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[摘要]“控制与设计”是通用技术中最重要的知识板块之一，其中的开环与闭环控制系统则是学习的重点和难点，纵观几次的通用技术高考，它都占有相当大的分量。
[关键词]控制系统；开环控制系统；闭环控制系统；反馈
教学中，由于学生不能准确的分辨出开环与闭环控制系统，并对方框图中控制器、控制对象、检测装置等环节理解不到位，导致学生出现问题较多，为了理清教学的困扰，现将我高三教学中的点滴经验，针对辨别开环和闭环控制系统的一些问题提出几点看法。
一、 明确开环与闭环控制系统的定义
开环控制系统：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响。
闭环控制系统：系统的输出量返回到输入端对控制过程产生影响。
开环控制方框图：
二、明晰开环与闭环控制系统的区别
由上图可以看出，闭环比开环控制系统多了一个反馈，有适当的检测装置把系统的输出量返回到输入端的过程。而开环控制系统结构简单，信息从输入端到输出端，仅有一条路径，本身不能对被控量的偏差进行调整和补偿，没有自动纠正的能力，控制精确度相对比较低，可以节省开支，容易实现、适用于较稳定的场合；而闭环控制系统有反馈，信息流经的路径有两条，构成一个闭合环路，不论何种原因都会产生控制作用来减少偏差，但设计麻烦，结构复杂，成本高，用于高精度和高可靠性的场合。如：大炮发射，是开环控制系统，因为开炮前瞄准控制，炮弹一旦出了膛就不再管了；而导弹发射，是闭环控制系统，因为导弹控制系统会根据对目标的偏差纠正偏差以力争命中目标。
三、领悟游戏中的开环与闭环控制系统
（一）闭着眼睛画：人脑控制手画眼睛：人脑——手——眼睛；控制过程中，没有反馈环节，不能对控制结果加以修正、调节。是个单程的控制流向，这是开环控制。
（二）睁着眼睛画：人脑控制手画眼睛，在此过程中，眼睛可以把手的位置及画的效果及时反馈给大脑，使得大脑准确精细的控制手去画好眼睛。控制过程中有反馈环节可以把控制结果反馈给人脑，控制流向形成了闭合回路，这是闭环控制。
四、理解系统中的各个环节的元件或参量
比较器：将给定量与被控量进行比较，求出偏差。
控制器：将偏差值进行运算处理，向执行器下达控制指令。
执行器：根据指令对被控对象进行控制，将被控量稳定在一定范围内，如电动机。
被控对象：需要控制的事物，如水箱、飞机、发动机等。
检测装置：它可以测量出被控量并返回到系统的输入端。
输入量：控制系统的给定量。
控制量：执行器的输出信号。
被控量（输出量）：控制系统的输出信号。
五、生活中常见的开、闭环的例子
注意：以下实例在各个环节中括号里的构成元件是考试中经常需要填写的，需要加强分析、理解。
（一）开环控制系统
1.声控灯控制系统
2.十字路口的红绿灯定时控制系统
3.宾馆火灾自动报警系统
4.活动猴控制系统
5.自动伸缩的晾衣架
由上图可以看出开环中输入量与输出量是不同性质的量，相应的例子还有西罗的自动门、红外线自动水龙头、宾馆自动叫醒服务、公共汽车门的开与关、普通电风扇控制系统、直流电动机、投影屏幕的升降控制、数控机床、电吹风控制系统、手电筒控制装置、闹钟定时控制系统、脱粒机等都是常见的开环控制系统。
（二）闭环控制系统
1.家用压力锅的压力控制系统
2.舵机控制系统
3.十字路口根据车流量大小的红绿灯控制系统
4.自动保温电热水壶控制系统
5.可调光台灯人工控制系统
由上图可以看出闭环中输入量与输出量是相同性质的量，相应的例子还有投篮、穿针引线、贴对联、花房温度控制系统、供水水箱的水位自动控制系统、粮库温湿度自动控制系统、加热炉温度控制系统、能扑灭蜡烛的机器人、蒸汽机转速控制系统、发动机转速补偿控制系统、飞机自动驾驶控制系统、电冰箱的温度控制系统等。
六、开环、闭环控制系统的典型案例剖析
（一）一款婴幼儿耳测体温计，它有一个声光警报装置，当测得温度高于37.5℃，就会发出嘟嘟声并闪烁，这个温度报警系统的控制方式属于（）
A、手动控制、开环控制 B、自动控制、开环控制
C、自动控制、闭环控制 D、手动控制、闭环控制
很明显题干中提到声光警报与前面的宾馆火灾自动报警控制相似，系统中输入量是温度，输出量是报警声，输入与输出不是相同性质的量，只要温度高于37.5℃就发出声音并闪烁，说明是一个单向的开环控制，再判断控制过程中是否有人的直接参加，所以用排除法选出答案是B。
（二）手机是现代生活中的通讯工具，一般都设有提示的“来电”的“振动”装置，它是由一个小型电动机带动转轴上的叶片转动，可表示为：外来信号、信号感应器、控制器、电机转动、叶片转动、手机振动。下列说法正确的是（ ），能够实现振动功能的是（）。
A、①可能是实现手机振动功能的叶片
B、②可能是实现手机振动功能的叶片
C、①②可能是实现手机振动功能的叶片 ① ②
D、该手机振动控制系统是开环控制系统
E、该手机振动控制系统中被控对象是电机
由题干中不难分析出此系统只有振动与不振动两种状态，不存在被控量在量上的误差，所以选D。电动机上连接有一个偏心的叶片，电机转动的时候，由于重心不断地改变，就会产生震动，所以选①。
（三）先锋公司最近推出了一款新型降噪耳机。它内置的微音器可以将外界的噪音吸取，外界的噪音大（小）其产生反向声波也大（小），反向声波和噪音叠加将噪音消除，其降噪效率可达90%。这种控制方式为（ ）。
A、开环手动控制系统 B、闭环自动控制系统
C、闭环手动控制系统 D、开环自动控制系统
由题干中可知此控制系统中的微音器随着外界的噪音大（小）产生相应的反向声波，反向声波和噪音叠加将噪音消除，说明有自动调整的能力，用排除法将A、C排除，而降噪效率可达90%，说明有较高的控制精度和较强的抗干扰性能，所以选B。
（四）学校的班级都配有饮水机，使用时，按下加热开关，使电热管通电加热升温，当热罐内的水被加热到设定的温度时，温控器触点断开，电热管停止加热。当水温下降到设定温度时，温控器触点接通电源回路，电热管重新发热，如此周而复始地使水温保持在85—95℃之间，这种饮水机的加热控制系统为（）。
A、开环手动控制系统 B、开环自动控制系统
C、闭环手动控制系统 D、闭环自动控制系统
由题干可知饮水机的输出量和设定量以及反馈量都是水温，检测装置一般是温度传感器，具有反馈环节的控制，能自动将水温保持在85—95℃之间，所以是闭环自动控制系统，所以选D。
（五）“水上运动之都”的日照再次成为2010年全国水上运动会的承办城市，比赛帆船中，控制器是（舵 ），执行器是（ 帆 ），被控对象是（船体）。
（六）投篮的控制器是（ 大脑 ），执行器是（ 手 ），被控对象是（ 篮球 ），检测装置是（ 眼睛 ）。
（七）“地球上的最后一滴水将是人类的眼泪！”，节约用水，需从你我做起，某中学设计的楼宇雨水收集装置，放于楼顶，利用进水池和蓄水桶中浮子的升降控制一、二级开关，从而接通或切断抽水机电源工作。
A、只有一级开关接通时，抽水机＿＿＿（能或不能）开始工作。
B、该系统是＿＿＿（开环或闭环）控制系统。
C、该系统的被控对象是＿＿＿。
D、建房时如果低于房顶建设蓄水桶，还需要使用抽水机吸水吗？
此题比较特殊，按照图来看很明显蓄水桶里有浮子这个检测装置，很容易分析成闭环，而题干中又提到了利用进水池和蓄水桶中浮子的升降控制一、二级开关，从而接通或切断抽水机电源工作，这句话就说明了它是一个简单的接通与断开电源的工作，所以是开环控制系统，被控对象不是蓄水池而是抽水机。要是只有一级开关接通时，抽水机不能开始工作，因为二级开关断开了说明蓄水桶里不需要加水，只有一、二级开关同时接通抽水机才能开始工作。建房时如果低于房顶建设蓄水桶，就不需要使用抽水机吸水了，地势低会自然流过去。
总之，不要认为有检测装置就是闭环控制系统，关键看检测装置检测到的信号是输入量还是系统的输出量，也就是看是否存在反馈，正反馈控制问题在此不作研究，我们研究的是减少误差的负反馈方式来达到控制目的的系统，自动门虽然存在红外线检测装置，但它的功能是有人就开门，无人就关门，是典型的开环控制系统，所以具体情况一定要具体分析，不能一概而论，通过分析排除，最终选出最准确的答案。
[参考文献]
[1]顾建军，技术与设计2[M].教学参考书，南京：江苏教育出版社，2008.
[2]《通用技术》编写组.技术与设计2.[M].教学参考书，北京：地质出版社，2007.
[3]技术课程标准研制组.技术课程标准解读[S]，武汉：湖北教育出版社，2009.
[4]山东省2011年高考自主命题研究小组.高考全真模拟试题，2011.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
[关键词]控制系统；开环控制系统；闭环控制系统；反馈
教学中，由于学生不能准确的分辨出开环与闭环控制系统，并对方框图中控制器、控制对象、检测装置等环节理解不到位，导致学生出现问题较多，为了理清教学的困扰，现将我高三教学中的点滴经验，针对辨别开环和闭环控制系统的一些问题提出几点看法。
一、 明确开环与闭环控制系统的定义
开环控制系统：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响。
闭环控制系统：系统的输出量返回到输入端对控制过程产生影响。
开环控制方框图：
二、明晰开环与闭环控制系统的区别
由上图可以看出，闭环比开环控制系统多了一个反馈，有适当的检测装置把系统的输出量返回到输入端的过程。而开环控制系统结构简单，信息从输入端到输出端，仅有一条路径，本身不能对被控量的偏差进行调整和补偿，没有自动纠正的能力，控制精确度相对比较低，可以节省开支，容易实现、适用于较稳定的场合；而闭环控制系统有反馈，信息流经的路径有两条，构成一个闭合环路，不论何种原因都会产生控制作用来减少偏差，但设计麻烦，结构复杂，成本高，用于高精度和高可靠性的场合。如：大炮发射，是开环控制系统，因为开炮前瞄准控制，炮弹一旦出了膛就不再管了；而导弹发射，是闭环控制系统，因为导弹控制系统会根据对目标的偏差纠正偏差以力争命中目标。
三、领悟游戏中的开环与闭环控制系统
（一）闭着眼睛画：人脑控制手画眼睛：人脑——手——眼睛；控制过程中，没有反馈环节，不能对控制结果加以修正、调节。是个单程的控制流向，这是开环控制。
（二）睁着眼睛画：人脑控制手画眼睛，在此过程中，眼睛可以把手的位置及画的效果及时反馈给大脑，使得大脑准确精细的控制手去画好眼睛。控制过程中有反馈环节可以把控制结果反馈给人脑，控制流向形成了闭合回路，这是闭环控制。
四、理解系统中的各个环节的元件或参量
比较器：将给定量与被控量进行比较，求出偏差。
控制器：将偏差值进行运算处理，向执行器下达控制指令。
执行器：根据指令对被控对象进行控制，将被控量稳定在一定范围内，如电动机。
被控对象：需要控制的事物，如水箱、飞机、发动机等。
检测装置：它可以测量出被控量并返回到系统的输入端。
输入量：控制系统的给定量。
控制量：执行器的输出信号。
被控量（输出量）：控制系统的输出信号。
五、生活中常见的开、闭环的例子
注意：以下实例在各个环节中括号里的构成元件是考试中经常需要填写的，需要加强分析、理解。
（一）开环控制系统
1.声控灯控制系统
2.十字路口的红绿灯定时控制系统
3.宾馆火灾自动报警系统
4.活动猴控制系统
5.自动伸缩的晾衣架
由上图可以看出开环中输入量与输出量是不同性质的量，相应的例子还有西罗的自动门、红外线自动水龙头、宾馆自动叫醒服务、公共汽车门的开与关、普通电风扇控制系统、直流电动机、投影屏幕的升降控制、数控机床、电吹风控制系统、手电筒控制装置、闹钟定时控制系统、脱粒机等都是常见的开环控制系统。
（二）闭环控制系统
1.家用压力锅的压力控制系统
2.舵机控制系统
3.十字路口根据车流量大小的红绿灯控制系统
4.自动保温电热水壶控制系统
5.可调光台灯人工控制系统
由上图可以看出闭环中输入量与输出量是相同性质的量，相应的例子还有投篮、穿针引线、贴对联、花房温度控制系统、供水水箱的水位自动控制系统、粮库温湿度自动控制系统、加热炉温度控制系统、能扑灭蜡烛的机器人、蒸汽机转速控制系统、发动机转速补偿控制系统、飞机自动驾驶控制系统、电冰箱的温度控制系统等。
六、开环、闭环控制系统的典型案例剖析
（一）一款婴幼儿耳测体温计，它有一个声光警报装置，当测得温度高于37.5℃，就会发出嘟嘟声并闪烁，这个温度报警系统的控制方式属于（）
A、手动控制、开环控制 B、自动控制、开环控制
C、自动控制、闭环控制 D、手动控制、闭环控制
很明显题干中提到声光警报与前面的宾馆火灾自动报警控制相似，系统中输入量是温度，输出量是报警声，输入与输出不是相同性质的量，只要温度高于37.5℃就发出声音并闪烁，说明是一个单向的开环控制，再判断控制过程中是否有人的直接参加，所以用排除法选出答案是B。
（二）手机是现代生活中的通讯工具，一般都设有提示的“来电”的“振动”装置，它是由一个小型电动机带动转轴上的叶片转动，可表示为：外来信号、信号感应器、控制器、电机转动、叶片转动、手机振动。下列说法正确的是（ ），能够实现振动功能的是（）。
A、①可能是实现手机振动功能的叶片
B、②可能是实现手机振动功能的叶片
C、①②可能是实现手机振动功能的叶片 ① ②
D、该手机振动控制系统是开环控制系统
E、该手机振动控制系统中被控对象是电机
由题干中不难分析出此系统只有振动与不振动两种状态，不存在被控量在量上的误差，所以选D。电动机上连接有一个偏心的叶片，电机转动的时候，由于重心不断地改变，就会产生震动，所以选①。
（三）先锋公司最近推出了一款新型降噪耳机。它内置的微音器可以将外界的噪音吸取，外界的噪音大（小）其产生反向声波也大（小），反向声波和噪音叠加将噪音消除，其降噪效率可达90%。这种控制方式为（ ）。
A、开环手动控制系统 B、闭环自动控制系统
C、闭环手动控制系统 D、开环自动控制系统
由题干中可知此控制系统中的微音器随着外界的噪音大（小）产生相应的反向声波，反向声波和噪音叠加将噪音消除，说明有自动调整的能力，用排除法将A、C排除，而降噪效率可达90%，说明有较高的控制精度和较强的抗干扰性能，所以选B。
（四）学校的班级都配有饮水机，使用时，按下加热开关，使电热管通电加热升温，当热罐内的水被加热到设定的温度时，温控器触点断开，电热管停止加热。当水温下降到设定温度时，温控器触点接通电源回路，电热管重新发热，如此周而复始地使水温保持在85—95℃之间，这种饮水机的加热控制系统为（）。
A、开环手动控制系统 B、开环自动控制系统
C、闭环手动控制系统 D、闭环自动控制系统
由题干可知饮水机的输出量和设定量以及反馈量都是水温，检测装置一般是温度传感器，具有反馈环节的控制，能自动将水温保持在85—95℃之间，所以是闭环自动控制系统，所以选D。
（五）“水上运动之都”的日照再次成为2010年全国水上运动会的承办城市，比赛帆船中，控制器是（舵 ），执行器是（ 帆 ），被控对象是（船体）。
（六）投篮的控制器是（ 大脑 ），执行器是（ 手 ），被控对象是（ 篮球 ），检测装置是（ 眼睛 ）。
（七）“地球上的最后一滴水将是人类的眼泪！”，节约用水，需从你我做起，某中学设计的楼宇雨水收集装置，放于楼顶，利用进水池和蓄水桶中浮子的升降控制一、二级开关，从而接通或切断抽水机电源工作。
A、只有一级开关接通时，抽水机＿＿＿（能或不能）开始工作。
B、该系统是＿＿＿（开环或闭环）控制系统。
C、该系统的被控对象是＿＿＿。
D、建房时如果低于房顶建设蓄水桶，还需要使用抽水机吸水吗？
此题比较特殊，按照图来看很明显蓄水桶里有浮子这个检测装置，很容易分析成闭环，而题干中又提到了利用进水池和蓄水桶中浮子的升降控制一、二级开关，从而接通或切断抽水机电源工作，这句话就说明了它是一个简单的接通与断开电源的工作，所以是开环控制系统，被控对象不是蓄水池而是抽水机。要是只有一级开关接通时，抽水机不能开始工作，因为二级开关断开了说明蓄水桶里不需要加水，只有一、二级开关同时接通抽水机才能开始工作。建房时如果低于房顶建设蓄水桶，就不需要使用抽水机吸水了，地势低会自然流过去。
总之，不要认为有检测装置就是闭环控制系统，关键看检测装置检测到的信号是输入量还是系统的输出量，也就是看是否存在反馈，正反馈控制问题在此不作研究，我们研究的是减少误差的负反馈方式来达到控制目的的系统，自动门虽然存在红外线检测装置，但它的功能是有人就开门，无人就关门，是典型的开环控制系统，所以具体情况一定要具体分析，不能一概而论，通过分析排除，最终选出最准确的答案。
[参考文献]
[1]顾建军，技术与设计2[M].教学参考书，南京：江苏教育出版社，2008.
[2]《通用技术》编写组.技术与设计2.[M].教学参考书，北京：地质出版社，2007.
[3]技术课程标准研制组.技术课程标准解读[S]，武汉：湖北教育出版社，2009.
[4]山东省2011年高考自主命题研究小组.高考全真模拟试题，2011.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文