閉環(huán)控制

什么是閉環(huán)控制　

　 閉環(huán)控制是根據(jù)控制對(duì)象輸出反饋來(lái)進(jìn)行校正的控制方式，它是在測(cè)量出實(shí)際與計(jì)劃發(fā)生偏差時(shí)，按定額或標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行糾正的。閉環(huán)控制，從輸出量變化取出控制信號(hào)作為比較量反饋給輸入端控制輸入量，一般這個(gè)取出量和輸入量相位相反，所以叫負(fù)反饋控制，自動(dòng)控制通常是閉環(huán)控制。比如家用空調(diào)溫度的控制。 　

　    在控制論中，閉環(huán)通常指輸出端通過(guò)“旁鏈”方式回饋到輸入，所謂閉環(huán)控制。輸出端回饋到輸入端并參與對(duì)輸出端再控制，這才是閉環(huán)控制的目的，這種目的是通過(guò)反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)的。正反饋和負(fù)反饋是閉環(huán)控制常見(jiàn)的兩種基本形式。其中負(fù)反饋和正反饋從達(dá)于目的的角度講具有相同的意義。從反饋實(shí)現(xiàn)的具體方式來(lái)看，正反饋和負(fù)反饋屬于代數(shù)或者算術(shù)意義上的“加減”反饋方式，即輸出量回饋到輸入端后，與輸入量進(jìn)行加減的統(tǒng)一性整合后，作為新的控制輸出，去進(jìn)一步控制輸出量。實(shí)際上，輸出量對(duì)輸入量的回饋遠(yuǎn)不止這些方式。這表現(xiàn)為：運(yùn)算上，不止于加減運(yùn)算，還包括更廣域的數(shù)學(xué)運(yùn)算；回饋方式上，輸出量對(duì)輸入量的回饋，也不一定采取與輸入量進(jìn)行綜合運(yùn)算形成統(tǒng)一的控制輸出，輸出量可以通過(guò)控制鏈直接施控于輸入量等等。

閉環(huán)控制的原理　

　    當(dāng)受控客體受干擾的影響，其實(shí)現(xiàn)狀態(tài)與期望狀態(tài)出現(xiàn)偏差時(shí)，控制主體將根據(jù)這種偏差發(fā)出新的指令，以糾正偏差，抵消干擾的作用。在閉環(huán)控制中，由于控制主體能根據(jù)反饋信息發(fā)現(xiàn)和糾正受控客體運(yùn)行的偏差，所以有較強(qiáng)的抗干擾能力，能進(jìn)行有效的控制，從而保證預(yù)定目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。管理中所實(shí)行的控制大多是閉環(huán)控制，所用的控制原理主要是反饋原理。

      其反饋回路的流程如下圖所示：

閉環(huán)的應(yīng)用　

　    比如上面舉的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒控制： 　

　發(fā)動(dòng)機(jī)電噴系統(tǒng)的閉環(huán)控制是一個(gè)實(shí)時(shí)的氧傳感器、計(jì)算機(jī)和燃油量控制裝置三者之間閉合的三角關(guān)系。氧傳感器“告訴”計(jì)算機(jī)混合氣的空燃比情況，計(jì)算機(jī)發(fā)出命令給燃油量控制裝置，向理論值的方向 調(diào)整空燃比(14.7：1)。這一調(diào)整經(jīng)常會(huì)超過(guò)一點(diǎn)理論值，氧傳感器察覺(jué)出來(lái)，并報(bào)告計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再發(fā)出命令 　　調(diào)回到14.7：1。因?yàn)槊恳粋€(gè)調(diào)整的循環(huán)都很快，所以空燃比不會(huì)偏離14.7：1，一旦運(yùn)行，這種閉環(huán)調(diào)整就連續(xù)不斷。采用閉環(huán)控制的電噴發(fā)動(dòng)機(jī)，由于能使發(fā)動(dòng)機(jī)始終在較理想的工況下運(yùn)行(空燃比偏離理論值不會(huì)太多)，從而能保證汽車不僅具有較好的動(dòng)力性能，還能省油。

表現(xiàn)方式　

　    閉環(huán)控制在各種控制實(shí)例中有具體的表現(xiàn)方式：

　　正反饋和負(fù)反饋是閉環(huán)控制常見(jiàn)的兩種基本形式。其中負(fù)反饋和正反饋從達(dá)于目的的角度講具有相同的意義。從反饋實(shí)現(xiàn)的具體方式來(lái)看，正反饋和負(fù)反饋屬于代數(shù)或者算術(shù)意義上的“加減”反饋方式，即輸出量回饋到輸入端后，與輸入量進(jìn)行加減的統(tǒng)一性整合后，作為新的控制輸出，去進(jìn)一步控制輸出量。實(shí)際上，輸出量對(duì)輸入量的回饋遠(yuǎn)不止這些方式。這表現(xiàn)為：運(yùn)算上，不止于加減運(yùn)算，還包括更廣域的數(shù)學(xué)運(yùn)算；回饋方式上，輸出量對(duì)輸入量的回饋，也不一定采取與輸入量進(jìn)行綜合運(yùn)算形成統(tǒng)一的控制輸出，輸出量可以通過(guò)控制鏈直接施控于輸入量等等

閉環(huán)控制的評(píng)價(jià)　　

        在閉環(huán)控制系統(tǒng)里，即使有干擾，也能通過(guò)自己的調(diào)節(jié)保持原來(lái)的狀態(tài)。實(shí)施閉環(huán)控制的抗干擾能力來(lái)自于反饋?zhàn)饔?。因?yàn)樵诮M織形式上增設(shè)了一個(gè)反饋機(jī)構(gòu)，能把造成偏離目標(biāo)的原因以及一貫干擾的因素及時(shí)地反饋給控制者，使決策控制層作出正確的決策，隨時(shí)修正目標(biāo)。

　　閉環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)是充分發(fā)揮了反饋的重要作用，排除了難以預(yù)料或不確定的因素，使校正行動(dòng)更準(zhǔn)確，更有力。但它缺乏開(kāi)環(huán)控制的那種預(yù)防性。如在控制過(guò)程中造成不利的后果才采取糾正措施。

閉環(huán)控制擴(kuò)展　

        開(kāi)環(huán)控制沒(méi)有反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高,響應(yīng)時(shí)間相對(duì)來(lái)說(shuō)很長(zhǎng),精確度不高,使用于對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性精確度要求不高的簡(jiǎn)單的系統(tǒng).

　　開(kāi)環(huán)控制是指控制裝置與被控對(duì)象之間只有按順序工作，沒(méi)有反向聯(lián)系的控制過(guò)程,按這種方式組成的系統(tǒng)稱為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng),其特點(diǎn)是系統(tǒng)的輸出量不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的控制作用發(fā)生影響，沒(méi)有自動(dòng)修正或補(bǔ)償?shù)哪芰Α?/p>

　　閉環(huán)控制有反饋環(huán)節(jié)，通過(guò)反饋系統(tǒng)使系統(tǒng)的精確度提高,響應(yīng)時(shí)間縮短,適合于對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間,穩(wěn)定性要求高的系統(tǒng).

　　半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)中裝有角位移檢測(cè)裝置，通過(guò)檢測(cè)伺服機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠轉(zhuǎn)角間接檢測(cè)移動(dòng)部件的位移，然后反饋到數(shù)控裝置的比較器中，與輸入原指令位移值進(jìn)行比較，用比較后的差值進(jìn)行控制，使移動(dòng)部件補(bǔ)充位移，直到差值消除為止的控制系統(tǒng)。這種伺服機(jī)構(gòu)所能達(dá)到的精度、速度和動(dòng)態(tài)特性優(yōu)于開(kāi)環(huán)伺服機(jī)構(gòu)，為大多數(shù)中小型數(shù)控機(jī)床所采用。