开环控制系统与闭环控制系统实用教案

1、两者区别(qbi)是什么? 1、有无(yu w)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，可以借此判断馈环节第1页/共31页第一页，共32页。开环控制系统(kn zh x tn) 控制过程中，没有反馈环节，不能对控制结果加以修正、调节(tioji)。是个单程的控制流向。这种控制，称为开环控制。以投篮为例。第2页/共31页第二页，共32页。方框(fn kun)流程图大脑(dno)控制(kngzh)信号手臂,肢体篮球控制量篮球落点第3页/共31页第三页，共32页。开环控制系统(kn zh x tn)的特点 按时序控制的系统 控制过程始终是

2、随时间的前进而前进的，没有(mi yu)回头。第4页/共31页第四页，共32页。闭环控制系统(xtng) 控制过程中有反馈环节可以(ky)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第5页/共31页第五页，共32页。闭环控制系统应用(yngyng)实例控制器（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(wnd)自动控制系统执行器（加热器）第6页/共31页第六页，共32页。第7页/共31页第七页，共32页。 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

3、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(lxin)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。 第8页/共31页第八页，共32页。特点(tdin)1、有反馈；2、会调整；3、被控量会被控制在一定的值结果稳定；4、“结果”会影响“结果”；5、给定量(dngling)与被控量是可比较的同一种性质

4、的量。第9页/共31页第九页，共32页。系统(xtng)辨识辨识的定义 L. A. Zadeh曾给辨识下过这样的定义：“辨识就是在输入和输出数据的基础上，从一组给定的模型类中，确定(qudng)一个与所测系统等价的模型。” 三要素： 输入输出数据（辨识的基础） 模型类（寻找模型的范围） 等价准则（辨识的优化目标）第10页/共31页第十页，共32页。系统(xtng)辨识第11页/共31页第十一页，共32页。辨识的基本原理 为了得到模型参数(cnsh)的估计值，通常采用逐步逼近的办法第12页/共31页第十二页，共32页。辨识的分类 离线辨识、在线辨识 非参数模型辨识、参数模型辨识 非参数模型辨识（

5、经典辨识）：假定过程是线性的前提下不必事先确定模型具体结构。阶跃响应、脉冲响应、频率响应、相关分析、谱分析等 参数模型辨识（现代辨识）：必须假定一种(y zhn)模型结构，通过极小化误差准则来确定模型参数。最小二乘类法、梯度校正法、极大似然法等第13页/共31页第十三页，共32页。辨识(bin sh)的内容：步骤：根据辨识(bin sh)目的，利用先验知识，初步确立模型结构采集数据进行模型参数和结构辨识(bin sh)验证，获得最终模型。 第14页/共31页第十四页，共32页。闭环辨识(bin sh)与开环辨识(bin sh)closed-loop system identification

6、在闭环条件下确定开环系统(或正向通道)的动态性。一般的系统辨识方法(fngf)都是针对开环控制系统的，于闭环控制系统的辨识，主要是指根据闭环操作所得的数据，在什么条件下可以辨识和如何辨识系统的正通道参数的问题。稳定的闭环系统对于不同反馈作用输入信号可能有几乎相同的输出信号，因此闭环系统输入和输出数据所提供的信息比开环的少。所以闭环误差大于开环辨识。 （实验验证）第15页/共31页第十五页，共32页。【闭环辨识(bin sh)的重要性】1.不能轻易切断过程的反馈回路，否则可能造成过程失控，严重影响(yngxing)运行。2.自适应控制问题时，辨识跟控制是有机结合的，这时辨识一定要在闭环情况下进行

7、，以便随时修改控制规律。3.系统本身就存在着内在的，固有的反馈，因为他们是内部存在的是客观的，无法解除的。第16页/共31页第十六页，共32页。Kp比例(bl)调节器的比例(bl)系数转速(zhun s)反馈系数（Vmin/r）nnnUUU*npcUKUnUncsdUKU0ed0dCRIUn测速反馈环节电压比较环节比例调节器电力电子变换器直流电动机 转速(zhun s)反馈控制的直流调速系统第17页/共31页第十七页，共32页。式中: 闭环系统的开环放大系数 相当于在测速反馈电位器输出端把反馈回路断开后，从放大器输入起直到测速反馈输出为止总的电压放大系数，是各环节单独的放大系数的乘积。闭环调速

8、系统的静特性表示闭环系统电动机转速与负载电流(dinli)（或转矩）间的稳态关系。 *(1/)(1)(1)psndpsndepseeeK K UI RK K URInCK KCCKCKespCKKK静特性(txng)方程式 ：转速反馈控制(kngzh)的直流调速系统第18页/共31页第十八页，共32页。4.3 转速(zhun s)反馈控制的直流调速系统第19页/共31页第十九页，共32页。热交换器辨识(bin sh)实验在仿真的基础上，对实验(shyn)室规模的蒸汽水热交换机进行开环与闭环辨识实验(shyn)，输入跟输出信号都采用工业仪表测量记录。热交换机外形尺寸：2001400换热面积：2M

9、内管尺寸：121.5 共24根，分成四程材料(cilio)：全部碳钢2第20页/共31页第二十页，共32页。热交换器实验(shyn)流程图第21页/共31页第二十一页，共32页。辨识通道：从蒸汽阀门定位器的输入电流（mA）至冷水出口温度(wnd)（C）冷水流量：2100升/小时饱和蒸汽阀前压力：1.5kg/cm开环辨识工作点：蒸汽阀门定位器电流5.3（mA） 冷水出口温度(wnd)67.0（C ）闭环辨识工作点：蒸汽阀门定位器的输入电流5.5（mA），冷水出口温度(wnd)65.0 （C ）过程调整时间T =195s采样时间t=15s，数据采样300个周期。第22页/共31页第二十二页，共32

10、页。本实验采用目标函数试验(shyn)的方式来确定模型阶数：目标函数V(n)=et(n)e(n)开环与闭环的目标函数试验(shyn)结果如下；所以d=1，n=3，是最合适的模型结构，因为趋于平缓(pnghun)，参数少又不失准确性。（左开右闭）第23页/共31页第二十三页，共32页。所以模型结构(jigu)应该是：该结构估计(gj)的热交换器模型参数示于下图第24页/共31页第二十四页，共32页。第25页/共31页第二十五页，共32页。从上表数据中，我们根据下面的公式（相对均方根误差），可以(ky)得出热交换器闭环和开环辨识的模型误差分别为0.1392和0.0189。闭环模型误差虽然比开环辨识

11、大一些，但数值仍然很小，因而(yn r)两者都可以用于过程的动态控制。第26页/共31页第二十六页，共32页。 实验结果表明，对系统进行闭环辨识，可以得到与开环辨识相近的过程模型且不会引起过程输入输出大的波动，也不会危及闭环系统的稳定性，因而是最适宜于工业生产过程应用(yngyng)的闭环辨识实验调节。 按此实验条件进行了实验室规模热交换器的闭环辨识，得到的过程模型，虽然比开环辨识模型稍大，但足可以用于过程控制。 由于闭环辨识能确保生产过程的安全，使用工业仪表即能获得具有足够精度的过程控制模型，离线计算简便迅速，因此可以预见将会在工业生产过程中得到广泛的应用(yngyng)，成为设计控制发难和

12、控制算法的方便工具。第27页/共31页第二十七页，共32页。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。而闭环辨识，更是以其出色的控制效果，为现代社会的发展(fzhn)做出了巨大的贡献。第28页/共31页第二十八页，共32页。参考资料：闭环系统的辨识闭环辨识与开环辨识的比较(bjio)及应用闭环辨识与开环辨识的仿真比较(bjio)第29页/共31页第二十九页，共32页。谢谢(xi xie)观看！第30页/共31页第三十页，共32页。谢谢您的观看(gunkn)！第31页/共31页第三十一页，共32页。NoImage内容(nirng)总结两者区别是什么(shn me)。3、被控量会被控制