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图解控制理论

已有 2024 次阅读 2022-3-31 16:12 |系统分类:科普集锦

一、前言

从麦克斯韦的《论调节器》文章问世来算,控制理论已经风风火火的走过了155年的光辉历程。期间产生了大量的概念,因此,整理这些概念之间的关系。做一个汇总式的图片,成为了当前一个重要的任务。在各位专家学者的指导与合作之下,我们花费了近两年的时间,断断续续的得到了一系列成果,在世界上各个国家得到了广泛传播,并收到了大量的反馈意见。形成了几个较为满意的版本。因此这篇文章就来完整的梳理一下这个过程,以便各位读者批评指教。

二、所获成绩

本系列工作前后传播到三十多个国家和地区,在国内外阅读量近百万次,系列工作被IEEE控制系统协会官网和各大控制理论讨论社区等网站转载。作出突出贡献的个人和提供支持的相关组织详情参见文末鸣谢名单。

三、工作展示

工作的灵感来源在于国外作者布莱恩道格拉斯所发表的一张控制理论地图,以下展示的是其最新版本。这里特别向大佬致敬!

相较于上面作品形象化的表达方式,本系列工作的基本思想是通过逻辑上的梳理来整理庞杂的概念,以期达到对控制理论基本概念的全面覆盖,以下是绘制过程中迭代的各种版本。

3.1 狭义的控制理论结构图

第一版


第二版:


第三版:


第四版(4.0)


第四版(4.1)


第四版(4.2)


第五版:


第六版



第七版

第八版:

8.1版

第一个阶段性的总结版本



3.2 广义的控制理论结构图

A. 第一个优化版本

在工程实践中,除了各种看上去非常繁复的控制理论概念。还有很多设计者需要关注的东西。比如被控对象和控制器的实际类型。这些知识是将控制理论从纸面落实到实际的必经之路。而且有的时候工程实践往往启发着控制理论的发展,比如著名的模型预测控制。因此,一个只有各种控制理论概念的结构图显然是不完整的。

在和具有丰富工程经验的前辈们充分讨论后,共同绘制了控制工程部分和典型案例分析部分,对控制理论结构图中存在的一些缺点进行了补充和完善。对于控制工程中需要考虑到的,但不属于传统技术问题的。也在需要思考的问题里进行了列出。


总体来说,这张图跳出了控制理论这一限制,从更宏观的角度审视知识体系,可以为知识的融合提供一定的参考价值,也是以后要努力的方向。仅供参考

B.第二个优化版本

对前一个版本进行了一些优化,由横向改成了纵向。做了一个尝试的工作。


C.第三个优化版本

经过大量的阅读,特别是《控制:一种视角》和相关文章带来的启示,断断续续经历了五个月后,形成了以《控制:一门技术、思想和艺术》的工作,下面简单介绍一下。

在这个工作中,我们将控制理论与工程中的概念分为三类,一类是系统的数学描述与具体器件的原理,称为物理世界,一类是各种控制理论及其相互关系,称为控制世界,一类是控制目标和量化控制目标的概念,称为理想世界

与前面工作比较,

一是增加了对于一些概念的解释和注意事项,与图形互相配合,起到一个补充。

二是对三个世界之间的关系进行了初步阐述,从而体现了控制作为一门技术、思想和艺术扎根于三个世界的综合调控,虽然概念依然很多,但从一定程度上减少了冲击力,提供了一套我们认为较好的阅读顺序。

D.第四个优化版本

第三个优化版本发布之后呢,一个很明显的意见就是上面的字数实在是太多了。在以上工作的基础上,结合大家的意见,给出了第四个优化版本,也是到目前为止最新的版本。

通过以上的工作。在大版本上更新了五次、在小版本上更新了十余次后,得到了一个比较满意的结果,当然这项工作仅仅是目前的一个初步工作,算是抛砖引玉,期待各位大佬提出更好更深刻更具有艺术性的作品。

3.3 绘制过程中的其他版本


四、致谢名单

感谢各位的肯定和指导!




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