开环电子控制系统和闭环电子控制系统(课堂PPT)

步进电机的开环控制和闭环控制一、步进电机的开环掌握1、步进电机开环伺服系统的一般构成图1 步进电机开环伺服系统步进电动机的电枢通断电次数和各相通电挨次打算了输出角位移和运动方向，掌握脉冲安排频率可实现步进电动机的速度掌握。

因此，步进电机掌握系统一般采纳开环掌握方式。

图为开环步进电动机掌握系统框图，系统主要由掌握器、功率放大器、步进电动机等组成。

2、步进电机的掌握器1、步进电机的硬件掌握步进电动机在—个脉冲的作用下，转过一个相应的步距角，因而只要掌握肯定的脉冲数，即可精确掌握步进电动机转过的相应的角度。

但步进电动机的各绕组必需按肯定的挨次通电才能正确工作，这种使电动机绕组的通断电挨次按输入脉冲的掌握而循环变化的过程称为环形脉冲安排。

实现环形安排的方法有两种。

一种是计算机软件安排，采纳查表或计算的方法使计算机的三个输出引脚依次输出满意速度和方向要求的环形安排脉冲信号。

这种方法能充分利用计算机软件资源，以削减硬件成本，尤其是多相电动机的脉冲安排更显示出它的优点。

但由于软件运行会占用计算机的运行时间，因而会使插补运算的总时间增加，从而影响步进电动机的运行速度。

另一种是硬件环形安排，采纳数字电路搭建或专用的环形安排器件将连续的脉冲信号经电路处理后输出环形脉冲。

采纳数字电路搭建的环形安排器通常由分立元件（如触发器、规律门等）构成，特点是体积大、成本高、牢靠性差。

2、步进电机的微机掌握：目前，伺服系统的数字掌握大都是采纳硬件与软件相结合的掌握方式，其中软件掌握方式一般是利用微机实现的。

这是由于基于微机实现的数字伺服掌握器与模拟伺服掌握器相比，具有下列优点：（1）能明显地降低掌握器硬件成本。

速度更快、功能更新的新一代微处理机不断涌现，硬件费用会变得很廉价。

体积小、重量轻、耗能少是它们的共同优点。

（2）可显著改善掌握的牢靠性。

集成电路和大规模集成电路的平均无故障时（MTBF）大大长于分立元件电子电路。

（3）数字电路温度漂移小，也不存在参数的影响，稳定性好。

《开环电子控制系统和闭环电子控制系统》教学分析在电子控制系统领域，开环电子控制系统和闭环电子控制系统是两种常见的控制方式。

本文将对这两种控制系统进行详细的教学分析，帮助读者更好地理解它们的原理和应用。

一、开环电子控制系统开环电子控制系统是一种简单的控制系统，它通过输入指令直接控制执行器的动作，而不思量输出结果对系统的影响。

开环系统中没有反馈回路，无法自动调节输出来纠正误差，因此对系统的稳定性和鲁棒性要求较高。

开环系统通常用于对控制要求不高的场合，如家用电器、玩具等。

开环电子控制系统的特点包括：1. 简单直观：只需输入指令，系统即可执行相应动作，操作简单直观。

2. 精度低：由于没有反馈回路，系统无法自动调节输出，容易受到外部干扰影响，精度较低。

3. 稳定性差：系统稳定性差，容易出现误差累积，影响系统的性能。

二、闭环电子控制系统闭环电子控制系统是一种相对复杂的控制系统，它通过测量输出并与期望输出进行比较，通过反馈回路来调节控制器的输出，以实现系统的稳定性和精度要求。

闭环系统具有自动调节功能，能够根据实际输出情况来调节控制器的输出，使系统更加稳定和精确。

闭环电子控制系统的特点包括：1. 精度高：通过反馈回路调节输出，能够实时纠正误差，提高系统的精度。

2. 稳定性好：系统稳定性高，能够自动调节输出以保持系统稳定。

3. 复杂性高：闭环系统相对开环系统更加复杂，需要精确的传感器和控制器来实现反馈控制。

在实际应用中，开环电子控制系统和闭环电子控制系统各有优缺点，需要根据具体的控制要求来选择合适的控制方式。

开环系统适用于对控制要求不高的场合，闭环系统适用于对精度和稳定性要求较高的场合。

通过本文的教学分析，读者可以更深入地了解开环电子控制系统和闭环电子控制系统的原理和特点，帮助他们在实际工程应用中选择合适的控制方式，提高系统的性能和稳定性。

教学设计方案（第一课时）一、教学目标：1. 了解开环电子控制系统和闭环电子控制系统的基本观点和原理；2. 能够区分开环电子控制系统和闭环电子控制系统的特点和应用途景；3. 能够分析和设计简单的开环电子控制系统和闭环电子控制系统。

“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，并将检则到的信息通过反馈环节反映到输入端，调整输入童，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。

由于重锤的重里是恒定，因此当温度达到设定值之后，加热里和排气里将呈动态平衡，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-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，该控制过程的输入里是加热锅体，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，都是输出童，而输出量并未反馈回来影响输入里，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。

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。

输入童一-接通电源或点火，输出童- -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。

压力锅的恒压、恒温控制过程压力锅能够保持锅内压力与温度恒定，主要是依靠了压在排气阀上的重锤的作用，因此还可以分析重锤对锅内压力的控制过程。

《开环电子控制系统和闭环电子控制系统》导学案一、导入电子控制系统是摩登工业中常见的控制系统，它通过电子设备和计算机技术实现对设备、机器或系统的控制和监测。

在电子控制系统中，开环控制和闭环控制是两种常见的控制方式。

本次导学案将重点介绍开环电子控制系统和闭环电子控制系统的观点、原理和应用。

二、观点诠释1. 开环电子控制系统：开环电子控制系统是指在控制过程中，控制器输出的控制信号不受被控对象状态的影响，即控制器输出的信号直接作用于被控对象，而不思量被控对象的实际状态反馈信息。

2. 闭环电子控制系统：闭环电子控制系统是指在控制过程中，控制器输出的控制信号受到被控对象状态的反馈影响，通过传感器获取被控对象的实际状态信息，再经过比较和调节后输出控制信号，实现对被控对象状态的准确控制。

三、原理分析1. 开环电子控制系统的原理：在开环控制系统中，控制器输出的信号直接作用于被控对象，不思量被控对象的实际状态反馈信息。

这种控制方式简单直接，但缺乏对被控对象状态的准确监测和调节，容易受到外部环境和干扰的影响。

2. 闭环电子控制系统的原理：在闭环控制系统中，通过传感器获取被控对象的实际状态信息，并与期望状态进行比较，再经过控制器调节输出控制信号，实现对被控对象状态的准确控制。

闭环控制系统具有较高的控制精度和稳定性，能够有效抑止外部干扰和变化。

四、应用实例1. 开环电子控制系统应用：开环控制系统适用于一些简单的控制场景，如家用电器、照明系统等，因为这些系统对控制精度要求不高，且受到外部干扰较小。

2. 闭环电子控制系统应用：闭环控制系统广泛应用于工业自动化、航空航天、医疗设备等领域，因为这些系统对控制精度和稳定性要求较高，需要实时监测和调节被控对象的状态。

五、知识拓展1. 开环与闭环控制系统的比较：开环控制系统简单直接，但稳定性和控制精度较差；闭环控制系统精度高、稳定性好，但设计和调试难度较大。

2. 控制系统的发展趋势：随着科技的发展，控制系统将向着智能化、自适应化方向发展，结合人工智能、大数据等技术，实现更高效、智能的控制和监测。

开环控制系统与闭环控制系统的区别及相关的实例3、宾馆自动门控制系统控制量（转动）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输入量控制器执行器被控对象输出量举例：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（人热辐射（控制电路）（电动机）（自动门）（门开或闭）的这个活动没有影响；发出的信号）4、楼道自动声控灯装置控制量闭环控制系统：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（电流）的系统输入量控制器执行器被控对象输出量举例：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（有无声音）（声电传感（触点延时开关）（楼道灯）（灯亮或灭）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——5、游泳池定时注水控制系统同理不断的修正行进的方向与速度形成闭环控制控制量开环闭环的区别：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（水流量）输入量控制器执行器被控对象成的控制活动，闭环控制一定会持续一定的时间，可以借此判断。

输出量（设定注水的时间）（定时器）（进水门阀）（游泳池）（游泳池的水位）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，6、十字路口的红绿灯定时控制系统控制量自动门、自动路灯——自动开环系统（电流）开环控制系统方框图19 例输入量控制器执行器被控对象输出量（设定亮、灭时序）（电脑）（时序控制装置）（红绿灯）（灯亮、灭时序）开环控制系统的方框图：控制量7、公园音乐喷泉自动控制系统控制量输入量控制器执行器被控对象输出量（开、关）（给定量）（被控量）输入量控制器执行器被控对象输出量（音乐信号）（声控装置）（阀门）（喷嘴）（喷水与否）1、水泵抽水控制系统控制量（水流量）8、自动升旗控制系统输入量控制器执行器被控对象输出量控制量（接通电源）（控制电路）（水泵）（水管）（水管排出水）（转动）输入量控制器执行器被控对象输出量（定时时间）（定时装置）（电动机）（滑轮、国旗）（升旗速度）2、家用窗帘自动控制系统控制量（转动）输入量控制器执行器被控对象9、宾馆火灾自动报警系统控制量输出量（天亮或暗）（光的检测装置）（电动机）（窗帘）（电流）（窗帘开或闭）输入量控制器执行器被控对象输出量（烟雾信号）（感烟控制装置）（报警电路）（报警部件）（报警信号）10、宾馆自动叫醒服务系统控制量16、手电筒控制装置控制量（电流）（电流）输入量控制器执行器被控对象输出量输入量控制器执行器被控对象输出量（时间设定）（电脑）（拨号装置）（电话机）（电话铃声）（人的动作）（按钮）（电路）（小灯泡）（亮或灭）11、活动猴控制系统控制量17、宾馆自动门加装压力传感器防意外事故自动控制系统（活动量）输出量输入量控制器执行器被控对象控制量（猴的动作（人操纵动作）（牵引线）（线、孔杠杆装置）（猴的活动部件）输入量（转动）或表情）（压力传感控制器执行器被控对象输出量12、公共汽车车门开关控制系统控制量（压缩空气流向）输出量器是否测到压力异常信号）（控制电路）（电机）（门刹车）（门锁定与否）输入量（开、关）控制器（控制电路）执行器（执行活塞）被控对象（车门）（车门的开或关）18、可调光台灯控制系统控制量（电流大小）控制器执行器被控对象输入量输出量（控制电路）（可变电阻）（灯泡）（设定的档位）（灯泡亮度）13、家用缝纫机缝纫速度控制系统控制量（转动）19、电吹风控制系统输入量控制器执行器被控对象输出量控制量（脚踏速度）（踏脚板）（传动装置）（缝纫机）（缝纫速度）（电压）控制器执行器被控对象输出量输入量14、普通电风扇控制系统（控制电路）（风扇、电热丝）（电吹风）（风速、温度）（设定的档位）控制量（转速）输入量控制器执行器被控对象输出量（设定的档位）（控制电路）（电动机）（电风扇）（风速）15、普通全自动洗衣机控制系统控制量（转动等）输入量控制器执行器被控对象输出量（接通电源）（控制电路）（电机等装置）（洗衣机）（运行或停止）闭环控制系统方框图12 例闭环控制系统的方框图：3、加热炉的温度自动控制系统控制量控制量比较器给定量（输入量）控制器执行器被控对象被控量（输出量）给定量比较器控制器执行器（电压）被控对象被控量（电子或微（设定的温度）（加热器）（加热炉）（炉内温度）机控制装置）检测装置检测装置（热电偶）1、投篮控制量比较器（投掷力）控制器执行器给定量被控对象被控量4、抽水马桶的自动控制系统（大脑）（手）控制量（篮圈位置）（篮球）（篮球位置）比较器（进水量）控制器执行器被控对象被控量给定量检测装置（连杆机构）（进水阀门）（水箱）（水箱水位）（设定的水位）（眼睛）检测装置（浮球）2、供水水箱的水位自动控制系统给定量（设定的水位高度）比较器控制器（机械或电气控制装置）执行器（阀门）控制量被控对象（水箱）被控量（水箱水位）给定量比较器控制器执行器（加热或控制量（制冷制暖量）（进水量）被控对象被控量（花房温度）检测装置（控制电路）（花房）（设定的温度）制冷元件）（浮球或液位传感检测装置（温度传感器）6、夏天房间温度控制系统控制量9、宾馆使用多台热水器串联电辅助加热自动控制系统比较器控制器 （控制装置）执行器 （制冷装置）（制冷量）被控对象 （空调房间）被控量 （ 房 内 实 际温度）给定量控制量（设定的温度）（加热时间）比较器控制器 执行器 被控对象被控量给定量 检测装置 （控制电路）（加热器）（水箱）（水温）（设定的水温）（空调测温装置）检测装置装置（感温装置）7、家用电饭锅保温控制系统 10、粮库温、湿度自动控制系统控制量控制量比较器控制器执行器（ 加 热 时间） 被控对象被控量 （电饭锅温度比较器给定量控制器执行器（降温除湿时间）被控对象给定量 被控量（温控装置）（电热盘） （电饭锅）（设定的温度） （ 设 定 的 （控制装置）（降温除湿装置） （粮库） （ 粮 库 内 70—80℃）检测装置 温、湿度） 置检测装置温、湿度）（双金属片）（感温、湿装置）8、家用电冰箱温度控制系统 控制量比较器控制器 （控制装置）执行器 （制冷装置）（制冷量）被控对象 （电冰箱） 被控量 （ 冰 箱 实 际温度）给定量 11、自动电热水壶控制系统控制量（设定的温度）（加热时间）比较器被控对象控制器执行器被控量检测装置给定量（水壶）（温控装置）（加热器）（水温）（冰箱温控装置）（设定的温度）检测装置（测温装置）。

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；3、宾馆自动门控制系统控制量闭环控制系统：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输入量控制器执行器被控对象举例：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（人热辐射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——4、楼道自动声控灯装置同理不断的修正行进的方向与速度形成闭环控制控制量开环闭环的区别：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输入量控制器执行器被控对象的控制活动，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5、游泳池定时注水控制系统控制量判断：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——自动开环系统输入量控制器执行器被控对象开环控制系统方框图19 例开环控制系统的方框图：6、十字路口的红绿灯定时控制系统控制量控制量输入量控制器执行器被控对象输出量输入量控制器执行器被控对象1、水泵抽水控制系统控制量7、公园音乐喷泉自动控制系统控制量输入量控制器执行器被控对象输出量输入量控制器执行器被控对象2、家用窗帘自动控制系统控制量8、自动升旗控制系统控制量输入量控制器执行器被控对象输出量输入量控制器执行器被控对象输出量输出量输出量输出量输出量输出量9、宾馆火灾自动报警系统控制量输入量控制器执行器被控对象10、宾馆自动叫醒服务系统控制量输入量控制器执行器被控对象11、活动猴控制系统控制量输入量控制器执行器被控对象控制量12、公共汽车车门开关控制系统（压缩空输入量控制器执行器被控对象13、家用缝纫机缝纫速度控制系统控制量输入量控制器执行器被控对象输出量输出量输出量（猴的动作输出量（车门的输出量14、普通电风扇控制系统控制量输入量控制器执行器被控对象15、普通全自动洗衣机控制系统控制量输入量控制器执行器被控对象控制量16、手电筒控制装置输入量控制器执行器被控对象17、宾馆自动门加装压力传感器防意外事故自动控制系统控制量输入量控制器执行器被控对象（压力传感器是否测到18、可调光台灯控制系统控制量输入量控制器执行器被控对象输出量输出量输出量输出量输出量19、电吹风控制系统控制量输入量控制器执行器被控对象输出量2、供水水箱的水位自动控制系统比较器控制器给定量（机械或电闭环控制系统方框图12 例闭环控制系统的方框图：比较器控制量给定量被控量控制器执行器被控对象3、加热炉的温度自动控制系统检测装置比较器给定量控制器（电子或微1、投篮控制量比较器给定量控制器执行器被控对象被控量控制量执行器被控对象被控量检测装置控制量执行器被控对象被控量检测装置检测装置4、抽水马桶的自动控制系统比较器给定量控制器5、花房温度控制系统比较器给定量控制器6、夏天房间温度控制系统比较器给定量控制器控制量执行器被控对象检测装置控制量（制冷制执行器被控对象（加热或检测装置控制量执行器被控对象被控量被控量被控量7、家用电饭锅保温控制系统比较器给定量控制器8、家用电冰箱温度控制系统比较器给定量控制器控制量（加热被控量执行器被控对象（电饭锅温检测装置控制量被控执行器被控对象（冰箱检测装置检测装置（房内实9、宾馆使用多台热水器串联电辅助加热自动控制系统控制量比较器给定量控制器执行器被控对象被控量检测装置装置10、粮库温、湿度自动控制系统比较器给定量控制器（设定的11、自动电热水壶控制系统比较器给定量控制器控制量执行器被控对象被控量（降温除湿装置）（粮库内检测装置控制量执行器被控对象被控量检测装置。

开环控制系统（1）开环控制系统（2）闭环控制系统按控制系统有无反馈环节分类（1）开环控制系统若系统的输出量对系统的控制作用不产生影响（即无检测反馈单元），则称为开环控制系统。

开环控制系统的控制精度完全取决于各单元的精度，因此，它主要使用在精度要求不高并且不存在内外干扰的场合。

但开环控制系统结构简单，且一般不存在稳定性的问题。

（2）闭环控制系统,,系统的输出通过检测反馈单元返回来作用于控制部分，形成闭合回路，这种控制系统就称为闭环控制系统，又称为反馈控制系统。

其优点是能够自动纠正外部干扰和系统内参数变化引起的偏差，这样就可以采用精度不太高而成本较低的元件，组成一个较为精确的控制系统。

但是闭环控制系统也有它的缺点。

由于闭环控制系统是以偏差消除偏差的，即系统要工作就必须有偏差存在，因此这类系统不会有很高的精度。

同时，由于组成系统的元件有惯性、传动链的间隙等因素存在，如配合不当，将会引起反馈控制系统的振荡，从而系统不能稳定工作，精度和稳定性之间的矛盾始终是闭环控制系统存在的主要矛盾。

2．按输入量变化的规律来分类（1）恒值控制系统恒值控制系统的特点是，系统的输入量是恒值，并要求系统的输出量相应地保持恒定值。

它是一种最常见的自动控制系统，如自动调速系统、恒温控制系统、恒张力控制系统等，都属于恒值控制系统。

（2）随动控制系统随动控制系统的特点是，输入量是变化的（有时是随机的），并且要求系统的输出量能跟随输入量的变化而作出相应的变化，故随动系统又称为伺服系统或跟踪系统。

它广泛地应用于飞机、舰船、武器（火炮、导弹）和雷达等的运动控制。

（3）过程控制系统该系统的输出量是按给定的时间函数实现控制的。

这类系统广泛地应用于化工、冶金、造纸、食品等工业的工艺过程参数控制，如温度、压力、流量、液位、pH值等。

过程控制系统也可称为程序控制系统，往往内含伺服控制系统。

以上三种控制系统都是闭环控制系统。

3．按系统传输信号对时间的关系分类（1）连续控制系统连续控制系统的特点是，控制作用的信号是连续量或模拟量。