开环和闭环控制系统

首先先了解什么是开环控制系统和闭环控制系统。

一、开环控制:控制器与被控对象间只有顺序作用而无反向联系且控制单方向进行。若组成系统的元件特性和参数值比较稳定,且外界干扰较小,开环控制能够保持一定的精度。 缺点:精度通常较低、无自动纠偏能力。

二、闭环控制:闭环控制系统在输出端和输入端之间存在反馈回路,输出量对控制过程有直接影响。

以下两张图能更直观的表现出来,比如以前用的热水壶,在燃气灶上烧水,不关火就一直烧,输出的水温与输入的热量没有关系,这就是开环系统;现在的智能电水壶,可以智能调节水温,控制器会定时检测传感器传来的信号,当检测到的水温低于参考值时,控制器继续加热,当检测到的水温等于或高于参考值时控制器停止加热。这就构成了一个反馈系统,即闭环系统。


普通水壶
智能水壶

抽象一下,开环系统的Q(热量)与Tw(水温)无关,闭环系统Q则是输入Tw的函数。


画成系统框图的形式:


开环系统


闭环系统

对于开环系统的传递函数:它是开环系统中系统输出的拉氏变换与系统输入的拉氏变换之比,即系统的开环传递函数 X(s)/U(s)=G(s)

闭环系统的传递函数:对输入信号进行拉普莱斯变换得到V(s),得到闭环系统方程[V(s)-H(s)X(s)]D(s)G(s)=X(s)

进行整理得:X(s)=\frac{V(s)D(s)G(s)}{1+H(s)D(s)G(s)}

因此得到闭环系统的传递函数为:\frac{X(s)}{V(s)} =\frac{D(s)G(s)}{1+H(s)D(s)G(s)}

画出新的传递函数框图:

新的传递函数框图

这样就把闭环系统问题转化为开环系统问题。根据开环系统特性可以进行稳定性分析。


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