开环电路和闭环电路

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1、问：解释一下“开环电路”“闭环电路”， 如何区分某种电器是开环还是闭环？答：所谓开环是指无反馈电路非环状电路， 而闭环即为有反馈的环状电路。比如笔计本的电源适配器，它对输出电压（以DC19V居多）进行侦测反馈至前端并以此作为调节电压，使其输出衡定 电压。而家用的射灯变压器（开关电源类）为开环电路，即它没有反馈电路，不对输出电压进行侦测反馈，它的输出 电压随输入电压改变而发生改变。问：什么叫开环控制电路？ 答：与控制对象只存在单向作用而没有反馈联系的控制电路。例如晶闸管供电的直流电动机开环控制系统（图 1）。Ug作为系统的输入量，经过触发电路控制着晶闸管整流电路的输出电压，从而控制了电动机的转速

2、，转速1称为输出 量。这样，一定输入量Ug对应着一定的转速1。由图可见，该系统只有输入量对输出量的控制作用，而没有输出量再 返回来影响系统控制作用的能力，这种系统叫开环控制系统。图1开环调速系貌在忽略了一些次要因数后，可写出方程式：联立求解上述方程可得转速1的表达式，即为开环系统的机械特性方程式式中Kc为晶闸管整流电路的放大系数，R工为电枢回路总电阻，Ce为电动机的电动势系数，nO为开环系统电动机的 理想空载转速，An为开环系统电动机的静态转速降。根据系统各环节的静态关系可以画出开环系统静态结构图（图2）。U因2 开环系统静态结构从结构图可以看出，在控制通道中，只有输入量Ug对输出量n产生控制

3、作用。电枢压降IdR工是负载扰动，当负载扰 动IdR变化时，如果没有人工干预，则输出量n必将改变。这说明开环系统抗扰动能力是很差的，它对控制过程中可 能出现的偏差没有任何修正能力。因此它的控制精度较低，常用在要求不高的场合。问：什么叫闭环控制电路答：闭环控制电路是指与控制对象存在反馈联系的控制电路。开环控制电路结构简单，成本低，但控制精度较低 为在系统中保持转速的恒定，可以加入一些测量比较元件组成闭环系统（图1）。十放；辿大发M器器1/卄TT1w图丄采用转速负反谀的单闭环调速系统闭环控制 测速发电机SF （图中TG）就是测量元件。将测速发电机的电压取出一部分Uf与给定电压Ug反向串 联，并将差

4、值 U作为放大器的输入信号，即 U=Ug-Uf。自动调速过程如下：设电动机（M）原来稳定工作于额定转 速，若负载突然增大，主回路电压降增大，电动机转速下降，反馈电压Uf也随之下降。由于给定电压Ug没有变，所 以加到放大器输入端的电压U便自动升高，它使晶闸管整流电路输出电压Ud增加，补偿了所增大的电压降，于是 电动机转速又回升到接近原来的数值。反馈作用有两种情况，若反馈信号和原输入信号极性相同叫正反馈；反之，叫 负反馈。正反馈使系统放大倍数增大，负反馈使系统放大倍数减小。在自动控制系统中主要应用的是负反馈。在单闭 环调速系统中，忽略一些次要因数后，各环节的静态（稳态）规律如下:电压比较环节 U=

5、Ug-Uf；放大器Uk=KpA U； 触发器及晶闸管整流装置Ud=KsUk；晶闸管-电动机系统开环机械特性n=（Ud-IdR工）/Ce;测速发电机Uf=a n。以上各式 中，Kp是放大器的电压放大倍数；Ks是晶闸管装置的电压放大倍数；a是测速发电机的反馈系数。上述关系式中消 去中间变量，可得转速负反馈单闭环调速系统的静特性方程式U已（1+Qu/1 + 恳）式中K=KpKsa /Ce，叫做闭环系统的开环放大倍数，它好象是在测速发电机输出端把反馈回路断开，从放大器输入一 直到测速发电机输出的总的电压放大倍数，是各个环节单独放大倍数的乘积。这里是以1/Ce=n/ED作为电动机环节的 “放大倍数”的。

6、闭环调速系统的静特性 根据调速系统各环节的静态关系式可以画出系统的静态结构图（图 2）。图中各方块中的 符号是该环节的放大倍数，或称传递函数。比较一下闭环系统静特性和开环系统机械特性，就能清楚地看出闭环控制 的优越性。如果断开反馈回路，则上述系统的开环机械特性是aKuLEri图2转速负反馈闭环 调速系统静态结构而闭环时的静特性可写成式中nok和nob分别表示开环和闭环系统的理想空载转速， nk和厶nb分别表示开环和闭环系统的静态速降。闭环调 速系统的静特性有下列性质：在同样的负载扰动下，闭环系统的静态速降减为开环系统速降的1/(1+K), K是闭环系 统的开环放大倍数。如果要维持理想空载转速不

7、变，闭环时的给定电压须比开环时相应地提高1+K)倍；给定电压不 能过分提高时，须增设电压放大器。在同样的最高转速和低速静差率的条件下，闭环系统的调速范围可以扩大到开 环调速范围的(1+ K)倍。如果将开环系统和闭环系统的理想空载转速调到相等，比较上式可得厶nb=A nk/(1+K)。这表 明系统由转速反馈构成闭环后，在同样大小负载条件下，静态转速降比开环时减小了1+K )倍，从而大大提高了机械特 性硬度。图3分别表示开环和闭环系统的机械特性。可见，只要系统的开环放大倍数K足够大，总可以把闭环系统的 静态转速降n b减小到允许的范围，并把调速范围提高到预定的要求。开环图3 闭环系统的静特性与开环系统机械特性的比较