乐喷泉控制系统的工作特点？
有音乐输 入主机
有喷泉输出
无音乐输 入主机
无喷泉输出
喷泉的输出会不会反过来影响到主机？
思考：
音乐喷泉控制系统的工作过程有没有反馈?
答：由于输出的喷泉对系统的控制状态并 不产生影响，所以此系统也不存在反馈。
一、什么是开环电子控制系统
电子门铃的工作过程有没有反馈?
答：输出的音乐声的变化对系统的 控制状态并不产生影响，
即不存在反馈。
分析下列电子控制系统：
电子控制系统 电子音乐门铃 系统 路灯自动控制 系统
电子锁
被控对象 被控量 扬声器 音乐声
控制器
音乐集成电路
路灯
锁舌
光的变化 电子电路 锁舌的运动 集成电路
自动门
门
门的开关 集成电路
开环电子控制系统： 电熨斗、电子门铃、电子调光台灯、电子手表、 程序控制洗衣机
闭环电子控制系统： 电热水器、空调、电冰箱、智能电饭煲、 现代化农业温室
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，而且能实现控制的自 动化。
现在常用的家用电冰箱由压缩机、冷却器、散热器、
闭环电子控制系统的组成方框图如下：
输入
控制 （处理）
输出
被控对象
反馈
检测
思考：
生活中那种产品的工作过程有反馈环节?
电冰箱就是一个实例。
家用电冰箱的恒温控制：
家用电冰箱的工作原理:
现在常见的家用电冰箱由电动机、压缩机、 冷却器和散热器组成。它们之间用一根管道相连 接，管道里装着一种沸点很低的制冷剂。管道的 底部安装着压缩机，使制冷剂不断地在管道里循 环。由于管道中有一小段十分铗窄的毛细管，从 而限制了管道内制冷剂的流动速度，并使气态的 制冷剂受到强大的压力，使之由气态变成液态， 对外释放热量。当液态制冷剂通过毛细管进入电 冰箱的内部由较粗管组成的冷却器时，由于压力 突然降低，达到制冷的效果。
开环控制系统和闭环控制系统的区别与相关
开环控制系统与反馈回来影响当前控制的系统
举例：打开灯的开关一一按下开关后的一瞬间，控制活动已经结束，灯是否亮起
以对按开关的这个活动没有影响；
闭环控制系统:可以将控制的结果反馈回来与希望值比较，并根据它们的误差调 整控制作用的系统
举例：调节水龙头 一一首先在头脑中对水流有一个期望的流量，水龙头打开后由 眼睛观察现有的流量大小与期望值进行比较，并不断的用手进行调节形成一个反馈闭
■
（定时器）
■
（进水门阀）
■
（游泳池）
（游泳池的水位）
（电流）
输入量
控制器
■
执行器
4
被控对象
输出量
（设定亮、灭时序）
（电脑）
（时序控制装置）’
■
（红绿灯）
（灯亮、灭时序）
开环系统，自动门、自动路灯 一一自动开环系统
开环控制系统方框图
3、宾馆自动门控制系统
4、楼道自动声控灯装置控制量
（电流）
输入量
ih-
控制器
fa-
执行器
■
被控对象
输出量
（有无声音）
■
（声电传感
（触点延时开关）
■
（楼道灯）
（灯亮或灭）
（水流量）
输入量
■
控制器
ih-
执行器
■
被控对象
输出量
.
（设定注水的时间）
环控制；骑自行车 同理不断的修正行进的方向与速度形成闭环控制
开环闭环的区别 ：1、有无反馈；2、是否对当前控制起作用。开环控制一般是在
瞬间就完成的控制活动，闭环控制一定会持续一定的时间，可以借此判断。
手动控制系统：必须在人的直接干预下才能完成控制任务的系统 自动控制系统：不需要有人干预就可按照期望规律或预定程序运行的控制系统 判断：骑自行车 一一人工闭环系统，导弹一一自动闭环系统，人打开灯一一人工
举例：打开灯的开关一一按下开关后的一瞬间，控制活动已经结束，灯是否亮起
以对按开关的这个活动没有影响；
闭环控制系统:可以将控制的结果反馈回来与希望值比较，并根据它们的误差调 整控制作用的系统
举例：调节水龙头 一一首先在头脑中对水流有一个期望的流量，水龙头打开后由 眼睛观察现有的流量大小与期望值进行比较，并不断的用手进行调节形成一个反馈闭
■
（定时器）
■
（进水门阀）
■
（游泳池）
（游泳池的水位）
（电流）
输入量
控制器
■
执行器
4
被控对象
输出量
（设定亮、灭时序）
（电脑）
（时序控制装置）’
■
（红绿灯）
（灯亮、灭时序）
开环系统，自动门、自动路灯 一一自动开环系统
开环控制系统方框图
3、宾馆自动门控制系统
4、楼道自动声控灯装置控制量
（电流）
输入量
ih-
控制器
fa-
执行器
■
被控对象
输出量
（有无声音）
■
（声电传感
（触点延时开关）
■
（楼道灯）
（灯亮或灭）
（水流量）
输入量
■
控制器
ih-
执行器
■
被控对象
输出量
.
（设定注水的时间）
环控制；骑自行车 同理不断的修正行进的方向与速度形成闭环控制
开环闭环的区别 ：1、有无反馈；2、是否对当前控制起作用。开环控制一般是在
瞬间就完成的控制活动，闭环控制一定会持续一定的时间，可以借此判断。
手动控制系统：必须在人的直接干预下才能完成控制任务的系统 自动控制系统：不需要有人干预就可按照期望规律或预定程序运行的控制系统 判断：骑自行车 一一人工闭环系统，导弹一一自动闭环系统，人打开灯一一人工
开环控制系统与闭环控制系统-PPT课件
系统辨识
先验知识 实验设计 参 数 建 模 和 参 数 估 计
否：修改模型
模型类选择
模型验证 是：接受模型
等价准则选择
辨识的基本原理
为了得到模型参数的估计值，通常采用逐步逼近的 办法 e( k ) 过程
h( k )
辨识表达式 y (k ) θ 0 +
+
z (k )
+ -
~ z (k )
模型 θ
ˆ (k ) θ
控 制 信 号 控 制 量 篮 球 落 点
大脑
手臂,肢体
篮球
开环控制系统的特点
按时序控制的系统 控制过程始终是随时间的前进而前进的， 没有回头。
闭环控制系统
控制过程中有反馈环节可以把控制结果 反馈回来与期望值进行比较,并根据它们 的误差及时调整控制作用，控制流向形 成了闭合回路
闭环控制系统应用实例
内管尺寸：φ12×1.5 共24根，分成四程
材料：全部碳钢
热交换器实验流程图
辨识通道：从蒸汽阀门定位器的输入电流 （mA）至冷水出口温度（°C） 冷水流量：2100升/小时 饱和蒸汽阀前压力：1.5kg/cm² 开环辨识工作点：蒸汽阀门定位器电流5.3 （mA） 冷水出口温度67.0（°C ） 闭环辨识工作点：蒸汽阀门定位器的输入电流 5.5（mA），冷水出口温度65.0 （°C ） 过程调整时间T =195s 采样时间t=15s，数据采样300个周期。
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）
二、开环控制和闭环控制
各种法律制度 交通管理
……
5.控制的应用-----军事、国防中
控制应用到军事国防中，提高了国家防备和抵抗侵略的
能力，为保卫国家的主权、统一、领土完整和安全提供了必要
的条件。
神
舟
七
号
控
制
室
蛟龙号将中国国旗插在南中国海
1966年中国第一枚核导弹发射控制
勇气号火星登陆车
【课堂小结】
1、控制的定义： 三要素
联合收割机
灌溉
农田灌溉
水车
挑水
水车
抽水机
农业
3、控制的应用----日常生活
控制应用到日常生活中，提高了人们的生活质量， 人类能够在一定程度上按照自己的意愿改变周围的环境， 使之满足人们的要求。
4、控制的应用----社会生活中
控制应用到社会生活中，使整个社会能协调、健 康、有序地发展。
控制人口增长，提高人口素质
三、控制的应用
1.控制的应用----工业
控制应用到工业生产中，提高了产品的质量和生产效率， 减轻了工人的劳动强度，为工人提供了安全保障。
生产流水线
纺织机
汽车自动装配生产线 机器手焊接
工业
2、控制的应用-----农业
控制应用到农业生产中，提高了劳动效率，减轻了农民 的劳动强度，使农民减少在农田里日晒雨淋的时间。
电视制导
导弹
导弹
击中目标
电视摄像机比照 目标调整方向
【课堂小结】 控制三要素
控制的对象 控制的目的
控制的方法和手段
二、控制的种类
1、根据控制的过程与方式
（1）开环控制 （2）闭环控制
引入：
第一枚导弹
100公里
肯尼迪航空母舰
……
5.控制的应用-----军事、国防中
控制应用到军事国防中，提高了国家防备和抵抗侵略的
能力，为保卫国家的主权、统一、领土完整和安全提供了必要
的条件。
神
舟
七
号
控
制
室
蛟龙号将中国国旗插在南中国海
1966年中国第一枚核导弹发射控制
勇气号火星登陆车
【课堂小结】
1、控制的定义： 三要素
联合收割机
灌溉
农田灌溉
水车
挑水
水车
抽水机
农业
3、控制的应用----日常生活
控制应用到日常生活中，提高了人们的生活质量， 人类能够在一定程度上按照自己的意愿改变周围的环境， 使之满足人们的要求。
4、控制的应用----社会生活中
控制应用到社会生活中，使整个社会能协调、健 康、有序地发展。
控制人口增长，提高人口素质
三、控制的应用
1.控制的应用----工业
控制应用到工业生产中，提高了产品的质量和生产效率， 减轻了工人的劳动强度，为工人提供了安全保障。
生产流水线
纺织机
汽车自动装配生产线 机器手焊接
工业
2、控制的应用-----农业
控制应用到农业生产中，提高了劳动效率，减轻了农民 的劳动强度，使农民减少在农田里日晒雨淋的时间。
电视制导
导弹
导弹
击中目标
电视摄像机比照 目标调整方向
【课堂小结】 控制三要素
控制的对象 控制的目的
控制的方法和手段
二、控制的种类
1、根据控制的过程与方式
（1）开环控制 （2）闭环控制
引入：
第一枚导弹
100公里
肯尼迪航空母舰
Lesson 16 开环与闭环控制
• Although open-loop control systems are of limited use, they form the basic elements of the closed-loop control systems. In general, the elements of an open-loop control system are represented by the block diagram of Fig.16.1 an input signal or command γ is applied to the controller, whose output acts as the actuating signal e; the actuating signal then actuates the controlled process and hopefully will drive the controlled variable c to the desired value.
Unite 16 Open-loop and Closed-loop Control
• 自动化这个单词暗含着在控制系统中采用 一定的先进技术。通过自动化技术，系统 一般能适应不同工作条件的变化并且能够 对输入满意度做出反应。
Unite 16 Open-loop and Closed-loop Control
Unite 16 Open-loop and Closed-loop Control
• 这也就是开环控制系统最为不利的方面， 在这样的系统中我们无法对外界条件变化 或者干扰做出反应。就火炉控制来说，一 个有经验的人可以把房间温度控制在一个 相对理想的值；但是如果在这个时间段内 房间的门和窗被不间断的开或者关，在开 环控制系统中房间的最终温度不会被精确 地控制。
Unite 16 Open-loop and Closed-loop Control
• 自动化这个单词暗含着在控制系统中采用 一定的先进技术。通过自动化技术，系统 一般能适应不同工作条件的变化并且能够 对输入满意度做出反应。
Unite 16 Open-loop and Closed-loop Control
Unite 16 Open-loop and Closed-loop Control
• 这也就是开环控制系统最为不利的方面， 在这样的系统中我们无法对外界条件变化 或者干扰做出反应。就火炉控制来说，一 个有经验的人可以把房间温度控制在一个 相对理想的值；但是如果在这个时间段内 房间的门和窗被不间断的开或者关，在开 环控制系统中房间的最终温度不会被精确 地控制。
开环控制和闭环控制的概念
开环控制和闭环控制的概念一、引言控制系统是指通过对被控对象施加某种干扰，使其在规定的时间内达到预定要求的系统。
控制系统主要分为开环控制和闭环控制两种。
二、开环控制1. 定义开环控制是指在不考虑被控对象反馈信号的情况下，根据输入信号直接输出干扰信号，从而使被控对象达到预期状态的一种控制方式。
2. 特点（1）简单易行：开环控制器结构简单，易于设计和实现。
（2）适用范围窄：由于不考虑被控对象反馈信号，因此只适用于对被控对象有足够了解且稳定性较高的场合。
（3）误差大：由于不考虑被控对象反馈信号，因此无法及时调整干扰信号，容易产生误差。
三、闭环控制1. 定义闭环控制是指通过对被控对象反馈信号进行测量和分析，并根据分析结果调整输出干扰信号，使其达到预期状态的一种控制方式。
2. 特点（1）精度高：由于能够及时调整干扰信号，因此能够减小误差，提高控制精度。
（2）适用范围广：由于能够根据被控对象反馈信号进行调整，因此适用范围较广。
（3）结构复杂：闭环控制器结构复杂，设计和实现难度较大。
四、开环控制与闭环控制的比较1. 总体比较开环控制器和闭环控制器都是常见的控制方式。
相对而言，开环控制器结构简单，易于设计和实现；而闭环控制器精度高、适用范围广，但结构复杂。
2. 误差比较由于开环控制器不考虑被控对象反馈信号，容易产生误差；而闭环控制器能够及时调整干扰信号，减小误差。
3. 适用范围比较由于开环控制器不考虑被控对象反馈信号，只适用于对被控对象有足够了解且稳定性较高的场合；而闭环控制器能够根据被控对象反馈信号进行调整，适用范围更广。
五、结论开环控制器和闭环控制器都有各自的优点和缺点，应根据具体情况选择合适的控制方式。
在实际应用中，一般采用闭环控制器，以提高控制精度和适用范围。
1.2 开环控制和闭环控制
（3）、公园音乐喷泉自动控制系统
音乐信号 声控装置 阀门 喷水量 喷嘴 喷水与否
广东交通职业技术学院机电工程系 12:25
2. 闭环控制系统(Closedloop Control System) 闭环控制系统(Closed 若系统输出量通过反馈环节返回来作用于控制 部分，形成闭合环路，则这样的系统称为闭环控制 系统， 又称为反馈控制系统(Feedback Control System)或按偏差控制。也就是控制装置与受控对象 之间不但有顺向作用，而且还有反向联系，被控量 对控制过程有影响。
执执执工
(步步热电电步步电电步)
控控控控
(工工工)
输输输 (给 移)
图 1-7 数控加工机床开环控制方框图 此系统的输入量为加工程序指令，输出量为机 床工作台的位移，系统的控制对象为工作台，执行 机构为步进电动机和传动机构。由图可见，系统无 反馈环节，输出量并不返回来影响控制部分。
广东交通职业技术学院机电工程系 12:25
－
UfT
功功 电电
热电电
减减减
调电减
热电
T
热热热
图1-13 电炉箱自动控制方框图
T UfT ∆U＝(UsT －UfT ) (>0) Ua (>0)
热电电电
UR
T
自电自自，直直＝给给给， ＝0时时 T ∆U
图1-14 炉温自动调节过程
广东交通职业技术学院机电工程系 12:25
3、闭环控制系统的特点 （1）系统输出量参予了对系统的控制作用 （2）控制精度高 （3）抗干扰能力强 （4）系统可能工作不稳定，通常要加校正元件
列举你所知道的开环控制系统： （1）、水泵抽水控制系统
输入量 （接通电源） 控制器 （电机） 控制量 （水流量） 输出量 （水管排出水） 被控对象 （水管）
开环控制系统闭环控制系统
闭环控制系统亦称为反馈控制系统。闭环控 制系统与开环控制系统相比，具有精度高，动 态性能好，抗干扰能力强等优点，它的缺点是 结构复杂，维修困难，价格昂贵等。
二、系统的分类
2．按照信号处理技术分类
控制系统可以分为模拟控制系统和数字控制系统 凡是采用模拟技术处理信号的控制系统都称为模拟控制 系统， 而采用数字技术处理信号的控制系统则称为数字控制系 统。 现在许多控制系统都采用微处理机直接作为控制器，负 责采集信号、运算控制规律以及产生控制指令等。机械系 统是连续的物理过程，而微处理机控制器处理离散的数字 信号，二者之间必须通过采样器和数据保持器连接起来通 常，这类计算机控制系统通常称为采样—数据控制系统。
由此可见控制系统在典型输入信号作用下的由此可见控制系统在典型输入信号作用下的性能指标通常由性能指标通常由稳态性能稳态性能和和动态性能动态性能两部分组两部分组三系统的过渡过程和性能指标三系统的过渡过程和性能指标三系统的过渡过程和性能指标三系统的过渡过程和性能指标1稳态性能稳态性能对于单输入单输出系统来说在时域中稳态响对于单输入单输出系统来说在时域中稳态响应的性能指标是稳态误差它等于系统在典型信号应的性能指标是稳态误差它等于系统在典型信号作用下时间作用下时间tt趋向于无穷大时的稳态输出与参考趋向于无穷大时的稳态输出与参考输入整定的希望输出之差
(3) 执行器 在这里就是控制阀，它可以根据 控制器送来的信号以及信号值的大小自动调节阀门 的开启度，相当于人工控制时手和阀的组合。
一、控制与控制系统
干 扰
给定值+ 偏差 控制器 控制器 控制阀 操纵 被控对象 被控变量
-
输出
变量
测量值
传感器
自动控制系统方框图
利用系统框图可以清楚、方便地表示自动控制系 统中各个组成部分之间的相互关系，在研究自动控 制系统时，通常用方框图表示控制系统的组成。
二、系统的分类
2．按照信号处理技术分类
控制系统可以分为模拟控制系统和数字控制系统 凡是采用模拟技术处理信号的控制系统都称为模拟控制 系统， 而采用数字技术处理信号的控制系统则称为数字控制系 统。 现在许多控制系统都采用微处理机直接作为控制器，负 责采集信号、运算控制规律以及产生控制指令等。机械系 统是连续的物理过程，而微处理机控制器处理离散的数字 信号，二者之间必须通过采样器和数据保持器连接起来通 常，这类计算机控制系统通常称为采样—数据控制系统。
由此可见控制系统在典型输入信号作用下的由此可见控制系统在典型输入信号作用下的性能指标通常由性能指标通常由稳态性能稳态性能和和动态性能动态性能两部分组两部分组三系统的过渡过程和性能指标三系统的过渡过程和性能指标三系统的过渡过程和性能指标三系统的过渡过程和性能指标1稳态性能稳态性能对于单输入单输出系统来说在时域中稳态响对于单输入单输出系统来说在时域中稳态响应的性能指标是稳态误差它等于系统在典型信号应的性能指标是稳态误差它等于系统在典型信号作用下时间作用下时间tt趋向于无穷大时的稳态输出与参考趋向于无穷大时的稳态输出与参考输入整定的希望输出之差
(3) 执行器 在这里就是控制阀，它可以根据 控制器送来的信号以及信号值的大小自动调节阀门 的开启度，相当于人工控制时手和阀的组合。
一、控制与控制系统
干 扰
给定值+ 偏差 控制器 控制器 控制阀 操纵 被控对象 被控变量
-
输出
变量
测量值
传感器
自动控制系统方框图
利用系统框图可以清楚、方便地表示自动控制系 统中各个组成部分之间的相互关系，在研究自动控 制系统时，通常用方框图表示控制系统的组成。
开环控制和闭环控制
系统有三种基本控制方式：开环控制、闭环控制和复合控制。
其中闭环控制是自动控制系统最基本的控制方式，且应用广泛。
一、开环控制开环控制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，不具备自动修正的能力。
其输入可分为给定值输入和干扰输入。
涉及的基本概念
控制系统；用以完成一定控制任务的元、部件的组合。
控制器：对被控对象起控制作用的设备总体，即控制装置。
被控对象：需要控制的机器、设备或生产过程。
输入量：作用于控制系统的物理量，可分为使系统具有预定功能的控制输入量(简称控制量)和破坏系统控制输入量和输出量之间预定规律的干扰输入量(简称干扰或扰动量)。
输出量：控制系统或被控对象的需要进行控制的物理量。
二、闭环控制 闭环控制是将输出量直接或间接反馈到输入端形成闭环、参与控制的控制方式。
若由于干扰的存在，使得系统实际输出偏离期望输出，系统自身便利用负反馈产生的偏差所取得的控制作用再去消除偏差，使系统输出量恢复到期望值上，这正是反馈工作原理。
可见，闭环控制具有较强的抗干扰能力. 涉及的基本概念反馈：输出量送回至输入端并与输入信号比较的过程。
负反馈：反馈的信号是与输入信号相减而使偏差越来越小。
三、复合控制 复合控制是开环控制和闭环控制相结合的一种控制方式，是在闭环控制的基础上，通过增设顺馈补偿器来提高系统的控制精度，从而改善控制系统的稳态性能。
主要应用于高精度的控制系统中。
闭环控制PPT课件
闭环控制系统
.
1
3 闭环控制系统
游泳池水位控制系统
游
泳
池
给定水位
水流量
水
+
位
控制器 进水阀门 游泳池
比较器 _
检测装置
.
2
3 闭环控制系统
闭环控制系统
把系统的输出量返回到输入端并对控制过 程产生影响的控制系统。
闭环控制系统的方框图如下：
给定值
+
控制器
控制量
被控量
执行器
被控 对象
比较器 _
检测装置
课本（P112）水箱的水位自动控制示意图
比较器
给定水位 ﹢×
控 制
﹣器
进 水
水流量
阀
门
水箱水位 水 箱
检测装置
.
5
抽水马桶水箱控制系统的分析,并画出方框图.
给定 + 水位
比较器 -
机械控制
水流量
进水阀门
浮球 .
水箱
水箱的水位
6
3 闭环控制系统
穿针引线的动作过程也可看作是闭环控制
系统p111
线的位置
1、控制系统、开环控制系统、闭环控制系统的概念
2、开环控制系统
给定值
控制器
控制量
被控量
执行器
被控 对象
3、闭环控制系统
给定值 比较器
控制器
控制量
被控量
执行器
被控 对象
反馈. 环节
13
选择题
1以下四个控制系统,哪个一定是闭环控
制系统?( )
A.电冰箱 B.电灯
C.自动门 D.电梯
2下面控制系统中不属于开环控制的有
.
1
3 闭环控制系统
游泳池水位控制系统
游
泳
池
给定水位
水流量
水
+
位
控制器 进水阀门 游泳池
比较器 _
检测装置
.
2
3 闭环控制系统
闭环控制系统
把系统的输出量返回到输入端并对控制过 程产生影响的控制系统。
闭环控制系统的方框图如下：
给定值
+
控制器
控制量
被控量
执行器
被控 对象
比较器 _
检测装置
课本（P112）水箱的水位自动控制示意图
比较器
给定水位 ﹢×
控 制
﹣器
进 水
水流量
阀
门
水箱水位 水 箱
检测装置
.
5
抽水马桶水箱控制系统的分析,并画出方框图.
给定 + 水位
比较器 -
机械控制
水流量
进水阀门
浮球 .
水箱
水箱的水位
6
3 闭环控制系统
穿针引线的动作过程也可看作是闭环控制
系统p111
线的位置
1、控制系统、开环控制系统、闭环控制系统的概念
2、开环控制系统
给定值
控制器
控制量
被控量
执行器
被控 对象
3、闭环控制系统
给定值 比较器
控制器
控制量
被控量
执行器
被控 对象
反馈. 环节
13
选择题
1以下四个控制系统,哪个一定是闭环控
制系统?( )
A.电冰箱 B.电灯
C.自动门 D.电梯
2下面控制系统中不属于开环控制的有
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17
【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
测速反馈环节 Un n α——转速反馈系数（V·min/r）
电压比较环节 Un Un*Un
比例调节器 Uc KpUn Kp——比例调节器的比例系数
电力电子变换器 Ud0 KsUc
直流电动机 n Ud0 I dR
Ce
19
转速反馈控制的直流调速系统
静特性方程式 ：
n K pK sU n *IdRK pK sU n * R Id
23
辨识通道：从蒸汽阀门定位器的输入电流 （mA）至冷水出口温度（°C）
+
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
10
特点
1、有反馈； 2、会调整； 影响“结果”； 5、给定量与被控量是可比较的同一种性质
的量。
11
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）
12
系统辨识
先验知识
实验设计
参数
模型类选择
等价准则选择
否：修改模型
建
模
和
参
模型验证
数
是：接受模型
估
计
13
辨识的基本原理
为了得到模型参数的估计值，通常采用逐步逼近的
办法
过程
e(k )
h(k)
辨识表达式 y(k)
给定量 （设定的温度）
比较器
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
8
其他闭环控制系统应用实例
9
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。
20
4.3 转速反馈控制的直流调速系统
21
热交换器辨识实验
在仿真的基础上，对实验室规模的蒸汽—水热交 换机进行开环与闭环辨识实验，输入跟输出信号 都采用工业仪表测量记录。
热交换机外形尺寸：φ200×1400 换热面积：2M 2 内管尺寸：φ12×1.5 共24根，分成四程 材料：全部碳钢
22
热交换器实验流程图
C e(1K pK s /C e) C e(1K ) C e(1K ) 式中: K K p Ks ——闭环系统的开环放大系数
Ce
相当于在测速反馈电位器输出端把反馈回路断开 后，从放大器输入起直到测速反馈输出为止总的 电压放大系数，是各环节单独的放大系数的乘积。
闭环调速系统的静特性表示闭环系统电动机转速 与负载电流（或转矩）间的稳态关系。
闭环控制系统：闭环控制是根据控制对象输出反馈来进行校正的控制方式， 它是在测量出实际与计划发生偏差时，按定额或标准来进行纠正的。闭环控 制，从输出量变化取出控制信号作为比较量反馈给输入端控制输入量，一般 这个取出量和输入量相位相反，所以叫负反馈控制，自动控制通常是闭环控 制。比如家用空调温度的控制
控 制 信 号 大脑
控 制 量 手臂,肢体
篮 球 落 篮球 点
5
开环控制系统的特点
按时序控制的系统 控制过程始终是随时间的前进而前进的，
没有回头。
6
闭环控制系统
控制过程中有反馈环节可以把控制结果 反馈回来与期望值进行比较,并根据它们 的误差及时调整控制作用，控制流向形 成了闭合回路
7
闭环控制系统应用实例
15
辨识的内容： 步骤：
根据辨识目的，利用 先验知识，初步确立 模型结构→采集数据 →进行模型参数和结 构辨识→验证，获得 最终模型。
辨识目的和先验知识
实验设计 获取输入输出数据
模型类型和结构 模型参数估计
模型验证 满意
最终模型
不满意
16
闭环辨识与开环辨识
closed-loop system identification 在闭环条 件下确定开环系统(或正向通道)的动态性。一 般的系统辨识方法都是针对开环控制系统的， 于闭环控制系统的辨识，主要是指根据闭环操 作所得的数据，在什么条件下可以辨识和如何 辨识系统的正通道参数的问题。稳定的闭环系 统对于不同反馈作用输入信号可能有几乎相同 的输出信号，因此闭环系统输入和输出数据所 提供的信息比开环的少。所以闭环误差大于开 环辨识。 （实验验证）
开环与闭环控制系统辨识
小组成员：王皓辰 肖连翘 张海波 高翱 吕辉 张从哲 段良琛
1
什么是开环与闭环
开环控制系统：不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统 举例：打开灯的开关——按下开关后的一瞬间，控制活动已经结束，灯是 否亮起已对按开关的这个活动没有影响；投篮——篮球出手后就无法再继续 对其控制，无论球进与否，球出手的一瞬间控制活动即结束反馈环节一个没 有反馈环节
2
两者区别是什么?
1、有无反馈； 2、是否对当前控制起作用。开环控制一
般是在瞬间就完成的控制活动，闭环控 制一定会持续一定的时间，可以借此判 断馈环节
3
开环控制系统
控制过程中，没有反馈环节，不能对 控制结果加以修正、调节。是个单程 的控制流向。这种控制，称为开环控 制。以投篮为例。
4
方框流程图
【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
测速反馈环节 Un n α——转速反馈系数（V·min/r）
电压比较环节 Un Un*Un
比例调节器 Uc KpUn Kp——比例调节器的比例系数
电力电子变换器 Ud0 KsUc
直流电动机 n Ud0 I dR
Ce
19
转速反馈控制的直流调速系统
静特性方程式 ：
n K pK sU n *IdRK pK sU n * R Id
23
辨识通道：从蒸汽阀门定位器的输入电流 （mA）至冷水出口温度（°C）
+
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
10
特点
1、有反馈； 2、会调整； 影响“结果”； 5、给定量与被控量是可比较的同一种性质
的量。
11
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）
12
系统辨识
先验知识
实验设计
参数
模型类选择
等价准则选择
否：修改模型
建
模
和
参
模型验证
数
是：接受模型
估
计
13
辨识的基本原理
为了得到模型参数的估计值，通常采用逐步逼近的
办法
过程
e(k )
h(k)
辨识表达式 y(k)
给定量 （设定的温度）
比较器
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
8
其他闭环控制系统应用实例
9
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。
20
4.3 转速反馈控制的直流调速系统
21
热交换器辨识实验
在仿真的基础上，对实验室规模的蒸汽—水热交 换机进行开环与闭环辨识实验，输入跟输出信号 都采用工业仪表测量记录。
热交换机外形尺寸：φ200×1400 换热面积：2M 2 内管尺寸：φ12×1.5 共24根，分成四程 材料：全部碳钢
22
热交换器实验流程图
C e(1K pK s /C e) C e(1K ) C e(1K ) 式中: K K p Ks ——闭环系统的开环放大系数
Ce
相当于在测速反馈电位器输出端把反馈回路断开 后，从放大器输入起直到测速反馈输出为止总的 电压放大系数，是各环节单独的放大系数的乘积。
闭环调速系统的静特性表示闭环系统电动机转速 与负载电流（或转矩）间的稳态关系。
闭环控制系统：闭环控制是根据控制对象输出反馈来进行校正的控制方式， 它是在测量出实际与计划发生偏差时，按定额或标准来进行纠正的。闭环控 制，从输出量变化取出控制信号作为比较量反馈给输入端控制输入量，一般 这个取出量和输入量相位相反，所以叫负反馈控制，自动控制通常是闭环控 制。比如家用空调温度的控制
控 制 信 号 大脑
控 制 量 手臂,肢体
篮 球 落 篮球 点
5
开环控制系统的特点
按时序控制的系统 控制过程始终是随时间的前进而前进的，
没有回头。
6
闭环控制系统
控制过程中有反馈环节可以把控制结果 反馈回来与期望值进行比较,并根据它们 的误差及时调整控制作用，控制流向形 成了闭合回路
7
闭环控制系统应用实例
15
辨识的内容： 步骤：
根据辨识目的，利用 先验知识，初步确立 模型结构→采集数据 →进行模型参数和结 构辨识→验证，获得 最终模型。
辨识目的和先验知识
实验设计 获取输入输出数据
模型类型和结构 模型参数估计
模型验证 满意
最终模型
不满意
16
闭环辨识与开环辨识
closed-loop system identification 在闭环条 件下确定开环系统(或正向通道)的动态性。一 般的系统辨识方法都是针对开环控制系统的， 于闭环控制系统的辨识，主要是指根据闭环操 作所得的数据，在什么条件下可以辨识和如何 辨识系统的正通道参数的问题。稳定的闭环系 统对于不同反馈作用输入信号可能有几乎相同 的输出信号，因此闭环系统输入和输出数据所 提供的信息比开环的少。所以闭环误差大于开 环辨识。 （实验验证）
开环与闭环控制系统辨识
小组成员：王皓辰 肖连翘 张海波 高翱 吕辉 张从哲 段良琛
1
什么是开环与闭环
开环控制系统：不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统 举例：打开灯的开关——按下开关后的一瞬间，控制活动已经结束，灯是 否亮起已对按开关的这个活动没有影响；投篮——篮球出手后就无法再继续 对其控制，无论球进与否，球出手的一瞬间控制活动即结束反馈环节一个没 有反馈环节
2
两者区别是什么?
1、有无反馈； 2、是否对当前控制起作用。开环控制一
般是在瞬间就完成的控制活动，闭环控 制一定会持续一定的时间，可以借此判 断馈环节
3
开环控制系统
控制过程中，没有反馈环节，不能对 控制结果加以修正、调节。是个单程 的控制流向。这种控制，称为开环控 制。以投篮为例。
4
方框流程图