什么是控制论

控制论——控制过程的一般规律以及机器、生物体及其关联中的信息传输的科学。控制论是理论基础 过程自动化.

1948 年，美国科学家诺伯特·维纳 (Norbert Wiener) 在他的著作《控制论》或《机器和生物体中的控制与通信》一书中阐述了控制论的基本原理。

控制论的出现一方面取决于实践的需要，这提出了创建复杂的自动控制装置的问题，另一方面取决于研究各个物理领域中控制过程的科学学科的发展为创建这些过程的一般理论做准备。

这些科学包括：自动控制和跟踪系统理论、电子程序计算机理论、信息传输统计理论、博弈论和最优解等，以及研究控制过程的生物科学综合体在生活中（反射疗法，遗传学等）。

与这些处理特定控制过程的科学不同，控制论研究所有控制过程的普遍性，无论其物理性质如何，并将创建这些过程的统一理论作为其任务。

所有管理过程的特点是：

• 存在一个由领导和控制（执行）机构组成的有组织的系统；

• 这个有组织的系统与外部环境的相互作用，这是随机或系统干扰的来源；

• 根据信息的接收和传输实施控制；

• 目标和管理算法的存在。

研究目标导向控制系统在自然界中自然因果出现的问题是控制论的一项重要任务，这将有助于更深入地理解生物界中因果关系和目的性之间的关系。

控制论的任务还包括根据控制系统感知和处理信息的能力，对控制系统的结构和各种物理运行原理进行系统的比较研究。

就其方法而言，控制论是一门广泛使用各种数学工具的科学，也是研究各种管理过程的比较方法。

控制论的主要分支可以区分为：

• 信息论；

• 控制方法理论（编程）；

• 控制系统理论。

信息论研究感知、转换和传输信息的方式。信息是使用信号传输的——物理过程中某些参数与传输的信息明确一致。建立这样的对应关系称为编码。

信息论的中心概念是对信息量的度量，定义为在接收到消息之前和之后包含在消息中的对某些事件的预期不确定程度的变化。此度量允许您测量消息中的信息量，类似于物理学中能量量或物质量的测量方式。不考虑所传输信息对接收者的意义和价值。

编程理论涉及处理和使用信息进行管理的方法的研究和开发。一般来说，对任何控制系统的操作进行编程包括：

• 定义寻找解决方案的算法；

• 将程序编译成给定系统接受的代码。

寻找解决方案被简化为将给定的输入信息处理成相应的输出信息（控制命令），从而确保既定目标的实现。它是基于以算法形式呈现的一些数学方法来执行的。最先进的是确定最佳解决方案的数学方法，例如线性规划和动态规划，以及在博弈论中开发统计解决方案的方法。

算法理论，用于控制论，研究以条件数学方案形式描述信息处理过程的形式化方法——算法……这里的主要地方是为不同类别的过程构建算法的问题和相同（等价）的问题算法转换。

编程理论的主要任务是开发使电子编程机器的信息处理过程自动化的方法。这里的主要作用是关于编程自动化的问题，即借助这些机器编写程序来解决机器的各种问题的问题。

从各种自然和人工组织的系统中信息处理过程的比较分析的角度来看，控制论区分了以下主要过程类别：

• 生物体的思维和反射活动；

• 生物物种进化过程中遗传信息的变化；

• 自动系统中的信息处理；

• 经济和行政系统中的信息处理；

• 科学发展过程中的信息处理。

阐明这些过程的一般规律是控制论的主要任务之一。

控制系统理论研究此类系统的结构和构造原理及其与受控系统和外部环境的关系。在一般情况下，控制系统可以称为执行有目的的信息处理的任何物理对象（动物的神经系统，用于控制飞机运动的自动系统等）。

自动控制理论（TAU） — 科学学科，其主题是自动控制系统中发生的信息处理。 TAU 揭示了具有不同物理实现的自动系统固有的一般操作模式，并基于这些模式开发了构建高质量控制系统的原则。

控制论研究以数学方案（模型）的形式呈现的抽象控制系统，这些系统保留了真实系统相应类别的信息属性。在控制论中，出现了一门特殊的数学学科——自动机理论，它研究一类特殊的离散信息处理系统，其中包含大量元素并模拟神经网络的工作。

具有重大理论和实践意义的是阐明思维机制和大脑结构的这一基础，它提供了在体积小的器官中以可忽略的能量消耗和极高的感知和处理大量信息的可能性。可靠性。

控制论确定了建筑控制系统的两个一般原理：反馈和多级（分层）控制。反馈原理允许控制系统不断报告所有受控体的实际状态和外部环境的真实影响。多级控制方案保证了控制系统的经济性和稳定性。

控制论和过程自动化

完全自动化，使用自调整和自学习系统的原理，可以实现最有利可图的控制模式，这对于复杂的行业尤为重要。这种自动化的必要先决条件是对于给定的生产过程，详细的数学描述（数学模型）的可用性，将其输入到计算机中，以程序的形式控制过程以进行操作。

该机器从各种测量设备和传感器接收有关过程过程的信息，并且机器根据可用的过程数学模型，使用某些控制命令计算其进一步过程。

如果这种建模和预测比实际过程进行得快得多，那么就可以通过计算和比较多个选项来选择最有利的管理模式。选项的评估和选择既可以由机器本身完全自动地进行，也可以在人工操作员的帮助下进行。人类操作员和控制机器的最佳耦合问题在这方面发挥了重要作用。

具有重大实际意义的是控制论开发的用于分析和描述（算法化）各种管理和信息处理过程的统一方法，方法是将这些过程按顺序划分为代表备选选择（“是”或“否”）的基本动作。

这种方法的系统应用使得将日益复杂的心理活动过程形式化成为可能，这是其后续自动化的第一个必要阶段。机器与人的信息共生问题在提高科学工作效率方面具有很大的前景，即人与信息逻辑机器在解决科学问题的创造性过程中的直接交互。

技术控制论——管理技术系统的科学。技术控制论的方法和思想最初是在与通信和控制相关的独立技术学科中并行和独立发展的——在自动化、无线电电子学、遥控、计算机技术等领域。控制论，它为通信和控制技术的所有领域形成了统一的理论基础。

技术控制论与一般的控制论一样，研究控制过程，而不管这些过程发生的系统的物理性质如何。技术控制论的中心任务是综合有效的控制算法以确定其结构、特性和参数。有效算法被理解为将输入信息处理成在某种意义上成功的输出控制信号的规则。

技术控制论与 自动化和远程机械，但与它们不一致，因为技术控制论不考虑特定设备的设计。技术控制论也与控制论的其他领域相关，例如，从生物科学中获得的信息促进了新控制原理的发展，包括构建模拟人类心理活动复杂功能的新型自动机的原理。

技术控制论是由于实践的需要而产生的，广泛使用数学仪器，是目前控制论中最发达的分支之一。因此，技术控制论的进步对控制论的其他分支、方向和分支的发展有着重要的贡献。

技术控制论中一个重要的地方是最优算法理论，或者本质上相同的自动控制最优策略理论，它提供了一些最优性标准的极值。

在不同的情况下，最优性标准可能不同。例如，在一种情况下，可能需要瞬态过程的最大速率，在另一种情况下，可能需要某个数量的值的最小分布等。但是，有通用的方法来制定和解决各种各样的问题这类的。

作为解决该问题的结果，确定了自动系统中的最佳控制算法或用于在通信系统的接收器等噪声背景下识别信号的最佳算法。

技术控制论的另一个重要方向是发展具有自动适应性的系统运行的理论和原理，这包括有目的地改变系统或其部件的属性，确保其行动越来越成功。在这个领域，通过自动搜索带来最佳操作模式并在不可预见的外部影响下保持接近该模式的自动优化系统非常重要。

第三个领域是复杂控制系统的发展理论，由大量要素组成，包括各部分的复杂相互关系和在困难条件下的工作。

信息论和算法论非常重要，特别是对于有限状态机的技术控制论。

有限自动机理论处理给定操作条件下的自动机综合，包括解决黑匣子问题——根据研究其输入和输出的结果确定自动机的可能内部结构，以及其他问题，例如有关问题的问题某种类型的自动机的可行性。

所有管理系统都以某种方式与设计、设置、控制、指导他们的工作并为自己的目的使用系统结果的人相关。因此，存在人与复杂的自动设备交互以及它们之间的信息交换的问题。

解决这些问题对于缓解人类神经系统的压力和日常工作，确保整个“人机”系统的最大效率是必要的。技术控制论最重要的任务是模拟越来越复杂的人类心理活动形式，目标是在可能和合理的情况下用自动机器代替人类。因此，在技术控制论中，开发了理论和原理来构建不同类型的学习系统，这些系统通过训练或学习有目的地改变其算法。

电力系统控制论——控制论在解决控制问题中的科学应用 电力系统，在设计和运行过程中对其制度进行监管并确定技术和经济特征。

电力系统中相互作用的各个要素具有很深的内在联系，不允许将系统分成独立的组成部分，并在确定其特性时逐一改变影响因素。根据研究方法，电力系统应该被视为一个控制论系统，因为它的研究使用了概括方法：相似理论、物理、数学、数值和逻辑建模。

有关更多详细信息，请参见此处：电气系统控制论