14、控制理论对自适应软件的启示

控制理论对自适应软件的启示

在当今复杂多变的软件系统环境中，控制理论为自适应软件的设计和实现提供了强大的支持。本文将深入探讨控制理论在自适应软件中的应用，包括反馈环与MAPE - K环的对应关系、自适应和分层控制、开环与闭环模型以及反馈控制行为等方面。

1. 反馈环与MAPE - K环的对应关系

在自适应软件系统中，规划和执行阶段类似于控制器的功能。控制器会生成适应计划，并通过执行器利用控制输入u（即适应命令）对被管理系统（过程）进行调整。而传感器则可扮演变换器的角色。

研究人员积极探索将控制理论应用于自适应应用工程，特别是在指导MAPE类型系统的设计方面。为了进一步推动这一领域的发展，需要明确控制理论中的反馈环模型与自适应软件系统中的MAPE - K环模型之间的对应关系，这一问题适用于广泛的自适应软件系统，而非仅局限于低级控制系统。

2. 自适应和分层控制

对于随时间变化或面临多种外部干扰的系统，设计一个能应对所有变化的控制器几乎是不可能的。因此，需要设计一组控制器或参数化控制器，当当前控制器效率降低时，对其进行更换或重新调整，这就是自适应控制。

自适应控制需要额外的逻辑来监控控制器在给定条件下的效率，并在满足某些条件时对其进行重新调整以适应新情况。例如，普通家用恒温器仅根据温度进行开关控制，而“自适应恒温器”则会考虑湿度、门窗开关等更多环境变量，通过调整参数来改变控制策略。

分层控制可用于复杂系统和复杂控制器。机器人领域早在80年代初就开始应用分层控制，软件工程领域也引入了自主系统和自主计算参考架构（ACRA）。基于ACRA的自适应软件系统被定义为一组分层结构的控制器，系统管理员可以通过策略控