热工自动控制原理在生活中的写照

热工自动控制原理在生活中的写照初学热工自动控制的时候，觉得没什么新鲜内容。比如说，方框图，这是我们再熟悉不过的一种流程表示方式了；还有“反馈”，我们在接触这门课之前，就完全能够想到控制一定少不了“反馈”。但是，这并不代表“自动控制”很容易、很浅显，只是因为这门课与很多生活中的原理十分契合。然而，与生活相契合却不一定很容易学。既然上升到了“原理”层面，那一定是非常抽象，非常难以理解的。在一开始学到控制系统的数学模型之时，我才明白，当时费尽脑细胞抠出来的复变函数与拉氏变换，那门连考研都用不到的变态课，竟然在这儿派上了用场，可见，眼前的这门热工控制原理，是多么抽象了。但是，话又得说回来，明白了抽象的原理部分之后，再看看那些与社会、自然以及日常生活相对应的现象，那种恍然大悟的心情则是不言而喻，终于明白这些事情到底是怎么来的，它们为什么会这样发展了。整个一学期的学习，在赵老师的课堂上，除了有一种怕被提问到答不上来的担心，剩下的更多则是这种“原来是这样”的恍然大悟之感。因为从第一节课就能看出，赵老师非常善于各种联系，经常就说到日常的生活，不是因为老师爱跑题，恰恰就是源自这门课与生活那种奇妙的、内在的联系，只有挖掘到这些联系，才能真正说精通了这门课。究竟哪些地方体现了这种内在的联系呢？结合课堂上了解到印象比较深刻的，加上自己复习过程中的一些自己的理解，在这儿盘点一下。关于人的反馈控制之前我就提到，我以前一想到控制系统，立刻就能想到“反馈”这两个字，这是有一些片面的想法，但是我们以前接触到的自控系统几乎都带有“反馈”，而且这种系统也很容易被理解，因为“反馈”就是根据实际值和预期的给定值之间的偏差，通过控制作用来消除这个偏差，使得实际值慢慢接近我们的给定值。似乎我们从小就在接受这样的教育，遇到问题该怎样一步步去解决，实际就是一个反馈控制的过程。而且更重要的是，我们人类，不仅人类，整个动物界，生来就具有非常完善的反馈控制系统，那就是我们的神经系统。只不过，在生物学的角度，就不叫“反馈”了，而是改名叫“反射”。我们从初中的生物课上就学过，人的神经系统的基本功能单元叫“反射弧”，一个完整的反射弧由5个部分组成感受器、传入神经、神经中枢、传出神经和效应器。感受器接受外界信号，转变为神经信号由传入神经传到神经中枢，经过神经中枢的处理，再发出反应信号，由传出神经传入效应器，由效应器所控制的肌肉或关节来完成对外界信号的反应动作，这就一个反射的过程。由此我们发现，这个过程与我们学习到的单回路控制系统完全吻合：感受器=测量变送器，神经中枢=比较器+调节器，效应器=执行器，而给定值是神经中枢设定好的，被控对象就相当于感受器控制的位置，扰动量则是加给感受器的一个刺激，最后的执行机构则是效应器控制的肌肉或关节。我们不妨拿生物学习时最通常的一个例子膝跳反射来解释一下：用小锤敲打膝盖，就是外界给“膝盖”这个被控对象施加一个扰动，神经感受器（测量变送器）感知到这个变化，转变为神经中枢看得懂的信号，传入神经中枢，神经中枢利用比较和调节作用，发射出反应信号给了控制肌肉的效应器（执行器），再由这个执行器把信号翻译给执行机构（肌肉），肌肉的收缩造成了小腿的前踢，完成了整个膝跳反射的过程。膝跳反射是最简单的非条件反射，我们人体中还有千千万万的各种反射弧，可以说，每个人体都是一个复杂的自动控制系统。以上是在我们的生理角度来探究人体的反馈，而在人类的精神世界，更是存在着反馈控制。人人都有自己的目标，我们每个人在某一阶段为自己设定的目标相当于一个给定值。然后我们就要去努力，去接近这个目标。而在这个过程中，我们又要不断反思自己，看看自己这个阶段做得怎么样，不断找寻现实与理想的差距，然后调整努力的方向。“调节器”则对应着人的决策和智慧，分析差距在哪，做出正确的决策。以上这些就体现了反馈控制的实质按偏差调节。我们常说一句话，“理想很丰满，现实很骨感”，这是一个人对自己目前“输出量”的清醒认识，在反馈系统中，输出量就是与给定值不断比较，才能慢慢接近给定值。中国还有一句老话，叫做“只顾低头拉车，忘记抬头看路”，这是用来讽刺一些工作不讲究方法，往往事倍功半的人，在控制学的角度来看，这类人就是忽略了“比较器”的作用，没有形成高效的反馈机制，造成工作逐渐偏离正常轨道，使得现实与理想渐行渐远，即使工作量很大，也都成了无用功。我突然联想到了一个现象，在我周围有的同学上自习时间比其他同学多很多，但成绩却很平庸，我想这类同学也犯了类似的错误，他们虽然学习时间多，但是学习的效率不一定有多高，同时“时间长”也起到了一定的麻痹作用，给他们造成了自己学得很好的假象。我想，在学习中一定要注重效果的评估，经常性地分析自己哪里强哪里弱，把握好努力的方向，时间用到正确的地方，才能达到事半功倍的效果。关于前馈我们学过，反馈控制并不是尽善尽美，它的主要缺点就是调节过程长，调节作用总是不太及时。前馈系统恰恰可以克服这些缺点。研究前馈系统，我发现它的控制原理有点像“以毒攻毒”的思路，把不太好的扰动信号引过来去克服抵消它自己，“坏事变好事”。我联想到了自己踢足球的一些体会，往往在来球速度很快的时候，我们踢出的速度也很快。也就是说，射门的时候最难的情况就是把球从静止踢出，而迎着球踢出更有力，更容易形成威胁。平时学习也能用到这个道理，当有负面情绪的时候，一定要往反方面去想，多想想积极的一面，万事万物都有两面性，如果能把一件事的好处想通，那么它的坏处给你带来的扰动自然就消除了。关于串级控制系统串级控制系统有很强的抗干扰能力，曾经我们做串级过热气温控制系统仿真的时候，就有一个很直观的印象，当加入减温水扰动的时候，主汽温只是有一个很小的波动。究竟为什么串级控制系统抗干扰能力更强，这是因为副回路具有快速调节作用。也可以这么理解，内回路的存在，使得加在内回路上的干扰首先被内回路消化掉了一大部分。联系我们的日常生活，扰动无处不在，比如说我们的生活中有各种各样的诱惑，要想高效地完成自己的目标，必须把扰动带来的输出值波动降到最低，那么，我们是否可以借鉴一下串级控制系统呢？我认为，把串级控制系统类比到生活中，就是计划的具体化。我们都有自己一个阶段性的目标，可能是用半年来考研，也可能是用一个星期时间复习期末考试如果没有具体性的计划，那我们很有可能在周围各种诱惑的扰动下拖延起来，这就是单回路在受到扰动时造成很大的波动。这时就要有具体的计划，比如我要准备七天之后的期末考试，那么我就要求自己每天要复习完一个章节，这样如果今天受到了扰动，在这个计划的约束下，我也能按计划完成。累积到七天，那就是一个稳定的输出，避免了输出的波动。关于主调和副调主调和副调的关系在生活中的写照也是比较经典和贴切的，这也是我对赵老师印象最深的一个例子。在串级控制系统中，主调是主回路的调节器，它决定着系统的输出，信号也是由主调传给副调。在社会上也是这样，总经理负责把握大的政策，掌握公司的舵，而副经理就要处理一些更琐碎的工作，消除公司内部受到的干扰。不管是在一个家庭还是一个公司，都要有一个主调和一个副调。如果两个主调，那么听谁的是个大问题，两人商量必有一个要妥协；如果没有主调全是副调，那就没有一个拿主意的，家庭就没个目标，公司也是走一步看一步，不会长久。花这么长时间研究一下自控与生活的关系，是一件开心的事情，也觉得非常奇妙。哲学课学过事物的普遍联系原理，在这里得到了充分的印证。虽然见解不深，文笔也不佳，但我想，这个比较新奇的联系也让我们这些学科学的学生具有了不一样的视野。很享受，也很受用！