十字路口的红绿灯控制到底是开环控制还是闭环控制？
吴莉莉老师再次提到十字路口的红绿灯控制到底是开环控制还是闭环控制问题，控制的对象到底是红绿灯还是路面车辆。吴莉莉老师强烈要求“各位专家，能不能给个正解？”我觉得这个问题现
在还在困扰我们的老师，包括吴莉莉这样优秀的老师，我想，除了吴莉莉老师以外，应该是大多数人还不甚明了。看来这个问题不解决，将影响到我们的教学。这个问题真的有这么困难吗? 问题到底出在哪里呢？我们一起来探究一下。
一、问题提出
困惑1：十字路口的红绿灯控制到底是开环控制还是闭环控制？
(以下是某老师在作业中提出的问题)上次在澄迈听课的时候，刘所长说的关于红绿灯控制，不管是定时也好，还是根据车流量也好，都是开环，这个我还不太明白，能不能劳烦专家再给解释一下。
我的改卷的时候也找机会跟其他老师讨论了一下，有的说红绿灯，有的说车辆，还有的老师说“如果是定时控制的，对象就是红绿灯；如果是以车流量控制的，对象就是路面车辆”。
在给学生做的练习题中，有些地方给的答案说控制对象是路面车辆，有的地方给的答案说是红绿灯。
困惑2：控制的对象到底是红绿灯还是路面车辆？
(某老师在作业中提出的问题)十字路口的红绿灯控制，对象的问题，在给学生做的练习题中，有些地方给的答案说控制对象是路面车辆，有的地方给的答案说是红绿灯。控制的对象到底是红绿灯还是路面车辆？
二、研讨互动
部分老师的网络互动中的发言：
学员1:我赞同刘所长的观点，都是开环。
定时控制很好解释，就象我们上课铃控制一样是开环一样解释。
以车流量控制，无非是在马路上安装一个检测装置，检测车流量是否达到一个设定的值，达到了就传送给红绿灯控制系统，让红绿灯开/灭。但在马路上安装的检测装置在红绿灯控制系统中其作用相当于传感器而非是反馈环节中的检测装置。这和自动门控制例子中的传感器相似，有人来了，传感器感应到人来了就给信号输入，门就开/闭，所以说属于开环。
学员2：控制对象是红绿灯。
“交通路口红绿灯的控制”控制对象就是“红绿灯”。红绿灯控制只能控制红绿灯，它能控制路面车辆吗？不能控制。只有车上的司机才能控制车辆，这点要弄明白，就好理解了。
第二个问题，应该都是开环。晚了，我要去睡了，解释嘛，后面的接上。
学员3:是闭环控制。实际上就是在马路中间的路面下安装一个感应计数器来计算车流量，然后与设定的车流量进行比较来控制红绿灯。因此控制的对象还是红绿灯，当然它是闭环控制的。
控制对象也应该是司机，司机再去控制汽车。“如果非得说控制对象不是红绿灯的话，我觉得那控制对象也应该是司机才对啊，因为车是没办法接收到红绿灯的控制信号的啊，只有司机才能。然后司机再去控制汽车。”
学员4:根据我们课本106页的练习，我也认为是闭环控制。
学员5：“问的应该是控制路口的车流量。通过红绿灯来执行”那控制对象就是“路面车辆”。
学员6：不论是定时控制的，还是以车流量控制的，我认为控制对象都是红绿灯。而对于根据车流量的控制， 是要有一个检测装置来检测路面上车辆的多少再跟设定量的车流量进行比较来控制红绿灯开/关的吧，所以应是闭环吧！
三、问题诊断
为什么看法这么混乱？
对于同样一个问题，老师们有不同的答案？说明老师们有不同的理解？这个到底是什么问题呢？我分析，归根到底，我们一些老师有两个概念没有搞清楚。
一是开环控制系统和闭环控制系统概念没有搞清楚。
请问，什么是开环控制系统？
控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。
什么是闭环控制系统？
控制系统把输出量返回到输入端与给定值进行比较，并对控制过程产生影响的控制系统称为闭环控制系统。
开环控制系统与闭环控制系统的区别在哪里？
在开环控制系统中，信号的传递是单向的。而在闭环控制系统中，信号的传递构成一条闭合回路。
区别在闭环控制系统的输出量返回到输入端与开环控制系统相比，多了一个由检测反馈装置组成的环节。
闭环控制系统的检测装置测量出被控量并返回到系统的输入端，它将给定量与所检测的被控量进行比较，求出偏差值；控制器将这一偏差值进行运算处理，并向执行器下达控制指令。执行器根据指令对被控对象进行控制，从而使被控量稳定在一定范围内。这个环节是开环控制系统所不具有的。由于这个问题没有搞清楚。于是有了困惑1：十字路口的红绿灯控制到底是开环控制还是闭环控制的问题。
二是系统的概念没有搞清楚。
什么是系统？有的老师不知道，他也不知道系统可大可小，系统是可以变化的，系统要根据研究的目的来确定，不同的系统研究的对象是不同的。由于这个问题没有搞清楚。于是有了困惑2：控制的对象到底是红绿灯还是路面车辆。
四、问题解决
1、困惑1问题解决：
十字路口的红绿灯控制，如果是定时控制的，这是开环控制，这个系统是开环控制系统。
为什么？
因为这个控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响。在这个控制系统中，信号的传递是单向的。所以，这个系统是开环控制系统。
十字路口的红绿灯控制，如果是在路口各方向安装了待行车辆数的采集装置，以车流量控制红绿灯的开/灭。这是闭环控制，这个系统是闭环控制系统。
为什么？
因为这个
控制系统的输出量对系统的控制产生影响。这个控制系统在马路中间的路面下安装了一个待行车辆数的采集装置来计算车流量，然后反馈回输入端，与设定的车流量进行比较，从而通过红绿灯开/灭实现对车辆流量的控制。待行车辆数的采集装置就是检测反馈装置。在这个控制系统中，信号的传递构成一条反馈、闭合回路。所以，这个系统是闭环控制系统。
2、困惑2问题解决：
十字路口的红绿灯控制，如果是定时控制的，控制的对象是红绿灯。
为什么？
在这个控制系统中，红绿灯开/灭与路面车辆以及路面车辆的流量无关。路面车辆并没有纳入这个控制系统。因此路面车辆不可能成为控制对象。
十字路口的红绿灯控制，如果是在路口各方向安装了待行车辆数的采集装置，以车流量控制红绿灯的开/灭。控制对象是路面车辆， 被控量是路面车辆的实际流量。
为什么？
在这个控制系统中，红绿灯开/灭与路面车辆的流量有关。因此，这个系统已经发生了变化，这个系统比原来定时控制的系统要大，路面车辆纳入了这个控制系统。而这个路面车辆恰好成为这个系统控制的对象。车辆的实际流量是这个系统的被控量，红绿灯是这个控制系统的执行器。
3、对刘亨金老师的误解
有的老师说，上次在澄迈听课的时候，刘所长说的关于红绿灯控制，不管是定时也好，还是根据车流量也好，都是开环。这个是对刘亨金老师讲课的误解。老师们要了解刘亨金老师的的看法，请参考附录：刘亨金特约技术话题研讨：交通路口按车流量进行的控制。
附录1：刘亨金特约技术话题研讨：交通路口按车流量进行的控制
一、交通路口人工指挥的启发
在未设置红绿灯自动控制系统或自动控制系统发生故障的交通路口，我们可以看到交警用手势指挥车辆的情形。其过程大致如下。
——指挥者目测路口各方向待行车辆数；
——指挥者将目测结果与“让各方向待行车辆数最少”的预期目标进行比较，并做出指挥方 案（通行方向和通行时间）；
——指挥者通过姿态（方位和手势），对车辆进行指挥；
——待行车辆按指挥信号通过路口，并同时使待行车辆数发生变化，形成新的待行数据；
——指挥者继续进行目测、比较、决策，发出新的指挥信号，路口的待车状况逐渐向预期目标趋近。
二、人工指挥的控制分析
根据上述交通路口人工指挥过程的描述，可以得到如下几点结论：
1.这是一个由指挥者直接参与的人工控制系统；
2.由于过程存在对系统输出量的测量、反馈，并对控制产生影响的事实，因此，这是一个闭环控制系统；
3.系统的 控制对象是路口各方向某一时刻待行的车辆；
4.系统的输出量是采样时刻路口各方向待行的车辆数；
5.系统的输入量是经过统计而确定的路口各方向待行车辆的理想值，甚至可以设置为零；
6.系统中的测量、反馈、比较、决策和执行等环节，都是由执行者来承担的；
7.由于路口各方向的待行状况是随时变化的，没有固定的规律，因而，这是一个随机控制系统
三、将人工控制转换为自动控制的方案构想
1.在路口各方向设置待行车辆数的采集装置；
2.各方向的采集装置将采集数据同步传输给计算装置，与预设数据进行比较，形成控制方案（通行方向和通行时间）。
3.将控制方案传送给指挥信号装置（如红绿灯）。
4.路口待行车辆按指挥信号通过路口，并使待行车辆数产生变化，这个变化就是系统的输出量。这个输出量经过采集而被反馈、比较，形成新的控制信号。路口的待行状况，在控制过程中逐步趋向预期目标。
5.系统的参考框图如下：
从方块图看，这个系统似乎很简单，但真要实现它，却并不那么容易。原因是在开发计算装置进行数据处理的软件时需要知道路口待行车辆随时间而变化的数学模型，这个模型是很难确定的。如果忽略一些实际因素，使模型过于简单，控制效果就会很差，而且这种模型不是一个，每个待行方向都得有，这种多模型的对象，除了给软件开发带来难度外，对需要实时控制的硬件来说，也提出了更高的要求。特别是在车辆总数剧增的情况下，要想通过对路口的控制来减少车辆的等待时间，恐怕是很难实现的。我想，这大概也是不少城市为了有效改善交通状况而修建立交的原因把。
附录2：绪方胜彦著《现代控制工程》（科学出版社出版，奚伯英等人译）第一章 第四节对此问题有一段叙述，现摘录如下，供大家参考。
“正如1—3节所述，采用按时基控制的 交通管制系统，是一种开环控制系统，但是如果在城市交通拥挤的地方，对等待通行信号的汽车数量进行不断的测量，并将这种信息反馈到发出通行信号的中心控制计算机，则这种系统就变成了闭环控制系统。
交通枢纽的车辆运行情况是非常复杂的，因为其交通量的变化与时间有很大关系，在一周内的每一天，每一小时都是不一样的，同时交通量还与其它一些因素有关，有时，在交叉点上到达的车辆，可以假定按泊松分布，但这对于所有的交通问题来说，不一定是有效的，事实上，为了减少车辆的平均等待时间，是一个很复杂的问题。”
对分析电热水壶控制系统的一些看法
在昨晚的02班的班级研讨中，有一个话题是跟电热水壶的的控制器、执行器、被控对象的确定问题相关的。这是班主任林菁华发起的原话题：“新型电热壶水开断电的工作原理为：装水后接通电源，发热器对水进行加热，当水沸腾时，产生的蒸汽冲击蒸汽开关的双金属片，使其受热膨胀变形，弹开开关触点，断开电源，该控制系统中的控制器是？ 各位老师 你们对这个问题是怎么看的呢？可以说下整个方框原理图吗？”对这个问题探讨，很多学员都提出了自己的看法。探讨过后，我也对该控制系统各组成部分的界定作了更多的思考。我结合在现实中使用过的类似的电热水壶，该壶中的蒸汽开关包括双金属片、触点开关，它的特点是需要人工按压接通，断开了之后不会自动接通。我试分三种情况来分析：
1、如果把热水壶的双金属片、触点开关、发热器作为这个控制系统的组成来看待，很自然此时的发热器是被控对象、触点开关是执行器、双金属片是控制器、输出是发热器通断电，这种情况下发热器就是一个主要的研究对象，可以清楚的看到发热器与前级各组成要素之间的工作关系。
2、如果把蒸汽开关当成一个整体要素，与发热器、壶杯（水壶上装水的容器部分）组成一个控制系统的话，此时的控制器是蒸汽开关、执行器是发热器、被控对象就是壶杯，输出是达到水沸腾温度。
3、如果把水当作这个控制系统的主要组成部分，控制器是蒸汽开关、执行器是发热壶杯、被控对象就是水，输出是水沸腾。不管怎样划分，每种情况的控制都属于开环控制。当把不同的要素界定到控制系统中去时，相应的控制器、执行器、被控对象就会发生改变，不同的划分方式就有不同的结果。那究竟是以何种划分最为合理呢？很显然，上面的第一种情况是把发热器当作主要研究对象，第二种情况是把水壶整体当作主要研究对象的，第三种情况是把水当成主要研究对象的，回过头与原话题比对，发现第二种划分方式会更合理更符合题意。 所以根据需要或要求确定主研究对象（被控对象）是做题的前提。
在现实中有另一种电热水壶，其开关是一种自动复位开关，当水煮沸腾后开关断开，切断电源，但过一段时间后稍冷却后该开关又自动复位接通电源，继续加热水直到沸腾又断开，如此循环。这种水壶其实就是保温电热水壶，其控制系统的各组成部分的界跟上面提的方法一样。但这是一个闭环控制系统。显然，这种电热水壶是有缺陷的，就是壶中的水总在不停的反复沸腾，对水质影响很大。这是一种低端的产品。还有一种功能完善一些的电热水壶，它跟电饭煲一样具有一套煮水电路和一套保温电路，在分析这样的电热水壶的控制时，跟分析电饭煲控制系统一样，煮水时是开环控制，保温时是闭环控制。可能会有人说根本就不懂这样那样的水壶的工作原理，怎么懂得分析。我想，主要看清题干的表述就没问题了，作为出题的人肯定会把水壶的相关信息交待清楚的。
1、整体性与相关性的不同在什么地方？
系统是一个整体，它不是构成系统的各要素或部分的简单相加，系统的整体功能是各个要素或部分在孤立的状态下没有的。比如构成桥梁的钢筋在孤立状态下是没有桥梁的交通功能的。也就是说，系统的整体功能是大于系统各个要素的功能之和（简单相加）的。当系统的一个要素或组成部分发生故障时或问题时，就会影响其他要素（组成部分）或整体的功能发挥。系统相关性是指系统的各个要素之间或系统整体与部分之间的相互作用和相互联系。
从上可看出，系统强调系统作为整体体现出来的整体功能，这时强调部分要为整体服务，部分的问题可能会影响整体的功能体现。而系统的相关性是强调我们如何看待系统中各个要素之间的相互关系（相互作用、相互联系），以及要素与整体之间的关系，更关注的是要素之间的关系的影响和作用。
2、系统中系统的整体性和相关性怎么区分？部分影响部分，同时也会影响整体，这个是整体性还是相关性？系统的整体性和综合性又如何讲解？
系统强调系统作为整体体现出来的整体功能，这时强调部分要为整体服务，部分的问题可能会影响整体的功能体现。而系统的相关性是强调我们如何看待系统中各个要素之间的相互关系（相互作用、相互联系），以及要素与整体之间的关系，更关注的是要素之间的关系的影响和作用。
部分影响部分，同时也会影响整体，这个是整体性还是相关性？我认为从这个说法很难去说明他的性质，因为没有具体说明清楚，难以用抽象的阐述来说明系统的特性，应该是通过具体的案例来分析和说明的，整体性和相关性是系统的众多特性中的两个，是我们认识系统的基本认识，我们学习系统特性是为了用来分析和认识系统，进而设计系统的，而不是去孤立的看系统的特性之间的区分，那是没有意义的，他们只是我们认识系统的两个角度而已。
系统的整体性和综合性又如何讲解？系统的特性中是没有综合性的。我想这里讲的是系统分析应遵循的原则中的整体性原则和综合性原则吧。这里的整体性原则强调系统分析首先要注重先整体，再部分；先全局，后局部；先全程，后阶段；先长远，后当前。而综合性原则是只所分析系统存在多目标时，要将目标排出优先顺序，首先选取最优目标，然后在不影响前面目标的前提下完成下一个目标，强调统筹兼顾，不能顾此失彼或因小失大。
如"一着不慎,全盘皆输"，这个案例中我们看到“一着”这个要素的故障或错误，而造成“全盘”这个整体的失败，这时明显的整体性的表现。
3、“一着不慎满盘皆输”是部分影响整体吧？它是整体性；而“碳含量影响合金钢性能”也是部分影响整体吧？它又是相关性，到底该怎么区分呢？
我认为，系统的整体性和相关性是我们认识系统的两个角度，他们之间没有互斥性，不是说有了整体性就没有相关性，只是看问题的视角问题而已，我们研究系统整体体现，就是整体性，我们研究系统的组成部分的关系就是相关性。“碳含量影响合金钢性能”我们研究的是“碳含量”和“合金钢性能”之间的关系，所以就是讲相关性了。如果，我们强调的是研究“合金钢”的整体性能如何，就是讲整体性了。
4、相关性不包括部分与整体的关系吗？
当然包括。系统的相关性是强调我们如何看待系统中各个要素之间的相互关系（相互作用、相互联系），以及要素与整体之间的关系，更关注的是要素之间的关系的影响和作用。
关于系统的认识和特性，确实是很抽象，描述多有哲学意味，它要求学生具有一定逻辑思维和抽象思维的能力，而对正在形成这种能力的高中生来说，他们理解起来确实有些困难。但是系统的认识和特性是对生活中各种事物的高度抽象总结，是我们研究和分析复杂事物的利器，但是他还是与我们的生活紧密相关的，特别是系统知识在我们分析和研究复杂事物上的优势，使符合高中生的思维成长规律的。在这里的教学要激发学生的兴趣，我的建议是要注意更多利用学生具有感性认识的生活常见的具体事物去吸引学生的认识兴趣，特别是要努力挖掘学生的认识最近发展区，并大作文章，应该还是有较好的教学效果的。
质量优化和技术优化等如何区分？比如说ATM自动取款机，为什么说是技术优化而不是质量优化？
回复：质量优化是通过改进管理措施、设备精度、原料品质等方法或手段使最终的服务、管理制度、产品的质量得到提高的一种优化方式。技术优化是通过新技术手段使工作、生活、生产的效率提高的一种优化方式。
ATM存取款流程是在传统存取款流程的基础上，通过计算机管理系统等设备条件的改善，设备操作人员技术水平的提高来实现的。这种优化采用的手段都属于计算机技术手段。换句话说是原有的存取款技术改进了，效率提高了。
关于如何区分开环和闭环控制系统的一些看法？
这几天，我看到很多学员在讨论很多的控制现象时，对于如何区分开环和闭环控制系统有很多的讨论和争议，我把我看到的一些有关文章和专家的观点总结和归纳了一下，贡献给大家，希望对大家的教学有所帮助。
我们在分析一个控制系统到底开环还是闭环之前，一定要先问以下几个问题：
问题一：这个“控制系统”中包含哪些要素？
问题二：这个“控制系统”中的组成成分（即比较器、控制器、执行器、检测装置、被控对象）究竟是什么？
我认为有一种可行的分析方法是：以信号定对象（这个“对象”不光是“被控对象”，包括控制器、执行器和检测装置等等），以对象定系统。
——首先确定被控量（这是一个信号，即“信息的表达”）是什么。这涉及到构成控制系统的目的。比如交通路口的红绿灯控制系统，我们的目的是什么？是路口的交通状况？还是红绿灯的亮和灭？还有，如果家用压力锅的目的是为了煮饭，而煮饭的关键是合适的米饭温度，那么这里的被控量取“米饭温度”。
——然后确定控制量（这也是一个信号）是什么。控制量首先是能够被控制系统主动改变的量，其次它能够改变被控量的那个“量”。例如，在交通路口的红绿灯控制系统中，如果被控量是路口的车流量（单位时间内通过路口的车的数量），那么能够改变这个量的就是路口的通车时间和车的密度，而系统能够改变的就是通车时间，就是通过红绿灯的开亮时间。在家用压力锅的例子里，如果被控量取“米饭温度”，那么什么“量”能改变米饭温度？减压阀的泄压开度、锅下火的温度、还是忽然吹过来的一阵冷风的强度？都是。那么谁能被控制系统“主动地”改变？显然至少那阵风不是（这种“量”，我们称之为“干扰信号”）。
——现在我们选定了被控量和控制量，于是被控对象就“呼之欲出”了。什么是被控对象？以控制量为输入、以被控量为输出的那个“对象”，就是被控对象。如果我们选择的“车流量”为被控量，通车时间是控制量，那么控制对象就是交通路口。如果被控量取“米饭温度”、控制量取“锅下火的温度”，那么整个压力锅加上锅里的米饭都是被控对象；如果被控量取“锅内压力”、控制量取“减压阀开度”，那么整个泄压装置加上锅里的空气都是被控对象。
控制系统中其他组成成分的确定方法，可依此类推。一旦控制系统中所有“信号”和“对象”一一确定后，“闭环”还是“开环”的问题就迎刃而解了！
然而，我们也知道有些复杂的控制系统要判断其控制方式是有难度的，有些人简单的以‘输入、输出是否一一对应’或‘是否有检测装置和比较器’这两个要点来对控制系统的工作方式进行判断，那是一种误解。从教材的开环控制系统工作流程和原理来看开环系统不含比较器和检测装置，那是教材以最简明的角度来阐述和归纳问题，是没有错的，但实用上有些复杂的开环系统设计有比较器和检测装置，但它们的作用与闭环中的不同，他们是用来检测和比较输入信号的，例如银行的自动门，而闭环中的是用来检测和比较输出的，因此，以有没有检测装置或比较器来判断开环、闭环是不准确的；从闭环系统的工作流程和原理来看，闭环的输入和输出也存在一一对应关系，因为闭环的输入对输出仍然起指令的作用。因此，输入和输出是否一一对应也不能作为判断开环、闭环的依据。如何快捷准确地对一个控制系统的工作方式作出判断呢？闭环和开环的实质区别是闭环多了一个反馈回路，因为有了这个反馈回路，使得闭环的输出除了受到输入的控制以外还要受到自身状态的影响（开环系统的输出仅受输入影响，但不受自身影响），所以‘输出是否受到自身的影响’就成为我们判断开环、闭环的最简单和准确的依据，简单的说判断是不是闭环控制系统就看输出影不影响输出，例如：高压锅的气压控制，其输出是锅内气压，那么这个锅内气压的动态（升高、降低）影不影响它自身呢？答案是明确的：影响，所以判断它是一个闭环控制系统。
联想法与模仿法有什么区别？
陈积望
借这个平台问一下在教学中碰到的问题！
段海晖
在心理课程中，有一部分内容是：记忆，里面就有提到一个联想法，比如：月亮联想到星星。
吉超
与吴老师同感，联想是从一种事物想到另一种事物，两者间有一定的联系；但想象是从一种事物想到另一种事物，两者间没有联系，象是奇特性构思法。而模仿法主要是模仿某一事物的功能、行为还有外观等。
蓝龙平
上面几位教师说的都很多，我任为都正确。
吴少崖
如鲁班发明锯子，有些题目答案是联想法。模仿法说的比仅仅是结构形状、甚至是功能原理，而联想法不是因为结构、形状、功能、原理而迁移应用到新的产品上吗？所以很容易混淆，很难区分。主要是看题目有没有说到了是否经过一个想象的过程，那才判断是联想法吗。我也觉得很难！呵呵
吴强
联想法主要用于联系，想象，而模仿法主要是模仿某一事物的功能或者行为，主要用于解决实际问题，这是我个人的看法，不知各位如何看？
吉超
我也觉得，联想是从一种事物想到另一种事物，两者间有一定的联系；但想象是从一种事物想到另一种事物，两者间没有联系，象是奇特性构思法。而模仿法主要是模仿某一事物的功能或者行为还有外观等。
周仁忠
这个教材没有对这些构思方法做很深入的讲解，只是举了一些例子，确实让人费解。
我的看法是，联想法是由此及彼的一中构思法，就是看到某个事物，确联想到了与看到的事物没有任何关联的事物，而模仿就好理解一些，所以往往我们很容易看出来一个产品模仿了那个产品的设计，因为我们很容易看出他们之间有“近亲血缘”关系。比如，我们看到一个奇石，我们却可以联想成各种各样的事物。
王堂辉
以周老师举石头的例子,看到奇石,可以联想到与这奇石相关的故事
王堂辉
我认为模仿必有原型(事物)做参考,和参考物有某些共同的明显的结构特征（形上要相似）,也就是说从模仿出的事物和参考物要有结构上相似性,可以让人看出参考物的特征或特点.比如鲁班发明锯子，从锯齿上可以看出叶子的相似似特征。而联想法，偏重于‘神’相似，意会上共通。联想出的不一定和原参考物在某一结构上相通，只是原理、思想等‘ 神’上的相似相通。
