开环闭环控制系统方框图
开环闭环控制系统方框图
开环控制系统方框图20例
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
4、楼道自动声控灯装置
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
控制量 控制量 （水流量）
控制量 控制量 控制量 控制量 控制量
14、根据车流量大小自动改变红绿灯时间控制系统
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
20、普通电风扇控制系统
控制量 控制量 控制量
输入量 （压力传感器是否测到压力异常信号） 控制量 控制量
控制量
控制量
闭环控制系统方框图12例
1
2、投篮
3、供水水箱的水位自动控制系统
4、加热炉的温度自动控制系统
5、抽水马桶的自动控制系统
6、花房温度控制系统
7、夏天房间温度控制系统
8、家用电饭锅保温控制系统
9、家用电冰箱温度控制系统
给定量
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
房内实
给定量
被控量
控制量 被控量 冰箱实
给定量 （设定的温度）（设定的温度）
被控量
—80℃） 控制量
10、宾馆使用多台热水器串联电辅助加热自动控制系统
11、粮库温、湿度自动控制系统
12、自动保温电热水壶控制系统
被控量
给定量 控制量 被控量 粮库内
给定量（设定控制量 给定量
控制量。
简单开环控制系统的方框图
手动 手动控制
电动 手动控制
电动 自动控制
二、控制的分类
按执行部件分
机械控制 气动控制 液压控制 电子控制
机械控制 气动控制 液压控制 电子控制
公交车门气动控制示意图
1.气缸 2.贮气罐 3.活塞 4.三通阀门 6与9刚结, 8、9为车门
汽车液压制动示意图
二、控制的分类
按系统功能分
温度控制 压力控制 速度控制 位置控制
……
一、控制系统
自动路灯系统
外界光线 的强弱
电路、灯泡
灯泡的 亮与熄
控制系统
输入
控制系统
输出
输出与输入之间有一定的对应关系
控制的实现要通过若干个环节共同 实现，这些环节所涉及的装置构成的系 统称为控制系统。
游泳池的注水控制系统
设定注 水时间 (输入)
音乐的 强弱 (输入)
声电转 化装置
按开关 (输入)
控制器
水泵
水压 喷泉
活塞的运动
电磁阀
车门
喷泉的 高度 (输出)
车门 开闭 (输出)
2.列举你所了解的开环控制系统的例子，说明其 控制工作过程，并画出方框图。
用遥控器选择电视频道
接收不同频率的信号
按键 (输入)
控制器
执行器
电视机屏幕
宾馆自动叫醒服务系统
定时器
水流量
进水阀门
游泳池
游泳池 的水位 (输出)
开环控制系统：
指输出量不对系统的控制产生任何影 响的控制系统。
自动门的控制系统
人体热 辐射 (输入)
控制电路
转动
电机
自动门
门的 开闭 (输出)
简单开环控制系统的方框图：
07自控原理12
其中, 系数a、b 可以是常数, 也可以是时变系数；r(t) 表示输入 ;c(t) 表示输出。 9
线性系统也可细分成两类： 1）系统微分(或差分)方程的系数均为常数,称为线性定常 系统。 定常特性：系统的响应曲线形状, 只取决于具体的输入, 而与输入的时间起点无关。 2）微分(或差分)方程的系数有时间的函数,则称为线性时 变系统. 至少有一个系统组成元件静特性是斜率随时间变化的直线 。
1.系统分析 (1) 建立系统的数学模型。 (2) 分析系统的性能, 计算三大性能指标是否满足要求 (3) 分析参数变化对上述性能指标的影响,决定如何合理 地选取。
20
2. 系统的设计
步骤如下 :
(1)根据要求的性能指标,综合出系统应有的数学模型。
(2)根据已知的被控对象,求出对象的数学模型, 并画出系 统结构图. (3)按结构图与数学模型关系, 根据己知部分和系统应有 的数学模型,求出控制器的数学模型和控制规律。 (4)各部分结构确定后, 按己定结构求出系统数学模型, 进行性能分析, 验证它在各种信号作用下是否满足要求, 以便修正。 (5)结构参数最终确定后, 可进行实验仿真, 若效果理想 即可制作样机。
图1-11典型的自动控制系统方框图 由被控量通过反馈元件所产生的信号, 它是被控量的函数
5
由系 1.2.3 反馈控制系统的组成和术语
是希望 也称校正元件或控制 典型的自动控制系统一般都是由参考输入元件、比较元件、控 的响应 器、调节器.由于作 也称希望的响 制元件、执行元件、被控对象以及反馈元件六个基本单元组成 值(理 用误差往往十分微弱 应值, 它是理 .每个基本单元都用一个方块表示, 信号传递方向用箭头表示, 想输出 , 一般需要进行幅值 想化系统所产 传递方向都是单向不可逆的, 指向方块的箭头表示输入信号 )与被 和功率的放大, 并将 生的理想响应 离开方块的箭头表示输出信号 控量之 它转换成适于执行机 差 . 构工作的信号; 另外 cr(t) (t) + 理想化系统 由于对系统性能的要 控制元件的输出作用到执行元件, 系统 参 求, 需对作用误差信 执行元件再直接作用于被控对象, 考 比较输入 误差 号进行运算处理.在 输 使被控对象随参考输入而变化如阀 入 一般的控制系统中, r(t) 偏差 控制 门、伺服电动机等 执行 参考输 控制器常采用 PID + 被控对象 c(t) 元件 入元件 b(t) e(t) 元件 控制器 被 指系统中被控制的设备或过程, 主 控 反 它能完成特定的动作或生产任务 量 反馈元件
开环闭环控制系统方框图
开环闭环控制系统
方框图
1
2020年4月19日
2020年4月19日
开环控制系统方框图20例
1、水泵抽水控制系统
2、家用窗帘自动控制系统
4、楼道自动声控灯装置
5、游泳池定时注水控制系统
控制
控制
控制
控制
控制
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
10、宾馆自动叫醒服务系统
控制
控
控制
控制
控制
4
2020年4月19日
13、家用缝纫机缝纫速度控制系统
14、根据车流量大小自动改变红绿灯时间控制系统
15、普通全自动洗衣机控制系统
16、手电筒控制装置
控制控制
控制
控制
控制
5
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
20、普通电风扇控制系统
闭环控制系统方框图12例
输入量 （压力控制
控制
控制
控制
被控
给。
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）
开环控制系统与闭环控制系统-PPT课件
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）
比较器
给定量 （设定的温度） 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。
热交换器闭环和开环辨识的模型误差分别为0.1392和 0.0189。闭环模型误差虽然比开环辨识大一些，但数 值仍然很小，因而两者都可以用于过程的动态控制。
实验结果表明，对系统进行闭环辨识，可以得到与 开环辨识相近的过程模型且不会引起过程输入输出 大的波动，也不会危及闭环系统的稳定性，因而是 最适宜于工业生产过程应用的闭环辨识实验调节。
ˆ (k ) z
辨识算法
开环闭环控制系统方框图
开环控制系统方框图20例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4、楼道自动声控灯装置5、游泳池定时注水控制系统输入量 （给定量） 控制器 执行器被控对象输出量 （被控量）控制量输入量 （接通电源） 控制器 （控制电路）执行器 （水泵）被控对象 （水管）输出量 （水管排出水）控制量 （水流量）输入量 （天亮或暗） 控制器 （光的检测装置） 执行器 （电动机）被控对象 （窗帘）输出量 （窗帘开或闭）控制量 （转动）输入量 （人热辐射发出的信号） 控制器 （控制电路） 执行器 （电动机）被控对象 （自动门）输出量 （门开或闭）控制量 （转动）输入量 （设定注水的时间） 控制器 （定时器）执行器 （进水门阀）被控对象 （游泳池）输出量 （游泳池的水位）控制量 （水流量）输入量 （有无声音） 控制器 （声电传感器）执行器 （触点延时开关）被控对象 （楼道灯）输出量 （灯亮或灭）控制量 （电流）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输入量 （设定亮、灭时序） 控制器 （电脑） 执行器 （时序控制装置） 被控对象 （红绿灯）输出量 （灯亮、灭时序）控制量（电流）输入量 （音乐信号） 控制器 （声控装置） 执行器 （阀门） 被控对象 （喷嘴） 输出量 （喷水与否）控制量 （开、关） 输入量 （烟雾信号） 控制器 （感烟控制装置） 执行器 （报警电路） 被控对象 （报警部件） 输出量 （报警信号）控制量 （电流） 输入量 （人操纵动作） 控制器 （牵引线） 执行器 （线、孔杠杆装置） 被控对象 （猴的活动部件） 输出量 （猴的动作或表情）控制量 （活动量） 输入量（开、关）控制器（控制电路）执行器（执行活塞）被控对象 （车门）输出量 （车门的控制量（压缩空气流向）输入量 （定时时间） 控制器 （定时装置） 执行器 （电动机） 被控对象 （滑轮、国旗） 输出量 （升旗速度）控制量（转动）输入量 （时间设定） 控制器 （电脑） 执行器 （拨号装置） 被控对象 （电话机）输出量 （电话铃声）控制量（电流）13、家用缝纫机缝纫速度控制系统14、根据车流量大小自动改变红绿灯时间控制系统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输入量 （脚踏速度） 控制器 （踏脚板） 执行器 （传动装置） 被控对象 （缝纫机）输出量 （缝纫速度）控制量（转动）输入量 （车流量） 控制器 （电脑） 执行器 （控制电路） 被控对象 （红绿灯）输出量 （灯亮时长）控制量（时间）输入量 （人的动作） 控制器 （按钮） 执行器 （电路） 被控对象 （小灯泡） 输出量 （亮或灭）控制量 （电流） 输入量 （接通电源） 控制器 （控制电路） 执行器 （电机等装置） 被控对象 （洗衣机） 输出量 （运行或停止）控制量（转动等）输入量 （压力传感器是否测到压力异常信号） 控制器 （控制电路） 执行器 （电机） 被控对象 （门刹车） 输出量 （门锁定与否）控制量 （转动） 输入量（设定的档位）控制器 （控制电路） 执行器 （可变电阻） 被控对象 （灯泡） 输出量 （灯泡亮度）控制量（电流大小）19、电吹风控制系统20、普通电风扇控制系统闭环控制系统方框图12例1、家用压力锅工作原理2、投篮输入量 （设定的档位） 控制器 （控制电路） 执行器 （风扇、电热丝）被控对象 （电吹风）输出量 （风速、温度）控制量 （电压）输入量 （设定的档位） 控制器 （控制电路）执行器 （电动机）被控对象 （电风扇）输出量 （风速）控制量 （转速）控制器执行器被控对象（输出量）给定量 （输入量） 检测装置控制量比较器控制器 （重锤）执行器 （出汽孔） 被控对象 （压力锅）被控量 （锅内压力）给定量 （重锤重力）检测装置 （重锤）控制量 （出汽量）比较器控制器 （大脑）执行器 （手）被控对象 （篮球）被控量 （篮球位置）给定量 （篮圈位置） 检测装置 （眼睛）控制量 （投掷力）比较器3、供水水箱的水位自动控制系统4、加热炉的温度自动控制系统5、抽水马桶的自动控制系统6、花房温度控制系统控制器 （机械或电气控制装置）执行器 （阀门）被控对象 （水箱）被控量 （水箱水位）给定量 （设定的水位高度）检测装置 （浮球或液位传感）控制量 （进水量）比较器控制器 （电子或微机控制装置）执行器 （加热器）被控对象 （加热炉）被控量 （炉内温度）给定量 （设定的温度）检测装置 （热电偶） 控制量 （电压）比较器控制器 （连杆机构）执行器 （进水阀门）被控对象 （水箱）被控量 （水箱水位）给定量（设定的水位）检测装置 （浮球）控制量 （进水量）比较器给定量 （设定的温度） 控制器 （控制电路）执行器 （加热或制冷元件） 被控对象 （花房）被控量 （花房温度）检测装置 （温度传感器）控制量 暖量）比较器7、夏天房间温度控制系统8、家用电饭锅保温控制系统9、家用电冰箱温度控制系统10、宾馆使用多台热水器串联电辅助加热自动控制系统给定量 （设定的温度）控制器 （控制装置）执行器 （制冷装置） 被控对象 （空调房间）被控量（房内实际温度）检测装置 （空调测温装置）控制量 （制冷量）比较器控制器 （控制电路）执行器 （加热器） 被控对象 （水箱）被控量给定量 （设定的水温） 检测装置 （感温装置）控制量 （加热时间）比较器控制器 （控制装置）执行器 （制冷装置）被控对象 （电冰箱）被控量 （冰箱实际温度）给定量 （设定的温度）检测装置 （冰箱温控装置）控制量 （制冷量）比较器给定量（设定的温度）控制器 （温控装置）执行器 （电热盘）被控对象 （电饭锅）被控量—80℃） 检测装置 （双金属片）控制量 （加热时间）比较器11、粮库温、湿度自动控制系统12、自动保温电热水壶控制系统控制器 （控制装置）执行器 （降温除湿装置）置被控对象 （粮库）被控量 （粮库内温、湿度）给定量（设定的温、湿度） 检测装置 （感温、湿装置）控制量 （降温除湿时间）比较器给定量 （设定的温度）控制器 （温控装置）执行器 （加热器） 被控对象 （水壶）检测装置（测温装置）控制量 （加热时间）比较器。
4.2_控制系统的基本组成
对“自动门”的扩展探究：
⑤如何将自动门装置改为汽车车库中的自动门？
人体热辐射 红外传感器
控制电路
电机
转动
自动门
开或关
输入量
控制器
执行器
控制量
被控对象
输出量
开环控制系统的特点：
1、系统的输出量直接受输入量的控制； 2、信号（或信息）的传递是单向的，总
是从输入端单向传至输出端。
例: 电子门铃的开环电子控制系统
随堂检测
1、下列控制系统中，属于开环控制系统的是（ D ） A、电冰箱的温度控制 B、计算机的CPU上的风扇的转速控制 C、现代化农业温室的温度控制 D、家用缝纫机的缝纫速度控制 2、下面控制系统中，属于闭环控制的有（ C ） A、电风扇机械定时开关控制系统 B、电子门铃控制系统 C、电磁炉温度自动控制系统 D、自行车制动系统
红外线探测器
在红外线探测器中，热电元件检测人体 的存在或移动，并把热电元件的输出信 号转换成电压信号。然后，对电压信号 进行波形分析。
红外线探测器
这种探测器是以探测人体辐射为目标的。 所以辐射敏感元件对波长为10μm左右的红 外辐射必须非常敏感。 为了对人体的红外辐射敏感，在它的 辐射照面通常覆盖有特殊的菲尼尔滤光片， 使环境的干扰受到明显的控制作用。
苏 轼 ： “ 缺 月 挂 疏 桐 ， 漏 断 人 初 静 。 ”
二、闭环控制系统
1、夜半时刻，在十字路口，没有行人，汽车 却仍然要等待？怎么办？
2、游泳池注水或楼顶水箱注水，时间到了可 是有时水满了，有时却未满，怎么办？ ·· ·· ·· ·· ·· ··
自动饮水鸟
自动喂水模型
下图是一个典型的闭环控制系统—— 水箱水位的闭环控制系统 P108
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开环控制系统方框图20例
1、水泵抽水控制系统
2、家用窗帘自动控制系统
4、楼道自动声控灯装置
5、游泳池定时注水控制系统 控制量 控制量
控制量
控制量
控制量
控制量
6、十字路口的红绿灯定时控制系统
8、自动升旗控制系统
9、宾馆火灾自动报警系统
10、宾馆自动叫醒服务系统
11、活动猴控制系统 控制量
控制量 控制量
控制量
控制量
13、家用缝纫机缝纫速度控制系统
14、根据车流量大小自动改变红绿灯时间控制系统
15、普通全自动洗衣机控制系统
控制量
控制量
控制量
控制量
控制量
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
20、普通电风扇控制系统
闭环控制系统方框图12例
输入量 （压力传感
器是否测到控制量
控制量
控制量
控制量
给定量
1、家用压力锅工作原理
2、投篮
3、供水水箱的水位自动控制系统
4、加热炉的温度自动控制系统
给定量
被控量
给定量
被控量
给定量
被控量
给定量
5、抽水马桶的自动控制系统
6、花房温度控制系统
7、夏天房间温度控制系统
被控量
给定量 给定量
被控量
房内实给定量
被控量
控制量
8、家用电饭锅保温控制系统
9、家用电冰箱温度控制系统
10、宾馆使用多台热水器串联电辅助加热自动控制系统
11、粮库温、湿度自动控制系统
12、自动保温电热水壶控制系统
被控量
给定量
被控量 冰箱实
给定量 给定量
被控量
控制量
被控量 粮库内
给定量（设定控制量
给定量。