什么是控制工程
控制系统工程控制理论是工程学的一个分支，研究控制理论的原理，设计一个以控制的方式产生预期行为的系统。因此，尽管控制工程经常在大学电气工程中教授，但它是一个跨学科的主题。
控制系统工程师分析、设计和优化由机械、电气、化学、冶金、电子或气动元件高度综合协调组成的复杂系统。因此，控制工程涉及各种各样的动态系统，其中包括人类和技术接口。这些系统被广泛地称为控制系统。
控制系统工程着重于系统的分析和设计，以提高系统的响应速度、精度和稳定性。
控制系统的两种方法包括经典方法和现代方法。首先建立了系统的数学模型，然后进行分析、设计和测试。最后对稳定性的必要条件进行了校核，并进行了优化。
在经典的方法中，数学建模通常在时域、频域或复域进行。系统的阶跃响应在时域微分分析中建立数学模型，以确定其稳定时间、超调率等。拉普拉斯变换最常用的方法是在频域求开环增益、相位裕度、带宽等。传递函数的概念，奈奎斯特稳定标准、数据抽样、奈奎斯特图，极点和零点，波德图，系统延迟都属于经典控制工程流的范畴。
现代控制工程处理多输入多输出(MIMO)系统、状态空间方法、特征值和向量等。现代方法将高阶方程转化为一阶微分方程，用向量法求解，而不是转换复杂的常微分方程。
自动控制系统是最常用的，因为它不涉及手动控制。对控制变量进行测量，并与指定值进行比较，以获得预期的结果。由于自动化系统的目的控制，能源或电力的成本，以及过程的成本，将降低其质量和生产率。
控制系统的历史
人们认为自动控制系统的应用从古代文明就开始了。从公元前三世纪开始，希腊人和阿拉伯人设计并制造了几种类型的水钟来精确测量时间。但是在1788年，第一个自动系统被认为是瓦茨飞球调速器，它开启了工业革命。1868年，麦克斯韦对调速器的数学模型进行了分析。在19th世纪，莱昂哈德·欧拉、皮埃尔·西蒙·拉普拉斯和约瑟夫·傅立叶发展了不同的数学建模方法。第二个系统被认为是Al Butz的阻尼挡板- 1885年的恒温器。他创立了现在名为霍尼韦尔的公司。
20世纪初th世纪被称为控制工程的黄金时代。在这段时间里，经典的控制方法是由亨德里克韦德博德和哈里尼奎斯特在贝尔实验室开发的。操舵船的自动控制器是由美俄数学家米诺斯基(Minorsky)开发的。他还在20世纪20年代引入了积分和导数控制的概念。同时，稳定性的概念由Nyquist提出，Evans随后提出。Oliver Heaviside将这些变换应用到控制系统中。20世纪50年代以后，鲁道夫·卡尔曼(Rudolf Kalman)开发了现代控制方法，以克服经典方法的局限性。PLC是在1975年引入的。
控制工程类型
根据所使用的不同方法，控制工程有自己的分类。控制工程的主要类型包括:
- 经典的控制工程
- 现代控制工程
- 鲁棒控制工程
- 最优控制工程
- 自适应控制工程
- 非线性控制工程
- 博弈理论
经典的控制工程
这些方程组通常用常微分方程来表示。在经典的控制工程中，这些方程是在一个变换域内进行变换和分析的。拉普拉斯变换,傅里叶变换z变换就是例子。这种方法常用在单输入单输出系统(SISO)中。
现代控制工程
在现代控制工程，将高阶微分方程转化为一阶微分方程。这些方程的解与向量法非常相似。这样一来，求解高阶微分方程时的许多复杂问题都得到了解决。
这些应用于无法在频域进行分析的多输入多输出系统。多变量非线性问题用现代方法求解。状态空间向量、特征值、特征向量都属于这一类。状态变量描述了输入、输出和系统变量。
鲁棒控制工程
在鲁棒控制方法中，通过测量系统性能随参数变化的变化来进行优化。这有助于扩大稳定性和性能，也有助于寻找替代的解决方案。因此，在鲁棒控制中，考虑了环境、内部不精确性、噪声和干扰，以减少系统中的故障。
最优控制工程
在最优控制工程，将问题表述为过程、物理约束和性能约束的数学模型，以最小化成本函数。因此，最优控制工程是设计成本最低的系统的最可行方案。
自适应控制工程
在自适应控制工程，所采用的控制器是自适应控制器，其中的参数是由某种机构自适应的。下面给出的框图显示了一个自适应控制系统。
在这类控制器中，除了过程的正常反馈外，还有一个额外的参数调节回路。
非线性控制工程
非线性控制工程重点关注不能用线性常微分方程表示的非线性(即它们不是)线性控制系统)。该系统将表现出多个孤立平衡点、极限环、具有有限逃逸时间的分岔。主要的局限性是它需要费力的数学分析。在分析中，系统分为线性部分和非线性部分。
博弈理论
在博弈论中，针对干扰/噪声，每个系统必须降低其成本函数。因此，这是一个冲突与合作的研究。干扰会使代价函数最大化。该理论与鲁棒最优控制工程有关。
