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20.3 : 开环和闭环控制系统

控制系统是自动化和工程的基础元素。它们大致分为开环系统和闭环系统。这些分类取决于反馈机制的存在与否,对系统的性能、复杂性和应用有显著影响。

开环控制系统无需输出反馈即可运行。它由两个主要元素组成:控制器和受控过程。控制器接收输入信号并操纵过程以实现预期结果。重要的是,开环系统独立于输出运行,这意味着没有基于系统性能的自动校正。开环系统的一个常见示例是按预定义时间周期运行的洗衣机。它不会根据衣服的清洁度调整其运行,这突显了反馈的缺失。在精确测量输出不切实际或经济上不可行的场景中,开环系统具有优势。由于其架构简单,它们的设计和维护通常更简单且成本更低。

相比之下,闭环或反馈控制系统包含一个或多个反馈回路,这些反馈回路可持续监控输出并相应地调整输入以保持所需的性能。这种配置显著提高了准确性和响应能力。例如,在汽车发动机中使用的闭环怠速控制系统中,系统不断监控怠速并将其与所需速度进行比较。如果检测到差异,系统将调整油门角度以纠正速度。这种反馈机制使系统能够快速从干扰中恢复并保持预设值,确保一致的性能。

尽管闭环系统具有出色的精度和处理干扰的能力,但它们本质上更复杂。它们需要额外的组件进行监控和反馈,这增加了设计的复杂性、成本和功耗。开环和闭环系统之间的选择取决于应用的具体要求,包括对精度的需求、输出测量的可行性和经济考虑。

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Open loop Control SystemsClosed loop Control SystemsFeedback MechanismsAutomationEngineeringControllerControlled ProcessPerformanceComplexityApplicationAccuracyResponsivenessDisturbance HandlingDesign ComplexityEconomic Considerations

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