自動(dòng)控制，一種無需人為直接參與的機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程控制方式，通過外加設(shè)備或裝置，使工作狀態(tài)或參數(shù)能自動(dòng)遵循預(yù)定規(guī)律運(yùn)行。其核心價(jià)值在于提升效率，縮短社會(huì)必要?jiǎng)趧?dòng)時(shí)間。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的手段多樣，既可借助機(jī)器與算法，也可運(yùn)用前饋與反饋控制技術(shù)。任何能減少人為干預(yù)、確保工作自動(dòng)進(jìn)行的方法，均可視為自動(dòng)化范疇。因此，自動(dòng)化不僅涵蓋生產(chǎn)過程，還延伸至管理運(yùn)營(yíng)領(lǐng)域。

自動(dòng)控制遠(yuǎn)超儀表選型、系統(tǒng)組態(tài)等基礎(chǔ)范疇。在生產(chǎn)層面，通過引入先進(jìn)設(shè)備、優(yōu)化工藝、合理管理及嚴(yán)密程序，同樣能達(dá)到減少人為干預(yù)、提升安全與效率的目的。

以零手動(dòng)操作為目標(biāo)，持續(xù)發(fā)現(xiàn)并解決生產(chǎn)過程中的問題，是優(yōu)化自動(dòng)化的關(guān)鍵。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化并非必須依賴反饋控制，其他方法如參數(shù)調(diào)整、方案更新等也可能有效。重要的是找到成本效益最佳、效果顯著的解決方案。

反饋控制，一種將系統(tǒng)輸出信息返送至輸入端并與原輸入信息進(jìn)行對(duì)比控制的策略，能有效克服非線性和不確定性影響。其成本低于精確建模的抗擾方法，且魯棒性極高，可通過線性三參數(shù)PID實(shí)現(xiàn)工業(yè)參數(shù)的穩(wěn)定控制。此外，反饋控制還能改善低成本低精度設(shè)備的動(dòng)態(tài)性能，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)、更迅速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。盡管如此，反饋控制并非自動(dòng)化的唯一途徑，但無疑是一種性價(jià)比極高的選擇。

反饋現(xiàn)象在自然界及人類社會(huì)中無處不在。從物種的進(jìn)化、人類文明的演進(jìn)，到社會(huì)的發(fā)展、科學(xué)與技術(shù)的創(chuàng)新，都離不開自適應(yīng)反饋的深刻影響。無論是動(dòng)物的行為，還是機(jī)器的運(yùn)行，甚至是我們?nèi)粘Ｉ钪械囊磺杏心康牡幕顒?dòng)，都離不開反饋的調(diào)節(jié)。在理論上，雖然存在反饋的不可能定理，即人造系統(tǒng)若無有效的反饋控制，其制造將變得極為困難，但現(xiàn)實(shí)中，反饋在許多領(lǐng)域仍發(fā)揮著不可或缺的作用。盡管如此，反饋并非萬(wàn)能，有時(shí)也需要結(jié)合其他控制策略來達(dá)到最佳效果。而PID線性控制算法作為反饋控制的一種重要手段，雖然在某些情況下可能失效，但仍然是工藝參數(shù)控制中廣泛采用且性能穩(wěn)定的方法。通過調(diào)整參數(shù)或改進(jìn)結(jié)構(gòu)，往往可以進(jìn)一步提升PID的性能。因此，可以說，反饋是自動(dòng)控制的核心，而PID則是實(shí)現(xiàn)有效反饋的重要工具。

反饋控制的作用，自動(dòng)控制系統(tǒng)中反饋控制的作用是通過不斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)輸出的控制信號(hào)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行反饋調(diào)整，使其輸出更加精確、穩(wěn)定和可靠。反饋控制可以避免由于外部干擾或系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)變化而導(dǎo)致的系統(tǒng)失控，同時(shí)可以提高系統(tǒng)的魯棒性和適應(yīng)性。

反饋控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式，反饋控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式主要包括兩種：基于傳感器的反饋控制和基于伺服機(jī)構(gòu)的反饋控制?；趥鞲衅鞯姆答伩刂剖峭ㄟ^對(duì)系統(tǒng)輸出進(jìn)行監(jiān)測(cè)和采集，實(shí)時(shí)反饋到控制器中進(jìn)行處理和調(diào)整;而基于伺服機(jī)構(gòu)的反饋控制則是通過對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行反饋調(diào)整，使其輸出更加精確和穩(wěn)定。

反饋控制系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景，反饋控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，如工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人控制、航空航天等領(lǐng)域。在工業(yè)自動(dòng)化中，反饋控制可以用于控制溫度、壓力、流量等參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和精確化;在機(jī)器人控制中，反饋控制可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的位置精確定位和運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃;在航空航天中，反饋控制可以用于控制飛機(jī)的穩(wěn)定性和姿態(tài)調(diào)整。

自動(dòng)控制系統(tǒng)的反饋控制是自動(dòng)控制系統(tǒng)中不可或缺的一環(huán)，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和魯棒性，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人控制、航空航天等領(lǐng)域。反饋控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式主要包括基于傳感器的反饋控制和基于伺服機(jī)構(gòu)的反饋控制，不同的應(yīng)用場(chǎng)景需要選擇不同的實(shí)現(xiàn)方式。

傳統(tǒng)控制反饋，傳統(tǒng)控制反饋使用的是整體輸出進(jìn)行反饋。常見的反饋控制方式有比例控制、積分控制和微分控制三種：

1.比例控制是指當(dāng)被控對(duì)象的輸出與期望輸出有偏差時(shí)，按照比例系數(shù)放大偏差量，作為控制器輸出信號(hào)的一部分。

2.積分控制是指控制器將誤差的累積量作為控制器輸出信號(hào)的一部分，通過消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差來提高系統(tǒng)控制精度。

3.微分控制是指控制器將誤差變化率作為控制器輸出信號(hào)的一部分，可用于抑制系統(tǒng)振蕩和降低系統(tǒng)超調(diào)量。

現(xiàn)代控制反饋，現(xiàn)代控制反饋采用的是局部狀態(tài)反饋和觀測(cè)器反饋。這兩種方式都是通過實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)變量來實(shí)現(xiàn)的。

1.局部狀態(tài)反饋是指使用部分反饋信息來指導(dǎo)系統(tǒng)的控制行為。例如，在飛機(jī)的控制系統(tǒng)中，可以使用飛機(jī)的俯仰角和偏航角等狀態(tài)信息以控制飛機(jī)的姿態(tài)。

2.觀測(cè)器反饋是指使用觀測(cè)器來估計(jì)系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)變量，并將這些估計(jì)值作為反饋信號(hào)。通過觀測(cè)器反饋，可以實(shí)現(xiàn)在不可測(cè)量的狀態(tài)下控制系統(tǒng)的行為。

傳統(tǒng)控制反饋和現(xiàn)代控制反饋都是控制系統(tǒng)中常用的反饋方式。傳統(tǒng)控制反饋通過整體輸出進(jìn)行反饋，而現(xiàn)代控制反饋采用的是局部狀態(tài)反饋和觀測(cè)器反饋。在實(shí)際應(yīng)用中，可以選擇合適的反饋方式來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制目標(biāo)。反饋控制的作用，反饋控制的主要作用是提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和響應(yīng)速度。通過引入反饋，系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)整輸入，以適應(yīng)外部環(huán)境的變化，從而提高系統(tǒng)的帶負(fù)載能力。

反饋控制的組成，一個(gè)典型的反饋控制系統(tǒng)包括以下四個(gè)基本部分：

(1)傳感器：用于測(cè)量系統(tǒng)的輸出并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

(2)比較器：將傳感器測(cè)量的輸出信號(hào)與期望的輸入信號(hào)進(jìn)行比較，生成誤差信號(hào)。

(3)控制器：根據(jù)誤差信號(hào)調(diào)整系統(tǒng)的輸入，以減小誤差。

(4)執(zhí)行器：根據(jù)控制器的輸出調(diào)整系統(tǒng)的輸入，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。

反饋控制的典型應(yīng)用場(chǎng)景

1. 工業(yè)自動(dòng)化

- 在流水線機(jī)器人中，力反饋系統(tǒng)可將操作精度提升至±0.01毫米(數(shù)據(jù)源自國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)2023報(bào)告)，確保裝配一致性。

- 化工過程控制通過PID反饋調(diào)節(jié)反應(yīng)釜溫度，誤差范圍控制在±0.5℃內(nèi)。

2. 智能家居與消費(fèi)電子

- 智能空調(diào)通過環(huán)境溫濕度反饋實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)節(jié)能，能耗降低約15%-20%(美國(guó)能源部2022年研究)。

- 手機(jī)觸控屏采用壓力反饋技術(shù)，觸控響應(yīng)延遲從10毫秒優(yōu)化至3毫秒。

3. 航空航天與高端制造

- 飛機(jī)飛控系統(tǒng)依賴多級(jí)反饋回路，抗湍流干擾的響應(yīng)時(shí)間縮短至50毫秒以下。

- 通過納米級(jí)位置反饋控制，實(shí)現(xiàn)芯片制程的3納米精度。