什麼是控制論

控制論——控製過程的一般規律以及機器、生物體及其關聯中的信息傳輸的科學。控制論是理論基礎 過程自動化.

1948 年，美國科學家諾伯特·維納 (Norbert Wiener) 在他的著作《控制論》或《機器和生物體中的控制與通信》一書中闡述了控制論的基本原理。

控制論的出現一方面取決於實踐的需要，這提出了創建複雜的自動控制裝置的問題，另一方面取決於研究各個物理領域中控製過程的科學學科的發展為創建這些過程的一般理論做準備。

這些科學包括：自動控制和跟踪系統理論、電子程序計算機理論、信息傳輸統計理論、博弈論和最優解等，以及研究控製過程的生物科學綜合體在生活中（反射療法，遺傳學等）。

與這些處理特定控製過程的科學不同，控制論研究所有控製過程的普遍性，無論其物理性質如何，並將創建這些過程的統一理論作為其任務。

所有管理過程的特點是：

• 存在一個由領導和控制（執行）機構組成的有組織的系統；

• 這個有組織的系統與外部環境的相互作用，這是隨機或系統干擾的來源；

• 根據信息的接收和傳輸實施控制；

• 目標和管理算法的存在。

研究目標導向控制系統在自然界中自然因果出現的問題是控制論的一項重要任務，這將有助於更深入地理解生物界中因果關係和目的性之間的關係。

控制論的任務還包括根據控制系統感知和處理信息的能力，對控制系統的結構和各種物理運行原理進行系統的比較研究。

就其方法而言，控制論是一門廣泛使用各種數學工具的科學，也是研究各種管理過程的比較方法。

控制論的主要分支可以區分為：

• 信息論；

• 控制方法理論（編程）；

• 控制系統理論。

信息論研究感知、轉換和傳輸信息的方式。信息是使用信號傳輸的——物理過程中某些參數與傳輸的信息明確一致。建立這樣的對應關係稱為編碼。

信息論的中心概念是對信息量的度量，定義為在接收到消息之前和之後包含在消息中的對某些事件的預期不確定程度的變化。此度量允許您測量消息中的信息量，類似於物理學中能量量或物質量的測量方式。不考慮所傳輸信息對接收者的意義和價值。

編程理論涉及處理和使用信息進行管理的方法的研究和開發。一般來說，對任何控制系統的操作進行編程包括：

• 定義尋找解決方案的算法；

• 將程序編譯成給定係統接受的代碼。

尋找解決方案被簡化為將給定的輸入信息處理成相應的輸出信息（控制命令），從而確保既定目標的實現。它是基於以算法形式呈現的一些數學方法來執行的。最先進的是確定最佳解決方案的數學方法，例如線性規劃和動態規劃，以及在博弈論中開發統計解決方案的方法。

算法理論，用於控制論，研究以條件數學方案形式描述信息處理過程的形式化方法——算法……這裡的主要地方是為不同類別的過程構建算法的問題和相同（等價）的問題算法轉換。

編程理論的主要任務是開發使電子編程機器的信息處理過程自動化的方法。這裡的主要作用是關於編程自動化的問題，即藉助這些機器編寫程序來解決機器的各種問題的問題。

從各種自然和人工組織的系統中信息處理過程的比較分析的角度來看，控制論區分了以下主要過程類別：

• 生物體的思維和反射活動；

• 生物物種進化過程中遺傳信息的變化；

• 自動系統中的信息處理；

• 經濟和行政系統中的信息處理；

• 科學發展過程中的信息處理。

闡明這些過程的一般規律是控制論的主要任務之一。

控制系統理論研究此類系統的結構和構造原理及其與受控系統和外部環境的關係。在一般情況下，控制系統可以稱為執行有目的的信息處理的任何物理對象（動物的神經系統，用於控制飛機運動的自動系統等）。

自動控制理論（TAU） — 科學學科，其主題是自動控制系統中發生的信息處理。 TAU 揭示了具有不同物理實現的自動系統固有的一般操作模式，並基於這些模式開發了構建高質量控制系統的原則。

控制論研究以數學方案（模型）的形式呈現的抽象控制系統，這些系統保留了真實係統相應類別的信息屬性。在控制論中，出現了一門特殊的數學學科——自動機理論，它研究一類特殊的離散信息處理系統，其中包含大量元素並模擬神經網絡的工作。

具有重大理論和實踐意義的是闡明思維機制和大腦結構的這一基礎，它提供了在體積小的器官中感知和處理大量信息的可能性，而能量消耗可以忽略不計，並且具有極高的效率。可靠性。

控制論確定了建築控制系統的兩個一般原理：反饋和多級（分層）控制。反饋原理允許控制系統不斷報告所有受控體的實際狀態和外部環境的真實影響。多級控制方案保證了控制系統的經濟性和穩定性。

控制論和過程自動化

完全自動化，使用自調整和自學習系統的原理，可以實現最有利可圖的控制模式，這對於復雜的行業尤為重要。這種自動化的必要先決條件是對於給定的生產過程，詳細的數學描述（數學模型）的可用性，將其輸入到計算機中，以程序的形式控製過程以進行操作。

該機器從各種測量設備和傳感器接收有關過程過程的信息，並且機器根據可用的過程數學模型，使用某些控制命令計算其進一步過程。

如果這種建模和預測比實際過程進行得快得多，那麼就可以通過計算和比較多個選項來選擇最有利的管理模式。選項的評估和選擇既可以由機器本身完全自動地進行，也可以在人工操作員的幫助下進行。人類操作員和控制機器的最佳耦合問題在其中起著重要作用。

具有重大實際意義的是控制論開發的用於分析和描述（算法化）各種管理和信息處理過程的統一方法，方法是將這些過程按順序劃分為代表備選選擇（“是”或“否”）的基本動作。

這種方法的系統應用使得將日益複雜的心理活動過程形式化成為可能，這是其後續自動化的第一個必要階段。機器與人的信息共生問題在提高科學工作效率方面具有很大的前景，即人與信息邏輯機器在解決科學問題的創造性過程中的直接交互。

技術控制論——管理技術系統的科學。技術控制論的方法和思想最初是在與通信和控制相關的獨立技術學科中並行和獨立發展的——在自動化、無線電電子學、遙控、計算機技術等領域。控制論，它為通信和控制技術的所有領域形成了統一的理論基礎。

技術控制論與一般的控制論一樣，研究控製過程，而不管這些過程發生的系統的物理性質如何。技術控制論的中心任務是綜合有效的控制算法以確定它們的結構、特性和參數。有效算法被理解為將輸入信息處理成在某種意義上成功的輸出控制信號的規則。

技術控制論與 自動化和遠程機械，但與它們不一致，因為技術控制論不考慮特定設備的設計。技術控制論也與控制論的其他領域相關，例如，從生物科學中獲得的信息促進了新控制原理的發展，包括構建模擬人類心理活動複雜功能的新型自動機的原理。

技術控制論是由於實踐的需要而產生的，廣泛使用數學儀器，是目前控制論中最發達的分支之一。因此，技術控制論的進步對控制論其他分支、方向和分支的發展有著重要的貢獻。

技術控制論中的重要地位是最優算法理論，或者本質上相同的自動控制最優策略理論，它提供了一些最優性標準的極值。

在不同的情況下，最優性標準可能不同。例如，在一種情況下，可能需要瞬態過程的最大速率，在另一種情況下，可能需要某個量值的最小分佈等。但是，有製定和解決各種各樣問題的通用方法這類的。

作為解決該問題的結果，確定了自動系統中的最佳控制算法或用於在通信系統的接收器等噪聲背景下識別信號的最佳算法。

技術控制論的另一個重要方向是發展具有自動適應性的系統運行的理論和原理，這包括有目的地改變系統或其部件的屬性，確保其行動越來越成功。在這個領域中，通過自動搜索帶來最佳操作模式並在不可預見的外部影響下保持接近該模式的自動優化系統非常重要。

第三個領域是複雜控制系統的發展理論，由大量要素組成，包括各部分的複雜相互關係和在困難條件下的工作。

信息論和算法論非常重要，特別是對於有限狀態機的技術控制論。

有限自動機理論處理給定操作條件下的自動機綜合，包括解決黑匣子問題——根據研究其輸入和輸出的結果確定自動機的可能內部結構，以及其他問題，例如有關問題的問題某種類型的自動機的可行性。

所有管理系統都以某種方式與設計、設置、控制、指導他們的工作並為自己的目的使用系統結果的人相關。因此，存在人與復雜的自動設備交互以及它們之間的信息交換的問題。

解決這些問題對於緩解人類神經系統的壓力和日常工作，確保整個“人機”系統的最大效率是必要的。技術控制論最重要的任務是模擬越來越複雜的人類心理活動形式，目標是在可能和合理的情況下用自動機器代替人類。因此，在技術控制論中，開發了理論和原理來構建不同類型的學習系統，這些系統通過訓練或學習有目的地改變其算法。

電力系統控制論——控制論在解決控制問題中的科學應用 動力系統，在設計和運行過程中對其製度進行監管並確定技術和經濟特徵。

電力系統中相互作用的各個要素具有非常深的內在聯繫，不允許將系統劃分為獨立的組成部分，並且在確定其特性時將影響因素逐一改變。根據研究方法，電力系統應該被視為一個控制論系統，因為它的研究使用了概括方法：相似理論、物理、數學、數值和邏輯建模。

有關更多詳細信息，請參見此處：電氣系統控制論