开环系统

在本教程中，我们将学习控制系统中一个重要的概念，即开环系统。我们将探讨系统和控制系统的一些基础知识，什么是开环系统，它的优缺点以及开环系统的一些例子。

什么是系统?

系统被定义为连接在一起执行一个进程(或服务或执行一个目标)的块(或组件或对象)的集合。系统的另一个简单定义是它是一组组件(或元素)，这些组件(或元素)按顺序连接起来以执行指定的功能(或任务)。

系统并不仅仅意味着物理实体。它也可以是一个抽象的、一种现象或一个概念，是我们在数学和经济领域经常使用的东西。但一个物理系统是由连接在一起的物理对象组成的。

考虑一个电动机。它是一个由转子、定子、笼、线路等部件组成的物理系统。它接受电能作为输入，产生机械能作为输出。

基于这个示例，我们可以将System的概念重新定义为一个边界内的组件安排，它们通过接受一个输入(或多个输入)并提供一个输出一起工作。

什么是控制系统?

控制系统是通过改变/调整输入来控制输出的系统。控制系统的另一定义是它的子系统和过程的组合，以获得具有指定输入的所需输出和性能。

通过一个例子，您可以很容易地理解控制系统的定义。我们要讲的控制系统是电梯。

假设你进了电梯，按下“4”键(因为你想去4号电梯^th地面）。电梯控制系统采用此输入并因此操作电机和门（输出）。电机运行的持续时间取决于按下的输入键，即，根据按下的键而变化。

有两种对控制系统的定义可能很有趣。控制系统是一组互连设备，其中每个设备具有自己的输入输出量，并通过连接其输出来控制下一个系统。

控制系统也可以定义为用于控制或调节其他系统功能的一组设备。例如，为了控制生产机械，我们在重工业中使用生产控制系统。

有几种方法可以对控制系统进行分类。一些控制系统的流行分类是：

• 基于反馈信号的开环系统和闭环系统
• 线性和非线性系统 - 基于其微分方程
• 连续系统和离散系统-基于它们系统中信号的类型
• 时间变化和时间不变系统 - 基于他们的时间依赖性

在这里，我们感兴趣的是基于反馈的控制系统，即开环系统和闭环系统，特别是开环系统，这是本教程的主要主题。

有时，为了达到系统的一致性和稳定性并产生所需的输出，控制系统可以使用反馈。反馈只不过是反馈给输入的输出信号的一部分。反馈是控制系统中重要且常用的概念之一。

该反馈连接到系统的输入，使系统调整其参数，以获得所需的输出响应。

基于反馈连接，如果使用反馈，则控制系统被分为两种类型。他们是：

• 开环控制系统
• 闭环控制系统

开环系统

一个控制系统，没有连接到它的任何反馈称为开环系统。这些类型的系统不依赖于其输出即，在开环系统中，输出不用为系统的控制变量，并且对输入没有影响。

开环系统是一种方式信号流系统。由于这些系统不包含任何反馈，即，输出不会反馈到输入，这些输出也称为非反馈系统。

以下图像显示了一个简单的开环系统的框图。

在开环系统中，可以通过改变输入来调整/变化输出，但输出对输入没有影响。开环系统的输出只能通过其当前状态输入来确定。如果由于一些外部噪声/干扰导致输出受到影响，则开环系统无法纠正。

此外，在开环系统中没有机会纠正过渡错误，因此有更多的机会发生错误。

开环系统应用

我们在日常生活的许多应用中使用开环控制系统。下面介绍一些基于开环控制系统概念而设计的流行系统:

• 洗衣机
• 电灯泡
• 电手干燥机
• 基于时间的面包机
• 自动水龙头
• 电视遥控器
• 电动晾衣干
• 窗户上的窗帘或百叶窗
• 步进电机或伺服电机
• 喷墨打印机
• 门锁系统
• 交通控制系统

开环系统的实时示例

下面介绍一些开环系统的实时实例。

电衣服干燥机

我们根据衣服的数量来操作衣物干燥器。我们在系统中设置了一个计时器来执行此操作，让我们说20分钟。由于它是一个自动开环系统，机器在20分钟后自动停止工作，无论衣服的性质如何，它们是否干燥或潮湿。

衣服烘干机是一个开环系统，因为它在停止工作之前不会考虑衣服的状况。用户可以根据自己的需要通过设置定时器控件来调整系统的运行时间。观察下面的开环控制系统的框图，电动干燥器。

在这里，电气干燥系统有三个块，定时器，加热元件和衣服。主要是，用户在定时器中设置干燥衣服的时间。和定时器控制与加热元件相结合，产生热量并干燥衣服。

由于没有关于衣服、湿度的反馈，系统在预设时间后停止工作，不考虑衣服的状态。即使衣服已经干了，系统也会在规定的时间后关闭。

由于系统没有反馈，因此也称为“无反馈系统”，即系统的输出只依赖于输入信号，不提供输入信号基于输出的控制动作。

与系统的输入相比，不将开环控制系统的输出与用于检查输出中的错误的输入进行比较。非反馈信号“忠实地”的输出取决于其输入，不依赖于系统外部的任何其他情况或参数。

当系统的预设值漂移时，这些系统可能受到输出的大偏差的影响。由于开环系统没有任何输出的知识，它无法纠正错误本身。这是开环控制系统的主要缺点。

另一个缺点是这些系统无法处理外部干扰，并且能够对外部系统参数采用更改的能力非常差。

因此，我们遇到了一个讨论，即开环系统发生的错误会干扰干燥过程，为了保持这些系统的稳定性，需要用户定期(持续)注意。

这意味着用户需要经常检查工艺和衣服的温度，并在机器偏离所需的条件情况时进行控制。

交通控制系统

大多数自动交通控制系统都是基于时间的开环控制系统，即每个信号都被分配一个特定的时间段，在此期间，无论交通流量如何。

洗衣机

我们日常生活中使用的开环控制系统的另一个例子是洗衣机。浸泡、洗涤、漂洗、烘干等操作以时间为基础，不取决于衣物的清洁度或是否干燥。

电灯泡

我们都知道，当电流通过电灯泡时，它就会发光。当市电可用时，通过打开灯泡，我们就能让它工作。这一过程不依赖于灯泡的温度或其他参数。

电手干燥机

烘干机是靠电源工作的，当我们把手放在它前面时，不管我们的手干了多少，它都会自动吹热风烘干我们的手。

面包烤面包机

由于机器基于预设的时间段，因此，面包烤面包是一个开放环控制系统的另一个简单示例，无论面包烘烤是否完整。

开环控制系统的优点

开环控制系统的主要优点如下:

• 开环控制系统非常简单且易于设计。
• 这些比其他类型的控制系统便宜得多。
• 开环控制系统的维护是非常简单的。
• 通常，开环系统在一定程度上稳定。
• 这些类型的系统易于构建和使用。

开环控制系统的缺点

开环系统的缺点是:

• 开环控制系统的带宽较小。
• 非反馈系统无法促进自动化过程。
• 开放循环系统的性质不准确，也是不可靠的。
• 如果他们的输出受到一些外部干扰，没有办法自动纠正他们，因为这些是非反馈系统。

结论

这是一个简单的介绍控制系统的概念，特别是开环系统的变体。你们学习了什么是系统，什么是控制系统，什么是开环控制系统，开环系统的优点和缺点，以及一些我们日常使用/遇到的开环系统的常见例子。