控制系統相關問題的思考(原創)

一、控制系統存在的根本目的是什麼?

控制系統為什麼要存在,就在於要通過控制系統使某個體系實現人類的意圖,這個體系可能是某個機械,也可能是某種組織,甚至是某種機制。

人類的意圖以某種“命令”的形式傳達給控制系統,控制系統控制特定的體系實現人類的“命令”,這種控制系統就是一種理想化的控制系統。

控制系統相關問題的思考(原創)

二、三大類非理想化的控制系統

實際存在的控制系統都是非理想化的控制系統,而不是理想化的控制系統。這種非理想化的控制系統存在的問題可以用多種指標進行表示,如動態響應的延遲時間、超調量等指標和穩態響應的穩態誤差等指標,這類指標可以在普通的自動控制原理的教材中就可以得到。

而教材中所講到的所有控制系統的指標,都有一個基本的前提,那就是控制系統基本實現了人類的“命令”。而事實上,我們所接觸到的真正的控制系統則遠遠不止這一種。

1.控制系統基本實現了人類的“命令”。

這種控制系統,無論其動態性能或者穩態性能如何,首先是一個可用的控制系統。無論任何控制系統,都無法完全實現人類的“命令”,因此,只要是基本實現了人類的“命令”的,就是一個基本可用的控制系統,這是人類對於控制系統的基本要求,也是一個底線性質的要求;

2.控制系統基本不搭理人類的“命令”。

這種控制系統,人類的“命令”與控制系統本身的控制效果沒有關係。有些時候好像看起來人類的“命令”起了作用,但是實際上卻完全無法重複,也就是說,人類的“命令”與控制系統的控制效果之間是完全無關的。

3.控制系統基本違背了人類的“命令”。

這種控制系統,人類的“命令”與控制系統本身的效果之間是基本相反的,人類的命令,控制系統本身不僅僅是置之不理,而且是對著幹。這次波音737max事件,就是典型的控制系統違揹人類“命令”的事件。

控制系統相關問題的思考(原創)

控制系統相關問題的思考(原創)

三、非理想化的控制系統的抉擇

非理想化的控制系統的抉擇是至關重要的。我這裡用的是“抉擇”,就是因為這個階段非常重要。因為,我所想描述的控制系統,不僅僅是侷限於自動控制領域,而是一種廣義的控制系統。一個設備的控制是一個控制系統,一條流水線的控制是一個控制系統,一個廠房的生產組織是一個控制系統,一個企業的組織管理是一個控制系統,一個人的言談舉止是一個控制系統,一個人人生的謀劃組織也是一個控制系統。

也就是,凡是為了能夠實現目標而存在的系統,都是控制系統。

1.基本實現目標,是控制系統的底線。

這一點似乎是顯而易見的,但是事實上,在現實社會問題中,任何一個控制系統的抉擇都不是一個簡單的單目標問題,而基本都是多目標問題。在這些目標中,往往只有一個目標是底線目標,而其他目標居於相對次要的位置,而往往這些相對次要的位置也十分重要。

但是,問題的關鍵就在於不是每一個人,每一個時刻都有能力從全局做出抉擇,確定首先滿足那個最為重要的底線目標——事實上,在一個控制系統發展的整個過程中,往往會在某一個時刻或某一個階段把至關重要的底線目標忽略,或者把這個至關重要的底線目標的確保實現交給一個無足輕重的、毫無經驗的、絲毫沒有認識到這個問題重要性的人。

波音737飛機的飛控軟件交給了印度的軟件分包商,這個軟件分包商再交給某一個不知名的程序員,而這個程序員說不定當天正在面臨著與女朋友鬧彆扭的危機而沒有好好去檢查。而事實上,這些怪不得這個程序員,甚至也不能責怪那個印度軟件分包商。波音公司為什麼要把關係飛機成敗的重大責任交給別人呢?既然交給了別人去做為什麼又沒有反覆的核對檢查而確保安全呢?因為這個時候,不是飛機的安全,而是節約費用主導了整個過程。

控制系統相關問題的思考(原創)

為什麼又說是基本實現目標,而不是完全實現目標呢?因為一方面,這是我們抉擇的第一步,我們還要進行其他方面的抉擇;另一方面,我們在控制住底線的情況下,當然可以儘可能希望多一些選項,而不是固步自封的只要某個選項。我想,多一些選項對我們是有利的。

2.要注意分別考察動態性能和穩態性能的平衡。

首先,要知道自己的需求是什麼?

這是非常重要的。一個控制系統可以實現優秀的穩態性能,那麼可以說這是一個優秀的控制系統。同樣,一個控制系統可以實現優秀的動態性能,那麼也可以說這是一個優秀的控制系統。前提條件是,你需要什麼樣的控制系統。如果你有很多個方面都需要控制系統,那麼你應該知道每一個方面對於控制系統的要求是什麼,哪些方面側重需要穩態性能優異的控制系統,而哪些方面側重動態性能優異的控制系統。

同時具備優異的動態性能和優秀的穩態性能好不好?當然好,但是我們不只是需要理論上的好,還需要可以接受成本的好,最好是低成本的好。因為我們要解決實際問題,而不是僅僅解決理論問題。

其次,要注重分析每個控制系統的動態性能和穩態性能。

控制系統的存在是為了實現人類的“命令”。而人類的“命令”有兩大類,一類是一個命令持續很久,在整個持續時間段內,這個命令都是不變的,控制系統的目的只有一個,那就是盡一切努力去達成這個目標,也就是人類的“命令”。“命令”持續的事件較長,不代表就徹底不變,而是變化的相對較慢,一般都能夠長時間的維持在穩態,如果命令變了,那麼就長時間維持在另一個穩態。實現這類“命令”的控制系統,就應當把穩態性能放在第一位。

另一類“命令”則完全不同,這類命令總是在變化的,甚至是實時變化的。比如導彈的跟蹤命中系統。導彈發出去之後要打飛行中的飛機,飛機是不會等著讓導彈去打的,而是實時變化的,反覆躲避的。而導彈的跟蹤命中系統就是要在這個過程中跟蹤命中敵人的飛機。如果不能命中,這種導彈的控制系統就毫無意義。當然這裡的命令不是人類直接下達的,而是通過對敵人的飛機跟蹤識別間接下達的。實現這類實時變化的“命令”,動態性能就應該絕對放在第一位了。

控制系統相關問題的思考(原創)

再次,要兼顧抗噪聲、抗干擾等其他性能。


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