智能控制理论与技术

一、自动控制的基本问题

（一）自动控制的概念

所谓控制，就是控制（调节）可支配的自由度（调节变量）使系统（对象或过程）达到可接受的运行状态。

自动控制是指在无人参与的情况下，利用控制装置使被控对象按期望的规律自动运行或保持状态不变。例如，利用离心球对蒸汽机速度的控制，浮球机构对水箱水位的控制，对卫星、飞船、空间站、航天飞机等航天器飞行轨道与姿态的精确控制等。从家用空调、冰箱的温度控制，到工业过程控制，再到现代武器系统、运载工具及深空探测等都离不开自动控制。

被控对象期望的运行规律通常称为给定信号（输入信号），一般分为三类：一是阶跃信号，即给定一个常值信号，使被控对象的输出保持某常值或某状态不变；二是斜坡信号，使被控对象的输出跟踪给定的斜坡信号；三是任意变化的信号，如斜坡信号和阶跃信号的任意组合，或正弦周期信号等。

自动控制系统根据输入为阶跃信号、斜坡信号和任意信号三种基本形式，分别称为自动调节系统（自动调整系统、恒值调节系统）、随动系统（跟踪系统、伺服系统）和自动控制系统，统称为自动控制系统。

（二）自动控制的目的及要求

人们期望通过自动控制不断地减轻人的体力和脑力劳动强度，提高控制效率和控制精度，提高劳动生产率和产品质量；通过远离危险对象进行遥控实现自动化。总之，通过自动控制可以实现自动化，实现机器逐步代替人的智力，走向智能自动化。

人们总是期望在输入信号的作用下，使被控对象能快速、稳定、准确地按预定的规律运行或保持状态不变。即使在有干扰和被控对象参数变化的不利情况下，控制作用仍能保持系统以允许的误差按预定的规律运行。因此，可以把对自动控制的基本要求概括为快速性、稳定性和准确性，简言之“快、稳、准”。

（三）自动控制中的矛盾问题

要想通过自动控制系统实现对被控对象“快、稳、准”的控制，这三个指标之间往往存在着矛盾。要快，就要加大控制作用，易导致系统超调而不易稳定；要稳，就要限制控制作用，这样又会使控制过程变慢，也会降低稳态精度；要准，也要加大控制作用，但这样会出现较大超调而使响应时间变长。下面来分析一下控制过程中“快、稳、准”之间的矛盾问题。

被控对象无论是装置、过程，还是系统都是由物质构成的，物质的基本属性是具有一定的质量，因而具有惯性。因此，要使被控对象的运动过程不需要时间发生突变是不可能的。如果这样，就会要求控制的能量或功率无穷大，这是不现……