开环系统

在本教程中,我们将学习控制系统中的一个重要概念,即开环系统。我们将探讨系统和控制系统的一些基础知识,什么是开环系统,它的优点和缺点,以及几个开环系统的例子。

什么是系统?

系统被定义为连接在一起执行一个过程(或服务或执行一个目标)的块(或组件或对象)的集合。系统的另一个简单定义是,它是一组按顺序连接的组件(或元素),以执行指定的功能(或任务)。

系统并不仅仅意味着物理实体。它也可以是抽象的、现象的或概念的,我们经常在数学和经济学领域使用。但物理系统是由连接在一起的物理对象组成的,以执行某种功能。

以电动机为例。它是一个物理系统,由转子、定子、保持架、电线等组成。它接受电能作为输入,产生机械能作为输出。

基于此示例,我们可以将System的概念重新定义为边界内组件的排列,这些组件通过接受一个输入(或多个输入)并提供一个输出来协同工作。

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什么是控制系统?

控制系统是通过改变/调整输入来控制输出的系统。控制系统的另一个定义是,它是子系统和过程的组合,共同工作,以获得所需的输出和性能与指定的输入。

通过一个例子,您可以很容易地理解控制系统的定义。我们要讲的控制系统是电梯。

想象一下,你进了电梯,按了“4”键(因为你想去4。th地板)。电梯控制系统接受这个输入,并相应地操作电机和门(输出)。电机运行的持续时间取决于按下的输入键,也就是说,它随按下的键而变化。

控制系统还有两个更有趣的定义。控制系统是一组相互连接的设备,其中每个设备都有自己的输入输出量,并通过连接其输出来控制下一个系统。

控制系统也可以定义为用于控制或调节其他系统功能的一组设备。例如,在重工业中,我们使用生产控制系统来控制生产机械。

有几种方法来分类控制系统。一些常用的控制系统分类有:

  • 基于反馈信号的开环系统和闭环系统
  • 线性和非线性系统-基于它们的微分方程
  • 连续和离散系统-基于他们系统中的信号类型
  • 时变和时不变系统-基于它们的时间依赖性

在这方面,我们感兴趣的是基于反馈的控制系统,即开环系统和闭环系统,特别是开环系统,这是本教程的主要主题。

有时,为了达到系统的一致性和稳定性,并产生所需的输出,控制系统可以使用反馈。反馈只不过是输出信号的一部分,被反馈到输入端。反馈是控制系统中一个重要且经常使用的概念。

与系统输入相连接的反馈使系统能够调整其参数以获得所需的输出响应。

基于反馈连接,即是否使用反馈,控制系统分为两种类型。它们是:

  • 开环控制系统
  • 闭环控制系统

开环系统

一个没有任何反馈连接到它的控制系统称为开环系统。这些类型的系统不依赖于它的输出,例如,在开环系统中,输出不作为系统的控制变量,它对输入没有影响。

开环系统是单向信号流系统。由于这些系统不包含任何反馈,即输出不反馈到输入,这些也被称为非反馈系统。

下图是开环系统的简单框图。

开环反馈系统

在开环系统中,输出可以通过改变输入来调整/改变,但输出对输入没有影响。开环系统的输出只能由其当前的状态输入来决定。如果输出受到外界噪声/干扰的影响,开环系统无法纠正。

此外,在开环系统中没有机会纠正过渡错误,因此有更多的机会发生错误。

开环系统应用

我们在日常生活的许多应用中使用开环控制系统。下面列举一些流行的基于开环控制系统概念设计的系统:

  • 洗衣机
  • 电灯泡
  • 电手干燥机
  • 基于时间的面包机
  • 自动水龙头
  • 电视遥控器
  • 电动衣服干燥机
  • 窗户上的窗帘
  • 步进电机或伺服电机
  • 喷墨打印机
  • 门锁系统
  • 交通控制系统

开环系统的实时实例

下面将解释一些开环系统的实时示例。

电衣服干燥机

我们根据要烘干的衣服的数量来操作干衣机。我们在系统中设置一个计时器来执行这个操作,假设是20分钟。由于它是一个自动开环系统,机器在20分钟后自动停止工作,不管衣服的性质,无论他们是干的或湿的。

干衣机是一个开环系统,因为它在停止工作之前不考虑衣服的状况。用户可以根据自己的需要,通过设置定时器控件来调整系统的运行时间。观察以下开环控制系统框图,电动干燥机。

电布干燥机

在这里,电烘干机系统有三个模块,计时器,加热元件和衣服。首先,用户在计时器中设置晾晒衣服的时间。计时器控制与加热元件结合工作,产生热量并使衣服干燥。

由于没有衣服、湿度的反馈,系统在设定时间后停止工作,不考虑衣服的状态。即使衣服是干的,系统也会在规定的时间后关闭。

由于系统没有反馈,这也被称为“无反馈系统”,即系统的输出只依赖于输入信号,而不提供基于输出的输入信号的控制动作。

开环控制系统的输出不与系统的输入进行比较,以检查输出中的错误。非反馈信号的输出“忠实地”依赖于它的输入,不依赖于系统外部的任何其他情况或参数。

当系统预设值漂移时,这些系统可能会受到输出偏差较大的影响。由于开环系统对输出没有任何了解,它不能自己纠正错误。这是开环控制系统的一个主要缺点。

另一个缺点是,这些系统不能处理外部干扰和非常差的能力,反对采用外部系统参数的变化。

干扰式电动干布机

因此,我们遇到了一个讨论,即开环系统中发生的错误会干扰干燥过程,为了保持这些系统的稳定性,需要用户定期(持续)注意。

这意味着用户需要经常检查衣服的工艺和温度,并在机器偏离所要求的条件情况下对其进行控制。

交通控制系统

大多数自动交通控制系统都是基于时间的开环控制系统,即每个信号都被分配到一个特定的时隙,在这段时间内,不管交通量如何。

洗衣机

开环控制系统的另一个例子,我们在日常生活中使用的是洗衣机。浸泡、洗涤、漂洗和干燥的操作是基于时间的,不依赖于衣服的清洁度或衣服是否干燥。

电灯泡

我们都知道,当电流通过电灯泡时,就会发光。当市电供应充足时,通过接通灯泡,我们就可以使它工作。这个过程不依赖于灯泡的温度或任何其他参数。

电手干燥机

干手器是靠电源工作的,当我们把手放在它前面时,不管我们的手干了多少,它都会自动吹热空气使我们的手变干。

面包烤面包机

面包烤面包机是开环控制系统的另一个简单例子,因为不管面包是否烤好,机器都会根据预先设定的时间段运行。

开环控制系统的优点

开环控制系统的主要优点如下:

  • 开环控制系统非常简单,易于设计。
  • 这些控制系统比其他类型的控制系统便宜得多。
  • 开环控制系统的维护是非常简单的。
  • 通常,开环系统在一定程度上是稳定的。
  • 这些类型的系统易于构建,使用方便。

开环控制系统的缺点

开环系统的缺点是:

  • 开环控制系统的带宽较小。
  • 无反馈系统不利于自动化过程的进行。
  • 开环系统本质上是不准确的,也是不可靠的。
  • 如果它们的输出受到一些外部干扰的影响,就没有办法自动纠正它们,因为这些是非反馈系统。

结论

这是一个简单的介绍控制系统的概念,特别是,开环系统的变体。你们学习了什么是系统,什么是控制系统,什么是开环控制系统,开环系统的优点和缺点,以及我们日常使用/遇到的一些常见的开环系统的例子。

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