開環(huán)控制與閉環(huán)控制是兩種常見的控制方式，在工程、物理、生物等多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

一、開環(huán)控制

開環(huán)控制的概念

開環(huán)控制(Open-loop control)是一種控制系統(tǒng)，其控制過程不依賴于系統(tǒng)的輸出反饋。在開環(huán)控制系統(tǒng)中，控制器根據(jù)輸入信號(hào)直接產(chǎn)生控制作用，而不考慮系統(tǒng)的輸出狀態(tài)。

開環(huán)控制的特點(diǎn)

(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：開環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，主要由控制器、執(zhí)行器和被控對(duì)象組成。

(2)成本較低：由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開環(huán)控制系統(tǒng)的制造和維護(hù)成本相對(duì)較低。

(3)響應(yīng)速度快：開環(huán)控制系統(tǒng)在輸入信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，可以迅速產(chǎn)生控制作用，響應(yīng)速度快。

(4)抗干擾能力差：由于開環(huán)控制系統(tǒng)不依賴于輸出反饋，對(duì)外部干擾的抵抗能力較差。

(5)控制精度有限：開環(huán)控制系統(tǒng)無法根據(jù)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，因此控制精度有限。

開環(huán)控制的應(yīng)用場(chǎng)景

開環(huán)控制系統(tǒng)常用于對(duì)控制精度要求不高、成本敏感或者系統(tǒng)穩(wěn)定性較好的場(chǎng)景。例如，簡(jiǎn)單的溫度控制系統(tǒng)、簡(jiǎn)單的速度控制系統(tǒng)等。

二、閉環(huán)控制

閉環(huán)控制的概念

閉環(huán)控制(Closed-loop control)是一種控制系統(tǒng)，其控制過程依賴于系統(tǒng)的輸出反饋。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，控制器根據(jù)輸入信號(hào)和系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生控制作用，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的精確控制。

閉環(huán)控制的特點(diǎn)

(1)結(jié)構(gòu)復(fù)雜：閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，除了控制器、執(zhí)行器和被控對(duì)象外，還需要引入傳感器和反饋回路。

(2)成本較高：由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，閉環(huán)控制系統(tǒng)的制造和維護(hù)成本相對(duì)較高。

(3)抗干擾能力強(qiáng)：閉環(huán)控制系統(tǒng)可以根據(jù)輸出反饋調(diào)整控制作用，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

(4)控制精度高：閉環(huán)控制系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)高精度控制。

(5)響應(yīng)速度較慢：由于需要處理反饋信號(hào)，閉環(huán)控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度相對(duì)較慢。

閉環(huán)控制的應(yīng)用場(chǎng)景

閉環(huán)控制系統(tǒng)常用于對(duì)控制精度要求較高、系統(tǒng)穩(wěn)定性較差或者外部干擾較大的場(chǎng)景。例如，高精度的溫度控制系統(tǒng)、高精度的速度控制系統(tǒng)、機(jī)器人控制系統(tǒng)等。

三、開環(huán)控制與閉環(huán)控制的主要區(qū)別

控制方式不同

開環(huán)控制不依賴于系統(tǒng)的輸出反饋，而閉環(huán)控制依賴于系統(tǒng)的輸出反饋。

結(jié)構(gòu)不同

開環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，主要由控制器、執(zhí)行器和被控對(duì)象組成;而閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，除了控制器、執(zhí)行器和被控對(duì)象外，還需要引入傳感器和反饋回路。

成本不同

開環(huán)控制系統(tǒng)的制造和維護(hù)成本相對(duì)較低，而閉環(huán)控制系統(tǒng)的制造和維護(hù)成本相對(duì)較高。

抗干擾能力不同

開環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)外部干擾的抵抗能力較差，而閉環(huán)控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

控制精度不同

開環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度有限，而閉環(huán)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高精度控制。

響應(yīng)速度不同

開環(huán)控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度快，而閉環(huán)控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度相對(duì)較慢。

應(yīng)用場(chǎng)景不同

開環(huán)控制系統(tǒng)常用于對(duì)控制精度要求不高、成本敏感或者系統(tǒng)穩(wěn)定性較好的場(chǎng)景;而閉環(huán)控制系統(tǒng)常用于對(duì)控制精度要求較高、系統(tǒng)穩(wěn)定性較差或者外部干擾較大的場(chǎng)景。

?開環(huán)系統(tǒng)適用場(chǎng)景?

?簡(jiǎn)單重復(fù)任務(wù)?：如流水線上的機(jī)械臂固定路徑運(yùn)動(dòng)。

?成本敏感型設(shè)備?：家用電器(電飯煲定時(shí)煮飯)、基礎(chǔ)輸送帶控制。

?干擾可忽略環(huán)境?：實(shí)驗(yàn)室恒溫箱(環(huán)境溫度穩(wěn)定時(shí))。

?閉環(huán)系統(tǒng)適用場(chǎng)景?

?高精度需求?：半導(dǎo)體制造中的晶圓傳輸、醫(yī)療設(shè)備(如胰島素泵劑量控制)。

?動(dòng)態(tài)環(huán)境?：無人機(jī)姿態(tài)控制、汽車巡航定速系統(tǒng)。

?能源優(yōu)化?：風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)通過閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

數(shù)控系統(tǒng)中我們總會(huì)聽到什么開環(huán)控制、半閉環(huán)控制、閉環(huán)控制等名詞，這幾個(gè)控制系統(tǒng)的不同主要是由于伺服系統(tǒng)的控制原理不同。下面賢集網(wǎng)小編就給大家講講開環(huán)控制與閉環(huán)控制的區(qū)別、特點(diǎn)及開環(huán)控制系統(tǒng)生活舉例。

什么是開環(huán)控制與閉環(huán)控制

開環(huán)控制是指控制裝置與被控對(duì)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(huì)對(duì)系統(tǒng)的控制作用發(fā)生影響，不具備自動(dòng)修正的能力。其輸入可分為給定值輸入和干擾輸入。

閉環(huán)控制是將輸出量直接或間接反饋到輸入端形成閉環(huán)、參與控制的控制方式。若由于干擾的存在，使得系統(tǒng)實(shí)際輸出偏離期望輸出，系統(tǒng)自身便利用負(fù)反饋產(chǎn)生的偏差所取得的控制作用再去消除偏差，使系統(tǒng)輸出量恢復(fù)到期望值上，這正是反饋工作原理。

開環(huán)控制與閉環(huán)控制的區(qū)別

自動(dòng)控制原理中開環(huán)和閉環(huán)的區(qū)別：

1、工作原理

開環(huán)控制系統(tǒng)不能檢測(cè)誤差，也不能校正誤差。控制精度和抑制干擾的性能都比較差，而且對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的變動(dòng)很敏感。因此，一般僅用于可以不考慮外界影響，或慣性小，或精度要求不高的一些場(chǎng)合。 閉環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)是充分發(fā)揮了反饋的重要作用，排除了難以預(yù)料或不確定的因素，使校正行動(dòng)更準(zhǔn)確，更有力。但它缺乏開環(huán)控制的那種預(yù)防性。如在控制過程中造成不利的后果才采取糾正措施。因此，一般廣泛應(yīng)用于對(duì)外界環(huán)境要求比較高、高精度場(chǎng)合。

2、結(jié)構(gòu)組成

開環(huán)系統(tǒng)沒有檢測(cè)設(shè)備，組成簡(jiǎn)單，但選用的元器件要嚴(yán)格保證質(zhì)量要求。閉環(huán)系統(tǒng)具有抑制干擾的能力，對(duì)元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。

3、穩(wěn)定性

開環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性比較容易解決。閉環(huán)系統(tǒng)中反饋回路的引入增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。

數(shù)控系統(tǒng)中開環(huán)，閉環(huán)，半閉環(huán)的區(qū)別：

1、開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床的速度和精度都較低，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，調(diào)試維修方便;

2、閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床的定位精度高，速度調(diào)節(jié)快，但工作臺(tái)慣性大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不易控制;

3、半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床的加工精度和速度較好，系統(tǒng)調(diào)節(jié)比閉環(huán)系統(tǒng)方便，穩(wěn)定性好，成本比閉環(huán)系統(tǒng)低。

開環(huán)控制與閉環(huán)控制的特點(diǎn)

開環(huán)控制沒有反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高，響應(yīng)時(shí)間相對(duì)來說很長，精確度不高，使用于對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性精確度要求不高的簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。

開環(huán)控制是指控制裝置與被控對(duì)象之間只有按順序工作，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(huì)對(duì)系統(tǒng)的控制作用發(fā)生影響，沒有自動(dòng)修正或補(bǔ)償?shù)哪芰Α?

半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開環(huán)控制系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)中裝有角位移檢測(cè)裝置，通過檢測(cè)伺服機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠轉(zhuǎn)角間接檢測(cè)移動(dòng)部件的位移，然后反饋到數(shù)控裝置的比較器中，與輸入原指令位移值進(jìn)行比較，用比較后的差值進(jìn)行控制，使移動(dòng)部件補(bǔ)充位移，直到差值消除為止的控制系統(tǒng)。

這種伺服機(jī)構(gòu)所能達(dá)到的精度、速度和動(dòng)態(tài)特性優(yōu)于開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)，為大多數(shù)中小型數(shù)控機(jī)床所采用。

閉環(huán)控制有反饋環(huán)節(jié)，通過反饋系統(tǒng)是系統(tǒng)的精確度提高，響應(yīng)時(shí)間縮短，適合于對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，穩(wěn)定性要求高的系統(tǒng)。

開環(huán)控制系統(tǒng)生活舉例

開環(huán)控制是指無反饋信息的系統(tǒng)控制方式。當(dāng)操作者啟動(dòng)系統(tǒng)，使之進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，系統(tǒng)將操作者的指令一次性輸向受控對(duì)象。此后，操作者對(duì)受控對(duì)象的變化便不能作進(jìn)一步的控制。采用開環(huán)控制設(shè)計(jì)的人機(jī)系統(tǒng)，操作指令的設(shè)計(jì)十分重要，一旦出錯(cuò)，將產(chǎn)生無法挽回的損失。

不將控制的結(jié)果反饋回來影響當(dāng)前控制的系統(tǒng)。

舉例：

1、打開燈的開關(guān)——按下開關(guān)后的一瞬間，控制活動(dòng)已經(jīng)結(jié)束，燈是否亮起已對(duì)按開關(guān)的這個(gè)活動(dòng)沒有影響

2、投籃——籃球出手后就無法再繼續(xù)對(duì)其控制，無論球進(jìn)與否，球出手的一瞬間控制活動(dòng)即結(jié)束

閉環(huán)控制指作為被控的輸出以一定方式返回到作為控制的輸入端，并對(duì)輸入端施加控制影響的一種控制關(guān)系。帶有反饋信息的系統(tǒng)控制方式。當(dāng)操作者啟動(dòng)系統(tǒng)后，通過系統(tǒng)運(yùn)行將控制信息輸向受控對(duì)象，并將受控對(duì)象的狀態(tài)信息反饋到輸入中，以修正操作過程，使系統(tǒng)的輸出符合預(yù)期要求。