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1、TheDesignProcessOfControlSystem控制系统的设计过程Gooddesigneludesdefinition,butyoucanusuallyrecognizesomethingthatiswelldesigned.一个好的设计必须有一个定义，但是通常你可以从某些方面识别出它是一个好的设计。Onecharacteristicofgooddesignisthatitisexactlyrightforthespecificapplication.Everythingnecessaryispresent,buteverythingunnecessaryisabsent.好设计
2、的一个重要特点是它在具体应用中是非常正确的。每个事物的存在都有它自身的意义。Theskillsneededforgooddesignentailexperienee,intuition,andestheticsensibility.Theyarenoteasilylearnedfrombooks.Themostyououghttoexpectformanytextbookondesign(includingthisone)istolearnaboutsomeusefultools.好设计中的必要技巧带来了经验，直觉和审美感。这些不能从书本上简单的得到，对于书本上的设计(包括这个设计)，你最应该
3、期望的是去学习一些有用的方法。Likemostbooksoncontrolsystemdesign,thisbookpresentstoolsthatcanbereducedtomathematicalequations:analysisandsimulation.Skillintheotheraspectsofdesign(suchasconceptualizationoftheoverallsystem,selectionofcomponents,dealingwithconstraintsontimeandmoney),whichisasimportantasthemathematica
4、lanalysis,isacquiredandperfectedthroughpracticalexperienee.和大多数控制系统设计书一样，这本书呈现的方法可归纳为数学方程式：分析和模拟。在设计的其他方面(如构造系统的概念化，元件的选择，时间和金钱限制的处理)中的技巧是通过实际经验已经取得的和完美的，它和数学分析一样重要。Inpracticeonelearnthatmostsystemsdevelopthroughevolution:notonlybiologicalsystems,butalsohumaninventionssuchastheautomobileandairplane.
5、Thesleek,high-performaneeautomobilecanbetracedtothehumblemodelT;theadvaneedtacticalfighter,stillonthecontractorsdrawingboards,hasitsrootsatKittyHawk.在实践中，一个人学习到大多数的系统都通过演变发展：不光生物系统，而且人类的发明如汽车和飞机。这种圆滑的高性能的汽车可以追踪到粗陋的模型T,这种仍然在画板的承包商中的先进的足智多谋的战斗机，在小鹰号航空母舰中有它的基地。Muchofengineeringismodifyingexistingdesign
6、s.Anewmodelofanexistingproductisdesignedtoincorporatenewtechnologicaladvances:aneworimprovedsensororactuator,adigitalprocessortoreplaceananalogcontroller.许多策划正在修改现有的设计。一个现存产品中的一个新模型被设计成合并的新科技追求：一个新的或改进了的探测器或制动器，一个数字化的处理器取代一个类似的控制器。Imitation(oftencalledreverseengineering)isanothercommondesigntechniqu
7、e.Initsmostobviousandleastcreativeformyoudissectanexistingproduct,andcopythedesign.Theprocessislegaluniesstheproductcopiedhaspatentprotection.Amorecreativeuseofimitationistoborrowideasfromoneapplicationandusetheminanother.Youneedtocontroltheleveloftheliquidinavessel;considerhowitisdoneinyourtoiletta
8、nk.Youmustcontrolthetemperatureoftheliquidinthevessel;thinkofhowitisdoneinyourtropicalfishtank.模仿(通常叫做“反工程学”)是另一个普遍的设计技巧。在它的最明显和最没有创意的形式中，你可以仔细的分析出一个现有的产品，然后仿照这种设计。这个过程是合法的除非这种复制品已经有专利保护。一个更有新意的做法是去借用一个应用的思想然后将这种思想运用到其他应用中。你必须掌握这个器皿中液体的水平，考虑到它在你厕所的水箱中是怎么工作的。你必须控制这个器皿中液体的温度，了解到它在你炎热的鱼缸中是怎么运行的。Innovat
9、ionisoftenlimitedbycodes,standards,andengineeringconservatism.Theaircraftindustry,forexample,tookmanyyearstoacceptthefly-by-wireconcept,bywhichthemechanicalconnections(rodsorcables)betweenthepilotscontrols(thestickandpedals)andthemoveableaerodynamiccontrolsurfaces(therudder,elevator,andailerons)arer
10、eplacedbyelectricwirescarryingsignalsfromthepilotscontrolstoaflightcontrolcomputerandfromthecomputertoactuatorslocatedatthecontrolsurfaces.Whileengineeringstandardsmayretardprogress,theyareneverthelessnecessarytopreventtechnologicalanarchy.创新被码，规格，工程保守主义限制了。飞机产业，例如，接受遥控自动驾驶仪的观念很多年，靠在飞行员的控制(杆和踏板)和移动的
11、空气动力间的机械联系(杆和电缆)控制表面(方向舵，飞机升降舵，和副翼)被电线从飞行员的控制到飞行控制电脑和从电脑到位于航母操作面的制动器传送信号取代了。尽管工程学的规格会妨碍进步，他们仍然有必要去阻止科技的混杂。Forallthesereasons,yourarelygettheopportunitytodesignanentirelynewcontrolsystem.Butsupposetheopportunitydoesarise.Howwouldyouproceed?TheprocedureyoumightfollowisdepictedintheformofaflowchartinFi
12、gure1.4.1.Asthisfigureshows,muchofthedesignprocessfallsoutsidetherealmofanalysisandsimulation.由于这些理由，你几乎不能得到一个机会去设计一个全新的控制系统。但是如果这个机会来了，你该如何着手？这个步骤那你应该遵循的被描述在图形1.4.1中流动图表的一个表格中。如图所示，很多设计过程都超出了分析和模拟的领域。Firstyouneedaphysicalappreciationoftheproblembydeterminingthephysicalquantityorquantitiesthatmustbe
13、controlled,andthelevelofperformaneerequired.Aconsiderationthatcoulddeterminehowtoproceedmightbewhetherasystemsimilartotheoneinquestionhasalreadybeendesigned.Ifso,whatimprovementsareyouexpectedtomake?Ifnot,isthedesignperceivedasbeingadifficultproblem?Why?Whatresources(time,money)areatyourdisposal?首先你
14、需要一个靠确定某个物理量被控制的问题的物理欣赏，和必需的的执行水平。一个可能决定怎么样去进行的考虑也许会提到一个系统是否类似于另一个已经被设计了的系统。如果是这样的，你期待做怎样的改善？如果不是这样，这个设计被认为是一个难题吗?为什么呢？什么资源(时间，金钱)由你支配呢？Obtainingaclearstatementoftheperformaneerequirementsisusuallymoredifficultthanyoumightthink.Inadditiontothoseperformaneerequirementsthatareexplicitlyspecified(e.g.,
15、speedofresponse,trackingaccuracy,disturbaneerejection,stabilitymargins),theremayalsobeimplicitrequirementthatarenormallymetbyconventionalcontrolsystemdesigns.获得一个执行需要清晰陈述通常比你想象中要难。除了这些明确地指定的(回应速度，运行的准确度，抗干扰力，稳定度)执行需要外，还应该有靠传统控制系统设计常规汇集的固定需要。Beingunawareofimplicitperformaneerequirements,youmightbetem
16、ptedtoadoptanonstandardandseeminglyinnovativedesignapproachleadingtoacontrolsystemthatfailstomeettheserequirements.Incertainapplications,forexample,itmaybeknownthathighfrequencynoiseispresentfromavarietyofphysicalsources.Withaconventionaldesignapproachitmaybeappropriatetoignorethisnoisebecauseexperiencewiththisapproachhasshownthattheeffectofthenoiseisnegligible.Adifferent(unconventional)designapproachthatfailstoaccountforthepresenceofthen
