開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖幾例（僅供參考）

符程整理

　　前言：本學(xué)期我校進(jìn)入了《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》第四單元“控制與設(shè)計(jì)”內(nèi)容的學(xué)習(xí)。這部分內(nèi)容我感覺難度很大，雖然盡可能閱讀了一些有關(guān)資料，但感覺對(duì)控制的認(rèn)識(shí)還是很膚淺，特別是在繪制控制系統(tǒng)框圖時(shí)，由于沒有參考答案，心里總是沒底。這時(shí)，我突然想起，劉亨金老師不是曾經(jīng)在大學(xué)教授過控制嗎？現(xiàn)成的專家就在?？?！我連忙致電給劉老師，劉老師極為熱情，不但利用周末對(duì)我通過電子郵件發(fā)送的的幾個(gè)例子作了書面意見，而且還通過電話作了詳細(xì)的指點(diǎn)，讓我受益非淺，使我對(duì)控制的理解上了一個(gè)新的臺(tái)階?，F(xiàn)我將這幾個(gè)例子整理出來，與大家共同學(xué)習(xí)，共同分享。

　　1.普通機(jī)械式電飯煲簡(jiǎn)單的工作過程如下：接通電源，撥動(dòng)杠桿按鈕，給出做飯指令，磁鋼吸合，拉住與之相連的杠桿，杠桿撥動(dòng)微動(dòng)開關(guān)，微動(dòng)開關(guān)在杠桿的按壓下接通加熱回路，磁鋼鋁殼帽與鍋底接觸，開始加熱。當(dāng)飯熟時(shí)（不再有水的沸騰），鍋底溫度升高，磁鋼溫度達(dá)到150℃時(shí)失去磁性，在彈簧力作用下，杠桿下移，微動(dòng)開關(guān)恢復(fù)常態(tài)，結(jié)束加熱狀態(tài)。此時(shí)電源仍是接通狀態(tài)，由于雙金屬片溫控器的作用，電飯煲進(jìn)入保溫狀態(tài)（70度以下），這就是電飯煲接通電源后即使不按鍵也能得到溫水的原因。但不按下杠桿按鍵則煮不熟飯。

　　由上面的工作過程可知，普通電飯煲雖然簡(jiǎn)單，但其控制過程還是比較復(fù)雜的。其工作流程為：給出“做飯”指令——進(jìn)入加熱狀態(tài)——判斷是否達(dá)到150度，沒有達(dá)到，繼續(xù)加熱，如果達(dá)到，則進(jìn)入保溫狀態(tài)。從這個(gè)流程知道，電飯煲的控制，從總體上說，仍是一個(gè)開環(huán)控制。因?yàn)椋斎胍粋€(gè)“做飯”指令，輸出的就是“做飯”狀態(tài)。如果輸入的是“溫水”指令，則輸出的狀態(tài)就是“溫水”狀態(tài)。即輸入量和輸出量是一一對(duì)應(yīng)的。但是，其局部環(huán)節(jié)還有反饋。其參考方塊圖如下：

　　3.賓館、酒店的“自動(dòng)叫醒服務(wù)系統(tǒng)”是一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。

　　參考框圖如下：

　　4．家用縫紉機(jī)的縫紉速度控制系統(tǒng)

　　縫紉機(jī)“轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)”的控制對(duì)象應(yīng)該是“縫紉機(jī)”不應(yīng)該是“機(jī)針”。對(duì)縫紉機(jī)來說，還有其它控制系統(tǒng)，如“針距控制系統(tǒng)”、“倒車控制系統(tǒng)”等，這些系統(tǒng)的控制對(duì)象都是縫紉機(jī)。參考框圖如下：

　　注：有些學(xué)生會(huì)認(rèn)為這個(gè)控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，理由是人可以不斷調(diào)整縫紉的轉(zhuǎn)速。其實(shí)這種理解是錯(cuò)誤的。它不是閉環(huán)的原因是：第一，它輸入的轉(zhuǎn)速不是恒定的，沒法與輸出轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較。第二， “人”作為操作者，對(duì)控制系統(tǒng)施加控制指令的行為，不能視為“人作為某個(gè)環(huán)節(jié)參與了控制系統(tǒng)”。

　　5.走道路燈的聲光控制系統(tǒng)

　　聲光自動(dòng)控制白熾燈開關(guān)的基本工作原理如下：白天或夜晚光線較亮?xí)r，光控部分將開關(guān)自動(dòng)關(guān)斷，聲控部分不起作用。當(dāng)光線較暗時(shí)，光控部分將開關(guān)自動(dòng)打開，負(fù)載電路的通斷受控于聲控部分。電路是否接通，取決于聲音信號(hào)強(qiáng)度。當(dāng)聲強(qiáng)達(dá)到一定程度時(shí)，電路自動(dòng)接通，點(diǎn)亮白熾燈，并開始延時(shí)，延時(shí)時(shí)間到，開關(guān)自動(dòng)關(guān)斷，等待下一次聲音信號(hào)觸發(fā)。這樣，通過對(duì)環(huán)境聲光信號(hào)的檢測(cè)與處理，完成電路通斷的自動(dòng)開關(guān)控制。其聲控部分的參考框圖如下：

　　6．交通路口紅綠燈自動(dòng)控制（根據(jù)車流量大小改變紅綠燈時(shí)間）系統(tǒng)

　　目前所用的交通路口的紅綠燈控制系統(tǒng)一般都是按給定的時(shí)序來控制的，因此應(yīng)該是開環(huán)控制系統(tǒng)，而不是閉環(huán)。對(duì)車流量因素的考慮，是在調(diào)查統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上在設(shè)計(jì)給定時(shí)序時(shí)體現(xiàn)的。其參考框圖如下：

　　7.激光制導(dǎo)導(dǎo)彈控制系統(tǒng)是一個(gè)十分復(fù)雜的隨動(dòng)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的給定值是目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參量（速度、加速度等）和位置參量。這是一個(gè)未知的時(shí)間函數(shù)。系統(tǒng)還需要測(cè)量導(dǎo)彈的運(yùn)動(dòng)參量和位置參量，然后將導(dǎo)彈的運(yùn)動(dòng)參量、位置參量分別與目標(biāo)的同一時(shí)刻的相應(yīng)參量進(jìn)行比較，得到誤差值，這個(gè)誤差值產(chǎn)生控制作用，控制導(dǎo)彈的狀態(tài)（運(yùn)動(dòng)、位置）向著減小誤差的方向變化。直到命中目標(biāo)（誤差為0）。而且這個(gè)誤差也是一個(gè)時(shí)間函數(shù)。（我這里假定目標(biāo)為活動(dòng)目標(biāo)，如果是固定目標(biāo)，那就要簡(jiǎn)單一些）。其參考框圖如下：

　　如果是固定目標(biāo)，就把接收器改為給定目標(biāo)位置參量，也就不需要運(yùn)動(dòng)參數(shù)的反饋回路了。狀態(tài)操作裝置就只需要方位操作裝置（舵機(jī)）就行了。