一. 開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的定義分析  
    二. 開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別及判斷方法  
    三. 閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框結(jié)構(gòu)及與實際系統(tǒng)的對應(yīng)關(guān)系  
    四. 閉環(huán)控制系統(tǒng)的各部分結(jié)構(gòu)的基本概念的歸納總結(jié)  
    五. 開閉環(huán), 自動和手動控制系統(tǒng)的總結(jié)  
    問題研討 1:  
    1. 人開電燈的控制方式  
    (1) 問提研討: 人打開電燈開關(guān)后, 不看電燈是否亮不亮, 這是一種什么控制 ?  
    (2) 人打開電燈開關(guān)后, 要看電燈是否亮不亮, 如不亮, 要多次開關(guān)電燈, 甚至檢修開關(guān), 直到開亮為止, 這是一種什么控制 ?  
    2. 人開汽車
    (1) 人手握方向盤開汽車是什么控制方式 ? 
    (2) 人兩手離開方向盤去發(fā)手機短信, 有拐彎時, 或有情況時手再扶方向盤, 這種開汽車方式是什么控制方式 ?
    問提研討 2: 
    (1) 自動控制系統(tǒng)是否一定是閉環(huán)控制 ?  
    舉例說明之
    (2) 按照控制的總定義, 是否有人參加的控制系統(tǒng)一定是閉環(huán)控制系統(tǒng) ? 
    (3) 開環(huán)控制系統(tǒng)一定沒有檢測, 反饋回路嗎 ? 
    (4) 水箱 ( 游泳池 ) 水位自動控制系統(tǒng)中, 被控對像是水箱 ( 游泳池 ) 嗎 ? 
    (5) 現(xiàn)在有些教材中出現(xiàn)“輸出量”的概念 ( 課標中沒有這個概念 ), 它是什么 ? 它等于被控量嗎 ? 
    一. 開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的定義分析  
    例 1. 
    飛鏢（圖 4-7 ）是同學們都很熟悉的運動。我們在投擲飛鏢時，首先會在腦子里確定一個希望射中的目標，然后再根據(jù)場地的情況及自己的經(jīng)驗，控制手臂的投擲動作，將飛鏢擲出。顯然，在飛鏢擲出后，飛鏢的飛行就不可控制了，能否命中目標，取決于飛鏢在投擲時的初始狀態(tài)，即投擲者的投擲水平。
    實際上，如果我們希望某一事物按照自己的意愿發(fā)展，就要對其進行干預(yù)，這種根據(jù)自己的目的，通過一定的手段使事物沿著某一確定的方向發(fā)展，就形成了控制。
    二. 開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別及判斷方法  
    (一) 開、閉環(huán)控制的定義 
能將控制的結(jié)果反饋回來與希望值進行比較，并根據(jù)它們的誤差及時調(diào)整控制的系統(tǒng)，稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。而不是將控制的結(jié)果反饋回來影響控制作用的系統(tǒng)，稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中將控制的結(jié)果反饋回來的部分，稱為反饋環(huán)節(jié)。閉環(huán)控制系統(tǒng)都有反饋環(huán)節(jié)，所以有時又稱閉環(huán)控制系統(tǒng)為反饋控制系統(tǒng)。反饋環(huán)節(jié)是閉環(huán)控制系統(tǒng)的重要特征。
    (二) 原課標中閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工作原理及理解中存在的問題  
    原理圖：  


    問題 
    給定量可以上負下正嗎？
    下方箭頭代表什么量？
    代表什么？ 
    被控量箭頭指向何方？ 
    輸出量是什么？ 
    (三) 閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念的補充理解  

    （注：被控量不是一個結(jié)構(gòu)實體，所以不能用實線方框，圖中虛線的改動只是一種理解方法，原圖并無錯誤）
開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別及判斷方法：
    案例一：騎自行車  
    案例二：駕駛汽車 
    案例三：空調(diào)系統(tǒng)和冰箱系統(tǒng) 
    一個有爭議的案例分析 —— 人投飛鏢是否是閉環(huán)控制：  

    控制過程分析
    第一次投飛鏢偏左 
    第二次投飛鏢偏右
    第三次經(jīng)過校正后飛鏢命中靶心
    結(jié)論：有檢測，有反饋，有控制校正，最后飛鏢命中靶心。這個控制過程是否閉環(huán)控制？
    現(xiàn)在我們來討論一個有爭議的案例。圖中顯示的是一個人，手中拿著飛鏢，對著靶心投飛鏢。投飛鏢的過程當中，假定第一次投的飛鏢偏左，投到左邊去了，第二次偏右，第三次命中目標。有的人認為這三次是經(jīng)過調(diào)整校正過程，有檢測有反饋有校正，最后命中靶心，把這三個過程合起來作為一個系統(tǒng)就構(gòu)成了閉環(huán)控制系統(tǒng)。現(xiàn)在全國分兩大結(jié)論，一類結(jié)論認為這三次投飛鏢是閉環(huán)控制過程，而另一類結(jié)論認為這個不是閉環(huán)控制系統(tǒng)，還是開環(huán)控制系統(tǒng)。這個爭論就比較大了。那么咱們怎么判定誰的說法是正確的呢？我們怎么討論、檢查或者判斷一個控制系統(tǒng)是閉環(huán)還是開環(huán)呢？這是要我們來討論一下課標和教材中的一些結(jié)論。就是第三個，課標和部分教材中關(guān)于閉環(huán)控制系統(tǒng)關(guān)于抗干擾作用的論述。
    (三)課標和部分教材中關(guān)于閉環(huán)控制系統(tǒng)抗干擾作用的論述  
    1. 課標中關(guān)于閉環(huán)控制系統(tǒng)抗干擾作用
    （四）控制與設(shè)計 
    1 ．內(nèi)容標準 
    （ 1 ）理解控制的含義及其在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用。
    例　事物的發(fā)展有多種可能性，人們根據(jù)自己的目的，通過一定的手段使事物沿著某一確定的方向發(fā)展，就形成了控制。
    （ 2 ）分析典型的案例，了解手動控制、自動控制，熟悉簡單的開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和簡單的工作過程。 
    例１　控制設(shè)計是對系統(tǒng)的信息流程、反饋機制進行分析和設(shè)計，使系統(tǒng)的運行達到最佳狀態(tài)。
    例２　開關(guān)控制燈的亮與滅（手動、開環(huán)控制）。
    例３　電冰箱冷藏室溫度的控制（自動，閉環(huán)控制）。
    （ 3 ）能畫出一個簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖，理解其中的控制器、執(zhí)行器等環(huán)節(jié)的作用，熟悉反饋環(huán)節(jié)的作用  

    例　畫出家用空調(diào)控制系統(tǒng)的方框圖。  
    （ 4 ）能結(jié)合案例找出影響簡單控制系統(tǒng)運行的主要干擾因素，并作分析。
    2. 部分教材中關(guān)于閉環(huán)控制系統(tǒng)抗干擾功能的論述 
    ? [**] 教材中有關(guān)論述：“閉環(huán)控制系統(tǒng)能不斷地修正控制效果，以減少被控量和基準量之間的誤差”。 
    ? B 教材中有關(guān)論述：“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，去減少或和消除這個偏差，使被控量與希望值趨于一致”。
    ? C 教材中有關(guān)論述：“不論何種原因造成系統(tǒng)的輸出量偏離給定量，閉環(huán)控制系統(tǒng)都會產(chǎn)生控制作用，來減少這一偏差”。 ( 注：此處的輸出量應(yīng)改為被控量才正確 !) 
    結(jié)論：
    ? 閉環(huán)控制系統(tǒng)一定有抗干擾性能。
    ? 無抗干擾性能的系統(tǒng)不是閉環(huán)控制系統(tǒng)。
    ? 抗干功能的能力和速度取決于閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能。 
    (四) 閉環(huán)控制系統(tǒng)的三個基本條件  
    1. 被控對象在控制過程中應(yīng)是同一個對象。
    2. 控制時系統(tǒng)不能中斷，應(yīng)進行實時控制。
    3. 應(yīng)能檢測被控量的誤差，并及時減少誤差。
    (五) 判斷一個系統(tǒng)是否閉環(huán)控制的兩種方法  
    1. 檢測能否抗干擾的方法 ( 干擾法 ) 
    （ 1 ）干擾被控量（空調(diào)）
    （ 2 ）干擾被控對象及比較器（人騎自行車）
    （ 3 ）人多次投飛鏢的狀態(tài)分析 —— 不能抗干擾 
    2. 檢查能否跟蹤基準量（跟蹤法） 
    （ 1 ）人為改變基準量，如果被控對象能及時受到控制，改變工作狀態(tài)，使被控量和基準量始終保持相同或相接近，則該系統(tǒng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)。
    （ 2 ）如果被控對象不能受到控制而改變工作狀態(tài)，使被控量（注意：不是輸出量）及時跟蹤基準量，則該系統(tǒng)不是閉環(huán)控制系統(tǒng)。
    注意：判斷一個系統(tǒng)是否閉環(huán)控制的兩種方法是等價的 ! 
    (六) 案例分析  
    （ 1 ）空調(diào)系統(tǒng)跟蹤基準量的變化 —— 人為設(shè)定溫度的變化 
    （ 2 ）人騎自行車跟蹤基準量的變化 —— 道路彎曲 
    （ 3 ）投飛鏢不能跟蹤基準量的變化 —— 飛鏢投出后，飛鏢靶移動時無法跟蹤
    (七) 知識拓展 —— 閉環(huán)控制系統(tǒng)的兩種類型 
    1. 兩個狀態(tài)的控制（低精確度）
    2. 無窮個狀態(tài)的連續(xù)控制（高精確度）
    案例分析：
    ? 非變頻式空調(diào)（兩個狀態(tài)）
    ? 變頻式空調(diào)（連續(xù)無窮個狀態(tài)）
    ? 茶壺倒水到茶杯（連續(xù)無窮個狀態(tài)）
    ? 人吃飯夾菜到嘴中（連續(xù)無窮個狀態(tài)）
    ? 精密制導(dǎo)導(dǎo)彈，飛船系統(tǒng)等工作過程（連續(xù)無窮個狀態(tài)）。
    三. 閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框結(jié)構(gòu)及與實際系統(tǒng)的對應(yīng)關(guān)系  
    (一) 下面 3 個閉環(huán)控制系統(tǒng)的表述是否正確 ?  
    (1) 一個電冰箱閉環(huán)控制系統(tǒng)
    (2) 一個恒溫加熱爐閉環(huán)控制系統(tǒng)
    (3) 一個恒定水位水箱閉環(huán)控制系統(tǒng)
    (1) 一個電冰箱閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖表述是否正確 ?  

    有錯誤的電冰箱閉環(huán)自動控制系統(tǒng)  

    正確的電冰箱閉環(huán)自動控制系統(tǒng)
    (2) 一個恒溫加熱爐閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖表述是否正確 ?  

    有錯誤的恒溫加熱爐閉環(huán)自動控制系統(tǒng)  

    正確的恒溫加熱爐閉環(huán)自動控制系統(tǒng)
    (3) 一個恒定水位水箱閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖表述是否正確 ?  

    錯誤的水箱閉環(huán)自動控制系統(tǒng)  

    正確的水箱閉環(huán)自動控制系統(tǒng) 
    (二) 錯誤的要點分析  
    1. 邏輯錯誤, 把系統(tǒng)整體又作為系統(tǒng)的其中一部分 ( 如冰箱, 恒溫箱 ) 。
    2. 把控制過程中物理量沒有變化的物體作為被控對象 ( 如水箱, 游泳池 ) 。
    3. 圖中的被控對象, 沒有輸出量輸出, 而且被控量在被控對象里面 
    (三) 輸出量是什么, 它等于被控量嗎 ?  
    輸出量是指由被控對象輸出的量
    (1) 在部分控制系統(tǒng)中, 輸出量等于被控量
    例：在開關(guān)電燈 ( 被控對象 ) 控制 ( 開環(huán) ) 系統(tǒng)中，輸出量是亮度，被控量是亮度。  

    在人騎自行車控制 ( 閉環(huán) ) 系統(tǒng)中，輸出量是前輪方向，被控量是前輪方向。  

    圖 4-21 騎自行車的控制過程
    圖 4-22 閉合的信號回路
    注意：圖 4-22 僅僅是圖 4-21 的方框圖, 它的輸出量等于被控量。圖 4-22 用于冰箱, 空調(diào)系統(tǒng)中是不正確的 !
    (2) 在另一部分控制系統(tǒng)中, 輸出量不等于被控量。
    例：在空調(diào)中, 輸出量是冷空氣流量 ( 熱容量 ) ，被控量是室內(nèi)空氣溫度，自來水塔中, 輸出量是水的流量，被控量是塔中水位的高度。
    四. 閉環(huán)控制系統(tǒng)的各部分結(jié)構(gòu)的基本概念的歸納總結(jié)  
    (1) 給定量：控制者給定的基準值, 又叫希望值。
    (2) 比較量：由被控量送來的樣品，用來和給定量作比較，比較量和給定量一定是同一量綱。
    (3) 比較器：將給定量與比較量進行比較，得到差值，并轉(zhuǎn)換成另一種量（可能是另一種量綱）送到控制器。
    (4) 控制器：將比較器輸出的量進行放大處理，然后將控制的控制量（或指令）送到執(zhí)行器, 控制器輸出的還不是強信號召力。
    (5) 執(zhí)行器：把控制器輸出的控制量（或指令）轉(zhuǎn)換成物理量，該量可以是力，電流，電壓，功等不同量綱的物理量，用來直接控制推動被控對象。
    (6) 被控對象：控制者實施控制的物體，被控制時一定會改變它的狀態(tài)，如改變它的方向，角度，速度，高度，溫度，等等 ; 被控對象的另一個特征是 : 它的輸出量的積累迭加, 并直接造成, 導(dǎo)至被控量的改變。
    (7) 輸出量：由被控對象輸出, 它的輸出積累迭加, 并直接造成, 導(dǎo)致被控量的改變。
    該量可能與被控量同一個量綱，例如自行車閉環(huán)控制系統(tǒng)中，被控的自行車的車頭角度與道路的方向量綱相同。被控對象的輸出量也可能與被控量不是同一個量綱，例如自來水塔閉環(huán)控制系統(tǒng)中，被控對象的輸出量是水的流量（立方米秒），而被控量是水塔中水位的高度（米）。
    (8) 被控量：控制者最終的控制目標量，它與給定量是同一個量綱。
    (9) 反饋環(huán)節(jié)：它包括檢測器 ( 包括轉(zhuǎn)換器 ) 和傳輸器（回路），它將被控量的樣品檢測, 轉(zhuǎn)換后，輸送到比較器。
    五. 開閉環(huán), 自動和手動控制系統(tǒng)的總結(jié)  
    (一) 事例  
    自動：開環(huán)，例如，定時澆水控制系統(tǒng)
    閉環(huán)，例如，濕度自動保持澆水系統(tǒng)
    手動：開環(huán)，例如，人投飛鏢, 投籃球
    閉環(huán)，例如，人騎自行車, 開汽車 
    (二) 調(diào)節(jié)電燈亮度三種控制方式  
    (1) 簡單的開關(guān)燈控制 ( 開環(huán)控制系統(tǒng) ) 
    (2) 可控硅控制亮度, 斷續(xù)多次反復(fù)調(diào)節(jié), 每次調(diào)完后, 手都松開電位器控制旋鈕, 直調(diào)節(jié)到亮度合適為止 ( 開環(huán)控制系統(tǒng) ) 
    (3) 可控硅控制亮度, 手不松開電位器控制旋鈕, 連續(xù)多次反復(fù)調(diào)節(jié), 直調(diào)節(jié)到亮度合適為止 ( 閉環(huán)控制系統(tǒng) )