控制理论的学科定位(及其他)

楼主:闪苍山人 时间:2020-07-21 06:16:06 点击:50 回复:2
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  控制理论的学科定位及其他
  闪苍

  许多人顾名思义地把“控制理论”误解成“控制工程”的理论基础;一旦发现控制理论对控制工程没有多少直接指导意义,又误认为控制理论是抽象而不实用的理论。实际上,控制理论不是与控制工程直接对应的技术学科或者理论基础。控制理论(control theory)的本意是“工程控制论”;而“控制论”(cybernetics)是研究生物和机器中的信息传递和反馈调节现象的科学。
  学习控制理论的人们必须承认,所谓“自动控制技术”的内容应该是电工技术、电子技术、计算机技术、测控接口技术和控制理论的综合体;所以“控制理论”只是自动控制技术一个部分。如今的控制工程,也就是计算机测控系统的设计和建造,它直接对应的技术学科是计算机测控接口技术,它的专业基础是计算机技术和电子技术等等。而应用控制理论于计算机测控系统是控制工程的“上层建筑”,是“锦上添花”的部分,所以往往被人忽视。但是,如果能在计算机测控系统中用上控制理论,那么计算机测控系统的潜力才得以充分发挥出来,那么它的控制水平将会提高一个档次,实现严格意义上的自动控制。
  于是应用计算机测控接口技术进行测控系统的设计,和应用控制理论进行控制系统的设计,是两回事!很多人很多教科书都把它们混为一谈了。因而在控制理论书上没有必要详细介绍测控系统的设计问题,因为那是另一门课程(测控接口技术)的内容。
  作者认为,这样对控制理论的客观定位,有助于控制理论的教授、学习和应用。此论妥否?读者明鉴。

  其他有关的见解
  控制工程的设计要便于反馈控制
  为了便于把控制理论应用到控制工程上,希望控制工程的设计者在设计计算机测控系统方案时,就要考虑到该系统要便于实现反馈控制的问题。例如,在划分控制子系统时,不要按专业功能划分子系统,而要按工作流程段划分子系统,这样便于就近反馈、运用控制理论的控制器算式编写运行程序和及时调节;再如,除了要考虑测控系统的采样周期之外,还要考虑测控节拍周期;以及被控设备是要准备建立“同拍”数学模型呢还是“一拍延迟”的模型?与此同时,要考虑是设计“一步预报”控制器还是“现时”控制器?在编写运行程序时,就要考虑以后如何插入根据控制理论的控制器算式而编写的子程序(或程序模块),等等。

  智能控制是计算机控制的一个方面
  所谓“智能控制”实际上是运用智能技术、根据控制的情况和要求,编写运行程序,投入现场使用。通常,“计算机控制理论”讲的是如何把线性控制理论运用到计算机测控系统中去。而“智能控制理论”是介绍智能技术以及如何用之于计算机测控系统;所以,智能控制系统也是一种计算机控制系统,本书把智能控制理论也归入计算机控制理论。
  智能技术和智能控制是一门新兴的交叉学科,内容极不统一,概念(包括术语与符号)深奥,使人望而却步。本书作者根据多年给研究生的教学经验和学问推敲,书中所用的措辞(包括术语与符号)通俗、简单、明白、确切、同一。注重培养学生掌握基本知识,并会用之解题和编写程序。

  稳定性和稳定裕量
  我认为计算机控制系统的稳定性和可靠性是测控系统设计时需要考虑的问题,不是控制理论分析时才考虑的问题。在控制理论分析时需要考虑的是与稳定性密切相关的另一个重要概念——稳定裕量。

  关于状态方程的非议
  一个导数方程(或传递函数)可以推导出无穷多个状态方程;而状态变量多是在推导的过程中,根据需要人为地设定的;状态变量不像输入变量和输出变量那样,具有明确的物理意义。许多控制理论书中都说状态变量的引入是为了揭示系统内部的动态特征;我认为这种说法很勉强,因为除非直接借用输出变量的状态变量外,状态变量多数没有明确的物理意义,于是所谓的系统内部特征也无从说起了。这里所说的系统状态变量是特指状态方程式中的x,和工程上常说的设备工作状态或者测控系统工作状态,有着不同的含义。
  另外,提出一个问题供读者讨论:既然被控设备的状态x多数是物理意义不清又测不出来,那么性能指标中的xTQ1x项如何求得?实际意义又是什么?何不用yTQ1y,或者用eTQ1e(其中向量e = r-y)代替xTQ1x?这样的指标更有实际意义。况且控制系统多数都有系统输入(即预定值r)的嘛。

  关于模糊关系合成的议论
  既然模糊关系也是一种模糊集合,那么模糊关系合成的运算虽然本意是“关系与关系”的合成,但是此外,还可以有“关系与集合”、“集合与关系”、“集合与集合”的合成。书中所介绍的模糊推理就是“关系与集合”或“集合与关系”的合成。于是,我认为,不妨把“模糊关系合成”改称为“模糊合成”,作为一种特定的模糊运算,这样似乎更合理些。



  【注】这是拙著《计算机控制理论》书中的几段。2006年10月18日摘出独立成文。


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作者:jchonc123 时间:2020-07-23 23:48:06
  俺上交自控93毕业的,这个专业我觉得就是走偏了的数学啊,可能受苏联影响比较大。其实到最后还是数字化占了上风,白学了那么多东西,毕业了就没机会用过。
楼主闪苍山人 时间:2020-07-31 07:25:28
  @jchonc123 2020-07-23 23:48:06
  俺上交自控93毕业的,这个专业我觉得就是走偏了的数学啊,可能受苏联影响比较大。其实到最后还是数字化占了上风,白学了那么多东西,毕业了就没机会用过。
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  ‘自控’专业的学习重点应该是电工技术、电子技术、计算机技术、测控接口技术,其中数学的内容不多;只有‘控制理论’中数学的内容很多,它不是‘自控’专业的重点。之所以过分看重‘控制理论’,可能是受到苏联教育体系的影响。
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