(二)开环控制和闭环控制

首先,对控制系统和控制理论的概念做简单的介绍。

学术点讲,控制系统就是能改变系统未来状态的一种装置,它独立于控制对象本身,是我们人为设计出来给控制对象以控制信号的装置;而控制理论就是帮助我们合理设计这种装置的方法和策略

大白话讲就是,有一个系统(system),给它一个输入(Input),它就会有一个输出(output),现在我们想它按我们想的来输出。此时,控制系统就是产生输入的东西,控制理论则告诉我们到底给什么输入。

下面谈谈什么是开环控制和闭环控制。

开环控制指输入不依赖于输出的控制方式;而闭环控制指输出会反馈给输入端从而影响输入的控制方式。

举一个洗碗机的例子。下图中,当我们只输入时间这个控制变量的时候,就是开环控制,因为控制量时间一经设置好就不变,不随着输出——盘子清洁程度的变化而变化;

当我们在输出测安装盘子清洁度的探测器,形成反馈时,则构成闭环控制。闭环控制过程中,会首先设置一个参考值,这里即盘子的清洁程度;探测结果的会反馈到控制器的输入端,与我们设置的参考值进行比较,得到误差E;控制器根据E得到输入出结果,如果E>0,说明盘子还没洗干净,需要增加清洁时间t,直到E=0,盘子被清洗干净。这一不断反馈并修正输入的过程构成了完整的闭环,即“闭环控制”。

至此,我们就能看出闭环系统的好处了:

  • 具备自适应调节的能力,可以自动调节输入信号,使系统输出我们想要的参考值,且这一过程不需要人为干预;
  • 稳定性更高,自适应能力提高了系统稳定性,因为它能对不合理的输入进行“纠正”,防止不合理输入带来的系统崩溃;

当然,这种自适应和保持稳定的能力有一定限度的,具体如何判断,后面会陆续揭晓~

注:文中图片来自油管博主Brian Douglas视频。