闭环控制系统
第三节闭环控制系统
答案： C
分析：本题考查控制系统的工作过程与方式。控制系统在工作过程 中，若从信息的传输过程分析归类，可以把控制系统分成开环控制系统和闭环 控制系统两类。开环控制系统的结构和原理比较简单，信息只从输入端传至输 出端，仅有一条路径。它的缺点是控制的精确度不高。闭环控制系统的结构和 原理比较复杂，信息流经的路径有两条，一条是输入端传至输出端，另一条是 将输出端信息反传到输入端的比较环节。它的优点是有较高的控制精度和较强 的抗干扰性能。
家用电冰箱的闭环电子控制系统
输入
预置温度 调节装置
比较器
控制(处理)
(电子电路) (微型电脑）
输出
(继ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ器)
被控对象
(冷藏室)
反馈
温度传感器
检测
思考:分析自动控温锅炉控制过程
找出身边开环控制系统和闭环控制系统的例子
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、带遥控电视 机
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
闭环控制系统与开环控制系统相比有什么优点？
闭环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。
思考：下列关于控制系统工作过程的说法，正确的是（ ） A 、信息只能从输入端传至输出端 B 、信息只能从输出端传至输汝端 C 、开环控制系统的信息只能从输入端传至输出端 D 、闭环控制系统的信息只能从输出端传至输入端
第三节 闭环控制系统的 干扰与反馈
教学目标
1、理解什么是闭环控制系统。 2、熟悉闭环控制系统的工作过程。 3、结合实例，分析闭环控制系统中反馈环节的
作用。
复习：
输入量
控制器
闭环控制系统工作原理
闭环控制系统工作原理
闭环控制系统工作原理是一种基于反馈机制的控制系统，通过比较输入信号与输出信号之间的差异来调节系统的行为，使输出信号尽可能接近期望值。
闭环控制系统通常由三个主要组成部分组成：传感器、控制器和执行器。
传感器用于测量系统的输出信号，并将该信号发送给控制器。
控制器根据预设的控制算法和输入信号，计算出相应的控制信号，并将其发送给执行器。
执行器根据控制信号来调整系统的参数或输出信号，以使输出信号达到期望值。
在闭环控制系统中，控制器不仅根据输入信号来生成控制信号，还通过与输出信号的比较来进行反馈。
反馈信号提供了实际输出信号与期望输出信号之间的误差信息。
控制器根据这个误差信息来调整控制信号，使系统尽可能减小误差，并使输出信号逼近期望值。
闭环控制系统的工作原理可以通过以下步骤来描述：
1. 传感器测量系统的输出信号，并将其发送给控制器。
2. 控制器比较输出信号与期望信号之间的差异，计算出控制信号。
3. 控制器将控制信号发送给执行器。
4. 执行器根据控制信号来调整系统的参数或输出信号。
5. 传感器再次测量系统的输出信号，并将其反馈给控制器。
6. 控制器根据反馈信号来调整控制信号，以减小误差。
7. 重复以上步骤，直到输出信号达到期望值。
通过不断的反馈和调整，闭环控制系统能够自动对系统进行监控和调节，使系统在不同工作条件下能够保持稳定的输出。
闭环控制系统常用于工业自动化、电子设备、机械控制等领域，对于提高系统的准确性、可靠性和鲁棒性具有重要意义。
闭环控制系统的工作原理
闭环控制系统的工作原理
闭环控制系统是一种能够根据实际输出与期望输出之间的差异，进行系统调节和纠偏的控制系统。
它的工作原理可以分为三个主要步骤：感知、比较和调节。
首先，闭环控制系统通过感知器件（例如传感器）来获取实际输出信号。
这些传感器可以测量物理量（如温度、压力、速度等），并将其转化为电信号。
然后，获得的实际输出信号与期望输出信号进行比较。
这一步通常由比较器或误差放大器来完成。
比较器将实际输出与期望输出进行对比，并计算二者之间的差异。
最后，根据比较结果，调节器件（例如执行器或驱动器）会根据系统设计的控制算法对系统进行调整。
它通过改变控制信号来改变系统的操作或参数，以便使实际输出更接近期望输出。
这个过程是一个循环的过程，系统会不断重复感知、比较和调节的步骤，以实现对系统的动态控制。
闭环控制系统通过不断监测输出并调整控制信号，能够对外部环境变化或内部干扰进行响应，从而使系统能够保持稳定、精确的运行。
总的来说，闭环控制系统的工作原理就是通过感知实际输出、比较实际输出与期望输出，并根据比较结果进行调节，以实现对系统的自动控制。
这种控制方式可以提高系统的鲁棒性和适应性，使系统能够更好地应对不确定性和扰动。
闭环控制系统名词解释
闭环控制系统名词解释1.闭环控制：闭环控制是控制论中的一个基本概念，它指的是控制系统的一种类型，其中控制器的输出会直接影响系统的输入，形成一个封闭的环路。
在闭环控制系统中，控制器的输出会通过执行器作用于被控对象，同时被控对象的输出会被检测器检测并反馈给控制器，形成一个闭环的反馈机制。
2.开环与闭环：开环控制系统指的是控制器的输出并不会直接作用于被控对象，而是通过其他方式影响被控对象的输入。
在开环控制系统中，控制器的输出和被控对象的输入之间并没有形成直接的反馈机制。
相比之下，闭环控制系统具有更好的稳定性和动态性能，因为它们可以通过负反馈来自动调节系统的输出。
3.负反馈：负反馈是闭环控制系统中常见的一种反馈机制，它指的是检测器的输出与控制器的输入反向变化的一种反馈方式。
在负反馈系统中，如果被控对象的输出偏离了预设值，检测器会检测到这个偏差并将其反馈给控制器，控制器会根据偏差的大小和方向调整其输出，使被控对象的输出回到预设值。
负反馈可以提高系统的稳定性和动态性能。
4.正反馈：正反馈是相对于负反馈而言的，它指的是检测器的输出与控制器的输入同向变化的一种反馈方式。
在正反馈系统中，如果被控对象的输出偏离了预设值，检测器会检测到这个偏差并将其反馈给控制器，控制器会根据偏差的大小和方向调整其输出，使被控对象的输出更加偏离预设值。
正反馈通常会导致系统的不稳定和振荡。
5.控制器：控制器是闭环控制系统中的一个关键组件，它根据预设的控制算法来调整执行器的输出，从而控制被控对象的输入。
控制器通常由微处理器、微控制器、DSP等数字计算器实现。
6.执行器：执行器是闭环控制系统中的另一个关键组件，它接受控制器的指令并驱动被控对象。
执行器通常由电动机、气动阀、液压马达等机械设备实现。
7.检测器：检测器是闭环控制系统中的另一个重要组件，它能够检测被控对象的输出并转换为电信号反馈给控制器。
检测器通常由各种传感器实现，例如温度传感器、压力传感器、位置传感器等。
闭环控制系统的例子和工作原理
闭环控制系统的例子和工作原理
闭环控制系统是一种基于反馈的控制系统，其工作原理是通过测量被控对象的输出，并与期望值进行比较，然后根据比较结果调整输入信号，从而使系统的输出能够接近期望值。
以下是一些闭环控制系统的例子和工作原理：
1. 温度控制系统：该系统通过测量室内温度并与设定的温度值进行比较，然后根据比较结果控制加热器或冷气机的输入信号来维持室内温度接近设定值。
2. 自动驾驶系统：该系统通过使用传感器来感知车辆周围的环境，并与预定的路线进行比较，然后根据比较结果调整车辆的加速度、转向和制动信号，以使车辆保持在所需的路线上。
3. 液位控制系统：该系统通过测量液位并与设定的液位进行比较，然后根据比较结果调节液位控制阀的开度，以使液位保持在设定值附近。
4. 压力控制系统：该系统通过测量压力并与设定的压力进行比较，然后根据比较结果调整压力控制阀的开度，以使压力保持在设定值范围内。
在闭环控制系统中，反馈环起到了至关重要的作用，允许系统对自身的输入和输出进行监测和校正。
通过不断进行反馈，系统可以更准确地跟踪和调整输出，使
其更接近期望值。
这种反馈机制可以提高系统的稳定性、准确性和鲁棒性。
闭环控制系统的工作原理
闭环控制系统的工作原理随着科技的不断发展，人们对于自动化控制的需求也越来越高。
而闭环控制系统便是其中一种常见的控制方式。
本文将从闭环控制系统的定义、基本组成部分、工作原理等方面进行详细阐述。
一、闭环控制系统的定义闭环控制系统是指通过对被控对象反馈信号的监测和处理，将控制器的输出信号与被控对象的实际输出值进行比较，从而调节控制器的输出信号，使得被控对象的输出值达到预定值的一种控制方式。
简单来说，闭环控制系统就是通过对被控对象的反馈信号进行监测和处理，来达到控制目标的一种控制方式。
与之相对的是开环控制系统，开环控制系统没有反馈信号的监测和处理，只能通过对被控对象的输入信号进行调节来达到控制目标。
二、闭环控制系统的基本组成部分闭环控制系统主要由四个基本组成部分组成，分别是被控对象、传感器、控制器和执行机构。
1.被控对象被控对象是指需要进行控制的物理系统，例如机器人、电机、温度等。
被控对象的输出信号是需要被监测和处理的反馈信号。
2.传感器传感器是用来监测被控对象输出信号的装置，将被控对象的输出信号转换成电信号，并送到控制器进行处理。
3.控制器控制器是对传感器采集到的信号进行处理的装置，将处理后的信号与设定值进行比较，从而调节控制器的输出信号，控制被控对象的输出信号。
4.执行机构执行机构是将控制器输出的信号转换成物理信号的装置，例如电机、气缸等，从而控制被控对象的输出信号。
三、闭环控制系统的工作原理1.控制器的输出信号控制器的输出信号是通过对传感器采集到的信号进行处理得到的，控制器将处理后的信号与设定值进行比较，从而得到控制器的输出信号。
例如，当控制器的设定值为20度，传感器采集到的信号为18度时，控制器会输出一个信号，使得被控对象的输出信号向20度靠近。
2.反馈信号的作用反馈信号是指被控对象的输出信号，通过传感器监测和处理得到的信号。
反馈信号的作用是使得控制器能够实时调节输出信号，使得被控对象的输出信号更加接近设定值。
闭环控制系统的描述
闭环控制系统的描述
闭环控制系统是一种通过反馈机制对系统输出进行自动调节的控制系统。
在闭环控制系统中，系统的输出会被传感器或其他监测设备实时测量，并将测量结果反馈给控制器。
控制器根据反馈信息与设定目标进行比较，然后调整控制信号，使系统的输出逐渐接近或达到设定目标。
闭环控制系统的优点在于其具有较高的精度和稳定性，能够自动补偿系统内部和外部的干扰和变化，从而实现对被控对象的精确控制。
常见的闭环控制系统包括温度控制系统、速度控制系统、位置控制系统等。
闭环控制系统通常由控制器、执行器、被控对象和传感器等组成。
控制器是闭环控制系统的核心部分，它接收传感器反馈的信息，并根据控制算法计算出控制信号，发送给执行器。
执行器根据控制信号对被控对象进行调节，使其输出达到设定目标。
传感器则用于实时测量被控对象的输出，并将测量结果反馈给控制器。
在实际应用中，闭环控制系统需要根据被控对象的特点和控制要求进行设计和调试，以确保系统的稳定性和可靠性。
同时，还需要考虑系统的安全性和可维护性等因素，以保障系统的正常运行和长期使用。
典型闭环控制系统的基本组成
典型闭环控制系统的基本组成闭环控制系统是一种反馈控制系统，它通过测量实际系统输出与期望输出之间的误差，对系统进行调节，以达到期望输出。
典型的闭环控制系统由以下几个基本组成部分构成。
1. 误差检测器误差检测器是闭环控制系统的核心部分，它用于检测实际输出与期望输出之间的误差。
该误差可以通过传感器来检测，例如温度传感器、压力传感器等。
误差检测器会将误差信号传递给控制器，以进行调节。
2. 控制器控制器是闭环控制系统的决策中心，它根据误差信号和系统模型，计算出控制信号，并将其发送给执行器。
控制器的设计可以采用PID控制算法等多种算法，以满足不同的控制需求。
3. 执行器执行器是闭环控制系统的最后一环，它负责将控制信号转化为实际的控制动作，以对系统进行调节。
例如，电机可以通过控制电压和电流，实现机械运动的调节。
4. 反馈环路反馈环路是闭环控制系统的基本特征之一，它通过将实际输出信号反馈给误差检测器，实现对系统的自动调节。
反馈环路可以通过软件或硬件实现，以满足不同的应用需求。
5. 参考输入参考输入是闭环控制系统的期望输出，它可以是恒定值或动态变化的信号。
例如，温度控制系统的期望温度可以是恒定的设定值，而机器人的期望位置可以是动态变化的轨迹。
6. 系统模型系统模型描述了被控制对象的动态特性，包括传递函数、状态空间模型等。
系统模型是控制器设计的基础，它可以通过实验或建模软件进行确定。
7. 信号调节器信号调节器主要用于对输入、输出以及控制信号进行调节和过滤，以保证系统的稳定性和性能。
例如，滤波器可以对噪声进行滤波，增益调节器可以对信号进行放大或缩小。
闭环控制系统的基本组成包括误差检测器、控制器、执行器、反馈环路、参考输入、系统模型以及信号调节器等部分。
这些组成部分相互协作，实现对系统的自动控制和调节，为工业自动化、机器人控制、航空航天等领域的应用提供了重要的支撑。
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【答案】 A 【解析】 该控制系统能将水温保持在设定值，这说明当水温 达不到设定值时，启动加热功能；当水温达到设定值时，电水 壶自动断电，停止加热。这说明实际水温通过检测器的检测返 回输入端影响控制过程，属于闭环控制。在整个控制中都是不 需要人直接参与，为自动控制。控制方框图如下：
【变式训练】 1.(2012年3月浙江省高考)如图所示是一款太阳能饭盒，每个饭 盒都有独立的温度控制系统，当饭煮熟后，自动进入保温状 态，该饭盒温度控制系统的控制手段和控制方式属于( ) A．手动控制、开环控制 B．自动控制、闭环控制 C．自动控制、开环控制 D．手动控制、闭环控制 【答案】 B 【解析】 根据题意，该饭盒温度控制系统不需要人直接参与， 因此属于自动控制。关于控制方式的选择，该太阳能饭盒的控 制目的在于保持饭盒内的温度，因此温度控制也就是把温度保 持在一定范围内，若盒内温度与设定值有偏差，饭盒将自动加 热至设定温度，这就存在比较和反馈，因此属于闭环控制。
复习
1.我们把控制系统分为： 开环控制制系统和闭环控制系统。 2.什么是开环控制系统？ 控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响， 称为开环控制系统。 3.开环控制系统方框图是：
案例１：炮弹的控制系统
在这炮弹的控制系统中有两种情况： 一种是不进行调整只是按设定的距离开炮，没有因素影响可以打 中对方，但要是有干扰或者有其它因素影响那就打不中对方了，达不 到目的。 另一种是加了一个（侦察兵）把控制系统的输出量（炮弹落的位 置）返回到输入端（大炮到对方距离）进行比较，并对控制进行调整 的环节，使能准确打中对方。
【答Байду номын сангаас】 【解析】
A 本题考查控制系统分析。被控对象应为蜂鸣器。
案例２：台灯
这两台台灯在控制中有什么不同?
①可充电台灯的控制系统 可充电台灯只是开灯就亮，非常简单,但是亮度不能调节。 ②可调台灯的控制系统 可调台灯亮度可调，它通过人的眼睛不断检测灯的亮度，并与人眼睛感觉 舒适的亮度进行对比而进行调整，使之达到人想要的亮度。
游泳池的注水控制
设定注水的时间
水流量 进水阀门 游泳池
【变式训练】 2.如图所示是一款可以定时的台灯。将拉绳拉到设定时间位置 ，打开灯的同时定时器开始工作，到达设定时间开关断开， 将灯熄灭。关于这款台灯的控制系统，下列说法正确的是( ) A．执行器是台灯 B．控制器是拉绳 C．输入量是设定时间 D．控制量是台灯的亮度 【答案】 C 【解析】 该控制系统中，执行器是开关，控制器是定时装置， 控制量是开关的通与断也可以说是电流量；定时台灯其输入量 是设定的定时时间。
【例3】(2012年3月浙江高考第19题)如图所示是电热水器温度自 动控制系统的示意图，当热电偶测到水温低于设定值，控制电 路接通加热丝，加热储水箱中的水，使水温达到设定值，关于 该控制系统的组成，下列说法中不正确的是( ) A．被控对象是水箱中的水 B．控制器是加热丝 C．被控量是出水温度 D．设定量是所要求的水温
【例2】(2011年9月浙江省高考)如图所示感应水龙头的出水控 制系统为开环控制，当手靠近感应区域时，水就会自动流出。 下列判断中正确的是( ) A．该控制系统有检测环节 B．该控制系统有反馈环节 C．该控制系统的控制器是水龙头 D．该控制系统能保持出水量稳定
【解析】 本题考查对控制系统的理解。A项，因题目中当 手靠近感应区域时，水就会自动流出。一般为红外线检测 。A正确。 【答案】 A
【变式训练】 3.[2012年3月合卷上机版高考技术试题第14题]如图所示是汽车 倒车雷达示意图，当汽车倒车至障碍物一定距离时，雷达侦测 器将侦测到的信号输人主机，主机控制蜂鸣器发出报警声，并 在显示器上显示至障碍物的距离。下列对该控制系统的分析中 不正确的是( ) A．被控对象是雷达侦测 B．控制器是主机 C．输人量是车尾至障碍物的距离信息 D．输出量是报警声和显示器的显示信息
可调台灯亮度是经过人的眼睛不断检测灯的亮度与人 眼睛感觉舒适的亮度进行对比而进行调整,使达到人想要的 亮度,但不方便,一定要有人调节才行。 思考：能不能设计出不用人调节就能达到目的的控制？
闭环控制在日常生活中应用
闭环控制在日常生活中应用举例
(1)电热水壶的温度控制 (2)电热器的温度控制
(3)饮水机的温度控制
【解析】 从题干中“使水温达到设定值”文字中，可以确定这 是闭环控制系统。根据控制系统的各环节的概念和从题干中“ 控制电路接通加热丝，加热储水箱中的水”等文字中，可以轻 松知道控制器是控制电路，执行器是加热丝；从该控制系统的 名称“电热水器温度自动控制系统”可知，被控对象是水箱或 水箱中的水。 【答案】 B
游泳池的水位
定时器
定时器注水控制有什么缺陷？
游泳池的注水控制的改进
控制器
水位检测装置
设定水位 +
水流量
实际水位
-
控制器
进水阀门 检测装置
游泳池
闭环控制系统
把系统的输出量返回到输入并对控制过程 产生影响的控制系统称为闭环控制系统。
干扰信号 给定值 + 反馈环节 控制器 执行器 被控对象 被控量
扩展思考
(4)马桶水位控制 (5)空调器的温度控制 (6)太阳能热水器的温度控制 (7)电冰箱的温度控制
小结与作业
1.什么是闭环控制系统？ 2.闭环控制系统的方框图。 3.体验闭环控制在日常生活中应用。
【例1】(2011年3月浙江省高考)如图所示为一款具有保温功能 的电水壶，按下保温按钮，能将水温保持在设定值，该保温控 制系统的控制手段和控制方式属于( ) A．自动控制、闭环控制 B．自动控制、开环控制 C．手动控制、闭环控制 D．手动控制、开环控制