1．要科學(xué)地設(shè)計(jì)一個(gè)良好的控制系統(tǒng)，必須熟知控制論的潛在規(guī)律，掌握控制方法，禁忌盲目下手設(shè)計(jì)
控制論的產(chǎn)生，為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究提供了一種嶄新的方法——控制方法，即以系統(tǒng)的功能行為為目標(biāo)，通過(guò)一定的手段實(shí)現(xiàn)控制，達(dá)到系統(tǒng)目標(biāo)****化的方法�？刂品椒皶r(shí)抓住了當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)，對(duì)當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起了積極的推動(dòng)作用。
(1)控制和控制系統(tǒng)控制論的創(chuàng)始人維納說(shuō)，控制論是關(guān)于動(dòng)物和機(jī)器中通信和控制的理論。現(xiàn)在則推廣為在一切不同質(zhì)的系統(tǒng)中研究共同控制規(guī)律的理論。控制是指操縱一個(gè)有組織的系統(tǒng)。作為一個(gè)系統(tǒng)，總是存在一些不確定性，使系統(tǒng)不能穩(wěn)定地保持或達(dá)到所需的狀態(tài)。正如維納所說(shuō)：一個(gè)閉合系統(tǒng)，總是存在著組織程度降低的自然趨勢(shì)，即存在著熵增加的趨勢(shì)。為了使系統(tǒng)能穩(wěn)定地保持或達(dá)到所需的狀態(tài)，必須對(duì)系統(tǒng)施加一定的作用，根據(jù)內(nèi)外部的各種變化，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)調(diào)節(jié)，不斷克服系統(tǒng)的不確定性，使之保持某種穩(wěn)定的狀態(tài)。這種對(duì)系統(tǒng)施加的操縱，使系統(tǒng)減熵增序的過(guò)程，就叫做控制�？刂葡到y(tǒng)一般由控制者、被控銣者(即控制對(duì)象)和將控制者的作用傳遞給被控對(duì)象的線路組成，其中控制者和控制對(duì)象是控制系統(tǒng)中最基本的結(jié)構(gòu)和組成(因?yàn)橛行┛刂葡到y(tǒng)可以沒(méi)有連接線路而直接聯(lián)系)。由于控制者和控制對(duì)象也都是系統(tǒng)，所以控制者又被稱為施控系統(tǒng)，控制對(duì)象又被稱為受控系統(tǒng)，控制系統(tǒng)就是由施控系統(tǒng)與受控系統(tǒng)組成的具有控制功能行為的統(tǒng)一體。
既然施控系統(tǒng)和受控系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)，那么它們就會(huì)相互產(chǎn)生作用和相互影響，同時(shí)又與外部環(huán)境產(chǎn)生相互作用和影響。施控系統(tǒng)對(duì)受控系統(tǒng)的作用和影響叫輸入；受控系統(tǒng)對(duì)外部環(huán)境的作用和影響叫輸出；而外部環(huán)境對(duì)受控系統(tǒng)的作用和影響叫干擾。輸入是受控制系統(tǒng)控制的，輸出是受輸入制約的，而干擾是不可控制的。輸入的目的在于使受控系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)預(yù)定的輸出，使控制結(jié)果符合目標(biāo)。而干擾會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生偏離目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。從輸入與輸出的關(guān)系來(lái)看，并不是所有的控制系統(tǒng)都是一樣的。根據(jù)輸入與輸出的關(guān)系，可將控制系統(tǒng)分為不同的類型：
1)一種類型是系統(tǒng)的輸入直接控制著它的輸出，輸入不必受輸出的影響。這類控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸入與輸出的關(guān)系單一，輸入控制輸出，但輸出卻不能反過(guò)來(lái)控制輸入，因而缺乏調(diào)節(jié)機(jī)制。比如用步槍射擊，子彈打出去，就無(wú)法控制了。顯然，這是控制系統(tǒng)的輸入與輸出的關(guān)系沒(méi)有形成一個(gè)封閉的環(huán)狀循環(huán)控制線路，而是一個(gè)敞開(kāi)著的線路。
因此這類控制系統(tǒng)叫開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)由于缺乏監(jiān)督和調(diào)節(jié)機(jī)制，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)容易受到外界環(huán)境干擾，因而容易偏離控制目標(biāo)。正因如此，這類控制系統(tǒng)要達(dá)到控制目標(biāo)，必須依靠事先對(duì)于擾的足夠估計(jì)和克服于擾的措施。比如在打槍時(shí)事先瞄準(zhǔn)，就是這種措施。
這類控制系統(tǒng)只適用于靜止或狀態(tài)變化不大的目標(biāo)，對(duì)于變化大的目標(biāo)就無(wú)法控制了。比如用舊式火炮打飛機(jī)，雖然可以計(jì)算出飛機(jī)的速度、方向和炮彈的軌道，以確定炮彈發(fā)射的角度，但飛機(jī)若突然改變航向和速度，就難于擊中了。
2)控制系統(tǒng)的另一種類型是，系統(tǒng)的輸入不僅控制著輸出，而且輸入又是受著輸出的控制，就是說(shuō)，整個(gè)控制系統(tǒng)是由輸入和輸出共同控制的。這種控制系統(tǒng)的機(jī)制存在著反饋回路，在輸入與輸出之間有反饋聯(lián)系。由于這類控制系統(tǒng)的輸入與輸出是相互控制的，于是 系統(tǒng)控制力的傳輸線路就形成一個(gè)封閉的環(huán)狀循環(huán)控制線路，所以叫閉環(huán)控制系統(tǒng)。如裝備有自動(dòng)駕駛儀的海輪，能隨時(shí)觀測(cè)到航向的偏離度，通過(guò)反饋回輸，隨時(shí)采取糾偏措施。這類控制系統(tǒng)的突出特點(diǎn)是有反饋回路，因而也稱反饋控制系統(tǒng)。由于閉環(huán)控制系統(tǒng)有反饋回路，它在結(jié)構(gòu)上就與開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)不同。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是由施控裝置與受控裝置兩個(gè)基本要素組成，閉環(huán)控制系統(tǒng)則是由施控裝置、受控裝置和反饋裝置三個(gè)基本要素組成。反饋裝置的功能和作用就在于，它使系統(tǒng)的輸入和輸出有了監(jiān)督和調(diào)控的機(jī)制，這是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)所沒(méi)有的。也并不是所有具備監(jiān)督和調(diào)控機(jī)制的系統(tǒng)都是反饋閉環(huán)系統(tǒng)。因?yàn)橛行┍O(jiān)督和調(diào)控機(jī)制(如輸電線路中的保險(xiǎn)裝置)的作用并不是當(dāng)系統(tǒng)偏離目標(biāo)時(shí)逐步縮小系統(tǒng)與目標(biāo)的差距，使系統(tǒng)穩(wěn)定地調(diào)控在目標(biāo)上，而是直接使系統(tǒng)停止運(yùn)動(dòng)。這種通過(guò)使系統(tǒng)停止運(yùn)動(dòng)的辦法來(lái)糾正對(duì)控制目標(biāo)的偏離，實(shí)際上是一次性極限調(diào)控，是通過(guò)中斷輸入來(lái)調(diào)控輸出的。既然輸入中斷了，也就停止了輸出，更談不上輸出對(duì)再輸入和再輸出發(fā)生影響了。所以這種裝置構(gòu)不成反饋回路。因此說(shuō)它不是反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)，而是一種極限狀態(tài)下的保護(hù)措施。
3)控制系統(tǒng)的第三種類型是組合控制系統(tǒng)。所謂組合控制系統(tǒng)，就是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)混合起來(lái)構(gòu)成的控制系統(tǒng)。顯然，這樣的系統(tǒng)要比單一系統(tǒng)的規(guī)模大，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。它有多個(gè)子控制系統(tǒng)，多個(gè)輸入輸出和目標(biāo)，因而存在著多個(gè)變量、多種關(guān)系和相互作用。如數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，但材料的搬動(dòng)是靠人手進(jìn)行的，這一部分是開(kāi)環(huán)的，因此它是一種組合控制系統(tǒng)。此外如電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)等，很多都是組合控制系統(tǒng)。當(dāng)然，這些都是比較復(fù)雜的組合控制系統(tǒng)。
在三類不同的控制系統(tǒng)中，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)是一次性調(diào)節(jié)的控制能力很低的系統(tǒng)。只有帶反饋回路的閉環(huán)控制系統(tǒng)才具有自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)的功能。因此，如何將開(kāi)環(huán)系統(tǒng)變成閉環(huán)系統(tǒng)，將組合系統(tǒng)中的開(kāi)環(huán)部分變成反饋回路，以提高和擴(kuò)大系統(tǒng)的控制能力，就十分有意義了。
從信息論的觀點(diǎn)來(lái)看，控制過(guò)程是一個(gè)信息的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。即新的信息不斷輸入到施控系統(tǒng)。施控系統(tǒng)由感受機(jī)構(gòu)、中樞機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。感受機(jī)構(gòu)接到信息后，傳給中樞機(jī)構(gòu)進(jìn)行加工處理，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出控制信號(hào)到被控系統(tǒng)。被控系統(tǒng)引起反應(yīng)又繼續(xù)發(fā)出新的信號(hào)，返回傳給施控系統(tǒng)，如此循環(huán)往返，但每次循環(huán)都不是簡(jiǎn)單的重復(fù)，而是有新的信息內(nèi)容，使得控制作用更加向目標(biāo)逼進(jìn)�？刂葡到y(tǒng)所以能夠維持某種穩(wěn)定狀態(tài)，減熵增序，就是因?yàn)樗胁粩嗟耐饨绲男畔⒔粨Q。
(2)控制論方法控制論方法就是運(yùn)用控制論原理，以任何一個(gè)系統(tǒng)的功能行為為目標(biāo)，通過(guò)功能模擬、黑箱、信息反饋和大系統(tǒng)控制等方法，使系統(tǒng)減熵增序，實(shí)行控制，達(dá)到系統(tǒng)目標(biāo)****化的方法。
1)功能模擬方法。功能模擬方法，是指在未弄清或不必弄清原型內(nèi)部結(jié)構(gòu)的條件下，僅僅以功能相似為基礎(chǔ)，用模型來(lái)再現(xiàn)原型功能的一種模擬方法。與傳統(tǒng)的方法相比，功能模擬方法是一種嶄新的方法。它有如下特點(diǎn)：
①功能模擬方法在功能上描述與模仿系統(tǒng)對(duì)環(huán)境影響的反應(yīng)方式時(shí)，往往把系統(tǒng)看作“黑箱”，不去分析系統(tǒng)的內(nèi)部機(jī)制與個(gè)別要素，也不求模型與原型結(jié)構(gòu)的相同。像人腦這類復(fù)雜的大系統(tǒng)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)難以弄清，難于復(fù)制，顯然難于運(yùn)用結(jié)構(gòu)模擬的方法來(lái)再現(xiàn)人腦的功能。而運(yùn)用功能模擬的方法，則可以在未弄清人腦內(nèi)部結(jié)構(gòu)的條件下，用模型來(lái)模擬人腦的一部分功能。
②以模型和原型之間的功能相似為基礎(chǔ)，這是功能模擬方法與其他模擬方法相區(qū)別的 主要特點(diǎn)。維納在創(chuàng)立控制論的過(guò)程中，從功能角度出發(fā)，將機(jī)器、生物和人等不同質(zhì)的物質(zhì)系統(tǒng)進(jìn)行類比，揭示出“機(jī)器和生命體之間在行為方面的某些相似之處”。洌如．由炮瞄雷達(dá)站、高射炮控制儀和高射炮等組成的火炮自動(dòng)控制系統(tǒng)，它的控制過(guò)程與一個(gè)獵手在狩獵時(shí)的行為非常相似。它們具有搜索、跟蹤目標(biāo)等相似的功能，它們都按預(yù)定目的動(dòng)作．最終效果都以一定的操作或行為來(lái)打擊目標(biāo)物。
�、蹅鹘y(tǒng)模擬的模型只是認(rèn)識(shí)原型的手段，而功能模擬的模型則是具有生物目的性行為妁機(jī)器——智能機(jī)器，它成了改造世界的直接手段，它本身就是研究的目的。
功能模擬方法所具有的特點(diǎn)，擴(kuò)大了模擬方法的應(yīng)用范圍，為人們利用不同結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)去實(shí)現(xiàn)相同的功能提供了有效的方法，人腦的意識(shí)活動(dòng)，以往的機(jī)械模擬是無(wú)法勝任的，而功能模擬方法采用五種與人腦功能相似的相互作用、相互聯(lián)系的部件，制造出了電子計(jì)算機(jī)，就成功地模擬了人腦的部分思維功能。具體來(lái)說(shuō)，就是用輸入器模擬人的感覺(jué)器官接受外來(lái)信息的功能；用存儲(chǔ)器模擬人腦儲(chǔ)存信息以備提取的記憶功能；用運(yùn)算器模擬人腦加工處理信息，以及進(jìn)行判斷、抉擇與計(jì)算的功能；用控制器模擬人腦指揮協(xié)調(diào)整個(gè)思維活動(dòng)的功能；用輸出器模擬人對(duì)環(huán)境的應(yīng)答反應(yīng)功能。在此基礎(chǔ)上，人們運(yùn)用功能模擬方法將人腦的思維規(guī)則和技巧編成一定的程序輸入計(jì)算機(jī)，就使電腦具有與人腦相似的部分思維功能。
維納在《控制論》等著作中明確指出：電子計(jì)算機(jī)作為人腦的功能模型，對(duì)研究人腦的生理過(guò)程和病理過(guò)程等問(wèn)題有著重要的意義。他指出：“如果認(rèn)識(shí)到大腦和計(jì)算機(jī)有許多相似之處，就可以給精神病理學(xué)，甚至給精神病治療學(xué)提供一個(gè)有效的研究方法”。
在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究中，人們通過(guò)對(duì)人的體溫控制系統(tǒng)的技術(shù)模型研究，成功地預(yù)測(cè)了在宇航條件下和低溫手術(shù)條件下，人的體溫可能出現(xiàn)的變化和反應(yīng)。人們還通過(guò)對(duì)人的呼吸系統(tǒng)的技術(shù)模型的研究，初步揭示了一種周期性病態(tài)呼吸的生理病理原理。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，功能模擬方法必將在人腦系統(tǒng)、生命系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)等領(lǐng)域的研究中，發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。
2)黑箱方法。所謂黑箱，是指對(duì)其內(nèi)部構(gòu)造和機(jī)理不清，但可以通過(guò)外部觀測(cè)和試驗(yàn)去認(rèn)識(shí)其功能和特性的事物。黑箱有兩個(gè)特點(diǎn)：①只能給它以信息輸入，觀察它的信息輸出，而不知其內(nèi)部結(jié)構(gòu)；②黑箱是相對(duì)于認(rèn)識(shí)主體來(lái)說(shuō)的。黑箱實(shí)際上是未被認(rèn)識(shí)的事物。
一個(gè)認(rèn)識(shí)對(duì)象是否作為黑箱來(lái)對(duì)待，一方面取決于認(rèn)識(shí)對(duì)象本身，另一方面則取決于認(rèn)識(shí)主體，取決于認(rèn)識(shí)主體的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。有的系統(tǒng)相對(duì)于一些人來(lái)說(shuō)可能是黑箱，但相對(duì)于另一些人來(lái)說(shuō)就可能不是黑箱。黑箱方法是為了解決對(duì)黑箱這種認(rèn)識(shí)對(duì)象的認(rèn)識(shí)而發(fā)展起來(lái)的一砷嶄新的方法。由于黑箱是無(wú)法直接觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，因此人們只能從外部來(lái)認(rèn)識(shí)它。這種不是通過(guò)直接考察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而是利用外部觀測(cè)和試驗(yàn)來(lái)考察系統(tǒng)的輸入、輸出及其動(dòng)態(tài)過(guò)程，研究系統(tǒng)的功能和特性，探索其結(jié)構(gòu)和機(jī)理的方法，就是黑箱方法。這種與傳統(tǒng)科學(xué)方法不同的黑箱方法究竟怎樣進(jìn)行呢?其過(guò)程大體如下：
�、儆孟鄬�(duì)孤立的原則，確認(rèn)黑箱。既然黑箱是個(gè)與外部環(huán)境處在相互聯(lián)系、相互作用中的系統(tǒng)，那么我們就得劃定它與周?chē)h(huán)境的邊界，將它從環(huán)境中分離出來(lái)。在這樣做時(shí)。
我們必須規(guī)定黑箱與其環(huán)境聯(lián)系的主要通道，確定它的輸入輸出是什么。盡管我們事先不對(duì)它的性質(zhì)和內(nèi)容作任何假定，但我們都應(yīng)假定具有認(rèn)識(shí)和處理它的某種手段。這樣，我們和黑箱形成一個(gè)信息反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。比如劃定了研究對(duì)象(s)與周?chē)h(huán)境(E)的邊界。
選定了對(duì)象與環(huán)境主要聯(lián)系的通道，確定了對(duì)象的一組輸人x(t)與輸出y(t)，就意味著一 個(gè)黑箱的確立。
�、谕ㄟ^(guò)觀察和主動(dòng)實(shí)驗(yàn)，考察黑箱。如果觀測(cè)是在沒(méi)有對(duì)黑箱施加任何干涉的情況進(jìn)行的，這叫被動(dòng)考察。它的好處是能得到純自然條件下黑箱運(yùn)動(dòng)的情況。但也有缺點(diǎn)，那就是獲得的信息較少。有時(shí)為了使系統(tǒng)的特性更明顯地表現(xiàn)出來(lái)，也可采取主動(dòng)實(shí)驗(yàn)的方法，即有目地在系統(tǒng)的輸入端加上某種典型的測(cè)試信號(hào)，然后再觀察其輸出響應(yīng)，以便從中獲取研究對(duì)象的大量信息，作為認(rèn)識(shí)黑箱的依據(jù)。
�、劢⒛Ｐ�，闡明黑箱。對(duì)于比較簡(jiǎn)單的事物，我們通過(guò)觀測(cè)和主動(dòng)實(shí)驗(yàn)，就可以判明其功能和特性了，用不著建立模型。但對(duì)較復(fù)雜的事物，由于輸入輸出的數(shù)值較多，關(guān)系縱橫交錯(cuò)，在獲取輸入輸出的數(shù)據(jù)之后，還不能闡明黑箱。還必須綜合整理數(shù)據(jù)，建立黑箱模型。然后依據(jù)模型對(duì)黑箱的功能及特性進(jìn)行定性的、定量的、靜態(tài)的、動(dòng)態(tài)的分析評(píng)價(jià)，對(duì)其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和機(jī)理作出某些推測(cè)和假說(shuō)，并通過(guò)試驗(yàn)去驗(yàn)證。
黑箱方法與傳統(tǒng)科學(xué)方法相比，有其明顯的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：①它不采取打開(kāi)系統(tǒng)的途徑來(lái)認(rèn)識(shí)事物，而是通過(guò)研究系統(tǒng)的輸入輸出來(lái)認(rèn)識(shí)事物，這就具有不破壞事物的原有結(jié)構(gòu)和完整性的優(yōu)點(diǎn)，有利于從整體的綜合的全局的角度來(lái)研究事物；②它不是孤立地去研究系統(tǒng)本身，而是從系統(tǒng)環(huán)境的相互作用和互通信息中來(lái)研究事物，這就具有不割斷系統(tǒng)與其環(huán)境相互聯(lián)系的優(yōu)點(diǎn)；③它不是從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)人手來(lái)研究問(wèn)題，而是通過(guò)考察系統(tǒng)的輸入輸出、行為和功能，進(jìn)而來(lái)推知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和機(jī)理。這就省去了許多麻煩，而且認(rèn)識(shí)活動(dòng)也不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行�？傊�，黑箱方法的實(shí)質(zhì)就是人們?cè)诒緛?lái)無(wú)法解決的黑箱面前，發(fā)揮了思維的能動(dòng)作用，有意識(shí)暫時(shí)繞開(kāi)一時(shí)無(wú)法知道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和機(jī)理，僅從外部環(huán)境與黑箱整體的關(guān)系出發(fā)，能動(dòng)地對(duì)黑箱施加某種影響，觀察其輸入與輸出關(guān)系的變化，只要有函數(shù)y=f(x)存在，就能在一定程度上反映黑箱的功能，再根據(jù)功能與結(jié)構(gòu)關(guān)系原理，便可反求結(jié)構(gòu)，弄清其機(jī)理，最終變黑箱為白箱，真正認(rèn)識(shí)這個(gè)事物。這是人們?cè)谘芯刻厥獾膶?duì)象時(shí)，所采取的迂回曲折的前進(jìn)方式。
3)反饋控制方法。在控制論中，人們?cè)趹?yīng)用功能模擬和黑箱方法時(shí)，無(wú)形中也使用了有關(guān)的反饋方法，使問(wèn)題的研究向著預(yù)定的目的前進(jìn)。所謂反饋就是把系統(tǒng)的輸出通過(guò)一定的通道又反送到輸入端，從而對(duì)系統(tǒng)的輸入和再輸出施加影響。反饋的過(guò)程表明，系統(tǒng)的輸入和輸出是相互影響、相互作用的，如果把系統(tǒng)的輸入看成原因，則輸出就是結(jié)果。輸入和輸出的關(guān)系是原因和結(jié)果的關(guān)系。事實(shí)上，不但輸入影響和作用著輸出，而且輸出也影響和作用著輸入。這樣，輸出又成了原因，輸入又變成了結(jié)果。所以說(shuō)，輸入和輸出呈現(xiàn)互為因果的關(guān)系。而且輸入和輸出組成一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)�？刂普摪堰@種環(huán)狀結(jié)構(gòu)叫反饋環(huán)，亦即反饋控制系統(tǒng)。科學(xué)研究表明，在一個(gè)系統(tǒng)中，輸出對(duì)輸入的反作用一般有兩種情況：
�、佥敵龆说妮敵鼋Y(jié)果反過(guò)來(lái)作用于輸入端時(shí)，對(duì)輸入起著強(qiáng)化的作用。這時(shí)，反饋的結(jié)果起著使系統(tǒng)朝著偏離控制目標(biāo)的方向運(yùn)動(dòng)的作用。這種情況叫做正反饋。例如，一個(gè)工廠生產(chǎn)的產(chǎn)品投放市場(chǎng)以后，賣(mài)不出去，知道這種情況還繼續(xù)生產(chǎn)這種產(chǎn)品，就會(huì)使產(chǎn)品積壓越來(lái)越多，甚至使工廠陷入困境。正反饋是一種使系統(tǒng)越來(lái)越不穩(wěn)定，甚至導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰和解體的反饋。
�、谳敵龆说妮敵龅慕Y(jié)果反作用于輸入端時(shí)，對(duì)輸入起著削弱的作用。這時(shí)，反饋的結(jié)果起者使系統(tǒng)朝著控制目標(biāo)的方向運(yùn)動(dòng)的作用。這種情況叫做負(fù)反饋。例如導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)中的反饋，就屬于這種負(fù)反饋。當(dāng)導(dǎo)彈脫離發(fā)射裝置以后，靠著制導(dǎo)系統(tǒng)的幫助，它能夠既注 意到自己的位置，又注意到飛機(jī)的位置，并把兩者作比較，找出自己的位置跟飛機(jī)之間的差距，并且根據(jù)這種目標(biāo)偏差調(diào)整自己的位置和方向，從而使導(dǎo)彈沿著減小目標(biāo)偏差的方向運(yùn)動(dòng)。在制導(dǎo)系統(tǒng)的幫助下，導(dǎo)彈能夠以飛機(jī)或其他東西做目標(biāo)，自動(dòng)地調(diào)整自己的位置和方向，直到擊中目標(biāo)為止。這種負(fù)反饋機(jī)制的系統(tǒng)又叫自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)又有兩種不同的類型：
�、侔严到y(tǒng)引向一個(gè)預(yù)期的目標(biāo)，使系統(tǒng)成為自調(diào)節(jié)。換句話說(shuō)，就是根據(jù)反饋的信息，不斷地調(diào)整系統(tǒng)的行為，使系統(tǒng)與目標(biāo)之間的差距逐漸縮小，直至達(dá)到系統(tǒng)的最終目的。如老鷹獵取食物，駕駛員駕駛車(chē)輛以及上述的導(dǎo)彈制導(dǎo)等等，都屬于這種類型。
�、诎严到y(tǒng)維持在某些變量上。比如恒溫器的工作過(guò)程就屬于這種類型。在恒溫器中，當(dāng)溫度低于所需要的數(shù)值時(shí)，恒溫器就發(fā)出信號(hào)，使燃料流入燃料室或者接通電流，給恒溫器加溫；當(dāng)溫度高于所需要的數(shù)值時(shí)，恒溫器就會(huì)發(fā)出信號(hào)，使燃料停止流入燃燒室或者切斷電流，讓恒溫器降溫。這樣，恒溫器的加熱系統(tǒng)通過(guò)負(fù)反饋調(diào)節(jié)，就可以把恒溫器的溫度穩(wěn)定在一定的數(shù)值上。
了解和掌握反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性質(zhì)和特點(diǎn)在現(xiàn)實(shí)生活中有很大的作用。由于反饋僅僅考慮輸入和輸出的關(guān)系，只要根據(jù)先前的操作，就能調(diào)節(jié)系統(tǒng)未來(lái)的行為，這樣就使得反饋比別的方法顯得簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、普遍而又有效。從控制論自身的內(nèi)在要求來(lái)看，系統(tǒng)要達(dá)到控制目標(biāo)就必須有反饋。假如沒(méi)有反饋，或反饋不足，或反饋過(guò)度，或反饋方式選擇不當(dāng)，都會(huì)造成系統(tǒng)的失穩(wěn)，甚至解體。因此，人們應(yīng)該根據(jù)實(shí)踐的需要，調(diào)節(jié)反饋程度和選擇適當(dāng)?shù)姆答伔绞�，以提高反饋效益，達(dá)到控制目的。
與反饋有正反饋和負(fù)反饋相對(duì)應(yīng)，反饋方法也有正反饋方法與負(fù)反饋方法之分。由于正反饋方法具有使系統(tǒng)偏離平衡和穩(wěn)定狀態(tài)，向著某個(gè)極端運(yùn)動(dòng)和發(fā)展變化的特點(diǎn)，所以，人們常常利用這種方法來(lái)擴(kuò)大系統(tǒng)的物質(zhì)、能量和信息，或者使系統(tǒng)崩潰和發(fā)生質(zhì)變。比如原子彈和氫彈的制造，就是對(duì)物質(zhì)的原子裂變產(chǎn)生正反饋機(jī)制的利用。在電子技術(shù)中，能放大振蕩信號(hào)的晶體管也是運(yùn)用正反饋方法制成的。由于負(fù)反饋方法能夠使系統(tǒng)作合乎目的的運(yùn)動(dòng)，或者使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，所以，人們一般采用這種方法來(lái)設(shè)計(jì)和制造自動(dòng)控制系統(tǒng)。
因此，它被廣泛地應(yīng)用在各項(xiàng)工程技術(shù)中。從******的水位自動(dòng)控制器、恒溫器，到比較復(fù)雜的火箭、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船以及各種自動(dòng)機(jī)器，都離不開(kāi)負(fù)反饋方法的應(yīng)用。
負(fù)反饋控制方法和正反饋控制方法都是科學(xué)的控制方法。負(fù)反饋方法可以使系統(tǒng)保持平衡和穩(wěn)定的狀態(tài)。相對(duì)的平衡和穩(wěn)定是事物發(fā)展的必要條件，所以負(fù)反饋控制方法是人們常用的一種方法。凡是需要把系統(tǒng)穩(wěn)定在某一狀態(tài)或者趨向某個(gè)目標(biāo)時(shí)，就需要運(yùn)用負(fù)反饋控制方法來(lái)調(diào)節(jié)。但是負(fù)反饋方法也有它的缺點(diǎn)，這就是往往使系統(tǒng)維持現(xiàn)狀，停滯不前。要使系統(tǒng)前進(jìn)，發(fā)生質(zhì)的變化，就必須依靠正反饋。正反饋方法可以使系統(tǒng)打破原來(lái)的狀態(tài)，從穩(wěn)定走向不穩(wěn)定，是系統(tǒng)從一種狀態(tài)走向另一種狀態(tài)的橋梁。
4)大系統(tǒng)控制方法。20世紀(jì)70年代，科學(xué)研究的進(jìn)一步發(fā)展，迫切需要研究變量數(shù)目更大的多變量系統(tǒng)，自動(dòng)化的發(fā)展也要求將大量的控制系統(tǒng)(包括單機(jī)的與機(jī)組的)組織起來(lái)，形成一定的、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大系統(tǒng)，以便達(dá)到綜合自動(dòng)化的水平。這種高度的自動(dòng)化還往往要用到智能控制。在這種情況下，現(xiàn)代控制論進(jìn)入了大系統(tǒng)理論研究的新階段。所謂大系統(tǒng)，就是指那些規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、因素眾多、目標(biāo)多樣和功能綜合的系統(tǒng)。在現(xiàn)實(shí)生活中，大系統(tǒng)比比皆是，我們就生活在這些大系統(tǒng)之中，它們必然要成為我們的研究對(duì) 象。在自然、社會(huì)與思維領(lǐng)域中，都存在著大系統(tǒng)。例如：在工程技術(shù)方面有大型聯(lián)合企業(yè)的綜合自動(dòng)化與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、大型的信息處理系統(tǒng)、空間技術(shù)(如導(dǎo)彈、衛(wèi)星、飛船、航天飛機(jī))的控制系統(tǒng)等；在自然界中有生態(tài)系統(tǒng)及其有關(guān)的環(huán)境保護(hù)與污染控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)、水源供應(yīng)網(wǎng)、農(nóng)田水利灌溉網(wǎng)、生物調(diào)節(jié)與控制系統(tǒng)等；在社會(huì)領(lǐng)域中有城市、農(nóng)村建設(shè)與發(fā)展規(guī)劃管理系統(tǒng)、人口控制系統(tǒng)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)計(jì)劃管理系統(tǒng)、軍事作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)；在思維領(lǐng)域則涉及智能控制系統(tǒng)、智能機(jī)器人、復(fù)雜的人一機(jī)系統(tǒng)等等。大系統(tǒng)的突出特點(diǎn)是：
④規(guī)模龐大，主要指元件、部件多，包含著許多子系統(tǒng)；②系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有相當(dāng)多的要素、層次和多種關(guān)系；③功能綜合，表現(xiàn)為大系統(tǒng)往往具有多個(gè)目標(biāo)，其中的某些目標(biāo)之間還可以是相互聯(lián)系、制約或矛盾的；④大系統(tǒng)所處的內(nèi)外環(huán)境十分復(fù)雜，受到的干擾與影響多。所以，大系統(tǒng)往往是多輸入、多輸出、多干擾的多變量系統(tǒng)。在有的大系統(tǒng)中，不僅包含“物”的因素，而且包含“人”的因素，這類主動(dòng)系統(tǒng)就更為復(fù)雜，往往帶有不確定性。
正因?yàn)榇笙到y(tǒng)具有這些特殊性質(zhì)，所以，研究和解決大系統(tǒng)問(wèn)題的方法，與研究和解決一般系統(tǒng)問(wèn)題的方法也不一樣。20世紀(jì)70年代以來(lái)發(fā)展起來(lái)的大系統(tǒng)理論，就是研究和解決大系統(tǒng)問(wèn)題的一門(mén)學(xué)問(wèn)。它所研究的基本內(nèi)容包括大系統(tǒng)的模型化問(wèn)題、大系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可控性和可靠性問(wèn)題、大系統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)模擬求解問(wèn)題、大系統(tǒng)的****化、次優(yōu)化以及合理控制問(wèn)題等等。大系統(tǒng)控制的一些主要方法：
�、芊纸庖粎f(xié)調(diào)方法。分解與協(xié)調(diào)方法是處理大系統(tǒng)問(wèn)題的一種重要的、通用的控制方法。它的主要精神可以概括為“先分后合，分兩步走”。a在模清大系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)層次，各個(gè)部分之間相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，對(duì)大系統(tǒng)進(jìn)行分解，把它分解成若干個(gè)子系統(tǒng)，然后，再運(yùn)用研究一般系統(tǒng)的方法對(duì)這些子系統(tǒng)進(jìn)行分析和綜合，實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)的局部?jī)?yōu)化；b完成大系統(tǒng)的分解之后，就要在各個(gè)子系統(tǒng)局部****化的基礎(chǔ)上根據(jù)大系統(tǒng)的總目標(biāo)，通過(guò)對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)來(lái)達(dá)到大系統(tǒng)的全局****化。在這方面，大系統(tǒng)理論已經(jīng)提出了一些協(xié)調(diào)原則和協(xié)調(diào)方法。分解一協(xié)調(diào)法在系統(tǒng)工程和解決復(fù)雜的大系統(tǒng)問(wèn)題中有著廣泛的應(yīng)用。美國(guó)在20世紀(jì)50年代實(shí)施的核潛艇水下發(fā)射導(dǎo)彈的“北極星計(jì)劃”和在60年代實(shí)施載人登月的“阿波羅計(jì)劃”，都是分解一協(xié)調(diào)法的具體應(yīng)用，并且都取得了很大的成功。分解一協(xié)調(diào)法應(yīng)用于管理上的計(jì)劃協(xié)調(diào)技術(shù)就是從系統(tǒng)整體效應(yīng)出發(fā)，協(xié)調(diào)整體與部分、結(jié)構(gòu)與功能、系統(tǒng)與環(huán)境、功能與目標(biāo)的關(guān)系，找到既使整體****又不使部分損失過(guò)大的策略方案，以達(dá)到系統(tǒng)****化的方法。人們通常采用的PERT(計(jì)劃協(xié)調(diào)技術(shù))和GERT(隨機(jī)性計(jì)劃協(xié)調(diào)技術(shù))便是這種方法最生動(dòng)的體現(xiàn)。
�、诙嗉�(jí)遞階控制方法。多級(jí)遞階控制方法是一種用來(lái)控制具有多等級(jí)結(jié)構(gòu)大系統(tǒng)的方法。對(duì)于那種具有多等級(jí)結(jié)構(gòu)的大系統(tǒng)實(shí)行控制，可以把它劃分成不同的控制級(jí)。這種把具有多等級(jí)結(jié)構(gòu)的大系統(tǒng)劃分為不同控制級(jí)別來(lái)加以控制的方法，就叫做多級(jí)遞階控制。例如，一個(gè)大企業(yè)的分級(jí)管理結(jié)構(gòu)就是一種三級(jí)遞階結(jié)構(gòu)。第一級(jí)是車(chē)間內(nèi)部運(yùn)用一些調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行局部控制。第二級(jí)是工廠運(yùn)用控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行全廠的生產(chǎn)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制的****化。第三級(jí)是公司的管理計(jì)算機(jī)，決定各廠控制計(jì)算機(jī)的****化指標(biāo)或策略，進(jìn)行計(jì)劃協(xié)調(diào)與組織管理。第一級(jí)稱為局部控制級(jí)，第二級(jí)稱為遞階控制級(jí)，第三級(jí)稱為協(xié)調(diào)控制級(jí)。屬于這一類的另一個(gè)典型例子是人的神經(jīng)系統(tǒng)，其外圍神經(jīng)相當(dāng)于局部控制級(jí)，直接控制著人體的各個(gè)有關(guān)部位。中樞神經(jīng)系統(tǒng)分為低級(jí)部位與****部位。脊髓是低級(jí)中樞，它由頸、胸、腰、尾等共31個(gè)神經(jīng)節(jié)段構(gòu)成，分別發(fā)出和控制著相應(yīng)的外圍神經(jīng)，成為遞階控制級(jí) 脊髓又受到延腦、中腦、橋腦、丘腦、大腦和大腦皮層這些****中樞的控制，這些****中樞總稱為協(xié)調(diào)控制級(jí)(當(dāng)然，級(jí)別的翅分具有一定的相對(duì)性，與所考慮的系統(tǒng)和條件有關(guān))。
�、鄯稚⒒刂品椒�。分散化控制方法是一種把一個(gè)大系統(tǒng)按照它的子系統(tǒng)的分布情況，分別就地采用單獨(dú)局部控制器來(lái)控制的方法。它適用于那種總目標(biāo)由各個(gè)分散的子系統(tǒng)來(lái)完成，而且各個(gè)子系統(tǒng)之間又沒(méi)有協(xié)調(diào)關(guān)系的大系統(tǒng)。
控制與信息是相關(guān)的，有效的控制不能不考慮信息的有效傳輸和加工。對(duì)于一個(gè)大系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，過(guò)分集中的控制勢(shì)必帶來(lái)信息傳輸?shù)睦щy而使整個(gè)系統(tǒng)缺乏靈敏性。對(duì)于大系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，集中控制常常并不是****的控制結(jié)構(gòu)，而分散控制日益受到人們的重視。分散控制的特點(diǎn)是沒(méi)有單個(gè)集中的控制器或決策者、操作者，整個(gè)大系統(tǒng)的總目標(biāo)是由一些分散的控制器或決策者、操作者來(lái)完成的。在他們之間可以有相互的信息聯(lián)系，但沒(méi)有統(tǒng)一的協(xié)調(diào)聯(lián)系。
所以這是一種無(wú)集中的控制。分散控制結(jié)構(gòu)是廣泛存在著的。一個(gè)典型的實(shí)例是大城市的交通管理，它不是通過(guò)集中的調(diào)度中心來(lái)指揮，而是由很多分散的交叉路口的交通崗來(lái)共同完或任務(wù)。就人體的神經(jīng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它既是一個(gè)分級(jí)控制結(jié)構(gòu)，又是一個(gè)分散控制結(jié)構(gòu)。例如人的膝跳反射就不是通過(guò)****中樞，而是通過(guò)脊髓直接完成的。
大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是多種多樣而又十分復(fù)雜的，如果各個(gè)局部控制器之間沒(méi)有任何信息交換，就叫做全分散化控制。如果各局部控制器之間有部分信息交換，就叫做局部分散化控制。而****控制就是適當(dāng)?shù)靥幚砗眉信c分散的關(guān)系。
2．要科學(xué)地設(shè)計(jì)一個(gè)良好的控制系統(tǒng)，必須熟知各種控制系統(tǒng)的機(jī)理和特點(diǎn)，禁忌無(wú)的放矢亂設(shè)計(jì)
因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)中的被控對(duì)象多種多樣，實(shí)際應(yīng)用中的控制系統(tǒng)也五花八門(mén)，種類繁多。要設(shè)計(jì)一個(gè)良好的控制系統(tǒng)，就必須熟知各種控制系統(tǒng)的機(jī)理和特點(diǎn)，禁忌無(wú)的放矢亂設(shè)計(jì)。
(1)順序邏輯控制系統(tǒng)順序邏輯控制系統(tǒng)是控制系統(tǒng)中較為常用又相對(duì)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，它常采用繼電器控制、PLc控制、單片機(jī)控制和工控機(jī)控制。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以計(jì)算機(jī)及其相應(yīng)接口板卡組成的順序邏輯控制系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣�？刂泼姘宓能浖夹g(shù)(儀器軟面板)、編程的可視化技術(shù)、軟件模塊化技術(shù)等的綜合應(yīng)用，使計(jì)算機(jī)順序邏輯控制系統(tǒng)具有使用方便靈活、移植性好、維護(hù)容易、開(kāi)發(fā)周期短、成本低、柔性度高等眾多優(yōu)點(diǎn)。
邏輯調(diào)試和邏輯跟蹤是控制領(lǐng)域中難度很高的技術(shù)：在復(fù)雜系統(tǒng)中，幾千條甚至幾萬(wàn)條的邏輯語(yǔ)句是互相聯(lián)系、互相依存的，一條邏輯語(yǔ)句的改變往往會(huì)使得有關(guān)聯(lián)的語(yǔ)句或在邏輯上或在時(shí)序上發(fā)生改變，從而造成整個(gè)邏輯系統(tǒng)發(fā)生或多或少的改變。所以，一些表面上的邏輯問(wèn)題，常常有著很深的邏輯成因，使得這些邏輯問(wèn)題很難得到解決。需要自主開(kāi)發(fā)一些邏輯分析和調(diào)試的工作方法和工作程序，能夠找到現(xiàn)在運(yùn)行的邏輯程序的不合理點(diǎn)，為企業(yè)解決難題。該工作程序需要的條件為：①控制邏輯圖及其說(shuō)明；②工藝流程的過(guò)程描述；③控制系統(tǒng)硬件和邏輯符號(hào)使用說(shuō)明；④現(xiàn)有邏輯程序尚存在的問(wèn)題；等等。
(2)反饋控制系統(tǒng)是基于反饋原理建立的自動(dòng)控制系統(tǒng)所謂反饋原理，就是根據(jù)系統(tǒng)輸出變化的信息來(lái)進(jìn)行控制，即通過(guò)比較系統(tǒng)行為(輸出)與期望行為之間的偏差，并消除偏差以獲得預(yù)期的系統(tǒng)性能。在反饋控制系統(tǒng)中，既存在由輸入到輸出的信號(hào)前向通路，也包含從輸出端到輸入端的信號(hào)反饋通路，兩者組成一個(gè)閉合的回路。因此，反饋控制系統(tǒng)又稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。反饋控制是自動(dòng)控制的主要形式。在工程上常把在運(yùn)行中使輸出量和 期望值保持一致的反饋控制系統(tǒng)稱為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，而把用來(lái)精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某種過(guò)程的反饋控制系統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)或隨動(dòng)系統(tǒng)。
反饋控制系統(tǒng)由控制器、受控對(duì)象和反饋通路組成。在反饋控制系統(tǒng)中，不管出于什么原因(外部擾動(dòng)或系統(tǒng)內(nèi)部變化)，只要被控制量偏離規(guī)定值，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干擾的能力，對(duì)元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。
(3)智能控制系統(tǒng)人工智能的發(fā)展促使自動(dòng)控制向智能控制發(fā)展�？梢哉f(shuō)，智能控制是控制理論、人工智能(AI)和計(jì)算機(jī)科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。智能控制系統(tǒng)是在控制論、信息論、人工智能、仿生學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上逐漸形成的一類****信息與控制系統(tǒng)。結(jié)合具體的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，各種智能控制系統(tǒng)正在發(fā)揮巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
智能控制與智能自動(dòng)化技術(shù)是眾多學(xué)科和工程技術(shù)的集成。一方面，包括經(jīng)典控制理論及現(xiàn)代控制理論在內(nèi)的傳統(tǒng)控制理論與技術(shù)無(wú)法滿足工業(yè)及人類生活中日益復(fù)雜的控制與自動(dòng)化要求；而另一方面，在計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下，人工智能科學(xué)與技術(shù)取得巨大進(jìn)展。
在此情況下，智能控制與智能自動(dòng)化技術(shù)便產(chǎn)生了，并逐漸發(fā)展起來(lái)。
盡管最初人們認(rèn)為智能控制是自動(dòng)控制理論(Ac)與人工智能(AI)，或Ac、AI與運(yùn)籌學(xué)(OR)的結(jié)合，但事實(shí)上，智能控制是一門(mén)仍在不斷豐富和發(fā)展中的具有眾多學(xué)科集成特點(diǎn)的科學(xué)與技術(shù)。它不僅包含了Ac、AI、OR、系統(tǒng)理論(sT)和計(jì)算機(jī)科學(xué)(cs)的內(nèi)容，而且還從生物學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、協(xié)同學(xué)及人類知識(shí)理論等學(xué)科中吸取了豐富的營(yíng)養(yǎng)。目前，在世界范圍內(nèi)，智能控制和智能自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)正在成為自動(dòng)化領(lǐng)域中最興旺和發(fā)展最迅速的一個(gè)分支學(xué)科，并被許多發(fā)達(dá)國(guó)家確認(rèn)為面向21世紀(jì)、提高國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的核心技術(shù)。其含義和內(nèi)容包括：①智能：智能控制中的智能是指有自治能力的程度；②自治能力：
自治能力是學(xué)習(xí)或獲取各種知識(shí)、并利用這些知識(shí)進(jìn)行決策以改善自身行為的能力；③智能控制器：用智能控制方法或傳統(tǒng)的系統(tǒng)及控制技術(shù)設(shè)計(jì)或?qū)崿F(xiàn)的、用于模擬或完成正常的人、動(dòng)物或生物系統(tǒng)所完成的功能的控制器；④智能控制系統(tǒng)：智能控制系統(tǒng)是具有某種程度自治性的控制系統(tǒng)；⑤智能控制方法：利用旨在模擬人、動(dòng)物或生物系統(tǒng)功能的技術(shù)或過(guò)程來(lái)為動(dòng)態(tài)系統(tǒng)構(gòu)造或?qū)崿F(xiàn)控制、以達(dá)到預(yù)定要求的控制方法的集合。
智能控制系統(tǒng)的特征表現(xiàn)為：①處理各種不確定性、定性信息和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的能力；②處理非結(jié)構(gòu)化信息和數(shù)據(jù)的能力；③對(duì)具有高度抽象性的離散符號(hào)指令作出響應(yīng)的能力；④辯識(shí)主控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)成變化的能力；⑤處理和利用各種不同性質(zhì)的知識(shí)的能力；⑥根據(jù)主控系統(tǒng)或環(huán)境變化，對(duì)自身參數(shù)或結(jié)構(gòu)進(jìn)行修正或重構(gòu)的能力；⑦在運(yùn)行過(guò)程中學(xué)習(xí)和獲取關(guān)于對(duì)象和環(huán)境新知識(shí)并利用新知識(shí)改進(jìn)控制行為的能力；⑧基于對(duì)象行為預(yù)測(cè)的控制的多目標(biāo)性等。任何具備上述一種或多種能力的控制系統(tǒng)均被認(rèn)為是智能控制系統(tǒng)。從這個(gè)意義上講，經(jīng)典的反饋控制、變結(jié)構(gòu)控制、自校正控制及自適應(yīng)控制均被認(rèn)為屬于智能控制的范疇，它們與通常所說(shuō)的智能控制的區(qū)別在于它們僅具有較低層次的智能。而智能控制理論及應(yīng)用研究的目的就是利用包括傳統(tǒng)控制及系統(tǒng)理論在內(nèi)的已有各種理論及技術(shù)來(lái)構(gòu)造在某種程度上具備上述特征的控制系統(tǒng)，并最終實(shí)現(xiàn)具有完全自治力的系統(tǒng)。
當(dāng)今的智能科技分支林立，蓬勃興旺，在國(guó)內(nèi)外已獲得了飛速發(fā)展，諸如模糊邏輯、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、仿人智能、粗糙集理論、物元可拓方法、知識(shí)工程、模式識(shí) 別、定性控制、小波分析、分形幾何、混沌控制、數(shù)據(jù)融合技術(shù)等等，真可謂是八仙過(guò)海，各顯神通。其各有所長(zhǎng)，分別組合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，相得益彰。
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)今智能科技中的基礎(chǔ)技術(shù)，它的連接機(jī)制與人工智能的符號(hào)推理機(jī)制并列，成為智能科技的兩大陣營(yíng)。它模擬人腦的解剖生理學(xué)特征，用許多并行的簡(jiǎn)單神經(jīng)元，以一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連結(jié)成網(wǎng)，既接受外界信息，又相互刺激，更擅長(zhǎng)于分布存儲(chǔ)，聯(lián)想記憶，反饋求精，黑箱映射，權(quán)值平衡，動(dòng)態(tài)逼近，全息存錄，容錯(cuò)防失，加之以神經(jīng)元巨量互連，形成強(qiáng)大的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織、自診斷、自修復(fù)能力，其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間權(quán)值強(qiáng)度不斷反饋，動(dòng)態(tài)分析，與語(yǔ)言、視聽(tīng)人機(jī)接口的密切配合，可自動(dòng)獲取人類專家豐富的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，并模擬人腦的邏輯推理、形象思維以至靈感突現(xiàn)，恰如其分地處理各種不準(zhǔn)確、不完善、不確定的信息，推理得出正確結(jié)論。
模糊邏輯模仿人腦的不確定性概念判斷、推理思維方式，對(duì)于模型未知或不能確定的描述系統(tǒng)，以及強(qiáng)非線性、大滯后的控制對(duì)象，應(yīng)用模糊集合和模糊規(guī)則進(jìn)行推理，表達(dá)過(guò)渡性界限或定性知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，模擬人腦方式，實(shí)行模糊綜合判斷，推理解決常規(guī)方法難于對(duì)付的規(guī)則型模糊信息問(wèn)題。模糊邏輯善于表達(dá)界限不清晰的定性知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，它借助于隸屬度函數(shù)概念，區(qū)分模糊集合，處理模糊關(guān)系，模擬人腦實(shí)施規(guī)則型推理，解決因“排中律”的邏輯破缺產(chǎn)生的種種不確定問(wèn)題。
遺傳算法是一種以“電子柬搜索”特點(diǎn)抑制搜索空間的計(jì)算量爆炸的搜索方法，它能以解空間的多點(diǎn)充分搜索，運(yùn)用基因算法，反復(fù)交叉，以突變方式的操作，模擬事物內(nèi)部多樣性和對(duì)環(huán)境變化的高度適應(yīng)性，其特點(diǎn)是操作性強(qiáng)，并能同時(shí)避免陷入局部極小點(diǎn)，使問(wèn)題快速地全局收斂，是一類能將多個(gè)信息全局利用的自律分散系統(tǒng)。運(yùn)用遺傳算法(GA)等進(jìn)化方法制成的可進(jìn)化硬件(EHw)，可產(chǎn)生超出現(xiàn)有模型的技術(shù)綜合及設(shè)計(jì)者能力的新穎電路，特別是GA獨(dú)特的全局優(yōu)化性能，使其自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織、自進(jìn)化能力獲得更充分的發(fā)揮，為在無(wú)人空間場(chǎng)所進(jìn)行自動(dòng)綜合、擴(kuò)展大規(guī)模并行處理(MPP)以及實(shí)時(shí)、靈活地配置、調(diào)用基于EPGA的函數(shù)級(jí)EHw，解決多維空間中不確定性的復(fù)雜問(wèn)題開(kāi)通了航向。
專家系統(tǒng)是收集應(yīng)用人類專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，模仿專家處理知識(shí)和解決問(wèn)題的方法，編制成計(jì)算機(jī)智能軟件系統(tǒng)，在通過(guò)人機(jī)結(jié)合不斷獲得反饋信息的情況下，實(shí)時(shí)在線地對(duì)規(guī)則、事例和模型實(shí)行獨(dú)立決策的一種問(wèn)題求解或控制系統(tǒng)。這種計(jì)算機(jī)智能系統(tǒng)具有啟發(fā)性、透明性和靈活性，在不受時(shí)間、空間和環(huán)境影響的情況下，高效率、準(zhǔn)確無(wú)誤、周密全面、迅速不疲倦地完成工作，其解決問(wèn)題能力和知識(shí)的廣博性可超過(guò)人類專家，又克服了人類專家因疏忽、遺忘、緊張、疲倦等干擾因素造成的偏差和錯(cuò)誤，因而其推廣、應(yīng)用具有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
模式識(shí)別是模擬人腦形象思維，根據(jù)事物的特征、形象或關(guān)系，辨識(shí)、判定和處理事物的一種智能決策方法和技術(shù)，它廣泛應(yīng)用于科研生產(chǎn)中，是一種具有重大價(jià)值的技術(shù)方法。
粗糙集理論則是在離散歸一化處理其在測(cè)量中所得的數(shù)據(jù)集合，通過(guò)基于集合元素的不可分辨關(guān)系的代數(shù)運(yùn)算，利用條件與結(jié)果屬性中的大量有用特征、有效數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)知識(shí)，在決策規(guī)則的初步簡(jiǎn)化計(jì)算中取得該值，然后進(jìn)一步簡(jiǎn)化規(guī)則并根據(jù)問(wèn)題要求選取最小決策算法給予實(shí)際應(yīng)用，去除大量信息中的多余屬性，降低信息空間的維數(shù)和屬性數(shù)量。它可大大簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和樣本數(shù)量，縮短訓(xùn)練時(shí)間，是智能科技中一種具有根本意義的分析方法。這種 方法是基于測(cè)量數(shù)據(jù)集而獲取知識(shí)的，故對(duì)虛擬儀器的智能化發(fā)展具有重大意義。
混沌運(yùn)動(dòng)是確定性系統(tǒng)中局限于有限相空間的高度不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，是無(wú)序中的有序，它使事物在長(zhǎng)時(shí)間的行為中顯示出表面上的某種混亂�；煦绗F(xiàn)象的特征是“非周期背后隱藏的有序性”以及“對(duì)初始條件的敏感依賴性”，充分利用混沌特征，在智能信息處理中實(shí)施非線性決策和預(yù)測(cè)、非線性系統(tǒng)辨識(shí)、模式識(shí)別、圖像數(shù)據(jù)壓縮、高性能保密、多目標(biāo)搜索，以及無(wú)限豐富、精彩絕倫的計(jì)算機(jī)繪畫(huà)等種種神奇應(yīng)用。
分形理論研究非線性系統(tǒng)產(chǎn)生的不光滑和不可微的幾何形體及其內(nèi)在結(jié)構(gòu)的比例自相似性，為研究掌握自然界一切復(fù)雜事物的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律提供了強(qiáng)有力的工具和方法。
小波分析是現(xiàn)代分析數(shù)學(xué)這棵大樹(shù)的主干和最****的結(jié)晶。從形象直觀上看，小波是指人們可以觀察到的最短、******的正負(fù)相同、具有衰減性的振蕩波；而從數(shù)學(xué)上說(shuō)，小波函數(shù)f(t)是具有其中心三個(gè)條件的窗口函數(shù)，它既能刻劃信號(hào)在時(shí)域和頻域的局部化特性，又能完全保留信號(hào)的全部信息，而且具有變焦距性質(zhì)，即對(duì)于只在瞬間出現(xiàn)的高頻信號(hào)具有很窄的時(shí)間窗口，而在低頻段又具有很寬的不同尺度的變換。小波分析的實(shí)質(zhì)是反映事物世界的波粒二重性以及局部與整體多層次展現(xiàn)的辯證關(guān)系，其最吸引人的特點(diǎn)就在于時(shí)頻定位和多尺度近似能力，在自適應(yīng)控制、魯棒控制、非線性控制、過(guò)程辨識(shí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等眾多領(lǐng)域都取得了豐碩的成果。
分形與混沌是本質(zhì)上一致的兩個(gè)方面�；煦缡录诓煌臅r(shí)間表現(xiàn)出相似的變化模式．而分形則是在空間標(biāo)度下表現(xiàn)的相似性�；煦缢P(guān)注的是其復(fù)雜的不穩(wěn)、發(fā)散、收斂的過(guò)程，而分形則是刻畫(huà)混沌運(yùn)動(dòng)的直觀的幾何語(yǔ)言�；煦纭⒎中魏托〔ǚ治龅挠袡C(jī)結(jié)合有著極豐富的內(nèi)涵和深刻的哲理，它必將為材料分子自動(dòng)組裝、高速基因測(cè)序及高效蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)等重大的高精微科技難題的解決提供強(qiáng)有力的工具，也將為儀器儀表的虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化開(kāi)拓出光輝前景。
物元可拓方法是在多種已知的一般決策的比較和優(yōu)選的基礎(chǔ)上，根據(jù)各層次、各階段產(chǎn)生的不相容的矛盾問(wèn)題的需要，進(jìn)而突破常規(guī)地、拓展性地采取創(chuàng)造性決策技巧，抓住關(guān)鍵策略，****限度地滿足主系統(tǒng)、不相容的矛盾轉(zhuǎn)化為相容關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)全局性****決策目標(biāo)。它是在復(fù)雜系統(tǒng)中化解次要矛盾，解決主要矛盾和關(guān)鍵性難題的有力手段，也將會(huì)對(duì)儀器儀表的虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的發(fā)展進(jìn)程作出重大貢獻(xiàn)。
數(shù)據(jù)融合技術(shù)是對(duì)多信息源測(cè)得的數(shù)據(jù)，根據(jù)其在整個(gè)系統(tǒng)的重要性和可信度分配以不同的權(quán)值比重，綜合計(jì)算出該特征屬性總體****化表征值的一種技術(shù)方法。它是一種對(duì)復(fù)雜事物屬性的優(yōu)化測(cè)量和表征技術(shù)，對(duì)高技術(shù)開(kāi)發(fā)研究具有極重要的意義。
總之，當(dāng)今世界的智能科技正在飛速、全面地向前發(fā)展，為設(shè)計(jì)****的控制系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持和發(fā)展空間。不了解這些飛速發(fā)展變化，就無(wú)法進(jìn)行最科學(xué)的設(shè)計(jì)。
(4)“現(xiàn)場(chǎng)總線”控制系統(tǒng)“現(xiàn)場(chǎng)總線”自20世紀(jì)90年代初出現(xiàn)以來(lái)，引起了國(guó)內(nèi)外業(yè)界人士的廣泛注意和高度重視，并已成為世界范圍內(nèi)的自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，有人稱之為“自動(dòng)化儀表與控制系統(tǒng)的一次變革”�，F(xiàn)場(chǎng)總線的工業(yè)過(guò)程智能自動(dòng)化儀表和現(xiàn)場(chǎng)總線的開(kāi)放自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成了新一代全開(kāi)放式自動(dòng)化控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)企業(yè)“綜合自動(dòng)化”奠定了現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的過(guò)程自動(dòng)化基礎(chǔ)。目前國(guó)際上公認(rèn)的如“LonwOrk總線”等有12種之多，各有其特點(diǎn)，并在一定范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。
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