闭环控制电路

出处:维库电子市场网时间:2023-07-13

    

   该传感器将监测衣服的实际干燥度,并将其与输入参考进行比较(或从中减去)。误差信号(误差=所需干燥度-实际干燥度)由控制器放大,控制器输出对加热系统进行必要的校正以减少任何误差。例如,如果衣服太湿,控制器可能会增加温度或干燥时间。同样,如果衣服快干了,它可能会降低温度或停止该过程,以免衣服过热或燃烧等。

    然后,闭环配置的特征是反馈信号,该信号源自我们的衣物干燥系统中的传感器。所产生的误差信号的大小和极性将与衣服所需的干燥度和实际干燥度之间的差异直接相关。
    此外,由于闭环系统对输出条件有一定的了解,因此(通过传感器)它能够更好地处理任何系统干扰或条件变化,这些干扰或变化可能会降低其完成所需任务的能力。
    例如,和以前一样,烘干机门打开并且热量散失。这次,反馈传感器检测到温度偏差,控制器自我修正误差,以将温度保持在预设值的范围内。或者可能会停止该过程并激活警报以通知操作员。
    正如我们所看到的,在闭环控制系统中,误差信号,即输入信号和反馈信号(可能是输出信号本身或输出信号的函数)之间的差值,被馈送到控制器从而减少系统误差,使系统的输出回到期望值。在我们的例子中,衣服的干燥度。显然,当误差为零时,衣服就干了。
    闭环控制一词始终意味着使用反馈控制动作来减少系统内的任何误差,其“反馈”区分了开环和闭环系统之间的主要区别。因此,输出取决于反馈路径,反馈路径通常可以非常,并且在电子控制系统和电路中,反馈控制比开环或前馈控制更常用。
    闭环系统比开环系统具有许多优点。闭环反馈控制系统的主要优点是能够降低系统对外部干扰的敏感性,例如干燥机门的打开,从而使系统具有更稳健的控制,因为反馈信号的任何变化都会导致补偿控制器。
    那么我们可以将闭环控制的主要特征定义为:
    通过自动调整系统输入来减少错误。
    提高不稳定系统的稳定性。
    提高或降低系统灵敏度。
    增强过程的鲁棒性,抵抗外部干扰。
    产生可靠且可重复的性能。
    虽然良好的闭环系统比开环控制系统具有许多优点,但其主要缺点是,为了提供所需的控制量,闭环系统必须具有一个或多个反馈路径,从而变得更加复杂。此外,如果控制器的增益对其输入命令或信号的变化过于敏感,它可能会变得不稳定,并在控制器试图过度校正自身时开始振荡,终会出现故障。因此,我们需要“告诉”系统我们希望它在一些预定义的限制内如何表现。
    闭环求和点
    对于调节任何控制信号的闭环反馈系统,它必须首先确定实际输出与期望输出之间的误差。这是通过使用反馈环路和系统输入之间的求和点(也称为比较元件)来实现的。这些求和点将系统设定点与实际值进行比较,并产生控制器也会响应的正或负误差信号。其中:误差 = 设定值 – 实际值
    闭环求和点符号
    用于表示闭环系统框图中求和点的符号是带有两条交叉线的圆,如图所示。求和点可以将信号相加,其中  使用 加号 ( + ) 符号表示设备为“夏季”(用于正反馈),也可以将信号彼此相减,在这种情况下使用减号 ( ?  )使用符号表明该设备是一个“比较器”(用于负反馈),如图所示。
       求和点类型
    请注意,求和点可以有多个信号作为加法或减法输入,但只有一个输出,即输入的代数和。箭头还指示信号的方向。求和点可以级联在一起,以允许在给定点对更多输入变量求和。
    闭环系统传递函数
    任何电气或电子控制系统的传递函数都是系统输入与其输出之间的数学关系,因此描述了系统的行为。另请注意,特定设备的输出与其输入的比率代表其增益。那么我们可以正确地说,输出始终是系统的传递函数乘以输入。考虑下面的闭环系统。    典型闭环系统表示

    典型的闭环系统
    其中:G块代表控制器或系统的开环增益,是前向路径;H块代表反馈路径中传感器、换能器或测量系统的增益。
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