開環(huán)控制電路

閉環(huán)控制電路是指與控制對(duì)象存在反饋聯(lián)系的控制電路。開環(huán)控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但控制精度較低。為在系統(tǒng)中保持轉(zhuǎn)速的恒定，可以加入一些測(cè)量比較元件組成閉環(huán)系統(tǒng)。

與控制對(duì)象存在反饋聯(lián)系的控制電路。開環(huán)控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但控制精度較低。為在系統(tǒng)中保持轉(zhuǎn)速的恒定，可以加入一些測(cè)量比較元件組成閉環(huán)系統(tǒng)。

閉環(huán)控制測(cè)速發(fā)電機(jī)SF就是測(cè)量元件。將測(cè)速發(fā)電機(jī)的電壓取出一部分Uf與給定電壓Ug反向串聯(lián),并將差值ΔU作為放大器的輸入信號(hào),即ΔU=Ug-Uf。自動(dòng)調(diào)速過程如下：設(shè)電動(dòng)機(jī)(M)原來穩(wěn)定工作于額定轉(zhuǎn)速,若負(fù)載突然增大，主回路電壓降增大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，反饋電壓Uf也隨之下降。由于給定電壓Ug沒有變，所以加到放大器輸入端的電壓ΔU 便自動(dòng)升高,它使晶閘管整流電路輸出電壓Ud增加，補(bǔ)償了所增大的電壓降，于是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速又回升到接近原來的數(shù)值。反饋?zhàn)饔糜袃煞N情況，若反饋信號(hào)和原輸入信號(hào)極性相同叫正反饋；反之，叫負(fù)反饋。正反饋使系統(tǒng)放大倍數(shù)增大，負(fù)反饋使系統(tǒng)放大倍數(shù)減小。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中主要應(yīng)用的是負(fù)反饋。在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，忽略一些次要因數(shù)后，各環(huán)節(jié)的靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）規(guī)律如下:電壓比較環(huán)節(jié)ΔU=Ug-Uf；放大器Uk=KpΔU；觸發(fā)器及晶閘管整流裝置Ud=KsUk；晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性n=(Ud-IdR∑)/Ce;測(cè)速發(fā)電機(jī)Uf=αn。以上各式中,Kp是放大器的電壓放大倍數(shù)；Ks是晶閘管裝置的電壓放大倍數(shù)；α 是測(cè)速發(fā)電機(jī)的反饋系數(shù)。上述關(guān)系式中消去中間變量，可得轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式 。

式中K=KpKsα/Ce,叫做閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)，它好象是在測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出端把反饋回路斷開，從放大器輸入一直到測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出的總的電壓放大倍數(shù)，是各個(gè)環(huán)節(jié)單獨(dú)放大倍數(shù)的乘積。這里是以1/Ce=n/ED作為電動(dòng)機(jī)環(huán)節(jié)的“放大倍數(shù)”的。

閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性根據(jù)調(diào)速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的靜態(tài)關(guān)系式可以畫出系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖(圖1)。圖1中各方塊中的符號(hào)是該環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)

分別表示開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性?？梢?，只要系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)K足夠大，總可以把閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)轉(zhuǎn)速降Δпb減小到允許的范圍，并把調(diào)速范圍提高到預(yù)定的要求。2100433B

與控制對(duì)象只存在單向作用而沒有反饋聯(lián)系的控制電路。例如晶閘管供電的直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。Ug作為系統(tǒng)的輸入量,經(jīng)過觸發(fā)電路控制著晶閘管整流電路的輸出電壓，從而控制了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速n稱為輸出量。這樣,一定輸入量Ug對(duì)應(yīng)著一定的轉(zhuǎn)速n。該系統(tǒng)只有輸入量對(duì)輸出量的控制作用，而沒有輸出量再返回來影響系統(tǒng)控制作用的能力，這種系統(tǒng)叫開環(huán)控制系統(tǒng)。在忽略了一些次要因數(shù)后，可寫出方程式聯(lián)立求解上述方程可得轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式,即為開環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式式中Kc為晶閘管整流電路的放大系數(shù)，R∑為電樞回路總電阻,Ce為電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)系數(shù),n0為開環(huán)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速,Δn為開環(huán)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)轉(zhuǎn)速降。根據(jù)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的靜態(tài)關(guān)系可以畫出開環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖。從結(jié)構(gòu)圖可以看出,在控制通道中,只有輸入量Ug對(duì)輸出量n產(chǎn)生控制作用。電樞壓降IdR∑是負(fù)載擾動(dòng)，當(dāng)負(fù)載擾動(dòng)IdR∑變化時(shí),如果沒有人工干預(yù),則輸出量n必將改變。這說明開環(huán)系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力是很差的，它對(duì)控制過程中可能出現(xiàn)的偏差沒有任何修正能力。因此它的控制精度較低，常用在要求不高的場(chǎng)合。

開環(huán)控制系統(tǒng)沒有位置檢測(cè)元件，伺服驅(qū)動(dòng)部件通常為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或混合式伺服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路功率放大后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，再經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。這類系統(tǒng)信息流是單向的，即進(jìn)給脈沖發(fā)出去以后，實(shí)際移動(dòng)值不再反饋回來，所以稱為開環(huán)控制。

開環(huán)控制系統(tǒng)是輸入信號(hào)不受輸出信號(hào)影響的控制系統(tǒng)。也就是，不將控制的結(jié)果反饋回來影響當(dāng)前控制的系統(tǒng)。與閉環(huán)控制系統(tǒng)相對(duì)?？刂葡到y(tǒng)中，將輸出量通過適當(dāng)?shù)臋z測(cè)裝置返回到輸入端并與輸入量進(jìn)行比較的過程，就是反饋。系統(tǒng)的控制輸入不受輸出影響的控制系統(tǒng)。在開環(huán)控制系統(tǒng)中，不存在由輸出端到輸入端的反饋通路（見反饋控制系統(tǒng)）。因此，開環(huán)控制系統(tǒng)又稱為無反饋控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)由控制器與被控對(duì)象組成。控制器通常具有功率放大的功能。同閉環(huán)控制系統(tǒng)相比，開環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單得多，同時(shí)也比較經(jīng)濟(jì)。 開環(huán)控制系統(tǒng)主要是用于增強(qiáng)型的系統(tǒng)。

由于受步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距精度和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度的影響，難以實(shí)現(xiàn)高精度的位置控制，進(jìn)給速度也受步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作頻率的限制。因此開環(huán)數(shù)控機(jī)床一般適用于中、小型控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，特別適用于舊機(jī)床改造的簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床。 2100433B