开环与闭环系统.doc

HefeiUniversity
自动控制课程综述
开环与闭环系统
BACHELORDISSERTATION

论文题目：______________开环与闭环系统_____________________
学科专业：____________自动化1班_______________________
学生姓名：__________________姚辉___________________________
导师姓名：__________________李秀娟__________________________

摘要：
所谓开环与闭环系统主要是对开环和闭环传递函数的研究。
所谓传递函数，只是反馈信号的数学公式/模型。传递函数零初始条件下线性系统响应（即输出）量的拉普拉斯变换（或z变换）与激励（即输入）量的拉普拉斯变换之比。记作G（s）＝Y（s）／U（s），其中Y（s）、U（s)分别为输出量和输入量的拉普拉斯变换。传递函数是描述线性系统动态特性的基本数学工具之一，经典控制理论的主要研究方法——频率响应法和根轨迹法——都是建立在传递函数的基础之上。而在经典控制理论中传递函数有两个重要且易混淆的内容即：
Gk(s)=G(s)•H(s)开环传递函数
Gb(s)=G(s)/1+G(s)•H(s)闭环传递函数
开环传函其实是闭环传函的一部分。开环和闭环的本质区别是：闭环控制系统的被控量要反馈回到给定信号端，与给定信号进行比较（一般为负反馈），而开环没有这一环节。
另外，还有半闭环控制系统，之所以叫半闭环是因为反馈回到给定输入信号的反馈量不是直接取自被控量，而是间接取到的。

关键字:自动控制原理、开环系统、闭环系统、传递函数、区别、联系

发展与前景：
自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期，是以开环与闭环理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制，二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪，火炮定位系统，雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。到战后，以形成完整的自动控制理论体系，这就是以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输入-单输出，线形定常数系统的分析和设计问题。
20世纪60年代初期，随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用，为适应宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新阶段——现代控制理论。他主要研究具有高性能，高精度的多变量变参数的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。目前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论，信息论，仿生学为基础的智能控制理论深入。
为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的总体，这就是自动控制系统。在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值，例如温度，压力或飞行航迹等；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于闭环控制的闭环反馈控制系统。

开环与闭环系统的应用(以数控机床为例)：
开环控制指调节系统不接受反馈的控制，只控制输出，不计后果的控制。又称为无反馈控制系统。
例如在数控机床中由步进电动机和步进电动机驱动线路组成。数控装置根据输入指令，经过运算发出脉冲指令给步进电动机驱动线路，从而驱动工作台移动一定距离。这种系统比较简单，工作稳定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。所以一般仅用于可以不考虑外界影响，或惯性小，或精度要求不高的一些经济型数控机床。
闭环控制则是由信号正向通路和反馈通路构成闭合回路的自动控制系统，又称反馈控制系统。
例如在数控机床中由伺服电动机、比较线路、伺服放大线路、速度检测器和安装在工作台上的位置检测器组成。这种系统对工作台实际位移量进行自动检测并与指令值进行比较，用差值进行控制。这种系统定位精度高，但系统复杂，调试和维修困难，价格较贵，主要用于高精度和大型数控机床。

正文（我的理解）：
开环与闭环关系:
经典控制理论中，分析线性定常系统的性能，使用分析工具和公式时，开环传递函数和闭环传递函数交织一起，使人疑惑。
首先，明确系统结构的基本概念：前向通路G,反馈H，开环为GH,闭环P=G/(1+GH)。
性能指标主要是稳、快、准，三个方面。
1.稳
判稳本来可以通过直接求“闭环传递函数的极点，检验极点是否都是负实部来实现。但是，解高次方程太麻烦，所以出现了许多便宜的替代方法。
1)劳斯判据就是用“闭环传函”分母多项式系数来列表实现的。
2)频率特性判稳
奈奎撕特图
依据幅角原理，本来是对闭环传函分母1+GH(s)，用jw代替s，当w从0到无穷变化时，考查1+GH(jw)曲线包围原点