在工业生产过程中，为了提高产品质量和劳动生产率，对生产设备、机器和生产过 程需要进行控制，使之按预定的要求运行。例如：为了使发电机能正常供电，就必须使 输出电压保持不变，尽量使输出电压不受负荷的变化和原动机转速波动的影响；为了使 数控机床能加工出合格的零件，就必须保证数控机床的工作台或者刀架的位移量准确 地跟随进给指令进给；为了使加热炉能保证生产出合格的产品，就必须对炉温进行严格 的控制，等等。
其中，发电机、机床、加热炉是工作的机器装备；电压、刀架位移量、炉温是表征这些 机器装备工作状态的物理参量；额定电压、进给的指令、规定的炉温，是在运行过程中对 工作状态物理参量的要求。
被控制对象或对象———我们称这些需要控制的工作机器、装备为被控制对象或对 象。如发电机、机床。
输出量（被控制量）———表征机器装备工作状态需要加以控制的物理参量，称为被 控制量（输出量）。如前面所述的电压、刀架位移量、炉温等。
输入量（控制量）———将要求机器装备工作状态应保持的数值，或者说，为了保证对 象的行为达到所要求的目标，而输入的量，称为输入量（控制量）如前述的额定电压、进 给指令、规定的炉温。
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扰动量———使输出量偏离所要求的目标，或者说妨碍达到目标，所作用的物理量称 为扰动量。
控制的任务实际上就是形成控制作用的规律，使不管是否存在扰动，均能使被控制 对象的输出量满足给定值的要求。
（一）开环控制系统
以直流电动机的转速控制系统为例，说明开环控制系统的工作原理。
用一台直流电动机 ! 来驱动一个需要以恒速转动的负载，如图 " # $ # " 所示。电 动机电枢的两端加电压 !"，可控硅功率放大器整流输出电压 !" 的大小由电位器 # 的 给定电压 !$ 来调节。当电位器给出一定电压 !$ 后，经放大器、触发器和可控硅功率 放大器输出电压 !" 加在电动机 ! 两端，电动机便以相应的转速驱动负载转动。如果 要求负载以某一恒定转速转动，则只要给定一个相应的固定电压 !" 即可。若改变电 位器滑动端的位置，就相应地改变了给定电压 !$，那么可控硅整流器的输出电压 !"
也相应改变，从而电动机 ! 的转速也就随着改变了。由此可知，对应电位器滑动端的 某一个位置，电动机 ! 就运行在某一个对应的转速 % 上。从而达到了控制电动机 ! 转 速的目的。假如电动机的负载发生变化，电动机转速将偏离给定的转速值。如要维持 给定的转速不变，就必须由操作人员检测出电机的实际转速并与给定值进行比较，判断 出偏离的值，操作人员相应的调节电位器滑动端位置，使电动机转速恢复到给定值。
图 " # $ # " 开环转速控制系统
在这个转速控制系统中，电动机 ! 是被控制对象；转速 % 是被控制量；电压 !$ 是 控制量；负载波动、可控硅电源电压变化等是扰动量。在此系统中，我们把放大器、触发 器、可控硅整流器称为控制器。
从上面的工作原理分析可以看出，给定量直接经过控制器作用于被控制对象。被控 制量 % 不能反过来影响给定量 !$。所以只有给定量影响输出量（被控制量）这种被控制 量只能受控于控制量，而被控制量不能反过来影响控制量的控制系统称为开环控制。
开环控制系统可以用结构示意图表示，如图 " # $ # % 所示。
结构图可以表示这种系统的输入量与输出量之间的关系。由图可知，输入量直接 经过控制器作用于被控制对象，所以只有输入量影响输出量。当出现扰动时，没有人的
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干预，输出量不能按照输入量所期望的状态去工作。
图 ! " # " $ 开环控制结构图
（二）闭环控制系统
图 ! " # " # 所示的系统，就是闭环控制系统。图中 %& 为测速电机，测速电机测量输 出量的转速，并将转速转换为相应的电压 !"#，故测速电机输出电压 !"#比例于电动机的 转速 $。 !"#反馈到输入端与给定电压 !%相比较，所得电压差 !&’ !%" !"#，称为偏差。
偏差电压 !&通过控制器控制电机 ( 的转速。当电位器滑动端在某一位置时，电动机就 以一个给定的转速转动。如果由于外部或内部扰动，例如负载突然增加，使电动机转速下 降，电动机转速的变化，将由测速电机检测出来。此时反馈电压 !"#降低，偏差电压 !& 增 大，使整流电压 !’升高，电动机转速上升，从而减少或消除电动机转速偏差。
图 ! " # " # 闭环转速控制系统
从上面的分析可以看到，为了实现闭环控制，必须对输出量进行测量，并将测量的 结果反馈到输入端与输入量相减得到偏差，再由偏差产生直接控制作用去消除偏差。
因此，整个控制系统形成一个闭合环路。我们把输出量直接或间接地反馈到输入端，形 成闭环，参与控制的系统，称作闭环控制系统。由于系统是根据负反馈原理按偏差进行 控制的，也叫作反馈控制系统或偏差控制系统。
闭环控制系统中各元件的作用和信号的流通情况，可用结构图 ! " # " ) 表示。
最后，归纳一下开环与闭环控制系统各自的特点如下：
（!）开环控制系统中，只有输入量对输出量产生控制作用；从控制结构上来看，只有 从输入端到输出端的信号传递通道（该通道称为前向通道），控制系统简单，实现容易。
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闭环控制系统中除前向通道外，还必须有从输出端到输入端的信号传递通道，使输 出信号也参与控制，该通道称为反馈通道。闭环控制系统就是由前向通道和反馈通道 组成的，控制系统结构复杂。
（!）闭环控制系统能抑制内部和外部各种形式的干扰，对干扰不甚敏感。因此，可 采用不太精密和成本较低的元件来构成控制精度较高的系统。
开环控制系统，因为输入量与输出量之间没有反馈联系，所以对干扰所造成的误 差，系统不具备修正能力。因此，开环控制系统的控制精度，完全由采用高精度元件和 有效的抗干扰措施来保证。
（"）对闭环控制系统来说，系统的稳定性，始终是一个首要问题。稳定是闭环控制 系统正常工作必要条件。对于开环控制系统，或者不存在不稳定问题，或者容易解决。
反馈控制系统广泛的应用于各工业部门。在有些系统中，将开环与闭环结合在一 起，这种系统称为复合控制系统。在本书中，我们重点研究闭环控制系统。
图 # $ " $ % 闭环系统结构图