開環(huán)控制和閉環(huán)控制的區(qū)別
開環(huán)控制和閉環(huán)控制是自動控制系統(tǒng)中兩種基本結(jié)構(gòu)，開環(huán)控制和閉環(huán)控制區(qū)別在于是否存在反饋機(jī)制以及系統(tǒng)是否根據(jù)輸出結(jié)果實(shí)時調(diào)整輸入。下面重點(diǎn)介紹開環(huán)控制方式和閉環(huán)控制方式。 
圖A 人取書的反饋控制系統(tǒng)方塊圖 通常，我們把取出的輸出量送回到輸入端，并與輸入信號相比較產(chǎn)生偏差信號的過程，稱為反饋。若反饋的信號是與輸入信號相減，使產(chǎn)生的偏差越來越小，則稱為負(fù)反饋，反之，則稱為正反饋。閉環(huán)控制就是采用負(fù)反饋并利用偏差進(jìn)行控制的過程，而且，由于引入了被控量的反饋信息，整個控制過程成為閉合的，所以稱閉環(huán)控制。其特點(diǎn)是不論什么原因使被控量偏離期望值而出現(xiàn)偏差時，必定會產(chǎn)生一個相應(yīng)的控制作用去減小或消除這個偏差，使被控量與期望值趨于一致。可以說，按閉環(huán)控制方式組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，具有抑制任何內(nèi)、外擾動對被控量產(chǎn)生影響的能力，有較高的控制精度。但這種系統(tǒng)使用的元件多，線路復(fù)雜，特別是系統(tǒng)的性能分析和設(shè)計(jì)也較麻煩。盡管如此，閉環(huán)控制仍是一種重要的并被廣泛應(yīng)用的控制方式，自動控制理論主要的研究對象就是用這種控制方式組成的系統(tǒng)。 采用閉環(huán)控制方式的一個例子是函數(shù)記錄儀。函數(shù)記錄儀是一種通用的自動記錄儀，它可以在直角坐標(biāo)上自動描繪兩個電量的函數(shù)關(guān)系。同時，記錄儀還帶走紙機(jī)構(gòu)，用以描繪一個電量對時間的函數(shù)關(guān)系。 函數(shù)記錄儀通常由變換器、測量、元件、放大元件、伺服電機(jī)一測速機(jī)組、齒輪系及繩輪等組成，采用負(fù)閉環(huán)控制原理工作，其原理如圖B所示。系統(tǒng)的輸入是待記錄電壓，被控對象是記錄筆，其位移即為被控量。系統(tǒng)的任務(wù)是控制記錄筆的位移，在記錄紙上描繪出待記錄的電壓曲線。 
圖B 函數(shù)記錄儀原理示意圖 在圖B中，測量元件是由電位器RQ和RM組成的橋式測量電路，記錄筆就固定在電位器 RM的滑臂上，因此，測量電路的輸出電壓up與記錄筆位移成正比。當(dāng)有變化的輸入電壓ur時，在放大元件輸入口得到偏差電壓△u=ur - up，經(jīng)放大后驅(qū)動伺服電機(jī)，并通過齒輪系及繩輪帶動記錄筆移動，同時使偏差電壓減小。當(dāng)偏差電壓△u=0時，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，記錄筆也靜止不動。此時up=ur，表明記錄筆位移與輸入電壓相對應(yīng)。如果輸入電壓隨時間連續(xù)變化，記錄筆便描繪出隨時間連續(xù)變化的曲線。函數(shù)記錄儀結(jié)構(gòu)見圖C，圖中測速發(fā)電機(jī)反饋的信號是與電機(jī)速度成正比的電壓，用以增加阻尼，改善系統(tǒng)性能。 
圖C 函數(shù)記錄儀結(jié)構(gòu)圖
開環(huán)控制
開環(huán)控制方式是指控制裝置與被控對象之間只有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制過程，按這種方式組成的系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是系統(tǒng)的輸出量不會對系統(tǒng)的控制作用發(fā)生影響。開環(huán)控制系統(tǒng)可以按給定量控制方式組成，也可以按擾動控制方式組成。 按給定量控制的開環(huán)控制系統(tǒng)，其控制作用直接由系統(tǒng)的輸入量產(chǎn)生，給定一個輸入量，就有一個輸出量與之相對應(yīng)，控制精度完全取決于所用的元件及校準(zhǔn)的精度。因此，這種開環(huán)控制方式?jīng)]有自動修正偏差的能力，抗擾動性較差，但由于其結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、成本低，在精度要求不高或擾動影響較小的情況下，這種控制方式還有一定的實(shí)用價值。目前，用于國民經(jīng)濟(jì)各部門的一些自動化裝置，如自動售貨機(jī)、自動洗衣機(jī)、產(chǎn)品自動生產(chǎn)線、數(shù)控車床以及指揮交通的紅綠燈的轉(zhuǎn)換等，一般都是開環(huán)控制系統(tǒng)。 按擾動控制的開環(huán)控制系統(tǒng)是利用可測量的擾動量，產(chǎn)生一種補(bǔ)償作用，以減小或抵消擾動對輸出量的影響，這種控制方式也稱順饋控制或前饋控制。例如，在一般的直流速度控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速常常隨負(fù)載的增加而下降，且其轉(zhuǎn)速的下降與電樞電流的變化有一定的關(guān)系。如果我們設(shè)法將負(fù)載引起的電流變化測量出來，并按其大小產(chǎn)生一個附加的控制作用，用以補(bǔ)償由它引起的轉(zhuǎn)速下降，就可以構(gòu)成按擾動控制的開環(huán)控制系統(tǒng)。這種按擾動控制的開環(huán)控制方式是直接從擾動取得信息，并以此來改變被控量的，其抗擾動性好，控制精度也較高，但它只適用于擾動是可測量的場合。閉環(huán)控制
閉環(huán)控制是機(jī)電控制系統(tǒng)基本的控制方式，也是應(yīng)用廣泛的一種控制系統(tǒng)。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，控制裝置對被控對象施加的控制作用，是取自被控量的反饋信息，用來不斷修正被控量的偏差，從而實(shí)現(xiàn)對被控對象進(jìn)行控制的任務(wù)，這就是閉環(huán)控制的原理。 其實(shí)，人的一切活動都體現(xiàn)出閉環(huán)控制的原理，人本身就是一個具有高度復(fù)雜控制能力的閉環(huán)控制系統(tǒng)。例如，人用手拿取桌上的書，汽車司機(jī)操縱方向盤駕駛汽車沿公路平穩(wěn)行駛等，這些日常生活中習(xí)以為常的平凡動作都滲透著閉環(huán)控制的原理。下面，通過解剖手從桌上取書的動作過程，透視它所包含的閉環(huán)控制機(jī)理。如圖A所示，書的位置是手運(yùn)動的指令信息，一般稱為輸入信號（或參控量）。取書時，首先人要用眼睛連續(xù)目測手相對于書的位置，并將這個信息送入大腦（稱為位置反饋信息），然后由大腦判斷手與書之間的距離，產(chǎn)生偏差信號，并根據(jù)其大小發(fā)出控制手臂移動的命令（稱控制作用或操縱量），逐漸使手與書之間的距離（即偏差）減小。只要這個偏差存在，上述過程就要反復(fù)進(jìn)行，直到偏差減小為零，手便取到了書。可以看出，大腦控制手取書的過程，是一個利用偏差（手與書之間距離）產(chǎn)生控制作用，并不斷使偏差減小直至消除的運(yùn)動過程。顯然，閉環(huán)控制實(shí)質(zhì)上是一個按偏差進(jìn)行控制的過程，因此，它也稱為按偏差的控制，閉環(huán)控制原理就是按偏差控制的原理。 圖A 人取書的反饋控制系統(tǒng)方塊圖 通常，我們把取出的輸出量送回到輸入端，并與輸入信號相比較產(chǎn)生偏差信號的過程，稱為反饋。若反饋的信號是與輸入信號相減，使產(chǎn)生的偏差越來越小，則稱為負(fù)反饋，反之，則稱為正反饋。閉環(huán)控制就是采用負(fù)反饋并利用偏差進(jìn)行控制的過程，而且，由于引入了被控量的反饋信息，整個控制過程成為閉合的，所以稱閉環(huán)控制。其特點(diǎn)是不論什么原因使被控量偏離期望值而出現(xiàn)偏差時，必定會產(chǎn)生一個相應(yīng)的控制作用去減小或消除這個偏差，使被控量與期望值趨于一致。可以說，按閉環(huán)控制方式組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，具有抑制任何內(nèi)、外擾動對被控量產(chǎn)生影響的能力，有較高的控制精度。但這種系統(tǒng)使用的元件多，線路復(fù)雜，特別是系統(tǒng)的性能分析和設(shè)計(jì)也較麻煩。盡管如此，閉環(huán)控制仍是一種重要的并被廣泛應(yīng)用的控制方式，自動控制理論主要的研究對象就是用這種控制方式組成的系統(tǒng)。 采用閉環(huán)控制方式的一個例子是函數(shù)記錄儀。函數(shù)記錄儀是一種通用的自動記錄儀，它可以在直角坐標(biāo)上自動描繪兩個電量的函數(shù)關(guān)系。同時，記錄儀還帶走紙機(jī)構(gòu)，用以描繪一個電量對時間的函數(shù)關(guān)系。 函數(shù)記錄儀通常由變換器、測量、元件、放大元件、伺服電機(jī)一測速機(jī)組、齒輪系及繩輪等組成，采用負(fù)閉環(huán)控制原理工作，其原理如圖B所示。系統(tǒng)的輸入是待記錄電壓，被控對象是記錄筆，其位移即為被控量。系統(tǒng)的任務(wù)是控制記錄筆的位移，在記錄紙上描繪出待記錄的電壓曲線。 圖B 函數(shù)記錄儀原理示意圖 在圖B中，測量元件是由電位器RQ和RM組成的橋式測量電路，記錄筆就固定在電位器 RM的滑臂上，因此，測量電路的輸出電壓up與記錄筆位移成正比。當(dāng)有變化的輸入電壓ur時，在放大元件輸入口得到偏差電壓△u=ur - up，經(jīng)放大后驅(qū)動伺服電機(jī)，并通過齒輪系及繩輪帶動記錄筆移動，同時使偏差電壓減小。當(dāng)偏差電壓△u=0時，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，記錄筆也靜止不動。此時up=ur，表明記錄筆位移與輸入電壓相對應(yīng)。如果輸入電壓隨時間連續(xù)變化，記錄筆便描繪出隨時間連續(xù)變化的曲線。函數(shù)記錄儀結(jié)構(gòu)見圖C，圖中測速發(fā)電機(jī)反饋的信號是與電機(jī)速度成正比的電壓，用以增加阻尼，改善系統(tǒng)性能。 圖C 函數(shù)記錄儀結(jié)構(gòu)圖