控制系统相关问题的思考(原创)

一、控制系统存在的根本目的是什么?

控制系统为什么要存在,就在于要通过控制系统使某个体系实现人类的意图,这个体系可能是某个机械,也可能是某种组织,甚至是某种机制。

人类的意图以某种“命令”的形式传达给控制系统,控制系统控制特定的体系实现人类的“命令”,这种控制系统就是一种理想化的控制系统。

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二、三大类非理想化的控制系统

实际存在的控制系统都是非理想化的控制系统,而不是理想化的控制系统。这种非理想化的控制系统存在的问题可以用多种指标进行表示,如动态响应的延迟时间、超调量等指标和稳态响应的稳态误差等指标,这类指标可以在普通的自动控制原理的教材中就可以得到。

而教材中所讲到的所有控制系统的指标,都有一个基本的前提,那就是控制系统基本实现了人类的“命令”。而事实上,我们所接触到的真正的控制系统则远远不止这一种。

1.控制系统基本实现了人类的“命令”。

这种控制系统,无论其动态性能或者稳态性能如何,首先是一个可用的控制系统。无论任何控制系统,都无法完全实现人类的“命令”,因此,只要是基本实现了人类的“命令”的,就是一个基本可用的控制系统,这是人类对于控制系统的基本要求,也是一个底线性质的要求;

2.控制系统基本不搭理人类的“命令”。

这种控制系统,人类的“命令”与控制系统本身的控制效果没有关系。有些时候好像看起来人类的“命令”起了作用,但是实际上却完全无法重复,也就是说,人类的“命令”与控制系统的控制效果之间是完全无关的。

3.控制系统基本违背了人类的“命令”。

这种控制系统,人类的“命令”与控制系统本身的效果之间是基本相反的,人类的命令,控制系统本身不仅仅是置之不理,而且是对着干。这次波音737max事件,就是典型的控制系统违背人类“命令”的事件。

控制系统相关问题的思考(原创)

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三、非理想化的控制系统的抉择

非理想化的控制系统的抉择是至关重要的。我这里用的是“抉择”,就是因为这个阶段非常重要。因为,我所想描述的控制系统,不仅仅是局限于自动控制领域,而是一种广义的控制系统。一个设备的控制是一个控制系统,一条流水线的控制是一个控制系统,一个厂房的生产组织是一个控制系统,一个企业的组织管理是一个控制系统,一个人的言谈举止是一个控制系统,一个人人生的谋划组织也是一个控制系统。

也就是,凡是为了能够实现目标而存在的系统,都是控制系统。

1.基本实现目标,是控制系统的底线。

这一点似乎是显而易见的,但是事实上,在现实社会问题中,任何一个控制系统的抉择都不是一个简单的单目标问题,而基本都是多目标问题。在这些目标中,往往只有一个目标是底线目标,而其他目标居于相对次要的位置,而往往这些相对次要的位置也十分重要。

但是,问题的关键就在于不是每一个人,每一个时刻都有能力从全局做出抉择,确定首先满足那个最为重要的底线目标——事实上,在一个控制系统发展的整个过程中,往往会在某一个时刻或某一个阶段把至关重要的底线目标忽略,或者把这个至关重要的底线目标的确保实现交给一个无足轻重的、毫无经验的、丝毫没有认识到这个问题重要性的人。

波音737飞机的飞控软件交给了印度的软件分包商,这个软件分包商再交给某一个不知名的程序员,而这个程序员说不定当天正在面临着与女朋友闹别扭的危机而没有好好去检查。而事实上,这些怪不得这个程序员,甚至也不能责怪那个印度软件分包商。波音公司为什么要把关系飞机成败的重大责任交给别人呢?既然交给了别人去做为什么又没有反复的核对检查而确保安全呢?因为这个时候,不是飞机的安全,而是节约费用主导了整个过程。

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为什么又说是基本实现目标,而不是完全实现目标呢?因为一方面,这是我们抉择的第一步,我们还要进行其他方面的抉择;另一方面,我们在控制住底线的情况下,当然可以尽可能希望多一些选项,而不是固步自封的只要某个选项。我想,多一些选项对我们是有利的。

2.要注意分别考察动态性能和稳态性能的平衡。

首先,要知道自己的需求是什么?

这是非常重要的。一个控制系统可以实现优秀的稳态性能,那么可以说这是一个优秀的控制系统。同样,一个控制系统可以实现优秀的动态性能,那么也可以说这是一个优秀的控制系统。前提条件是,你需要什么样的控制系统。如果你有很多个方面都需要控制系统,那么你应该知道每一个方面对于控制系统的要求是什么,哪些方面侧重需要稳态性能优异的控制系统,而哪些方面侧重动态性能优异的控制系统。

同时具备优异的动态性能和优秀的稳态性能好不好?当然好,但是我们不只是需要理论上的好,还需要可以接受成本的好,最好是低成本的好。因为我们要解决实际问题,而不是仅仅解决理论问题。

其次,要注重分析每个控制系统的动态性能和稳态性能。

控制系统的存在是为了实现人类的“命令”。而人类的“命令”有两大类,一类是一个命令持续很久,在整个持续时间段内,这个命令都是不变的,控制系统的目的只有一个,那就是尽一切努力去达成这个目标,也就是人类的“命令”。“命令”持续的事件较长,不代表就彻底不变,而是变化的相对较慢,一般都能够长时间的维持在稳态,如果命令变了,那么就长时间维持在另一个稳态。实现这类“命令”的控制系统,就应当把稳态性能放在第一位。

另一类“命令”则完全不同,这类命令总是在变化的,甚至是实时变化的。比如导弹的跟踪命中系统。导弹发出去之后要打飞行中的飞机,飞机是不会等着让导弹去打的,而是实时变化的,反复躲避的。而导弹的跟踪命中系统就是要在这个过程中跟踪命中敌人的飞机。如果不能命中,这种导弹的控制系统就毫无意义。当然这里的命令不是人类直接下达的,而是通过对敌人的飞机跟踪识别间接下达的。实现这类实时变化的“命令”,动态性能就应该绝对放在第一位了。

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再次,要兼顾抗噪声、抗干扰等其他性能。


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