开环系统
开环系统的例子及原理
开环系统的例子及原理
开环系统是一种物理或电气系统，其运作过程中没有反馈信号回路，而是通过输入信号来控制输出信号。
这种系统通常用于简单的控制任务，例如，灯泡的开关就是一个开环系统。
以下是一些开环系统的例子：
1. 简单的灯光控制系统：在室内，我们可以使用开关控制灯光。
当我们打开开关时，电流流过灯泡，将灯泡点亮。
这是一个开环系统，因为我们无法知道灯泡实际上是否真的点亮了。
如果灯泡损坏或电线断开，我们就无法得知，除非我们再次打开开关。
2. 自动售货机：自动售货机是另一个常见的开环系统例子。
当我们投入硬币时，自动售货机会释放物品。
然而，自动售货机并不会检查是否释放了正确的物品，或者是否有足够的物品供应。
这是一个开环系统，因为投入硬币并不能保证我们得到我们想要的物品。
开环系统的原理很简单：输入信号会直接影响输出信号，而不需要任何反馈机制。
这种系统通常很简单，但也因此容易出错。
如果输入信号有误或输出信号无法实现预期目标，就需要进行调整或修复。
因此，开环系统在复杂的控制任务中通常不太实用。
相比之下，闭环系统通过反馈机制来调整输出信号，因此更加精确和可靠。
- 1 -。
什么是开环控制系统
1，什么是开环控制系统？什么是闭环控制系统？它们各有什么优缺点？答：开环控制系统由控制器和被控对象组成，由输入端通过输入信号控制被控对象得输出物理量得变化。
开环控制系统是最简单的一种控制系统。
闭环控制系统是负反馈控制系统，闭环控制系统具有输入信号控制被控量的通道，同时具有由输出量信号反馈到输入端的反馈通道。
负反馈控制系统是按输入信号与输出信号的偏差进行控制的。
开环控制系统简单，但不能抑制系统外部或内部扰动的影响。
闭环控制系统不但能抑制扰动的影响，对系统的动态和稳态性能都可能大大提高。
2，闭环控制系统由那些基本环节组成？它们各起什么作用？答：闭环控制系统由控制器、被控对象和测量元件等几个基本环节组成。
被控对象是设备（或系统）的主体。
控制器是将控制信号变成控制作用的部件，实现对设备（或系统）控制的主要部件。
测量元件是将被控物理量转换成电信号元件，以实现反馈控制和监测被控物理量的作用。
3，图T1.1是一个简单的水位控制系统。
⑴试说明它的工作原理。
⑵指出系统的被控对象、被控量、给定量（输入信号）。
⑶画出系统工作原理的方框图。
图T1.1 答：这个简单的水位控制系统是通过浮球和杠杆来实现的。
进水出水h浮球可以检测水位的高低，这个信息通过杠杆来调节进水阀门来实现对水位的调节，控制。
这个调节作用也是一个负反馈过程，当水位升高时，浮球位置上移，从而使阀门下移，减小进水量，使水位不再上升。
当水位下降时，浮球位置下移，从而使阀门上移，增加进水量，使水位不再下降。
图中输入信号是浮球的理想位置，被控对象是进水阀门、被控量是水池的水位。
可以看出，浮球的实际位置是水位的检测信号。
4，图T1.2是一个直流发电机的励磁调节电压控制系统。
⑴试说明它的工作原理⑵画出系统工作原理的方框图。
⑶说明如何调节输出电压。
⑷分析引起输出电压不稳定的主要干扰源。
图T1.2 答：这是一个通过调节励磁，控制输出电压的直流发电机系统。
控制作用的实现是由输入信号电压控制励磁电源的电压输出，再由励磁电源的输出电压来控制直流发电机的输出电压。
开环控制系统
开环控制系统开环控制系统是一种基本的控制系统，其工作原理是通过预设的输入信号直接作用于执行元件，控制被控对象的运行状态，实现目标指标的控制。
在开环控制中，控制器不会根据实际输出信号来进行调整或修正，而是根据预先设定的输入信号直接控制执行元件的动作。
本文将详细介绍开环控制系统的原理、特点、应用和局限性。
开环控制系统的基本原理是输入信号直接作用于被控对象，不考虑控制过程中的误差。
控制器根据预先设定的输入信号来控制执行元件的动作，执行元件根据控制信号的变化来改变被控对象的状态。
这种方式简单直接，适用于一些需要简单控制的场景，例如机械运动控制、电机控制等。
开环控制系统具有几个特点。
首先，它不需要实时监测被控对象的输出信号，因此可以节省成本和复杂性。
其次，开环控制系统的响应速度较快，因为没有控制器根据实际输出信号进行调整的过程。
再次，开环控制系统相对稳定，不容易产生振荡和不稳定的情况。
最后，开环控制系统的设计和调试较为简单，适用于一些简单和稳定的控制需求。
开环控制系统在很多领域中得到广泛应用。
在工业自动化领域中，它常用于一些简单的控制任务，如流量控制、温度控制、压力控制等。
在机械工程领域中，开环控制系统常用于工件定位、步进电机驱动等应用。
在电力系统中，开环控制系统常用于电压调整、频率控制等任务。
此外，开环控制系统还广泛应用于航天、航空、军事等领域。
然而，开环控制系统也存在一定的局限性。
首先，由于没有实时监测和修正的过程，开环控制系统无法应对被控对象和环境变化带来的失效和误差。
其次，开环控制系统对初值设定要求较高，一旦初始设定值有误，可能会导致控制失效。
再次，由于没有反馈环路，开环控制系统无法根据实际输出信号进行修正，可能导致系统输出与目标指标有较大偏差。
最后，开环控制系统的稳定性受到外界干扰的影响较大，不适用于复杂环境和高精度控制任务。
综上所述，开环控制系统是一种简单、稳定且响应速度较快的控制系统，适用于一些简单和稳定的控制任务。
开环和闭环的简单举例
开环和闭环的简单举例
（1）开环
开环是许多系统结构中的一种常见形式，是指没有回路的结构。
一个常见的开环系统
是水温控制器，它通常可以分为三个部分：感温器、控制器和动力设备。
感温器会检测水
的温度，然后将温度信号发送给控制器，控制器会根据检测到的温度信号，来调节动力设备，使水的温度保持在正确的水平，而不存在回路。
另外，财务系统也是一种开环系统，
它没有明显的闭环结构，而是从发放资金过程中到支付和报告，后续过程不会影响前面过程，因此，财务系统也是一种开环系统。
（2）闭环
闭环是另一种常见的系统结构，也就是它的输出会反馈给它的输入，产生一个连续的
反馈回路，使输出变量维持在特定的水平，如果把闭环系统比作是一体，常犹指的目标就
是使系统安定，或者说是要保持一定的状态。
常见的一些闭环系统有温度控制、速度控制、湿度控制等等。
例如，酒店中空调自动温度控制系统就是一个闭环系统，感温器会检测房
间的温度，然后将温度信号发送给控制器，控制器会根据检测到的温度信号，来调节空调
的除湿调节，这个系统的输出会反馈回空调除湿调节，这就是闭环系统。
开环控制系统和闭环控制系统的例子
开环控制系统和闭环控制系统的例子
1. 你知道家里面的那种普通电扇吗？它就是开环控制系统的例子呀！你打开开关，它就一直转，完全不管周围温度啥样，只知道傻乎乎地转，这多直接！
2. 哎呀，那些自动贩卖机不也是嘛！你投了币，选择了商品，它就按照设定好的程序给你出货，根本不会因为你的喜好改变而改变，这是典型的开环控制系统呀！
3. 咱再想想，公园里的那种定时喷泉，到点就喷，管它有没有人看呢，可不就是开环控制系统嘛，多么形象！
4. 像空调的温度控制系统就是闭环控制系统啦！它会感知室内温度，热了就制冷，冷了就制热，这多贴心啊，不停地调整来让你舒服！
5. 还有啊，你想想汽车的定速巡航，它能根据车速的实际情况去调整油门，让车保持在设定的速度，这可是闭环控制系统在发挥作用呢！
6. 你家里如果有那种智能扫地机器人，它在清扫的过程中会根据环境去改变路线，避免碰撞，这就是闭环控制系统呀，多厉害！
7. 血压计不也是嘛！它能实时测量你的血压，然后告诉你结果，这就是一个不断反馈和调整的过程，闭环控制系统就在为你的健康服务呢！
8. 很多工厂里的生产线上的自动控制系统也是闭环的呀！它会根据产品的质量情况去调整生产参数，这不就是在努力做到最好吗，就像人一样会自我改进！
9. 智能灌溉系统也挺神奇的哟！它可以根据土壤的湿度来决定要不要浇水，多智能呀，绝对是闭环控制系统的优秀代表呢！
我觉得开环控制系统和闭环控制系统都有各自厉害的地方，在我们生活中真的太重要啦！它们让我们的生活变得更加方便、高效和智能呢！。
开环控制系统和闭环控制系统的区别与相关
举例：打开灯的开关一一按下开关后的一瞬间，控制活动已经结束，灯是否亮起
以对按开关的这个活动没有影响；
闭环控制系统:可以将控制的结果反馈回来与希望值比较，并根据它们的误差调 整控制作用的系统
举例：调节水龙头 一一首先在头脑中对水流有一个期望的流量，水龙头打开后由 眼睛观察现有的流量大小与期望值进行比较，并不断的用手进行调节形成一个反馈闭
■
（定时器）
■
（进水门阀）
■
（游泳池）
（游泳池的水位）
（电流）
输入量
控制器
■
执行器
4
被控对象
输出量
（设定亮、灭时序）
（电脑）
（时序控制装置）’
■
（红绿灯）
（灯亮、灭时序）
开环系统，自动门、自动路灯 一一自动开环系统
开环控制系统方框图
3、宾馆自动门控制系统
4、楼道自动声控灯装置控制量
（电流）
输入量
ih-
控制器
fa-
执行器
■
被控对象
输出量
（有无声音）
■
（声电传感
（触点延时开关）
■
（楼道灯）
（灯亮或灭）
（水流量）
输入量
■
控制器
ih-
执行器
■
被控对象
输出量
.
（设定注水的时间）
环控制；骑自行车 同理不断的修正行进的方向与速度形成闭环控制
开环闭环的区别 ：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。
手动控制系统：必须在人的直接干预下才能完成控制任务的系统 自动控制系统：不需要有人干预就可按照期望规律或预定程序运行的控制系统 判断：骑自行车 一一人工闭环系统，导弹一一自动闭环系统，人打开灯一一人工
生活中开环控制系统的例子
生活中开环控制系统的例子
开环控制系统是指系统对外部扰动不作出反应，根据预定的规律进行操作。
下面是生活中常见的开环控制系统的例子。
1. 烤箱烤面包
烤箱烤面包是一种常见的开环控制系统。
在烤箱中烤面包时，我们将面包放入烤箱并设置烤箱的时间和温度，烤箱就会按照我们预设的规律进行加热。
2. 倒水
倒水也是一种开环控制系统。
当我们倒水时，我们会依据水杯的大小和倾斜角度来控制水的流量和流速，而不会去考虑水的密度、温度等因素的影响。
3. 电视遥控器
电视遥控器也是一种开环控制系统。
当我们按下电视遥控器上的按键时，信号会发送给电视机，并且电视机会根据按键所对应的指令进行操作。
4. 饮水机
饮水机也是一种开环控制系统。
当我们在饮水机中按下水杯，系统会按照预设的规律进行出水，而不会考虑用户是否已经拿走了水杯。
5. 停车场指示牌
停车场指示牌也是一种开环控制系统。
当停车场内的车位已满时，指示牌会自动显示“满位”，并且系统不会对停车场内的车辆做出任何响应，车辆需要自行寻找其他停车位。
总的来说，开环控制系统在生活中广泛存在，我们可以通过预设的规律来控制系统的操作，从而实现特定的功能。
然而，与闭环控制系统相比，开环控制系统更容易受到外部因素的干扰，因此我们需要更加注意系统的预设规律是否合理，以确保系统的正常运行。
日常生活中的开环和闭环控制系统的例子
日常生活中的开环和闭环控制系统的例子开环控制系统和闭环控制系统是控制工程中常用的两种控制方式。
开环控制系统是指输出不受控制系统内部状态的影响，而闭环控制系统是指输出受控制系统内部状态的影响。
下面将从日常生活中的例子来详细介绍这两种控制系统。
1. 音响控制系统：开环控制系统：当我们使用遥控器调节音响音量时，开环控制系统会根据我们的指令直接调节音响的音量，而不会考虑当前音量是否合适。
闭环控制系统：当我们使用有音量调节功能的耳机时，闭环控制系统会通过内置的传感器检测当前的音量，并根据我们的指令调整音量大小，使得输出音量达到我们期望的水平。
2. 温度调节器：开环控制系统：当我们使用普通的电风扇来调节室内温度时，开环控制系统会根据我们的指令调节风扇的风速，但无法感知室内温度是否达到我们期望的温度。
闭环控制系统：当我们使用具有温度传感器的空调来调节室内温度时，闭环控制系统会通过感知室内温度，并根据我们的指令调整制冷或制热模式，从而使得室内温度稳定在我们期望的范围内。
3. 洗衣机：开环控制系统：当我们使用普通的洗衣机洗衣服时，开环控制系统会按照我们的指令进行洗涤和漂洗等操作，但无法感知衣物的清洁程度。
闭环控制系统：当我们使用具有传感器的智能洗衣机时，闭环控制系统会通过感知洗涤水的浑浊度来判断衣物的清洁程度，并根据我们的指令调整洗涤和漂洗的次数，从而使得洗衣效果更好。
4. 自动灯控系统：开环控制系统：当我们手动控制灯的开关时，开环控制系统会根据我们的指令直接打开或关闭灯，而不会考虑当前环境的亮度。
闭环控制系统：当我们使用具有光敏传感器的自动灯控系统时，闭环控制系统会通过感知环境的亮度，并根据我们的指令调整灯的亮度，使得室内光照始终保持在一个合适的水平。
5. 汽车巡航控制系统：开环控制系统：当我们在高速公路上使用定速巡航功能时，开环控制系统会根据我们的指令维持车辆的恒定速度，而不会考虑前方交通情况。
闭环控制系统：当我们使用具有雷达传感器的自适应巡航控制系统时，闭环控制系统会通过感知前方车辆的距离和速度，并根据我们的指令调整车辆的速度，以保持与前车的安全距离。
什么叫开环和闭环控制系统
什么叫开环和闭环控制系统有反馈的控制系统就叫闭环控制系统。
没有反馈的控制系统就叫开环控制系统。
例如：一个加热的控制系统，你不管温度，只管加热，就是开环控制系统。
如果一个加热的控制系统，可以通过温度的反馈，控制加热的功率或者加热时间，这个加热控制系统就叫闭环控制系统。
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，灯是否亮起以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。
闭环控制系统：可以将控制的结果反馈回来与希望值比较，并根据它们的误差调整控制作用的系统举例：调节水龙头——首先在头脑中对水流有一个期望的流量，水龙头打开后由眼睛观察现有的流量大小与期望值进行比较，并不断的用手进行调节形成一个反馈闭环控制；骑自行车——同理不断的修正行进的方向与速度形成闭环控制开环闭环的区别：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，投篮第一次投篮投近了第二次投的时候用力一些，这也是一种反馈但不会对第一次产生影响了，所以是开环控制手动控制系统：必须在人的直接干预下才能完成控制任务的系统自动控制系统：不需要有人干预就可按照期望规律或预定程序运行的控制系统判断：骑自行车——人工闭环系统，导弹——自动闭环系统，人打开灯——人工开环系统，自动门、自动路灯——自动开环系统发动机电喷系统的闭环控制是一个实时的氧传感器、计算机和燃油量控制装置三者之间闭合的三角关系。
氧传感器“告诉”计算机混合气的空燃比情况，计算机发出命令给燃油量控制装置，向理论值的方向调整空燃比(14.7：1)。
这一调整经常会超过一点理论值，氧传感器察觉出来，并报告计算机，计算机再发出命令调回到14.7：1。
因为每一个调整的循环都很快，所以空燃比不会偏离14.7：1，一旦运行，这种闭环调整就连续不断。
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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指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学移通学院自动化系课程设计报告设计题目：Ⅰ型二阶系统的典型分析与综合设计学生姓名：专业：电气工程及其自动化班级： 05111学号： 20122指导教师：设计时间：2014 年 12 月重庆邮电大学移通自动化系制目录第一章 系统概念 (4)1.1设计目的 ............................................................................................................................. 4 1.2系统原理（简介） ............................................................................................................. 4 1.3 各环节的性能、功能特性说明 . (5)1.3.1比例环节 .................................................................................................................. 5 1.3.2积分环节 ................................................................................................................. 5 1.3.3惯性环节 .................................................................................................................. 5 1.4系统参量 ............................................................................................................................. 5 1.5基本要求 ............................................................................................................................. 6 1.6 设计指标 ............................................................................................................................ 6 第二章 系统建模 (6)2.1 各环节建模 (6)2.1.1 比较器 ................................................................................................................... 6 2.1.2比例环节 .................................................................................................................. 7 2.1.3积分环节 .................................................................................................................. 8 2.1.4惯性环节 .................................................................................................................. 9 2.1.5反馈环节 ................................................................................................................ 10 2.2系统的数学模型 (11)2.2.1系统结构框图 ........................................................................................................ 11 2.2.2系统等价框图 ........................................................................................................ 12 2.2.3系统闭环传递函数 ................................................................................................ 12 2.2.4特征方程: ............................................................................................................... 12 2.2.5小结 (12)第三章 系统分析 (13)3.1系统稳定性分析 (13)3.1.1利用劳斯判据判断稳定性 .................................................................................... 13 3.2稳态（精度）分析 .. (14)3.2.1跟踪能力 (15)3.2.2静态误差ss e的计算 ........................................................................................... 15 3.2.3对误差ess 进行验证 ............................................................................................. 16 3.3系统动态分析 . (16)3.3.1动态平稳性分析p (17)3.3.2快速性分析()st (18)3.3.3结论 (18)第四章 系统综合校正设计 (18)4.1校正方案的分析 (18)4.1.1校正方案的分析 .................................................................................................... 18 4.2校正方案的确立 (19)4.3采用串联校正。
(20)4.3.1确定系统期望数学模型 (20)4.3.2数学模型与期望的参数求取 (21)4.2.3绘制期望的根轨迹图 (21)第五章系统模拟 (23)5.1原系统的物理模拟图 (23)5.2校正装置物理模拟图 (23)5.3综合后校正模拟图 (24)第六章设计小结 (27)6.1心得体会 (27)6.2致谢 (28)参考文献 (29)《自动控制原理》课程设计第一章 系统概念1.1设计目的《自动控制原理》课程设计是该课程的一个重要教学环节，它有别于毕业设计，更不同课堂教学。
它只要是培养学生统筹运用自动控制原理课程中所学的理论知识，掌握反馈控制系统的基本理论和基本方法，对工程实际系统进行完整的全面分析和综合。
1.2系统原理（简介）图1-1其中：R 0=100K Ω; C 1=C 2=510- F ; R 2=1/2R 0Rf 为线性滑动电位器，可调范围为：14001010R R --1.3 各环节的性能、功能特性说明1.3.1比例环节比例环节的输出量与输入量成正比，不失真也不延滞，所以比例环节又称为放大环节或无惯性环节1.3.2积分环节输出量与输入量成积分关系的环节，称为积分环节。
其特点：输出量与输入量的积分成正比例，当输入消失，输出保持不变，具有记忆功能；积分环节受到扰动自身无法达到稳定。
1.3.3惯性环节一阶惯性环节的微分方程是一阶的，且输出响应需要一定时间后才达到稳态值，因此称为一阶惯性环节。
其特点：输出信号对输入信号的响应存在惯性（输入信号阶跃加入后，输出信号不能突然变化，只能随时间增加逐渐变化）。
设计过程可忽略各种干扰，比如：运算放大器的零点漂移，环节间的负载效应，外界强力电力设备产生的电磁干扰等，均可忽略。
1.4系统参量1．系统输入信号：r（t）；2．系统输出信号：r（t）；1.5基本要求1．建立系统数学模型——传递函数；2．利用频率特性法分析和综合系统；3．完成系统综合前后的有源物理模拟（验证）实验连接图；4．完成系统综合前后的MATLAB仿真（验证）验证；1.6 设计指标设定：输入为r（t）= a + bt （其中：a = 286.6° b = 229.3°）在保证静态指标k v= 5 （e SS≤0.8)的前提下；要求动态期望指标：%8.5%;t2 p s sσ≤≤第二章系统建模有许多类型的控制系统。
如物理学中的力学系统，它是以牛顿力学为基础的机械运动系统。
或者非物理系统，如现代企业管理系统。
自动控制原理学科以物理系统为研究对象，来研究自动控制理论的基本问题。
一个物理系统，作为知识表达，首先要采用适当的描述方法来描述它。
通常采用的方法是数学描述方法，或者成为数学模型。
2.1 各环节建模（各环节间无负载效应，可以分开单独分析。
）2.1.1 比较器数学模型： Y(s)-R(s)(s)U 1=结构框图 ： R （S ）()U S Y （S ）图2-1比较器的作用： 检测系统的偏差的重要环节，使系统产生控制作用。
2.1.2比例环节输入：()U S输出：()a U S数学模型：1()()()f a a oR U S G S K U S R =-=-结构框图 :()U S ()a U S图2-3物理模型 ：1K ∑图2-4由于可调电阻f R 的可调范围为0401-1010R R ≤，所以放大倍数411-1010≤≤K功能作用：1.前置放大2.电压（电流）放大3.功率放大 2.1.3积分环节输入：()a U S 输出：()b U S数学模型：1111()11()()b b a o U S C S G S U S R R C S S =-=-=-结构框图 ：()aU S1S ()b U S图2-5物理模型：图2-6功能作用：体现系统达到平稳的快慢程度，提高系统对输入信号的跟踪能力。