我們辛辛苦苦研究控制理論,卻發現工業界只愛PID

2021-02-20 中國自動化學會


楊老師文章中

有這麼一句話極大的吸引了小師傅的注意

「PID每一級就三個係數，但是幾十年了也沒有什麼最優化理論。」

1. 最常見的自動控制設備是抽水馬桶。

2. 蘇聯時期的飛彈，是靠模擬電路搭建的控制算法。（我解釋一下，運放電路其實就是帶負反饋的控制電路。）

3. 2012年，美國抓捕晶片和傳感器走私商人何朝輝，重大打擊了中國的航天控制事業。

4.世界上，只有俄羅斯和中國有純粹的自動化專業。

5. 雖然很多人都在說PID，其實在控制領域卡爾曼濾波也有重大工程意義。

6.自動化專業的別名是應用數學。

7. pid本質上是設計一個低通濾波器。因為低通抑制了幹擾和誤差。

8. 李雅普諾夫和pid的理論根源是能量損耗。損耗導致誤差的能量，最終收斂。

9. 支持向量機和模糊自適應神經網絡，在數學上其實是等價的

10. 江南寫的「上海堡壘」中有一句話「我這輩子不過是個算泡泡的」。其實搞控制的不過是個證明收斂的。

11. 很多人都好奇，學自動化的能幹什麼? 編程不如計算機，硬體設計不如電氣自動化，機構設計不如機械自動化，理論研究不如數學專業。

12. 好吧，我來告訴你們真相，自動化專業的真正目的是培養總工程師。一切的設計都是為了控制，控制才是一切的核心！當然，如果一輩子沒當上總工，你就成為麋鹿了，俗稱四不像。

13. 控制精度不可能高於反饋精度。簡單點說，反饋測量傳感器不行，控制算法再牛也是白扯。

14. 大學時，班裡只有三個女生。曾以為搞控制的，只能與孤獨相伴了。沒想到 知乎上還有這麼多控制相關的問題，有這麼多人感興趣。最恐怖的是，點讚的，竟然還有女生！！！

那麼，除了PID外還有有哪些控制算法呢？Tam Alex在知乎專欄總結了一些控制算法，小師傅在這兒直接複製過來了，方便大家閱讀，原文連結可以在文末找到：

PID：天然的缺陷就是P和I和D之間的線性組合關係。至於有沒有模型，尋找最優控制參數（P+I+D線性組合架構下的最優），現在有的是手段和方法搞定。但是就是這三者間的線性組合關係，現在大家都意識到了包括超調啊，震蕩啊，問題都出在這裡，可是現有的數學工具還是不足以支撐我們找到一個「通解」。實際上，PID控制從資訊理論的角度講，是非常完美的對信息的利用，但是最理想的應用方式肯定不是簡單粗暴的把它們加在一起。所以非線性PID控制現在有點像早期一段時間的Lyapunov函數，千姿百態，有很有效的，但沒有什麼足以形成方法論的東西。

LQR：很多人覺得LQR太依賴模型了，實際上，就像一開始說的一樣，只要有反饋機制，只要反饋的正負號不錯，控制效果都是可以操作的。工程裡我用LQR還是比較多的，從理論上很漂亮的結果，要說天然缺陷，那就是和線性狀態空間模型同生共死吧。為什麼和線性狀態空間同生共死是缺陷最後再說。

H-infinite：其實用LMI還蠻容易得到解的，而且仿真效果還是很好的，不過我工程裡沒怎麼用過，想起左右互質分解還有正實性什麼的就有些頭大，而且魯棒方法性能上總會保守一些。

Backstepping：我13年博士學位論文裡有部分是基於Backstepping算法的，也是挺漂亮的算法，天然的缺陷是基於Lyapunov穩定性理論，性能上比較保守。

Sliding mode：理論上很漂亮的方法，而且實際上paper裡天天提的震顫問題在工程裡可以犧牲一些快速性很好的解決，然而工程裡很多方法並不能被很漂亮的證明穩定性。。。所以。。。這也是一個典型的被中國學者發揚光大的控制方法，感覺和MPC差不多，各種變形，各種證明。。。因為當時沒有專注這個方向，所以不是很了解。

卡爾曼濾波：題主把卡爾曼濾波歸為控制方法真是很聰明，把卡爾曼濾波看成一個觀測器，是控制器的對偶問題。而且實際上，卡爾曼濾波的核心，求解卡爾曼增益利用測量值去修正預測值，實際上也可以簡單粗暴的理解為控制問題。只不過這裡不是大家喜聞樂見的控制一個信號去跟蹤我們給定的參考信號，而是控制一個信號去跟蹤一個我們不知道的「真實值」信號。韓京清老師1992年的文章《一類不確定系統的控制與濾波》的前言中就對控制問題和觀測問題有很淺顯易懂的論述，希望大家可以去讀一讀。至於卡爾曼濾波的天生缺陷，上面有答主已經說的很好的：線性和高斯性。但實際上，卡爾曼濾波的思想是非常非常值得學習的，而且經過改進在工程上有很不錯的效果。

相關參考

作者：切格瓦斯

連結：https://www.zhihu.com/question/29349617/answer/45709505

作者：Tam Alex
連結：https://www.zhihu.com/question/47755808/answer/126277289

來源：無窮創新

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