1.3.1 开环控制系统

开环控制系统指的是控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制系统，其特点是系统的输出量不会对系统的控制作用产生影响，即系统不含有反馈控制环节。图1-7所示的直流电动机转速控制系统就是一个开环控制系统。它的控制目标是控制电动机的转速，使其带动负载工作。其工作原理是：调节电位器R的滑块，使其给定某个参考电压U_r，该电压经过电压放大功率放大变为U_a，以此来控制电动机的转速。由于电动机的电枢电压和电动机的转速成正比，因此当负载的转矩不变时，就可以通过改变电枢电压来改变电动机的转速，又因为U_a和U_r一一对应，所以，只要改变给定电压U_r就可以改变电动机的转速。

图1-7 直流电动机转速控制系统

在该系统中，系统的被控对象是直流电动机，被控量是电动机的转速。若把系统看作一个整体，电动机的转速是一个需要被严格控制的量，将其称为系统的输出量或者输出信号。电动机的转速和给定电压存在一一对应的函数关系，转速n的大小由U_r来决定，把U_r称为系统的输入量或输出信号。

为了能够清晰地看出系统中各个环节的相互作用，可以用如图1-8所示的框图表示。在这个系统中，只有输入量和输出量的单向控制作用，并且输出量对输入量没有任何影响和联系，即信号由输入端到输出端是单向传递的，称这种控制系统为开环控制系统。

图1-8 直流电动机转速开环控制系统框图

直流电动机的闭环转速控制系统如图1-9所示。应该注意到，当系统的负载转矩M发生变化时，都会使输出量转速n发生变化。当需要的系统是一个恒速系统时，负载转矩的变化就会对转速产生破坏作用，把产生的这种破坏作用称为干扰或者扰动。对控制系统来说，干扰也是十分重要的物理量，其是对被控量产生不利因素的信号。

图1-9 直流电动机的闭环转速控制系统

干扰（或扰动）的定义是，影响被控量偏离给定值的因素。由于负载转矩的变化，导致给定电压下的输出转速发生变化，偏离了给定值。需要说明的是，给定输入和干扰都是系统的输入信号，正确认识和理解这一点，对以后章节利用系统的输入输出关系建立系统模型，分析系统性能很有益处。

开环控制系统的精度取决于物理部件的精度和校准的精度。开环系统没有抑制外部干扰及内部干扰的能力，所以控制精度较低。但是，由于系统的结构简单，造价便宜，所以在系统结构参数稳定、没有干扰作用或者干扰较小的场合下，依然会大量使用。