一个简单游戏引发的思考.docx
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一个简单游戏引发的思考
第一章反馈
第一节一个简单游戏引发的思考
如果现在提到“自动化”，几乎每个人都能够举出许多自动化的例子，从家用电器（如冰箱、空调的温度控制），到工业自动化生产线、导弹制导、飞机导航，再到宇宙飞船、人造地球卫星在预定轨道上的运行及准确回收，“自动化”如影形随，渗透到人类社会的各个层面，无时不在，无处不在。
可以说，一个国家自动化程度的高低，已经成为衡量其科学技术和经济发展水平的一个重要标志。
那么，大家是否想过是什么原因使得电冰箱可以保持温度的恒定、人造地球卫星可以在预定的轨道上运行吗？
也就是电冰箱等自动化设备能够不需要人的参与而实现“自动控制”的奥秘是什么呢？
为了说明这个问题，我们先来做一个游戏。
让小王和小张两个人分别去拿放在桌子上的一本书，不同的是，小王的双眼被蒙上了，而小张没有，然后，看他们谁能够准确地拿到书。
图1-2小王不能顺利地拿到书
结果是很明显的，小王可能要试很多次才能拿到书，但是小张却可能会准确地拿到书（如图1-1和图1-2所示）。
这是为什么呢？
也许有人会说，这太简单了，那是因为小王看不见。
但是为什么看不见就无法准确地拿到书呢？
我们来分析一下拿书这个动作完成的过程。
当人试图去拿书时，大脑送出一个信号命令手去执行这个任务。
这时，眼睛将不断地观测书和手的位置，并将这个信息送入大脑。
然后，由大脑根据手的位置与书的位置间的距离（偏差）大小发出命令，控制手臂向减少这个距离的方向移动（使偏差减小）。
只要这个偏差存在，上述过程就要反复进行。
一旦手拿到了书，偏差减小为零，大脑就命令手停止运动，人便完成了用手拿书的过程。
由于小王被蒙住了双眼，自然他就无法知道自己的手和书之间的距离（偏差）是多少，因而也就无法快速而准确地拿到书了。
由此可以看出，手和书的位置间的“偏差”信息影响着拿书过程的顺利完成。
那么，人的大脑是如何获得这个“偏差”信息的呢？
下面我们再看一个手动控制热水箱温度的实验。
如图1-3所示，其中，操作员用手指测量热水箱的温度，当手指感到的温度高于给定的目标温度（设定值）时，操作员就用另一只手关闭阀门，从而使蒸汽量减少；如果手指感到温度低于目标温度，则打开阀门，使蒸汽量增加。
在这个实验中，人的大脑根据水箱的实际温度与目标温度间的“偏差”，做出判断并命令手进行相应的操作，关闭或打开阀门，从而使热水箱的温度保持在目标值上（即使“偏差”减小）。
图1-3手动控制温度的漫画
由此我们也可以看出，水箱的实际温度和目标值间的“偏差”信息影响着“手动控制温度”的顺利完成。
那么，操作员的大脑又是如何获得这个“偏差”信息的呢？
现在，我们把“用手拿书”的过程用图1-4来模拟表示。
图1-4清楚地显示出，手拿书的过程是通过眼睛、大脑和手来实现的。
其中，书和手的位置是通过眼睛测量到的，这个测量信息经过大脑判断后，发出命令，让手向书的位置移动（即使手的位置和书的位置一致），最终实现拿起书的目的。
因此，人的大脑之所以能够获得手和书的位置间的“偏差”信息，是由于“手的位置”信息通过眼睛传给了大脑。
同样，我们将图1-3的“手动控制温度”的操作过程用图1-5的模拟图来表示。
由图1-5可以清楚地看出，操作员通过“手指”测量水箱的温度，然后，大脑将“手指”测量到的温度值与目标温度值进行比较、判断，并发出命令，最后，手执行大脑发出的命令（打开或关闭阀门）。
因此，操作员之所以能够获得水箱温度与目标温度的“偏差”，是由于“水箱温度”的信息通过操作员的手指传给了大脑。
至此，我们已经知道了在“用手拿书”中，人是通过眼睛和大脑获得“偏差”信息的；在“手动控制温度”中，操作员是通过手指和大脑获得“偏差”信息的。
正是由于获得了这些“偏差”信息，才使得“用手拿书”和“控制热水箱的温度”等活动能够顺利进行。
但是，值得我们思考的是，在“用手拿书”和“手动控制温度”这两个过程中，“偏差”信息的产生是否有某种共同之处呢？
也就是说，是否存在某个相同的“神秘人物”在操纵着这两个过程中“偏差”的产生呢？
如果存在，那么这个“神秘人物”又是谁呢？
为了看清这个“神秘人物”的庐山真面目，我们首先将图1-5所示的“手动控制温度”的装置进行“改造”，以使其能够不需要人的直接参与而自动工作。
在图1-5中，操作员通过“手指”测量水箱的温度，然后，大脑将“手指”测到的温度值与目标温度值进行比较、判断，并发出命令，最后，手执行大脑发出的命令（打开或关闭阀门）。
现在，我们用一些设备模仿和代替人的智能。
其中，用某种“检测装置”代替手指测量温度，用能够进行“比较”和“产生控制命令”的装置代替大脑，用能够完成“打开或关闭”阀门的机器装置代替手，这样我们就实现了用机器完成上面的“控制水箱温度”的操作，它的操作过程如图1-6所示。
通常，我们把这种没有人的直接参与而是利用机器设备装置完成的控制称为自动控制系统。
由图1-6可以清楚地看到，“比较装置”将“检测装置”测量到的水箱实际温度与目标温度相比较，并将比较的结果——“偏差”信息传递给“控制装置”。
所以，“比较装置”能否产生“偏差”信息关键在于是否能够获得水箱的实际温度值，也就是说，水箱的实际温度是否通过某种“检测装置”被传回到“比较装置”中是获得“偏差”的关键。
在“手取书”游戏中，小张正是由于他的“手位置”信息能通过“检测装置”——眼睛，不断地、准确地传回给“比较装置”——大脑，才能够准确地获得“偏差”信息，并由此产生正确的命令，使手向书的位置移动直至拿起书。
而小王则由于蒙住了双眼，使得“手位置”信息无法正确地传回给大脑，也就无法顺利地完成取书这个过程。
同样，在“手动控制温度”中，操作员正是由于水箱的实际温度通过“检测装置”——手指，传给“比较装置”——大脑，才及时地获得“偏差”信息，从而发布正确的命令，使得阀门被打开或关闭。
通过上述的分析，我们已经可以看出，那个使大脑能够获得“偏差”信息的“神秘人物”的作用就是，将“手的位置”或“水箱的温度”的信息传回给“比较装置”，并与“书的位置”或“目标温度”相比较获得“偏差”信息。
这个“神秘人物”的名字就是反馈。
正是由于反馈的存在，小张才能及时地、准确地获得手和书间的偏差信息，并让手向使“偏差”减小的方向移动。
正是由于反馈的存在，操作员才能知道水箱的温度与目标温度的“偏差”，才能正确操作阀门。
同样，在图1-6的自动控制系统中，正是由于反馈的存在，“控制装置”才能获得“偏差”信息，并发出正确的命令，驱动“执行装置”打开或关闭阀门，从而使得水箱的温度自动控制在目标值。
因此，可以说，正是由于反馈过程的存在，才使得“水箱温度的自动控制”成为可能。
至此，我们已经知道了反馈就是我们在引言中所提问题的答案，即反馈是自动化技术的奥妙所在。
既然反馈在自动控制中的地位如此重要，那么，下面我们就对反馈的特点、工作原理及反馈技术的发展历史作进一步的介绍。
第二节自动控制的灵魂——反馈
从上面的分析，我们已经知道，反馈在自动控制系统中起着关键作用。
其实，反馈不仅在自动控制系统中起着重要作用，而且也广泛地存在于人类的社会生活中。
正如控制论创始人维纳（Norbert·Wiener）在其1948年出版的著作《控制论》（或《关于在动物和机器中控制和通讯的科学》）中指出的一样，反馈是机器和动物中控制的共同特性。
例如，在前面的游戏中我们已经看到，即使象拿书或拾起地上的铅笔这样一类的随意运动，也离不开反馈的作用。
同样，生物体本身也存在着许多复杂的反馈过程，如人的体温、血压的自动调节过程。
又比如在社会经济系统中，商品市场中的供求偏差对生产的调节也是一种反馈过程。
那么，反馈在控制系统中是如何发挥作用的呢？
它又有什么特点呢？
●反馈的特点和工作原理
为了给反馈下一个明确地定义，我们先来介绍前面我们已多次提到过的两个名词——“系统”和“控制”。
其实，“系统”是一个非常一般和基本的概念，关于它有着许多的定义。
笼统地说，宇宙间的万事万物，人们研究的所有对象都可以说是系统。
严格地说，“系统”（system）指由相互关联、相互制约、相互作用的一些部分组成的具有某种功能的有机整体。
例如，图1-6所示的温度自动控制系统就是由“比较装置”、“控制装置”、“执行装置”、“阀门”、“检测装置”、“水箱”这些部分紧密相联所构成。
在一个系统中，一般将输入到系统中的量称为“输入量”或“输入信号”，如图1-6中的“目标温度”为输入量；将由系统产生的量称为“输出量”或“输出信号”，如图1-4中的“水箱温度”为输出量。
“控制”是控制论中最重要的概念。
它是和目的性直接相关的，没有目的，就谈不上控制；同样，没有选择，也就没有控制。
对一个系统的控制，就是驱动此系统使其有效地达到预定的目的。
通俗地说，为使某种机器或设备处于希望的状态而对其进行的操作就是控制。
例如，在图1-6所示的温度自动控制系统中，为使水箱内的温度保持在目标值上，“控制装置”和“执行装置”就需要根据反馈回来的偏差对“阀门”进行打开或关闭的操作（控制）。
我们现在给出反馈的定义，反馈是指将输出量送回到系统的输入端并与目标值（输入量）进行比较的过程。
严格地说，反馈指系统作用的结果反过来对系统功能特性的影响。
在图1-6所示的温度自动控制系统中，系统是根据水箱温度与目标温度的偏差来操纵阀门的开或关，从而控制系统的输出量（即容器的温度）。
这种工作原理就称为反馈控制原理，即通过比较系统的输出与期望行为（目标）之间的偏差，进行控制以消除偏差的方法。
利用这一原理组成的系统称为反馈控制系统。
由此可见，有反馈存在，按偏差进行控制，是反馈控制系统最主要的特点。
例如，在图1-6所示的温度自动控制系统中，正是由于“检测装置”能够不断地将水箱的温度（系统输出量）反馈给“比较装置”，并将其与目标值进行比较，然后，“控制装置”根据比较结果（偏差）产生相应控制信号，最后，“执行装置”执行接收到的控制信号（打开或关闭阀门），从而才能使“偏差”逐渐地变小或消除。
也就是说，正是由于反馈过程的存在，才使得“温度控制的自动化”成为可能。
反馈控制原理不仅广泛应用于工业自动控制系统中，而且，在军事自动化中反馈也是主要的控制技术之一。
例如，激光制导导弹就是利用反馈控制原理跟踪目标的，其原理和老鹰猎食过程的机理相似。
我们知道，老鹰在捕捉飞速奔跑的兔子的时候，眼睛、大脑和翅膀构成了一个负反馈控制系统：
眼睛用来接收自己的位置与兔子位置的距离或者说是目标差，并把接收的信息传向大脑；大脑向翅膀发出指令，指挥它进行着能够向减少目标差的方向飞行的运动；不断重复着这种负反馈的调节过程，就使得不论兔子怎样跑，老鹰都能够紧紧盯住它，并逐渐缩小它们之间的距离，直到老鹰捉住兔子。
同样，激光制导导弹也是利用反馈控制原理去紧紧盯住目标。
在实施攻击时，飞行员首先通过激光电视系统搜索目标，这种系统能够在飞机内的荧光屏上显示一个粗略但很清晰的图像；同时激光测距仪在不断测量飞机与目标之间的距离，当这个距离在导弹射程之内时，它会提醒飞行员发射导弹。
脱离飞机后的导弹最初将按照发出时给出的目标指示自主制导飞行，随后在设定的时间内启动向目标照射激光的照射器，当目标反射回来的信号能够被导引头接收时，不断缩小目标差的负反馈系统就能够调整导弹飞行姿态，击中目标。
综上所述，我们可以说自动控制的核心思想就是反馈，反馈是自动控制的灵魂。
最后，请大家思考一下，在上面的温度自动控制系统（图1-6）中，如果仅有反馈过程的存在，是否就一定能够保证温度控制系统的正常工作呢？
其实，从“用手拿书”和“手动控制温度”中，我们可以看到，大脑和手也起着非常重要的作用，首先大脑要能够正确地比较“输出量”和“设定值”之间的偏差，并能够发出正确的命令，然后，手必须能够正确地实现大脑发出的命令（即向书的方向移动或旋转蒸汽阀门）。
因此，对于患有小脑性震颤（或称目的性震颤）的病人来说，虽然他能够获得“书的位置”或“水箱温度”的反馈信息，但他无法顺利地完成“拿书”或“打开、关闭阀门”的工作。
由此，我们知道，在自动控制系统中（如图1-4的温度自动控制系统），除了反馈过程外，系统的其他部分（如“比较装置”、“控制装置”和“执行装置”）对于一个控制系统能否正常工作也是非常重要的。
通过上面的分析，我们已经知道反馈在控制系统中的重要性，那么，反馈控制是从何时发展起来的呢？
●离心调速器——反馈控制的里程碑
其实，将反馈控制原理应用于生产劳动的实践活动早在古代就已经开始了。
例如，大约在1620年，荷兰人柯累略斯·德雷贝尔（CorneliusDrebbel）发明了一种具有温度自动调节功能的鸡蛋孵化器，就是一个反馈控制系统。
它是用火通过孵化器内外夹层中的水间接加热的，而火焰的大小靠孵化器顶部的通风口挡板的开度来调节，孵化器内部温度由温度计来测量，温度的升降可以使排风口开度减小或增大。
这样孵化器内部的温度（系统输出量）与设定温度（输入量）的偏差，就通过排风口和火焰而得到控制。
从上面这个例子我们可以看出，早期的自动控制装置比较简单，而且自动化程度也不高。
这种状况一直持续到了十八世纪。
1788年，为了解决工业生产中蒸汽机的速度控制问题，英国工程师瓦特在自己发明的蒸汽机上安装了一个飞球，并将它与蒸汽机的阀门连接在一起，构成了一个离心调速器，使蒸汽机成为一种实用的有效的动力设备，从而引发了第一次工业革命，同时也为自动化的发展带来了巨大的动力。
说起瓦特发明蒸汽机还有一段有趣的故事。
1764年，格拉斯哥大学收到一台要求修理的纽可门蒸汽机，任务交给了当时在格拉斯哥大学当仪器修理工的瓦特。
瓦特把它修好后，发现它工作时颠颠颤颤地就象一个老人在喘气。
经过研究，他发现毛病主要是由于缸体随着蒸汽每次热了又冷，冷了又热，白白浪费了许多热量。
那么，能不能让它一直保持不冷而活塞又照常工作呢？
于是他自己出钱租了一个地窖，收集了几台报废的蒸汽机，决心要造出一台新式机器来。
从此，瓦特整日摆弄这些机器，两年后，总算弄出个新机样子。
可是点火一试，那汽缸到处漏气，瓦特想尽办法，用毡子包，用油布裹，几个月过去了，还是治不了这个毛病。
一天，他又趴到汽缸前观察漏气的原因，不小心一股热气冲出，他急忙躲闪，右肩上已是红肿一片，就像被一把热刀削过一样，辣辣地疼起来，弄得他心烦意乱。
他真有些灰心了，这时，是他的妻子给了他勇气，妻子用激将法又激起了瓦特继续研究下去的雄心。
他又回到地下实验室，将过去的资料重新翻阅一番，打起精神又干了起来，干累了就守着炉子烧一壶水喝茶。
一天，他一边喝茶，一边看着那一动一动的壶盖。
他看看炉子上的壶又看看手中的杯子，突然灵感来了：
茶水要凉，倒在杯里；蒸汽要冷，何不也把它从汽缸里也“倒”出来呢？
这样想着，瓦特立即设计了一个和汽缸分开的冷凝器，这下热效率提高了三倍，用的煤只有原来的四分之一。
关键的地方一突破，瓦特顿然觉得前程光明。
他又到大学里向布莱克教授请教了一些理论问题，教授又介绍他认识了发明镗床的威尔金技师，这位技师立即用镗炮筒的方法制造了汽缸和活塞，解决了那个最头疼的漏气问题。
1784年，瓦特的蒸汽机已装上曲轴、飞轮，活塞可以靠从两边进来的蒸汽连续推动，再不用人力去调节活塞，世界上第一台真正的蒸汽机诞生了。
图1-7是利用瓦特蒸汽机制成的蒸汽机车模型。
为了解决蒸汽机的速度控制问题，1787年瓦特在蒸汽机上安装了一个离心调速器，其结构如图1-8所示。
离心调速器是一个典型的按偏差调节的反馈控制系统，其工作原理很简单。
其中，飞球调速器通过齿轮副与输出轴铰链，所以，飞球的转速正比于蒸汽机的转速。
飞球套筒通过一个杠杆与汽阀相联结，在蒸汽机恒速运转时，飞球的离心力与弹簧的弹性力平衡，控制汽阀的阀门，使蒸汽流能保证蒸汽机以要求的速度恒速旋转；当蒸汽机转速降低时，飞球的离心力随之减小，通过杠杆使阀门开大，更多的蒸汽将送入汽轮机，使汽轮机转速增加。
当蒸汽机转速因负载变化而改变时，由于同样的理由，这一飞球调速器将使蒸汽机的转速大体上能复原。
上面我们已提到，离心调速器的发明开创了自动控制技术的应用和研究，表明自动化技术已具雏形。
然而，需要指出的是，这些发明都是在人们工作实验中产生的，没有形成理论的指导，对于在实际应用中出现的问题还无法给出正确地解决方法。
例如，在图1-8的飞球调速器中，当负载变化时，为了使阀门维持在这个新的开启状态，飞球张开的角度自然和原先（未加负载时）不同，这意味着在有负载时的速度实际上不会完全和原先的速度相等，亦即负载的变动产生了转速误差。
当时，人们为了提高飞球调速器的精度而提高离心摆的灵敏度，但却经常发生系统运行不稳定的现象。
当时把这种现象归结为离心摆的特性差，曾煞费苦心地对这部分进行改良。
一直到了1868年麦克斯韦（Maxwell）发表了题为《关于调节器》的论文指出，不仅要讨论离心摆，而且必须讨论描述整个控制系统的微分方程式的动态特性问题（即稳定定性问题），这是自动控制理论成为体系化的开端。
1948年，控制论创始人之一——美国数学家诺伯特·维纳经过十几年的研究，发表了著名的论著《控制论》，书中论述了控制理论的一般方法，推广了反馈的概念，为控制论这门学科的产生奠定了基础，标志着自动控制学科的正式诞生。
●正反馈和负反馈
上面我们介绍了反馈控制的原理、特点及反馈控制的发展历史。
需要指出的是，在上面的反馈控制系统中，反馈的作用是通过输出量和输入量的偏差对输出量进行控制，以使得这种偏越来越小，这种反馈我们通常称之为负反馈。
在工程控制系统中多数采用的是负反馈。
我们以后谈到反馈控制系统都是指负反馈控制系统。
与负反馈相对应，如果反馈的结果是将输出量与输入量相加来影响系统的输出，则称之为正反馈。
正反馈在系统中有“激励”或“放大”作用，它更多地使用在社会经济系统和生物系统中。
例如，核反应中就存在正反馈的作用。
当用中子轰击重原子核铀-235和钚-239时，将放出2～3个中子和200兆电子伏能量。
这些中子有的损耗在非裂变的核反应中或漏失到裂变系统之外，有的则继续引起重核裂变。
如果每一个核裂变后能引起下一次核裂变的中子数平均多于1个，裂变系统就会形成自持的链式裂变反应，使得中子总数随时间按指数规律增长，这样反应堆中越来越多的核子发生裂变，放出更多的能量，从而达到发电的目的或用来做其他用途。
在反应堆工作之前，要通过几个触发中子来使系统工作起来。
一旦反应开始后，系统自己会产生大量的中子来维持反应的进行。
利用这种正反馈机制可以形成大规模的核反应。
需要指出的是，由于正反馈总是起放大作用，这样就会使系统中的作用越来越剧烈，最后会使系统损坏。
所以一般正反馈都与负反馈配合使用。
在核反应堆中，就是通过控制反应堆中铅棒（铅棒可以吸收中子）与反应物接触的面积来控制核反应的剧烈程度，否则我们就没有办法控制核电站发电多少了。
思考题
1.什么是反馈？
为什么说反馈是自动控制的灵魂？
2.叙述反馈控制的特点和工作原理。
3.在使用冰箱时，我们通常是预先设定的一个温度值，我们的目的是使冰箱内部的温度保持在这个设定值。
试分析冰箱是如何实现温度的自动控制的。
画出一个冰箱的温度反馈控制框图。
4.举出人在日常生活中利用反馈的一些例子。
5.全自动洗衣机是利用反馈控制原理来工作的吗？
试分析其工作过程。
第三节控制系统的基本结构——闭环和开环
在了解了反馈控制系统后，下面我们介绍与反馈控制相关的几种控制结构。
通俗地说，控制系统的结构是指系统的组成及各部分间的相互关系。
常见的控制系统的结构包括闭环控制和开环控制两种形式。
下面首先介绍闭环控制和开环控制的结构特点和工作方式，然后，介绍由闭环控制和开环控制结合起来构成的复合控制。
●闭环控制
在图1-6所示的反馈控制系统中，我们可以看到，输出量被送回（反馈）到输入端，与输入量（给定值）进行比较，并根据偏差产生相应的控制信号，对输出量进行控制，这样，整个作用过程构成了一个闭合的回路，因此，反馈控制也称为闭环控制。
一个典型的闭环控制系统的基本结构可以利用图1-9来表示：
检测装置作用相当于“手取书”中的眼睛、“手动温度控制”实验中的手指。
主要对系统的输出量进行测量，并送到“比较装置”中。
检测装置通常称为传感器，根据测量的物理量不同，传感器可以分成温度传感器、流量传感器、压力传感器等很多种类。
但是所有传感器的工作原理都是基于各种物理定律。
控制器按预定目的产生控制信息的仪器或装置。
控制器接受外界输入信号及反馈信号，进行比较、分析、判断、处理，然后作出决策，向“执行器”发出适当的控制信号或指令。
正如大脑在“手取书”和“手动温度控制”中的作用。
控制器是自动控制系统实现控制的核心部分，系统性能的优劣很大程度上取决于控制器的好坏。
一个好的控制器可以使系统很好地工作，反之，系统是不能满足要求的。
控制器有各种形式，按照信号的性质分，可以分成模拟控制器和数字控制器两种。
控制器的结构也有简单和复杂之分，复杂系统的控制器往往很复杂，有的控制器甚至就是一台计算机。
执行器接受来自控制器的信号或指令、产生相应的控制作用并施加到控制对象上的装置。
如果把传感器比喻成人的感觉器官的话，那么执行器在自动控制系统中的作用就是相当于人的四肢，它接受控制器（人的大脑）的控制信号，改变操纵控制对象，使系统按预定要求正常执行。
控制对象指需要对它的某个特定的量进行控制的设备或过程。
如图6的温度自动控制系统，热水箱就是被控制对象。
需要指出的，虽然控制对象完全是由控制系统来决定，但它也不是任人摆布的羔羊。
为保证系统的控制性能，在设计和分析一个控制系统时，一定要摸透控制对象的“脾气”，即一定要了解控制对象的特性。
根据反馈控制原理，我们知道闭环控制系统的特点是“按偏差进行控制”，所以，不论什么原因引起输出量偏离给定值，只要出现偏差，就会产生控制作用，使偏差减小或消除，达到被调参数与给定值一致的目的，这也是闭环控制的优点。
然而，正是由于闭环控制系统是按偏差进行控制，所以，有时尽管干扰（如水量或蒸汽量的变化）已经发生，但在尚未引起输出量变化之前，是不会产生控制作用的，这就使调节不够及时。
另外，由于控制作用和它所产生的修正偏差的效果之间一般需要经过一段时间（通常称为时间延迟），这种“控制作用的时间延迟”也会导致输出量的偏差不能立即得到修正，即调节不够及时。
再者，如果系统参数选择不当或系统内部各装置配合不当，那么，不仅不能修正偏差，反而会使偏差越来越大，甚至会使系统失去控制。
因此，自动控制系统设计的重要任务之一，就是要解决上述问题。
在知道了闭环控制系统的工作特点后，现在请大家思考一下，全自动洗衣机的洗涤、漂洗、脱水过程是利用反馈原理的吗？
答案是否定的。
全自动洗衣机的洗涤、漂洗、脱水过程是按照一种与闭环控制不同的方式进行工作的。
这就是我们下面要介绍的另一种控制结构——开环控制。
●开环控制
基本的开环控制系统的结构如图1-10所示，其中，顺序控制器的作用是按照预定的时间顺序或逻辑条件顺序推动执行器实现开环控制。
开环控制的特点是，它不需要对输出量进行测量，只根据输入信号进行控制（即系统的输出量不对系统的控制作用发生影响）。
如全自动洗衣机就是一个开环控制系统，因为清洗的时间完全由操作者的判断和估计来决定，而不管衣服清洁程度如何。
又如十字路口的交通红绿灯，如果采用按时间控制的交通管制系统，即红绿灯转换由定时机构控制，与路口各侧的车辆流量及行人流量无关，这种交通管制系统就是一种开环控制系统。
由于开环控制的特点是系统只按照给定的输入信号对被控对象进行单向控制，而不对输出量进行测量并反向影响控制作用，这样当外部环境（如衣服脏的程度、路口的车流量）变化时，系统的输出量就将偏离所要求的值，并无法消除偏差，从而达不到预期的控制目的，这是开环控制的缺点。
所以，只有当系统参数相当稳定，或环境条件变化不大，或控制精度要求不高等情况下，开环控制系统才可以满意工作。
●复合控制系统——前馈-反馈控制系统
由于闭环控制是根据偏差来工作
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