开环控制系统和闭环控制系统..
开环控制系统与闭环控制系统的区别及相关的实例
开环控制系统与闭环控制系统的区别及相关的实例开环控制系统：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——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，的系统 举例：调节水龙头——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 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——人工闭环系统，导弹——自动闭环系统，人打开灯——人工开环系统，自动门、自动路灯——自动开环系统 开环控制系统方框图19例 开环控制系统的方框图： 1、水泵抽水控制系统 2、家用窗帘自动控制系统3、宾馆自动门控制系统 5、游泳池定时注水控制系统6、十字路口的红绿灯定时控制系统7、公园音乐喷泉自动控制系统8、自动升旗控制系统9、宾馆火灾自动报警系统 控制量控制量控制量控制量 控制量 控制量控制量 控制量 输入量 （定时时间） 控制量10、宾馆自动叫醒服务系统11、活动猴控制系统 12、公共汽车车门开关控制系统13、家用缝纫机缝纫速度控制系统14、普通电风扇控制系统15、普通全自动洗衣机控制系统16、手电筒控制装置 17、宾馆自动门加装压力传感器防意外事故自动控制系统 18、可调光台灯控制系统19、电吹风控制系统控制量 控制量（压缩空控制量控制量控制量 控制量 控制量控制量控制量闭环控制系统方框图12例闭环控制系统的方框图：1、投篮2、供水水箱的水位自动控制系统3、加热炉的温度自动控制系统4、抽水马桶的自动控制系统5、花房温度控制系统给定量被控量给定量被控量给定量被控量给定量被控量给定量给定量 被控量控制量6、夏天房间温度控制系统7、家用电饭锅保温控制系统8、家用电冰箱温度控制系统9、宾馆使用多台热水器串联电辅助加热自动控制系统10、粮库温、湿度自动控制系统11、自动电热水壶控制系统给定量被控量房内实被控量给定量 控制量被控量 冰箱实给定量 给定量被控量—80℃） 控制量被控量 粮库内给定量（设定控制量给定量控制量。
自动控制原理课件三、开环控制系统与闭环控制系统
即：
% x max x c () 100 % xc ()
的相
它反映系统的暂态过程的平稳性。
2．上升时间：tr
指输出量第一次到达稳态值所需的时间。
自动控制系统的性能指标
3．调节时间：ts
指输出量与稳态值之间的偏差达到所允许范围并 维持在此范围内所需的时间。
4．振荡次数：
指在ts内，输出量在稳态值附近上下波动的次数。
③持续振荡
x(t)
t
(a)给定突增
④发散振荡
x(t)
t
(a)给定突增
x(t)
t
(b)扰动突变
x(t)
t
(b)扰动突变
自动控制系统的性能指标
2、暂态性能指标
下图给出了系统对突加给定信号的动态响应。
xm ax
xc ()
tr tm
ts
自动控制系统的性能指标
1. 最大超调量：δ%
指输出量的最大值 与xmax 稳态xc (值)
自动控制系统的性能指标
y2 y1 x2
暂态（动态）
稳态（静态）
x1
t
自动控制系统的性能指标
一、稳态性能
描述了系统稳态时的稳定程度。 用稳态误差表示,它是指系统达到稳态时输 出量的实际值与期望值(给定值)之间的误差。 稳态误差越小，稳定精度越高。 稳态误差为零，称为无差系统。
二、暂态性能 描述系统从一个稳态到达另一个稳态期间
三、开环控制系统与闭环控制系统
例2 直流电动机闭环调速系统
U1
K U g
Dn n
Uf
CF
第一章：第二节
§1-2自动控制系统的性能指标
系统的状态行为 是指输出量受输入量的影响在时间方向上表现出
闭环控制与开环控制
闭环控制与开环控制控制系统在工业自动化领域中起着至关重要的作用，其中闭环控制和开环控制是两种常见的控制策略。
本文将介绍闭环控制和开环控制的基本概念、原理及其应用，并探讨两者的优缺点以及在实际应用中的选择。
一、闭环控制闭环控制，又称反馈控制，是一种通过测量输出并将其与期望值进行比较，然后根据差异来调整输入，以实现系统稳定运行的控制方式。
闭环控制系统一般由传感器、控制器和执行器组成。
其基本原理是通过不断监测和调整系统输出，使其接近或稳定于期望状态。
闭环控制可以提供更稳定、更精确的控制效果。
通过实时的反馈信息，闭环控制可以补偿外部环境变化和系统误差，使系统更具鲁棒性。
闭环控制广泛应用于诸多领域，如温度控制、位置控制、速度控制等。
在这些应用中，闭环控制可以实现精确的控制目标，并对系统的稳定性和鲁棒性有较高的要求。
然而，闭环控制也存在一些缺点。
首先，闭环控制系统的设计和调试较为复杂。
其次，闭环控制需要传感器对系统的输出进行实时监测，从而增加了系统的成本和复杂度。
此外，闭环控制往往需要较快的反应速度，因此需要较高的计算能力和实时性。
二、开环控制开环控制，又称前馈控制，是一种根据预先设定的输入信号来控制系统的运行，而无需实时的反馈信息。
开环控制系统一般由输入设备、控制器和执行器组成。
开环控制通过预先确定的输入信号来指导系统运行，而忽略了系统输出与期望值之间的差异。
开环控制具有设计简单、调试容易的优点。
由于不需要实时的反馈信息，开环控制可以在很多应用中实现较低成本和复杂度的控制。
因此，在一些对控制精度和稳定性要求不高的应用中，开环控制是一个有效的选择。
然而，开环控制也存在一些限制。
首先，开环控制系统对外部环境的干扰和系统误差较为敏感，无法自动调整。
其次，由于没有反馈信息，开环控制无法实时纠正系统偏差，导致输出与期望值之间可能存在较大的误差。
因此，在一些对控制精度和稳定性要求较高的应用中，开环控制无法满足需求。
三、闭环控制与开环控制的应用闭环控制和开环控制在不同的应用场景中表现出各自的优势。
开环控制系统和闭环控制系统的区别与相关
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
日常生活中的开环和闭环控制系统的例子
日常生活中的开环和闭环控制系统的例子开环控制系统和闭环控制系统是控制工程中常用的两种控制方式。
开环控制系统是指输出不受控制系统内部状态的影响，而闭环控制系统是指输出受控制系统内部状态的影响。
下面将从日常生活中的例子来详细介绍这两种控制系统。
1. 音响控制系统：开环控制系统：当我们使用遥控器调节音响音量时，开环控制系统会根据我们的指令直接调节音响的音量，而不会考虑当前音量是否合适。
闭环控制系统：当我们使用有音量调节功能的耳机时，闭环控制系统会通过内置的传感器检测当前的音量，并根据我们的指令调整音量大小，使得输出音量达到我们期望的水平。
2. 温度调节器：开环控制系统：当我们使用普通的电风扇来调节室内温度时，开环控制系统会根据我们的指令调节风扇的风速，但无法感知室内温度是否达到我们期望的温度。
闭环控制系统：当我们使用具有温度传感器的空调来调节室内温度时，闭环控制系统会通过感知室内温度，并根据我们的指令调整制冷或制热模式，从而使得室内温度稳定在我们期望的范围内。
3. 洗衣机：开环控制系统：当我们使用普通的洗衣机洗衣服时，开环控制系统会按照我们的指令进行洗涤和漂洗等操作，但无法感知衣物的清洁程度。
闭环控制系统：当我们使用具有传感器的智能洗衣机时，闭环控制系统会通过感知洗涤水的浑浊度来判断衣物的清洁程度，并根据我们的指令调整洗涤和漂洗的次数，从而使得洗衣效果更好。
4. 自动灯控系统：开环控制系统：当我们手动控制灯的开关时，开环控制系统会根据我们的指令直接打开或关闭灯，而不会考虑当前环境的亮度。
闭环控制系统：当我们使用具有光敏传感器的自动灯控系统时，闭环控制系统会通过感知环境的亮度，并根据我们的指令调整灯的亮度，使得室内光照始终保持在一个合适的水平。
5. 汽车巡航控制系统：开环控制系统：当我们在高速公路上使用定速巡航功能时，开环控制系统会根据我们的指令维持车辆的恒定速度，而不会考虑前方交通情况。
闭环控制系统：当我们使用具有雷达传感器的自适应巡航控制系统时，闭环控制系统会通过感知前方车辆的距离和速度，并根据我们的指令调整车辆的速度，以保持与前车的安全距离。
比较开环控制系统和闭环控制系统地优缺点
开环控制系统和闭环控制系统的优缺点如果系统的输出端与输入端之间不存在反馈，也就是控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这样的系统称开环控制系统。
闭环控制系统是基于反馈原理建立的自动控制系统。
所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。
在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。
因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。
开环控制系统的优点是结构简单，比较经济。
缺点是无法消除干扰所带来的误差。
同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。
在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。
因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。
但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。
为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。
主要从三方面比较：1、工作原理：开环控制系统不能检测误差，也不能校正误差。
控制精度和抑制干扰的性能都比较差，而且对系统参数的变动很敏感。
合闭环控制系统不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。
控制精度和抑制干扰的性能都比较差，而且对系统参数的变动很敏感。
因此，一般仅用于可以不考虑外界影响，或惯性小，或精度要求不高的一些场合。
2、结构组成：开环系统没有检测设备，组成简单，但选用的元器件要严格保证质量要求。
闭环系统具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。
3、稳定性：开环控制系统的稳定性比较容易解决。
闭环系统中反馈回路的引入增加了系统的复杂性。
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）
简述控制系统的四种分类
简述控制系统的四种分类控制系统是一种能够对所控对象进行调节和管理的系统，广泛应用于工业、交通、电力等领域。
根据不同的分类标准，控制系统可以分为四种类型，分别是开环控制系统、闭环控制系统、模糊控制系统和自适应控制系统。
一、开环控制系统开环控制系统也称为正馈控制系统，是最简单的一种控制系统。
它的基本原理是根据已知的输入信号，通过数学模型和静态特性，预先设定好控制器的输出信号，进而控制被控对象的状态。
开环控制系统没有反馈信号来校正输出结果，只能根据已知的输入来进行控制。
由于无法对系统误差进行补偿，开环控制系统对外界干扰较为敏感，容易导致输出偏差。
二、闭环控制系统闭环控制系统也称为反馈控制系统，是一种通过反馈信号来校正输出结果的控制系统。
它与开环控制系统相比，具有更高的稳定性和鲁棒性。
闭环控制系统通过传感器获取被控对象的实际输出信号，并与预期输出信号进行比较，产生误差信号，再经过控制器进行处理，最终调整被控对象的状态。
闭环控制系统能够自动修正输出结果，对干扰和参数变化具有较好的适应性。
三、模糊控制系统模糊控制系统是一种基于模糊逻辑的控制系统，适用于复杂、非线性和模糊的控制问题。
它通过模糊化输入和输出信号，建立模糊规则库，并通过推理和模糊解模糊运算来计算控制信号。
相比传统的精确数学模型，模糊控制系统能够更好地应对系统的不确定性和模糊性，具有较强的鲁棒性和适应性。
模糊控制系统在自动驾驶、空调控制等领域有着广泛的应用。
四、自适应控制系统自适应控制系统是一种能够根据被控对象的动态特性和环境变化来自主调整控制策略的控制系统。
它通过建立数学模型和辨识算法，实时监测和估计被控对象的参数和状态，并根据实际情况调整控制器的参数和结构，以达到最优控制效果。
自适应控制系统能够应对系统参数的变化和外界干扰，提高控制系统的性能和稳定性。
自适应控制系统在飞行器、机器人等领域有着重要的应用。
总结：控制系统根据不同的分类标准可以分为开环控制系统、闭环控制系统、模糊控制系统和自适应控制系统。
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猴活动 表情 （输出）
P103马上行动：列举你所知道的开环控制系统
游泳池定时注水自动控制系统 红外线自动门控制系统 电子警察－车辆超速自动检测 拍照控制系统 公共汽车车门自动控制系统 干手器自动控制系统 宾馆（酒店）自动叫醒控制系 统防盗（火灾）自动报警控制 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
小游戏：画鼻子：
蒙上眼睛画：在蒙上眼睛后，按照之前确定的方向走。 走的过程中可能会有一定的偏差。 不蒙眼睛画：在走的过程中不断地重新调整位置， 边走边看，所以不会走偏。 蒙上眼睛画鼻子-----不蒙眼睛画鼻子-----开环控制 闭环控制
P107练习
1、家用压力锅的压力控制系统是开环控制系统还是 闭环控制系统？它是通过那些装置实现压力控制的？ 说出其控制过程。 家用压力锅的压力控制系统是闭环控制系统，通过安 全阀和排气孔实现压力控制。安全阀上有一个重锤压 在高压锅的排气孔上作检测装置，当锅内温度升高时 压力增大，重锤被抬起蒸汽排出，压力降到设定范围
P112水箱的水位自动控制示意图
连杆装置
比较器 设定 + 电气控制 水位 (控制器) (输入) 阀门 (执行器) 水箱 (被控对象)
游泳池 的水位 （输出）
浮球 （检测装置）
空调机房间温度控制系统
比较器 温 设定 + 温度 控 (输入) - 器
压缩 机 温度检测装置
房 间
室内温度 （输出）
假如：空调设置温度为：摄氏25度，请问： 1：空调将在什么时间开始制冷？ 2：空调将在什么时间停止制冷？
比较器 控制装置 设定压力 + （输入量） - （控制器） （执行器） 出气量 （控制量）压力锅 出气孔
锅内压力 （被控对象） （输出量）
重锤 （检测装置）
3、工业锅炉是利用重锤实现压力控制的，重锤挂在横 杆上，杆的支点在最左端，中间是锅炉的排气孔。 锅炉如何实现压力控制，横杆的作用是什么。
压力过高，蒸汽把横杆连同 重锤顶起来，蒸汽从排气孔 排出，使压力降到限定值。 横杆的作用使重锤的位置可 以调节，从而改变限制的压 力值
出气量 比较器 （控制量） 锅炉 锅内压力 出气孔 控制装置 设定压力 + （被控对象） （输出量） （输入量） - （控制器） （执行器） 重锤 （检测装置）
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）
感烟 探测 器
报警控 制器
信号 电流
报警 报警信号 部件 （输出）
居民楼道里使用的自动声（光）控灯 电流 延时 控制 楼道 灯亮/灭 声音信 号 电路 开关 灯 （输出）
(输入)
十字路口的红绿灯定时控制系统 电流
设定时 序 (输入)
电 脑
时序控 制装置
红绿 灯亮/灭 灯 （输出）
开环控制系统的输出量没有对系统的控制产生任何 影响，因此对控制系统不能进行精确控制
控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响， 这种控制系统称为开环控制系统．
游泳池 游 进水 的水位 泳 阀门 （输出） 池 怎么叫：输出量没有对系统的控制产生任何影响 设定 注水时 间 (输入)
定 时 器
水流量
供水压力变大，单位时间进水量增加（水位超过） 供水压力变小，单位时间进水量减少（水位不足） 供水压力虽没变，管道、水池漏水（水位不足） …前提变化了，但是控制系统没法精确控制水位
P107阅读：是开环还是闭环控制系统？
输入？ 输出？ 输出值有没有影响控制？
希 罗 的 自 动 门
祭坛 点火
水罐 （1，2）
转动轴 （3）
旋转量
庙门
庙门开 或关
P105小试验： 活动猴 输入量： 拉动牵引线； 输出量： 猴子四肢的运 动 手的 牵引 拉或送 线 (输入)
活动 杠杆 幅度 装置
猴活动 部件
进水 阀门 水流量 游 泳 池
游泳池 的水位 （输出）
检测装置 检测装置在不断地检测游泳池的实际水位 并返回到输入端与设定水位பைடு நூலகம்行比较 水位没达到，注水继续 水位已达到，注水停止
开环控制系统和闭环控制系统的联系和区别
系统基 输入 输出 控制 执行 控制 比较 反馈 本要素 量 装置 装置 对象 器 装置 开环 闭环 有 有 有 有 有 有 有 有 有 有 没有 没有 有 有
汽车 的速度 (输入)
测速 雷达
判断汽 车速度 的电脑
照相 机
超速车辆图像 信号存储、输出 （输出）
P104马上行动： 公交车车门的开关控制是气 动控制，司机操作开关的装 置，电流控制“电磁阀”的 启闭，通过电磁阀决定压缩 空气的流向，最后由压缩空 气推进活塞开门或关门。 空气 电源的 电磁 压缩 流向
电信号 (输入)
阀门
空气
活塞
车门的 开或关 （输出）
干手器自动控制系统 风量 出 风 口
感知物 体靠近 (输入)
延时 电路
风机、 电热丝
加热的空气 （输出）
P105探究1：酒店的自动叫醒服务
时间设 定 (输入)
电脑
拨号 装置
电流
电 话 机
电话铃声 （输出）
P105探究2：火灾自动报警控制系统
烟雾信 号 (输入)
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
转动量 自 电 动 机 门
门的开或关 （输出）
Ｐ104页案例分析 电子警察：车辆超速检测系统
声控（光控）灯自动控制系统
十字路口红绿灯自动控制系统 希罗庙门自动蒸汽控制系统 活动猴人工控制系统
电水壶自动烧水控制系统
电梯自动升降控制系统
(输入) 比较器 控 设定 + 水位 制 (输入) - 器
闭环控制系统可以对控制系统进行精确控制自动纠 正（调控） 游泳池 水流量 游 定 设定 进水 的水位 注水时 时 泳 阀门 （输出） 间 器 池