闭环控制系统的工作过程与方式
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）
闭环控制的工作流程
闭环控制的工作流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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闭环温度控制系统
本文介绍了一种小型温度测量与控制系统——闭环温度控制系统。
该系统利用单片机可以方便地实现对PID参数的设定，也可以通过计算机与单片机的串行通讯，实现工业过程中的交互式PID控制。
该原理是用温度传感器将检测到的温度转化为电信号，然后经过变送器使输出电信号随输入温度信号呈线性关系。
之后再经过A/D转换送入PC机中，与设定值进行比较，得出偏差。
对此偏差经PID算法进行修正，求得对应的控制量经D/A转换来控制驱动器，从而实现对温度的闭环控制。
本学期主要设计、制作和调试直流稳压电源和变送器,了解信息测试、校准和控制的过程,不仅提高了电子工程设计和实际操作方面的综合能力,而且培养了研发工程项目中所具备的基本素质和要求。
一、课题背景 (3)二、需求分析 (3)三、方案论证 (3)(一)稳压电源方案选择 (3)(二)变送器方案选择 (4)四、电路设计 (5)(一)直流稳压电源部分1.工作原理 (5)2. Protel99 SE 自主绘制电路原理图 (6)3.所需元件 (7)4.芯片介绍 (8)(二)变送器部分1.工作原理 (9)2.所需元件 (11)3.芯片介绍 (11)4.参数计算 (13)五、电路调试 (13)六、故障分析 (17)七、结果与收获 (18)八、致谢 (19)九、参考文献 (20)一、课题背景第一阶段我们主要解决闭环温度控制系统的直流稳压电源和变送器这两部分。
要求在工业生产中降低成本，降低材料、能源消耗，提高产品质量和生产效率。
二、需求分析稳压电源和变送器的功能和指标如下:1.温度测量范围: 0℃～+100℃2.温度测量误差: 不大于±2℃(在次要求下尽量提高指标)3.变送器输出电压: 0～5V4.测量误差: 满刻度1%（0.05V或1℃ ）5.要求线性规律控制电压—温度6.保证电路性能稳定可靠,具有一定的抗干扰能力7.注意各电路之间的可靠配合与保护问题(过流、断路、过热保护)三、方案论证（一）稳压电源方案选择要求输入9 V和14 V的交流电压,输出＋5 V和±12 V的直流电压。
闭环控制系统工作原理
闭环控制系统工作原理
闭环控制系统是一种自动控制系统，可以通过对系统输出与期望输入之间差距的反馈进行调整，从而使系统的输出更加接近期望输入。
其工作原理可以归纳为以下几个步骤：
1. 设定期望输入：在闭环控制系统中，首先需要设置一个期望输入信号，即所需的系统输出。
2. 对比期望输入与实际输出：系统会将期望输入信号与系统实际输出信号进行对比，并计算其之间的差距。
3. 生成误差信号：根据期望输入与实际输出之间的差距，系统会生成一个误差信号，该信号用于指示系统是否达到期望输出。
4. 反馈控制调整：误差信号会被送回到系统的控制器中，控制器会根据该信号制定相应的控制策略。
控制策略可以是比例控制、积分控制、微分控制或者它们的组合，以调整系统的输出。
5. 输出调整：经过控制器调整后，系统会根据控制策略对输出信号进行调整，使其更接近期望输入。
6. 循环过程：上述步骤会不断循环进行，系统会不断根据反馈信号进行调整，以使系统输出逐渐接近期望输入。
通过以上循环过程，闭环控制系统可以不断地根据实际输出与期望输入之间的差距进行调整，以使系统的输出更加接近期望
输入。
这种反馈机制可以提高系统的可靠性、稳定性和精度，使系统能够更好地适应不确定性和扰动。
什么是闭环控制系统的基本工作原理
什么是闭环控制系统的基本工作原理闭环控制系统是一种基于反馈机制的控制系统。
它能够对系统输出进行测量，并将这一测量结果与系统期望输出值进行比较，从而产生反馈信号。
这些反馈信号被用来调整系统输入，从而实现控制目标。
其基本工作原理可以分为以下几个步骤。
第一步，设计反馈环节。
闭环控制系统的核心在于反馈环节。
其作用是将输出信号与期望信号进行比较，并产生误差信号。
首先需要确定期望输出值，以及输出信号需要测量的物理效应。
然后，通过测量传感器或单元，可以获得一个反馈量，该量用于表示实际输出值。
这个反馈值与期望输出值进行比较，并产生一个误差信号。
误差信号通过误差放大器，得到调节量。
第二步，设定控制器。
控制器是指根据误差信号，产生控制信号的设备。
它根据误差信号计算一些公式或使用其他算法，以产生一个控制信号。
控制信号有助于使系统向期望输出值移动。
第三步，设定执行器。
执行器是指接收控制信号，产生实际动作的设备。
当控制信号通过执行器发送给物理过程时，执行器会产生实际的动作，从而实现输出信号的变化。
执行器可能是一个马达，也可能是一个液压系统。
第四步，对控制器和执行器进行调节。
一旦设定好反馈环节、控制器和执行器，就可以进行系统性能的调整。
首先根据实际的误差值，可以对控制器进行参数调节，以改善控制精度。
例如，可以调整比例、积分和微分增益等参数，以获得更好的系统性能。
对于执行器，也可以调整其参数，以更深入地了解它如何影响系统性能。
第五步，重复步骤1到步骤4，直到达到最佳系统性能。
在实际生产中，由于环境、工作负载或器件变化等因素的影响，需要不断调整并重复上述步骤。
通过反馈调整系统，最终得到在给定条件下最佳输出。
总之，闭环控制系统的基本工作原理是通过反馈机制，将实际输出与期望输出进行比较，并通过控制器和执行器进行调节，从而实现控制目标。
通过不断优化系统参数，可以最终实现最佳性能，并为生产和工业应用提供持续稳定的输出。
闭环控制系统的工作过程和方式
【2011年会考第38题】某核电站运行时， 高压循环水经过反应堆被加热到300—400℃， 这些高压循环水再把蒸汽发生器中的水加热 成蒸汽用于发电。为了保证系统的正常运行， 需要控制循环水的温度，其控制过程为（原 理如图所示）：热电偶测出循环水的温度， 该温度被传送到控制机构与设定的温度进行 比较，根据偏差值通过驱动机构调节控制棒， 控制反应堆的发热功率，使水温达到预设的 值。请完成下列各题，在有“ ▲ ”处 填上相应的内容。
给定 比较器
水温
控制器 (控制电路)
加热时间
输出量
执行器
被控对象 ②（▲）
(加热器)
①（▲）
检测装置
图甲 热水机保温自动控制系统
⑵该系统是 ▲ (选填“开环”或“闭环”)控制系统；
⑶小黄发现办公室的饮水机经常在没人时电源还 开着。为了解决这一问题，他尝试设计一个能自 动控制电源的控制系统，通过红外线传感器获取 几米以内的人体热辐射信号来控制电源的开启或 关闭。小黄设计的控制系统方框图如图乙所示， 继电器内有一开关，开关的打开或闭合由控制电 路控制，该开关可以控制220V电源的通断。请在 图乙上有“ ▲ ”处填上相应的内容。
【类型一】机械式控制方式。当浮球浸在水中 时，因为浮力而上升，通过连杆控制系统带动浮 门运动，使进水阀关闭，停止进水；当水少了， 浮球下降，进水阀打开，又再进水，如此循环。
其中的检测装置是什么？
【类型二】传感器控制方式。电子式水位传感 器能对水位进行检测，当被测液体到达预设点时， 将输出信号给水位控制器，从而实现对液位的控 制。
(3)出水管出水会导致水塔水位下降，在控制系统 中将这种现象称为_干__扰___
《闭环控制系统的工作过程》导学案
《闭环控制系统的工作过程》导学案闭环控制系统是一种通过感知和反馈机制不断调整和稳定系统输出的控制系统。
它通常由感知器、比较器、控制器和执行器四个主要组成部分组成。
闭环控制系统的工作过程是一个连续的循环过程，它包括感知输入信号、与参考输入进行比较、产生误差信号、通过控制器进行处理、输出控制信号给执行器、执行器控制被控对象，并将控制过程的结果反馈给感知器进行下一次循环。
首先，闭环控制系统的工作过程开始于感知器。
感知器是负责感知被控对象的实际状态或输出的部分，它往往通过传感器等设备来实现。
感知器将这些实际输出信号转化为电信号，并传递给比较器。
比较器是闭环控制系统中的关键组成部分，它将感知器传递的实际输出信号与参考输入信号进行比较。
参考输入信号是一个期望的输出值，它通常由控制系统的设计者或用户设置。
比较器计算实际输出与参考输入之间的误差，并产生误差信号。
误差信号将传递给控制器，控制器根据误差信号通过其中一种控制算法进行处理。
控制器的目标是根据误差信号调整系统的输入信号，使得系统输出尽可能接近参考输入。
常见的控制算法包括比例控制、积分控制和微分控制，在实际应用中也常使用这些算法的组合形式。
控制器根据误差信号和控制算法生成的控制信号将传递给执行器。
执行器是负责根据控制信号调整被控对象的输入或操作的装置，它可以是电机、阀门、电磁继电器等。
执行器通过调整被控对象的输入来改变系统的输出，从而使得误差信号减小，实现系统的稳定控制。
被控对象是闭环控制系统中需要控制的实际物理系统或过程。
它可以是机械装置、化学反应过程、温度控制系统等。
执行器通过对被控对象的操作来实现控制系统对系统输出的调节。
闭环控制系统的工作过程中，执行器操作被控对象后，系统的实际输出将发生变化。
感知器感知到这种变化，并将新的实际输出信号传递给比较器。
比较器再次计算误差信号，并传递给控制器。
控制器根据新的误差信号调整控制信号，并再次传递给执行器。
这样，闭环控制系统会不断地根据反馈信号调整控制信号，并达到系统输出稳定在参考输入附近的目标。
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）
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闭环控制系统的工作过程与方式
引言
闭环控制系统是一种常用的控制系统，在许多领域都有广泛的应用。
它通过不断检测实际输出与期望输出之间的差距，并对系统进行调整，以使实际输出逐渐接近期望输出。
本文将介绍闭环控制系统的工作过程与方式，从传感器的信号采集、控制器的决策以及执行元件的控制等方面进行详细阐述。
闭环控制系统的基本组成部分
闭环控制系统由四个基本组成部分构成：传感器（sensor）、控制器（controller）、执行元件（actuator）和被控对象（plant）。
•传感器：传感器负责实时采集被控对象的状态量或输出量，将其转换成相应的电信号，供控制器使用。
•控制器：控制器接收来自传感器的信号，并根据预定的控制算法进行处理，产生相应的控制指令。
•执行元件：执行元件是根据控制器的指令，对被控对象进行控制的装置，它可以是电动机、阀门或者其他能够改变被控对象的物理特性的装置。
•被控对象：被控对象是控制系统的目标，它可以是一个物理过程或者一个设备，通过改变执行元件的状态，实现对输出量的控制。
闭环控制系统的工作过程
闭环控制系统的工作过程可以概括为以下几个步骤：
1.传感器采集信号：传感器实时采集被控对象的状态量或输出量，并将其转换成电信号，通过信号线路传输给控制器。
2.控制器决策：控制器接收来自传感器的信号，并根据预定的控制算法进行处理，产生相应的控制指令。
3.执行元件控制：控制指令被传输给执行元件，执行元件根据控制指令的要求，改变自身的状态，以实现对被控对象的控制。
4.输出量采集：传感器再次采集被控对象的输出量，并将其转换成电信号，通过信号线路传输给控制器。
5.控制器调整：控制器将实际输出量与期望输出量进行比较，然后调整控制算法和控制指令，以使实际输出逐渐接近期望输出。
6.反馈循环：以上步骤循环进行，直到实际输出与期望输出完全一致，或者达到一定的稳定状态。
闭环控制系统的工作方式
闭环控制系统有两种基本的工作方式：比例控制、比例-积分-微分（PID）控制。
比例控制
比例控制是最简单的一种闭环控制方式，它通过将控制器输出与误差的比例关系直接传输给执行元件。
其工作原理为：
•控制器输出与误差成比例：控制器根据实际输出量与期望输出量之间的误差，产生一个与误差成比例的控制指令。
•执行元件响应控制指令：执行元件接收到控制指令后，对被控对象进行调整，使实际输出量逐渐接近期望输出量。
•反馈与调整：传感器再次采集实际输出量，并将其转换成电信号，通过反馈线路传输给控制器。
控制器根据反馈信号调整控制指令，以使实际输出量逐渐接近期望输出量。
比例-积分-微分（PID）控制
比例-积分-微分（PID）控制是一种更为复杂的闭环控制方式，它引入了积分
和微分操作，以更好地改善系统的响应速度和稳定性。
其工作原理为：
•比例控制：控制器根据实际输出量与期望输出量之间的误差，产生一个与误差成比例的控制指令。
•积分控制：控制器根据历史误差的积分值，产生一个与积分值成比例的控制指令，用于消除稳态误差。
•微分控制：控制器根据误差的变化率，产生一个与变化率成比例的控制指令，用于改善系统的动态响应。
•执行元件响应控制指令：执行元件接收到控制指令后，对被控对象进行调整，使实际输出量逐渐接近期望输出量。
•反馈与调整：传感器再次采集实际输出量，并将其转换成电信号，通过反馈线路传输给控制器。
控制器根据反馈信号调整控制指令，以使实际输出量逐渐接近期望输出量。
结论
闭环控制系统是一种重要的控制系统，它通过传感器的信号采集、控制器的决策以及执行元件的控制，实现对被控对象的精确控制。
不同的闭环控制方式在控制精度、响应速度和稳定性等方面有所差异，可以根据系统的需求选择适当的控制方式。
闭环控制系统的工作过程与方式的理解和应用，对于工程、自动化等领域具有重要意义。