開環(huán)系統(tǒng)巧學(xué)習(xí)

彭園

摘 要：世間的萬事萬物都有它的內(nèi)在規(guī)律，有些事物看似復(fù)雜，實(shí)則只要你仔細(xì)觀察細(xì)細(xì)琢磨，規(guī)律就會(huì)浮現(xiàn)眼前。這學(xué)期我在教授通用技術(shù)課“技術(shù)與設(shè)計(jì)2”第四單元第二節(jié)課“控制系統(tǒng)的工作過程與方式”的時(shí)候，就發(fā)現(xiàn)了這樣一種規(guī)律。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；開環(huán)系統(tǒng)；控制器

絕大多數(shù)同學(xué)聽控制系統(tǒng)時(shí)會(huì)覺得一頭霧水，學(xué)習(xí)起來會(huì)很吃力，我們老師在講這一章課的時(shí)候往往也會(huì)覺得沒有辦法講，所以我就自己思考，尋找一種讓學(xué)生聽起來比較好理解的方式。

關(guān)于控制系統(tǒng)，在我們課本里，往往講的是人控制設(shè)備（這個(gè)設(shè)備也就是我們前面所說的“機(jī)”）工作的過程。在這里這個(gè)控制過程開始于人結(jié)束于人的目的，怎么理解呢？人控制設(shè)備讓設(shè)備工作，人肯定是為了達(dá)到某種目的，比如人控制風(fēng)扇讓風(fēng)扇工作，肯定是覺得熱需要風(fēng)；再比如人控制燈讓燈工作，肯定是天黑了人需要光。所以在這里這個(gè)目的就是我們這節(jié)課里面控制方框圖的輸出。

而人控制設(shè)備，具體怎么控制呢？還是來看剛才那兩個(gè)例子，人控制風(fēng)扇讓風(fēng)扇工作：具體怎么控制呢？肯定是人旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇的旋鈕。人控制燈讓燈工作，肯定是人按燈的按鈕。所以這里就變成了人具體在操作動(dòng)作，而這個(gè)操作動(dòng)作也就是我們控制方框圖里的輸入。

輸入輸出是跟人也就是操作者有關(guān)的。理解之后，下來我們就來看，系統(tǒng)是怎么接收到人的命令，完成人的命令的。

我們把每一個(gè)設(shè)備拆成零部件，再把這些零部件按照作用不同分成三類：控制器、執(zhí)行器、被控對(duì)象。我們剛才的輸入、輸出，加上我們現(xiàn)在的控制器，執(zhí)行器，被控對(duì)象。組合到一起來以聲控?zé)魹槔匆幌逻@個(gè)過程。（人發(fā)出聲音）輸入，控制器，執(zhí)行器，被控對(duì)象工作，最后（目的實(shí)現(xiàn)也就是燈亮也有可能不亮）輸出。

畫成方框圖如下圖，在這里要注意兩點(diǎn)，我們發(fā)現(xiàn)輸入和輸出，一個(gè)是動(dòng)作，一個(gè)是實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)。所以在這里不畫方框，而控制器，執(zhí)行器，被控對(duì)象都是零部件，也就是能看得見摸得著的東西，所以要畫進(jìn)方框里。

明白了輸入輸出，下來我們來看一下設(shè)備自己的工作過程：

首先是控制器：從上圖我們就可以看出，控制器是接收輸入信號(hào)的零部件，而輸入我們前面說了，它是人的命令。這里控制器就理解為能聽得懂人的命令的零部件。舉個(gè)例子：聲控?zé)粝到y(tǒng)。輸入是聲音，誰能聽得懂聲音呢？你可以自己去試，看哪個(gè)零件可以聽懂聲音，你給燈泡說亮，發(fā)現(xiàn)它不亮，說明它聽不懂，它不是控制器，你給電路說通，它沒通，說明它聽不懂，它也不是控制器，你給感應(yīng)器說亮，發(fā)現(xiàn)燈真的亮了，說明感應(yīng)器能聽懂，那它就是控制器了。

其次是執(zhí)行器：有接收命令的肯定也有實(shí)際干活的。控制器接收到命令以后它不直接做，而是指揮執(zhí)行器去做。還比如聲控?zé)粝到y(tǒng)，感應(yīng)器聽懂了人的輸入命令，它不直接自己去開燈，而是讓開關(guān)開燈，這里的開關(guān)也就是常開觸點(diǎn)，開關(guān)閉合，燈就亮了。

最后就是被控對(duì)象：燈亮了，亮是一種狀態(tài)，它要借助一個(gè)實(shí)物也就是一個(gè)媒介才能表現(xiàn)出來被人看到。亮肯定是要借助燈泡才能被人看到。所以燈泡就是被控對(duì)象了。

總結(jié)一下：控制系統(tǒng)的工作過程就是，人想達(dá)到一定的目的，發(fā)出命令指揮設(shè)備完成，設(shè)備里的控制器接收命令，指揮執(zhí)行器工作，人的目的實(shí)現(xiàn)在被控對(duì)象上。這就是開環(huán)系統(tǒng)的所有工作過程。

在理解了開環(huán)控制系統(tǒng)之后，那么閉環(huán)控制系統(tǒng)就簡(jiǎn)單多了。因?yàn)樗鄬?duì)于開環(huán)控制系統(tǒng)只是多了兩條帶箭頭的線、一個(gè)反饋（檢測(cè)裝置）和一個(gè)比較器。先來看一下閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖如下。所以它的工作流程跟開環(huán)系統(tǒng)很相似，其他名稱相同的裝置作用也相同，在這里就不再一一介紹了，我們只重點(diǎn)來看一下閉環(huán)控制系統(tǒng)跟開環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別。

這里的輸出通過檢測(cè)裝置檢測(cè)出來之后和輸入進(jìn)行比較。說到比較就可以想象輸入和輸出之間的關(guān)系，比如輸入是時(shí)間，輸出是水位，那么這兩個(gè)量怎么樣來比較？答案是：無法比較，時(shí)間和水位是兩個(gè)不同類型的數(shù)字。沒有辦法進(jìn)行比較，所以反過來我們就可以想要進(jìn)行比較，首先輸入和輸出肯定是相同類型的量，輸入是時(shí)間，輸出必然也是時(shí)間，輸入是溫度輸出必然也是溫度。以此類推。

說完了輸入和輸出的關(guān)系之后，開環(huán)和閉環(huán)的區(qū)別也就出來了。閉環(huán)系統(tǒng)自己會(huì)變換會(huì)判斷會(huì)不斷地修正，使得系統(tǒng)發(fā)展朝著人所預(yù)定的目標(biāo)依照更準(zhǔn)確的方向執(zhí)行。

舉個(gè)例子，游泳池水位控制系統(tǒng)，假如我們?cè)O(shè)定了兩個(gè)小時(shí)，輸出是游泳池的水位，那么兩個(gè)小時(shí)候不管水位有沒有到達(dá)我們事先預(yù)想的位置，系統(tǒng)都將停止工作。這就是開環(huán)控制系統(tǒng)。換成閉環(huán)控制系統(tǒng)就是，輸入設(shè)定水位，那么實(shí)際水位達(dá)到設(shè)定水位時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)停止工作，一會(huì)水被蒸發(fā)了，水漏了等情況發(fā)生，一旦實(shí)際水位和預(yù)定水位不一致，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)工作。始終保持著設(shè)定水位和實(shí)際水位是一致的，只要初始進(jìn)行設(shè)置后，再也不用人去管，是不是更智能？

不管是開環(huán)控制系統(tǒng)還是閉環(huán)控制系統(tǒng)都是人類智慧的體現(xiàn)。都是人類為了更好地生存，而去利用自然，合理改造自然實(shí)現(xiàn)自然為人所用，讓我們的生活質(zhì)量更高。

編輯 李琴芳