三、几个容易混淆的基本问题辨析

1、关于自动、人工、开环、闭环的辨析

“自动控制”、“人工控制”是控制的两种手段，依控制过程中人工干预的情况来分，“在无人工直接参与的情况下，使事物的变化准确地按照期望的方向进行”的控制，称为自动控制，反之则是人工控制。根据这一概念，对控制进行分类，常常会出现“两难”的情形：

红外线自动感应门，无须人工直接干预，只要有人靠近，门就开启，人一离开，门就自动关闭，属于自动控制，没有歧义。然而抽水马桶对水流的控制过程，是自动控制，还是人工控制？马桶在每次冲水过程中，进水量、出水量都被自动地限定为固定值，并且没有“人工直接参与”，应该认为是自动控制；但是每次冲水之前，都需要人工按动一下开关，这一操作又符合人工控制的特征。

类似这样不易区分控制手段或类型的例子还很多：电脑打印过程中对机器操作的控制、家用冰箱或者家用空调器中对温度的控制、自动开水壶中对电源开关的控制、自动升旗简单控制装置对升降旗的控制……，等等。

其实，以上这些例子中，之所以不易区分控制的手段或类型，是因为没有明确地界定所考察的控制系统的范围。在结构上，抽水马桶的水流控制由进水阀和出水阀组成，实际上可以看作是构成抽水马桶的两个“子系统”——进水阀系统、出水阀系统。进水阀系统所完成的功能是：“根据水箱中水位的高低，适时控制阀门开闭，自动补充水量”，这个控制过程是很典型的闭环自动控制类型；而出水阀系统则是人工开环控制类型。由此可见，只要界定了所分析的系统范围，就能够清楚的辨析控制的类型，其他的一些例子也是如此，不再细述。

2、开环控制未必都是人工控制

开环与闭环的区别就在于有无反馈环节，所谓闭环控制就是存在反馈环节的控制。这样的系统能够适时地检测控制的输出结果，并将检测到的信息通过反馈环节反映到输入端，达到自动调整输入量，修正控制误差的目的。反馈技术被广泛应用在各种需要精确控制的系统中，尤其是电子控制系统，比如：各种放大电路中的增益控制；环境的温度、湿度、水位、压力的控制；机械结构的位置控制、速度控制等等。因此常常使人觉得：闭环控制是复杂的、精确的、自动的控制方式，而开环控制相对的简单、粗糙和非自动。这种感觉常常造成初学者在分析系统时的误判，需要特别注意。

以普通家用压力锅的温度控制过程为例，在密封状态下，锅内的温度与压力呈对应关系。加热锅体，当锅内温度达到设定值时，锅内的压力也将达到设定值，高压顶开排气阀上的重锤，排出蒸汽，使锅内压力减小下来。由于重锤的重量是恒定的，因此当温度达到设定值之后，加热量和排气量呈动态平衡，锅内压力保持在高于大气压力的一个恒定值上，锅内温度也保持在高于常压下水的沸点温度的一个恒定值上（一般为110℃左右），不再继续升高。控制过程如下图所示： 

从压力锅的这一温度控制过程来看，没有“人工直接参与”，属于自动控制；而且输出量（温度）并没有反馈到输入端（加热炉），去调节输入量（加热量），因此属于开环控制。这是一个结构极其简单，而又非常典型的自动控制实例，在环境气压恒定的情况下，其温度的控制精度较高。如果环境气压发生变化，也会影响到所获得的温度控制结果，因此在这里例子中，环境气压就成为影响控制精度的“干扰量”。

也有人将高压锅的温度控制过程理解为闭环控制，也不无道理！主要是看所分析的系统范围如何界定。上述分析是将高压锅与加热炉共同作为一个系统来看待。假如不考虑加热炉，只分析高压锅排气阀门对锅内气压的控制原理，将所分析的系统界定在高压锅本身，那么，就可以得出闭环控制的结论，但这样的分析可能更不便于初学者的理解。

类似的开环自动控制的例子还很多，比如：山地梯田中的水位控制，从山头到山脚梯状层叠的平面稻田，水流自上而下逐层灌溉着每一块田地，稻田中水位的高低由田埂上的排水口的高度决定，每一块稻田的水位都可以单独的设定。只要山头入水口的水流供给量保持在一定的范围内，无论蒸发量多或少，都能够确保稻田中基本恒定的水位。几千年来，劳动人民就是依靠这样一种简单的梯田结构，解决了稻田的自动灌溉问题，从控制设计的角度来看，梯田灌溉的水位控制没有使用任何反馈调节的环节，因此也属于开环控制。

简单的开环控制，应用得当，通常能够达到理想的自动控制效果。反之，复杂的闭环控制也未必都属于自动控制。汽车的驾驶就是一个常见的实例：汽车沿着道路行驶，必须有人的操控，从控制的角度看，属于人工控制，这时我们是将人与车看成了一个整体的系统。驾驶员通过操控方向盘、油门、刹车等机构，控制车辆行驶的状态；同时，驾驶员还通过视觉，查看车辆与前方道路或障碍物的位置关系信息，根据这一信息不断修正自己的操作，使车辆按照预定的路线轨迹行驶。在这一过程中，驾驶员通过视觉获取的信息就是反馈量，因此属于闭环控制。

在教学中，通过深入地剖析一些典型控制案例，注重分析其输入量、输出量、反馈量、干扰因素之间的相互关系，注意区分系统的层次关系，明确界定所研究的系统范围，就能够抓住要害，化繁为简，深刻地理解问题的本质。