控制理论
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控制理论,应用领域数学这与控制某些物理过程和系统的。虽然控制理论与经典的数学领域有很深的联系,如变分演算这个理论微分方程在美国,直到20世纪50年代末和60年代初,它才成为一个独立的领域。那时,问题就出现了工程经济学被认为是微分方程和变分演算问题的变体,尽管它们没有被现有的理论所涵盖。起初,为了解决个别问题,对经典技术和理论进行了特殊修改。人们随后认识到,这些似乎多样化的所有的问题都有相同的数学结构,于是控制理论出现了。
只要人类文化存在,控制意味着某种权力环境.例如,楔形文字碎片表明,至少在20世纪,美索不达米亚的灌溉系统控制是一门很发达的艺术公元前.在希腊罗马文化中有一些巧妙的控制装置,它们的细节被保存了下来。风车自动运转的方法至少可以追溯到欧洲中世纪。然而,如果没有高度复杂的技术,控制思想的大规模实施是不可能的,现代控制的原则直到19世纪才开始演变工业革命.之后,才开始对这一领域进行严肃的科学研究二战期间.
虽然控制有时等同于概念反馈控制(涉及信息的传输和返回)是一个孤立的工程发明,而不是一个科学学科,现代用法倾向于对这个术语有更广泛的含义。例如,控制理论将包括机器的控制和调节,生物有机体中的肌肉协调和代谢,假体装置的设计,以及社会领域协调活动的广泛方面,如优化商业运作,政府政策对经济活动的控制,甚至民主程序对政治决策的控制。如果物理学是理解物理环境的科学,那么控制理论可以被看作是在物理、生物甚至社会意义上改变环境的科学。
甚至比物理学更重要的是,控制是一门以数学为导向的科学。控制原理总是以数学形式表达,并可能适用于任何具体情况。与此同时,它必须是强调能否成功地运用抽象的控制原理,在很大程度上取决于具体应用领域的基本科学知识,无论是工程学、物理学、天文学、生物学、医学、计量经济学,还是任何一门社会科学。
现代控制系统的例子
为了澄清控制原理及其在实际机器或系统中的实现之间的关键区别,下面的常见控制示例可能会有所帮助。
没有(就不能工作的机器反馈)控制
许多基本设备的制造必须通过某种外部控制来改变其行为。一般来说,任何方法(在实践中,有时甚至在理论上)都不能达到同样的效果内在设备特性的修改。例如,晶体管放大器单独使用时,会在音响系统中引入无法忍受的失真,但经过反馈控制系统的适当修改,它们可以达到所需的任何程度忠诚.另一个例子涉及动力飞行。早期的先驱们失败了,不是因为他们对空气动力学定律的无知,而是因为他们没有认识到控制的必要性,也不知道通过控制使一个本来就不稳定的装置稳定下来的基本原理。喷气式飞机不能在没有自动控制辅助飞行员的情况下运行,而控制对直升机同样至关重要。惯性精度导航由于基本的机械限制,设备不能无限地改进,但这些限制可以通过计算机指导的统计滤波降低几个数量级变体反馈控制。
机器的控制
在许多情况下,机器执行任务的操作可以由人来指导(手动控制),但将机器直接连接到测量仪器(自动控制)可能会方便得多;例如,恒温器可用于打开或关闭冰箱、烤箱、空调单元或加热系统。汽车大灯的调暗,相机光圈的设置,彩色照片的正确曝光,都可以通过将光电管直接连接到相关机器上自动完成。相关的例子是位置的远程控制(伺服机构)和电机的速度控制(总督)。强调在这种情况下,机器可以自己工作,但是让测量设备以前馈或反馈的方式与机器通信可以获得更有用的系统。