基本控制方法简介 巴俊生 开环与闭环系统 w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；一瞬间控制活动即 结束反馈环节一个没有反馈环节 w闭环控制系统：闭环控制是根据控制对象输出反馈来进行校正的控 制方式，它是在测量出实际与计划发生偏差时，按定额或标准来进 行纠正的。闭环控制，从输出量变化取出控制信号作为比较量反馈 给输入端控制输入量，一般这个取出量和输入量相位相反，所以叫 负反馈控制，自动控制通常是闭环控制。比如家用空调温度的控制 ，比如大家洗澡对水温的调节。 两者区别是什么? w1、有无反馈； w2、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，可以借此判断反馈环节作用。 开环控制系统 w控制过程中，没有反馈环节，不能对控制结果加以修正、调节。是 个单程的控制流向。这种控制，称为开环控制。以投篮为例。 大脑 控 制 信 号 手臂灯的开关 控 制 量 电 灯 点 亮 闭环控制系统 控制器 （电子或 微机控制 装置） 被控对象 （加热炉 ） 被控量 （炉内温度 ） 给定量 （设定的温 度） 检测装置 （热电偶 ） 控制量 （电压 ） 比较器 加热炉的温度自动控制系统 执行器 （加热器 ） 两种控制系统的特点 w开环控制按时序控制的系统，控制过程始终是随时间的前进而前进 的，没有回头。 w闭环控制有反馈；会调整；被控量会被控制在一定的值结果稳 定；“结果”会影响“结果”、给定量与被控量是可比较的同一种性质的 量。 w闭环控制过程中有反馈环节可以把控制结果反馈回来与期望值进行 比较,并根据它们的误差及时调整控制作用，控制流向形成了闭合回 路 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。 生活中闭环控制系统应用实例 双闭环控制介绍 w直流双闭环调速系统是工业生产过程中应用最广泛的电气传动装置之一 。 广泛的应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切割机床等很多领域的自动控 制中。 w近年来，交流调速系统发展很快，然而直流调速系统无论在理论上和实 践上都比较成熟，并且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流调速系 统的基础1，所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用。 直流调速系统简介 w直流调速系统是当今电力拖动自动控制系统中应用最普遍的一种系统。 目前，需要高性能可控电力拖动的领域多数都采用直流调速系统。 w20世纪50年代末，晶闸管（大功率半导体器件）变流装置的出现，使变 流技术产生了根本性的变革，开始进入晶闸管时代。由晶闸管变流装置 直接给直流电动机供电的调速系统，称为晶闸管-电动机直流调速系统， 简称V-M系统 VM系统图 单闭环调速系统简介 w由前面的分析可知，开环系统不能满足较高的调速要求。许多需要无级 调速的生产机械，常常不允许有很大的静差率。为了提高调速质量，必 须采用闭环系统。用转速检测装置，例如在电动机上安装一台测速发电 机TG，检测出输出量或被调量n的大小和极性，并把它变换成与转速成 正比的负反馈电压Ufn，与转速给定电压Un相比较后，得到偏差电压 Un，经放大产生触发装置GT的控制电压Uc，用以控制电动机的转速 。这就组成了转速负反馈单闭环调速系统， 单闭环调速系统原理图 双闭环调速系统 w单闭环调速系统可以实现转速调节无静差，且采用电流截止负反馈作限 流保护可以限制启（制）动时的最大电流。单闭环调速系统还存在以下 问题： w（1） 在单闭环调速系统中用一个调节器综合多种信号，各参数间相互 影响，难于进行调节器动态参数的调整，系统的动态性能不够好。 w（2） 系统中采用电流截止负反馈环节来限制启动电流，不能充分利用 电动机的过载能力获得最快的动态响应，即最佳过度过程。 w为了获得近似的理想的过度过程，并克服几个信号综合于一个调节器输 入端的缺点，最好的办法就是将主要的被调量转速与辅助被调量分开加 以控制，用两个调节器分别调节转速和电流，构成转速电流双闭环调速 系统。 转速、电流双闭环直流调速系统的组成 双闭环直流调速系统原理图 转速、电流双闭环直流调速系统的组成 w在转速、电流双闭环调速系统中，即控制转速，实现转速无静差调节 ，又控制电流使系统在充分利用电动机过载能力的条件下获得最佳过 度过程，其关键是处理好转速控制和电流控制之间的关系，就是将两 者分开，用转速调节器ASR调节转速，用电流调节器ACR调节电流。 双闭环调速系统的动态特性 w（1） 双闭环调速系统突加给定时的启动过程 w设置双闭环控制的一个重要目的是要获得接近于理想启动 过程。 w（2） 双闭环调速系统的抗扰性能 w负载扰动和电网电压扰动是双闭环调速系统中的两个主扰 动，只要系统能有效的抑制它们所引起的动态转速降（升 ）和恢复时间，就说明系统具有较强的动态抗扰能力。 三种控制方法比较 w直流调速系统的三种控制方法也是逐步发展的。 wV-M系统像是手推车，能走。但是速度慢，还不稳定，上坎，下坡的时 候速度老是变化。 w单闭环系统像是马力不足的汽车，起步慢，上坡慢，速度相对稳定。 w双闭环就是跑车，起步快，带定速巡航的，定到多少速度就跑多少，受 外部环境影响很小。 闭环控制在MPPT中应用 最大功率点跟踪的核心控制思想就是对直流电压的扰动，判断直流 功率的变化。从而找到最大功率点。这就是一个闭环控制系统。 双闭环系统在逆变器中的应用 wPWM技术的引入，对逆变器输出波形也要求越来越高，各种基于PWM 逆变器的控制方案也随之产生，其中双闭环控制应用最为广泛。 w双闭环控制就是电压外环与电流内环的结合而成，在双闭环控制方案提 出前，通常使用电压环对逆变器控制，电压环对交流侧电流的调节效果 不好，抗扰能力差等缺点，开始采用双闭环控制方式，很好的改善了逆 变器的动态性能及输出波形。 结束语： 开环与闭环，作为自动控制中的 两大基本控制方式，广泛的运用于各 种行业，各种形式的自动控制中。而 闭环控制系统，更是以其出色的控制 效果，为现代社会的发展做出了巨大 的贡献。 谢谢观看！