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经典控制理论学习

经典控制理论介绍

从今天开始,我们将给大家带来关于经典控制理论的一系列的视频,视频主要包含两个类型,一个是科普类,用一些老少皆宜的话语介绍控制理论的相关概念,而另一个类型则是推导类,用于推导一些控制中的公式定理,需要一定的数学基础。在分析具体问题时,也会配上相应的代码进行演示说明,让知识变得不那么枯燥。

与传统课堂教学不同的是,讲述的内容并不针对题目练习,而更多关注于实际以及深入性的理解,所以如果你想要在考试中取得高分,那么这些视频并不能代替题目练习的作用。

需要提前表明的是,因能力有限,所讲述的内容表达可能不够清晰,甚至可能包含错误,如果你有疑问,欢迎及时与我们联系,以便我们进行修改。

我之前曾在知乎发表专栏,《漫谈自动控制原理》,发表一些对控制的看法和感悟,但是我发现文字记录的内容始终有限,我纵然有太多的感悟,只言片语很难就讲述清楚。而就像教材中寥寥几笔的作者感悟经验分享,由于与考试题目无关,大多容易被忽略。

所以呢,我们制作这一系列视频,就是为了将那些遗落在教材中的重要线索串联起来,同时在教材之外补充一些相关的实践内容,不说学以致用,起码得知道这个理论有什么实际作用。

整个经典控制理论的内容将按照基础概念、时域、频域、离散域进行分章节讲解,我们将尽力以一种直观的便于理解的顺序进行讲解。

!如果你关于经典控制理论有更多启发性的问题或是感悟,欢迎来论坛留言。

序言

Part 1 : 控制论的角度看控制

不知道你有没有想过一个问题,我们作为人,是怎么诞生的,怎么一步步发展到今天的?

一方面,人类从自然中获得灵感启发,总结规律,形成了数学物理学科,,而另一方面人类为了更好地生活,于是制造机器,为了制造出性能更优良的机器,于是研究目前上帝创造的机器——动物。

多年以前,控制论的先驱维纳注意到了这样一个领域,它处于计算机、生物、数学等诸多领域的交叉中心,是一门关于机器与动物控制和通信的理论,并以掌舵手的原意将其命名为 “ Cybernetics ”,即 “ 控制论 ”。

控制论的诞生,意味着,它不仅仅局限于某个领域,它就如同哲学指导自然科学的研究一样指导着各个领域的研究。天工开创万物,包括我们人类,而控制论就仿佛自然密码,融于万物之中,我们研究控制理论,从某个角度上来说亦是在创造属于我们的万物。

从微观看,小的电路元件组成系统,让系统响应变快变稳,与元件的值有关,而这正是这么多微小的电路元件,传递着信号,在冯诺依曼的计算机体系中发挥着巨大的作用。模电,数电,微机,一系列课程由此而生。

从宏观看,大到经济、社会、国家,亦可以看作一个系统,我们需要让经济稳定、社会安宁,国家繁荣,可以看作让这些信号满足我们的预期,而控制手段是我们所制定的措施。

Part 2 : 学以致用

控制理论尽管有着不俗的出身,但目前大家学习控制似乎大都是为了考试,却忽视了控制的深刻内涵,也就更无从谈起控制理论的学以致用了,我们希望这一系列视频能够弥补课堂教学的弊端,让大家了解到一些课堂体系以外的控制知识,从而能够更好地运用控制技术解决一些问题。

正如维纳前辈所言,控制领域处于所有学科的交叉中心,我们希望这一系列的视频能够让其他领域的人也了解到控制的魅力,并能够在自己的领域有效地运用控制理论去解决相关问题。

前路漫漫又何妨,纵是黑夜亦有光。

仅以此系列文章与视频明确我们的方向并分享给那些前路迷茫的自动化人。

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