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閉環控制

鎖定
閉環控制是指控制論的一個基本概念。指作為被控的輸出量以一定方式返回到作為控制的輸入端,並對輸入端施加控制影響的一種控制關係。帶有反饋信息的系統控制方式。
當操作者啓動系統後,通過系統運行將控制信息輸向受控對象,並將受控對象的狀態信息反饋到輸入中,以修正操作過程,使系統的輸出符合預期要求。
閉環控制是一種比較靈活、工作績效較高的控制方式,工業生產中的多數控制方式採用閉環控制的設計。 [1] 
中文名
閉環控制
外文名
closed-loop control
所屬類別
控制論
定    義
輸出端反饋輸入端,參與再控制
實現方式
反饋
基本形式
正反饋與負反饋
開閉環區別
有無反饋;是否對當前控制作用

閉環控制閉環控制簡介

閉環控制是根據控制對象輸出反饋來進行校正的控制方式,它是在測量出實際與計劃發生偏差時,按定額或標準來進行糾正的。閉環控制,從輸出量變化取出控制信號作為比較量反饋給輸入端控制輸入量,一般這個取出量和輸入量相位相反,所以叫負反饋控制,自動控制通常是閉環控制。比如家用空調温度的控制。

閉環控制原理

閉環控制 閉環控制
當受控客體受干擾的影響,其實現狀態與期望狀態出現偏差時,控制主體將根據這種偏差發出新的指令,以糾正偏差,抵消干擾的作用。在閉環控制中,由於控制主體能根據反饋信息發現和糾正受控客體運行的偏差,所以有較強的抗干擾能力,能進行有效的控制,從而保證預定目標的實現。管理中所實行的控制大多是閉環控制,所用的控制原理主要是反饋原理。這種控制如果我們把輸入值用x表示,輸出值用y表示,客體的功能用s表示,控制系統也即反饋系統的作用用R表示,偏差信息用△x表示,
則有:y=S(X+△X)=S(X+Ry)=SX+SRy
式中R稱反饋因子或控制參數,它反映閉環控制系統的反饋功能或控制功能。

閉環控制應用

發動機電噴系統的閉環控制是一個實時的氧傳感器、計算機和燃油量控制裝置三者之間閉合的三角關係。氧傳感器“告訴”計算機混合氣空燃比情況,計算機發出命令給燃油量控制裝置,向理論值的方向調整空燃比(14.7:1)。這一調整經常會超過一點理論值,氧傳感器察覺出來,並報告計算機,計算機再發出命令調回到14.7:1。因為每一個調整的循環都很快,所以空燃比不會偏離14.7:1,一旦運行,這種閉環調整就連續不斷。採用閉環控制的電噴發動機,由於能使發動機始終在較理想的工況下運行(空燃比偏離理論值不會太多),從而能保證汽車不僅具有較好的動力性能,還能省油。

閉環控制基本表現形式

閉環控制在各種控制實例中有具體的表現方式:
正反饋與負反饋是閉環控制常見的兩種基本形式。其中負反饋與正反饋從達到目的的角度講具有相同的意義。從反饋實現具體方式來看,正反饋與負反饋屬於代數或者算術意義上的“加減”反饋方式,即輸出量回饋至輸入端後,和輸入量進行加減的統一性整合後,作為新控制輸出,去進一步控制輸出量。實際上,輸出量對輸入量回饋遠不止這些方式。這表現為:運算上,不僅僅是加減運算,還包括了更廣域的數學運算;回饋方式上,輸出量對輸入量回饋,也不一定採取和輸入量進行綜合運算形成統一的控制輸出,輸出量能通過控制鏈直接施控於輸入量等等。

閉環控制評價

在閉環控制系統裏,即使有干擾,也能通過自己的調節保持原來的狀態。實施閉環控制的抗干擾能力來自於反饋作用。因為在組織形式上增設了一個反饋機構,能把造成偏離目標的原因以及一貫干擾的因素及時地反饋給控制者,使決策控制層作出正確的決策,隨時修正目標。
閉環控制的優點是充分發揮了反饋的重要作用,排除了難以預料或不確定的因素,使校正行動更準確,更有力。但它缺乏開環控制的那種預防性。如在控制過程中造成不利的後果才採取糾正措施

閉環控制控制擴展

開環控制沒有反饋環節,系統的穩定性不高,響應時間相對來説很長,精確度不高,使用於對系統穩定性精確度要求不高的簡單的系統,開環控制是指控制裝置與被控對象之間只有按順序工作,沒有反向聯繫的控制過程,按這種方式組成的系統稱為開環控制系統,其特點是系統的輸出量不會對系統的控制作用發生影響,沒有自動修正或補償的能力。
閉環控制有反饋環節,通過反饋系統使系統的精確度提高,響應時間縮短,適合於對系統的響應時間,穩定性要求高的系統。
半閉環控制系統是在開環控制系統伺服機構中裝有角位移檢測裝置,通過檢測伺服機構的滾珠絲槓轉角間接檢測移動部件的位移,然後反饋到數控裝置比較器中,與輸入原指令位移值進行比較,用比較後的差值進行控制,使移動部件補充位移,直到差值消除為止的控制系統。這種伺服機構所能達到的精度、速度和動態特性優於開環伺服機構,為大多數中小型數控機牀所採用。

閉環控制對照

開環控制系統:不將控制的結果反饋回來影響當前控制的系統
舉例:打開燈的開關——按下開關後的一瞬間,控制活動已經結束,燈是否亮起已對按開關的這個活動沒有影響;投籃——籃球出手後就無法再繼續對其控制,無論球進與否,球出手的一瞬間控制活動即結束。
閉環控制系統:可以將控制的結果反饋回來與希望值比較,並根據它們的誤差調整控制作用的系統
舉例:調節水龍頭——首先在頭腦中對水流有一個期望的流量,水龍頭打開後由眼睛觀察現有的流量大小與期望值進行比較,並不斷的用手進行調節形成一個反饋閉環控制;騎自行車——同理,不斷的修正行進的方向與速度形成閉環控制。
開環閉環的區別:1、有無反饋;2、是否對當前控制起作用。開環控制一般是在瞬間就完成的控制活動,閉環控制一定會持續一定的時間,可以藉此判斷。
投籃第一次投籃投近了第二次投的時候用力一些,這也是一種反饋但不會對第一次產生影響了,所以是開環控制。

閉環控制相關書籍

《自動控制理論》、《現代控制理論》、《數控技術》等。
參考資料
  • 1.    林崇德.心理學大辭典:上海教育出版社,2003年