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新太极:10. 太极与控制理论

已有 4939 次阅读 2014-8-27 21:57 |系统分类:科研笔记| 太极, 控制理论

有机系统是动态系统,而控制理论是研究动态系统的,所以可以用控制理论和概念来理解和研究有机系统。

控制系统的目的就是使系统达到某种最优的动态平衡,这跟太极的理念是一致的。有了控制理论,太极的定性理论就可以量化了,或者叫数学化。把古老的太极与现代的科学结合起来,所以叫新太极。

现在我们把控制系统与太极系统的对应关系梳理一下。

控制系统由被控对象和控制器组成;控制器包含反馈控制和前馈控制部分,反馈控制部分与被控对象构成一个闭环系统。例子:(1)汽车是被控对象,司机是控制器;(2)病人是被控对象,医生和医药是控制器;(3)锅炉是被控对象,锅炉计算机控制系统是控制器;(4)电厂是被控对象,电厂的管理者是控制器;(5)国家宏观经济是被控对象,政府总理是控制器。

控制器的作用是对被控对象缺阴补阴,缺阳补阳,以达到更高水平的动态平衡。例子:如果一个人“上火”了,中医会给他一些凉性的药;如果经济过热,政府会给经济降温,如紧缩银根;如果经济不景气,政府会用一些刺激措施。

平衡包含两点:第一是保证系统的稳定性,第二是降低系统波动性。如果被控对象是不稳定的,控制器的第一、也是最重要的作用就是通过闭环反馈控制是系统稳定下来。如果被控对象是稳定的,控制器的作用是通反馈和前馈控制降低系统的波动性。

系统平衡后,应在什么状态下运行,古老的太极没有说。控制理论解决了这个问题,即最优控制。

最优控制首先提出一个目标函数,然后通过优化算法将目标函数极大化(或将损失函数极小化),由此计算出控制变量(输入)的控制步骤。优化控制的计算是基于被控对象的数学模型,没有对象的模型,优化控制就无法谈起。要对一个系统做最优控制项目,主要工作是对其进行数学建模。建模方法有两种:一种是基于科学原理的机理建模法,一种是基于实验数据的系统辨识法。机理建模法听起来更科学,系统辨识法用起来更实效。

各种优化控制方法中,模型预测控制是最强大、最实用的方法,(虽然理论上不是很完备,)这主要是因为预测控制使用在线优化,能够直接处理约束条件,并具有本质容错控制功能。

控制理论的精髓,就是古老的太极;太极加上控制理论,就是新太极。

 

又回到电厂做控制项目,进展不错。晚上在旅馆休息,写点博客。。。

 



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