电子信息工程概论课件演示教学

开环系统的特点
➢由于开环系统无反馈环节,一般结构简单,系统稳定 性好，成本也低，这是开环系统的优点。因此，在输 出量和输入量之间的关系固定，且内部参数或外部负 载等扰动因素不大，或这些扰动因素产生的误差可以 预计确定并能进行补偿,则应尽量采用开环控制系统。 ➢开环控制的缺点是当控制过程受到各种扰动因素影响 时，将会直接影响输出量，而系统不能自动进行补偿。 特别是当无法预计的扰动因素使输出量产生的偏差超 过允许的限度时 ，开环控制系统便无法满足技术要求， 这时就应考虑采用闭环控制系统。
电子信息工程概论课件
自动控制系统的重要性
▪ 近年来控制系统在现代文明和技术发展与 进步上扮演了越来越重要的角色。我们日 常活动的每一个方面几乎都受到了某种控 制系统的影响。控制系统已经大量地应用 到了工业的所有部门。如产品质量、自动 装配线、机床控制、空间技术与武器系统、 计算机控制、交通运输、动力系统、机器 人、微机系统、纳米技术等。
出阻抗 ▪ 提高系统的敏感度
▪ 设有一台放大器，在未加反馈时，由于各种原因它 的电压增益由原来的A=400下降到了A‘=300，比 原来下降了25%，现在加入负反馈，并使 F=0.0475，则当A=400时闭环电压增益为：
Af 1A A F144 00 0 0 .004 7250 而当开环电压增益降到A’=300时，其闭环增益为：
如大型 加工机 床的精 密控制
这是由数控机床群构成的生产线——由自动控制保证产 品的加工精度。其主轴为恒值控制(恒速)，刀架为随动 系统(精确定位)。
加工中心——往往含有车、铣、钻等多种功能，有刀 具库，能自动换刀等。各厂生产含有各种不同功能的 加工中心。
带有机械手的点焊生产线(大批量铆焊加工生产线)要 能精密定位及时间控制。机器人控制(自动控制)
上例中我们还可以看到：为了表明自动控制系统的
组成以及信号的传递情况，通常把系统各个环节的
作用，用方框+环节特征说明的方式来表示， 并用
箭头标明各环节之间信号（能量或作用量）之间的
传递情况。系统的这种表示方法称为原理框图表，
而这样作的好处就在于：
▪ 避免去画复杂的系统图形（因为我们不可能各个 都是画家）。
汽车车体焊接
喷漆
堆物
喷涂机器人
控制系统的应用实例 1.2开环控制与闭环控制
1、应用：太阳能高效抽水机系统
蓄水池
太阳能收集器
电流
机械转距 泵
电动机
灌溉
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
太阳移动速度
太阳传感器
++
目标：利用太阳能
地下水
电动机
减速器
中间环节：实现手段
泵 结果：抽水
上面例子中存在的问题
▪ 抽水过程只与太阳能转换来的电流大 小有关，它不能反应水池的蓄水情况。 因此，这个控制系统存在着水资源的 浪费问题。
二、开环控制和闭环控制的概念
开环控制举例
由步进电机驱动的数控加工机床
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，因此是开环控制。
数控加工机 床示意图
数控加工机床 开环控制框图
i
•
Vi
Ri
反
•
Vf
馈 网
络
R if
没有反馈网络时：
•
Ri
Vi i
串入反馈网络时：
••
R fi
Vi V i
f
•
Vf 0 RfiRi
即：串联的反馈网络提高了系统的输入电阻
1.3 自动控制系统的组成
1.一般自动控制系统包括： ①给定元件(Command Element) ②检测元件(Detecting Element)——此处
闭环控制举例
电炉箱恒温自动控制系统
电炉箱恒温自 动控制系统
电炉箱 自动控 制框图
框图可以把系统的组成简单明了地表达出来
电炉箱自动控制框图
炉温自动调节过程
闭环系统的特点
➢反馈控制可以自动进行补偿，这是闭 环控制的一个突出的优点。 ➢闭环控制要增加检测、反馈比较，调 节器等部件,会使系统复杂、成本提高。 而且闭环控制会带来副作用，使系统的 稳定性变差，甚至造成不稳定。这是采 用闭环控制时必须重视并要加以解决的 问题。
▪ 如何解决这个问题？
太阳能收集器 电流
水位传感器
电动机
蓄水池 泵
灌溉
太阳移动速度
太阳传感器
++ -
将输出端的 信号返回输
入端
地下水
电动机
减速器
泵
水位传感器
水池
2、 开环控制和闭环控制
一、开环控制和闭环控制的概念 比较这两个例子，我们给出概念： ▪ 开环控制系统(Open－loop Control System)
③比较环节(Comparing Element) ④放大元件(Amplifying Element) ⑤执行元件(Executive Element)——此处为
⑥控制对象(Controlled Plant)——在此恒温
⑦反馈环节(Feedback Element)——由它将
➢各个元件的排列，通常将给定元件放 在最左端，控制对象排在最右端。即输 入量在最左端，输出量在最右端。 ➢从左至右(即从输入至输出)的通道称 为顺馈通道（Feed forward Path)或 前向通路(Forward Path)。 ➢将输出信号引回输入端的通道称为反 馈通道或反馈回路(Feedback Path)。
▪ 用原理方框表示系统的另一好处是可以把系统主 要环节之间的相互作用关系简单而明了地表达出 来。
▪ 经过简单抽象，我们就可以把一个实际系统变换 成为一个满足某种控制规律便于理论分析的原理 系统。
3、为什么大多数控制系统均有反馈
▪ 提高系统的相对稳定性 ▪ 增加系统带宽和总增益 ▪ 提高系统的输入阻抗、降低系统的输
若系统的输出量不被引回来对系统的控制部分产 生影响，则这样的系统称为开环控制系统。 ▪ 闭环控制系统(Closed－loop Control System)
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
A'f 1A A ''F133 00 0 0 .004 715 .6 97
闭环增益只下降了1.65%，如需保证400倍的电压增益， 可采用两级放大。这样电路总的电压增益为202=４00 及19.672=386.9，两者相差不到3.3%。由此可见负 反馈的引入使放大器的增益得到了稳定。
提高系统的输入阻抗