工作研究
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开环与闭环控制系统优缺点
王继光  白昊飞
（风神轮胎股份有限公司，河南 焦作 454003）
引言：
自动控制技术及其系统在今天社会中并不鲜见，小到可远程控制的智能家用电器、红绿灯，大到工业自动化生产线、飞机自动驾驶系统、导弹发射系统，都是自动控制技术及其系统的应用结果。在自动控制系统中，不同功能和需求的被控制对象需要匹配不同的控制技术，开环和闭环控制是两种不同原理的控制方式，也是自动控制系统中最基本的两种控制技术。 1开环控制系统
开环控制系统是指无信息反馈环节来影响当前控制的系统，信号的发出到结果产生是一条直线，无论结果如何对系统本身没有影响。领域内用于具象化描述开环控制系统的经典案例为“投篮”，人体大脑发出“投篮”的信号，通过控制手臂、手腕、手指来控制篮球离手时的速度、方向和力量，然后篮球被投出，至此这个控制过程完成。至于篮球最终有没有投中，并不会影响控制系统的活动。开环控制系统运行流程图如图1
所示。  图1  开环控制系统流程图 2闭环控制系统
闭环控制系统是指有信息反馈环节来影响当前控制的系统，
信号发出后系统会根据结果反馈的偏差进行调整，追求消除偏差
来获得更优质、更符合预期的系统效果。因此，闭环控制系统也
称反馈控制系统，结果能够在一定程度上影响系统的运行。领域
内用于具象化描述闭环控制系统的经典案例为“驾驶”，将司机与
汽车视作一个系统整体，司机的大脑输出控制信号，司机的双手、
脚控制汽车的方向盘、信号系统、刹车油门系统，最终实现对汽
车的控制，在汽车行驶过程中，司机需要通过视觉来不断矫正车
辆行驶的方向、速度等参数，最终使汽车能够安全到达目的地。
汽车的被控制程度和结果对整个驾驶控制过程有很大的影响，司
机的控制调整是参照系统控制结果来进行的。闭环控制系统运行
流程图如图2
所示。
图2 闭环控制系统流程图
3开环与闭环控制系统的区别
从以上两点阐述中可知，开环控制系统是按照时序进行的控
制系统，始终保持前进没有回头；而闭环控制系统有反馈、会调
节，被控对象会始终被控制在一个相对稳定的范围内，被控对象
所表现出的结果会在一定程度上影响控制系统运行、继而再一次
影响结果，结果与预期之间有比较的过程。由此可知，开环控制
系统与闭环控制系统的区别就在于：其一，开环无反馈，而闭环
有反馈；其二，开环结果对当前控制过程没有作用，而闭环结果对当前控制有偏差比较、纠正的作用；其三，开环的控制通常在一瞬间完成，而闭环的控制则通常会持续一段时间。
4开环与闭环控制系统的优缺点分析
4.1 开环控制系统的优缺点
开环控制系统的控制回路单一，信息从输入到输出遵循一条路径，没有回头路也没有纠正、调整、补偿的机会和能力，这种控制系统通常表现出较低的控制精确度和有效性，这是开环控制
系统的缺点。但如果选择将开环控制系统在相对稳定的环境中应用，能够干扰其控制结果的干扰因素几乎可以忽略，则开环控制系统省去了比较环节、反馈环境和纠正环节，从装置上更加精简，也更容易实现，这是开环控制系统的优点。
4.2 闭环控制系统的优缺点
闭环控制系统的控制回路复杂，信息从输入到输出并非只有一条路径，还有一条反馈路径，这使得控制系统拥有了纠正、调整、补偿的机会和能力，这种控制系统通常表现出更高的控制精
准度和有效性，这是闭环控制系统的优点。但相较于开环控制系
风神轮胎
统，闭环控制系统更加复杂，设计和制造成本也更高，更适合用
于相对复杂、干扰能量强的环境，在相对稳定的环境中应用则显
得过犹不及，这是闭环控制系统的缺点。
4.3 开闭环控制系统优缺点的比较
4.3.1 工作原理方面的比较
开环控制系统不能自动纠正、调整、补偿，控制精度较低，因此对系统控制参数的变化比较敏感，更适用于稳定性高或控制精度要求不高的情况下。闭环控制系统能够自动纠正、调整、补偿，控制精度较高，能够有效排除干扰因素带来的影响，因对系统控制参数的变化有调整机会，所以敏感度较低。也因此，闭环控制系统更适合应用在相对复杂或控制精度要求更高的情况下。 4.3.2 结构组成方面的比较 开环控制系统结构相对简单，没有比较、检测和反馈设备，为了保证系统控制结果常选用质量规格更高的元件。闭环控制系统结构相对复杂，通过比较、检测、反馈设备来抵抗干扰。也因此，开环控制系统的稳定性更高，闭环控制系统反馈回路的存在增加了系统的复杂性、降低了系统的稳定性，系统长时间处于动态的变化过程。 4.3.3 输入信息与干扰信息的比较
在开环控制系统中，能够干扰系统控制过程的是相同的信息，
而在闭环控制系统中，能够干扰系统控制过程的是不同的信息。
以光感照明系统为例，在周围环境的自然光线下降至一定标准时，照明系统启动点亮灯具，当有人造光源在附近时，照明系统感应
到光线亮度脱离既定标准，照明系统关闭灯具。
结束语：
综上所述，自动控制系统中开环控制系统和闭环控制系统的优缺点已经基本明晰，在明确优势和劣势的前提下进一步的研究才能做到扬长避短、事半功倍。否则，短板始终存在的情况下，自动控制系统研究会长时间受困于“木桶效应”，不利于我国自动控制技术及其系统的研究进程。 参考文献： [1]张敏.开环与闭环控制系统优缺点浅析[J].科技与企业,2014(17):118+121.