开环控制重述

当并排说明时，焊接波纹管可以被视为开环控制系统的物理表示。

开环控制继续在工业，军事和航空航天应用中找到相关性，尽管其作为控制机制的简单和不太完美的性能。但是什么是开环控制呢?例如，当天空变暗时，夜灯就会亮起，或者军用喷气发动机的油蒸汽阀会随着海拔高度的变化而变化。这种形式的控制与其他形式的区别在于缺乏反馈来报告正在发生的事情。那我们为什么要用它呢?因为简单性可以在某些情况下提高可靠性，而且它的低成本使它在各种应用中都很实用。

在两种情况下，开环控制是闭环系统的一种实用替代方案:

• 极端的输出精度不是必须的;和

• 在不保证输出跟踪输入的情况下，系统可以相当好地运行。

关注温度

开环装置通常是传感器、放大器和执行器组合在一个单元中。结合这些元素的一种更常见的技术是金属波纹管，这种设备在100多年前引入了机械成型的波纹管，50年后又出现了性能更高的设备-边缘焊接波纹管。后一种版本目前被广泛使用，然而，这里描述的技术适用于两者。作为机械设备，金属波纹管是一个传感器和执行器，它结合了弹簧、活塞和气缸的特性。它的运动是无摩擦的，没有泄漏或渗透性。

在充满液体的波纹管系统中，热量是输入，液体及其外部容器(灯泡)与波纹管一起组成传感器和放大器，杆或可移动端是输出(见“焊接波纹管/开环”图，了解开环控制系统与焊接波纹管之间的关系)。对这个系统来说，重要的是可以从输出中获得相当高的驱动力和长行程:半公斤到几公斤并不罕见，这取决于波纹管的尺寸。中风可以从毫米到几厘米不等。因此，它是一个可用的驱动系统，直接，线性驱动，没有电机或电力。

风箱中的空气使其对压力和温度敏感。该系统测量空气密度偏置尾桨螺距恒定响应。

使用焊接波纹管进行开环控制的合适应用的一个很好的例子是军用瞄准具。位于装甲车顶部的瞄准具必须连续聚焦，以便立即使用而无需调整。由于车辆位于开阔地带，光学元件承受极端温度，尤其是在沙漠条件下。用一个充满液体的风箱在瞄准镜的透镜系统内移动一个共焦透镜，以一种或另一种方式移动一厘米左右，可以补偿随着温度变化而发生的光学系统尺寸的变化。

当环境条件加热光学瞄准镜时，液体——在这种情况下位于风箱内——会使风箱膨胀并移动透镜。寒冷的环境会导致液体和风箱收缩，而透镜则会向另一个方向移动。根据设计，运动与温度成正比。在这个应用程序中，反馈不是关键问题。操作人员知道系统是否失焦，如果系统出现故障，可以进行手动校正。但系统的坚固性和简单性使得故障的概率相当低，同时避免了对电力和复杂反馈系统的需要。

压力,高度

另一种形式的开环控制使用波纹管是感知高度而不是温度来控制军用喷气发动机的油蒸气压力。风箱是密封的，空气从里面排出。波纹管现在变成了一个无磁传感器/执行器。它的长度随绝对压力而变化，因此也随高度而变化。当飞机爬升时，风箱膨胀，调节阀门，减少通过发动机的气流，以保持润滑油的恒定压力。反馈是不必要的，因此开环是一种经济的控制形式。

内部密封的波纹管必须被动地感知其外表面真空的存在，并扩展以夹住半导体晶圆进行加工或检查。

“尾桨应用”图形显示了一种双输入开环控制，以偏置直升机尾桨的俯仰。同样，风箱是密封的，但这次里面有空气。随着风箱中空气的存在，风箱的长度现在是海拔和温度的函数-代表空气密度的组合。该波纹管具有高表面积和低质量，是一种具有非常低时间常数的温度传感器。它的弹簧力和被困气体的膨胀相结合，为偏置机构的运动提供了动力。与所有开环系统一样，由于没有反馈，我们无法保证尾桨的偏置位置是空气密度的精确反映。但该设备只是为飞行员提供辅助。如果飞行员感觉到错误，可以独立进行修正。

在这种开环应用中，波纹管随压力变化而调制，但其应用实际上是二进制的单箝位或非箝位。该系统取代了有源系统，消除了进入腔室的三个孔、腔室外的三个电动执行器及其各自的控制装置。该系统是开环的:没有反馈，以确保钳已启动。但是，如果发生故障，该过程周围的其他活动将给出指示。

高精度测压元件

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振动分析仪器

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自动化软件工具包

最新版本的EPAS-4 PacDrive自动化软件工具包具有完整文档化的软件模板，以利用编程中的最佳实践。据说版本16作为预防性维护和服务工具更加有效。使用所有IEC语言(包括阶梯逻辑)的最佳方面，Tool kit使得像构建块一样组装程序变得容易。拖放模板进一步简化了IEC语言的使用，据说更容易编程和可视化，特别是对于伺服机器。www.elau.comElau Inc .)

作者信息

理查德·拉森(Richard Larsen)是Flexial Corp.(田纳西州库克维尔)的总裁，这是一家焊接波纹管公司，他在10年前参与创立。相关主题请参见

什么时候开环控制是一种选择?

考虑开环控制:

在长期安装中，持续可靠的电力可能困难、危险、不切实际或昂贵;

高温、振动和强腐蚀性的恶劣环境使半导体元件处于高风险中，例如;例如，在井下环境中;

当一个二进制输出——一个简单的开关闭合，瞬间的或持续的——就足够了;和

很少监控过程知识的应用程序，或者通过观察其他变量间接监控控制的完整性。

最适合使用开环控制的系统是:

机械的:形式上经常机械的;

可通过人为干预纠正，以补偿系统错误;

需要在很长一段时间内以最少的直接注意力完成的;

不需要重新校准;

功能和结构简单，组件服务于多个任务;

即使不需要也能连续运行;和

节约造价通常比精度更重要。

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