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控制规律及其发展
一:研究控制规律的意义:
控制论是研究各种系统的控制和调节的一般规律的科学,是自动控制、电子技术、无线电通讯、生物学、数理逻辑、统计力学等多种科学和技术相互渗透的一门综合性学科。主要研究控制系统的特点和规律。美国数学家、通讯工程师、生理学家维纳在1943年就与人合作发表《行为、目的和目的论》一文,文中把生物的有目的行为赋予机器,阐述了控制论的基本思想。1948年,维纳又发表了《控制论》一书, 奠定了控制论的理论基础,标志着控制论科学的正式诞生,维纳被誉为控制论的创始人。维纳为控制论下的定义为:控制论是关于动物和机器中控制和通讯的科学”。控制论的基本概念是信息概念和反馈概念。维纳认为,客观世界有一种普遍的联系,即信息联系;任何组织所以能够保持自身的稳定性,是由于它具有取得,使用、保持和传递信息的方法。这个信息的交换过程,可以简化为信息→输入→存贮→处理→输出→信息;在这个过程中,存在着反馈信息。所谓反馈,就是指一个系统的输出信息反作用于输入信息,并对信息再输出发生影响,起到控制和调节作用。维纳揭示了这种由信息和信息反馈构成的系统的自动控制规律,抓住了一切控制和通信的共同特点,在理论上实现了机器系统内的减熵趋势,找到了机器模拟动物的行为或功能的机制和科学基础。控制论中信息概念是基本概念,需要研究信息理论,但与信息论研究的又有不同:控制论主要研究信息的处理和控制的原理,注重对信息的利用。控制论的主要方法是信息方法、黑箱系统辨识法和功能模拟方法。控制论诞生的30多年,是控制论向各门学科广泛渗透的发展时期,这一时期相继出现了工程控制论、生物控制论、社会控制论和人工智能等分支。工程控制论是我国著名的科学家钱学森创立的,具体研究工程技术的控制系统。60年代初, 美国的卡尔曼等人把量子力学和稳定性理论中常用的“状态空间”概念引进工程控制论,形成了系统测辨、最优滤波、最优控制等现代控制理论。70年代后,将电子计算机应用于生产工程,使工程控制论面目一新。生物控制论主要是研究生物系统的控制过程和信息运动规律,对探索生命现象的本质有重大意义。社会控制论是把控制论应用于社会的生产管理、交通运输、电力网络、能源管理、通讯工程、城市建筑乃至整个社会维纳在1950年出版的《人有人的用处——控制论和社会》一书中,着重论述了控制论与生物学和社会的联系,分析了通讯与法律、社会政策等等的关系。人工智能也称智能控制论,是人的智能在机器中的再现。控制论的诞生,是继相对论和量子力学之后,现代科学的重大成就。它体现了现代科学整体化的发展趋势,不仅为人们揭示了技术系统与生命机体、社会之间的共同的控制规律,而且在许多方面冲破了传统的思维方式和研究方法的束缚, 为过去许多难以定量研究的问题开拓了建立数学模型、进行定量分析或模拟研究的途径, 为现代科学技术研究提供了崭新的科学方法,使世界科学图景、科学家思维方式和当代哲学观念出现了一系列的变化和变革, 开辟了认识世界的新途径。
二:控制规律的发展

总述:按预定目的产生控制信息的仪器或成套装置。控制器是自动控制系统实现控制的核心部分。控制器在闭环控制系统中接受来自受控对象的测量信号,按照一定的控制规律产生控制信号推动执行器工作,完成闭环控制,称为调节器;用于开环控制系统的控制器称为顺序控制器,它按照预定的时间顺序或逻辑条件顺序推动执行器实现开环控制。控制器按所用信号形式分为模拟调节器(见模拟调节仪表)和数字控制器。数字控制器又分为顺序控制器和数字调节器。人们还常把手动控制机构也称为控制器。控制器的应用不仅限于生产过程,在日常生活中也广泛应用控制器,如霓虹灯的时序开关、洗衣机和电风扇的定时器等,都属于顺序控制器。
模拟调节器:
模拟量控制系统也称连续控制系统、自动调节系统或闭环控制系统,它由被控过程、测量装置和控制器等组成,基本的热工过程模拟量控制系统如图1所示。
被控过程也称调节对象。生产过程中的被控变量(被调量)与其相应的控制变量(调节量) 构成控制系统中的被控过程。被控过程有单变量过程也有多变量过程。
(1) 单变量过程:具有一个控制变量和一个被控变量的被控过程。
(2) 多变量过程:具有一个以上控制变量和一个以上被控变量的被控过程。
图1 反馈控制系统
c—被控变量(被调量); r—设定值; e—误差(偏差);m—控制变量(调节量); d—扰动(干扰)
控制变量是改变被控变量使之等于其设定值的手段。除了控制变量以外,还有其他导致被控变量变化的因素, 这些因素称为扰动。
为了实现生产过程自动控制,必须熟悉生产过程,掌握控制变量和扰动与被控变量之间的动态特性;对于多变量过程还要清楚地了解各变量之间的相互影响。
控制器也称调节器,它是实现自动控制的主要装置。