1.3.1 開環控制系統

開環控制系統指的是控制裝置與被控對象之間只有順向作用而沒有反向聯系的控制系統，其特點是系統的輸出量不會對系統的控制作用產生影響，即系統不含有反饋控制環節。圖1-7所示的直流電動機轉速控制系統就是一個開環控制系統。它的控制目標是控制電動機的轉速，使其帶動負載工作。其工作原理是：調節電位器R的滑塊，使其給定某個參考電壓U_r，該電壓經過電壓放大功率放大變為U_a，以此來控制電動機的轉速。由于電動機的電樞電壓和電動機的轉速成正比，因此當負載的轉矩不變時，就可以通過改變電樞電壓來改變電動機的轉速，又因為U_a和U_r一一對應，所以，只要改變給定電壓U_r就可以改變電動機的轉速。

圖1-7 直流電動機轉速控制系統

在該系統中，系統的被控對象是直流電動機，被控量是電動機的轉速。若把系統看作一個整體，電動機的轉速是一個需要被嚴格控制的量，將其稱為系統的輸出量或者輸出信號。電動機的轉速和給定電壓存在一一對應的函數關系，轉速n的大小由U_r來決定，把U_r稱為系統的輸入量或輸出信號。

為了能夠清晰地看出系統中各個環節的相互作用，可以用如圖1-8所示的框圖表示。在這個系統中，只有輸入量和輸出量的單向控制作用，并且輸出量對輸入量沒有任何影響和聯系，即信號由輸入端到輸出端是單向傳遞的，稱這種控制系統為開環控制系統。

圖1-8 直流電動機轉速開環控制系統框圖

直流電動機的閉環轉速控制系統如圖1-9所示。應該注意到，當系統的負載轉矩M發生變化時，都會使輸出量轉速n發生變化。當需要的系統是一個恒速系統時，負載轉矩的變化就會對轉速產生破壞作用，把產生的這種破壞作用稱為干擾或者擾動。對控制系統來說，干擾也是十分重要的物理量，其是對被控量產生不利因素的信號。

圖1-9 直流電動機的閉環轉速控制系統

干擾（或擾動）的定義是，影響被控量偏離給定值的因素。由于負載轉矩的變化，導致給定電壓下的輸出轉速發生變化，偏離了給定值。需要說明的是，給定輸入和干擾都是系統的輸入信號，正確認識和理解這一點，對以后章節利用系統的輸入輸出關系建立系統模型，分析系統性能很有益處。

開環控制系統的精度取決于物理部件的精度和校準的精度。開環系統沒有抑制外部干擾及內部干擾的能力，所以控制精度較低。但是，由于系統的結構簡單，造價便宜，所以在系統結構參數穩定、沒有干擾作用或者干擾較小的場合下，依然會大量使用。