閉環(huán)負反饋系統(tǒng)設計原理

　　閉環(huán)控制是控制論的一個基本概念。指作為被控的輸出以一定方式返回到作為控制的輸入端，并對輸入端施加控制影響的一種控制關系。在控制論中，閉環(huán)通常指輸出端通過“旁鏈”方式回饋到輸入，所謂閉環(huán)控制。輸出端回饋到輸入端并參與對輸出端再控制，這才是閉環(huán)控制的目的，這種目的是通過反饋來實現(xiàn)的。

　　閉環(huán)反饋控制是基于反饋原理建立的自動控制。所謂反饋原理，就是根據(jù)系統(tǒng)輸出變化的信息來進行控制，即通過比較系統(tǒng)行為（輸出）與期望行為之間的偏差，并消除偏差以獲得預期的系統(tǒng)性能。在閉環(huán)反饋控制中，既存在由輸入到輸出的信號前向通路，也包含從輸出端到輸入端的信號反饋通路，兩者組成一個閉合的回路。閉環(huán)反饋控制是自動控制的主要形式。在工程上常把在運行中使輸出量和期望值保持一致的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)稱為自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，而把用來精確地跟隨或復現(xiàn)某種過程的反饋控制系統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)或隨動系統(tǒng)。

　　概念

　　控制過程中，沒有反饋環(huán)節(jié)，不能對控制結(jié)果加以修正、調(diào)節(jié)，是個單程的控制流向。這種控制，稱為開環(huán)控制。閉環(huán)控制有反饋環(huán)節(jié)，通過反饋系統(tǒng)是系統(tǒng)的精確度提高。開環(huán)控制沒有反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高，響應時間相對來說很長，精確度不高，試用于對系統(tǒng)穩(wěn)定性精確度要求不高的簡單的系統(tǒng)。閉環(huán)反饋控制有反饋環(huán)節(jié)，通過反饋系統(tǒng)是系統(tǒng)的精確度提高，響應時間縮短，適合于對系統(tǒng)的響應時間、穩(wěn)定性要求高的系統(tǒng)。

　　采用閉環(huán)反饋控制，可以有效地抑制被反饋通道（由輸出到輸入）所包圍的前向通道（由輸入到輸出）中各種干擾對系統(tǒng)輸入量的影響，改善了系統(tǒng)的靜態(tài)準確度。同時，因負反饋的存在，對應于一定輸出量的輸入量必然加大，使控制器受到強激信號作用，可加快被控對象的輸出量對輸入量的跟蹤速度， 獲得快速響應的效果， 改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性。缺點是如果控制器的強激信號作用與被控對象慣性之間匹配不當，負反饋控制系統(tǒng)內(nèi)可能產(chǎn)生振蕩，甚至不能穩(wěn)定工作；使用的元件多，線路復雜，系統(tǒng)的分析和設計都比較麻煩；比較被動。

　　閉環(huán)反饋控制原理

　　當受控客體受干擾的影響，其實現(xiàn)狀態(tài)與期望狀態(tài)出現(xiàn)偏差時，控制主體將根據(jù)這種偏差發(fā)出新的指令，以糾正偏差，抵消干擾的作用。在閉環(huán)反饋控制中，由于控制主體能根據(jù)反饋信息發(fā)現(xiàn)和糾正受控客體運行的偏差，所以有較強的抗干擾能力，能進行有效的控制，從而保證預定目標的實現(xiàn)。管理中所實行的控制大多是閉環(huán)控制，所用的控制原理主要是反饋原理。這種控制如果我們把輸入值用x表示，輸出值用y表示，客體的功能用s表示，控制系統(tǒng)也即反饋系統(tǒng)的作用用R表示，偏差信息用△x表示，則有：y=S（X+△X）=S（X+Ry）=SX+SRy式中R稱反饋因子或控制參數(shù)，它反映閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋功能或控制功能。

　　分類

　　負反饋（negative feedback）：凡反饋信息的作用與控制信息的作用方向相反，對控制部分的活動起制約或糾正作用的，稱為負反饋。意義是維持穩(wěn)態(tài)，缺點是滯后、波動。

　　正反饋（positive feedback ）：凡反饋信息的作用與控制信息的作用方向相同，對控制部分的活動起增強作用的，稱為正反饋。意義：加速生理過程，使機體活動發(fā)揮最大效應。

　　閉環(huán)反饋控制把取出的輸出量回送到輸入端，并與指令信號比較產(chǎn)生偏差的過程。指令信號與被控量相減為負反饋，相加則為正反饋。不做特別說明，一般指負反饋。閉環(huán)反饋控制就是采用負反饋并利用偏差進行控制的過程，是自動控制系統(tǒng)中最基本的控制方式。

　　根據(jù)自動控制原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進行控制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會自動產(chǎn)生糾正偏差的作用。

　　調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落正是由負載引起的轉(zhuǎn)速偏差，顯然，引入轉(zhuǎn)速閉環(huán)將使調(diào)速系統(tǒng)應該能夠大大減少轉(zhuǎn)速降落

　　在反饋控制的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，與電動機同軸安裝一臺測速發(fā)電機 TG ，從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負反饋電壓Un ，與給定電壓 Un 相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓 ?Un ，經(jīng)過放大器 A，產(chǎn)生電力電子變換器UPE的控制電壓Uc ，用以控制電動機轉(zhuǎn)速 n。

　　在閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，引入轉(zhuǎn)速負反饋的后，當放大系統(tǒng)足夠大時，就可以滿足系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能（靜差率）的要求。然而放大系數(shù)太大可能引起閉環(huán)系統(tǒng)的不穩(wěn)定，這時應增加動態(tài)校正措施，才能保證系統(tǒng)的正常工作。