什么是閉環控制
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。比如家用空調溫度的控制。
在控制論中,閉環通常指輸出端通過“旁鏈”方式回饋到輸入,所謂閉環控制。輸出端回饋到輸入端并參與對輸出端再控制,這才是閉環控制的目的,這種目的是通過反饋來實現的。正反饋和負反饋是閉環控制常見的兩種基本形式。其中負反饋和正反饋從達于目的的角度講具有相同的意義。從反饋實現的具體方式來看,正反饋和負反饋屬于代數或者算術意義上的“加減”反饋方式,即輸出量回饋到輸入端后,與輸入量進行加減的統一性整合后,作為新的控制輸出,去進一步控制輸出量。實際上,輸出量對輸入量的回饋遠不止這些方式。這表現為:運算上,不止于加減運算,還包括更廣域的數學運算;回饋方式上,輸出量對輸入量的回饋,也不一定采取與輸入量進行綜合運算形成統一的控制輸出,輸出量可以通過控制鏈直接施控于輸入量等等。
閉環控制的原理
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,由于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。
其反饋回路的流程如下圖所示:
閉環的應用
比如上面舉的汽車發動機燃燒控制:
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系。氧傳感器“告訴”計算機混合氣的空燃比情況,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,并報告計算機,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。采用閉環控制的電噴發動機,由于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。
表現方式
閉環控制在各種控制實例中有具體的表現方式:
正反饋和負反饋是閉環控制常見的兩種基本形式。其中負反饋和正反饋從達于目的的角度講具有相同的意義。從反饋實現的具體方式來看,正反饋和負反饋屬于代數或者算術意義上的“加減”反饋方式,即輸出量回饋到輸入端后,與輸入量進行加減的統一性整合后,作為新的控制輸出,去進一步控制輸出量。實際上,輸出量對輸入量的回饋遠不止這些方式。這表現為:運算上,不止于加減運算,還包括更廣域的數學運算;回饋方式上,輸出量對輸入量的回饋,也不一定采取與輸入量進行綜合運算形成統一的控制輸出,輸出量可以通過控制鏈直接施控于輸入量等等
閉環控制的評價
在閉環控制系統里,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于反饋作用。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后果才采取糾正措施。
閉環控制擴展
開環控制沒有反饋環節,系統的穩定性不高,響應時間相對來說很長,精確度不高,使用于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,沒有反向聯系的控制過程,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,適合于對系統的響應時間,穩定性要求高的系統.
半閉環控制系統是在開環控制系統的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杠轉角間接檢測移動部件的位移,然后反饋到數控裝置的比較器中,與輸入原指令位移值進行比較,用比較后的差值進行控制,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、速度和動態特性優于開環伺服機構,為大多數中小型數控機床所采用。
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