1．要科學地設計一個良好的控制系統，必須熟知控制論的潛在規律，掌握控制方法，禁忌盲目下手設計
控制論的產生，為現代科學技術研究提供了一種嶄新的方法——控制方法，即以系統的功能行為為目標，通過一定的手段實現控制，達到系統目標****化的方法。控制方法及時抓住了當代科學技術發展的特點，對當代科學技術的發展起了積極的推動作用。
(1)控制和控制系統控制論的創始人維納說，控制論是關于動物和機器中通信和控制的理論。現在則推廣為在一切不同質的系統中研究共同控制規律的理論。控制是指操縱一個有組織的系統。作為一個系統，總是存在一些不確定性，使系統不能穩定地保持或達到所需的狀態。正如維納所說：一個閉合系統，總是存在著組織程度降低的自然趨勢，即存在著熵增加的趨勢。為了使系統能穩定地保持或達到所需的狀態，必須對系統施加一定的作用，根據內外部的各種變化，對系統進行及時調節，不斷克服系統的不確定性，使之保持某種穩定的狀態。這種對系統施加的操縱，使系統減熵增序的過程，就叫做控制。控制系統一般由控制者、被控銣者(即控制對象)和將控制者的作用傳遞給被控對象的線路組成，其中控制者和控制對象是控制系統中最基本的結構和組成(因為有些控制系統可以沒有連接線路而直接聯系)。由于控制者和控制對象也都是系統，所以控制者又被稱為施控系統，控制對象又被稱為受控系統，控制系統就是由施控系統與受控系統組成的具有控制功能行為的統一體。
既然施控系統和受控系統組成控制系統，那么它們就會相互產生作用和相互影響，同時又與外部環境產生相互作用和影響。施控系統對受控系統的作用和影響叫輸入；受控系統對外部環境的作用和影響叫輸出；而外部環境對受控系統的作用和影響叫干擾。輸入是受控制系統控制的，輸出是受輸入制約的，而干擾是不可控制的。輸入的目的在于使受控系統產生一個預定的輸出，使控制結果符合目標。而干擾會使系統產生偏離目標的運動。從輸入與輸出的關系來看，并不是所有的控制系統都是一樣的。根據輸入與輸出的關系，可將控制系統分為不同的類型：
1)一種類型是系統的輸入直接控制著它的輸出，輸入不必受輸出的影響。這類控制系統的特點是，結構簡單，輸入與輸出的關系單一，輸入控制輸出，但輸出卻不能反過來控制輸入，因而缺乏調節機制。比如用步槍射擊，子彈打出去，就無法控制了。顯然，這是控制系統的輸入與輸出的關系沒有形成一個封閉的環狀循環控制線路，而是一個敞開著的線路。
因此這類控制系統叫開環控制系統。開環控制系統由于缺乏監督和調節機制，系統運動容易受到外界環境干擾，因而容易偏離控制目標。正因如此，這類控制系統要達到控制目標，必須依靠事先對于擾的足夠估計和克服于擾的措施。比如在打槍時事先瞄準，就是這種措施。
這類控制系統只適用于靜止或狀態變化不大的目標，對于變化大的目標就無法控制了。比如用舊式火炮打飛機，雖然可以計算出飛機的速度、方向和炮彈的軌道，以確定炮彈發射的角度，但飛機若突然改變航向和速度，就難于擊中了。
2)控制系統的另一種類型是，系統的輸入不僅控制著輸出，而且輸入又是受著輸出的控制，就是說，整個控制系統是由輸入和輸出共同控制的。這種控制系統的機制存在著反饋回路，在輸入與輸出之間有反饋聯系。由于這類控制系統的輸入與輸出是相互控制的，于是 系統控制力的傳輸線路就形成一個封閉的環狀循環控制線路，所以叫閉環控制系統。如裝備有自動駕駛儀的海輪，能隨時觀測到航向的偏離度，通過反饋回輸，隨時采取糾偏措施。這類控制系統的突出特點是有反饋回路，因而也稱反饋控制系統。由于閉環控制系統有反饋回路，它在結構上就與開環控制系統不同。開環控制系統是由施控裝置與受控裝置兩個基本要素組成，閉環控制系統則是由施控裝置、受控裝置和反饋裝置三個基本要素組成。反饋裝置的功能和作用就在于，它使系統的輸入和輸出有了監督和調控的機制，這是開環控制系統所沒有的。也并不是所有具備監督和調控機制的系統都是反饋閉環系統。因為有些監督和調控機制(如輸電線路中的保險裝置)的作用并不是當系統偏離目標時逐步縮小系統與目標的差距，使系統穩定地調控在目標上，而是直接使系統停止運動。這種通過使系統停止運動的辦法來糾正對控制目標的偏離，實際上是一次性極限調控，是通過中斷輸入來調控輸出的。既然輸入中斷了，也就停止了輸出，更談不上輸出對再輸入和再輸出發生影響了。所以這種裝置構不成反饋回路。因此說它不是反饋閉環控制系統，而是一種極限狀態下的保護措施。
3)控制系統的第三種類型是組合控制系統。所謂組合控制系統，就是開環控制系統和閉環控制系統混合起來構成的控制系統。顯然，這樣的系統要比單一系統的規模大，結構更為復雜。它有多個子控制系統，多個輸入輸出和目標，因而存在著多個變量、多種關系和相互作用。如數控機床的驅動系統是閉環控制系統，但材料的搬動是靠人手進行的，這一部分是開環的，因此它是一種組合控制系統。此外如電力系統、通信系統、交通系統、生態系統等，很多都是組合控制系統。當然，這些都是比較復雜的組合控制系統。
在三類不同的控制系統中，開環系統是一次性調節的控制能力很低的系統。只有帶反饋回路的閉環控制系統才具有自動控制與調節的功能。因此，如何將開環系統變成閉環系統，將組合系統中的開環部分變成反饋回路，以提高和擴大系統的控制能力，就十分有意義了。
從信息論的觀點來看，控制過程是一個信息的運動過程。即新的信息不斷輸入到施控系統。施控系統由感受機構、中樞機構和執行機構組成。感受機構接到信息后，傳給中樞機構進行加工處理，通過執行機構輸出控制信號到被控系統。被控系統引起反應又繼續發出新的信號，返回傳給施控系統，如此循環往返，但每次循環都不是簡單的重復，而是有新的信息內容，使得控制作用更加向目標逼進。控制系統所以能夠維持某種穩定狀態，減熵增序，就是因為它有不斷的同外界的信息交換。
(2)控制論方法控制論方法就是運用控制論原理，以任何一個系統的功能行為為目標，通過功能模擬、黑箱、信息反饋和大系統控制等方法，使系統減熵增序，實行控制，達到系統目標****化的方法。
1)功能模擬方法。功能模擬方法，是指在未弄清或不必弄清原型內部結構的條件下，僅僅以功能相似為基礎，用模型來再現原型功能的一種模擬方法。與傳統的方法相比，功能模擬方法是一種嶄新的方法。它有如下特點：
①功能模擬方法在功能上描述與模仿系統對環境影響的反應方式時，往往把系統看作“黑箱”，不去分析系統的內部機制與個別要素，也不求模型與原型結構的相同。像人腦這類復雜的大系統，其內部結構難以弄清，難于復制，顯然難于運用結構模擬的方法來再現人腦的功能。而運用功能模擬的方法，則可以在未弄清人腦內部結構的條件下，用模型來模擬人腦的一部分功能。
②以模型和原型之間的功能相似為基礎，這是功能模擬方法與其他模擬方法相區別的 主要特點。維納在創立控制論的過程中，從功能角度出發，將機器、生物和人等不同質的物質系統進行類比，揭示出“機器和生命體之間在行為方面的某些相似之處”。洌如．由炮瞄雷達站、高射炮控制儀和高射炮等組成的火炮自動控制系統，它的控制過程與一個獵手在狩獵時的行為非常相似。它們具有搜索、跟蹤目標等相似的功能，它們都按預定目的動作．最終效果都以一定的操作或行為來打擊目標物。
③傳統模擬的模型只是認識原型的手段，而功能模擬的模型則是具有生物目的性行為妁機器——智能機器，它成了改造世界的直接手段，它本身就是研究的目的。
功能模擬方法所具有的特點，擴大了模擬方法的應用范圍，為人們利用不同結構的系統去實現相同的功能提供了有效的方法，人腦的意識活動，以往的機械模擬是無法勝任的，而功能模擬方法采用五種與人腦功能相似的相互作用、相互聯系的部件，制造出了電子計算機，就成功地模擬了人腦的部分思維功能。具體來說，就是用輸入器模擬人的感覺器官接受外來信息的功能；用存儲器模擬人腦儲存信息以備提取的記憶功能；用運算器模擬人腦加工處理信息，以及進行判斷、抉擇與計算的功能；用控制器模擬人腦指揮協調整個思維活動的功能；用輸出器模擬人對環境的應答反應功能。在此基礎上，人們運用功能模擬方法將人腦的思維規則和技巧編成一定的程序輸入計算機，就使電腦具有與人腦相似的部分思維功能。
維納在《控制論》等著作中明確指出：電子計算機作為人腦的功能模型，對研究人腦的生理過程和病理過程等問題有著重要的意義。他指出：“如果認識到大腦和計算機有許多相似之處，就可以給精神病理學，甚至給精神病治療學提供一個有效的研究方法”。
在現代科學技術研究中，人們通過對人的體溫控制系統的技術模型研究，成功地預測了在宇航條件下和低溫手術條件下，人的體溫可能出現的變化和反應。人們還通過對人的呼吸系統的技術模型的研究，初步揭示了一種周期性病態呼吸的生理病理原理。隨著科學技術的發展，功能模擬方法必將在人腦系統、生命系統和社會系統等領域的研究中，發揮著越來越重要的作用。
2)黑箱方法。所謂黑箱，是指對其內部構造和機理不清，但可以通過外部觀測和試驗去認識其功能和特性的事物。黑箱有兩個特點：①只能給它以信息輸入，觀察它的信息輸出，而不知其內部結構；②黑箱是相對于認識主體來說的。黑箱實際上是未被認識的事物。
一個認識對象是否作為黑箱來對待，一方面取決于認識對象本身，另一方面則取決于認識主體，取決于認識主體的經驗和知識。有的系統相對于一些人來說可能是黑箱，但相對于另一些人來說就可能不是黑箱。黑箱方法是為了解決對黑箱這種認識對象的認識而發展起來的一砷嶄新的方法。由于黑箱是無法直接觀察其內部結構的系統，因此人們只能從外部來認識它。這種不是通過直接考察其內部結構，而是利用外部觀測和試驗來考察系統的輸入、輸出及其動態過程，研究系統的功能和特性，探索其結構和機理的方法，就是黑箱方法。這種與傳統科學方法不同的黑箱方法究竟怎樣進行呢?其過程大體如下：
①用相對孤立的原則，確認黑箱。既然黑箱是個與外部環境處在相互聯系、相互作用中的系統，那么我們就得劃定它與周圍環境的邊界，將它從環境中分離出來。在這樣做時。
我們必須規定黑箱與其環境聯系的主要通道，確定它的輸入輸出是什么。盡管我們事先不對它的性質和內容作任何假定，但我們都應假定具有認識和處理它的某種手段。這樣，我們和黑箱形成一個信息反饋的閉環控制系統。比如劃定了研究對象(s)與周圍環境(E)的邊界。
選定了對象與環境主要聯系的通道，確定了對象的一組輸人x(t)與輸出y(t)，就意味著一 個黑箱的確立。
②通過觀察和主動實驗，考察黑箱。如果觀測是在沒有對黑箱施加任何干涉的情況進行的，這叫被動考察。它的好處是能得到純自然條件下黑箱運動的情況。但也有缺點，那就是獲得的信息較少。有時為了使系統的特性更明顯地表現出來，也可采取主動實驗的方法，即有目地在系統的輸入端加上某種典型的測試信號，然后再觀察其輸出響應，以便從中獲取研究對象的大量信息，作為認識黑箱的依據。
③建立模型，闡明黑箱。對于比較簡單的事物，我們通過觀測和主動實驗，就可以判明其功能和特性了，用不著建立模型。但對較復雜的事物，由于輸入輸出的數值較多，關系縱橫交錯，在獲取輸入輸出的數據之后，還不能闡明黑箱。還必須綜合整理數據，建立黑箱模型。然后依據模型對黑箱的功能及特性進行定性的、定量的、靜態的、動態的分析評價，對其內部的結構和機理作出某些推測和假說，并通過試驗去驗證。
黑箱方法與傳統科學方法相比，有其明顯的特點和優點：①它不采取打開系統的途徑來認識事物，而是通過研究系統的輸入輸出來認識事物，這就具有不破壞事物的原有結構和完整性的優點，有利于從整體的綜合的全局的角度來研究事物；②它不是孤立地去研究系統本身，而是從系統環境的相互作用和互通信息中來研究事物，這就具有不割斷系統與其環境相互聯系的優點；③它不是從系統的結構人手來研究問題，而是通過考察系統的輸入輸出、行為和功能，進而來推知系統結構和機理。這就省去了許多麻煩，而且認識活動也不影響系統的正常運行。總之，黑箱方法的實質就是人們在本來無法解決的黑箱面前，發揮了思維的能動作用，有意識暫時繞開一時無法知道的內部結構和機理，僅從外部環境與黑箱整體的關系出發，能動地對黑箱施加某種影響，觀察其輸入與輸出關系的變化，只要有函數y=f(x)存在，就能在一定程度上反映黑箱的功能，再根據功能與結構關系原理，便可反求結構，弄清其機理，最終變黑箱為白箱，真正認識這個事物。這是人們在研究特殊的對象時，所采取的迂回曲折的前進方式。
3)反饋控制方法。在控制論中，人們在應用功能模擬和黑箱方法時，無形中也使用了有關的反饋方法，使問題的研究向著預定的目的前進。所謂反饋就是把系統的輸出通過一定的通道又反送到輸入端，從而對系統的輸入和再輸出施加影響。反饋的過程表明，系統的輸入和輸出是相互影響、相互作用的，如果把系統的輸入看成原因，則輸出就是結果。輸入和輸出的關系是原因和結果的關系。事實上，不但輸入影響和作用著輸出，而且輸出也影響和作用著輸入。這樣，輸出又成了原因，輸入又變成了結果。所以說，輸入和輸出呈現互為因果的關系。而且輸入和輸出組成一個環狀結構。控制論把這種環狀結構叫反饋環，亦即反饋控制系統。科學研究表明，在一個系統中，輸出對輸入的反作用一般有兩種情況：
①輸出端的輸出結果反過來作用于輸入端時，對輸入起著強化的作用。這時，反饋的結果起著使系統朝著偏離控制目標的方向運動的作用。這種情況叫做正反饋。例如，一個工廠生產的產品投放市場以后，賣不出去，知道這種情況還繼續生產這種產品，就會使產品積壓越來越多，甚至使工廠陷入困境。正反饋是一種使系統越來越不穩定，甚至導致整個系統崩潰和解體的反饋。
②輸出端的輸出的結果反作用于輸入端時，對輸入起著削弱的作用。這時，反饋的結果起者使系統朝著控制目標的方向運動的作用。這種情況叫做負反饋。例如導彈制導系統中的反饋，就屬于這種負反饋。當導彈脫離發射裝置以后，靠著制導系統的幫助，它能夠既注 意到自己的位置，又注意到飛機的位置，并把兩者作比較，找出自己的位置跟飛機之間的差距，并且根據這種目標偏差調整自己的位置和方向，從而使導彈沿著減小目標偏差的方向運動。在制導系統的幫助下，導彈能夠以飛機或其他東西做目標，自動地調整自己的位置和方向，直到擊中目標為止。這種負反饋機制的系統又叫自動調節系統。
反饋自動調節系統又有兩種不同的類型：
①把系統引向一個預期的目標，使系統成為自調節。換句話說，就是根據反饋的信息，不斷地調整系統的行為，使系統與目標之間的差距逐漸縮小，直至達到系統的最終目的。如老鷹獵取食物，駕駛員駕駛車輛以及上述的導彈制導等等，都屬于這種類型。
②把系統維持在某些變量上。比如恒溫器的工作過程就屬于這種類型。在恒溫器中，當溫度低于所需要的數值時，恒溫器就發出信號，使燃料流入燃料室或者接通電流，給恒溫器加溫；當溫度高于所需要的數值時，恒溫器就會發出信號，使燃料停止流入燃燒室或者切斷電流，讓恒溫器降溫。這樣，恒溫器的加熱系統通過負反饋調節，就可以把恒溫器的溫度穩定在一定的數值上。
了解和掌握反饋自動調節系統的性質和特點在現實生活中有很大的作用。由于反饋僅僅考慮輸入和輸出的關系，只要根據先前的操作，就能調節系統未來的行為，這樣就使得反饋比別的方法顯得簡單、經濟、普遍而又有效。從控制論自身的內在要求來看，系統要達到控制目標就必須有反饋。假如沒有反饋，或反饋不足，或反饋過度，或反饋方式選擇不當，都會造成系統的失穩，甚至解體。因此，人們應該根據實踐的需要，調節反饋程度和選擇適當的反饋方式，以提高反饋效益，達到控制目的。
與反饋有正反饋和負反饋相對應，反饋方法也有正反饋方法與負反饋方法之分。由于正反饋方法具有使系統偏離平衡和穩定狀態，向著某個極端運動和發展變化的特點，所以，人們常常利用這種方法來擴大系統的物質、能量和信息，或者使系統崩潰和發生質變。比如原子彈和氫彈的制造，就是對物質的原子裂變產生正反饋機制的利用。在電子技術中，能放大振蕩信號的晶體管也是運用正反饋方法制成的。由于負反饋方法能夠使系統作合乎目的的運動，或者使系統達到穩定狀態，所以，人們一般采用這種方法來設計和制造自動控制系統。
因此，它被廣泛地應用在各項工程技術中。從******的水位自動控制器、恒溫器，到比較復雜的火箭、導彈、人造衛星、宇宙飛船以及各種自動機器，都離不開負反饋方法的應用。
負反饋控制方法和正反饋控制方法都是科學的控制方法。負反饋方法可以使系統保持平衡和穩定的狀態。相對的平衡和穩定是事物發展的必要條件，所以負反饋控制方法是人們常用的一種方法。凡是需要把系統穩定在某一狀態或者趨向某個目標時，就需要運用負反饋控制方法來調節。但是負反饋方法也有它的缺點，這就是往往使系統維持現狀，停滯不前。要使系統前進，發生質的變化，就必須依靠正反饋。正反饋方法可以使系統打破原來的狀態，從穩定走向不穩定，是系統從一種狀態走向另一種狀態的橋梁。
4)大系統控制方法。20世紀70年代，科學研究的進一步發展，迫切需要研究變量數目更大的多變量系統，自動化的發展也要求將大量的控制系統(包括單機的與機組的)組織起來，形成一定的、內部結構復雜的大系統，以便達到綜合自動化的水平。這種高度的自動化還往往要用到智能控制。在這種情況下，現代控制論進入了大系統理論研究的新階段。所謂大系統，就是指那些規模龐大、結構復雜、因素眾多、目標多樣和功能綜合的系統。在現實生活中，大系統比比皆是，我們就生活在這些大系統之中，它們必然要成為我們的研究對 象。在自然、社會與思維領域中，都存在著大系統。例如：在工程技術方面有大型聯合企業的綜合自動化與計算機控制系統、大型的信息處理系統、空間技術(如導彈、衛星、飛船、航天飛機)的控制系統等；在自然界中有生態系統及其有關的環境保護與污染控制、環境監測網、水源供應網、農田水利灌溉網、生物調節與控制系統等；在社會領域中有城市、農村建設與發展規劃管理系統、人口控制系統、國民經濟計劃管理系統、軍事作戰指揮系統；在思維領域則涉及智能控制系統、智能機器人、復雜的人一機系統等等。大系統的突出特點是：
④規模龐大，主要指元件、部件多，包含著許多子系統；②系統的結構復雜，有相當多的要素、層次和多種關系；③功能綜合，表現為大系統往往具有多個目標，其中的某些目標之間還可以是相互聯系、制約或矛盾的；④大系統所處的內外環境十分復雜，受到的干擾與影響多。所以，大系統往往是多輸入、多輸出、多干擾的多變量系統。在有的大系統中，不僅包含“物”的因素，而且包含“人”的因素，這類主動系統就更為復雜，往往帶有不確定性。
正因為大系統具有這些特殊性質，所以，研究和解決大系統問題的方法，與研究和解決一般系統問題的方法也不一樣。20世紀70年代以來發展起來的大系統理論，就是研究和解決大系統問題的一門學問。它所研究的基本內容包括大系統的模型化問題、大系統的穩定性、可控性和可靠性問題、大系統的電子計算機模擬求解問題、大系統的****化、次優化以及合理控制問題等等。大系統控制的一些主要方法：
④分解一協調方法。分解與協調方法是處理大系統問題的一種重要的、通用的控制方法。它的主要精神可以概括為“先分后合，分兩步走”。a在模清大系統內部各個層次，各個部分之間相互關系的基礎上，對大系統進行分解，把它分解成若干個子系統，然后，再運用研究一般系統的方法對這些子系統進行分析和綜合，實現子系統的局部優化；b完成大系統的分解之后，就要在各個子系統局部****化的基礎上根據大系統的總目標，通過對各個子系統進行協調來達到大系統的全局****化。在這方面，大系統理論已經提出了一些協調原則和協調方法。分解一協調法在系統工程和解決復雜的大系統問題中有著廣泛的應用。美國在20世紀50年代實施的核潛艇水下發射導彈的“北極星計劃”和在60年代實施載人登月的“阿波羅計劃”，都是分解一協調法的具體應用，并且都取得了很大的成功。分解一協調法應用于管理上的計劃協調技術就是從系統整體效應出發，協調整體與部分、結構與功能、系統與環境、功能與目標的關系，找到既使整體****又不使部分損失過大的策略方案，以達到系統****化的方法。人們通常采用的PERT(計劃協調技術)和GERT(隨機性計劃協調技術)便是這種方法最生動的體現。
②多級遞階控制方法。多級遞階控制方法是一種用來控制具有多等級結構大系統的方法。對于那種具有多等級結構的大系統實行控制，可以把它劃分成不同的控制級。這種把具有多等級結構的大系統劃分為不同控制級別來加以控制的方法，就叫做多級遞階控制。例如，一個大企業的分級管理結構就是一種三級遞階結構。第一級是車間內部運用一些調節裝置進行局部控制。第二級是工廠運用控制計算機進行全廠的生產調度，實現過程控制的****化。第三級是公司的管理計算機，決定各廠控制計算機的****化指標或策略，進行計劃協調與組織管理。第一級稱為局部控制級，第二級稱為遞階控制級，第三級稱為協調控制級。屬于這一類的另一個典型例子是人的神經系統，其外圍神經相當于局部控制級，直接控制著人體的各個有關部位。中樞神經系統分為低級部位與****部位。脊髓是低級中樞，它由頸、胸、腰、尾等共31個神經節段構成，分別發出和控制著相應的外圍神經，成為遞階控制級 脊髓又受到延腦、中腦、橋腦、丘腦、大腦和大腦皮層這些****中樞的控制，這些****中樞總稱為協調控制級(當然，級別的翅分具有一定的相對性，與所考慮的系統和條件有關)。
③分散化控制方法。分散化控制方法是一種把一個大系統按照它的子系統的分布情況，分別就地采用單獨局部控制器來控制的方法。它適用于那種總目標由各個分散的子系統來完成，而且各個子系統之間又沒有協調關系的大系統。
控制與信息是相關的，有效的控制不能不考慮信息的有效傳輸和加工。對于一個大系統來說，過分集中的控制勢必帶來信息傳輸的困難而使整個系統缺乏靈敏性。對于大系統來說，集中控制常常并不是****的控制結構，而分散控制日益受到人們的重視。分散控制的特點是沒有單個集中的控制器或決策者、操作者，整個大系統的總目標是由一些分散的控制器或決策者、操作者來完成的。在他們之間可以有相互的信息聯系，但沒有統一的協調聯系。
所以這是一種無集中的控制。分散控制結構是廣泛存在著的。一個典型的實例是大城市的交通管理，它不是通過集中的調度中心來指揮，而是由很多分散的交叉路口的交通崗來共同完或任務。就人體的神經系統來說，它既是一個分級控制結構，又是一個分散控制結構。例如人的膝跳反射就不是通過****中樞，而是通過脊髓直接完成的。
大系統的結構是多種多樣而又十分復雜的，如果各個局部控制器之間沒有任何信息交換，就叫做全分散化控制。如果各局部控制器之間有部分信息交換，就叫做局部分散化控制。而****控制就是適當地處理好集中與分散的關系。
2．要科學地設計一個良好的控制系統，必須熟知各種控制系統的機理和特點，禁忌無的放矢亂設計
因為現實中的被控對象多種多樣，實際應用中的控制系統也五花八門，種類繁多。要設計一個良好的控制系統，就必須熟知各種控制系統的機理和特點，禁忌無的放矢亂設計。
(1)順序邏輯控制系統順序邏輯控制系統是控制系統中較為常用又相對簡單的系統，它常采用繼電器控制、PLc控制、單片機控制和工控機控制。近年來，隨著計算機技術的迅猛發展，以計算機及其相應接口板卡組成的順序邏輯控制系統的應用越來越廣。控制面板的軟件技術(儀器軟面板)、編程的可視化技術、軟件模塊化技術等的綜合應用，使計算機順序邏輯控制系統具有使用方便靈活、移植性好、維護容易、開發周期短、成本低、柔性度高等眾多優點。
邏輯調試和邏輯跟蹤是控制領域中難度很高的技術：在復雜系統中，幾千條甚至幾萬條的邏輯語句是互相聯系、互相依存的，一條邏輯語句的改變往往會使得有關聯的語句或在邏輯上或在時序上發生改變，從而造成整個邏輯系統發生或多或少的改變。所以，一些表面上的邏輯問題，常常有著很深的邏輯成因，使得這些邏輯問題很難得到解決。需要自主開發一些邏輯分析和調試的工作方法和工作程序，能夠找到現在運行的邏輯程序的不合理點，為企業解決難題。該工作程序需要的條件為：①控制邏輯圖及其說明；②工藝流程的過程描述；③控制系統硬件和邏輯符號使用說明；④現有邏輯程序尚存在的問題；等等。
(2)反饋控制系統是基于反饋原理建立的自動控制系統所謂反饋原理，就是根據系統輸出變化的信息來進行控制，即通過比較系統行為(輸出)與期望行為之間的偏差，并消除偏差以獲得預期的系統性能。在反饋控制系統中，既存在由輸入到輸出的信號前向通路，也包含從輸出端到輸入端的信號反饋通路，兩者組成一個閉合的回路。因此，反饋控制系統又稱為閉環控制系統。反饋控制是自動控制的主要形式。在工程上常把在運行中使輸出量和 期望值保持一致的反饋控制系統稱為自動調節系統，而把用來精確地跟隨或復現某種過程的反饋控制系統稱為伺服系統或隨動系統。
反饋控制系統由控制器、受控對象和反饋通路組成。在反饋控制系統中，不管出于什么原因(外部擾動或系統內部變化)，只要被控制量偏離規定值，就會產生相應的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干擾的能力，對元件特性變化不敏感，并能改善系統的響應特性。
(3)智能控制系統人工智能的發展促使自動控制向智能控制發展。可以說，智能控制是控制理論、人工智能(AI)和計算機科學相結合的產物。智能控制系統是在控制論、信息論、人工智能、仿生學、神經生理學及計算機科學發展的基礎上逐漸形成的一類****信息與控制系統。結合具體的工業生產過程，各種智能控制系統正在發揮巨大的經濟和社會效益。
智能控制與智能自動化技術是眾多學科和工程技術的集成。一方面，包括經典控制理論及現代控制理論在內的傳統控制理論與技術無法滿足工業及人類生活中日益復雜的控制與自動化要求；而另一方面，在計算機科學技術的推動下，人工智能科學與技術取得巨大進展。
在此情況下，智能控制與智能自動化技術便產生了，并逐漸發展起來。
盡管最初人們認為智能控制是自動控制理論(Ac)與人工智能(AI)，或Ac、AI與運籌學(OR)的結合，但事實上，智能控制是一門仍在不斷豐富和發展中的具有眾多學科集成特點的科學與技術。它不僅包含了Ac、AI、OR、系統理論(sT)和計算機科學(cs)的內容，而且還從生物學、生理學、心理學、協同學及人類知識理論等學科中吸取了豐富的營養。目前，在世界范圍內，智能控制和智能自動化科學與技術正在成為自動化領域中最興旺和發展最迅速的一個分支學科，并被許多發達國家確認為面向21世紀、提高國家競爭力的核心技術。其含義和內容包括：①智能：智能控制中的智能是指有自治能力的程度；②自治能力：
自治能力是學習或獲取各種知識、并利用這些知識進行決策以改善自身行為的能力；③智能控制器：用智能控制方法或傳統的系統及控制技術設計或實現的、用于模擬或完成正常的人、動物或生物系統所完成的功能的控制器；④智能控制系統：智能控制系統是具有某種程度自治性的控制系統；⑤智能控制方法：利用旨在模擬人、動物或生物系統功能的技術或過程來為動態系統構造或實現控制、以達到預定要求的控制方法的集合。
智能控制系統的特征表現為：①處理各種不確定性、定性信息和數據結構的能力；②處理非結構化信息和數據的能力；③對具有高度抽象性的離散符號指令作出響應的能力；④辯識主控系統結構或構成變化的能力；⑤處理和利用各種不同性質的知識的能力；⑥根據主控系統或環境變化，對自身參數或結構進行修正或重構的能力；⑦在運行過程中學習和獲取關于對象和環境新知識并利用新知識改進控制行為的能力；⑧基于對象行為預測的控制的多目標性等。任何具備上述一種或多種能力的控制系統均被認為是智能控制系統。從這個意義上講，經典的反饋控制、變結構控制、自校正控制及自適應控制均被認為屬于智能控制的范疇，它們與通常所說的智能控制的區別在于它們僅具有較低層次的智能。而智能控制理論及應用研究的目的就是利用包括傳統控制及系統理論在內的已有各種理論及技術來構造在某種程度上具備上述特征的控制系統，并最終實現具有完全自治力的系統。
當今的智能科技分支林立，蓬勃興旺，在國內外已獲得了飛速發展，諸如模糊邏輯、遺傳算法、神經網絡、專家系統、仿人智能、粗糙集理論、物元可拓方法、知識工程、模式識 別、定性控制、小波分析、分形幾何、混沌控制、數據融合技術等等，真可謂是八仙過海，各顯神通。其各有所長，分別組合，取長補短，相得益彰。
人工神經網絡是當今智能科技中的基礎技術，它的連接機制與人工智能的符號推理機制并列，成為智能科技的兩大陣營。它模擬人腦的解剖生理學特征，用許多并行的簡單神經元，以一定的拓撲結構連結成網，既接受外界信息，又相互刺激，更擅長于分布存儲，聯想記憶，反饋求精，黑箱映射，權值平衡，動態逼近，全息存錄，容錯防失，加之以神經元巨量互連，形成強大的自學習、自適應、自組織、自診斷、自修復能力，其網絡節點間權值強度不斷反饋，動態分析，與語言、視聽人機接口的密切配合，可自動獲取人類專家豐富的知識與經驗，并模擬人腦的邏輯推理、形象思維以至靈感突現，恰如其分地處理各種不準確、不完善、不確定的信息，推理得出正確結論。
模糊邏輯模仿人腦的不確定性概念判斷、推理思維方式，對于模型未知或不能確定的描述系統，以及強非線性、大滯后的控制對象，應用模糊集合和模糊規則進行推理，表達過渡性界限或定性知識經驗，模擬人腦方式，實行模糊綜合判斷，推理解決常規方法難于對付的規則型模糊信息問題。模糊邏輯善于表達界限不清晰的定性知識與經驗，它借助于隸屬度函數概念，區分模糊集合，處理模糊關系，模擬人腦實施規則型推理，解決因“排中律”的邏輯破缺產生的種種不確定問題。
遺傳算法是一種以“電子柬搜索”特點抑制搜索空間的計算量爆炸的搜索方法，它能以解空間的多點充分搜索，運用基因算法，反復交叉，以突變方式的操作，模擬事物內部多樣性和對環境變化的高度適應性，其特點是操作性強，并能同時避免陷入局部極小點，使問題快速地全局收斂，是一類能將多個信息全局利用的自律分散系統。運用遺傳算法(GA)等進化方法制成的可進化硬件(EHw)，可產生超出現有模型的技術綜合及設計者能力的新穎電路，特別是GA獨特的全局優化性能，使其自學習、自適應、自組織、自進化能力獲得更充分的發揮，為在無人空間場所進行自動綜合、擴展大規模并行處理(MPP)以及實時、靈活地配置、調用基于EPGA的函數級EHw，解決多維空間中不確定性的復雜問題開通了航向。
專家系統是收集應用人類專家的知識和經驗，模仿專家處理知識和解決問題的方法，編制成計算機智能軟件系統，在通過人機結合不斷獲得反饋信息的情況下，實時在線地對規則、事例和模型實行獨立決策的一種問題求解或控制系統。這種計算機智能系統具有啟發性、透明性和靈活性，在不受時間、空間和環境影響的情況下，高效率、準確無誤、周密全面、迅速不疲倦地完成工作，其解決問題能力和知識的廣博性可超過人類專家，又克服了人類專家因疏忽、遺忘、緊張、疲倦等干擾因素造成的偏差和錯誤，因而其推廣、應用具有巨大的經濟和社會效益。
模式識別是模擬人腦形象思維，根據事物的特征、形象或關系，辨識、判定和處理事物的一種智能決策方法和技術，它廣泛應用于科研生產中，是一種具有重大價值的技術方法。
粗糙集理論則是在離散歸一化處理其在測量中所得的數據集合，通過基于集合元素的不可分辨關系的代數運算，利用條件與結果屬性中的大量有用特征、有效數據發現知識，在決策規則的初步簡化計算中取得該值，然后進一步簡化規則并根據問題要求選取最小決策算法給予實際應用，去除大量信息中的多余屬性，降低信息空間的維數和屬性數量。它可大大簡化網絡結構和樣本數量，縮短訓練時間，是智能科技中一種具有根本意義的分析方法。這種 方法是基于測量數據集而獲取知識的，故對虛擬儀器的智能化發展具有重大意義。
混沌運動是確定性系統中局限于有限相空間的高度不穩定運動，是無序中的有序，它使事物在長時間的行為中顯示出表面上的某種混亂。混沌現象的特征是“非周期背后隱藏的有序性”以及“對初始條件的敏感依賴性”，充分利用混沌特征，在智能信息處理中實施非線性決策和預測、非線性系統辨識、模式識別、圖像數據壓縮、高性能保密、多目標搜索，以及無限豐富、精彩絕倫的計算機繪畫等種種神奇應用。
分形理論研究非線性系統產生的不光滑和不可微的幾何形體及其內在結構的比例自相似性，為研究掌握自然界一切復雜事物的運動變化規律提供了強有力的工具和方法。
小波分析是現代分析數學這棵大樹的主干和最****的結晶。從形象直觀上看，小波是指人們可以觀察到的最短、******的正負相同、具有衰減性的振蕩波；而從數學上說，小波函數f(t)是具有其中心三個條件的窗口函數，它既能刻劃信號在時域和頻域的局部化特性，又能完全保留信號的全部信息，而且具有變焦距性質，即對于只在瞬間出現的高頻信號具有很窄的時間窗口，而在低頻段又具有很寬的不同尺度的變換。小波分析的實質是反映事物世界的波粒二重性以及局部與整體多層次展現的辯證關系，其最吸引人的特點就在于時頻定位和多尺度近似能力，在自適應控制、魯棒控制、非線性控制、過程辨識、神經網絡等眾多領域都取得了豐碩的成果。
分形與混沌是本質上一致的兩個方面。混沌事件在不同的時間表現出相似的變化模式．而分形則是在空間標度下表現的相似性。混沌所關注的是其復雜的不穩、發散、收斂的過程，而分形則是刻畫混沌運動的直觀的幾何語言。混沌、分形和小波分析的有機結合有著極豐富的內涵和深刻的哲理，它必將為材料分子自動組裝、高速基因測序及高效蛋白質結構預測等重大的高精微科技難題的解決提供強有力的工具，也將為儀器儀表的虛擬化、網絡化和智能化開拓出光輝前景。
物元可拓方法是在多種已知的一般決策的比較和優選的基礎上，根據各層次、各階段產生的不相容的矛盾問題的需要，進而突破常規地、拓展性地采取創造性決策技巧，抓住關鍵策略，****限度地滿足主系統、不相容的矛盾轉化為相容關系，從而實現全局性****決策目標。它是在復雜系統中化解次要矛盾，解決主要矛盾和關鍵性難題的有力手段，也將會對儀器儀表的虛擬化、網絡化和智能化的發展進程作出重大貢獻。
數據融合技術是對多信息源測得的數據，根據其在整個系統的重要性和可信度分配以不同的權值比重，綜合計算出該特征屬性總體****化表征值的一種技術方法。它是一種對復雜事物屬性的優化測量和表征技術，對高技術開發研究具有極重要的意義。
總之，當今世界的智能科技正在飛速、全面地向前發展，為設計****的控制系統提供了強有力的技術支持和發展空間。不了解這些飛速發展變化，就無法進行最科學的設計。
(4)“現場總線”控制系統“現場總線”自20世紀90年代初出現以來，引起了國內外業界人士的廣泛注意和高度重視，并已成為世界范圍內的自動化技術發展的熱點之一，有人稱之為“自動化儀表與控制系統的一次變革”。現場總線的工業過程智能自動化儀表和現場總線的開放自動化系統構成了新一代全開放式自動化控制系統的體系結構。為實現企業“綜合自動化”奠定了現場級的過程自動化基礎。目前國際上公認的如“LonwOrk總線”等有12種之多，各有其特點，并在一定范圍內得到了廣泛應用。
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