开环与闭环
闭环传递函数和开环传递函数之间的关系
闭环传递函数和开环传递函数之间的关系
闭环传递函数和开环传递函数是系统控制理论中的两个重要概念。
闭环传递函数是指系统在反馈控制下的传递函数，即考虑了系统反馈的影响。
它描述了系统的输入与输出之间的关系。
开环传递函数是指系统在无反馈控制下的传递函数，即忽略了系统反馈的影响。
它描述了系统输入直接影响输出的关系。
两者之间的关系可以表示为：
闭环传递函数 = 开环传递函数 / (1 + 开环传递函数 ×反馈传递
函数)
也可以表示为：
开环传递函数 = 闭环传递函数 / (1 - 闭环传递函数 ×反馈传递
函数)
其中，反馈传递函数是指反馈信号与系统输出之间的传递函数。
通过闭环传递函数和开环传递函数之间的关系，可以对系统的稳定性、响应速度、抗干扰能力等进行分析和设计。
开环传递函数可以用于建立系统的数学模型和分析系统的基本特性，而闭环传递函数则可以用于设计和调节系统的控制器，从而实现期望的控制效果。
力学系统的开环控制与闭环控制比较
力学系统的开环控制与闭环控制比较在控制系统中，开环控制和闭环控制是两种常见的控制方式。
它们在力学系统中的应用广泛，但各自具有不同的特点和适用范围。
本文将对开环控制和闭环控制进行比较，探讨它们的优缺点以及适用场景。
开环控制是一种基本的控制方式，它通过输入控制信号直接作用于被控对象，而不考虑输出结果对控制信号的影响。
开环控制的特点是简单、直接，适用于一些简单的力学系统。
例如，当我们开车时，我们可以通过踩油门来控制车辆的速度。
在这种情况下，我们只需要根据需要调节油门的大小即可，不需要考虑车辆的实际速度。
然而，开环控制也存在一些问题。
首先，它对被控对象的变化不敏感。
在实际应用中，被控对象的参数可能会发生变化，例如温度、湿度等，这些变化会导致开环控制的输出结果与期望值产生偏差。
其次，开环控制无法纠正由外界干扰引起的误差。
例如，当我们在开车时遇到风的阻力时，开环控制无法自动调整油门的大小来保持车速恒定。
与开环控制相比，闭环控制可以更好地解决这些问题。
闭环控制通过不断地监测被控对象的输出结果，并与期望值进行比较，从而调整控制信号。
在前面提到的开车例子中，闭环控制可以通过车速传感器实时监测车辆的速度，并根据实际速度与期望速度的差异来调整油门的大小。
这样，无论外界条件如何变化，闭环控制都能够自动调整控制信号，使得输出结果更加稳定和准确。
闭环控制的优点不仅仅体现在对被控对象变化的敏感性上，还在于它能够纠正由外界干扰引起的误差。
闭环控制通过不断地监测输出结果与期望值的差异，并通过反馈机制来调整控制信号，从而减小误差。
这使得闭环控制在一些对精度要求较高的应用中得到广泛应用，例如航空航天、机器人等领域。
然而，闭环控制也存在一些问题。
首先，闭环控制的设计和调试相对较为复杂，需要对系统的动态特性进行深入分析和建模。
其次，闭环控制的实时性和稳定性对控制器的性能和参数选择有较高的要求。
如果控制器的响应速度过慢或者参数选择不当，闭环控制可能会引起系统的振荡或不稳定。
开环和闭环传递函数
开环和闭环传递函数一、概述在控制系统中，开环和闭环是两种不同的传递函数形式。
它们分别描述了控制系统的输入和输出之间的关系，以及控制系统本身的反馈机制。
二、开环传递函数开环传递函数是指系统输入与输出之间的数学映射关系，它没有考虑系统中产生的任何反馈机制。
其数学表达式通常写作F(s)，其中s为连续时间域的复变量。
开环传递函数可以表示为：F(s) = G(s)H(s)其中，G(s)是系统的前置放大器，也称“系统函数”，描述了控制系统本身的特性；H(s)是输入信号与输出信号之间的传递函数，也称“传递函数”，描述了系统的输入与输出之间的关系。
开环传递函数通常用于描述系统的静态性能和频率响应特性，但它无法考虑损耗或混叠等问题，且不具有实际控制的能力。
三、闭环传递函数闭环传递函数是指系统中带有反馈机制时输入与输出之间的数学映射关系。
与开环传递函数不同，闭环传递函数是指输入信号与整个控制系统的输出信号之间的关系，而不是单纯的前置放大器与传递函数之间的关系。
其数学表达式通常写作T(s)，其中s为连续时间域的复变量。
闭环传递函数可以表示为：T(s) = G(s) / (1 + G(s)H(s))其中，G(s)和H(s)的意义与开环传递函数相同，它们是系统的前置放大器和传递函数。
但是，因为控制系统中引入了反馈机制，所以G(s)和H(s)的相互作用和传导过程与开环传递函数发生了变化。
闭环传递函数是控制系统实际运作中的数学模型，它包括了前置放大器、传递函数、反馈回路等因素，考虑了系统的稳定性、抗扰性、动态特性等方面，具有实际控制的能力。
在控制系统设计和分析中，闭环传递函数是一个非常重要的概念。
四、开环传递函数与闭环传递函数的比较开环传递函数和闭环传递函数是控制系统中两种重要的数学模型。
它们的区别主要在于是否考虑了反馈机制。
具体而言，开环传递函数没有考虑反馈，只有前置放大器和传递函数，而闭环传递函数考虑了反馈，包括系统的前置放大器、传递函数和反馈回路等因素。
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。
开环和闭环
开环和闭环
引言
介绍
开环
开环的英文名是open-loop。
开环相对于闭环而言，也叫开环控制系统。
意思就是不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统。
开环就相当于单向操作，我们给控制器一个值，控制器就按这个值操作控制。
也就是只控制输出，不计后果的控制。
这种系统比较简单，容易掌握使用，工作稳定，但精度和速度的提高受到限制，所以一般仅用于不考虑外界影响，或惯性小、精度要求不高的一些系统。
打个比方，开环相当于开水龙头，你拧到什么位置，水龙头就出多少大小的水，没有反馈信号。
闭环
开环与闭环的区别
工作原理不同
开环控制系统不能检测误差，也不能校正误差。
控制精度和抑制干扰的性能都比较差，而且对系统参数的变动很敏感。
因此，一般仅用于可以不考虑外界影响，或惯性小，或精度要求不高的一些场合。
闭环控制的优点是充分发挥了反馈的重要作用，排除了难以预料或不确定的因素，使校正行动更准确，更有力。
但它缺乏开环控制的那种预防性。
如在控制过程中造成不利的后果才采取纠正措施。
因此，一般广泛应用于对外界环境要求比较高、高精度场合。
结构组成不同
开环系统没有检测设备，组成简单，但选用的元器件要严格保证质量要求。
闭环系统具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。
稳定性不同
开环控制系统的稳定性比较容易解决。
闭环系统中反馈回路的引入增加了系统的复杂性。
后续。
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
开环和闭环控制系统
闭环控制系统，又称反馈控制系统，是由信号正向通路和反馈通路构成闭合回路的自动控制系统。
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。
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
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。
开环和闭环的区别
开环和闭环的区别开环和闭环是系统控制领域中两个重要的概念。
它们描述了系统控制中输入和输出之间的关系，以及系统控制中反馈的作用。
本文将详细介绍开环和闭环的区别，并讨论它们在不同领域中的应用。
1. 定义和基本原理：开环控制是指在控制系统中，输出信号不会反馈给输入的情况下进行的控制。
它通过人为设定或预测的控制信号来控制系统。
开环控制不考虑系统输出与期望输出之间的差距，也没有对系统的状态进行监测和调整。
闭环控制（也称为反馈控制）是一种控制系统，在该系统中，系统的输出信号被反馈给输入，以根据输出信号对输入信号进行调整。
闭环控制通过比较实际输出与期望输出之间的差距来进行调整，以使系统达到所需的输出。
2. 基本组成：在开环控制中，控制器接收输入信号并产生输出信号，该输出信号直接作为控制系统的输入。
开环系统中通常包括传感器、执行器和控制器。
但是，由于没有反馈机制，开环控制对系统的变化或干扰不具有鲁棒性。
在闭环控制中，与开环控制相比，控制系统多了一个反馈环路。
它从执行器读取实际输出信号，并将其与期望输出进行比较，然后生成误差信号。
误差信号被送回控制器，用于调整控制信号，以实现期望输出。
闭环系统通常由传感器、执行器、控制器和反馈环路组成。
3. 作用和优势：开环控制相对简单，并且在一些简单的应用中具有一定的效果。
它在需要准确预测输出或不需要考虑系统的变化和干扰时，可被广泛使用。
例如，在煤气灶中，旋钮的位置决定了火焰的大小，而没有对火焰大小进行实时调整的反馈。
闭环控制的优势在于它具有更高的稳定性和鲁棒性，并且能够适应系统的变化和干扰。
通过反馈机制，可以根据实际输出来调整输入信号，以确保系统达到期望输出。
闭环控制广泛应用于自动化控制、医疗设备、交通系统等领域。
4. 应用领域的区别：开环控制适用于那些输出对外界影响小、稳定性要求不高的系统。
例如，家用电器、播放器等简单设备常常采用开环控制。
开环控制的一个典型特征是没有反馈环路，因此无法对系统输出进行实时调整。
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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。
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。