反馈与反馈控制

出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册上》第376页（1417字）

1．1．1 开环控制

若系统的输入量与输出量之间只有顺向作用而没有反向联系，则该系统为开环控制，图1．9－1(a)所示数控机床工作台驱动系统就是开环控制系统，其控制框图如图(b)所示。由图可知，该系统信号传递是单方向的，输出量(工作台位移)只受输入信号(控制装置所发出的脉冲数)控制，而对系统的控制作用没有任何影响。

图1．9－1 开环控制系统

一般来说，开环控制具有结构简单、工作稳定等优点。但由于开环控制不能修正被控制量的偏离，当扰动存在时，则控制精度下降。

1．1．2 反馈控制(闭环控制)

若系统的输入量与输出量之间不仅有顺向作用，而且有反向作用，则该系统为闭环控制，亦即反馈控制，所谓反馈，就是把输出量的一部分或全部送回到输入端并与输入量比较的过程。反馈的信号与输入信号相减而使偏差值越来越小，称为负反馈；反之，则称为正反馈。基于反馈基础上的利用偏差进行控制，并最终消除偏差的原理，称为反馈控制原理，闭环控制，就是利用反馈原理将输出量不断返回输入端与希望值进行比较，产生偏差，利用偏差控制系统，并最后消除偏差的一种控制过程。图1．9－2(a)所示数控机床驱动为闭环控制系统，图(b)为其框图，在图(a)系统中，只要工作台与给定位置之间有偏差存在，工作台就会继续移动，直到移至给定位置，偏差为零，系统处于平衡状态。

图1．9－2 闭环控制系统

由于反馈控制能自动修正来自系统内外的扰动而引起的误差，故其控制精度较高。但正是由于存在反馈，如果闭环控制系统中参数选择不当，系统就会出现不稳定情况。

1．1．3 机械系统中的内在反馈

除了人为反馈外，机械系统中还广泛地存在着各种自然形成的反馈，称为内在反馈，内在反馈反映系统内部各参数之间互为因果的内在联系，其存在与特性对系统的动态性能有直接影响，而且很难予以控制。若系统中存在上述意义下的内在反馈，可用自动控制理论的方法对其进行研究。图1．9－3(a)为切削系统示意图，其中K、m、B分别是机床结构简化成的弹簧、质量和阻尼系统的参数；N是工件的转速；S0是工件每转刀具的进给量(在此即为平均切削厚度)；x(t)是刀具相对于工件的振动位移(即机床结构的变形)；F(t)是作用在刀具上的切削力。F(t)作用在机床结构上(输入)，引起变形x(t)(输出)，此为一振动系统，另一方面x(t)又引起瞬时切削厚度S(t)围绕其平均值S。变化(切削过程的输入)，这一变化又会引起切削力F(t)的变化(切削过程的输出)，此变化的切削力反过来又作用在振动系统上。由此可见，机床结构与切削过程两者的输入、输出信号互相反馈，如图1．9－3(b)所示。在该切削系统中，并无人为反馈，但反馈关系确实存在，这样的反馈就是内在反馈。

图1．9－3 金属切削过程中的内在反馈