开环电子控制系统和闭环电子控制系统(课堂PPT)
电子课件-《自动控制技术》-B02-4260 第一章 自动控制的基本概念
第一章 自动控制的基本概念
在直流电动机转速开环控制系统中，加入一台测速发电机，并对电路稍作改 变，便构成图示的直流电动机转速闭环控制系统。
测速发电机由电动机同轴带动，用于测量电动机的实际转速n（即系统的输出 量），然后转换成电压uf，再反送到系统的输入端，与给定值（即系统的输入量） 进行比较，从而得出电压ue = ugd - uf 。由于该电压能间接地反映出误差的性质 （即大小和正负方向），通常称之为偏差信号，简称为偏差。偏差ue经放大器放 大成ua后，作为电枢电压控制电动机转速n之用。
第一章 自动控制的基本概念
二、自动控制系统中常用的名词术语
系统：自动控制系统是由被控对象和自动控制装置按一定方式组合而成，以 完成某种自动控制任务的有机整体。
输入信号：系统的输入信号又称为参考输入，通常是指给定值，它是控制着 输出量变化规律的指令信号。
输出信号：系统的输出信号是指被控对象中要求按某种规律变化的物理量， 又称被控量，它与输入量之间保持一定的函数关系。
第一章 自动控制的基本概念
一、人工控制
如图所示为一个人工控制水位保持恒定的供水系统。
人工控制的水位系统
第一章 自动控制的基本概念
操作步骤是： （1）将水位的要求值（期望水位值）牢记在操作者的大脑中。 （2）通过眼睛和测量工具测量出水池的实际水位。 （3）将期望水位与实际水位进行比较、计算，从而得出误差值。 （4）按照误差的大小和正负性质由大脑指挥手去正确地调节进水阀门。所谓 正确调节，是要按减小误差的方向来调节进水阀门的开度。
方块图清楚表明：由于采用了反馈回路，致使信号的传送路径形成闭合环路， 使输出量反过来直接影响控制作用。这种通过反馈回路使系统形成闭合环路，并 按偏差ue的性质产生控制作用，以求减小或消除偏差的控制系统，称为闭环控制 系统，或称为反馈控制系统。
开环控制和闭环控制ppt课件
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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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
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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
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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）
教学课件 自动控制原理(第二版)(千博)
第一节 引言 第二节 开环控制系统和闭环控制系统 第三节 自动控制系统的构成 第四节 自动控制系统分类 第五节 对自动控制系统的基本要求
单输入-单输出(SISO)系统如 图1-1所示。
• 图 1-1 单输入-单输出(SISO)系统
电子技术、计算技术、航天技术 等学科的高
度发展和工程实践的需要, 现代 控制理论近年来得到迅速发展, 它为自动控制理论和自动控制技 术发展提供了美好的前景。多输 入-多输出(MIMO)系统如图1-2所
• 图 1-4 开环控制系统方框图
控制系统的输出量对控制作 用有影响的系统, 称为闭环控制 系统, 也称为负反馈控制系统。
• 图 1-5 直流电动机转速闭环控制系统
• 图 1-6 闭环控制系统方框图
因素，对其余扰动均不起补偿作 用。因此，比较合理的一种控制 方式是把按偏差控制与按扰动控 制结合起来，对于主要扰动采用 适当的补偿装置实现按扰动控制， 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
所谓离散控制系统, 是指在 控制系统的一处或多处的信号为
脉冲序列或数码传递系统。
从系统外部变量的描述来分类的， 不考虑系统内部的通路与结构。 也就是说,如果给定的输入是单一 的， 那么响应也是单一的。但系 统内部的结构回路可以是多回路 的，内部变量显然也是多种形式 的。内部变量可称为中间变量， 输入与输出变量称为外部变量。
生的偏差。
• 图 1-7 电动机速度复合控制系统
控制对象和控制器组成的，其中 控制器又是由一些基本的功能性 部件或元件构成的。在典型情况 下，由以下这些基本部件或元件 构成控制器，统称为控制装置，
共同完成控制任务。
3. 比较元件 4. 放大元件 5. 执行元件 6. 校正元件 7. 能源元件
步进电机的开环控制和闭环控制
步进电机的开环控制和闭环控制一、步进电机的开环掌握1、步进电机开环伺服系统的一般构成图1 步进电机开环伺服系统步进电动机的电枢通断电次数和各相通电挨次打算了输出角位移和运动方向，掌握脉冲安排频率可实现步进电动机的速度掌握。
因此，步进电机掌握系统一般采纳开环掌握方式。
图为开环步进电动机掌握系统框图，系统主要由掌握器、功率放大器、步进电动机等组成。
2、步进电机的掌握器1、步进电机的硬件掌握步进电动机在—个脉冲的作用下，转过一个相应的步距角，因而只要掌握肯定的脉冲数，即可精确掌握步进电动机转过的相应的角度。
但步进电动机的各绕组必需按肯定的挨次通电才能正确工作，这种使电动机绕组的通断电挨次按输入脉冲的掌握而循环变化的过程称为环形脉冲安排。
实现环形安排的方法有两种。
一种是计算机软件安排，采纳查表或计算的方法使计算机的三个输出引脚依次输出满意速度和方向要求的环形安排脉冲信号。
这种方法能充分利用计算机软件资源，以削减硬件成本，尤其是多相电动机的脉冲安排更显示出它的优点。
但由于软件运行会占用计算机的运行时间，因而会使插补运算的总时间增加，从而影响步进电动机的运行速度。
另一种是硬件环形安排，采纳数字电路搭建或专用的环形安排器件将连续的脉冲信号经电路处理后输出环形脉冲。
采纳数字电路搭建的环形安排器通常由分立元件（如触发器、规律门等）构成，特点是体积大、成本高、牢靠性差。
2、步进电机的微机掌握：目前，伺服系统的数字掌握大都是采纳硬件与软件相结合的掌握方式，其中软件掌握方式一般是利用微机实现的。
这是由于基于微机实现的数字伺服掌握器与模拟伺服掌握器相比，具有下列优点：（1）能明显地降低掌握器硬件成本。
速度更快、功能更新的新一代微处理机不断涌现，硬件费用会变得很廉价。
体积小、重量轻、耗能少是它们的共同优点。
（2）可显著改善掌握的牢靠性。
集成电路和大规模集成电路的平均无故障时（MTBF）大大长于分立元件电子电路。
（3）数字电路温度漂移小，也不存在参数的影响，稳定性好。
《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。
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”与“闭环控制”的区别学习总结
“开环控制”与“闭环控制”的区别就在于控制系统中有无反馈环节，所谓闭环控制就是存在反馈环节的控制。
这样的系统能够适时地检测控制的输出结果，并将检则到的信息通过反馈环节反映到输入端，调整输入童，达到修正控制误差、提高控制精确度的目的。
反馈技术被广泛应用在各种需要精确控制的系统中，尤其是电子控制系统，比如:各种放大电路中的增益控制:环境的温度、湿度、水位、压力的控制:机械结构的位置控制、速度控制等等。
因此常常使人觉得:闭环控制是复杂的、精确的、自动的控制方式，而开环控制相对的简单、粗糙和非自动。
这种感觉常常造成初学者在分析系统时的误判，需要特别注意。
以普通家用压力锅的温度控制过程为例，在密闭状态下，锅内的温度与压力呈对应关系。
加热锅体，锅内温度逐步升高，锅内压力也随之升高;当锅内的压力达到设定值时，高压将顶开压在排气阀上的重锤，排出蒸汽，使锅内压力降低，压力的降低又造成温度的降低。
由于重锤的重里是恒定，因此当温度达到设定值之后，加热里和排气里将呈动态平衡，锅内压力保持在高于大气压力的一个恒定值上，锅内温度也保持在高于常压水的沸点温度的-一个恒定值上(一般为110?左右)，不再继续升高。
过程如下图所示:分析这样-个控制问题，首先要界定所考察的系统范围。
从整体效果上看，该控制过程的输入里是加热锅体，加热锅体导致的三个结果:锅体升温、锅内升压以及排气孔排气，都是输出童，而输出量并未反馈回来影响输入里，因此它是一个开环控制系统。
而更细致的分析，应该把升温过程与恒压/恒温过程分别进行分析。
分析时考察的系统范围不同，结论也不同。
压力锅的加热、升温、升压过程把加热炉具与压力锅看成一个系统，压力锅体因外部加热而升温，分析加热的过程。
输入童一-接通电源或点火，输出童- -锅体升温、锅内升压以及排气孔排气。
控制过程如下图所示，与用炉火加热普通锅体的过程相同，属于开环自动控制。
压力锅的恒压、恒温控制过程压力锅能够保持锅内压力与温度恒定，主要是依靠了压在排气阀上的重锤的作用，因此还可以分析重锤对锅内压力的控制过程。
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）
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反
自 动 门 电 动 器 门的开/合
控制电路
馈
开环电子控制系统的特点：
结构简单
造价较 低
适用于被控 对象的状态
变化较为 简单
被控量控制 精度要求
不高
闭环电子控制系统
闭环电子控制系统 控制系统能对输出结果进行检测，并将检测信号反馈到控制处理部分，
从而对系统的控制产生影响。
闭环电子控制系统的组成方框图
由于存在电冰箱外面的温度较高、经常开门等干扰因素，电冰箱冷 藏室不能一直保持预置温度，当电冰箱内温度回升并超过预置温度时， 电子控制电路又发出指令，使电磁继电器接通压缩机工作电路，压缩机 重新工作并进行制冷。如此往复循环，使电冰箱内能始终保持恒温。
马上行动P14
（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。
√ √
√ √ √
√ √
开环电子控制系统和闭环电子控制系统的特 征讨论与区别？
特征：开环电子控制系统的结构相对简单,控制精度较低; 闭环电子控制系统的结构比较复杂控制精度相对较高。
区别：有无反馈
开环电子控制系统和闭环电子控制系统
练习
2、注意你周围的电子产品，查找说明书等有关资料，找出一个 由闭环电子控制系统构成的电子产品，画出它的方框图，分析 它是如何运用反馈来实现自动控制的。
开环电子控制系统：
电熨斗、电子门铃、电子调光台灯、带遥控电 视机公共汽车车门控制系统、
红绿灯定时控制系统、闹钟定时控制系统、自 动烘手机控制系统、游泳池注水定时控制系统
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
（2）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，而且实现控制的自动化。
【检测与反馈】 它主要由温度传感器组成。温度传感器放置在家用电 冰箱的冷藏室内，它将检测到的冰箱冷藏温度转变为电信号并反馈到电 子控制系统的控制（处理）部分。当接通电冰箱的电源后，控制电路命 令执行器接通压缩机工作电路，制冷剂不断地在管道中循环，并吸收电 冰箱内的热量，使电冰箱内温度下降。同时，电冰箱冷藏室内的温度传 感器不断检测电冰箱内的温度，并把温度变化的电信号反馈到控制（处 理）部分，控制（处理）部分不断地对预置温度和反馈的温度变化进行 比较、分析和处理。当电冰箱内温度达到预先设定的温度时，控制（处 理）部分即发出指令给电磁继电器，继电器立即切断压缩机工作电路， 电冰箱内制冷工作停止，使电冰箱内温度不再下降。
开环电子控制系统
开环电子控制系统
倘若电子控制系统的输出结果对系统的控制没有影响，也就是被 控量的变化不会引起控制量的变化，即没有反馈，这种电子控制系统 叫做开环电子控制系统。
信息
开环电子控制系统的组成方框图
开环电子控制系统 电子门铃的开环电子控制系统
工作过程方框图
【输 入】
用手按动按纽开关，输入一个触发信号。
1.3 开环电子控制系统和闭环电子控制系统
学习目标：
1、知道反馈在电子控制 系统中的作用
2、知道开环电子控制系 统和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并找 出原理。
电子控制系统分类
电子控制系统
开环电子控制系统 闭环电子控制系统
反馈 是以系统输出的结果调整系统控制的方法。 反馈能提高控制的能力。
【控制（处理）】 音乐集成电路经过触发后工作，产生一组载有“音 乐”的电信号。
【输 出】
扬声器将电信号转变成音乐声。
特点: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.
常见的开环电子控制系统 模拟电路 门铃模拟电路
常见的开环电子控制系统
模拟电路
灯塔模拟电路
常见的开环电子控制系统
术，故不能称为闭环电子控制系统。但因为存在反馈，可称为闭环控制系统
开环电子控制系统和闭环电子控制系统
练习
1、根据开环电子控制系统和闭环电子控制系统 的区别进行分析、判断，在你认为正确的表格中 打“√”
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
开环电子控制系统 闭环电子控制系统
(微型电脑）
输出
(继电器)
被控对象
(冷藏室)
反馈
检测
【输入】 根据冰箱内放置食物的保存要求，预先设置一个恰当的冷藏温度温。度传感器
【控制（处理）】 它有电子电路组成，其核心部件是一个微处理器， 实际上是一个微型电脑装置。它能够对预置设定和输出中检测到的电信 号进行比较、分析和判断，并发出命令。
【输出】 它有电磁继电器等组成。当它接到“接通”压缩机电路的操 作指令时，电磁继电器接通压缩机的工作电路；当它接到“停止”的 操作指令时，电磁继电器断开压缩机的工作电路。
这是闭环系统吗？
同学们几乎每天听着扩音机里播放的音乐做广播体操，但扩 音机从未引起大家的注意。学习了上面的内容后，“扩音机是一 个什么电子控制系统”引起了全班同学的热烈讨论。
正方：扩音机是一个开环电子控制系统。 反方：扩音机是一个闭环电子控制系统。
分析评判：闭环电子控制系统必须符合两个条件： （一）它的核心是电子技术； （二）有反馈。反方把人划入控制系统，这个控制系统的核心就不单单是电子技
输入
控制（处理）
输出
被控对象
反馈
检测
2、闭环电子控制系统方框图
输入 比较器 控制(处理) 输出 被控对象
反馈
检测
给定量
比较器
﹢×
控 制
﹣器
执 控制量 行 器
统
家用电冰箱的结构和制冷原理图
家用电冰箱的结构和制冷原理
输入
预置温度调节
装置
控制(处理)
(电子电路)
模拟电路
调光台灯模拟电路
开环电子控制系统
马上行动 P13
现在请同学们思考下列电子控制系统中的被控 对象、 被控量、控制器和它们的工作过程的共同 点？
被控对象 被 控 量
控制器 共同点
电子门铃 扬 声 器 音 乐 声 音乐集成电路
没
自动路灯 路 灯 光的变化
电子电路
有
电 子 锁 锁 舌 锁舌的运动 集成电路