仪表词典03 | 反馈和动态,其实就是教你如何走直线!

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词典内容将按照不同主题分期呈现,本期主题为自动控制。建议收藏。

 
反馈和动态
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名词解释

 

反馈(英语:Feedback,又称回授),是控制论的基本概念,指将系统的输出返回到输入端并以某种方式改变输入,它们之间存在因果关系的回路,进而影响系统功能的过程。在这种情况下,我们可以说系统“反馈到它自身”。在讨论反馈系统时,因果关系的概念应当特别仔细对待:“对于反馈系统,很难作出简单的推理归因,因为当系统A影响到系统B,系统B又影响到系统A,形成了循环。这使得基于因果关系的分析特别艰难,需要将系统作为一个整体来看待。”反馈可分为负反馈和正反馈。前者使输出起到与输入相反的作用,使系统输出与系统目标的误差减小,系统趋于稳定;后者使输出起到与输入相似的作用,使系统偏差不断增大,使系统振荡,可以放大控制作用。对负反馈的研究是控制论的核心问题。

 

过程动态(process dynamics)是1995年公布的化学工程名词。过程动态学 dyntunirs是研究过程动态特性的 一门学科。它主要是通过机理分析方法建立控制对象的数学 模型,然后应用数学模拟技术,对数学模型进行降阶和简化处 理,得到工业应用的实际模型,然后应用现场考核等方法,确定模型的精度和可靠性。

 
 
 
 
 
解读

 

从小大人就教我们,走路要看路。为什么呢?要是不看着路,走路走歪了也不知道,结果就是东撞西撞的。要是看着路呢?走歪了,马上就看到,赶紧调整脚步,走回到正道上来。这里有自动控制里的第一个重要概念:反馈(Feedback)。
 
反馈是一个过程:
1、设定目标,对小朋友走路的例子来说,就是前进的路线。
2、测量状态,小朋友的眼睛看着路,就是在测量自己的前进方向。
3、将测量到的状态和设定的目标比较,把眼睛看到的前进方向和心里想的前进方向作比较,判断前进方向是否正确;如果不正确,相差有多少。
4、调整行动,在心里根据实际前进方向和设定目标的偏差,决定调整的量。
5、实际执行,也就是实际挪动脚步,重回正确的前进方向。
 
在整个走路的过程中,这个反馈过程周而复始,不断进行,这样,小朋友就不会走得东倒西歪了。但是,这里有一个问题:如果所有的事情都是在瞬时里同时发生的,那这个反馈过程就无法工作。要使反馈工作,一定要有一定的反应时间。还好,世上之事,都有一个过程,这就为反馈赢得了所需要的时间。
 
小时候,妈妈在锅里蒸东西,蒸好了,从锅里拿出来总是一个麻烦,需要抹布什么的垫着,免得烫手。但是碗和锅的间隙不大,连手带抹布伸进去颇麻烦,我常常不知天高地厚,自告奋勇地徒手把热的碗拿出来,只要动作快,手起碗落,可以不烫手,当然喽,要是捧着热碗再东晃晃,西荡荡,那手上感觉的温度最终会和热碗一样,肯定要把手心、手指烫熟不可的。在从接触碗到皮肤温度和碗表面一样,这里面有一个逐渐升温的过程,这就是动态过程(Dynamic Process)。这里面有两个东西要注意:一个是升温的过程有多快,另一个是最终的温度可以升到多少。要是知道了这两个参数,同时知道自己的手可以耐受多少温度,理论上可以计算出热的碗在手里可以停留多少时间而不至于烫手。
 
反馈过程也叫闭环(Closed Loop)过程。既然有闭环,那就有开环(Open Loop)。开环就是没有反馈的控制过程,设定一个控制作用,然后就执行,不根据实际测量值进行校正。开环控制只有对简单的过程有效,比如洗衣机和烘干机按定时控制,到底衣服洗得怎么样,烘得干不干,完全取决于开始时的设定。对于洗衣机、烘干机这样的问题,多设一点时间就是了,稍微浪费一点,但可以保证效果。对于空调机,就不能不顾房间温度,简单地设一个开10分钟、关5分钟的循环,而应该根据实际温度作闭环控制,否则房间里的温度天知道到底会达到多少。
 
对于政府官员,更不能只顾计划不顾变化,盲目瞎指挥。记得80年代时,报告文学很流行。徐迟写了一个《哥德巴赫猜想》,于是全国人民都争当科学家。小说家也争着写科学家,成就太小不行,所以来一个语不惊人死不休,某大家写了一个《无反馈快速跟踪》。那时正在大学啃砖头,对这个科学新发现大感兴趣,从头看到尾,也没有看明白到底是怎么无反馈快速跟踪的。现在想想,小说就是小说,不过这无良作家也太扯,无反馈还要跟踪,不看着目标,不看着自己跑哪了,这跟的什么踪啊,这和永动机差不多了,怎么不挑一个好一点的题目,冷聚变什么的,至少在理论上还是可能的。题外话了。
 
在数学上,动态过程用微分方程描述,反馈过程就是在描述动态过程的微分方程的输入项和输出项之间建立一个关联,这样改变了微分方程本来的性质。自动控制就是在这个反馈和动态过程里做文章的。
 


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