15、控制理论对系统保障的启示

控制理论对系统保障的启示

1. 保障概述

大多数物理过程和许多计算过程（尤其是复杂过程）不会立即对控制输入的变化做出响应，而且多数系统也无法通过单一步骤实现精确校正。因此，反馈系统（无论是简单反馈回路还是复杂的自适应性软件系统，简称SAS）的设计必须考虑受控过程对控制输入变化的响应方式。系统特性响应构成了系统属性的基础，而保障则对应着这些属性能够得到保证的程度。

理想情况下，仅通过反馈回路就能确保受控软件应用具备理想属性和最佳行为。例如，对于计算定积分的Web服务，期望控制器能满足以下几点：
1. 快速纠正错误；
2. 精确达到参考水平且误差最小；
3. 以最小资源消耗运行；
4. 达到参考水平后实现稳定。

然而，为SAS系统获取这样的控制器并非易事，这也是主要挑战所在。而且，在尝试同时实现所有控制目标时，往往会出现冲突，因此需要在这些目标和相应保障之间进行权衡。

接下来将探讨不同的控制策略，以及如何利用它们来确保系统属性和理想行为。同时，还会分析开环模型的属性、有助于设计能提供理想属性保障的控制器的条件，以及由此产生的闭环模型属性。

2. 经典控制策略

控制策略的决策对SAS系统的设计至关重要。经典控制理论适用于相对简单、可进行数学分析的场景，而SAS系统通常过于复杂，难以全面刻画，这使得控制策略的设计和验证变得更为重要。

为了说明这些控制策略的应用，以简化版的WolframAlpha Web服务为例，该服务仅计算初等函数的积分，采用精确方法实现，虽在很多情况下是多项式时间复杂度，但最坏情况为指数级。

2.1 开关控制