开环系统巧学习

彭园

摘 要：世间的万事万物都有它的内在规律，有些事物看似复杂，实则只要你仔细观察细细琢磨，规律就会浮现眼前。这学期我在教授通用技术课“技术与设计2”第四单元第二节课“控制系统的工作過程与方式”的时候，就发现了这样一种规律。

关键词：控制系统；开环系统；控制器

绝大多数同学听控制系统时会觉得一头雾水，学习起来会很吃力，我们老师在讲这一章课的时候往往也会觉得没有办法讲，所以我就自己思考，寻找一种让学生听起来比较好理解的方式。

关于控制系统，在我们课本里，往往讲的是人控制设备（这个设备也就是我们前面所说的“机”）工作的过程。在这里这个控制过程开始于人结束于人的目的，怎么理解呢？人控制设备让设备工作，人肯定是为了达到某种目的，比如人控制风扇让风扇工作，肯定是觉得热需要风；再比如人控制灯让灯工作，肯定是天黑了人需要光。所以在这里这个目的就是我们这节课里面控制方框图的输出。

而人控制设备，具体怎么控制呢？还是来看刚才那两个例子，人控制风扇让风扇工作：具体怎么控制呢？肯定是人旋转风扇的旋钮。人控制灯让灯工作，肯定是人按灯的按钮。所以这里就变成了人具体在操作动作，而这个操作动作也就是我们控制方框图里的输入。

输入输出是跟人也就是操作者有关的。理解之后，下来我们就来看，系统是怎么接收到人的命令，完成人的命令的。

我们把每一个设备拆成零部件，再把这些零部件按照作用不同分成三类：控制器、执行器、被控对象。我们刚才的输入、输出，加上我们现在的控制器，执行器，被控对象。组合到一起来以声控灯为例看一下这个过程。（人发出声音）输入，控制器，执行器，被控对象工作，最后（目的实现也就是灯亮也有可能不亮）输出。

画成方框图如下图，在这里要注意两点，我们发现输入和输出，一个是动作，一个是实现的状态。所以在这里不画方框，而控制器，执行器，被控对象都是零部件，也就是能看得见摸得着的东西，所以要画进方框里。

明白了输入输出，下来我们来看一下设备自己的工作过程：

首先是控制器：从上图我们就可以看出，控制器是接收输入信号的零部件，而输入我们前面说了，它是人的命令。这里控制器就理解为能听得懂人的命令的零部件。举个例子：声控灯系统。输入是声音，谁能听得懂声音呢？你可以自己去试，看哪个零件可以听懂声音，你给灯泡说亮，发现它不亮，说明它听不懂，它不是控制器，你给电路说通，它没通，说明它听不懂，它也不是控制器，你给感应器说亮，发现灯真的亮了，说明感应器能听懂，那它就是控制器了。

其次是执行器：有接收命令的肯定也有实际干活的。控制器接收到命令以后它不直接做，而是指挥执行器去做。还比如声控灯系统，感应器听懂了人的输入命令，它不直接自己去开灯，而是让开关开灯，这里的开关也就是常开触点，开关闭合，灯就亮了。

最后就是被控对象：灯亮了，亮是一种状态，它要借助一个实物也就是一个媒介才能表现出来被人看到。亮肯定是要借助灯泡才能被人看到。所以灯泡就是被控对象了。

总结一下：控制系统的工作过程就是，人想达到一定的目的，发出命令指挥设备完成，设备里的控制器接收命令，指挥执行器工作，人的目的实现在被控对象上。这就是开环系统的所有工作过程。

在理解了开环控制系统之后，那么闭环控制系统就简单多了。因为它相对于开环控制系统只是多了两条带箭头的线、一个反馈（检测装置）和一个比较器。先来看一下闭环控制系统的方框图如下。所以它的工作流程跟开环系统很相似，其他名称相同的装置作用也相同，在这里就不再一一介绍了，我们只重点来看一下闭环控制系统跟开环控制系统的区别。

这里的输出通过检测装置检测出来之后和输入进行比较。说到比较就可以想象输入和输出之间的关系，比如输入是时间，输出是水位，那么这两个量怎么样来比较？答案是：无法比较，时间和水位是两个不同类型的数字。没有办法进行比较，所以反过来我们就可以想要进行比较，首先输入和输出肯定是相同类型的量，输入是时间，输出必然也是时间，输入是温度输出必然也是温度。以此类推。

说完了输入和输出的关系之后，开环和闭环的区别也就出来了。闭环系统自己会变换会判断会不断地修正，使得系统发展朝着人所预定的目标依照更准确的方向执行。

举个例子，游泳池水位控制系统，假如我们设定了两个小时，输出是游泳池的水位，那么两个小时候不管水位有没有到达我们事先预想的位置，系统都将停止工作。这就是开环控制系统。换成闭环控制系统就是，输入设定水位，那么实际水位达到设定水位时，系统就会停止工作，一会水被蒸发了，水漏了等情况发生，一旦实际水位和预定水位不一致，系统就会自动工作。始终保持着设定水位和实际水位是一致的，只要初始进行设置后，再也不用人去管，是不是更智能？

不管是开环控制系统还是闭环控制系统都是人类智慧的体现。都是人类为了更好地生存，而去利用自然，合理改造自然实现自然为人所用，让我们的生活质量更高。

编辑 李琴芳