通用技術(shù)開(kāi)閉環(huán)控制的分析

1、如何判斷開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)浙江省倉(cāng)南縣勤奮高中林伯寬2008-6-22誤區(qū)：自動(dòng)的控制系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)； 有相反的控制過(guò)程的控制系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)； 有檢測(cè)裝置就是閉環(huán)控制系統(tǒng)；基本概念：開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是由輸入來(lái)控制輸出的單向控制； 閉環(huán)控制系統(tǒng)是輸出量反饋回輸入端參與控制的控制系統(tǒng)；下圖是一個(gè)典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)水箱水位的閉環(huán)控制系統(tǒng)注入水流量控制方框圖：實(shí)際水位給定水位水箱進(jìn)水閥門(mén)桿杠浮子其控制過(guò)程是： 當(dāng)實(shí)際水位較低時(shí)，浮子在較低的位置通過(guò)杠桿打開(kāi)進(jìn)水閥門(mén)，隨后的實(shí)際水位會(huì)上升。（請(qǐng)注意：這是由于實(shí)際水位較低，通過(guò)控制讓隨后的實(shí)際水位上升）當(dāng)實(shí)際水位上升到一定高度時(shí)，浮子處在較高的

2、位置，通過(guò)杠桿將進(jìn)水閥門(mén)關(guān)閉，隨后水箱的位置保持在一定的高度。（請(qǐng)注意：實(shí)際水位會(huì)保持在一定高度的結(jié)果是由于實(shí)際水位達(dá)到給定值的緣故）由此可見(jiàn)，閉環(huán)控制系統(tǒng)的帶有反饋的控制過(guò)程實(shí)際上就是“結(jié)果”控制“結(jié)果”的過(guò)程。因此，只有原輸出量影響隨后的輸出量的控制過(guò)程才是閉環(huán)控制過(guò)程。設(shè)計(jì)一種自動(dòng)伸縮的晾衣架： 當(dāng)感應(yīng)器檢測(cè)到有雨，把信號(hào)傳給開(kāi)關(guān)電路，命令開(kāi)關(guān)接通電路，電動(dòng)機(jī)通電而轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)衣架收回。當(dāng)感應(yīng)器檢測(cè)到有陽(yáng)光，命令開(kāi)關(guān)倒接電路，從而電動(dòng)機(jī)倒轉(zhuǎn)，帶動(dòng)衣架伸出。請(qǐng)問(wèn)此例是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)還是閉環(huán)控制系統(tǒng)？ 先分析有雨收回的過(guò)程。其被控對(duì)象是衣架，輸出量是收回衣架，衣架之所以收回不是因?yàn)橐录艿氖湛s或伸

3、出而收回，而是有雨才收回的，它的控制不是“結(jié)果”控制“結(jié)果”，而是雨對(duì)衣架的單向控制。所以它是開(kāi)環(huán)的控制系統(tǒng)。有人就會(huì)疑問(wèn)：它還有檢測(cè)到陽(yáng)光而伸出的反向控制過(guò)程，這兩個(gè)合在一起應(yīng)該是閉環(huán)的？沒(méi)有疑問(wèn)，還是開(kāi)環(huán)的。因?yàn)?，?yáng)光控制它伸出是陽(yáng)光對(duì)衣架伸出進(jìn)行的單向控制，跟雨控制衣架收回是一樣的道理。沒(méi)有檢測(cè)原來(lái)的衣架位置，而對(duì)隨后的衣架位置產(chǎn)生影響的反饋控制過(guò)程。轉(zhuǎn)動(dòng)（倒轉(zhuǎn)）方框圖：晾衣架電動(dòng)機(jī)感應(yīng)開(kāi)關(guān)雨（陽(yáng)光）收回（伸出） 另，提供一條經(jīng)驗(yàn)：輸入量與輸出量不是同一種物理量就不可能是閉環(huán)控制過(guò)程。（當(dāng)然要建立在輸入量、輸出量非常明確的基礎(chǔ)上）我們現(xiàn)在來(lái)看看，壓力鍋燒開(kāi)水的過(guò)程：經(jīng)過(guò)約十分鐘時(shí)間的加熱

4、，高壓鍋開(kāi)始了第一次噴汽，隨后停止噴汽，約十秒以后開(kāi)始第二次噴汽，隨后又停止噴汽，約五秒后開(kāi)始第三次噴汽，隨后又停止噴汽，約兩秒后開(kāi)始第四次噴汽，接著就不間斷地平穩(wěn)噴汽。（以上是本人仔細(xì)觀察一次加熱開(kāi)水的過(guò)程）此時(shí)鍋內(nèi)的氣壓可以這樣計(jì)算：P= P物 =其中mg是鍋蓋上壓力閥的重力，s是出汽口的橫截面積，也就是說(shuō)平穩(wěn)噴汽時(shí)鍋內(nèi)的氣壓與壓力閥的重力產(chǎn)生的氣壓平衡了，即此時(shí)鍋內(nèi)氣壓就會(huì)被控制在一定值。問(wèn)：這種壓力鍋的壓力控制系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)的控制系統(tǒng)還是閉環(huán)的控制系統(tǒng)？先分析其控制過(guò)程，當(dāng)實(shí)際氣壓較低時(shí)，出汽口被封閉，隨后實(shí)際氣壓會(huì)升高，當(dāng)實(shí)際氣壓升高一定值時(shí)，水蒸氣會(huì)沖開(kāi)壓力閥門(mén)，即噴汽，以之減小鍋內(nèi)氣

5、壓，幾次調(diào)整后，鍋內(nèi)氣壓會(huì)保持在一定值。因此，它是以之前的實(shí)際氣壓來(lái)控制隨后的實(shí)際氣壓，以之達(dá)到限制鍋內(nèi)氣壓的目的。所以它的壓力控制系統(tǒng)是地地道道的閉環(huán)控制系統(tǒng)。有人會(huì)疑問(wèn)：鍋內(nèi)氣壓之所以升高是因?yàn)檩斎霟崃康慕Y(jié)果，這里的溫度控制應(yīng)該是開(kāi)環(huán)的。是有這么個(gè)過(guò)程，但不能影響閉環(huán)的性質(zhì)。猶如閉環(huán)的水箱水位控制系統(tǒng)中，由于水的注入，而水位上升的控制過(guò)程，這部分控制也是開(kāi)環(huán)的，卻不會(huì)影響它整體的閉環(huán)性質(zhì)。實(shí)際上閉環(huán)控制系統(tǒng)本身是以開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)的，任何閉環(huán)的都有開(kāi)環(huán)的部分！噴汽方框圖：給定一定氣壓實(shí)際氣壓壓力鍋壓力閥門(mén)控制器檢測(cè)裝置另：壓力鍋由間歇性噴汽到穩(wěn)定的噴汽過(guò)程實(shí)際上就是閉環(huán)控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整而穩(wěn)定的過(guò)程。總之，開(kāi)環(huán)控制的特點(diǎn)：1、它是單向的控制過(guò)程； 2、輸入量與輸出量往往是不同性質(zhì)的量。閉環(huán)控制的特點(diǎn)：1、有反饋； 2、會(huì)調(diào)整； 3、被控量會(huì)被控制在一定的值結(jié)果穩(wěn)定； 4、“結(jié)果