闭环控制电路

[拼音]：bihuan kongzhi dianlu

[外文]：closed-loop controlled circuit

与控制对象存在反馈联系的控制电路。开环控制电路结构简单，成本低，但控制精度较低。为在系统中保持转速的恒定，可以加入一些测量比较元件组成闭环系统（图1）。

测速发电机SF（图中TG）就是测量元件。将测速发电机的电压取出一部分U_f与给定电压U_g反向串联，并将差值ΔU作为放大器的输入信号，即ΔU＝U_g-U_f。自动调速过程如下：设电动机(M)原来稳定工作于额定转速，若负载突然增大，主回路电压降增大，电动机转速下降，反馈电压U_f也随之下降。由于给定电压U_g没有变，所以加到放大器输入端的电压ΔU 便自动升高，它使晶闸管整流电路输出电压U_d增加，补偿了所增大的电压降，于是电动机转速又回升到接近原来的数值。反馈作用有两种情况，若反馈信号和原输入信号极性相同叫正反馈；反之，叫负反馈。正反馈使系统放大倍数增大，负反馈使系统放大倍数减小。在自动控制系统中主要应用的是负反馈。在单闭环调速系统中，忽略一些次要因数后，各环节的静态（稳态）规律如下:电压比较环节ΔU＝U_g-U_f；放大器U_k=K_pΔU；触发器及晶闸管整流装置U_d=K_sU_k；晶闸管-电动机系统开环机械特性n=(U_d-I_dR_∑)/C_e;测速发电机U_f=αn。以上各式中，K_p是放大器的电压放大倍数；K_s是晶闸管装置的电压放大倍数；α 是测速发电机的反馈系数。上述关系式中消去中间变量，可得转速负反馈单闭环调速系统的静特性方程式

式中K＝K_pK_sα/C_e，叫做闭环系统的开环放大倍数，它好象是在测速发电机输出端把反馈回路断开，从放大器输入一直到测速发电机输出的总的电压放大倍数，是各个环节单独放大倍数的乘积。这里是以1/C_e＝n/E_D作为电动机环节的“放大倍数”的。

根据调速系统各环节的静态关系式可以画出系统的静态结构图(图2)。图中各方块中的符号是该环节的放大倍数，或称传递函数。比较一下闭环系统静特性和开环系统机械特性，就能清楚地看出闭环控制的优越性。如果断开反馈回路，则上述系统的开环机械特性是

而闭环时的静特性可写成

式中n_ok和n_ob 分别表示开环和闭环系统的理想空载转速，Δn_k和Δn_b分别表示开环和闭环系统的静态速降。闭环调速系统的静特性有下列性质：

（1）在同样的负载扰动下，闭环系统的静态速降减为开环系统速降的1/(1+K)，K是闭环系统的开环放大倍数。

（2）如果要维持理想空载转速不变，闭环时的给定电压须比开环时相应地提高(1+K)倍；给定电压不能过分提高时，须增设电压放大器。

（3）在同样的最高转速和低速静差率的条件下，闭环系统的调速范围可以扩大到开环调速范围的(1+ K)倍。如果将开环系统和闭环系统的理想空载转速调到相等，比较上式可得Δn_b=Δn_k/(1+K)。这表明系统由转速反馈构成闭环后，在同样大小负载条件下，静态转速降比开环时减小了(1+K)倍，从而大大提高了机械特性硬度。图3

分别表示开环和闭环系统的机械特性。可见，只要系统的开环放大倍数K足够大，总可以把闭环系统的静态转速降Δп_b减小到允许的范围，并把调速范围提高到预定的要求。