现代的先进控制理论先进在哪里？如何评价 PID 控制器份额在 95% 条件下稳定性逊色的先进控制系统？
现代先进控制理论的先进之处：超越 PID 的世界
在自动化和控制工程领域，PID 控制器（比例积分微分控制器）无疑是最为广泛和经典的一种控制策略。它的简单、易于实现和对许多基本问题的有效性使其在工业界拥有近乎垄断的地位，甚至有说法称其市场份额高达 95% 以上。然而，随着科技的飞速发展和应用场景的日益复杂，PID 控制器在面对一些高级挑战时，其固有的局限性逐渐显现。这就催生了现代先进控制理论的蓬勃发展。
那么，现代先进控制理论到底先进在哪里？我们又该如何评价一个在 PID 控制器占据主导地位、稳定性“逊色”的先进控制系统呢？
现代先进控制理论的先进之处：多维度突破
现代先进控制理论的先进性体现在多个方面，它们共同的目标是实现更精准、更鲁棒、更高效、更智能的系统控制。我们可以从以下几个关键维度来理解：
1. 模型驱动与系统辨识：从“黑箱”到“白箱”甚至“灰箱”
PID 的局限： 传统 PID 控制器往往是一种“黑箱”操作。调参人员根据经验和实验数据，通过试错法（如 ZieglerNichols 方法）来调整 P、I、D 参数，而并不需要深入了解被控对象的数学模型。这使得 PID 适用于大量简单系统，但一旦系统变得复杂、非线性、时变，或者对性能要求极高时，仅凭经验调参就显得力不从心，甚至无法达到预期目标。
先进理论的优势： 现代控制理论则强调对被控对象建立精确的数学模型。这可以是通过物理定律推导（“白箱”模型），也可以是通过输入输出数据进行辨识（“灰箱”模型）。一旦有了精确的模型，就可以进行系统的分析、预测和设计。
系统辨识： 现代控制理论中的系统辨识技术，能够从历史数据中学习和估计系统的动态特性，即使在系统复杂且难以用物理定律描述时，也能构建出有效的模型。这使得控制系统能够适应非线性、时变等复杂情况。
模型预测控制 (MPC)： MPC 是最典型的模型驱动型控制。它利用系统的未来动态模型，在每个控制周期内优化未来一段时间的控制输入，以实现特定的性能目标（如最小化误差、限制输入输出、最小化能耗等）。MPC 能够显著地处理约束条件和多变量耦合问题，这是传统 PID 难以做到的。
2. 处理复杂系统结构与多变量耦合：从单输入单输出 (SISO) 到多输入多输出 (MIMO)
PID 的局限： PID 控制器最适合用于 SISO 系统。对于 MIMO 系统，传统的处理方法是采用 decoupler（解耦器）来近似解耦，或者为每个输出设计独立的 PID 控制器。但这往往会引入额外的时延，降低控制性能，并且难以处理变量之间的强耦合和非线性关系。
先进理论的优势：
状态空间方法： 现代控制理论的核心之一是状态空间表示。它将系统的内部状态作为描述系统的基本变量，能够更完整、更准确地描述系统的动态行为，包括多输入多输出 (MIMO) 系统。
多变量控制： 基于状态空间模型，可以设计出先进的 MIMO 控制器，如极点配置 (Pole Placement)、线性二次调节器 (LQR)、卡尔曼滤波 (Kalman Filter) 等。这些方法能够协同地控制多个输入和输出，有效地处理变量之间的耦合，实现整体最优控制。
模型预测控制 (MPC) 的强项： MPC 在处理 MIMO 系统时表现出色，能够直接考虑所有输入输出之间的相互影响和约束，并进行整体优化。
3. 鲁棒性与抗扰能力：在不确定性中保持稳定
PID 的局限： 尽管可以通过增加积分环节来一定程度上提高抗稳态扰动能力，但 PID 控制器对模型的不确定性、外界扰动和参数变化的鲁棒性相对较弱。当模型偏差较大或扰动剧烈时，PID 控制的稳定性可能受到威胁，甚至出现振荡或失控。
先进理论的优势：
鲁棒控制： 鲁棒控制是现代控制理论的一个重要分支，其目标是设计在系统存在模型不确定性和外部扰动的情况下，仍能保持稳定和性能的控制器。例如，H∞ 控制、μ合成控制等方法，能够量化并最小化不确定性对系统性能的影响。
自适应控制 (Adaptive Control)： 自适应控制能够在线地调整控制器参数，以应对被控对象参数的缓慢变化或系统特性的漂移。这使得控制器能够持续地适应不断变化的环境。
模型预测控制 (MPC)： 通过在优化过程中考虑不确定性或执行在线辨识，MPC 也能展现出良好的鲁棒性。例如，鲁棒 MPC 可以设计能够在最坏情况下仍保证稳定性的控制器。
4. 优化目标与性能指标：实现“最佳”而非“够好”
PID 的局限： PID 控制器主要关注跟踪参考信号的误差，通过比例、积分、微分来影响系统的响应速度、超调量和稳态误差。然而，它通常没有明确的、可量化的优化目标，例如最小化能耗、最大化生产效率、优化轨迹等。
先进理论的优势：
最优控制 (Optimal Control)： 最优控制理论旨在设计一个控制器，使得某个定义明确的性能指标（成本函数）达到最小或最大。例如，LQR 就是一种典型的最优控制方法，它最小化了状态变量的二次型加权和控制输入的二次型加权，从而在跟踪和控制能量之间取得平衡。
模型预测控制 (MPC)： MPC 的核心就是对未来一段时间的优化，其优化目标可以非常灵活地定义，包括跟踪误差、控制输入幅度、能耗、操作时间等多个方面的组合，从而实现更精细化的性能调控。
5. 智能与学习能力：让控制器“会思考”
PID 的局限： PID 控制器是固定的、预设的。一旦参数确定，就无法根据实时环境的变化进行自主学习和改进。
先进理论的优势：
智能控制： 模糊控制、神经网络控制、遗传算法控制等智能控制方法，能够利用模糊逻辑、神经网络的逼近能力或遗传算法的搜索能力来处理非线性、难以建模的系统。
强化学习 (Reinforcement Learning)： 强化学习是当前人工智能领域的热点，其在控制领域的应用（如强化学习控制器）能够让系统通过与环境的交互，自主学习最优控制策略，甚至在没有明确模型的情况下也能达到令人惊叹的性能。这可以实现高度的适应性和智能化。
数据驱动的控制： 结合大数据和机器学习技术，可以开发出能够从海量数据中学习和改进控制策略的系统，实现更高级别的自主性。
如何评价 PID 控制器份额 95% 条件下稳定性逊色的先进控制系统？
这是一个非常有趣且具有挑战性的问题。首先，我们需要澄清几个概念：
1. PID 控制器的“主导地位”并非绝对优越： PID 控制器之所以有如此高的市场份额，更多是因为其易于理解、实现成本低、对许多基本应用足够好。它是一种“简单高效”的解决方案，适用于大多数“不太苛刻”的场景。就好比在日常生活中，锤子是一个非常普及的工具，但它无法替代起重机或精密测量仪器。
2. “稳定性逊色”需要具体定义和评价： 当我们说一个先进控制系统在 PID 占 95% 的条件下“稳定性逊色”时，这需要从多个角度来理解和评价，而不是简单地说它“不好”。
评价框架：
我们可以从以下几个方面来评价一个在 PID 主导市场中显得“稳定性逊色”的先进控制系统：
1. 目标函数的差异与权衡：
PID 的稳定性： PID 控制器通常以跟踪参考信号的精度和快速响应为主要目标。其“稳定性”通常指的是在给定的参数下，输出不会发散，能够收敛到参考值。
先进控制的目标： 先进控制系统往往有更复杂、更精细的目标函数。例如：
能耗优化： 一个先进控制系统可能为了最小化能耗，在短期内牺牲一定的跟踪速度或瞬态稳定性，但从长期来看，其总能耗更低，经济效益更好。这在航空航天、能源系统等领域尤为重要。
安全性与鲁棒性： 在高风险、强耦合的系统中，一个先进控制器的首要目标可能是保证系统的安全性，即使在恶劣工况下也绝不失控。为此，它可能需要牺牲一些响应的灵敏度，从而在某些评价指标下显得“不如 PID 快”，但其极端工况下的鲁棒性可能远超 PID。
资源限制： 先进控制系统（如 MPC）能够显式地考虑输入输出的约束条件（如执行器的最大输出、安全操作范围）。如果 PID 强行去跟踪一个超出约束的参考信号，可能会导致系统不稳定，而先进控制会根据约束进行“智能”调整，即便不完全跟踪，也保持了系统的安全性和可行性。
2. 性能指标的多样性与优先级：
PID 的性能指标： 评估 PID 通常关注超调量、上升时间、调节时间、稳态误差。
先进控制的性能指标： 先进控制系统可能关注：
综合性能指标： 例如，将跟踪误差、能耗、动作幅度等加权求和，形成一个综合的成本函数。在某些分项指标上，先进控制可能不如 PID，但在整体综合指标上可能表现更优。
公平性 (Fairness)： 在资源分配或多目标优化中，先进控制可能考虑各参与者之间的公平性，而不是简单地让某个“主导者”获益最大。
长期性能： 先进控制可能通过牺牲短期内的瞬态响应来换取长期的稳定性和效率。
3. 系统复杂性与适用范围：
“稳定性逊色”可能是相对的： 如果将一个设计不当的先进控制系统与一个调优良好的 PID 系统进行比较，那么先进控制系统确实可能在某些方面表现“逊色”。但反之，如果将一个先进控制系统应用于其设计目标一致的复杂系统，它所能达到的性能水平可能是 PID 无法企及的。
PID 的局限性： 在复杂的、非线性的、时变多变量系统中，PID 的“稳定性”往往是一种脆弱的稳定性，其参数对系统变化非常敏感，鲁棒性差。而先进控制系统虽然在最简单的场景下可能显得“过于复杂”或“优化过度”，但在其适用的复杂场景下，其“稳定性”是更可靠、更具韧性的。
4. 对“稳定性”的理解：从“不发散”到“可预测”、“可控”、“安全”
PID 的稳定性： 通常指系统输出在扰动或阶跃输入后，能够收敛到某个值。
先进控制的稳定性：
鲁棒稳定性： 指系统在存在模型不确定性和外部扰动时，依然能够保持有界响应或收敛到某个区域。
性能稳定性： 指系统在不同工作点、不同工况下，其性能指标始终维持在可接受的范围内。
约束下的可操作性： 指系统能够在满足所有操作约束的条件下运行，避免进入危险或不可控的状态。
如何评价一个在 PID 占 95% 条件下稳定性逊色的先进控制系统？
我们需要跳出“哪个更好”的二元对立思维，而应该问：
这个先进控制系统是为解决什么问题而设计的？ 如果是为了解决强耦合、多变量、约束优化等 PID 难以处理的问题，那么它在这些方面的表现才是关键。
它的“稳定性逊色”体现在哪些具体方面？ 是在所有工况下都逊色，还是仅在特定工况下？是对所有性能指标都逊色，还是仅在某一个指标上？
与同等复杂度的 PID 控制器相比，它的优势和劣势是什么？ 假设将 PID 应用于先进控制所服务的复杂系统，PID 的表现可能远不如设计良好的先进控制系统，甚至可能根本无法稳定运行。
其设计目标与现实需求是否匹配？ 如果一个先进控制系统为了实现极致的能耗优化而牺牲了响应速度，但在一个对响应速度要求极高的应用场景中，它的“稳定性逊色”就成了致命缺点。
总结来说，我们评价一个“稳定性逊色”的先进控制系统，应该基于其设计的初衷、所处的应用场景、所解决的具体问题，以及其在多维度性能指标上的表现。 PID 的高市场份额证明了它的普遍适用性，但先进控制理论的发展正是为了解决那些超出 PID 能力范围的更复杂、更高级别的控制挑战。一个在这些高级场景下“稳定性逊色”的先进控制系统，与其说是先进控制本身的失败，不如说是具体实现或设计目标上的偏差。反之，如果它在复杂系统中能够稳定、高效、安全地运行，即使在某些简单场景下不如 PID，也瑕不掩瑜。
现代先进控制理论的价值在于提供了更强大、更灵活、更具预测性和适应性的工具箱，以应对日益复杂和智能化的世界对控制系统的需求。而 PID，则依然是那个简单可靠的“瑞士军刀”，在许多不需要精雕细琢的场合发挥着重要作用。它们并非互相替代，而是在各自的领域，为人类的科技进步贡献着力量。
在自动化和控制工程领域，PID 控制器（比例积分微分控制器）无疑是最为广泛和经典的一种控制策略。它的简单、易于实现和对许多基本问题的有效性使其在工业界拥有近乎垄断的地位，甚至有说法称其市场份额高达 95% 以上。然而，随着科技的飞速发展和应用场景的日益复杂，PID 控制器在面对一些高级挑战时，其固有的局限性逐渐显现。这就催生了现代先进控制理论的蓬勃发展。
那么，现代先进控制理论到底先进在哪里？我们又该如何评价一个在 PID 控制器占据主导地位、稳定性“逊色”的先进控制系统呢？
现代先进控制理论的先进之处：多维度突破
现代先进控制理论的先进性体现在多个方面，它们共同的目标是实现更精准、更鲁棒、更高效、更智能的系统控制。我们可以从以下几个关键维度来理解：
1. 模型驱动与系统辨识：从“黑箱”到“白箱”甚至“灰箱”
PID 的局限： 传统 PID 控制器往往是一种“黑箱”操作。调参人员根据经验和实验数据，通过试错法（如 ZieglerNichols 方法）来调整 P、I、D 参数，而并不需要深入了解被控对象的数学模型。这使得 PID 适用于大量简单系统，但一旦系统变得复杂、非线性、时变，或者对性能要求极高时，仅凭经验调参就显得力不从心，甚至无法达到预期目标。
先进理论的优势： 现代控制理论则强调对被控对象建立精确的数学模型。这可以是通过物理定律推导（“白箱”模型），也可以是通过输入输出数据进行辨识（“灰箱”模型）。一旦有了精确的模型，就可以进行系统的分析、预测和设计。
系统辨识： 现代控制理论中的系统辨识技术，能够从历史数据中学习和估计系统的动态特性，即使在系统复杂且难以用物理定律描述时，也能构建出有效的模型。这使得控制系统能够适应非线性、时变等复杂情况。
模型预测控制 (MPC)： MPC 是最典型的模型驱动型控制。它利用系统的未来动态模型，在每个控制周期内优化未来一段时间的控制输入，以实现特定的性能目标（如最小化误差、限制输入输出、最小化能耗等）。MPC 能够显著地处理约束条件和多变量耦合问题，这是传统 PID 难以做到的。
2. 处理复杂系统结构与多变量耦合：从单输入单输出 (SISO) 到多输入多输出 (MIMO)
PID 的局限： PID 控制器最适合用于 SISO 系统。对于 MIMO 系统，传统的处理方法是采用 decoupler（解耦器）来近似解耦，或者为每个输出设计独立的 PID 控制器。但这往往会引入额外的时延，降低控制性能，并且难以处理变量之间的强耦合和非线性关系。
先进理论的优势：
状态空间方法： 现代控制理论的核心之一是状态空间表示。它将系统的内部状态作为描述系统的基本变量，能够更完整、更准确地描述系统的动态行为，包括多输入多输出 (MIMO) 系统。
多变量控制： 基于状态空间模型，可以设计出先进的 MIMO 控制器，如极点配置 (Pole Placement)、线性二次调节器 (LQR)、卡尔曼滤波 (Kalman Filter) 等。这些方法能够协同地控制多个输入和输出，有效地处理变量之间的耦合，实现整体最优控制。
模型预测控制 (MPC) 的强项： MPC 在处理 MIMO 系统时表现出色，能够直接考虑所有输入输出之间的相互影响和约束，并进行整体优化。
3. 鲁棒性与抗扰能力：在不确定性中保持稳定
PID 的局限： 尽管可以通过增加积分环节来一定程度上提高抗稳态扰动能力，但 PID 控制器对模型的不确定性、外界扰动和参数变化的鲁棒性相对较弱。当模型偏差较大或扰动剧烈时，PID 控制的稳定性可能受到威胁，甚至出现振荡或失控。
先进理论的优势：
鲁棒控制： 鲁棒控制是现代控制理论的一个重要分支，其目标是设计在系统存在模型不确定性和外部扰动的情况下，仍能保持稳定和性能的控制器。例如，H∞ 控制、μ合成控制等方法，能够量化并最小化不确定性对系统性能的影响。
自适应控制 (Adaptive Control)： 自适应控制能够在线地调整控制器参数，以应对被控对象参数的缓慢变化或系统特性的漂移。这使得控制器能够持续地适应不断变化的环境。
模型预测控制 (MPC)： 通过在优化过程中考虑不确定性或执行在线辨识，MPC 也能展现出良好的鲁棒性。例如，鲁棒 MPC 可以设计能够在最坏情况下仍保证稳定性的控制器。
4. 优化目标与性能指标：实现“最佳”而非“够好”
PID 的局限： PID 控制器主要关注跟踪参考信号的误差，通过比例、积分、微分来影响系统的响应速度、超调量和稳态误差。然而，它通常没有明确的、可量化的优化目标，例如最小化能耗、最大化生产效率、优化轨迹等。
先进理论的优势：
最优控制 (Optimal Control)： 最优控制理论旨在设计一个控制器，使得某个定义明确的性能指标（成本函数）达到最小或最大。例如，LQR 就是一种典型的最优控制方法，它最小化了状态变量的二次型加权和控制输入的二次型加权，从而在跟踪和控制能量之间取得平衡。
模型预测控制 (MPC)： MPC 的核心就是对未来一段时间的优化，其优化目标可以非常灵活地定义，包括跟踪误差、控制输入幅度、能耗、操作时间等多个方面的组合，从而实现更精细化的性能调控。
5. 智能与学习能力：让控制器“会思考”
PID 的局限： PID 控制器是固定的、预设的。一旦参数确定，就无法根据实时环境的变化进行自主学习和改进。
先进理论的优势：
智能控制： 模糊控制、神经网络控制、遗传算法控制等智能控制方法，能够利用模糊逻辑、神经网络的逼近能力或遗传算法的搜索能力来处理非线性、难以建模的系统。
强化学习 (Reinforcement Learning)： 强化学习是当前人工智能领域的热点，其在控制领域的应用（如强化学习控制器）能够让系统通过与环境的交互，自主学习最优控制策略，甚至在没有明确模型的情况下也能达到令人惊叹的性能。这可以实现高度的适应性和智能化。
数据驱动的控制： 结合大数据和机器学习技术，可以开发出能够从海量数据中学习和改进控制策略的系统，实现更高级别的自主性。
如何评价 PID 控制器份额 95% 条件下稳定性逊色的先进控制系统？
这是一个非常有趣且具有挑战性的问题。首先，我们需要澄清几个概念：
1. PID 控制器的“主导地位”并非绝对优越： PID 控制器之所以有如此高的市场份额，更多是因为其易于理解、实现成本低、对许多基本应用足够好。它是一种“简单高效”的解决方案，适用于大多数“不太苛刻”的场景。就好比在日常生活中，锤子是一个非常普及的工具，但它无法替代起重机或精密测量仪器。
2. “稳定性逊色”需要具体定义和评价： 当我们说一个先进控制系统在 PID 占 95% 的条件下“稳定性逊色”时，这需要从多个角度来理解和评价，而不是简单地说它“不好”。
评价框架：
我们可以从以下几个方面来评价一个在 PID 主导市场中显得“稳定性逊色”的先进控制系统：
1. 目标函数的差异与权衡：
PID 的稳定性： PID 控制器通常以跟踪参考信号的精度和快速响应为主要目标。其“稳定性”通常指的是在给定的参数下，输出不会发散，能够收敛到参考值。
先进控制的目标： 先进控制系统往往有更复杂、更精细的目标函数。例如：
能耗优化： 一个先进控制系统可能为了最小化能耗，在短期内牺牲一定的跟踪速度或瞬态稳定性，但从长期来看，其总能耗更低，经济效益更好。这在航空航天、能源系统等领域尤为重要。
安全性与鲁棒性： 在高风险、强耦合的系统中，一个先进控制器的首要目标可能是保证系统的安全性，即使在恶劣工况下也绝不失控。为此，它可能需要牺牲一些响应的灵敏度，从而在某些评价指标下显得“不如 PID 快”，但其极端工况下的鲁棒性可能远超 PID。
资源限制： 先进控制系统（如 MPC）能够显式地考虑输入输出的约束条件（如执行器的最大输出、安全操作范围）。如果 PID 强行去跟踪一个超出约束的参考信号，可能会导致系统不稳定，而先进控制会根据约束进行“智能”调整，即便不完全跟踪，也保持了系统的安全性和可行性。
2. 性能指标的多样性与优先级：
PID 的性能指标： 评估 PID 通常关注超调量、上升时间、调节时间、稳态误差。
先进控制的性能指标： 先进控制系统可能关注：
综合性能指标： 例如，将跟踪误差、能耗、动作幅度等加权求和，形成一个综合的成本函数。在某些分项指标上，先进控制可能不如 PID，但在整体综合指标上可能表现更优。
公平性 (Fairness)： 在资源分配或多目标优化中，先进控制可能考虑各参与者之间的公平性，而不是简单地让某个“主导者”获益最大。
长期性能： 先进控制可能通过牺牲短期内的瞬态响应来换取长期的稳定性和效率。
3. 系统复杂性与适用范围：
“稳定性逊色”可能是相对的： 如果将一个设计不当的先进控制系统与一个调优良好的 PID 系统进行比较，那么先进控制系统确实可能在某些方面表现“逊色”。但反之，如果将一个先进控制系统应用于其设计目标一致的复杂系统，它所能达到的性能水平可能是 PID 无法企及的。
PID 的局限性： 在复杂的、非线性的、时变多变量系统中，PID 的“稳定性”往往是一种脆弱的稳定性，其参数对系统变化非常敏感，鲁棒性差。而先进控制系统虽然在最简单的场景下可能显得“过于复杂”或“优化过度”，但在其适用的复杂场景下，其“稳定性”是更可靠、更具韧性的。
4. 对“稳定性”的理解：从“不发散”到“可预测”、“可控”、“安全”
PID 的稳定性： 通常指系统输出在扰动或阶跃输入后，能够收敛到某个值。
先进控制的稳定性：
鲁棒稳定性： 指系统在存在模型不确定性和外部扰动时，依然能够保持有界响应或收敛到某个区域。
性能稳定性： 指系统在不同工作点、不同工况下，其性能指标始终维持在可接受的范围内。
约束下的可操作性： 指系统能够在满足所有操作约束的条件下运行，避免进入危险或不可控的状态。
如何评价一个在 PID 占 95% 条件下稳定性逊色的先进控制系统？
我们需要跳出“哪个更好”的二元对立思维，而应该问：
这个先进控制系统是为解决什么问题而设计的？ 如果是为了解决强耦合、多变量、约束优化等 PID 难以处理的问题，那么它在这些方面的表现才是关键。
它的“稳定性逊色”体现在哪些具体方面？ 是在所有工况下都逊色，还是仅在特定工况下？是对所有性能指标都逊色，还是仅在某一个指标上？
与同等复杂度的 PID 控制器相比，它的优势和劣势是什么？ 假设将 PID 应用于先进控制所服务的复杂系统，PID 的表现可能远不如设计良好的先进控制系统，甚至可能根本无法稳定运行。
其设计目标与现实需求是否匹配？ 如果一个先进控制系统为了实现极致的能耗优化而牺牲了响应速度，但在一个对响应速度要求极高的应用场景中，它的“稳定性逊色”就成了致命缺点。
总结来说，我们评价一个“稳定性逊色”的先进控制系统，应该基于其设计的初衷、所处的应用场景、所解决的具体问题，以及其在多维度性能指标上的表现。 PID 的高市场份额证明了它的普遍适用性，但先进控制理论的发展正是为了解决那些超出 PID 能力范围的更复杂、更高级别的控制挑战。一个在这些高级场景下“稳定性逊色”的先进控制系统，与其说是先进控制本身的失败，不如说是具体实现或设计目标上的偏差。反之，如果它在复杂系统中能够稳定、高效、安全地运行，即使在某些简单场景下不如 PID，也瑕不掩瑜。
现代先进控制理论的价值在于提供了更强大、更灵活、更具预测性和适应性的工具箱，以应对日益复杂和智能化的世界对控制系统的需求。而 PID，则依然是那个简单可靠的“瑞士军刀”，在许多不需要精雕细琢的场合发挥着重要作用。它们并非互相替代，而是在各自的领域，为人类的科技进步贡献着力量。
网友意见
先放一张图，周克敏先生那本《Robust and Optimal Control》中的：
先答题，然后发散一下谈谈个人对控制理论发展的看法。
1）现代的先进控制理论先进在哪里？
- PID控制器的出现甚至早于经典控制理论的崛起，比例、积分、微分这三个基本的元素至今仍在不计其数的控制领域发挥着极大的作用。但是传统的PID控制器实际上就像上图中拿榔头的工程师一样，是一种有效但是粗糙的方法。它的最大问题是没有一个明确的目标函数（代价函数或者优化准则），这就导致：1) PID控制器的调参只能依靠经验；2) PID控制器的设计只能是使系统达到某种可以接受的状态，控制工程师无法回答是否存在更优的PID控制器。
- 现代的先进控制理论如果说先进在哪里，我认为是给控制器的设计提供了更多的框架，这些框架具有明确的优化目标，最重要的是这使得控制理论的发展与数学、计算机科学的发展牢牢的绑在了一起。实际上，我的很多老师认为控制理论最后的高潮是上世纪80年代鲁棒控制的兴起。之后，控制理论的学者们只好眼巴巴的等着数学和计算机科学中出现新成果，然后揉进控制理论中，这也是为什么题主觉得现在做控制研究的大都是搞数学的。起码Automatica和TAC这两大控制期刊现在看起来更像数学刊物。
2）如何评价在PID控制器份额在95%条件下稳定性逊色的先进控制系统？
- 其实现在工程中应用的PID也不再是简单的比例、微分、积分三个元素的线性组合了，一些调整能够让PID控制器发挥的更好，调参更有目的性。但要知道，很多对PID的改进是基于控制理论发展的，没有对控制理论的研究，PID不会有现在这么强大的力量。所以虽然近20年控制理论没有什么令人振奋的成果，很多大师也将目光投向了其他领域，但是控制技术并不是说已经能够完全解决人们遇到的问题。而且据我所知也还是有很多老师在做很有价值的工作。
=====================下面属于发散的内容=====================
聊些题外话把，实际上PID和新的控制理论并不是水火不相容的对立的，他们的关系很有趣。
- 从出发点说，它们是完全不同的控制方法。PID是找到了控制世界的三种最基本的元素，比例、积分、微分，把它们优化组合搭积木一样完成控制的目标。而现代的先进控制方法则一定是基于某种优化指标的，然后通过设计算法来达到优化指标从而实现控制。
- 从表现形态而言，它们又表现出很大的相似。以Lyapunov稳定性为准则设计出的控制器大都是PD控制器（例如backstepping，滑模，因为积分会导致系统稳定性下降），LQ最后的表现形式也是PD，以至于有人为了消除模型参数不准确带来的稳态误差，又把积分加回到这些控制器里去。至于自适应控制，模型预测控制这一类则是可以看成滤波器/观测器+PID控制器的形式。非线性系统里的逆系统方法也是先把非线性系统给线性化了，再用线性化的控制器去控制新系统，不用说大部分想到的还是用PID。
一个系统的控制效果也不是由控制算法一个因素决定的，传感器、执行机构、反馈回路的选择等等都对控制效果影响很大。有时我也想用新算法，但很多时候用户对新算法总不是很放心，甚至对计算机都不是很放心，发文章或项目答辩时候也总有专家问，你搞这个东西搞这么花俏有PID效果好吗？有时也确实令人无语。因为没人知道PID能调成什么样子，可能要多好有多好，也有可能一头钻进淤泥里出不来。
这个问题可能刚学习了现代控制理论的朋友都会有。
现代的各种控制理论，都是针对特定问题而产生的特定解决方案。
PID虽然应用面比较广，但在特定问题上并不十分好用。
传统PID适用于线性时不变单输入单输出一阶系统。在一定的修改下，这个条件可以放宽到近线性的、时变较少的、单输入单输出的一阶或二阶系统。
凡是不符合这种要求的，或者有额外要求的，全部都要使用某种现代控制理论。
不符合要求的：
多输入多输出的系统（必须使用状态方程组表达）
高度非线性系统（要使用非线性控制方法）
高度时变系统（即系统参数变化很大，要使用自适应或强健控制方法）
有额外要求的：
要求系统能耗或某一特定状态组合达到最小/最大（比如登月着陆的最小燃料消耗，最优化控制）
系统“惯性”大，延迟大，但仍然要求控制输出要十分精准（比如化工，预测控制）
系统需要持续运行，运行期间参数变化较大，需要精准的控制输出，不能有高频震颤，而且绝大多数时候的运行状态不利于系统辨识（自适应双重控制）
现代控制方法的先进之处，在于解决了经典控制理论所不能解决或不好解决的问题。有的朋友觉得一种现代控制方法根本没有用或者不好用，这往往只是因为他们还没有碰到过这种方法所针对的那些问题。
把一种现代控制方法运用到某一控制问题之中，发现效果还不如PID，这有很多可能的原因。
首先，是在错误的问题上进行了应用。比如说把强健控制应用在线性时不变系统上，参数漂移范围也没有设个极小的值，最后就会觉得“哎？这怎么还颤呢？我那PID可一点都不颤啊。”现代控制理论都是针对特定的问题而设计的，要搞清楚你要解决的问题是什么，然后有针对性地进行使用。
其次，其中很多的方法都要求提供的系统参数或系统参数的范围绝对精确。比方说滑模控制，给定的系统参数漂移范围一定要可靠，如果系统参数飘出了给定的范围，系统就可能失稳。同理，自适应双重控制的卡尔曼/扩展卡尔曼滤波的那几个矩阵，也要尽可能的准确。如果控制方法默认的参数漂移特性与实际特性不相符，或者非自适应、非强健控制方法需要用到的参数与实际参数不符，控制结果往往不会太好。这个问题对于最优控制和一部分非线性控制尤其显著，因为这些控制方法都试图把系统潜力吃干挖净，一旦系统特性与实际有所不同，实际控制效果就会与纸面效果相差甚远。而PID控制，由于对系统的潜力并没有深挖，所以对参数变化并没有那么敏感。
类似的话题
-
现代先进控制理论的先进之处：超越 PID 的世界在自动化和控制工程领域，PID 控制器（比例积分微分控制器）无疑是最为广泛和经典的一种控制策略。它的简单、易于实现和对许多基本问题的有效性使其在工业界拥有近乎垄断的地位，甚至有说法称其市场份额高达 95% 以上。然而，随着科技的飞速发展和应用场景的日益............. -
这真是一个让人血脉贲张的设想！一辆现代最先进的主战坦克，比如德国的“豹2A7”或者美国的“M1A2艾布拉姆斯”，穿越到1943年的库尔斯克会战，那画面简直不敢想象。我们来好好聊聊，它有没有可能做到全歼呢？首先，咱们得明白，库尔斯克会战那可是二战规模最大的坦克战，双方投入的坦克数量高达数千辆，像是德国.............
-
要回答这个问题，我们需要深入探讨现代火炮的性能、二战时期B17轰炸机的特性，以及超远距离作战的挑战。用更朴实的说法，就是看看我们今天造出来的“大炮”能不能打得中，并且打得死，那些老掉牙的“铁鸟”。现代火炮的实力：远程打击的利器首先，我们得明确一下现代火炮的厉害之处。这里说的“先进火控”可不是简单的瞄.............
-
这个问题很有意思，也挺好想的。说到现代坦克比二战坦克先进多少，那简直是脱胎换骨，完全是两个层面的东西了。要仔细说起来，真是从头到脚，没有一处不进步的。咱们先从最直观的“杀伤力”来说吧。火力：从“砸核桃”到“打飞弹”二战时期的坦克炮，比如著名的88炮，在当时绝对是顶尖的，能穿透大部分盟军坦克装甲。但现.............
-
这个问题触及了国际政治和历史变迁的复杂脉络，探讨了美国自二战后至今的战略调整。简单地说，时代变了，打法也升级了。过去那种赤裸裸的领土吞并，在当今世界行不通，而且效率不高，成本巨大，收益也未必可观。美国选择更“先进”的模式，有其深层的原因和精妙的设计。为什么不再直接吞并领土了？首先，我们得承认，历史上.............
-
这真是个引人遐想的假设！如果明朝的科技发展从未停滞，并且一路沿着自己的轨迹向前演进，那么我们今天所处的科技世界，很可能与现实截然不同，甚至可以说是一种“平行文明”。首先，我们需要回顾一下明朝在当时所展现出的科技亮点。不得不说，明朝确实是中国历史上科技非常繁荣的一个时期，尤其是在几个关键领域。 天.............
-
您提出的这个问题确实很有意思，自行高炮的高昂价格，甚至比先进主战坦克还要贵，这背后的原因可以从几个方面来解读，绝非简单的“零件多”就能概括的。首先，咱们得明白，自行高炮可不是把普通的高射炮往卡车底盘上一架就完事儿了。现代自行高炮的核心竞争力在于其对空作战的精准性和反应速度。这就需要一系列极其复杂的、.............
-
说起中国在哪些方面与世界先进水平存在差距，这并非简单的罗列几个技术名词就能说清的。这更像是一种深度的、多维度的比较，涉及到整个社会肌体运行的效率、创新能力的根基、以及生活品质的细微之处。首先，在一些前沿科学和核心技术领域，中国虽然取得了令人瞩目的成就，但我们必须承认，与那些长期投入、积累深厚的国家相.............
-
“雪花飘飘”这股在海外引起广泛关注的风潮，其爆红绝非偶然，背后蕴含着多层面的原因，更可以被看作是中国文化在数字时代对外传播的一次有力探索，甚至可以将其视为现代中国开始进行大规模对外文化输出的早期信号之一。要深入理解这一点，我们需要一层层剥开它的成因与意义。“雪花飘飘”爆红的原理：多重因素的交织首先，.............
-
咱们聊聊现在英特尔最厉害的CPU，到底有多少个“脑子”在工作，是不是脑子越多就越牛？还有，这些脑子多了，电量是不是也吃得更凶？我给你掰扯开了讲。现在英特尔最顶尖的CPU，有多少个“脑子”？说到英特尔最牛的CPU，现在得看他们的酷睿 Ultra 系列（特别是用于笔记本的）以及酷睿 i9 系列（特别是用.............
-
.......
-
这个问题很有意思，但从现实和历史的角度来看，要回答“把全美国的黑人弄到非洲建立一个国家，会比现在所有的非洲国家都更先进发达吗？”这个问题，我们需要进行非常细致的探讨，并且需要避开一些显而易见的陷阱，比如种族决定论或者简单化的优劣对比。这更像是一个思想实验，其结果将取决于无数复杂的因素，而非简单的“是.............
-
.......
-
兄弟，你要是问我现在守望先锋还值不值得入手，尤其现在打折才30块，我的建议是：值得，但得看你怎么玩，以及你对游戏的要求是什么。首先，30块钱这个价格，绝对是“香”的。要知道，当年守望先锋刚出来的时候，那可是200多块啊，而且那时候还没现在这么多内容。现在30块，你买不了吃亏，买不了上当，就当是买了个.............
-
在现代人的视角审视先秦诸子百家，要说哪家“最优秀最科学”，这本身就是一个带着现代价值观去套用历史的难题。每个学派都在各自的时代背景下，试图解决当时社会最紧迫的问题，其“优秀”与“科学”的标准也与我们今天大相径庭。但如果非要从“科学性”和“实践性”的角度来衡量，并且要找出最接近现代科学精神的，墨家确实.............
-
过去，医生们常讲究“望闻问切”，这是一种传统的中医诊断方法，通过观察病人的气色、舌苔（望），听病人的声音、呼吸，闻病人的气味（闻），询问病人的症状、病史（问），以及触摸病人的脉搏和身体（切），来全面了解病情。这种方法强调的是医生个人的经验和对人体的细致观察，认为身体的细微变化都可能反映出内在的病灶。.............
-
.......
-
这个问题很有意思，就像一个经典的“先有鸡还是先有蛋”的困境。但我想说的是，在家庭教育这盘棋里，父母和孩子就像是棋盘上的两个关键棋子，它们的关系是相互依存、相互影响的，很难说谁“绝对”应该先，更重要的是如何让这盘棋活起来。如果非要分一个先后，我更倾向于认为，当下这个时代，我们应该把更多的精力放在“先教.............
-
唉，你这心里头那点事儿，我可太懂了。就像心里揣着个小猫儿，既想让它出来玩，又怕它出来没处待，最后只能躲在角落里自己舔毛。想谈恋爱，这感觉没错，年轻嘛，谁不想身边有个知冷知热的人陪着呢？特别是看到别人成双成对，那股子羡慕劲儿，就像潮水一样，一波一波地往上涌。可偏偏，那心仪的对象，就像藏在深海里的珍宝，.............
-
离婚冷静期施行后，确实出现了一些“离婚不成，先立遗嘱”的现象，这背后涉及到多种复杂的因素考量，也反映了现代社会人们对婚姻、家庭和财产规划的观念变化。 离婚不成，先立遗嘱现象背后的因素考量之所以会出现“离婚不成，先立遗嘱”的情况，主要可以从以下几个方面来理解：1. 规避离婚冷静期可能带来的财产风险与.............
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有