开环控制系统与闭环控制系统

1、开环与闭环控制系统辨识小组成员：王皓辰肖连翘张海波高翱吕辉张从哲段良琛什么是并环与闭环开环控制系统：不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统举例：打开灯的开 一按下开关后的一瞬间，控制活动已经结束，灯是否亮起已对按开关的这个活动没有影响；投篮篮球出手后就无法再继续对其控制，无论球进与否，球出手的一瞬间控制活动即结束反馈环节一个没有反馈环节闭环控制系统：闭环控制是根据控制对象输出反馈来进行校正的控制方式， 它是在测量出实际与计划发生偏差时，按定额或标准来进行纠正的。闭环控 制，从输出量变化取出控制信号作为比较量反馈给输入端控制输入量，一般 这个取出量和输入量相位相反，所以叫负反馈控制，自动控制通

2、常是闭环控 制。比如家用空调温度的控制两者区别是什么？ 1、有无反馈；、2、是否对当前控制起作用。异环控制一 般是在瞬间就完成的控制活动，闭环控 制一定会持续一定的时间，可以借此判 断馈环节开环控制系统控制过程中，没有反馈环节，不能对 控制结果加以修正、调节。是个单程 的控制流向。这种控制，称为开环控 制。以投篮为例。方框流程图篮球落点控制信口-开环控制系统的特点按时序控制的系统控制过程始终是随时间的前进而前进的,没有回头。闭环控制系统控制过程中有反馈环节可以把控制结果 反馈回来与期望值进行比较，并根据它们 的误差及时调整控制作用，控制流向形 成了闭合回路闭环控制系统应用实例给定量（设定的温度

3、）比较器控制器（电子或微机 控制装置）打；（电压）执行器（加热器）被控对象（加热炉）被控量（炉内温度）检测装置（热电偶）加热炉的温度自动控制系统自动升施控制系统d输入星心_（定时时间）十,其他闭环控制系统应用实例控制里d宾馆火灾自动报警系统,控制里車 （电流）巴输入爭 （咽雾信号）匚控制器4（感咽控制装養）d执行器d（报譽电路）“被控对象十1（报誓部件）4.输出重*（牆信号）d值得一提的是，复杂的闭环控制也未必都属于自动控 制。汽车的驾驶就是一个常见的卖例：汽车沿着道路行 驶，必须有人的操控，从控制的角度看，属于人工控制, 这时我们是将人与车作为一个整体，看成一个系统。驾 驶员通过操控方向盘、

4、油门、刹车等机构，控制车辆行 驶的状态；同时，驾驶员还通过视觉，查看车辆与前力 道路或障碍物的位置关系信息，根据这一信息不断修正 自己的操作，使车辆按照预定的路线轨迹行驶。在这一 过程中，驾驶员通过视觉获取的信息就是反馈量，因此 属于闭环控制。特点1、有反馈；2、会调整；3、被控量会被控制在一定的值结果稳 定；4、“结果”会影响“结果”；5、给定量与被控量是可比较的同一种性质 的量。系统辨识辨识的定义L. A. Zadeh曾给辨识下过这样的定义:“辨识就是在输入和输出数据的基础上，从 一组给定的模型类中，确定一个与所测系统 等价的模型。”三要素：跖入齬皿数据（辨识的基础） 模型类（寻找模型的范

5、围） 等价准则（辨识的优化目标）系统辨识A模型类选择等价准则选择建模和参数估计I 辨识算法为了得到模型参数的估计值,通常采用逐步逼近的办法过程辨识表达式%模型oI 辨识算法离线辨识、在线辨识非参数模型辨识、参数模型辨识非参数模型辨识（经典辨识）：假定过程是线性 的前提下不必事先确定模型具体结构。阶跃响应、 脉冲响应、频率响应、相关分析、谱分析等参数模型辨识（现代辨识）:必须假定一种模型结构，通过极小化误差准则来确定模型参数。最小 二乘类法、梯度校正法、极大似然法等辨识的内容： 步骤：根据辨识目的，利用 先验知识，初步确立 模型结构-采集数据 -进行模型参数和结 构辨识f验证，获得 最终模型。闭

6、环辨识与幵环辨识closed-loop system identification 在闭环条 件下确定开环系绕（或正向通道）的动态性。、一 般的系统辨识方法都是针对开环控制系统的， 于闭环控制系统的辨识，主要是指根据闭环操 作所得的数据，在什么条件下可以辨识和如何 辨识系统的正通道参数的问题。稳定的闭环系 统对于不同反馈作囲输入信号可能有几乎相同 的输血信号，囱上匕谕抹系统输人和输岀籤掘嶄 提供的信息比开环的少。所以闭环误差大于开 环辨识。（实验验证）【闭环辨识的重要性】1. 不能轻易切断过程的反馈回路，否则可能造成过 程失控，严重影响运行。2. 自适应控制问题时，辨识跟控制是有机结合的，这时

7、辨识一定要在闭环情况下进行，以便随时修 改控制规律。3. 系统本身就存在着内在的，固有的反馈，因为他们是内部存在的是客观的，无法解除的。I转速反馈控制的直流调速系统a转速反馈系数（Vmin/r）比例调节器Kp比例调节器的比例系数测速反馈环节 电压比较环节 电力电子变换器 直流电动机静特性方程式：式中：闭环系统的开环放大系数、相当于在测速反馈电位器输出端把反馈回路断开 后，从放大器输入起直到测速反馈输出为止总的 电压放大系数，是各环节单独的放大系数的乘积。闭环调速系统的静特性表示闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）间的稳态关系。4.3转速反馈控制的直流调速系统热交换器辨识实验在仿真的基础上，对

8、实验室规模渝汽一水热交 换机进行开环与闭环辨识实验，输入跟输出值号 都采用工业仪表测量记录。、热交换机外形尺寸：（p200X1400换热面积：2M 2内管尺寸：（P12X1.5共24根，分成四程 材料：全部碳钢记录 仪表热交换器实验流程图辨识通道：从蒸汽阀门定位器的输入电流(mA)至冷水出口温度( C)冷水流量：2100升/小时饱和蒸汽阀前压力：1.5kg/cm2开环辨识工作点：蒸汽阀门定位器电流5.3(mA)冷水岀口温度67.0 ( C )闭环辨识工作点：蒸汽阀门定位器的输入电港5.5 (mA),冷水出口温度65.0 ( C ) 过程调整时间T=195sI采样时间t=15s,数据采样300个

9、周期。本实验采用目标函数试验的方式来确定模型阶 数：目标函数 V(n)=eAt(n)e(n)开环与闭环的目标函数试验结果如下；所以心1, n=3,是最合适的模型结构，因为趋于 平缓，参数少又不失准确性。(左开右闭)所以模型结构应该是:该结构估计的热交换器模型参数示于下图热交换器辨识结果表A实验条件俗计方法&ibihibj开环/LS-1.73401门40.2700-Q.006S一0/875一0.24090.01S3IV1.65720.95770.2Q99-0.0071一0.47340.29240.0884GLS1.72471.05850.2661-0.0094一0.48550,25140,018

10、9闻环LS1.6436O.94BB0.2303-0.01740,5006-0.1697OJ395JV-L570B0.85160.17600,0059一 0詁話4一 X20750.2569GLS一1J3870.9427-0.22830*0165一0.5029一0*173504392関处吋（Rh 300个采wraffl从上表数据中，我们根据下面的公式（相对均方 根误差），可以得岀S尸|=1 2S D=1热交换器闭环和开环辨识的模型误差分别为0.1392和 0.0189o闭环模型误差虽然比开环辨识大一些，但数 值仍然很小，因而两者都可以用于过程的动态控制。实验结果表明，对系统进行闭环辨识，可以得到与 开环辨识相近的过程模型月不会引起过程输入输出 大的波动，也不会危及闭环系统的稳定性，因而是 最适宜于工业生产过程应用的闭环辨识实验调节。按此实验条件进行了实验室规模热交换器的闭环辨 识，得到的过程模型，虽然比开环辨识模型稍大， 但足可以用于过程控制。由于闭环辨识能确保生产过程的安全，使用工业仪 表即能获得具有足够精度的过程控制模型，离线计 算简便迅速，