自然辩证法在控制工程中的应用

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1、自然辩证法在控制工程中的应用摘要控制工程学科的主要研究对象是工程领域内的控制系统，通过使用数学、计算机、电子通讯等技术，对系统进行建模、分析、控制、设计和实现的一门学科。自然辩证法是关于自然界和科技发展的一般规律以及人类认识自然和改造自然的一般方法的科学，其目的就是为了更加合理地处理人与自然之间的矛盾。人和控制系统均是自然的一部分，所以控制工程的产生和发展时刻都与自然辩证法有着密切的联系。本文将就自然辩证法主要观点以及其在控制工程中的应用作简要的研究。关键词自然辩证法、控制工程、应用控制工程学科研究的主要对象是工程系统，

2、以数学和计算机技术为主要研究工具，研究各种控制策略及控制理论和方法。本学科的重要基础和核心内容是控制理论，控制工程是本学科的背景动力和发展目标。控制工程所研究的是运动系统的行为、受控后的运动状态以及达到预期动静态性能的一门综合性学科。在理论方面，利用各种先进的数学工具来描述系统的动静态特性，主要研究内容是建模、预测、优化决策及控制。在应用层次上，将理论研究成果与计算机、网络和现代检测技术相结合，形成各种新型的控制器或控制系统。而这一系列的过程都是人们对控制规律进行探索和总结的过程，因此控制科学是时刻与自然辩证法相联系的。

3、1.控制理论与控制工程概述本学科的主要对象是工程领域内的控制系统，以数学和计算机技术为主要研究工具，研究各种控制策略及控制系统的建模、分析、综合、优化、设计和实现。本学科主要从事控制理论与控制工程领域的研究、设计、开发和系统集成等方面。线性与非线性控制、自适应控制、变结构控制、鲁棒控制、智能控制、模糊控制、神经元控制以及将上述技术与方法加以集成的综合自动化技术等是本专业的主要研究方向。1.1控制理论的发展现状自动控制是延伸人能体能、智能和提高劳动生产率及质量的关键技术，其研究方法就是自动控制理论，它是自动控制的基础和灵魂

4、，自动化元器件和系统是实现自动控制的工具和载体。总的来说自动控制分成如下几个阶段：20世纪30~40年代：经典控制理论的发展初期。这一段时期的主要工作着力在频率法和根轨迹法的基础上，通常被称这一阶段为经典控制理论。其主要研究系统运动的稳定性、时域和频域中的运动特性、控制系统的设计原理和校正方法。20世纪50年代：经历了从经典控制理论到现代控制理论的转变。这一时期的代表性方法为状态空间模型的能控性、能观性、正定等定理。现代控制理论采用线性代数和微分方程为主要研究工具，以状态空间为基础，分析与设计控制系统。与经典控制理论相比

5、，现代控制理论的研究要更广泛。20世纪70年代至今，控制理论正向社会、经济各个领域渗透，在非工程领域得到了广泛应用，在更大的范围内得到了广泛的应用和发展。与此同时，出现了经济控制论、社会控制论和人口控制论等各个方面的研究，进而产生和发展了大系统控制论。1.2控制理论的前景展望随着控制理论的不断发展，当前在控制理论在以下领域已经有了长足的发展。首先，复杂系统控制理论与应用：采用结构分散化方法研究复杂系统的建模与控制问题，以结构分散化模型为基础，研究新的系统辨识理论和新的控制方法。其次，智能控制理论研究与应用：在对模糊控制、

6、神经网络、专家系统和遗传算法等理论进行分析和研究的基础上，重点研究多种智能方法综合应用的集成智能控制算法。再次，计算机控制系统：针对不同的生产过程和控制对象，研究采用DCS、PLC、工业控制计算机等控制设备，构成低成本、高性能、多功能的计算机控制系统。最后，网络控制理论及其应用：通过对网络拓扑结构及网络环境下先进控制理论与方法的研究，充分利用网络资源，实现从决策到控制的全过程优化。然而，为了充分实现在新型领域的控制潜力，就要求必须发展新的控制方法和技术。下列几个方面可以帮助我们更加深刻的理解所面临的挑战。(1)具有符号和

7、连续动力学系统的控制。下一代的系统将把逻辑运算和连续量结合起来。目前的理论不能有效地处理这样的系统，特别是描述大系统的时候。(2)分布、异步和网络环境中的控制。(3)高层次的协调与自主。(4)控制算法的自动综合，且具有集成的验证和确认。未来的工程系统需要能够快速地进行设计、再设计和实现控制的软件。研究人员需要开发功能更强大的设计工具，使得从建模到环路中含有硬件的仿真的整个控制系统设计过程能自动完成，这包括系统软件验证和确认。(5)利用不可靠的部件建立可靠的系统。从上述报告发表至今，以上所列的五个问题仍然是当今自动化研究和

8、发展所面临的最主要问题。2.自然辩证法的内涵自然辩证法主要研究的内容有两大方面：一是自然观，即对自然界辩证法的研究；二是自然科学观，即对自然科学辩证法的研究。2.1自然观概述这方面要求去不断地概括和运用自然科学的最新成果，发展和更新人们关于自然界辩证发展的总图景和对自然界的总观点，包括物质观、运动观、时空观、信息观、