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、生物等多個領域都有廣泛的應用。

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

(1)結構簡單：開環(huán)控制系統(tǒng)的結構相對簡單，主要由控制器、執(zhí)行器和被控對象組成。

(2)成本較低：由于結構簡單，開環(huán)控制系統(tǒng)的制造和維護成本相對較低。

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

(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)進行調(diào)整，因此控制精度有限。

開環(huán)控制的應用場景

開環(huán)控制系統(tǒng)常用于對控制精度要求不高、成本敏感或者系統(tǒng)穩(wěn)定性較好的場景。例如，簡單的溫度控制系統(tǒng)、簡單的速度控制系統(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)輸入信號和系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生控制作用，以實現(xiàn)對系統(tǒng)的精確控制。

閉環(huán)控制的特點

(1)結構復雜：閉環(huán)控制系統(tǒng)的結構相對復雜，除了控制器、執(zhí)行器和被控對象外，還需要引入傳感器和反饋回路。

(2)成本較高：由于結構復雜，閉環(huán)控制系統(tǒng)的制造和維護成本相對較高。

(3)抗干擾能力強：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)進行調(diào)整，實現(xiàn)高精度控制。

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

閉環(huán)控制的應用場景

閉環(huán)控制系統(tǒng)常用于對控制精度要求較高、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。

結構不同

開環(huán)控制系統(tǒng)的結構相對簡單，主要由控制器、執(zhí)行器和被控對象組成;而閉環(huán)控制系統(tǒng)的結構相對復雜，除了控制器、執(zhí)行器和被控對象外，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)的制造和維護成本相對較低，而閉環(huán)控制系統(tǒng)的制造和維護成本相對較高。

抗干擾能力不同

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

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)可以實現(xiàn)高精度控制。

響應速度不同

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

應用場景不同

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

?開環(huán)系統(tǒng)適用場景?

?簡單重復任務?：如流水線上的機械臂固定路徑運動。

?成本敏感型設備?：家用電器(電飯煲定時煮飯)、基礎輸送帶控制。

?干擾可忽略環(huán)境?：實驗室恒溫箱(環(huán)境溫度穩(wěn)定時)。

?閉環(huán)系統(tǒng)適用場景?

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

?動態(tài)環(huán)境?：無人機姿態(tài)控制、汽車巡航定速系統(tǒng)。

?能源優(yōu)化?：風機變頻調(diào)速系統(tǒng)通過閉環(huán)控制實現(xiàn)節(jié)能。

數(shù)控系統(tǒng)中我們總會聽到什么開環(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),其特點是系統(tǒng)的輸出量不會對系統(tǒng)的控制作用發(fā)生影響，不具備自動修正的能力。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)實際輸出偏離期望輸出，系統(tǒng)自身便利用負反饋產(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)不能檢測誤差，也不能校正誤差?？刂凭群鸵种聘蓴_的性能都比較差，而且對系統(tǒng)參數(shù)的變動很敏感。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合。 閉環(huán)控制的優(yōu)點是充分發(fā)揮了反饋的重要作用，排除了難以預料或不確定的因素，使校正行動更準確，更有力。但它缺乏開環(huán)控制的那種預防性。如在控制過程中造成不利的后果才采取糾正措施。因此，一般廣泛應用于對外界環(huán)境要求比較高、高精度場合。

2、結構組成

開環(huán)系統(tǒng)沒有檢測設備，組成簡單，但選用的元器件要嚴格保證質(zhì)量要求。閉環(huán)系統(tǒng)具有抑制干擾的能力，對元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應特性。

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)控機床的速度和精度都較低，其結構簡單，成本較低，調(diào)試維修方便;

2、閉環(huán)控制的數(shù)控機床的定位精度高，速度調(diào)節(jié)快，但工作臺慣性大，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

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

開環(huán)控制是指控制裝置與被控對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)，其特點是系統(tǒng)的輸出量不會對系統(tǒng)的控制作用發(fā)生影響，沒有自動修正或補償?shù)哪芰Α?

半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開環(huán)控制系統(tǒng)的伺服機構中裝有角位移檢測裝置，通過檢測伺服機構的滾珠絲杠轉角間接檢測移動部件的位移，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行比較，用比較后的差值進行控制，使移動部件補充位移，直到差值消除為止的控制系統(tǒng)。

這種伺服機構所能達到的精度、速度和動態(tài)特性優(yōu)于開環(huán)伺服機構，為大多數(shù)中小型數(shù)控機床所采用。

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，響應時間縮短，適合于對系統(tǒng)的響應時間，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。當操作者啟動系統(tǒng)，使之進入運行狀態(tài)后，系統(tǒng)將操作者的指令一次性輸向受控對象。此后，操作者對受控對象的變化便不能作進一步的控制。采用開環(huán)控制設計的人機系統(tǒng)，操作指令的設計十分重要，一旦出錯，將產(chǎn)生無法挽回的損失。

不將控制的結果反饋回來影響當前控制的系統(tǒng)。

舉例：

1、打開燈的開關——按下開關后的一瞬間，控制活動已經(jīng)結束，燈是否亮起已對按開關的這個活動沒有影響

2、投籃——籃球出手后就無法再繼續(xù)對其控制，無論球進與否，球出手的一瞬間控制活動即結束

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，并對輸入端施加控制影響的一種控制關系。帶有反饋信息的系統(tǒng)控制方式。當操作者啟動系統(tǒng)后，通過系統(tǒng)運行將控制信息輸向受控對象，并將受控對象的狀態(tài)信息反饋到輸入中，以修正操作過程，使系統(tǒng)的輸出符合預期要求。