2-1 试求出图P2-1中各电路的传递函数。
图P2-1
2-2 试求出图P2-2中各有源网络的传递函数。
图P2-2
2-3 求图P2-3所示各机械运动系统的传递函数。 （1）求图（a ）的 ()()?=s X s X r c （2）求图（b ）的()
()
?=s X s X r c （3）求图（c ）的
()()?12=s X s X （4）求图（d ）的 ()()
?1=s F s X
图P2-3
2-4 图P2-4所示为一齿轮传动机构。设此机构无间隙、无变形，求折算到传动轴上的等效转动惯量、等效粘性摩擦系数和()()
()
s M s s W 2θ=
。
图P2-4 图P2-5
2-5 图P2-5所示为一磁场控制的直流电动机。设工作时电枢电流不变，控制电压加在励磁绕组上，输出为电机角位移，求传递函数()()
()
s u s s W r θ=。
2-6 图P2-6所示为一用作放大器的直流发电机，原电机以恒定转速运行。试确定传递函数()
()
()s W s U s U r c =，设不计发电机的电枢电感和电阻。
图P2-6
2-7 已知一系统由如下方程组组成，试绘制系统方框图，并求出闭环传递函数。
()()()()()()[]()s X s W s W s W s W s X s X c r 87111--=
()()()()()[]s X s W s X s W s X 36122-= ()()()()[]()s W s W s X s X s X c 3523-= ()()()s X s W s X c 34=
2-8 试分别化简图P2-7和图P2-8所示的结构图，并求出相应的传递函数。
图P2-7 图P2-8
2-9 求如图P2-9所示系统的传递函数()()()s X s X s W r c =
1，()()
()
s X s X s W N c =2。
图P2-9
2-10 求如图P2-10所示系统的传递函数。
图P2-10
2-11 求图P2-11所示系统的闭环传递函数。
图P2-11 图P2-12
2-13 画出图P2-13所示结构图的信号流图，用梅逊公式求传递函数：()()
()
s X s X s W r c =1，()()
()
s N s X s W c =
2。
图P2-13
2-14 画出图P2-14所示系统的信号流图，并分别求出两个系统的传递函数
()()s X s X r c 11，()
()
s X s X r c 22。
图P2-14
3-1 一单位反馈控制系统的开环传递函数为()()
11
+=
s s s W K 。 求：（1）系统的单位阶跃响应及动态特性指标δ%、t r 、t S 、μ； （2）输入量x r （t ）=t 时，系统的输出响应；
（2）输入量x r （t ）为单位脉冲函数时，系统的输出响应。 3-2 一单位反馈控制系统的开环传递函数为()()
1+=
s s K s W k
K τ，其单位阶跃响应曲线如图
P3-1所示，图中的X m =1.25，t m =1.5s 。试确定系统参数K k 及 τ 值。
图P3-1
3-3 一单位反馈控制系统的开环传递函数为()()
n n
K s s s W ξωω22+=。已知系统的x r （t ）
=1（t ），误差时间函数为()t t e e t e 73.37.14.04.1---=，求系统的阻尼比ξ、自然振荡角频率n ω、系统的开环传递函数和闭环传递函数、系统的稳态误差。
3-4 已知单位反馈控制系统的开环传递函数为()()
1+=s s K s W k
K τ，试选择K k 及τ值以满足下列
指标。
当x r （t ）=t 时，系统的稳态误差e （∞）≤0.02； 当x r （t ）=1（t ）时，系统的δ%≤30%，t S （5%）≤0.3s 。
3-5 已知单位反馈控制系统的闭环传递函数为()2
222n
n n
B s s s W ωξωω++=
，试画出以n ω为常
数、ξ为变数时，系统特征方程式的根在s 复平面上的分布轨迹。
3-6 一系统的动态结构图如图P3-2所示，求在不同的K k 值下（例如，K k =1、K k =3、K k =7）系统的闭环极点、单位阶跃响应、动态指标及稳态误差。
图P3-2
3-7 一闭环反馈控制系统的动态结构图如图P3-3所示。 （1）求当δ%≤20%、t S （5%）=1.8s 时，系统的参数K 1及τ值。
（2）求上述系统的位置误差系数K p 、速度误差系数K v 、加速度误差系数K a 及其相应的稳态误差。
图P3-3
3-8 一系统的动态结构图如图P3-4所示。 求 （1）1.0,021==ττ时，系统的%δ、%)5(s t
（2）0,1.021==ττ时，系统的%δ、%)5(s t
（3）比较上述两种校正情况下的暂态性能指标及稳态性能。
图P3-4
3-9 如图P3-5所示系统，图中的()s W g 为调节对象的传递函数，()s W c 为调节器的传递函数。如果调节对象为()()()
1121++=
s T s T K s W g
g ，T 1 > T 2 ，系统要求的指标为：位置稳态误差
为零，调节时间最短，超调量%δ≤4.3 %，问下述三种调节器中哪一种能满足上述指标？其参数应具备什么条件？三种调节器为 （a ）()p c K s W =； (b) ()()s
s K s W p c 1+=τ； (c) ()()()1121++=s s K s W p
c ττ。
图P3-5
3-10 有闭环系统的特征方程式如下，试用劳斯判椐判断系统的稳定性，并说明特征根在复平面上的分布。
（1）05042023=+++s s s （2）010042023=+++s s s （3）08862234=++++s s s s （4）0722********=-++-+s s s s s （5）0121222189323456=++++++s s s s s s 3-11 单位反馈系统的开环传递函数为
()()()(
)1
5.0115.02++++=
s s s s s K s W k k
试确定使系统稳定的K k 值围。
3-12 已知系统的结构图如图P3-6所示，试用劳斯判椐确定使系统稳定的K f 值围。
图P3-6
3-13 如果采用图P3-7所示系统，问τ取何值时，系统方能稳定？ 3-14 设单位反馈系统的开环传递函数为()()()
s s s K
s W k 167.0133.01++=，要求闭环特征根的实
部均小于–1，求K 值应取的围。
图P3-7
3-15 设有一单位反馈系统，如果其开环传递函数为 （1）()()()
15410
++=s s s s W k
（2）()()()()
1541.0102
+++=
s s s s s W k
求输入量为()t t x r =和()2542t t t x r ++=时系统的稳态误差。 3-16有一单位反馈系统，系统的开环传递函数为()s
K s W k k =。求当输入量为()221
t t x r =和
()t t x r ωsin =时，控制系统的稳态误差。
3-17有一单位反馈系统，其开环传递函数为()()
1510
3-+=
s s s s W k ，求系统的动态误差系数；并求
当输入量为()22
1
1t t t x r ++=时，稳态误差的时间函数()t e s 。 3-18 一系统的结构图如图P3-8所示，并设 ()()s s T K s W 1111+=
，()()
s T s K s W 22
21+=。当扰动
量分别以()s s N 1
=?、21s
作用于系统时，求系统的扰动稳态误差。
图P3-8
3-19 一复合控制系统的结构图如图P3-9所示，其中1231==K K ，T 2=0.25s ，K 2=2。 （1）求输入量分别为()1=t x r ，()t t x r =，()2
2
1t t x r =
时，系统的稳态误差； （2）求系统的单位阶跃响应，及其%δ，s t 值。
图P3-9 图P3-10
3-20 一复合控制系统如图P3-10所示，图中()bs as s W c +=2，()()()
s s s s W g 2.011.0110
++=。
如果系统由1型提高为3型系统，求a 值及b 值。
4-1 求下列各开环传递函数所对应的负反馈系统的根轨迹。 （1）)2)(1()3()(+++=
s s s K s W g K
（2）)
2)(3()
5()(+++=
s s s s K s W g K
（3）)
10)(5)(1()3()(++++=
s s s s K s W g K
4-2 求下列各开环传递函数所对应的负反馈系统的根轨迹。 （1）3
2)2()(2+++=
s s s K s W g K
（2）)
22)(2()(2+++=
s s s s K s W g
K
（3）)
22)(3()2()(2
++++=
s s s s s K s W g K
（4）)164)(1()1()(2++-+=
s s s s s K s W g K
（5）2
)125.0)(1()11.0()(+++=
s s s s K s W g K
4-3 已知单位负反馈系统的开环传递函数为
)
22)(1()(2
+++=
s s Ts s K
s W K 求当4=K 时，以T 为参变量的根轨迹。 4-4 已知单位负反馈系统的开环传递函数为
)
1()
()(2++=
s s a s K s W K
求当4
1
=
K 时，以a 为参变量的根轨迹。 4-5 已知单位负反馈系统的开环传递函数为
)
22)(16()(2+++=
s s s K s W g
K
试用根轨迹法确定使闭环主导极点的阻尼比5.0=ξ和自然角频率2=n ω时g K 值。 4-6 已知单位正反馈系统的开环传递函数为
2
)4)(1)(1()(+-+=
s s s K s W g
K
试绘制其根轨迹。 4-7 设系统开环传递函数为
)
4)(2()1()(2
+++=
s s s s K s W g K
试绘制系统在负反馈与正反馈两种情况下的根轨迹。
4-8 设单位负反馈系统的开环传递函数为
)
11.0()
1()(2++=
s s s K s W K
如果要求系统的一对共轭主导根的阻尼系数为0.75，用根轨迹法确定 （1） 串联相位迟后环节，设15=a k 。 （2） 串联相位引前环节，设15=a k 。 4-9 已知单位负反馈系统的开环传递函数为
)
20)(4()(++=
s s s K s W g
K
设要求)/1(12s k v ≥、%25%≤δ、s t s 7.0≤，试确定串联引前校正装置的传递函数，并绘制校正前、后的系统根轨迹。
4-10 设单位负反馈系统的开环传递函数为
)
5)(4()(++=
s s s K s W g
K
要求校正后)/1(30s k v ≥、主导极点阻尼比707.0=ξ，试求串联迟后校正装置的传递函数。 4-11 已知负反馈系统的开环传递函数为
)
12()(+=
s s K
s W K
要使系统闭环主导极点的阻尼比5.0=ξ、自然振荡角频率5=n ω、)/1(50s k v ≥时，求串联迟后—引前校正装置的传递函数，并绘制校正前、后的系统根轨迹。 5-1 已知单位反馈系统的开环传递函数为 1
10
)(+=s s W K 当系统的给定信号为
（1）)30sin()(1
+=t t x r （2）)452cos(2)(2 -=t t x r
（3）)452cos(2)30sin()(3
--+=t t t x r
时，求系统的稳态输出。
5-2 绘出下列各传递函数对应的幅相频率特性。
（1））、21,10()(===-N K Ks s W N
（2）1
1.010)(±=
s s W
(3) )21,10()(、
===N K Ks s W N
(4) )11.0(10)(±=s s W (5) )
2(4
)(+=
s s s W
(6) )
2)(1(4
)(++=
s s s W
(7) 203
)(++=
s s s W
(8) )
02.0(2
.0)(++=
s s s s W
(9) )707.0(12)(2
2
=++=ξξTs s T s W
(10)1
2)
12.0(25)(2+++=
s s s s W
5-3 绘出习题5-2各传递函数对应的对数频率特性。
5-4 绘出下列系统的开环传递函数的幅相频率特性和对数频率特性。 （1）)01()
1)(1()
1()(321213>>>>+++=
T T T s T s T s s T K s W K
（2）)
100(500
)(2
++=
s s s s W K
（3）1
)(2.0+=-s e s W s
K
5-5 用奈氏稳定判据判断下列反馈系统的稳定性，各系统开环传递函数如下
（1）)()
1)(1()1()(213213T T T s T s T s s T K s W K +>+++=
（2）)
12.0)(1(10
)(+-=
s s s s W K
（3）)
1()
101.0(100)(-+=
s s s s W K
5-6 设系统的开环幅相频率特性如图P5-1所示，写出开环传递函数的形式，判断闭环系统
是否稳定。图中P 为开环传递函数右半平面的极点数。
图P5-1
5-7 已知最小相位系统开环对数幅频特性如图P5-2。 （1）写出其传递函数 （2）绘出近似的对数相频特性
图P5-2
5-8 已知系统开环传递函数分别为 （1）)106.0)(125.0(6
)(++=
s s s s W K
（2）)
1006.0)(1025.0()
12.0(75)(2+++=
s s s s s W K
试绘制波德图，求相位裕量及增益裕量，并判断闭环系统的稳定性。 5-9 设单位反馈系统的开环传递函数为 )
15.0)(11.0(2
)(++=
s s s s W K
当输入信号)(t x r 为5rad/s 的正弦信号时，求系统稳态误差。
5-10 已知单位反馈系统的开环传递函数，试绘制系统的闭环频率特性，计算系统的谐振频率及谐振峰值。 （1）)2(16
)(+=
s s s W K
（2）)
15()
15.0(60)(++=
s s s s W K
5-11 单位反馈系统的开环传递函数为
)
1087.0(7
)(+=
s s s W K
试用频域和时域关系求系统的超调量%δ及调节时间s t 5-12 已知单位反馈系统的开环传递函数为 )
101.0)(11.0(10
)(++=
s s s s W K
作尼氏图，并求出谐振峰值和稳定裕量。
5-13 如图P5-3所示为0型单位反馈系统的开环幅相频率特性，求该系统的阻尼比ξ和自然振荡角频率。
图P5-3
6－1 设一单位反馈系统其开环传递函数为
()()
24+=
s s K
s W K
若使系统的稳态速度误差系数1
20-=s k v ，相位裕量不小于?50，增益裕量不小于10dB ，
试确定系统的串联校正装置。
6－2 设一单位反馈系统，其开环传递函数为
()()
12.02
+=
s s K
s W K 求系统的稳态加速度误差系数2
10-=s k a 和相位裕量不小于?35时的串联校正装置。
6－3 设一单位反馈系统，其开环传递函数为
()2
1s s W K =
要求校正后的开环频率特性曲线与M ＝4dB 的等M 圆相切。切点频率,3=p ω，并且在高频段200>ω具有锐截止-3特性，试确定校正装置。
6－4 设一单位反馈系统，其开环传递函数为
()()()
15.012.010
++=
s s s s W K
要求具有相位裕量等于?45及增益裕量等于6dB 的性能指标，试分别采用串联引前校正和串联迟后校正两种方法，确定校正装置。
6－5 设一随动系统，其开环传递函数为
()()
15.0+=
s s K
s W K
如要求系统的速度稳态误差为10％，5.1≤p M ，试确定串联校正装置的参数。
6－6 设一单位反馈系统，其开环传递函数为
()()()
100166.011.0126
++=
s s s s W K
要求校正后系统的相位裕量()?±?=240c ωγ，增益裕量等于10dB ，穿越频率s rad c /1≥ω，且开环增益保持不变，试确定串联迟后校正装置。
6－7 采用反馈校正后的系统结构如图6－1所示，其中H （S ）为校正装置，
图6—1
()s W 2为校正对象。要求系统满足下列指标：稳态位置误差()0=∞p e ；稳态速度误差()%5.0=∞v e ；()?≥45c ωγ。试确定反馈校正装置的参数，并求等效开环传递函数。
()2001=s W
()()()
11.0101.010
++=
s s s W K
()s
s W K 1.0=
6－8 一系统的结构图如题6－7，要求系统的稳态速度误差系数200=v k ，超调量δ％＜20％，调节时间s t s 2≤，试确定反馈校正装置的参数，并绘制校正前、后的波德图，写出校正后的等效开环传递函数。
7-1 一放大装置的非线性特性示于图7-1，求其描述函数。 7-2 图7-2为变放大系数非线性特性，求其描述函数。
图7-1 图7-2
7-3 求图7-3所示非线性环节的描述函数。
7-4 图7-4给出几个非线性特性，分别写出其基准描述函数公式，并在复平面上大致画出其基准描述函数的负倒数特性。
图7-3
图7-4
7-5 判断图7-5所示各系统是否稳定？0
1
R -
与)(ωj W K n 的交点是稳定工作点还是不稳定工作点？
图7-5
7-6 图7-6所示为继电器控制系统的结构图，其线性部分的传递函数为
)
11.0)(15.0)(1(10
)(+++=
s s s s W
试确定自持振荡的频率和振幅。
7-7 图7-7所示为一非线性系统，用描述函数法分析其稳定性。
图7-6 图7-7
7-8 求下列方程的奇点，并确定奇点类型。
（1）0)1(2
=+--x x x x
（2）0)35.0(2
2
=++--x x x x x
7-9 利用等斜线法画出下列方程的相平面图
（1）0=++x x x （2）0=++x x x
7-10 系统示于图7-8，设系统原始条件是静止状态，试绘制相轨迹。其系统输入为
（1）e r e A A t x >= ,)( （2）e r e A Bt A t x >+= ,)(
7-11 图7-9为变增益非线性控制系统结构图，其中1 ,2.0 ,10===e k K ，并且参数满足如下关系
kKT
KT
21121<
<
试绘制输入量为
（1）e r e A A t x >= ,)(
（2）e r e A Bt A t x >+= ,)(
时，以e e
- 为坐标的相轨迹。
图7-8
图7-9
信息学院 年研究生入学试题 自动控制原理 试题（B 卷）答案
一、1.（10分）
()()()()()()()010
111111
1 1 31 311
r c I s I s U I s R U C s I s R R R C s C s ?=????
?
=?????
?
=-??++?
?分分分 所以()()
1110
2R R C s W s R +=
- (3分)
2.（10分）令()0r X s =
N
（5分）
()()()()()12353434125123123
11c X s WW W W W W W W s W WW W N s WW W WW W -=
=-+?=++ （5分） 二、（15分）
()()()2
10110
1061010.511B s s W s s s s s +==+
++++
（3分） 3.16n ω=，
（2分） 260.95n ξωξ=? （2分）
()(
)
1sin n t
c X t ξωωθ-=
，arctg
θ= ()31 3.2sin 0.98718.19t e t -=-+? （5分） 系统根为 1,2632
P j -=
=-±，在左半平面，所以系统稳定。
Hefei University 自动控制课程综述 开环与闭环系统 BACH ELOR DISSERTATION 论文题目：______________ 开环与闭环系统_____________________ 学科专业：____________ 自动化1班_______________________ 学生姓名：__________________ 姚辉___________________________ 导师姓名：__________________ 李秀娟__________________________
摘要： 所谓开环与闭环系统主要是对开环和闭环传递函数的研究。 所谓传递函数，只是反馈信号的数学公式/模型。传递函数零初始条件下线性系统响应（即输出）量的拉普拉斯变换（或z变换）与激励（即输入）量的拉普拉斯变换之比。记作G（s）＝Y（s）／U（s），其中Y（s）、U（s)分别为输出量和输入量的拉普拉斯变换。传递函数是描述线性系统动态特性的基本数学工具之一，经典控制理论的主要研究方法——频率响应法和根轨迹法——都是建立在传递函数的基础之上。而在经典控制理论中传递函数有两个重要且易混淆的内容即： Gk(s)=G(s)?H(s) 开环传递函数 Gb(s)=G(s)/1+G(s)?H(s) 闭环传递函数开环传函其实是闭环传函的一部分。开环和闭环的本质区别是：闭环控制系统的被控量要反馈回到给定信号端，与给定信号进行比较（一般为负反馈），而开环没有这一环节。 另外，还有半闭环控制系统，之所以叫半闭环是因为反馈回到给定输入信号的反馈量不是直接取自被控量，而是间接取到的。 关键字:自动控制原理、开环系统、闭环系统、传递函数、区别、联系 发展与前景： 自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期，是以开环与闭环理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制，二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪，火炮定位系统，雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。到战后，以形成完整的自动控制理论体系，这就是以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输入-单输出，线形定常数系统的分析和设计问题。 20世纪60年代初期，随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用，为适应宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新阶段——现代控制理论。他主要研究具有高性能，高精度的多变量变参数的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。目前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论，信息论，仿生学为基础的智能控制理论深入。 为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的总体，这就是自动控制系统。在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值，例如温度，压力或飞行航迹等；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于闭环控制的闭环反馈控制系统。 开环与闭环系统的应用(以数控机床为例)： 开环控制指调节系统不接受反馈的控制，只控制输出，不计后果的控制。又称为无反馈控制系统。
开环控制系统与闭环控制系统方框图几例（仅供参考） 1.普通机械式电饭煲简单的工作过程如下：接通电源，拨动杠杆按钮，给出做饭指令，磁钢吸合，拉住与之相连的杠杆，杠杆拨动微动开关，微动开关在杠杆的按压下接通加热回路，磁钢铝壳帽与锅底接触，开始加热。当饭熟时（不再有水的沸腾），锅底温度升高，磁钢温度达到150℃时失去磁性，在弹簧力作用下，杠杆下移，微动开关恢复常态，结束加热状态。此时电源仍是接通状态，由于双金属片温控器的作用，电饭煲进入保温状态（70度以下），这就是电饭煲接通电源后即使不按键也能得到温水的原因。但不按下杠杆按键则煮不熟饭。 由上面的工作过程可知，普通电饭煲虽然简单，但其控制过程还是比较复杂的。其工作流程为：给出“做饭”指令——进入加热状态——判断是否达到150度，没有达到，继续加热，如果达到，则进入保温状态。从这个流程知道，电饭煲的控制，从总体上说，仍是一个开环控制。因为，输入一个“做饭”指令，输出的就是“做饭”状态。如果输入的是“温水”指令，则输出的状态就是“温水”状态。即输入量和输出量是一一对应的。但是，其局部环节还有反馈。其参考方块图如下： 3.宾馆、酒店的“自动叫醒服务系统”是一个开环控制系统。 参考框图如下： 4．家用缝纫机的缝纫速度控制系统
缝纫机“转速控制系统”的控制对象应该是“缝纫机”不应该是“机针”。对缝纫机来说，还有其它控制系统，如“针距控制系统”、“倒车控制系统”等，这些系统的控制对象都是缝纫机。参考框图如下： 注：有些学生会认为这个控制系统是一个闭环控制系统，理由是人可以不断调整缝纫的转速。其实这种理解是错误的。它不是闭环的原因是：第一，它输入的转速不是恒定的，没法与输出转速进行比较。第二，“人”作为操作者，对控制系统施加控制指令的行为，不能视为“人作为某个环节参与了控制系统”。 5.走道路灯的声光控制系统 声光自动控制白炽灯开关的基本工作原理如下：白天或夜晚光线较亮时，光控部分将开关自动关断，声控部分不起作用。当光线较暗时，光控部分将开关自动打开，负载电路的通断受控于声控部分。电路是否接通，取决于声音信号强度。当声强达到一定程度时，电路自动接通，点亮白炽灯，并开始延时，延时时间到，开关自动关断，等待下一次声音信号触发。这样，通过对环境声光信号的检测与处理，完成电路通断的自动开关控制。其声控部分的参考框图如下： 6．交通路口红绿灯自动控制（根据车流量大小改变红绿灯时间）系统 目前所用的交通路口的红绿灯控制系统一般都是按给定的时序来控制的，因此应该是开环控制系统，而不是闭环。对车流量因素的考虑，是在调查统计的基础上在设计给定时序时体现的。其参考框图如下： 当然有一点在注意，红绿灯的时间并不能完全靠车流量的多少来控制。对单个交叉口而言，当交通需求较小时，信号周期则应短一些，但一般不能少15秒，以免某一方向的绿灯时间小于15秒使车辆来不及通过路口影响交通安全；当交通需求较大时，信号周期则应长一些，但一般不能超过120秒，否则某一方向的红灯时间将超过60秒，驾驶员心理上不能忍受。当交通需求很小时，一般按最
2-1 试求出图P2-1中各电路的传递函数。 图P2-1 2-2 试求出图P2-2中各有源网络的传递函数。 图P2-2 2-3 求图P2-3所示各机械运动系统的传递函数。 （1）求图（a ）的 ()()?=s X s X r c （2）求图（b ）的() () ?=s X s X r c （3）求图（c ）的 ()()?12=s X s X （4）求图（d ）的 ()() ?1=s F s X 图P2-3 2-4 图P2-4所示为一齿轮传动机构。设此机构无间隙、无变形，求折算到传动轴上的等效转动惯量、等效粘性摩擦系数和()()() s M s s W 2θ= 。
图P2-4 图P2-5 2-5 图P2-5所示为一磁场控制的直流电动机。设工作时电枢电流不变，控制电压加在励磁绕组上，输出为电机角位移，求传递函数()() () s u s s W r θ=。 2-6 图P2-6所示为一用作放大器的直流发电机，原电机以恒定转速运行。试确定传递函数() () ()s W s U s U r c =，设不计发电机的电枢电感和电阻。 图P2-6 2-7 已知一系统由如下方程组组成，试绘制系统方框图，并求出闭环传递函数。 ()()()()()()[]()s X s W s W s W s W s X s X c r 87111--= ()()()()()[]s X s W s X s W s X 36122-= ()()()()[]()s W s W s X s X s X c 3523-= ()()()s X s W s X c 34= 2-8 试分别化简图P2-7和图P2-8所示的结构图，并求出相应的传递函数。 图P2-7 图P2-8
几个开环与闭环自动控制系统的例子
2-1 试求出图P2-1中各电路的传递函数。 图P2-1 2-2 试求出图P2-2中各有源网络的传递函数。 图P2-2 2-3 求图P2-3所示各机械运动系统的传递函数。 （1）求图（a ）的 ()()?=s X s X r c （2）求图（b ）的() ()?=s X s X r c （3）求图（c ）的 ()()?12=s X s X （4）求图（d ）的 ()() ?1=s F s X 图P2-3 2-4 图P2-4所示为一齿轮传动机构。设此机构无间隙、无变形，求折算到传动轴上的等效转动惯量、等效粘性摩擦系数和()()() s M s s W 2θ= 。
图P2-4 图P2-5 2-5 图P2-5所示为一磁场控制的直流电动机。设工作时电枢电流不变，控制电压加在励磁绕组上，输出为电机角位移，求传递函数()() () s u s s W r θ=。 2-6 图P2-6所示为一用作放大器的直流发电机，原电机以恒定转速运行。试确定传递函数() () ()s W s U s U r c =，设不计发电机的电枢电感和电阻。 图P2-6 2-7 已知一系统由如下方程组组成，试绘制系统方框图，并求出闭环传递函数。 ()()()()()()[]()s X s W s W s W s W s X s X c r 87111--= ()()()()()[]s X s W s X s W s X 36122-= ()()()()[]()s W s W s X s X s X c 3523-= ()()()s X s W s X c 34= 2-8 试分别化简图P2-7和图P2-8所示的结构图，并求出相应的传递函数。 图P2-7 图P2-8
开环控制、半闭环控制、闭环控制的区别 2011-11-2 10:31 提问者：升玩就走|浏览次数：485次 数控技术 推荐答案 2011-11-2 13:39 开环：没有测量回路。 半闭环：有一个测量回路（主要反馈控制转速：编码器）注意：编码器有绝对值和相对值之分 全闭环：有两个测量回路（反馈转速+位置：编码器+光栅尺或外置编码器） | 其他回答共2条 2011-11-3 14:01Einstiphen|五级 以监测点的不同来区分三者。 开环控制就是系统按设定的参数来运转，不作监测，不反馈。 半闭环控制就是在系统的执行端之前（非最终端）设置监测，反馈回的信号可以对执行端之前的机构进行实时调整。 闭环控制是在系统的最终执行端设置监测，反馈回的信号直接用于系统整体调整。 开环系统最简单，成本低，但执行精度最差，基本无系统波动。 闭环系统最复杂，控制成本最高，但执行精度相当高，系统波动也最大。 半闭环系统介于以上两者之间。 |评论 2011-11-17 10:09wangpeng3219|二级 闭环 闭环也叫反馈控制系统，是将系统输出量的测量值与所期望的给定值相比较，由此产生一个偏差信号， 利用此偏差信号进行调节控制，使输出值尽量接近于期望值。举例：调节水龙头——首先在大脑 中对水流有一个期望的流量，水龙头打开后由眼睛观察现有的流量大小与期望值进行比较，并不断的
用手进行调节形成一个反馈闭环控制；骑自行车——同理不断的修正行进的方向与速度形成闭环控制。 半闭环 半闭环控制系统:半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置，通过检测 伺服机构的滚珠丝杠转角，半闭环控制系统图间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控装置的 比较器中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使移动部件补充位移，直到 差值消除为止的控制系统。由于半闭环控制系统将移动部件的传动丝杠螺母不包括在环内，所以传动 丝杠螺母机构的误差仍会影响移动部件的位移精度，由于半闭环控制系统调试维修方便，稳定性好， 目前应用比较广泛。半闭环控制系统的伺服机构所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构， 为大多数中小型数控机床所采用。 开环 相对闭环而言开环（kāi huán）英文名open-loop。开环相对于闭环而言，也叫开环控制系统。意思就是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，灯是否亮起以对按开关的这个活动没有影响；投篮——篮球出手后就无法再继续对其控制，无论球进与否，球出手的一瞬间控制活动即结束。
闭环控制系统 许多实时嵌入式系统使作出控制决策。这些决策通常是由软件和基于硬件反馈的基础上由它控制（被称为机械）。这些反馈通常采用的是模拟传感器，可以通过一个A / D转换器读取他形式。例如：传感器可能代表位置，电压，温度或其他任何适当的参数。每样提供软件和附加信息基础控制决策。 闭环控制的基本知识 基于反馈原理建立的自动控制系统。所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。反馈控制是自动控制的主要形式。自动控制系统多数是反馈控制系统。在工程上常把在运行中使输出量和期望值保持一致的反馈控制系统称为自动调节系统，而把用来精确地跟随或复现某种过程的反馈控制系统称为伺服系统或随动系统。 反馈控制系统由控制器、受控对象和反馈通路组成。比较环节，用来将输入与输出相减，给出偏差信号。这一环节在具体系统中可能与控制器一起统称为调节器。以炉温控制为例，受控对象为炉子；输出变量为实际的炉子温度;输入变量为给定常值温度,一般用电压表示。炉温用热电偶测量，代表炉温的热电动势与给定电压相比较，两者的差值电压经过功率放大后用来驱动相应的执行机构进行控制。 同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。 一个闭环系统采用反馈来衡量实际的系统运行参数，如温度，压力，流量，液位，转速控制。这种反馈信号发送回的地方是较理想的系统设定点控制器。该控制器发一个误差信号，即启动纠正措施和驱动器输出设备所需的值。在直流电动机驱动上很容
开环控制系统与闭环控制系统的区别及相关的实例 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，灯是否亮起以对按开关的这个活动没有影响； 闭环控制系统：可以将控制的结果反馈回来与希望值比较，并根据它们的误差调整控制作用的系统 举例：调节水龙头——首先在头脑中对水流有一个期望的流量，水龙头打开后由眼睛观察现有的流量大小与期望值进行比较，并不断的用手进行调节形成一个反馈闭环控制；骑自行车——同理不断的修正行进的方向与速度形成闭环控制 开环闭环的区别：1、有无反馈；2、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。 手动控制系统：必须在人的直接干预下才能完成控制任务的系统 自动控制系统：不需要有人干预就可按照期望规律或预定程序运行的控制系统 判断：骑自行车——人工闭环系统，导弹——自动闭环系统，人打开灯——人工开环系统，自动门、自动路灯——自动开环系统 开环控制系统方框图19例 开环控制系统的方框图： 1、水泵抽水控制系统 2、家用窗帘自动控制系统 3、宾馆自动门控制系统 控制量 控制量 控制量
4、楼道自动声控灯装置 5、游泳池定时注水控制系统 6、十字路口的红绿灯定时控制系统 8、自动升旗控制系统 9、宾馆火灾自动报警系统 控制量 控制量 控制量 控制量 控制量 控制量
10、宾馆自动叫醒服务系统 11、活动猴控制系统 13、家用缝纫机缝纫速度控制系统 14、普通电风扇控制系统 15、普通全自动洗衣机控制系统 16、手电筒控制装置 控制量 控制量 控制量 控制量 控制量 控制量
开环控制系统和闭环控制系统的优缺点 如果系统的输出端与输入端之间不存在反馈，也就是控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这样的系统称开环控制系统。 闭环控制系统是基于反馈原理建立的自动控制系统。所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。 开环控制系统的优点是结构简单，比较经济。缺点是无法消除干扰所带来的误差。 同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。
主要从三方面比较： 1、工作原理：开环控制系统不能检测误差，也不能校正误差。控制精度和抑制干扰的性能都比较差，而且对系统参数的变动很敏感。合闭环控制系统不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。控制精度和抑制干扰的性能都比较差，而且对系统参数的变动很敏感。因此，一般仅用于可以不考虑外界影响，或惯性小，或精度要求不高的一些场合。 2、结构组成：开环系统没有检测设备，组成简单，但选用的元器件要严格保证质量要求。闭环系统具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。 3、稳定性：开环控制系统的稳定性比较容易解决。闭环系统中反馈回路的引入增加了系统的复杂性。
1 开环控制系统与闭环控制系统的区别及相关的实例 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，灯是否亮起以对按开关的这个活动没有影响； 闭环控制系统：可以将控制的结果反馈回来与希望值比较，并根据它们的误差调整控制作用的系统 举例：调节水龙头——首先在头脑中对水流有一个期望的流量，水龙头打开后由眼睛观察现有的流量大小与期望值进行比较，并不断的用手进行调节形成一个反馈闭环控制；骑自行车——同理不断的修正行进的方向与速度形成闭环控制 开环闭环的区别：1、有无反馈；2、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。 手动控制系统：必须在人的直接干预下才能完成控制任务的系统 自动控制系统：不需要有人干预就可按照期望规律或预定程序运行的控制系统判断：骑自行车——人工闭环系统，导弹——自动闭环系统，人打开灯——人工开环系统，自动门、自动路灯——自动开环系统 开环控制系统方框图19例 开环控制系统的方框图： 1、水泵抽水控制系统 2、家用窗帘自动控制系统 3、宾馆自动门控制系统 4、楼道自动声控灯装置 输入量（给定量） 控制器 执行器 被控对象 输出量（被控量） 控制量 输入量（接通电源） 控制器（控制电路） 执行器（水泵） 被控对象（水管） 输出量（水管排出水） 控制量（水流量） 输入量（天亮或暗） 控制器（光的检测装置） 执行器（电动机） 被控对象（窗帘） 输出量（窗帘开或闭） 控制量（转动） 输入量（有无声音） 控制器（声电传感 执行器（触点延时开关） 被控对象（楼道灯） 输出量（灯亮或灭） 控制量（电流）
开环控制与闭环控制的区别 “开环控制”与“闭环控制”的区别就在于控制系统中有无反馈环节，所谓闭环控制就是存在反馈环节的控制。这样的系统能够适时地检测控制的输出结果，并将检测到的信息通过反馈环节反映到输入端，调整输入量，达到修正控制误差、提高控制精确度的目的。反馈技术被广泛应用在各种需要精确控制的系统中，尤其是电子控制系统，比如：各种放大电路中的增益控制；环境的温度、湿度、水位、压力的控制；机械结构的位置控制、速度控制等等。因此常常使人觉得：闭环控制是复杂的、精确的、自动的控制方式，而开环控制相对的简单、粗糙和非自动。这种感觉常常造成初学者在分析系统时的误判，需要特别注意。 以普通家用压力锅的温度控制过程为例，在密闭状态下，锅内的温度与压力呈对应关系。加热锅体，锅内温度逐步升高，锅内压力也随之升高；当锅内的压力达到设定值时，高压将顶开压在排气阀上的重锤，排出蒸汽，使锅内压力降低，压力的降低又造成温度的降低。由于重锤的重量是恒定，因此当温度达到设定值之后，加热量和排气量将呈动态平衡，锅内压力保持在高于大气压力的一个恒定值上，锅内温度也保持在高于常压水的沸点温度的一个恒定值上（一般为110℃左右），不再继续升高。过程如下图所示： 分析这样一个控制问题，首先要界定所考察的系统范围。从整体效果上看，该控制过程的输入量是加热锅体，加热锅体导致的三个结果：锅体升温、锅内升压以及排气孔排气，都是输出量，而输出量并未反馈回来影响输入量，因此它是一个开环控制系统。而更细致的分析，应该把升温过程与恒压/恒温过程分别进行分析。分析时考察的系统范围不同，结论也不同。 ①压力锅的加热、升温、升压过程 把加热炉具与压力锅看成一个系统，压力锅体因外部加热而升温，分析加热的过程。输入量——接通电源或点火，输出量——锅体升温、锅内升压以及排气孔排气。控制过程如下图所示，与用炉火加热普通锅体的过程相同，属于开环自动控制。
开环控制系统 一、教学目标 1.通过案例分析，归纳控制系统的基本特征； 2.分析典型案例，熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程 3.学会用框图来归纳控制系统实例的基本特征，逐步形成理解和分析简单开环控制系统的一般方法 二、教学内容分析 本节是“控制与设计”第二节的内容，其内容包括“控制系统”、“开环控制系统与闭环控制系统的组成及其工作过程”是学生在学习控制在我们的生活和生产中的应用后，进一步学习有关控制系统的组成、工作方式以及两种重要的控制系统：开环控制和闭环控制，并熟悉它们工作原理和作用。 生活中不乏简单控制系统的应用，本部分内容的学习，正是要引导学生，从技术的角度、用控制的思维看周围的存在，分析其道理，理解其基本的组成和工作过程。 本课教学内容，从学生生活经验出发，从实例分析入手，归纳出对控制系统的一般认识，以及根据控制系统方式分类的开环控制系统和闭环控制系统两类，并侧重对开环控制系统的工作过程、方框图、重要参数进行分析。 本课要解决的重点是：开环控制系统的工作过程分析，用方框图描述开环控制系统的工作过程。 三、学习者分析 学生在前面的学习中已经学习和分析了控制在生活生产中的应用，获得了有关控制及其应用的初步感性认识和体验，但是对控制的基本工作方式和工作机理还缺乏了解，他们对进一步了解控制系统的知识是有探究的欲望的。结合前面的应用案例分析，进一步分析案例中控制是如何工作的，以及有怎样的工作方式，是学生学习的最近发展区。 四、教学策略： 1. 教法： 本章的教学结合具体的教学内容和目标我们采用“案例情景—机理分析— 总结归纳－认识提升”的模式展开。在教学中把知识点的教与学置于具体的案例情景当中，通过丰富而贴近生活的案例使学生从生活体验到理性分析的思维升华过程。同时关注学生能否用不同的语言表达、交流自己的体验和想法。通过富有吸引力的现实生活中的问题，使学生回想和体会控制系统的工作过程，激发学生的好奇心和主动学习的欲望。
开环控制系统与闭环控制系统的区别及相关的实例 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，灯是否亮起以对按开关的这个活动没有影响； 闭环控制系统：可以将控制的结果反馈回来与希望值比较，并根据它们的误差调整控制作用的系统 举例：调节水龙头——首先在头脑中对水流有一个期望的流量，水龙头打开后由眼睛观察现有的流量大小与期望值进行比较，并不断的用手进行调节形成一个反馈闭环控制；骑自行车——同理不断的修正行进的方向与速度形成闭环控制 开环闭环的区别：1、有无反馈；2、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。 手动控制系统：必须在人的直接干预下才能完成控制任务的系统 自动控制系统：不需要有人干预就可按照期望规律或预定程序运行的控制系统 判断：骑自行车——人工闭环系统，导弹——自动闭环系统，人打开灯——人工开环系统，自动门、自动路灯——自动开环系统 开环控制系统方框图19例 开环控制系统的方框图： 1、水泵抽水控制系统 2、家用窗帘自动控制系统 3、宾馆自动门控制系统 4、楼道自动声控灯装置 控制量 控制量 控制量 控制量
5、游泳池定时注水控制系统 6、十字路口的红绿灯定时控制系统 7、公园音乐喷泉自动控制系统 8、自动升旗控制系统 9、宾馆火灾自动报警系统 10、宾馆自动叫醒服务系统 11、活动猴控制系统 控制量 控制量 控制量 控制量 控制量 控制量 控制量
12、公共汽车车门开关控制系统 14、普通电风扇控制系统 15、普通全自动洗衣机控制系统 16、手电筒控制装置 17、宾馆自动门加装压力传感器防意外事故自动控制系统 18、可调光台灯控制系统 控制量 （压缩空控制量 控制量 控制量 控制量 输入量 （压力传感器是否测到压力异常信 号） 控制量 控制量
实验三十三 电机速度开环控制和闭环控制 （自动控制理论—检测技术综合实验） 一、 实验原理 1．直流电机速度的控制 直流电机的速度控制可以采用电枢回路电压控制、励磁回路电流控制和电枢回路串电阻控制三种基本方法。三种控制方式中，电枢电压控制方法应用最广，它用于额定转速以下的调速，而且效率较高。 本实验采用电枢控制方式，如图 33-1所示。本实验装置为一套小功率直 流电机机组装置。连接于被控制电机的 输出轴的是一台发电机，发电机输出端 接电阻负载，调节电阻负载即可调节被 控制电机的输出负载。发电机输出电压 兼作被控电机速度反馈电压。 2． 开环控制和闭环控制 由自动控制理论分析可知，负载的存在相当于在控制系统中加入了扰动。扰动会导致输出（电机速度）偏离希望值。闭环控制能有效地抑制扰动，稳定控制系统的输出。闭环控制原理方框图如图33-2。当积分环节串联在扰动作用的反馈通道（即扰动作用点之前）时，即成为针对阶跃扰动时的I 型系统，能消除阶跃信号扰动。 采用积分环节虽然能一定程度上消除系统的稳态误差，但是却对系统的动态性能（超调量、响应时间）和稳定性产生不利影响。因此需要配合进行控制器的设计和校正（采用根轨迹设计方法或频域设计方法）。 E 图33-1直流电机速度的电枢控制方式 图33-2 直流电机速度的闭环控制原理方框图
此外，在扰动可以测量的情况下，采用顺馈控制也能有效地对扰动引起的跟踪误差进行补偿，减轻反馈系统的负担，见图33-3。 图33-3 反馈＋顺馈控制方式消除扰动引起的误差 式中： 为控制器传递函数，也是扰动输入时的反馈通道传递函数； )(11s G G =)(22s G G = 为被控对象（本实验中即被控直流电机）的传递函数； )(s G G c c = 为顺馈控制通道传递函数； R 为指令输入，即希望的电机速度； C 为输出被控量，即被控电机的输出速度； E 为系统的稳态误差； D 为系统的扰动输入，即电机的负载。 由扰动到输出的传递函数可知，扰动引起的稳态误差为 D G G G G G E c R 2 12101)1(++?== （33-1） 当选择顺馈回路传递函数为 11 G G c ?= （33-2） 时，有00==R E ，即扰动对输出没有影响。 实际设计的控制系统中，精确实现式（33-2）是困难的。但可以通过粗略的实现，抵消大部分的扰动，不能完全抵消的余下部分由反馈来抑制。这样可以有效地补偿扰动对输出的主要影响，又大大减轻反馈通道的负担，对稳定性影响较小。顺馈＋反馈控制实现的条件是扰动是可以测量的。 3．控制器设计 控制器设计基础为基本的功率放大器电路设计和为满足系统性能要求的校正网络设计。本实验中，功率放大器电路为基本的功率晶体管放大电路，与电机的电枢电路串联；晶体管的基极控制电路则由模拟电路或模数混合电路组成。功率放大电路的输出供给电机电枢电压，功放电路的电源通常与电机电枢电压要求相匹配，属大功率供电电源（也称为强电）；而基极控制电路则是由单独的电源供电的，其电压等级远低于电枢电压，称为控制电源（或弱电）。两个电源可以共一个地，也可以不共地。其基本控制原理框图见
什么叫开环和闭环控制系统 有反馈的控制系统就叫闭环控制系统。没有反馈的控制系统就叫开环控制系统。例如：一个加热的控制系统，你不管温度，只管加热，就是开环控制系统。如果一个加热的控制系统，可以通过温度的反馈，控制加热的功率或者加热时间，这个加热控制系统就叫闭环控制系统。 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，灯是否亮起以对按开关的这个活动没有影响；投篮——篮球出手后就无法再继续对其控制，无论球进与否，球出手的一瞬间控制活动即结束。闭环控制系统：可以将控制的结果反馈回来与希望值比较，并根据它们的误差调整控制作用的系统举例：调节水龙头——首先在头脑中对水流有一个期望的流量，水龙头打开后由眼睛观察现有的流量大小与期望值进行比较，并不断的用手进行调节形成一个反馈闭环控制；骑自行车——同理不断的修正行进的方向与速度形成闭环控制开环闭环的区别：1、有无反馈；2、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，投篮第一次投篮投近了第二次投的时候用力一些，这也是一种反馈但不会对第一次产生影响了，所以是开环控制手动控制系统：必须在人的直接干预下才能完成控制任务的系统自动控制系统：不需要有人干预就可按照期望规律或预定程序运行的控制系统判断：骑自行车——人工闭环系统，导弹——自动闭环系统，人打开灯——人工开环系统，自动门、自动路灯——自动开环系统 发动机电喷系统的闭环控制是一个实时的氧传感器、计算机和燃油量控制装置三者之间闭合的三角关系。氧传感器“告诉”计算机混合气的空燃比情况，计算机发出命令给燃油量控制装置，向理论值的方向调整空燃比(14.7：1)。这一调整经常会超过一点理论值，氧传感器察觉出来，并报告计算机，计算机再发出命令调回到14.7：1。因为每一个调整的循环都很快，所以空燃比不会偏离14.7：1，一旦运行，这种闭环调整就连续不断。采用闭环控制的电喷发动机，由于能使发动机始终在较理想的工况下运行(空燃比偏离理论值不会太多)，从而能保证汽车不仅具有较好的动力性能，还能省油。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闭环控制]闭环控制是控制论的一个基本概念。指作为被控的输出以一定方式返回到作为控制的输入端，并对输入端施加控制影响的一种控制关系。在控制论中，闭环通常指输出端通过“旁链”方式回馈到输入，所谓闭环控制。输出端回馈到输入端并参与对输出端再控制，这才是闭环控制的目的，这种目的是通过反馈来实现的。正反馈和负反馈是闭环控制常见的两种基本形式。其中负反馈和正反馈从达于目的的角度讲具有相同的意义。从反馈实现的具体方式来看，正反馈和负反馈属于代数或者算术意义上的“加减”反馈方式，即输出量回馈到输入端后，与输入量进行加减的统一性整合后，作为新的控制输出，去进一步控制输出量。实际上，输出量对输入量的回馈远不止这些方式。这表现为：运算上，不止于加减运算，还包括更广域的数学运算；回馈方式上，输出量对输入量的回馈，也不一定采取与输入量进行综合运算形成统一的控制输出，输出量可以通过控制链直接施控于输入量等等。闭环控制在各种控制实例中有具体的表现方式，比如上面举的汽车发动机燃烧控制。 开环控制系统与闭环控制系统方框图几例（仅供参考） 1.普通机械式电饭煲简单的工作过程如下：接通电源，拨动杠杆按钮，给出做饭指令，磁钢吸合，拉住与之相连的杠杆，杠杆拨动微动开关，微动开关
问：解释一下“开环电路”“闭环电路”，如何区分某种电器是开环还是闭环？ 答：所谓开环是指无反馈电路非环状电路，而闭环即为有反馈的环状电路。 比如笔计本的电源适配器，它对输出电压（以DC19V居多）进行侦测反馈至前端并以此作为调节电压，使其输出衡定电压。而家用的射灯变压器（开关电源类）为开环电路，即它没有反馈电路，不对输出电压进行侦测反馈，它的输出电压随输入电压改变而发生改变。 问：什么叫开环控制电路？ 答：与控制对象只存在单向作用而没有反馈联系的控制电路。例如晶闸管供电的直流电动机开环控制系统（图1）。Ug作为系统的输入量，经过触发电路控制着晶闸管整流电路的输出电压，从而控制了电动机的转速，转速n称为输出量。这样，一定输入量Ug对应着一定的转速n。由图可见，该系统只有输入量对输出量的控制作用，而没有输出量再返回来影响系统控制作用的能力，这种系统叫开环控制系统。 在忽略了一些次要因数后，可写出方程式： 联立求解上述方程可得转速n的表达式，即为开环系统的机械特性方程式 式中Kc为晶闸管整流电路的放大系数，R∑为电枢回路总电阻，Ce为电动机的电动势系数，n0为开环系统电动机的理想空载转速，Δn为开环系统电动机的静态转速降。根据系统各环节的静态关系可以画出开环系统静态结构图（图2）。
从结构图可以看出，在控制通道中，只有输入量Ug对输出量n产生控制作用。电枢压降IdR∑是负载扰动，当负载扰动IdR∑变化时，如果没有人工干预，则输出量n必将改变。这说明开环系统抗扰动能力是很差的，它对控制过程中可能出现的偏差没有任何修正能力。因此它的控制精度较低，常用在要求不高的场合。 问：什么叫闭环控制电路 答：闭环控制电路是指与控制对象存在反馈联系的控制电路。开环控制电路结构简单，成本低，但控制精度较低。为在系统中保持转速的恒定，可以加入一些测量比较元件组成闭环系统（图1）。 闭环控制测速发电机SF（图中TG）就是测量元件。将测速发电机的电压取出一部分Uf与给定电压Ug反向串联，并将差值ΔU作为放大器的输入信号，即ΔU＝Ug-Uf。自动调速过程如下：设电动机(M)原来稳定工作于额定转速，若负载突然增大，主回路电压降增大，电动机转速下降，反馈电压Uf也随之下降。由于给定电压Ug没有变，所以加到放大器输入端的电压ΔU 便自动升高，它使晶闸管整流电路输出电压Ud增加，补偿了所增大的电压降，于是电动机转速又回升到接近原来的数值。反馈作用有两种情况，若反馈信号和原输入信号极性相同叫正反馈；反之，叫负反馈。正反馈使系统放大倍数增大，负反馈使系统放大倍数减小。在自动控制系统中主要应用的是负反馈。在单闭环调速系统中，忽略一些次要因数后，各环节的静态（稳态）规律如下:电压比较环节ΔU＝Ug-Uf；放大器Uk=KpΔU；触发器及晶闸管整流装置Ud=KsUk；晶闸管-电动机系统开环机械特性n=(Ud-IdR∑)/Ce;测速发电机Uf=αn。以上各式中，Kp是放大器的电压放大倍数；Ks是晶闸管装置的电压放大倍数；α是测速发电机的反馈系数。上述关系式中消去中间变量，可得转速负反馈单闭环调速系统的静特性方程式 式中K＝KpKsα/Ce，叫做闭环系统的开环放大倍数，它好象是在测速发电机输出端把反馈回路断开，从放大器输入一直到测速发电机输出的总的电压放大倍数，是各个环节单独放大倍数的乘积。这里是以1/Ce＝n/ED作为电动机环节的“放大倍数”的。 闭环调速系统的静特性根据调速系统各环节的静态关系式可以画出系统的静态结构图(图2)。图中各方块中的符号是该环节的放大倍数，或称传递函数。比较一下闭环系统静特性和开环系统机械特性，就能清楚地看出闭环控制的优越性。如果断开反馈回路，则上述系统的开环机械特性是
闭环控制系统学案 班级 姓名 学号 得分 教材梳理 1、系统的 返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统称为闭环控制系统。 例：供水水箱的水位自动控制系统，加热炉的温度自动控制系统、花房温度控制系统、投篮、 家用电饭锅保温控制系统、家用电冰箱温度控制系统等。 基本组成：与开环控制系统相比，闭环控制系统多了 装置、比较器。 2、闭环系统的方框图如下： 上图的基本组成是： 检测出被控量并返回到系统的输入端； 是 ，他将 与所检测的 进行比较，求出偏差值； 将这一偏差值进行运算处理，并向执行器下达控制指令； 根据指令对被控对象进行控制，从而使被控量稳定在一定范围内。与开环控制系统相比，闭环控制系统多了一个由 组成的环节 巩固练习 1、供水水箱的水位自动控制系统 2、家用电冰箱温度控制系统 3、根据车流量大小自动改变红绿灯控制系统 ~ 给定量 （输入量） 控制量 < 机械或电气控制装置 ) 被控量 给定量 （ ） — 比较器 ， 电冰箱 被控量 （ ） 给定量 （设定的温度） ， 制冷量 比较器
4、家用压力锅工作原理P107 ! 5、加热炉的温度自动控制系统P113 ! 6、抽水马桶的自动控制系P120 7 ！ ？ 给定量 （ 被控量 * 给定量 被控量 给定量 （ 给定量 被控量 ） 制冷制暖
8、宾馆使用多台热水器串联电辅助加热自动控制系统 … 9、粮库温、湿度自动控制系统 \ 10、家用电饭锅保温控制系统 （ 被控量 ） 给定量 加热时间 被控量 粮库内 [ 给定量 （ 给定量 被控量 ）
自动控制原理中开环和闭环的区别： 1、工作原理 开环控制系统不能检测误差，也不能校正误差。控制精度和抑制干扰的性能都比较差，而且对系统参数的变动很敏感。因此，一般仅用于可以不考虑外界影响，或惯性小，或精度要求不高的一些场合。闭环控制的优点是充分发挥了反馈的重要作用，排除了难以预料或不确定的因素，使校正行动更准确，更有力。但它缺乏开环控制的那种预防性。如在控制过程中造成不利的后果才采取纠正措施。因此，一般广泛应用于对外界环境要求比较高、高精度场合。 2、结构组成 开环系统没有检测设备，组成简单，但选用的元器件要严格保证质量要求。闭环系统具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。 3、稳定性 开环控制系统的稳定性比较容易解决。闭环系统中反馈回路的引入增加了系统的复杂性。 概念： 开环控制是指控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程,按这种方式组成的系统称为开环控制系统,其特点是系统的输出量不会对系统的控制作用发生影响，不具备自动修正的能力。其输入可分为给定值输入和干扰输入。 闭环控制是将输出量直接或间接反馈到输入端形成闭环、参与控制的
控制方式。若由于干扰的存在，使得系统实际输出偏离期望输出，系统自身便利用负反馈产生的偏差所取得的控制作用再去消除偏差，使系统输出量恢复到期望值上，这正是反馈工作原理。 开环与闭环控制系统的优缺点： 开环控制系统的优点是结构简单，比较经济。缺点是无法消除干扰所带来的误差。 同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。
《开环控制和闭环控制》教学设计 一、教材分析 本节内容是粤科版《技术与设计2》第四章“控制与设计”的第一节。本节是针对“控制与设计”的了解性内容，是学习全章的导入和基础。让学生通过体验控制过程，了解控制的含义，体验如何进行控制，并对开环控制和闭环控制有一个基本的认识，同时能够感受控制与生活生产的密切关系。 二、学生分析 学生通过对《技术与设计2》中，前面三个专题“结构与设计”、“流程与设计”、“系统与设计”的学习，已经有了一定的技术素养，能够联系生活，在实践中区体验控制的重要。本节课内容相对比较简单，主要是激发学生对控制及其设计的兴趣，引起他们的重视，激发他们的学习热情，初步掌握控制中的思想和方法。 学生在前期学过一些开源硬件arduino的硬件知识和Mixly图形化编程软件的使用，为了让学生更好的理解开环控制和闭环控制的控制过程以及两者的区别、优缺点设计了运用arduino智能小车套件和Mixly图形化编程软件学生采用开环控制控制小车走S型路线而老师采用闭环控制然后进行PK的体验活动。 本节课主要是三个学习内容：控制的含义、开环控制和闭环控制、手动控制和自动控制。由于开环控制和闭环控制学生在生活中有遇到但很少听到，且比较复杂难以区分，而手动控制和自动控制学生在生活中经常遇到听得也比较多，比较容易区分，所以本节课将开环控制和闭环控制作为教学重点，用比较多的时间进行学习、体验和讲解，而将手动控制和自动控制放在控制系统的组成和描述一起学习。 三、教学目标 (一)知识与技能 1.理解控制的含义及其在生产生活中的应用； 2.了解开环控制和闭环控制并理解他们的区别，学生学会用简易的方框图简单的开环、闭环控制系统的基本组成和简单工作过程； 3.能利用开环控制和闭环控制的区别正确判断生产、生活中常见控制实例的类别； 4.理解开环控制和闭环控制的优缺点。 (二)过程与方法 通过案例分析，体验控制在生产生活中的应用。 (三)情感态度价值观 1.通过介绍控制案例和亲身体验控制，使学生对控制技木产生巨大熱情； 2.在学生小组讨论、合作学习中培养团队协作的能力。 四、教学重难点 重点：理解控制的含义，开环控制和闭环控制。 难点：1.理解控制反馈的概念。 2.开环控制与闭环控制的正确判断 五、教学策略 为了让学生更好的理解控制的含义，重点介绍了控制的三要素并增加了一些堂上练习。在学习开环控制和闭环控制时，为了学生更好的理解开环控制和闭环控制以及他们的区别，老师设计了两个体验活动：第一个是学生采用开环控制控制小车走S型路线而老师采用闭环控制然后进行PK，巡线任务也是机器人比赛中经常出现的任务，也比较有趣和有挑战性，也很少见到其他老师将其引入到控制系统的教学中，而且巡线可以通过开环控制和闭环控制实现，巡线效果区别也很明显，我将其引入教学中可以让学生更好的理解两种控制的区别和优缺点；第二个是蒙眼睁眼画人脸的小游戏，这个小游戏可以活跃课堂气氛，也比较生活化贴近学生生活，对应两种不同控制，区别也很明显。通过这两个活动，学生可以更深刻的认识到两种控制的区别以及控制过程，有助于学生对开环控制和闭环控制的正确分辨，能较好的突破难点。