对自动控制专业的学生来说,“反馈”是自动控制原理课程中极其基础而核心的概念,可以说,如果没有反馈,自动控制根本无法实现。

既然反馈如此基础而重要,到底什么是反馈,又为什么需要反馈呢?

什么是反馈

其实,“反馈”不仅存在于课本中,它也时刻在我们的身体中运行。

比如,吃饭。

你有没有想过,明天中午到底应该吃多少饭?是吃1两米饭呢,还是3两,还是2.8两?

你会说,这不是有病吗?吃到饱即可啊,为什么要关注吃几两呢?

对!“吃到饱即可”就是在进行“反馈闭环自动控制”。

我们的“胃”,是“饱胀程度”的传感器,它可以向“控制器”,也就是大脑,“反馈”当前的饱胀程度。

如果还很饿,那么大脑就通知手和嘴继续猛吃;如果“接近饱了”,那就通知手和嘴悠着点,适可而止,不要再猛吃。

现代任何自动化设备,上至飞机,下至电梯,都使用了同样的思想。

有人说,如果胃无法监测饱胀程度,那会如何?

那就只能使用“定时定量吃饭“的控制方法,这就是开环控制。

开环控制

“定时定量”吃饭,是一种“开环控制”,效果很差。

假设我们定时每天中午十二点,吃2两米饭。

但今天我肠胃好,十点半就饿了,然而,由于没有传感器告诉大脑,大脑依然控制到十二点才吃饭,结果,十一点半就饿晕了。

又比如,今天全是荤菜,油水丰富,吃一口饭就饱了,但是,由于没有传感器“反馈”给大脑,大脑按惯例继续吃下去,导致呕吐。

这就是开环控制的问题。

我说开环控制效果很差,主要是精度低,稳定性差。要么吃不饱,要么吃太撑,要么上午饱下午撑然后呕吐——系统震荡发散。

为何减肥很困难

肥胖有多种因素,其中重要的原因就是控制不住饮食,大吃大喝胡吃海塞。

为什么会这样呢?

因为人是一种极其精密的“闭环自动控制系统”,一旦胃感受到饥饿,大脑就会控制手嘴胡吃海塞起来,以“减轻”反馈的饥饿程度,使人趋向于“饱”。

有人说,我有坚强的毅力,可以抵抗吃饭的冲动。

但真相往往是,我们很难做到。

因为,这种反馈控制,是人类进化了上万年的一种潜意识,如果没有关公刮骨疗毒的毅力,很难抗拒。

生活中的反馈自动控制

比如,用煤气灶煮汤,火小了加热速度慢,火大了一不小心会沸腾溢出,这就是开环控制的问题。

如果我们在汤锅中插入一根温度计,通过人眼观测温度,然后控制火焰的大小,进而控制温度,这样,我们可以在汤接近沸腾时提前减小火焰,加热速度既快,又准,又稳。

稳、准、快,这就是反馈闭环控制的目标。

又比如,为什么地铁的车门,无论谁,用多大力气,扒多久,最终总能刚好关上?

因为,有传感器在“反馈”。如果门没关,电机就拖动车门继续关下去。

你看,这和我们吃饭,一个道理。

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