开环系统

在本教程中,我们将了解称为开环系统的控制系统中的重要概念。我们将探讨系统和控制系统的一些基础知识,是什么是开放环路系统,它有什么优缺点以及开放环路系统的示例。

什么是系统?

系统被定义为连接在一起以执行进程(或服务或执行目标)的块(或组件或对象)的集合。系统的另一个简单定义是它是一组以序列连接以执行指定函数(或任务)的组件(或元素)。

系统并不意味着物理实体。它也可以是一种抽象或现象或概念,我们经常在数学和经济域中使用。但物理系统由连接在一起以执行功能的物理对象组成。

考虑一个电动机。它是一个由转子、定子、笼、线路等部件组成的物理系统。它接受电能作为输入,产生机械能作为输出。

基于这个示例,我们可以将System的概念重新定义为一个边界内的组件安排,它们通过接受一个输入(或多个输入)并提供一个输出一起工作。

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什么是控制系统?

控制系统是通过改变/调整输入来控制输出的系统。控制系统的另一个定义是,它是子系统和过程的组合一起工作,以获得期望的输出和性能与指定的输入。

通过考虑一个例子,您可以轻松地了解控制系统的定义。我们将要谈论的控制系统是电梯。

假设你进了电梯,按下“4”键(因为你想去4号电梯TH.地板)。电梯控制系统接受这个输入,并相应地操作电机和门(输出)。电机运行的持续时间取决于按下的输入键,也就是说,它随按下的键而变化。

控制系统还有两个更有趣的定义。控制系统是一组相互连接的设备,每个设备都有自己的输入输出量,并通过连接其输出来控制下一个系统。

控制系统还可以定义为用于控制或调节其他系统功能的设备组。例如,为了控制生产机械,我们在重工业中使用生产控制系统。

有几种方法来分类控制系统。一些流行的控制系统分类是:

  • 开环系统和闭环系统 - 基于反馈信号
  • 线性和非线性系统-基于它们的微分方程
  • 连续系统和离散系统-基于它们系统中信号的类型
  • 时变和时不变系统-基于它们的时间相关性

在此,我们对基于反馈的控制系统感兴趣,即开环系统和闭环系统,特别是开环系统,这是本教程的主题。

有时,为了实现系统的一致性和稳定性并产生所需的输出,控制系统可以使用反馈。反馈只是输出信号的一部分被反馈到输入。反馈是控制系统中的重要且经常使用的概念之一。

该反馈连接到系统的输入,使系统调整其参数,以获得所需的输出响应。

根据反馈连接,即是否使用反馈,控制系统分为两类。它们是:

  • 开环控制系统
  • 闭环控制系统

开环系统

一个没有任何反馈的控制系统被称为开环系统。这些类型的系统不依赖于它的输出,也就是说,在开环系统中,输出不用作系统的控制变量,它对输入没有影响。

开环系统是一种单向信号流系统。由于这些系统不包含任何反馈,即输出没有反馈到输入,这些也被称为非反馈系统。

下图显示了一个开环系统的简单框图。

开环反馈系统

在开环系统中,输出可以通过改变输入来调整/改变,但输出对输入没有影响。开环系统的输出只能由它的当前状态输入来决定。如果输出受到一些外部噪声/干扰的影响,开环系统不能纠正它。

此外,没有机会在开环系统中纠正过渡错误,因此有可能发生错误。

开环系统应用

我们在日常生活的许多应用中使用开环控制系统。基于开环控制系统的概念设计的一些流行的系统如下所述:

  • 洗衣机
  • 电灯泡
  • 电动手干燥器
  • 基于时间的面包烤面包机
  • 自动水龙头
  • 电视遥控器
  • 电动衣服干燥机
  • 窗户上的阴影或百叶窗
  • 步进电机或伺服电机
  • 喷墨打印机
  • 门锁系统
  • 交通管制系统

开环系统的实时实例

下面介绍一些开环系统的实时实例。

电气晾衣干燥器

我们根据要烘干的衣服数量来操作衣物烘干机。我们在系统中设置一个计时器来进行这个操作,假设是20分钟。由于是自动开环系统,机器在20分钟后自动停止工作,无论衣服的性质,是否干燥或潮湿。

衣服烘干机是一个开环系统,因为它在停止工作之前不会考虑衣服的状况。用户可以根据自己的需要通过设置定时器控件来调整系统的运行时间。观察下面的开环控制系统的框图,电动干燥器。

电布干燥机

在这里,电吹风系统有三个模块,定时器,加热元件和衣服。首先,用户在计时器中设置烘干衣服的时间。定时器控制与加热元件结合工作,产生热量并使衣服干燥。

由于没有关于衣服,湿度的反馈,系统在预设时间后停止工作,并且它不会考虑衣服的状态。即使衣服干燥,系统也会在规定的时间后关闭。

由于系统没有反馈,这也称为“非反馈系统”,其中系统的输出仅取决于输入信号,并且提供了基于输出的输入信号的控制动作。

开环控制系统的输出不与系统的输入进行比较,以检查输出中的错误。非反馈信号的输出“忠实地”依赖于它的输入,而不依赖于系统外部的任何其他环境或参数。

当系统预设值漂移时,这些系统可能会受到输出偏差较大的影响。由于开环系统对输出没有任何了解,因此它本身不能纠正错误。这是开环控制系统的一个主要缺点。

另一个缺点是,这些系统不能处理外部干扰,并有很差的能力反对采用外部系统参数的变化。

电碟干燥干扰

因此,我们遇到了一个讨论,即开环系统发生的错误将干扰干燥过程并保持稳定性这些系统需要定期(连续)用户的常规关注。

这意味着用户需要检查过程和衣服的温度,经常并在偏离所需条件情况时控制机器。

交通管制系统

大多数自动交通控制系统都是基于时间的开环控制系统,即每个信号都被分配一个特定的时间段,在此期间,无论交通流量如何。

洗衣机

我们在日常生活中使用的开环控制系统的另一个例子是洗衣机。浸泡,洗涤,漂洗和干燥的操作是基于时间的,不依赖于衣服的清洁度,或者衣服是否干燥。

电灯泡

我们都知道,当电流通过电灯泡时,它会产生光线。当电源供应可用时,通过在灯泡上切换,我们可以使其工作。此过程不依赖于灯泡的温度或任何其他参数。

电动手干燥器

烘干机是靠电源工作的,当我们把手放在它前面时,不管我们的手干了多少,它都会自动吹热风烘干我们的手。

面包烤面包机

面包烤面包机是另一个开环控制系统的简单例子,因为无论面包是否烤好,机器都是根据预设的时间周期运行的。

开环控制系统的优点

开环控制系统的主要优点如下:

  • 开环控制系统非常简单,易于设计。
  • 这些比其他类型的控制系统要便宜得多。
  • 保持开环控制系统的维护非常简单。
  • 一般来说,开环系统在一定程度上是稳定的。
  • 这些类型的系统易于构建和使用。

开环控制系统的缺点

开环系统的缺点是:

  • 开环控制系统的带宽较小。
  • 无反馈系统不利于自动化过程。
  • 开环系统本质上是不准确的,也是不可靠的。
  • 如果它们的输出受到一些外部干扰的影响,则无法自动校正它们,因为这些是非反馈系统。

结论

这是对控制系统概念的简要介绍,特别是开环系统变体。您倾向于哪个系统,什么是控制系统,开放环路系统的优点和缺点是我们使用/遇到每日使用/遇到的开环系统的一些常见示例。

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