開(kāi)環(huán)配置不監(jiān)視或測(cè)量其輸出信號(hào)的狀態(tài)，因?yàn)闆](méi)有反饋

在上一篇關(guān)于電子系統(tǒng)的教程中，我們看到可以定義一個(gè)系統(tǒng)作為指導(dǎo)或控制輸入信號(hào)以產(chǎn)生所需輸出條件的子系統(tǒng)的集合。

任何電子系統(tǒng)的功能是自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出并將其保持在系統(tǒng)所需的輸入值或“設(shè)置”點(diǎn)”。如果系統(tǒng)輸入因任何原因而發(fā)生變化，系統(tǒng)的輸出必須做出相應(yīng)的響應(yīng)并自行改變以反映新的輸入值。

同樣，如果發(fā)生某些事情干擾系統(tǒng)輸出而不改變輸入值，輸出必須通過(guò)返回其先前的設(shè)置值來(lái)響應(yīng)。過(guò)去，電氣控制系統(tǒng)基本上是手動(dòng)或所謂的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)置很少的自動(dòng)控制或反饋功能來(lái)調(diào)節(jié)過(guò)程變量，以保持所需的輸出水平或值得。

例如，電動(dòng)干衣機(jī)。根據(jù)衣服的數(shù)量或濕度，用戶或操作員會(huì)將計(jì)時(shí)器（控制器）設(shè)置為30分鐘，在30分鐘結(jié)束時(shí)，干衣機(jī)將自動(dòng)停止和關(guān)閉，即使衣服仍在濕潤(rùn)或潮濕。

在這種情況下，控制動(dòng)作是手動(dòng)操作員評(píng)估衣服的濕度并相應(yīng)地設(shè)定過(guò)程（干燥器）。

所以在這個(gè)例子中，干衣機(jī)是一個(gè)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，因?yàn)樗槐O(jiān)控或測(cè)量輸出信號(hào)的狀況，即衣服的干燥程度。然后干燥過(guò)程的準(zhǔn)確性或干燥衣服的成功將取決于用戶（操作員）的經(jīng)驗(yàn)。

然而，用戶可以調(diào)整或微調(diào)系統(tǒng)的干燥過(guò)程。時(shí)間通過(guò)增加或減少時(shí)間控制器干燥時(shí)間，如果他們認(rèn)為不會(huì)滿足原來(lái)的干燥過(guò)程。例如，將定時(shí)控制器增加到40分鐘以延長(zhǎng)干燥過(guò)程?？紤]以下開(kāi)環(huán)框圖。

開(kāi)環(huán)干燥系統(tǒng)

然后，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，也稱為非反饋系統(tǒng)，是一種連續(xù)控制系統(tǒng)，其中輸出對(duì)輸入信號(hào)的控制動(dòng)作沒(méi)有影響或影響。換句話說(shuō)，在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中，輸出既不測(cè)量也不“反饋”以與輸入進(jìn)行比較。因此，無(wú)論最終結(jié)果如何，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)都應(yīng)忠實(shí)地遵循其輸入命令或設(shè)定點(diǎn)。

此外，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)不知道輸出條件，因此無(wú)法自我糾正當(dāng)預(yù)設(shè)值漂移時(shí)可能產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤，即使這會(huì)導(dǎo)致與預(yù)設(shè)值的偏差很大。

開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的另一個(gè)缺點(diǎn)是它們配備不足以處理干擾或變化。可能降低其完成所需任務(wù)的能力的條件。例如，烘干機(jī)門打開(kāi)并且熱量損失。時(shí)間控制器持續(xù)整整30分鐘，但在干燥過(guò)程結(jié)束時(shí)衣服沒(méi)有被加熱或干燥。這是因?yàn)闆](méi)有信息反饋來(lái)維持恒定的溫度。

然后我們可以看到那個(gè)開(kāi)放環(huán)路系統(tǒng)錯(cuò)誤會(huì)干擾干燥過(guò)程，因此需要用戶（操作員）的額外監(jiān)督注意。該預(yù)期控制方法的問(wèn)題在于，用戶需要經(jīng)常查看過(guò)程溫度，并且每當(dāng)干燥過(guò)程偏離其期望的衣物烘干值時(shí)采取任何校正控制動(dòng)作。這種類型的手動(dòng)開(kāi)環(huán)控制在實(shí)際發(fā)生錯(cuò)誤之前作出反應(yīng)稱為前饋控制

前饋控制（也稱為預(yù)測(cè)控制）的目標(biāo)是測(cè)量或預(yù)測(cè)任何潛在的開(kāi)環(huán)擾動(dòng)，并在受控變量偏離原始設(shè)定點(diǎn)之前手動(dòng)補(bǔ)償它們。因此，對(duì)于上面的簡(jiǎn)單示例，如果烘干機(jī)門打開(kāi)，它將被檢測(cè)并關(guān)閉，從而允許干燥過(guò)程繼續(xù)。

如果使用正確，如果用戶很快響應(yīng)錯(cuò)誤情況（門打開(kāi)），在30分鐘結(jié)束時(shí)從濕衣服到干衣服的偏差將是最小的。但是，如果系統(tǒng)發(fā)生變化，這種前饋方法可能不完全準(zhǔn)確，例如在30分鐘過(guò)程中沒(méi)有注意到干燥溫度下降。

然后我們可以定義“開(kāi)放”的主要特征-loop系統(tǒng)“as as：

實(shí)際值和期望值之間沒(méi)有比較。

An開(kāi)環(huán)系統(tǒng)對(duì)輸出值沒(méi)有自動(dòng)調(diào)節(jié)或控制動(dòng)作。

每個(gè)輸入設(shè)置確定控制器的固定操作位置。

外部條件的變化或干擾不會(huì)導(dǎo)致直接輸出變化（除非手動(dòng)更改控制器設(shè)置）。

任何開(kāi)環(huán)系統(tǒng)都可以表示為多個(gè)級(jí)聯(lián)塊串行或帶有輸入和輸出的單個(gè)框圖。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的框圖顯示，從輸入到輸出的信號(hào)路徑表示沒(méi)有反饋回路的線性路徑，對(duì)于任何類型的控制系統(tǒng)，輸入的名稱為θi和輸出θo。

通常，我們不必操縱開(kāi)環(huán)程序框圖來(lái)計(jì)算其實(shí)際傳遞函數(shù)。我們可以從每個(gè)框圖中寫下正確的關(guān)系或方程，然后從這些方程中計(jì)算出最終的傳遞函數(shù)，如圖所示。

開(kāi)環(huán)系統(tǒng)

因此，每個(gè)區(qū)塊的轉(zhuǎn)移功能是：

整體傳遞函數(shù)如下：

然后開(kāi)環(huán)增益是簡(jiǎn)單地給出：

當(dāng) G 表示傳遞函數(shù)系統(tǒng)或子系統(tǒng)，它可以改寫為： G（s）=θo（s）/θi（s）

開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)通常用于需要借助“開(kāi) - 關(guān)”信號(hào)對(duì)事件進(jìn)行排序的過(guò)程。例如，洗衣機(jī)需要將水切換為“ON”，然后當(dāng)滿水時(shí)切換為“OFF”，接著將加熱器元件切換為“ON”以加熱水然后在合適的溫度下切換為“OFF”，

這種類型的“開(kāi) - 關(guān)”開(kāi)環(huán)控制適用于負(fù)載變化緩慢且過(guò)程非常緩慢的系統(tǒng)，需要不經(jīng)常改變控制動(dòng)作。操作員。

開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)摘要

我們已經(jīng)看到控制器可以操縱其輸入以獲得對(duì)系統(tǒng)輸出的預(yù)期效果。輸出對(duì)輸入信號(hào)的控制動(dòng)作沒(méi)有影響或影響的一種控制系統(tǒng)稱為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。

“開(kāi)環(huán)系統(tǒng)” “輸出信號(hào)或條件既不被測(cè)量也不被”反饋“，以便與輸入信號(hào)或系統(tǒng)設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行比較。因此，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)通常被稱為“非反饋系統(tǒng)”。

此外，由于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)不使用反饋來(lái)確定是否實(shí)現(xiàn)了所需的輸出，因此它“假設(shè)”為輸入的期望目標(biāo)是成功的，因?yàn)樗鼰o(wú)法糾正它可能產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤，因此無(wú)法補(bǔ)償系統(tǒng)的任何外部干擾。

開(kāi)環(huán)電機(jī)控制

所以例如，假設(shè)直流電機(jī)控制器如圖所示。電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度取決于電位計(jì)提供給放大器（控制器）的電壓。輸入電壓的值可以與電位計(jì)的位置成比例。

如果電位器移動(dòng)到電阻的頂部，最大正電壓將提供給代表全速的放大器。同樣，如果電位器抽頭移動(dòng)到電阻的底部，則將提供零電壓，表示速度非常慢或停止。

然后電位器滑塊的位置代表輸入，θi 由放大器（控制器）放大，以設(shè)定速度 N 驅(qū)動(dòng)DC電機(jī)（過(guò)程），表示系統(tǒng)的輸出θo。電機(jī)將繼續(xù)以由電位器位置確定的固定速度旋轉(zhuǎn)。

由于從輸入到輸出的信號(hào)路徑是不構(gòu)成任何環(huán)路一部分的直接路徑，因此整體增益為系統(tǒng)將從電位器，放大器，電機(jī)和負(fù)載獲得各個(gè)級(jí)聯(lián)的級(jí)聯(lián)值。顯然，電機(jī)的輸出速度應(yīng)與電位器的位置相同，使系統(tǒng)的整體增益為1。

然而，電位器，放大器和電機(jī)的單獨(dú)增益電源電壓或溫度的變化可能隨時(shí)間而變化，或者電機(jī)負(fù)載可能會(huì)增加，表示對(duì)開(kāi)環(huán)電機(jī)控制系統(tǒng)的外部干擾。

但用戶最終會(huì)意識(shí)到系統(tǒng)的變化性能（電機(jī)速度的變化）可以通過(guò)相應(yīng)地增大或減小電位器輸入信號(hào)來(lái)校正它，以保持原始或所需的速度。

這種“開(kāi)環(huán)電機(jī)控制”的優(yōu)點(diǎn)是它具有潛在的廉價(jià)和易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，使得它非常適用于定義明確的系統(tǒng)，輸入和輸出之間的關(guān)系是直接的，不受任何外部干擾的影響。不幸的是，這種類型的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)是不適當(dāng)?shù)?，因?yàn)橄到y(tǒng)中的變化或干擾會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的速度。然后需要另一種形式的控制。

在下一個(gè)關(guān)于電子系統(tǒng)的教程中，我們將看一下將一些輸出信號(hào)反饋到輸入的效果，以便系統(tǒng)控制基于實(shí)際值和期望值之間的差異。這種類型的電子控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制。