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。我们将探索一些系统和控制系统的基础知识，什么是开环系统，它的优点和缺点是什么，还有一些开环系统的例子。

什么是系统?

系统被定义为连接在一起以执行一个进程(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，它是一组按顺序连接的组件(或元素)，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现象或概念，我们经常在数学和经济领域使用。但是一个物理系统是由连接在一起执行某种功能的物理对象组成的。

以电动机为例。它是一个由转子、定子、保持架、线路等组成的物理系统。它接受电能作为输入，产生机械能作为输出。

基于此示例，我们可以将System的概念重新定义为边界内组件的安排，它们通过接受输入(或多个输入)并提供输出来一起工作。

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。控制系统的另一个定义是，它是子系统和过程的组合，共同工作，以获得所需的输出和性能与指定的输入。

通过考虑一个例子，你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。

想象一下，你走进电梯，按下“4”键(因为你想去4^th地板)。电梯控制系统接收此输入并相应地操作电机和门(输出)。电机运行的持续时间取决于按下的输入键，即，它随按下的每个键而变化。

还有两个关于控制系统的定义可能会很有趣。控制系统是一组相互连接的设备，其中每个设备都有自己的输入-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，在重工业中，我们使用生产控制系统来控制生产机械。

控制系统有几种分类方法。一些流行的控制系统分类如下:

• 基于反馈信号的开环系统和闭环系统
• 线性和非线性系统-基于他们的微分方程
• 连续和离散系统-基于其系统中的信号类型
• 时变和时不变系统-基于它们的时间依赖性

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。反馈不过是输出信号反馈给输入信号的一部分。反馈是控制系统中重要且常用的概念之一。

反馈连接到系统的输入，使系统能够调整其参数，以获得所需的输出响应。

根据反馈连接，即是否使用反馈，将控制系统分为两类。它们是:

• 开环控制系统
• 闭环控制系统

开环系统

一个没有任何反馈的控制系统被称为开环系统。这些类型的系统不依赖于它的输出，即，在开环系统中，输出不用作系统的控制变量，它对输入没有影响。

开环系统是单向信号流系统。由于这些系统不包含任何反馈，即输出不反馈给输入，这些也被称为非反馈系统。

下图显示了一个简单的开环系统框图。

在开环系统中，可以通过改变输入来调整输出，但输出对输入没有影响。开环系统的输出只能由其当前状态输入来决定。如果输出受到一些外部噪声/扰动的影响，开环系统无法纠正它。

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

开环控制系统在我们日常生活中的许多应用中都有应用。基于开环控制系统的概念设计的一些流行的系统如下:

• 洗衣机
• 电灯泡
• 电手干燥机
• 基于时间的面包烤面包机
• 自动水龙头
• 电视遥控器
• 电动衣服干燥机
• 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

开环系统的实时实例

开环系统的一些实时例子解释如下。

电衣服干燥机

我们操作衣服烘干机取决于要烘干的衣服的数量。我们在系统中设置一个计时器来完成这个操作，比方说20分钟。由于这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，他们是干或湿。

衣服烘干机是一个开环系统，因为它在停止工作前不考虑衣服的状况。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，电干燥机的框图。

在这里，电动干燥系统有三个模块，定时器，加热元件和衣服。主要是用户在定时器中设置烘干衣服的时间。定时器控制与加热元件配合工作，产生热量，烘干衣物。

由于没有衣服、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。即使衣服干了，系统也会在规定时间后关闭。

由于系统没有反馈，这也被称为“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。

开环控制系统的输出不与系统的输入进行比较，以检查输出中的错误。无反馈信号的输出“忠实地”依赖于它的输入，而不依赖于任何其他环境或系统外部参数。

当系统的预设值偏离时，这些系统可能会受到输出较大偏差的影响。由于开环系统对输出没有任何知识，所以它不能自己纠正错误。这是开环控制系统的一个主要缺点。

另一个缺点是，这些系统不能处理外部干扰，并有很差的能力来反对改变外部系统参数。

因此，我们遇到了一个讨论，在开环系统中发生的错误将干扰干燥过程，并保持稳定，这些系统需要定期(持续)注意用户。

这意味着用户需要经常检查过程和衣服的温度，并在机器偏离所需的条件环境时进行控制。

交通控制系统

大多数自动交通控制系统是基于时间的开环控制系统，即，每个信号被分配一个特定的时隙，在此期间，无论交通流量多少。

洗衣机

另一个开环控制系统的例子，我们在日常生活中使用的是洗衣机。浸泡、洗涤、漂洗和烘干的操作是以时间为基础的，不取决于衣服的清洁度或衣服是否干燥。

电灯泡

我们都知道当电流通过电灯泡时，它就会发光。当电源可用时，只要打开灯泡，我们就可以使它工作。这个过程不依赖于灯泡的温度或其他任何参数。

电手干燥机

这款烘手器依靠电力供电，当我们把手放在它前面时，不管我们的手干了多少，它都会自动吹出热风把我们的手烘干。

面包烤面包机

面包烤面包机是另一个简单的开环控制系统的例子，因为机器运行基于预设的时间周期，而不管面包烤是否完成。

开环控制系统的优点

开环控制系统的主要优点如下:

• 开环控制系统是非常简单和容易设计。
• 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非常简单。
• 一般来说，开环系统在一定程度上是稳定的。
• 这些类型的系统很容易构造，也很方便使用。

开环控制系统的缺点

开环系统的缺点是:

• 开环控制系统带宽小。
• 无反馈系统不能促进自动化过程。
• 开环系统在本质上是不准确的，也是不可靠的。
• 如果它们的输出受到一些外部干扰的影响，没有办法自动纠正它们，因为这些是非反馈系统。

结论

这是一个简短的介绍控制系统的概念，特别是开环系统变体。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，以及一些常见的开环系统的例子，我们每天都会用到。