自動控制（Automatic Control）概論-2

繼續來談談『自動控制』理論吧...

『控制』這個概念來自於人們想要達到目的的欲望，進而達到自動化來取代人力的終極目標。

簡單的來說，當人們發現自然或機器運行的某種規律之後，便可以利用控制的法則來使機器或過程自動達到人們所需。

因此這門學問就需要比較繁雜的數學與邏輯，來精準的描述一個系統的行為，進而進行控制。

常見的基本兩種控制系統以如前一篇所述，在這裡就不再贅述。

這篇來談談其他不同種類的系統型態，以及設計控制系統的一般流程。

如前一篇所提，系統除了有開迴路（Open-loop，即Feedforward Control）與閉迴路（Closed-loop，即Feedback Control）以外，還可以分成

＊線性（Linear）與非線性（Nonlinear）系統：
當兩變量的關係為一次方的函數時，我們稱之為『線性』。
如不是線性關係，就統統稱為『非線性』。
線性系統在數學上的推導比非線性系統簡單很多，因此目前許多控制理論都建立在線性系統上面。
而當我們面對系統的非線性行為時，也往往會將其線性化之後再來做後續處理。

＊時變（Time-Varying）與非時變（Time-Invariant）系統：
如果系統的參數不會隨著時間而改變，那麼我們稱這類系統為『非時變系統』。
如果系統的參數會隨著時間改變，則是『時變系統』。
大多數的系統都是『時變系統』，舉例來說，飛彈的質量會隨著燃料的使用慢慢減少，因此設計飛彈的控制系統就要以『時變系統』來處理。
也因此，時變線性系統的控制要比非時變系統要來得複雜很多。

＊連續（Continuous）與離散（Discrete）系統：
連續系統與離散系統的差別在於訊號與時間的關係。
連續系統的訊號是連續的；換句話說，在任何一個時間點都有一個相對應的該訊號。
然而離散系統則是間斷的；在取樣時間（sample-time）中間的某一點是沒有相對應的資訊的。
雖然目前控制理論還是以連續系統來作為出發點，但是實際上大多數系統仍然仰賴離散訊號的擷取以及電腦的運算。雖然兩者之間存在著某種轉換關係，但是當我們在討論理論與處理實驗數據時，仍然要小心這兩者的差別。

最後，我們在進行系統自動化控制時，通常會按照以下步驟來進行系統的建立：

首先是決定並建立模型，在模型當中以數學描述對應的關係。

這部份就是前一篇所說的『系統辨識』（System Identification）。

然後進行系統的分析並且設計控制器。

這部份則是依據不同的控制理論與法則來對整個系統進行控制，以達到預期的控制效果。

最後階段是對整個系統進行測試，往往在這個部份會發現許多數學模型與真實系統不相吻合的地方，而這些誤差也往往會造成整個系統超出預期的反應。

這時就要做出調整或是重新進行一次系統識別與系統分析設計。

實際上沒有一個數學模型能完全完整的描述一個系統，環境中有許多誤差與干擾，

因此如何讓系統快速精準又穩定的達到目標，就是自動控制工程師所面臨的最大課題。