閉環(huán)控制系統(tǒng)

1、科技名詞定義中文名稱：閉環(huán)控制系統(tǒng) 英文名稱：closed loop control system 其他名稱：反饋控制系統(tǒng)(feedback control system) 定義：系統(tǒng)的輸出量對系統(tǒng)的控制作用有直接影響的控制系統(tǒng)。 概念由信號正向通路和反饋通路構(gòu)成閉合回路的自動控制系統(tǒng)，又稱反饋控制系統(tǒng)。 這是一種自動控制系統(tǒng)，其中包括功率放大和反饋，使輸出變量的值相應(yīng)輸入變量的值。數(shù)控裝置發(fā)出質(zhì)量脈沖后，當指令值送到位置比較電路時，此時若工作臺沒有移動，即沒有位置反饋信號時，指令值使伺服驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動，經(jīng)過齒輪、滾珠絲杠螺母副等傳動元件帶動機床工作臺移動。裝在機床工作臺上的位置測量元件，測出

2、工作臺的實際位移量后，后反饋到數(shù)控裝置的比較器中與指令信號進行比較，并用比較后的差值進行控制。若兩者存在差值，經(jīng)放大器后放大，再控制伺服驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動，直至差值為零時，工作臺才停止移動。這種系統(tǒng)稱為閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 閉環(huán)控制系統(tǒng)原理基于反饋原理建立的自動控制系統(tǒng)。所謂反饋原理，就是根據(jù)系統(tǒng)輸出變化的信息來進行控制，即通過比較系統(tǒng)行為（輸出）與期望行為之間的偏差，并消除偏差以獲得預(yù)期的系統(tǒng)性能。在反饋控制系統(tǒng)中，既存在由輸入到輸出的信號前向通路，也包含從輸出端到輸入端的信號反饋通路，兩者組成一個閉合的回路。因此，反饋控制系統(tǒng)又稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。反饋控制是自動控制的主要形式。自動控制系統(tǒng)多數(shù)是反饋控

3、制系統(tǒng)。在工程上常把在運行中使輸出量和期望值保持一致的反饋控制系統(tǒng)稱為自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，而把用來精確地跟隨或?qū)崿F(xiàn)某種過程的反饋控制系統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)或隨動系統(tǒng)。 反饋控制系統(tǒng)由控制器、受控對象和反饋通路組成（見圖）。圖中帶叉號的圓圈為比較環(huán)節(jié)，用來將輸入與輸出相減，給出偏差信號。這一環(huán)節(jié)在具體系統(tǒng)中可能與控制器一起統(tǒng)稱為調(diào)節(jié)器。以爐溫控制為例，受控對象為爐子；輸出變量為實際的爐子溫度;輸入變量為給定常值溫度,一般用電壓表示。爐溫用熱電偶測量，代表爐溫的熱電動勢與給定電壓相比較，兩者的差值電壓經(jīng)過功率放大后用來驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)進行控制。 1閉環(huán)控制系統(tǒng)由那些基本環(huán)節(jié)組成？它們各起什么作用？答：閉環(huán)控

4、制系統(tǒng)由控制器、被控對象和測量元件等幾個基本環(huán)節(jié)組成。被控對象是設(shè)備（或系統(tǒng)）的主體。控制器是將控制信號變成控制作用的部件，實現(xiàn)對設(shè)備（或系統(tǒng)）控制的主要部件。測量元件是將被控物理量轉(zhuǎn)換成電信號元件，以實現(xiàn)反饋控制和監(jiān)測被控物理量的作用。2圖T1.1是一個簡單的水位控制系統(tǒng)。 試說明它的工作原理。 指出系統(tǒng)的被控對象、被控量、給定量（輸入信號）。 畫出系統(tǒng)工作原理的方框圖。 圖T1.1答：這個簡單的水位控制系統(tǒng)是通過浮球和杠桿來實現(xiàn)的。 浮球可以檢測水位的高低，這個信息通過杠桿來調(diào)節(jié)進水閥門來實現(xiàn)對水位的調(diào)節(jié)，控制。這個調(diào)節(jié)作用也是一個負反饋過程，當水位升高時，浮球位置上移，從而使閥門下移，減

5、小進水量，使水位不再上升。當水位下降時，浮球位置下移，從而使閥門上移，增加進水量，使水位不再下降。 圖中輸入信號是浮球的理想位置，被控對象是進水閥門、被控量是水池的水位?？梢钥闯?，浮球的實際位置是水位的檢測信號。3圖T1.2是一個直流發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)電壓控制系統(tǒng)。 試說明它的工作原理 畫出系統(tǒng)工作原理的方框圖。 說明如何調(diào)節(jié)輸出電壓。 分析引起輸出電壓不穩(wěn)定的主要干擾源。圖T1.2答：這是一個通過調(diào)節(jié)勵磁，控制輸出電壓的直流發(fā)電機系統(tǒng)。 控制作用的實現(xiàn)是由輸入信號電壓控制勵磁電源的電壓輸出，再由勵磁電源的輸出電壓來控制直流發(fā)電機的輸出電壓。反饋信號從輸出電壓通過分壓器得到，然后直接送入勵磁電源

6、輸入端，形成復(fù)反饋控制。 調(diào)節(jié)輸出電壓可以通過調(diào)節(jié)輸入信號的大小來實現(xiàn)，當需要輸出電壓升高，可以調(diào)節(jié)輸入信號電壓增大；需要輸出電壓減小，同樣，可以使輸入信號電壓減小。 引起輸出電壓波動的主要干擾一般是負載電流的大小，負載增加時，可能引起輸出電壓下降。環(huán)境溫度，發(fā)電機和勵磁電源的參數(shù)變化，也可能引起輸出電壓變化。4圖T1.3是一個晶體管直流穩(wěn)壓電源。 試說明它的工作原理。 畫出系統(tǒng)工作原理的方框圖。 試說明電路中起測量作用的元件、起執(zhí)行作用的元件和起給定信號作用的元件。說明如何調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。圖T1.3答：晶體管直流穩(wěn)壓電源通過電壓調(diào)節(jié)功能可以在輸入電壓一定的波動范圍內(nèi)保持輸出電壓的基本穩(wěn)定，這個系統(tǒng)也是建立在負反饋控制的原理上的。 調(diào)節(jié)輸出電壓是通過晶體管的輸入電流來實現(xiàn)的，當輸入電流較大時，晶體管的發(fā)射極輸出電流大；當輸入電流較小時，晶體管的發(fā)射極輸出電流小，從而調(diào)節(jié)輸出的電壓大小。當晶體管全導(dǎo)通時，晶體管進入飽和狀態(tài)，則輸出電壓達到最高，并失去調(diào)節(jié)作用。 輸出電壓信號的檢測是通過分壓器實現(xiàn)的，在運算放大器的輸入端，輸出信號與基準電壓信號進行比較，由此得到的偏差信號控制運算放大器輸出電流大小，從而控制晶體管的輸入電流和輸出電壓。 在電路圖中