技術(shù)文章

　　眾所周知，系統(tǒng)被定義為連接在一起以執(zhí)行流程（或服務(wù)或執(zhí)行目標(biāo)）的塊（或組件或?qū)ο螅┑募稀Ｏ到y(tǒng)的另一個(gè)簡(jiǎn)單定義是它是一組組件（或元素），它們按順序連接以執(zhí)行指定的功能（或任務(wù)）。

　　系統(tǒng)不僅僅意味著物理實(shí)體，它也可以是抽象的或現(xiàn)象或概念。其中，物理系統(tǒng)是由連接在一起以執(zhí)行功能的物理對(duì)象組成。

　　例如，以一臺(tái)電動(dòng)機(jī)為例，它是一個(gè)物理系統(tǒng)，具有轉(zhuǎn)子、定子、轉(zhuǎn)軸、接線等組件，它接受電能作為輸入并產(chǎn)生機(jī)械能作為輸出。

　　基于上述示例，可以將系統(tǒng)的概念重新定義為邊界內(nèi)的組件排列，它們通過接受輸入（或多個(gè)輸入）并提供輸出來協(xié)同工作。

　　什么是控制系統(tǒng)？

　　控制系統(tǒng)是通過改變/調(diào)整輸入來控制輸出的系統(tǒng)。控制系統(tǒng)的另一個(gè)定義是它是子系統(tǒng)和過程的組合，它們一起工作以獲得期望的輸出和具有指定輸入的性能。

　　通過考慮下面的一個(gè)示例，可以輕松理解控制系統(tǒng)的定義。

　　想象一下你進(jìn)入電梯并按下鍵“4”（因?yàn)槟阆肴?樓）。電梯控制系統(tǒng)接受此輸入并相應(yīng)地操作電機(jī)和門（輸出）。電機(jī)運(yùn)行的持續(xù)時(shí)間取決于按下的輸入鍵，即，它根據(jù)按下的鍵而變化。

　　控制系統(tǒng)還有兩個(gè)定義可能很有趣。控制系統(tǒng)是一組相互連接的設(shè)備，其中每個(gè)設(shè)備都有自己的輸入-輸出量，并通過連接其輸出來控制下一個(gè)系統(tǒng)。

　　此外，控制系統(tǒng)也可以定義為用于控制或調(diào)節(jié)其他系統(tǒng)功能的一組設(shè)備。例如，為了控制生產(chǎn)機(jī)械，在重工業(yè)中使用生產(chǎn)控制系統(tǒng)。

　　目前有幾種方法可以對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分類，一些常見的控制系統(tǒng)分類是：

　　開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)——基于反饋信號(hào)。

　　線性和非線性系統(tǒng)——基于它們的微分方程。

　　連續(xù)和離散系統(tǒng)——基于系統(tǒng)中的信號(hào)類型。

　　時(shí)變和時(shí)不變系統(tǒng)——基于它們的時(shí)間依賴性。

　　在本文中，小編將簡(jiǎn)單介紹其中的一個(gè)系統(tǒng)，即開環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)、應(yīng)用和優(yōu)缺點(diǎn)。

　　什么是開環(huán)系統(tǒng)？

　　沒有任何反饋連接的控制系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)，也就是這些類型的系統(tǒng)不依賴于其輸出，即在開環(huán)系統(tǒng)中，輸出不用作系統(tǒng)的控制變量，并且對(duì)輸入沒有影響。

　　開環(huán)系統(tǒng)是一種單向信號(hào)流系統(tǒng)，由于這些系統(tǒng)不包含任何反饋，即輸出不反饋到輸入，因此這些系統(tǒng)也稱為無反饋系統(tǒng)。下圖顯示了開環(huán)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單框圖：

　　在開環(huán)系統(tǒng)中，可以通過改變輸入來調(diào)整/改變輸出，但輸出對(duì)輸入沒有影響。開環(huán)系統(tǒng)的輸出只能由其當(dāng)前狀態(tài)輸入來確定。如果輸出因某些外部噪聲/干擾而受到影響，開環(huán)系統(tǒng)無法對(duì)其進(jìn)行糾正。

　　此外，沒有機(jī)會(huì)糾正開環(huán)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤，因此有更多機(jī)會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。

　　主要應(yīng)用

　　在日常生活中，有許多應(yīng)用中使用開環(huán)控制系統(tǒng)。一些基于開環(huán)控制系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)的流行系統(tǒng)如下：

　　洗衣機(jī)

　　電燈泡

　　電動(dòng)干手器

　　基于時(shí)間的面包烤面包機(jī)

　　自動(dòng)水龍頭

　　電視遙控器

　　電動(dòng)干衣機(jī)

　　步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)

　　噴墨打印機(jī)

　　門鎖系統(tǒng)

　　交通控制系統(tǒng)

　　電干衣機(jī)

　　根據(jù)要烘干的衣物量來操作干衣機(jī)。可以在系統(tǒng)中設(shè)置了一個(gè)計(jì)時(shí)器來執(zhí)行此操作，比如說20分鐘。由于它是一個(gè)自動(dòng)開環(huán)系統(tǒng)，機(jī)器在20分鐘后自動(dòng)停止工作，無論衣服的性質(zhì)如何，無論它們是干的還是濕的。

　　干衣機(jī)是一個(gè)開環(huán)系統(tǒng)，因?yàn)樗谕Ｖ构ぷ髦安豢紤]衣服的狀況。用戶可以根據(jù)自己的需要通過設(shè)置定時(shí)器控件來調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間。觀察下面的開環(huán)控制系統(tǒng)框圖，電動(dòng)干燥機(jī)。

　　在這里，電吹風(fēng)系統(tǒng)有三個(gè)模塊，定時(shí)器、加熱元件和衣服。首先，用戶在定時(shí)器中設(shè)置烘干衣服的時(shí)間，定時(shí)器控制與加熱元件結(jié)合工作，產(chǎn)生熱量并烘干衣服。

　　由于沒有衣服、濕度的反饋，系統(tǒng)在預(yù)設(shè)時(shí)間后停止工作，不考慮衣服的狀態(tài)。即使衣服干了，系統(tǒng)也會(huì)在規(guī)定的時(shí)間后關(guān)閉。

　　由于系統(tǒng)沒有反饋，因此也稱為“無反饋系統(tǒng)”，系統(tǒng)的輸出僅取決于輸入信號(hào)，不提供基于輸出的輸入信號(hào)的控制動(dòng)作。

　　開環(huán)控制系統(tǒng)的輸出不與系統(tǒng)的輸入進(jìn)行比較，以檢查輸出中的錯(cuò)誤。無反饋信號(hào)的輸出“完全地”依賴于其輸入，而不依賴于系統(tǒng)外部的任何其他環(huán)境或參數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)的預(yù)設(shè)值偏離時(shí)，這些系統(tǒng)可能會(huì)受到輸出偏差大的影響。由于開環(huán)系統(tǒng)對(duì)輸出沒有任何了解，因此它本身無法糾正錯(cuò)誤。這是開環(huán)控制系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)。

　　另一個(gè)缺點(diǎn)是這些系統(tǒng)不能處理外部干擾，并且反對(duì)采用改變外部系統(tǒng)參數(shù)的能力很差。下圖是有干擾的電動(dòng)干衣機(jī)：

　　因此會(huì)遇到這樣的一個(gè)問題，即開環(huán)系統(tǒng)中發(fā)生的錯(cuò)誤會(huì)干擾干燥過程，為了保持這些系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這些系統(tǒng)需要用戶定期（持續(xù)）關(guān)注。這意味著用戶需要經(jīng)常檢查衣服的過程和溫度，并在機(jī)器偏離所需條件時(shí)控制機(jī)器。

　　交通控制系統(tǒng)

　　大多數(shù)自動(dòng)交通控制系統(tǒng)是基于時(shí)間的開環(huán)控制系統(tǒng)，即，每個(gè)信號(hào)都分配有一個(gè)特定的時(shí)隙，在該時(shí)隙中它的運(yùn)行與交通量無關(guān)。

　　洗衣機(jī)

　　在日常生活中使用的開環(huán)控制系統(tǒng)的另一個(gè)例子是洗衣機(jī)。浸泡、洗滌、漂洗和烘干的操作是基于時(shí)間的，不取決于衣服的清潔度或衣服是否干燥。

　　電燈泡

　　眾所周知，當(dāng)電流通過電燈泡時(shí)，它就會(huì)發(fā)光。當(dāng)供電可用時(shí)，通過打開燈泡，可以使其工作。而且這個(gè)過程不依賴于燈泡的溫度或任何其他參數(shù)。

　　電動(dòng)干手器

　　干手器使用電源工作，當(dāng)將手放在它前面時(shí)，它會(huì)通過吹熱空氣自動(dòng)干燥手掌，無論手掌干了多少。

　　面包烤面包機(jī)

　　面包烤面包機(jī)是開環(huán)控制系統(tǒng)的另一個(gè)簡(jiǎn)單示例，因?yàn)闄C(jī)器根據(jù)預(yù)設(shè)的時(shí)間段運(yùn)行，而不管面包烘烤是否完成。

　　其實(shí)，在日常生活中，使用開環(huán)系統(tǒng)的設(shè)備還有很多很多。。。

　　主要優(yōu)缺點(diǎn)

　　開環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

　　非常簡(jiǎn)單且易于設(shè)計(jì)。

　　比其它類型的控制系統(tǒng)便宜得多。

　　維護(hù)非常簡(jiǎn)單。

　　一般來說，開環(huán)系統(tǒng)在某種程度上是穩(wěn)定的。

　　易于構(gòu)建且使用方便。

　　開環(huán)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

　　帶寬較小。

　　無反饋系統(tǒng)不利于自動(dòng)化過程。

　　開環(huán)系統(tǒng)本質(zhì)上是不準(zhǔn)確的并且也不可靠。

　　如果它們的輸出受到一些外部干擾的影響，則無法自動(dòng)糾正它們，因?yàn)檫@些是無反饋系統(tǒng)。

　　開環(huán)系統(tǒng)是控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要概念，其應(yīng)用也是非常的廣泛。由于開環(huán)系統(tǒng)的輸入影響輸出而不受輸出影響的系統(tǒng)，因此該系統(tǒng)又叫做無反饋系統(tǒng)。

　　需要注意的是，由于開環(huán)控制系統(tǒng)只按照給定的輸入信號(hào)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行單向控制，而不對(duì)被控量進(jìn)行測(cè)量并反向影響控制作用，所以這種系統(tǒng)不具有自動(dòng)修正由于擾動(dòng)而引起的使被控制量偏離希望值的能力。

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