记机械工程控制基础（旧版-详细版）【杨叔子、吴波】讲课原文文字版课1绪论（一）
正式开始上课，我首先要提的一个问题，什么是控制？
我们既然学的是机械工程控制基础，这里头的关键词是控制和机械工程，机械工程是它的对象，控制是它的关键词。
什么是控制？控制这个词大家绝对是不陌生，什么是控制？应该来讲对一个对象施加某种作用，使它产生我们所期望的输出，对不对？
什么是对象？我们一定要知道对象什么是控制，一定要知道它首先有一个对象，然后第二个是我们要对对象施加某种作用，然后施加作用的目的是为了让这个对象在你作用施加的作用下，达到他的一种意预期的一种输出，一种期望。
所以什么是控制？尽管这个词大家应该来说对这个词非常熟悉，但是真正要说出什么是控制，要理解它的这几个方面的这几个要素。
我们后面实际上我们谈到很多问题，跟这几个方面是相关的。
好，我们现在看一个实际的例子，我不知道大家见过这个没有？
瓦特知不知道？瓦特的最大的贡献是什么？实际上他的贡献并不是说发明了整体，而是让蒸汽机能够成为一种工业的工业应用上的一个工具，也就是找到了一种应用的手段，对不对？那么这一个东西就是瓦特时代的金蒸汽机的一个谱简单的模型。
这是蒸汽机本身，这是蒸汽供应的管路，然后输出轴带这是输出轴，然后通过这个机构把蒸汽机的往复运动变成旋转运动。
那么蒸汽机如果说就蒸汽机本身的话，这就是如果蒸汽机本身的话，这样一个蒸汽基本就是它的本体来说的话，在应用上面有什么问题，输出轴他是要做工的，他要带负载的负载，比如说它拖动一个什么东西，我们就说它是一个船上的蒸汽机，那么拖动一个什么东西的话，它拖动螺旋桨的话，那么它的负载对蒸汽机来对在它的输出轴来说，负载是不是恒定的？负载是在变的对不对？他在行进过程当中负载是随时都在变的，负载一变，大家看就会出现什么问题？如果负载一变，比如说我们说它的输出轴的负载加大会出现什么问题？
大家骑自行车的时候上坡的时候会感觉到怎么回事？吃力了是吧？你要是还是维持原来的出力，那么速度肯定就会慢下来。如果你要维持原来的速度，你的出力就要大，对不对？那么这是一样的道理，负载一遍，如果原来的出力体现在这个蒸汽量的供应上面，如果不变的话，它速度肯定就要降下来，如果要是速度不降下来，这个就要加大，对不对？就是这么一个道理。
好，你人好吧，我上坡的时候我一看速度慢了，我再使点劲，所以蒸汽机怎么办？所以要解决这个问题，这实际上是蒸汽机在应用上面首先要解决的一个问题。
所以在18世纪瓦特时代，那个时候蒸汽机就加了这么一套东西，加了这么一套东西，就是要解决这个问题。
就是要使得负载一变以后，刚才说要使得它的输出转速不变的话，它燃料的供应蒸汽的供应就要加大。如果说负载下降了，又不让还是要转速要稳定在原来的值上面的话，那么蒸汽的供应实际上就要减小，对吧？
所以在当时加了这么一套装置，在上面就形成了所谓的蒸汽机的离心调速器，就这么一个东西，这个原理实际上大家应该一看就明白了，这个结构画在这里的话，原理大家应该清楚，如果说是速度增加的话，那么是什么？把这个地方就是什么？减小。如果说这个速度减小了，产生的作用就是这个地方加大。所以有了这么一套机构以后，一旦你负载的变化引起了转速的变化的话，那么通过这一套机构来调节入口的阀门的开度，就可以使得转速低。
那么这一个我们再回到控制这个概念上，面对对象施加某种操作，这里的对象是指的什么？这个是这里的对象指的是什么？其一指的是蒸汽机本体，对吧？好，对他施加某种操作，使得他产生所期望的行为，期望的行为是什么？输出转速恒定，然后使它产生施加的操作，是通过这一套东西在施加操作，对不对？好，这是这是这样一个例子。
我们再看一个例子，这里有个容器，有进水口，有出水口，如果我们现在还是对照我们控制的概念来说，我们让这是一个对象，然后我们要使这个对象产生某种期望的行为，是期望什么？期望这个页面恒定，液面高度始终恒定。
好，那么我们就要对他要保持要使得他的能够达到期望的行为的话，那么有就是要私家操作，那么在这个图上施加操作的过程是由人来执行。好，这个人在施加操作，它是一个什么样的过程，人的眼睛在看，看看现在这个对象他产没产生你所期望的行为，如果没有他在什么？在调整，一直到最后的结果是在这里为止，这是人在执行操作，刚才的对象是那一套离心装置，在施加这种操作对不对？这是两个不一样的。
好，那么这里就涉及到另外一个概念了，大家说到自动控制，一个自动控制系统，自动调节系统等等，这些词大家也听说过，那么这样一种实际上这种操作对对象施加操作的这个过程是由人来完成的。那么这一种控制方式是叫人工控制，而如果说这一种控制是由一个装置来完成，人在执行过程当中，在操作执行过程当中，人不在里头，尽管装置本身是人设计的毫无问题，但是在操作执行过程当中，人不在里头，是有一个装置在完成，那么这样一种就是所谓的自动控制。
刚才我们讲的这个例子就是这个，同样的是这样一个功能，还是对象，还是要达到这样一个控制效果，页面不变的这样一个控制效果。如果把这种人工控制把它改成非人工控制，就变成了自动控制。
刚才我们说人工控制的在这个过程当中要维持液面高度不变，人工控制的过程是眼睛在看着这个液面，当然它可以通过一个仪表在看，然后液面高了，我把龙头关小一点，进水的地方关小一点，液面低了，把进水的地方开大一点，那么这是首先要通过眼睛在看，输出是不是在期望的位置上面？不是，然后通过对对象施加的操作来调整，使得它的输出满足期望。
好，那么在右边的图这一个过程改成了就把人脱离开了，不要人了，盯着人用的是一个什么方式，这个图一看大家也应该比较明白它的原理，人眼睛看和判断他是不是在期望的位置上面，在这个图上是用什么在做这个事这个东西对吧？就是一个浮球或一个浮子，然后它这个地方一有变化，通过杠杆反映在阀门上面，反映在阀门上面，液面高了，关小液面低了直加大，这是一个最简单的马桶控制系统。
抽水马桶是的，这是一个最简单的抽水马桶控制系统。为什么你抽水马桶一喷水以后，它水到一个位置就自动停了，靠这东西在填，所以这就是人工控制和自动控制这样的一个概念。
我们刚才在上课之前，这上课一开始回答什么是控制的时候，我们已经得到的结论：控制三要素，控制对象、控制目标，还有控制装置，所谓的控制装置就是施加这种操作的装置，当然这个装置也可以胜任，那么要想完成一个控制，要想对被控对象，要想对一个对象施加某种操作，使他达到所期望的行为。
那么首先我这个操作我是要有一种操作，能够使它的输出能够达到期望的行为。所以这实际上是涉及到在控制当中就涉及到一个可控和能控的问题。
可控是什么？我要通过操作使得对象能够朝着我预期的方向发展。那么首先是它有多个可能的发展方向，然后这是一个前提，它如果只有一一条路可走，你施加不施加操作，它都是这一条路，还不涉及到控制，那就不涉及到控制，所以一定是对象，他的行为是有多条，是有多种，这是一个前提。
第二个前提是什么呢？我施加的操作要能够使它按照我选定的其中一个变化方向去发生这种行为，对不对？所以这是这就是涉及到可控和能控的问题，所以我们要真正要完成，要考虑一个控制的话，实际上我们的对象它的有哪些可能性，它的发展，它的变化有哪些可能性，然后这些不这些多个可能性当中，哪一种可能性是我们的预期的目标，然后我们施加什么样的操作使得对象能够朝着我们选定的这一个可能性发展，所以这就是这样一种思考问题的方式。
所以我们说控制论是它实际上是在研究事物变化的一般规律，要说这些方面的问题，你面临任何事件的时候，都是有这样一种或者说有很多情况下都是需要有这样一种考虑，所以我们说控制实际上从某种意义来说，它构成了一种技术哲学或者是一种科学方法，所以当然本质上面它又是一门技术科学，因为它是可以实际应用的，它的原理和方法是可以实际应用的。从这个角度上面来说，它是一门技术学科，但是从它的这种考虑问题的思维方式来说的话，又可以认为它是一种技术哲学和一门科学方法，这里我们说既然是作为一个技术哲学，实际上就有这么几句话来概括它。
我们所有我们研究的对象是一个系统，所以刚才是（某同学），他说成是系统没完全没错，我们所有的对象都可以认为就是一个系统，当然一说是系统，它就有系对系统的一些一些内涵在里头，好，是一个系统，这个系统它可以不断的运动和变化，那么这个变化它的前提条件产生这种变化的条件，是外界给他施加的作用，也就是我们说的控制过程当中的对对象施加某种操作，只有操作它才能产生响应，那么产生什么样的响应？产生什么样的输出，产生什么样的响应？取决于什么呢？取决于它的内因，也就取决于系统本身的特性。
不同的系统在同样的作用之下，他的输出是行为是不一样的，还不说别的了，两个人一个胖子一个瘦子，你用同样一拳打过去，同样的力道打过去了，瘦子倒了胖子不倒，对不对？所以这就是不同的系统。
所以在一个对象它要发生要产生运动变化，它有外因作用，外界对它施加作用，然后施加这个作用，它会产生什么样的变化结果？这是取决于内因。
我刚才说的很浅白的一个例子，所以实际上那么产生这个过程在整个过程实际上是什么？它的核心体现在这个上面，是属于信息的传递和交互。刚才所说的道理，我对外界作用做一个操作，就说打你一拳，这一拳传递到你身上，通过你去通过你的身体的一些传递，最后导致你要么就倒了，要么还站着坏人家，实际上是一种信息的传递，这种信息的传递导致状态的变化，这个状态可以是系统内部的状态，也可以是它的对外界反映出来的状态，我倒了还是站着的换两下子，这也是一种状态，这是外面的一种，对，状态。
还有系统内部的一些状态，它的状态的变化，然后既然是一个变化，它就有一个变化过程，这个变化过程随着时间的延续在发生变化，那么这就有一个动态的历程，所以是这样一个含义，在这上面我不再多加解释。
那么控制论，我们这门课是机械工程控制，那么它实际上控制论的原理方法，它可以用在各个不同的领域，比如说控制类，用在跟经济学结合起来，用在经济领域分析经济方面的一些现象和问题，那么就构成了经济控制论。如果用来分析社会方面的一些问题，就构成了社会控制论，用来分析生物方面的问题，构成了生物控制了。用来分析工程当中的一些问题，就构成了工程控制，那么我们机械是属于工程技术的一种机械工程，所以就构成了机械工程空间，就是这么一个关系。那么实际上也就是说我们控机械工程控制，说到底是研究的是机械工程领域当中的问题，这个对象是机械工程当中的对象。
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