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如何判斷開環控制系統與閉環控制系統
浙江省倉南縣勤奮高中林伯寬2008-6-22
誤區：自動的控制系統是閉環控制系統；
有相反的控制過程的控制系統是閉環控制系統；
有檢測裝置就是閉環控制系統；
基本概念：開環控制系統是由輸入來控制輸出的單向控制；
閉環控制系統是輸出量反饋回輸入端參與控制的控制系統；
下圖是一個典型的閉環控制系統——水箱水位的閉環控制系統
控制方框圖：
其控制過程是：
當實際水位較低時，浮子在較低的位置通過杠桿打開進水閥門，隨后的實際水位會上升。（請注意：這是由于實際水位較低，通過控制讓隨后的實際水位上升）當實際水位上升到一定高度時，浮子處在較高的位置，通過杠桿將進水閥門關閉，隨后水箱的位置保持在一定的高度。（請注意：實際水位會保持在一定高度的結果是由于實際水位達到給定值的緣故）
由此可見，閉環控制系統的帶有反饋的控制過程實際上就是“結果”控制“結果”的過程。
因此，只有原輸出量影響隨后的輸出量的控制過程才是閉環控制過程。
設計一種自動伸縮的晾衣架：
當感應器檢測到有雨，把信號傳給開關電路，命令開關接通電路，電動機通電而轉動，帶動衣架收回。當感應器檢測到有陽光，命令開關倒接電路，從而電動機倒轉，帶動衣架伸出。請問此例是開環控制系統還是閉環控制系統？
先分析有雨收回的過程。其被控對象是衣架，輸出量是收回衣架，衣架之所以收回不是因為衣架的收縮或伸出而收回，而是有雨才收回的，它的控制不是“結果”控制“結果”，而是雨對衣架的單向控制。所以它是開環的控制系統。有人就會疑問：它還有檢測到陽光而伸出的反向控制過程，這兩個合在一起應該是閉環的？沒有疑問，還是開環的。因為，陽光控制它伸出是陽光對衣架伸出進行的單向控制，跟雨控制衣架收回是一樣的道理。沒有檢測原來的衣架位置，而對隨后的衣架位置產生影響的反饋控制過程。
方框圖：
另，提供一條經驗：輸入量與輸出量不是同一種物理量就不可能是閉環控制過程。（當然要建立在輸入量、輸出量非常明確的基礎上）
我們現在來看看，壓力鍋燒開水的過程：
經過約十分鐘時間的加熱，高壓鍋開始了第一次噴汽，隨后停止噴汽，約十秒以后開始第二次噴汽，隨后又停止噴汽，約五秒后開始第三次噴汽，隨后又停止噴汽，約兩秒后開始第四次噴汽，接著就不間斷地平穩噴汽。（以上是本人仔細觀察一次加熱開水的過程）
此時鍋內的氣壓可以這樣計算：
P= P物 =
其中mg是鍋蓋上壓力閥的重力，s是出汽口的橫截面積，也就是說平穩噴汽時鍋內的氣壓與壓力閥的重力產生的氣壓平衡了，即此時鍋內氣壓就會被控制在一定值。
問：這種壓力鍋的壓力控制系統是開環的控制系統還是閉環的控制系統？
先分析其控制過程，當實際氣壓較低時，出汽口被封閉，隨后實際氣壓會升高，當實際氣壓升高一定值時，水蒸氣會沖開壓力閥門，即噴汽，以之減小鍋內氣壓，幾次調整后，鍋內氣壓會保持在一定值。因此，它是以之前的實際氣壓來控制隨后的實際氣壓，以之達到限制鍋內氣壓的目的。所以它的壓力控制系統是地地道道的閉環控制系統。有人會疑問：鍋內氣壓之所以升高是因為輸入熱量的結果，這里的溫度控制應該是開環的。是有這么個過程，但不能影響閉環的性質。猶如閉環的水箱水位控制系統中，由于水的注入，而水位上升的控制過程，這部分控制也是開環的，卻不會影響它整體的閉環性質。實際上閉環控制系統本身是以開環控制系統為基礎的，任何閉環的都有開環的部分！
方框圖：
另：壓力鍋由間歇性噴汽到穩定的噴汽過程實際上就是閉環控制系統自動調整而穩定的過程。
總之，開環控制的特點：1、它是單向的控制過程；
2、輸入量與輸出量往往是不同性質的量。
閉環控制的特點：1、有反饋；
2、會調整；
3、被控量會被控制在一定的值——結果穩定；
4、“結果”會影響“結果”；
5、給定量與被控量是可比較的同一種性質的量。
分析步驟：
先弄清楚控制過程（過程也就是我們要教給學生的）；
再根據開環或閉環的特點進行判斷。
注入水流量
實際水位
給定水位
水箱
進水閥門
桿杠
浮子
轉動（倒轉）
晾衣架
電動機
感應開關
雨（陽光）
收回（伸出）
噴汽
給定一定氣壓
實際氣壓
壓力鍋
壓力閥門
控制器
檢測裝置

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