28、线性控制理论入门：从基础概念到实际应用

线性控制理论入门：从基础概念到实际应用

在当今科技飞速发展的时代，控制理论在各个领域都发挥着至关重要的作用。无论是汽车的巡航控制、飞机的自动驾驶，还是工业自动化生产，控制理论都无处不在。本文将深入探讨线性控制理论的核心概念，特别是闭环反馈控制，并通过实际例子展示其强大的应用能力。

控制理论概述

控制理论是一门研究如何操纵动态系统行为以实现特定工程目标的学科。它与数据科学紧密相连，因为控制过程依赖于从系统中获取的传感器测量数据（即数据）来达成目标。实际上，控制理论处理的是动态变化的数据，因为成功的控制应用会改变系统的动态特性，从而改变测量数据的特征。

控制理论在现代技术和工业领域有着广泛的应用，例如汽车的巡航控制、建筑设备的位置控制、飞机的电传自动驾驶仪、工业自动化、互联网的数据包路由、商业暖通空调系统、火箭的稳定控制以及现代意式浓缩咖啡机的 PID 温度和压力控制等。未来，控制理论将更多地应用于高维、强非线性和多尺度问题，如湍流、神经科学、金融、流行病学、自主机器人和自动驾驶汽车等领域。

控制类型

操纵动态系统行为的方法有很多种，主要可分为以下几类：
- 被动控制 ：不需要输入能量，具有简单、可靠和低成本的优点。例如，交通路口的停车标志可以调节交通流量。
- 主动控制 ：需要输入能量，根据是否使用传感器来通知控制器，可进一步分为两类：
- 开环控制 ：依赖预先编程的控制序列。例如，交通信号灯可以预先编程，以在不同时间段动态调节交通流量。
- 基于传感器的主动控制 </