最新开环控制系统与闭环控制系统教学文稿
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
通用技术开环和闭环控制系统
控制系统旳
工作过程与方式
一、控制系统
电风扇旳风速控制是经过变化电机旳转速 来实现旳。给电风扇设定风速挡位，电机就以 一定旳转速带动扇叶转动，输出预定旳风速。 风速挡位是该控制系统旳输入，扇叶转动旳风 速是该控制系统旳输出，一种挡位相应着一种 风速。
电风扇旳控制
输入 风速挡位
输出 电路、电机、扇叶 风速
电饭煲
电源旳电信号 锅内旳温度
脱粒机
电源旳电信号 脱粒旳量
红外线自动水龙头 人手旳红外信号 水龙头旳出水量
2、分类：
开环控制系统 控 （open loop control system） 制 系 统
闭环控制系统 （closed loop control system）
二、开环控制系统
案例分析：自动门
水箱注水控制系统方框图：
设定 时间
控制器
水流量
水箱旳水位
进水阀门
水箱
（输出）
增长反馈后水箱注水控制系统方框图
比较器
给定 + 水位
控制器
水流量 进水阀门
检测装置
水箱
水箱旳水位 （输出）
1、定义：
系统旳输出量返回到输入端并对控制过程产 生影响旳控制系统称为闭环控制系统
2.特征：系统旳输出端与输入端信号之间存在 一种回路——反馈回路。
关闭
请完毕P106旳“立即行动”
1、家用缝纫机旳缝纫速度控制系统（属于开环控制系统）
脚踏
脚蹬、曲柄、链轮
缝纫
力度
中轴、链条
速度
2、电冰箱旳温度控制系统（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
1.3开环控制及闭环控制
1.3开环控制及闭环控制一、开环控制如果系统的输出量与输入量间不存在反馈的通道，这种控制方式称为开环控制系统。
在开环控制系统中，不需要对输出量进行测量，也不需要将输出量反馈到系统输入端与输入量进行比较。
在任何开环控制中，系统的输出量都不被用来与参考输入进行比较，因此，对应于每一个参考输入量，便有一个相应的固定工作状态与之对应，这样，系统的精度便决定于校准的精度（为了满足实际应用的需要，开环控制系统必须精确地予以校准，并且在工作工程中保持这种校准值不发生变化）。
当出现扰动时，开环控制系统就不能实现既定任务了，如果输入量与输出量之间的关系已知，并且不存在内扰与外扰，则可以采用开环控制。
二、闭环与开环控制系统的比较反馈控制：特点偏差控制，可以抑制内、外扰动对被控制量产生的影响。
精度高、结构复杂，设计、分析麻烦。
开环控制：顺向作用，没有反向的联系，没有修正偏差能力，抗扰动性较差。
结构简单、调整方便、成本低。
在精度要求不高或扰动影响较小的情况下，这种控制方式还有一定的实用价值。
开环控制按给定量控制按扰动控制，可产生一定的补偿作用，适用于扰动可测量的场合。
复合控制：将按偏差控制与按扰动控制结合起来，对于主要扰动采用适当补偿装置实现扰动控制。
同时，再组成反馈控制系统实现按偏差控制，以消除其余扰动产生的偏差。
开环控制系统和闭环控制系统1开环控制系统开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响系统的输出不对控制器施加影响2闭环控制系统闭环控制系统(closed-loop control system)是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环反馈有正反馈和负反馈之分，若反馈信号与系统给定值信号极性相反，则称为负反馈( Negative Feedback)，若极性相同，则称为正反馈一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。
《开环电子控制系统和闭环电子控制系统导学案-2023-2024学年高中通用技术苏教版》
《开环电子控制系统和闭环电子控制系统》导学案第一课时一、先导知识在进修电子控制系统之前，我们需要了解一些基本观点和原理。
电子控制系统是一种通过电子设备来控制机械或其他设备的系统，它可以依据输入信号来控制输出信号的大小和方向。
电子控制系统分为开环电子控制系统和闭环电子控制系统两种。
二、开环电子控制系统开环电子控制系统是一种只有输入信号和输出信号之间的干系，没有反馈调整的系统。
在开环系统中，输出信号不会对输入信号进行修正，而是直接由输入信号决定。
开环系统的优点是简易、成本低，但缺点是误差较大，稳定性差。
三、闭环电子控制系统闭环电子控制系统是一种具有反馈回路的系统，通过测量输出信号并与输入信号进行比较，实现对输出信号的调整。
闭环系统可以依据反馈信息对输出信号进行修正，使系统更加稳定和准确。
闭环系统的优点是精度高、稳定性好，但缺点是复杂、成本高。
四、案例分析举例来说，我们可以将汽车的控制系统比作电子控制系统。
车内的空调系统可以是一个开环系统，它通过调整空调的温度控制旋钮来控制室内温度，但无法依据室内实际温度进行自动调整；而车辆的ABS系统则是一个闭环系统，它可以通过传感器实时监测车轮的转速，并依据状况自动调整刹车力度，以保持车辆稳定性和安全性。
五、沉思谈论1.开环电子控制系统和闭环电子控制系统各有什么优缺点？你觉得在什么状况下更适合应用开环系统？在什么状况下更适合应用闭环系统？2.举例说明现实生活中其他的开环电子控制系统和闭环电子控制系统，并分析其特点和应用途景。
3.在工程设计中，你认为如何选择合适的电子控制系统对于系统的稳定性和性能至关重要？你会如何设计一个既经济实惠又稳定可靠的电子控制系统？六、拓展延伸1.了解更多关于电子控制系统的相关知识，进修不同种类的电子控制系统及其应用。
2.深度了解闭环系统中的PID控制算法，并尝试应用到实际项目中。
3.参观当地企业或试验室，了解他们在电子控制系统方面的应用和探究，扩大自己的视野和实践阅历。
开环控制与闭环控制说课稿
开环控制与闭环控制说课稿长沙市望城二中蒋小红一、说教材（一）教材分析与处理说课内容选自广东版通用技术必修2第四章控制与设计。
本章由四节组成，在内容的编排上，分为4个层次，即了解（第一节了解控制）→探究（第二节控制系统的组成和描述）→设计（第三节简单控制系统的设计）→提高（第四节控制中的干扰）。
我将第一节中的“控制”、“手动控制和自动控制”设计为本章的第一课时，而将这节的“开环控制和闭环控制”部分与第二节“控制系统的组成”部分进行有机整合，作为本章第二课时即今天的说课内容，节约了本章的课时量，同时也为第三节简单控制系统的设计奠定了一定基础。
（二）教学目标1、知识与技能：（1）理解开环控制与闭环控制；（2）了解控制系统的组成及各部分的作用。
2、过程与方法：通过提出解决城市高层住宅的二次供水问题作为挑战任务,引导学生掌握4C学习方法（联系Connect、建构Construct、反思Contemplate、延续Continue）。
3、情感、态度与价值观：学以致用，增强学生自主探究、勇于创新和实践的意识，深刻体会通用技术课程价值所在。
（三）教学重点：开环与闭环控制系统的应用。
（四）教学难点：1、开环与闭环控制系统的区分；2、控制器、控制量、被控对象和被控量等概念。
二、说学情“开环控制与闭环控制”对于学生来说是全新的内容，以前从未接触过。
而在传统的教学方法中，教师照书念词，照图解说，空对空地问，空地空地答，即使有PPT课件、FLASH动画，学生对众多的技术术语感觉还是一头雾水，常常强迫性被动性地来接受新知识。
三、说教学策略为了改变上述局面，教学器材借助乐高机器人套件和必修2套件，教学过程采用以建构主义学习理论为基础的4C教学模式，它具体包括联系（Connect）、建构（Construct）、反思（Contemplate）、延续（Continue）四个环节。
四、说教学过程（一）联系环节：通过展示城市高层住宅图及高层住宅二次供水原理示意图将学生已有知识和经验与高层住宅供水问题相联系，用任务驱动法促使学生学习。
开环电子控制系统和闭环控制系统
一、开环电子控制系统
1、什么是开环电子控制系统 ——如果电子控制系统的输出结果对系统的控 如果电子控制系统的输出结果对系统的控 制没有影响， 制没有影响，也就是被控量的变化不会引起控 制量的改变，即没有反馈。 制量的改变，即没有反馈。 2、开环控制系统的组成方框图 信息输入Biblioteka 控制(处理 控制 处理) 处理
马上行动
（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。 系统的例子。 开环电子控制系统：电熨斗、电子门铃、 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、 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 闭环电子控制系统：空调机、电冰箱、 煲、现代化农业温室 电子控制系统与开环 （2）闭环电子控制系统与开环电子控制系统相比 ）闭环电子控制系统与开环电子控制系统相比 有什么优点？ 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 闭环电子控制系统具有监测和反馈功能 电子控制系统具有监测和反馈功能， 高控制的精度，而且实现控制的自动化。 高控制的精度，而且实现控制的自动化。
• 根据开环电子控制系统和闭环控制系统的区别进行分析、 根据开环电子控制系统和闭环控制系统的区别进行分析、 判断， 判断，在你认为正确的表格中打
练习
开环电子 控制系统 电子表 电取暖系统 空调 程序控制洗衣机 可调亮度的台灯 智能洗衣机 电热水器
闭环电子 控制系统
谢谢！
开环电子控制系统和 闭环控制系统
•学习目标 学习目标 •1.知道反馈在电子控制系统 1.知道反馈在电子控制系统 1. 中的作用 •2.知道开环电子控制系统和 2.知道开环电子控制系统和 2. 闭环电子控制系统的区别, 闭环电子控制系统的区别,会 用方框图分析生活中常见电 子控制系统找出原理. 子控制系统找出原理.
《开环控制系统和闭环控制系统》说课稿范文
《开环控制系统和闭环控制系统》说课稿范文第1篇：《开环控制系统和闭环控制系统》说课稿范文我将从教学依据、教法学法、教学过程、教学反思四个方面，谈一谈我对本节课的教学设计。
一、说教学依据1.教材内容及地位分析我对比了*苏教育出版社和河南科技出版社两个版本的教材，这一节都是技术与设计2第四章第二节的内容。
《控制及其设计》这一章是在必修一中学习了技术设计的一般思想和方法以及学习了必修二结构、流程、系统等知识之后的综合运用，这些知识在生产和日常生活中有广泛的应用，与现代科学技术紧密相关，而《开环控制系统和闭环控制系统》一节是本章的重要基础，为下一节理解闭环控制系统的干扰与反馈打下基础，为最终完成控制及其设计做铺垫。
通过学习也有助于学生今后运用简单的控制方法解决现实生活中遇到的相关问题，发展学生良好的思维品质。
2.课程标准我们倡导基于课程标准的教学设计。
与本节课相关的课程标准是：“分析典型的案例，了解手动控制、自动控制，熟悉简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程。
”在这句话中手动控制、自动控制在第一节中已经讲到，要达到熟悉开环控制系统和闭环控制系统的基本组成首先需要对它们进行辨别，而辨别的依据是有无反馈，这恰好是学生难以掌握的地方，所以计划用1课时重点突破，将工作过程和画出方框图放在第2课时处理。
3.课时安排本节课时安排为：第1课时主要了解开环控制系统和闭环未完，继续阅读 >第2篇：《细胞核——系统的控制中心》说课稿教材分析：本节教材承前面的细胞膜和各种细胞器结构和功能等内容，使学生对细胞的亚显微结构和功能的认识更加全面完整，也为以后的学习作铺垫，如染*质和染*体的关系是学习细胞有丝*时染*体变化的基础，细胞核的结构和功能是以后学习遗传的基础，也使学生对“结构和功能相统一”的观念有进一步认识。
另外，其中的资料分析也让学生体验了生物学研究的一般方法和过程。
学情分析：经过初中阶段的学习，学生对细胞的整体结构如细胞膜、细胞质、细胞核有了初步认识，但学生的生物学知识还很薄弱，对于基因是如何通过控制蛋白质的合成、进而控制生物的遗传和代谢，以及细胞*的知识还不了解。
《开环电子控制系统和闭环电子控制系统》核心素养目标教学设计、教材分析与教学反思-2023-2024学
《开环电子控制系统和闭环电子控制系统》教学分析在电子控制系统领域，开环电子控制系统和闭环电子控制系统是两种常见的控制方式。
本文将对这两种控制系统进行详细的教学分析，帮助读者更好地理解它们的原理和应用。
一、开环电子控制系统开环电子控制系统是一种简单的控制系统，它通过输入指令直接控制执行器的动作，而不思量输出结果对系统的影响。
开环系统中没有反馈回路，无法自动调节输出来纠正误差，因此对系统的稳定性和鲁棒性要求较高。
开环系统通常用于对控制要求不高的场合，如家用电器、玩具等。
开环电子控制系统的特点包括：1. 简单直观：只需输入指令，系统即可执行相应动作，操作简单直观。
2. 精度低：由于没有反馈回路，系统无法自动调节输出，容易受到外部干扰影响，精度较低。
3. 稳定性差：系统稳定性差，容易出现误差累积，影响系统的性能。
二、闭环电子控制系统闭环电子控制系统是一种相对复杂的控制系统，它通过测量输出并与期望输出进行比较，通过反馈回路来调节控制器的输出，以实现系统的稳定性和精度要求。
闭环系统具有自动调节功能，能够根据实际输出情况来调节控制器的输出，使系统更加稳定和精确。
闭环电子控制系统的特点包括：1. 精度高：通过反馈回路调节输出，能够实时纠正误差，提高系统的精度。
2. 稳定性好：系统稳定性高，能够自动调节输出以保持系统稳定。
3. 复杂性高：闭环系统相对开环系统更加复杂，需要精确的传感器和控制器来实现反馈控制。
在实际应用中，开环电子控制系统和闭环电子控制系统各有优缺点，需要根据具体的控制要求来选择合适的控制方式。
开环系统适用于对控制要求不高的场合，闭环系统适用于对精度和稳定性要求较高的场合。
通过本文的教学分析，读者可以更深入地了解开环电子控制系统和闭环电子控制系统的原理和特点，帮助他们在实际工程应用中选择合适的控制方式，提高系统的性能和稳定性。
教学设计方案（第一课时）一、教学目标：1. 了解开环电子控制系统和闭环电子控制系统的基本观点和原理；2. 能够区分开环电子控制系统和闭环电子控制系统的特点和应用途景；3. 能够分析和设计简单的开环电子控制系统和闭环电子控制系统。
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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。”
【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。
转速反馈控制的直流调速系统
控 制 信 号 大脑
控 制 量 手臂,肢体
篮 球 落 篮球 点
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
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
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。
θ0
+
模型 θ
θˆ(k )
+ ~z (k)
-
zˆ(k )
辨识算法
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
4.3 转速反馈控制的直流调速系统
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
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。
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
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
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）
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
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)
+
z(k)
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
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。
方框流程图
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
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
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）
开环控制系统与闭环控制 系统
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
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 ）