自动控制（二）

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我是靠谱客的博主瘦瘦金毛，最近开发中收集的这篇文章主要介绍自动控制（二），觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

抓苹果和反馈

关于人类的大脑有个简单的悖论：如果我们能够理解自己的大脑，那么它必须足够简单以至于我们无法理解它。我们的大脑有1000亿个神经细胞，这些细胞之间靠生物电脉冲和化学物质传递信号。从整体上看，这些单个无意识的神经元组成的网状结构，形成了人类有意识的大脑为核心的神经系统。目前为止，人类制造的所有控制系统的控制器都无法与这个经过数亿年进化的精密的大脑相匹敌。

一味模仿别人会让你失去自我，但仔细分析我们神经和躯体的工作方式并对其进行模拟，不仅会让我们对自动控制有新的理解，还能帮助我们设计出聪明的机器人。下面我们就来做个游戏：请你右手拿一只签字笔，左手拿着笔盖，闭上眼，然后把笔盖合到签字笔上去。（其实我之前想的是我们一起把电脑的鼠标拔掉:)）怎么样？是不是有些困难？

再考虑伸手拿桌上的苹果的动作过程，开始是我们看到苹果，然后伸手，于是手与苹果之间的距离逐渐缩小，当二者距离为零时，苹果顺利的被我们抓到了。至于你要拿起来吃还是要向我丢过来，我们待会儿讨论。话说在这个过程中，我们身上最重要的感受器之一——眼睛，一直在不辞劳苦的持续获得手和苹果距离的信息，然后提供给大脑，让其做出接下来是往左还是往右或者继续往前的决定，也许你已经看出来了，这个过程可以和前面控制系统框图吻合的丝毫不差！

图4 抓苹果

哎呀，我就知道你要问为什么从输出到输入反向的线要用红线标示出来。因为如果你尝试去画前面合签字笔笔盖的系统图时，这两条线是不存在的——在那里被蒙上的眼睛无法工作了。我看到你已经用苹果瞄准我了，明显答非所问。好吧，感受器的作用就是反馈，它让输出和输入之间形成了一个伟大的闭环。这个闭环让控制器及时地知道了被控制对象当前的状态，据此随时调整自己发给执行器的命令，让输出朝着自己想要的方向前进。

举个例子吧，你在追一个mm，你打电话发短信写邮件托人捎话站在楼顶大声发誓说你要是不做我女朋友我就回五楼去了！但是由于某些奇怪的原因，你无法看到她，也听不到她讲话，总而言之你得不到她的任何反馈。你傻眼了，你不知道她到底是腼腆还是彻底视你为固态空气，也不知道自己下一步是直接拎着礼品奔她们家还是继续在楼顶呐喊。你忧郁啊痛苦啊挠头啊脱发啊换洗发水啊，知道问题的根源在哪儿吗？没有反馈。在我的指点下，你找到了mm的密友nn，让nn充当你们这个系统的感受器，mm的一举一动你都了如指掌，于是你根据她的表现即时调整战术，两天之后你们顺利出双入对。哇噻，你终于眉开眼笑了，我就知道你舍不得用那个比鸡蛋还小的苹果扔我。

正反馈和负反馈

如果1000亿个神经细胞联网可以产生智能，那1000亿台计算机连起来会产生什么呢？会不会现在的因特网已经产生了智能，而这种智能本身也已经知道要隐藏实力直至某天可以一下控制全人类？那我们要将所有系统联网的想法岂不是自掘坟墓？

到现在为止你已经知道了反馈是自动控制的核心思想了，如果你不想继续听我罗嗦，那我推荐你本书吧——康德的《纯粹理性批判》，随便哪个版本都行。事实上，控制的核心是什么在自动化专业研究生入学面试时经常被问到，如果你能在回答“反馈”时加上“负”字，那老师很可能会对你青眼有加。因为反馈其实分成以下两种：正反馈和负反馈，如图5。

在信息获取成本越来越低的今天，我们周围充满了重复的没有任何价值即使有价值我们也注意不到的注意到了也利用不起来的信息。所以你要是能一眼看出上面俩框图的区别，我不得不说你有很有两把刷子。正、负反馈的关键差别就是感受器的输出信号和系统输入信号的合成方式，如果反馈信号对输入有抑制作用（用“-”表示），那我们就说这是负反馈，反之若有加强输入信号的能力（用“+”表示），就是正反馈。

接下来我们将要进行到现在为止最简单的一个推理，以此证明负反馈是控制系统反馈方式的首选。考虑空调调温的过程，你设置的温度（输入）是24度，现在真实温度（当前的输出和感受器输出）是28度，要让系统输出趋于24度，控制器会求得输入和感受器输出的差值（28-32= -4），作为自己的输入，然后让执行机构去将当前温度减小4度，这样慢慢的，温度就会被调整到我们的期望温度——24度。然后假设现在测量的温度是18度，那控制器一样会求得差值（28-24=4），作为输入，之后让执行机构去完成将温度增加4度的任务，直到输出达到24度——这个时候差值为零，于是空调终于可以休息了，不用再制冷了，你也不用担心咱家的电费这个月又超了。

相应的，我们想象如果温度控制中是正反馈会出现什么情况，系统的输出会越来越远离我们的期望值。我知道你可能没理解，不过这是我表达的问题，跟你没关系，你可以从本段的开始再看一遍，直到你准备去找康德。嘻嘻。