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反馈系统

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  反馈系统是基于反馈原理建立的自动控制系统。所谓反馈,就是根据系统输出变化的信息来进行控制,即通过比较系统行为(输出)与期望行为之间的偏差,并消除偏差以获得预期的系统性能。在反馈控制系统中,既存在由输入到输出的信号前向通路,也包含从输出端到输入端的信号反馈通路,两者组成一个闭合的回路。因此,反馈系统又称为闭环控制系统。反馈控制是自动控制的主要形

  在工程上常把在运行中使输出量和期望值保持一致的反馈控制系统称为反馈系统,即自动调节系统,而把用来精确地跟随或复现某种过程的反馈控制系统称为伺服系统随动系统。

  同开环控制系统相比,闭环控制具有一系列优点。但反馈回路的引入增加了系统的复杂性,而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。为提高控制精度,在扰动变量可以测量时,也常同时采用按扰动的控制(即前馈控制)作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。

  通路组成。图中带叉号的圆圈为比较环节,用来将输入与输出相减,给出偏差信号。这一环节在具体系统中可能与控制器一起统称为调节器。以炉温控制为例,受控对象为炉子;输出变量为实际的炉子温度;输入变量为给定常值温度,一般用电压表示。炉温用热电偶测量,代表炉温的热电动势与给定电压相比较,两者的差值电压经过功率放大后用来驱动相应的执行机构进行控制。

  开环控制系统的优点是结构简单,比较经济; 缺点是无法消除干扰所带来的误差。

  同开环控制系统相比,闭环控制具有一系列优点。在反馈控制系统中,不管出于什么原因(外部扰动或系统内部变化),只要被控制量偏离规定值,就会产生相应的控制作用去消除偏差。因此,它具有抑制干扰的能力,对元件特性变化不敏感,并能改善系统的响应特性。但反馈回路的引入增加了系统的复杂性,而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。为提高控制精度,在扰动变量可以测量时,也常同时采用按扰动的控制(即前馈控制)作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。

  反馈控制系统不能检测误差,也不能校正误差。控制精度和抑制干扰的性能都比较差,而且对系统参数的变动很敏感。合闭环控制系统不管出于什么原因(外部扰动或系统内部变化),只要被控制量偏离规定值,就会产生相应的控制作用去消除偏差。控制精度和抑制干扰的性能都比较差,而且对系统参数的变动很敏感。因此,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场合。

  开环系统没有检测设备,组成简单,但选用的元器件要严格保证质量要求;反馈系统具有抑制干扰的能力,对元件特性变化不敏感,并能改善系统的响应特性。

  开环控制系统的稳定性比较容易解决;反馈系统中反馈回路的引入增加了系统的复杂性。

  根据系统的反馈原理,反馈控制系统可分为:负反馈控制系统、正反馈控制系统。

  当一个系统的活动处于某种平衡或稳定状态时,如果因某种外界因素使该系统的受控部分活动增强,则该系统原先的平衡或稳定状态遭受破坏。在存在负反馈控制机制的情况下,如果受控部分的活动增强,可通过相应的感受装置将这个信息反馈给控制部分;控制部分经分析后,发出指令使受控部分的活动减弱,向原先的平衡状态的方向转变,甚至完全恢复到原先的平衡状态。反之,如果受控部分的活动过低,则可以通过负反馈机制使其活动增强,结果也是向原先平衡状态的方向恢复。所以,负反馈控制系统的作用是使系统的活动保持稳定。

  在正反馈的情况下,受控部分的活动如果增强,通过感受装置将此信息反馈至控制部分,控制部分再发出指令,使受控部分的活动更加加强,如此循环往复,使整个系统处于再生状态。可见,正反馈控制的特性不是维持系统的稳态或平衡,而是破坏原先的平衡状态。

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