第1章 概要 计算机、通讯和传感器技术的高速发展为控制领域的扩展提供了空前的 机遇,使得控制学科能更广泛地服务于经济和国防需求。本报告介绍了专家 小组对这些机遇的研究结果和建议,概括介绍了该领域,回顾了该领域的成 就和影响,同时阐述了该领域将遇到的新挑战。本报告并不试图论及整个领 域,相反,将主要集中在那些快速变化和需要新方法以迎接新挑战和新机遇 的方面。 控制纵览 本报告所定义的控制是指在工程系统中所用的算法和反馈。简单地讲, 个控制系统是一种设备,它利用测量值通过计算和执行机构来修正系统的 动态。控制系统工程的起源可以追溯到工业革命时代,如图1.1所示的离心调 速器。这个设备使用飞球测速器来测量蒸汽机的旋转速度,并且通过一系列 的连杄调节进入该设备的蒸汽流量。通过调节蒸汽机的速度,提供安全、可 靠、连续的操作,促使以蒸汽为动力的工厂迅速普及。 在技术发展过程中,如能源技术、通讯技术、运输和制造业等领域, 控制是最基本的部分。这方面的例子如:军用和商用飞机的自动驾驶仪 图1a),电力网的调节和控制,以及磁盘驱动器读/写磁头的高精确定 位(图12b)。在许多应用领域中,反馈是一种使能技术( enabling technol ogy),并在不同领域中,被多次赋予新的形式 现代控制把反馈看作是处理不确定性的工具。即使不知道系统准确的动态 响应或者外部干扰使系统产生错误响应,通过测量系统的输出,与参考量相 比较,调整可用的控制变量,人们就能够使系统有正确的响应。这是工程系 统的一个基本特性,因为工程系统必须在各种条件下可靠和高效地运行。控1 第 1 章 概要 计算机、通讯和传感器技术的高速发展为控制领域的扩展提供了空前的 机遇，使得控制学科能更广泛地服务于经济和国防需求。本报告介绍了专家 小组对这些机遇的研究结果和建议，概括介绍了该领域，回顾了该领域的成 就和影响，同时阐述了该领域将遇到的新挑战。本报告并不试图论及整个领 域，相反，将主要集中在那些快速变化和需要新方法以迎接新挑战和新机遇 的方面。 控制纵览 本报告所定义的控制是指在工程系统中所用的算法和反馈。简单地讲， 一个控制系统是一种设备，它利用测量值通过计算和执行机构来修正系统的 动态。控制系统工程的起源可以追溯到工业革命时代，如图 1.1所示的离心调 速器。这个设备使用飞球测速器来测量蒸汽机的旋转速度，并且通过一系列 的连杆调节进入该设备的蒸汽流量。通过调节蒸汽机的速度，提供安全、可 靠、连续的操作，促使以蒸汽为动力的工厂迅速普及。 在技术发展过程中，如能源技术、通讯技术、运输和制造业等领域， 控制是最基本的部分。这方面的例子如：军用和商用飞机的自动驾驶仪 （图1.2a），电力网的调节和控制，以及磁盘驱动器读/写磁头的高精确定 位（图1.2b）。在许多应用领域中，反馈是一种使能技术(enabling technol￾ogy)，并在不同领域中，被多次赋予新的形式。 现代控制把反馈看作是处理不确定性的工具。即使不知道系统准确的动态 响应或者外部干扰使系统产生错误响应，通过测量系统的输出，与参考量相 比较，调整可用的控制变量，人们就能够使系统有正确的响应。这是工程系 统的一个基本特性，因为工程系统必须在各种条件下可靠和高效地运行。控