20.3 :  Системы управления с открытым и закрытым контуром

Системы управления являются основополагающими элементами в автоматизации и проектировании. Они широко подразделяются на системы с открытым и закрытым контуром. Эти классификации зависят от наличия или отсутствия механизмов обратной связи, что существенно влияет на производительность, сложность и применение системы.

Система управления с открытым контуром работает без обратной связи с выходом. Она состоит из двух основных элементов: контроллера и контролируемого процесса. Контроллер получает входной сигнал и управляет процессом для достижения желаемого результата. Важно отметить, что системы с открытым контуром функционируют независимо от выхода, что означает отсутствие автоматической коррекции на основе производительности системы. Типичным примером системы с открытым контуром является стиральная машина, которая работает по предопределенному временному циклу. Она не корректирует свою работу на основе чистоты одежды, что подчеркивает отсутствие обратной связи. Системы с открытым контуром выгодны в сценариях, где точное измерение выхода либо непрактично, либо экономически нецелесообразно. Они, как правило, проще и менее затратны в проектировании и обслуживании благодаря своей простой архитектуре.

Напротив, замкнутые, или системы управления с обратной связью включают один или несколько контуров обратной связи, которые непрерывно контролируют выход и соответствующим образом корректируют вход для поддержания желаемой производительности. Такая конфигурация значительно повышает точность и отзывчивость. Например, в замкнутой системе управления холостым ходом, используемой в автомобильных двигателях, система постоянно контролирует скорость холостого хода и сравнивает ее с желаемой скоростью. Если обнаруживается несоответствие, система регулирует угол дроссельной заслонки для коррекции скорости. Этот механизм обратной связи позволяет системе быстро восстанавливаться после возмущений и поддерживать заданное значение, обеспечивая стабильную производительность.

Несмотря на их превосходную точность и способность справляться с возмущениями, замкнутые системы по своей сути более сложны. Им требуются дополнительные компоненты для мониторинга и обратной связи, что увеличивает сложность конструкции, стоимость и энергопотребление. Выбор между системами с открытым и замкнутым контуром зависит от конкретных требований приложения, включая необходимость в точности, осуществимость измерения выходных данных и экономические соображения.