不变原理

可减小和消除扰动对控制系统的不利影响的系统设计原理

概念

不变原理(invariance principle)是一种可减小和消除扰动对控制系统的不利影响的系统设计原理。不变原理适用于扰动可直接量测的情况，其基本思想是利用基于扰动的控制作用来抵消扰动对系统输出的影响，因此，双通道原理构成了不变原理系统的一个基本结构原则，即要求扰动作用点和被控变量量测点之间至少存在两个信号传递通道。这种按双通道原理建立的控制系统，形式上属于同时包含按偏差的闭环控制和按扰动的开环控制的复合控制系统。不变原理建立了系统输出完全不受扰动影响和稳态时不受扰动影响的条件，为设计和构成高精度和高性能的自动控制系统提供了理论依据。

扰动

也称干扰。系统中除有用信号以外，影响被控量使之偏离预期目标函数值的各种有害信号，也称之为噪声或假信号。形成干扰的三要素是：(1)干扰源；(2)接收设备；(3)接收设备到干扰源的耦合通道。干扰源发出的扰动信号，通过各种耦合通道传输到接收设备，造成对系统及其输出量的影响。扰动通常有以下分类方法：(1)按扰动来自系统的内部或外部分为外扰动和内扰动，外部干扰与系统结构无关，仅由系统外部环境因素决定；内部干扰则是由系统元件参数波动，传感器量测噪声及被控对象工艺过程引入的。(2)按扰动是否具有可测性，分为可量测(可预计)扰动和不可量测(不可预计)扰动；(3)按扰动是否具有确定性函数结构，分为确定性扰动和随机性扰动，噪声是确知其统计性质的随机性扰动。干扰是一种不希望其存在的交互影响现象，但它无处不在，无时不有。各种干扰会影响甚至破坏系统工作的稳定性和可靠性，因此必须针对不同的干扰源，采用不同的措施和方法来削弱进入系统的各种扰动、噪声的强度，有效地抑制和消除干扰。

闭环控制

闭环控是指控制论的一个基本概念。指作为被控的输出以一定方式返回到作为控制的输入端，并对输入端施加控制影响的一种控制关系。在控制论中，闭环通常指输出端通过“旁链”方式回馈到输入，所谓闭环控制。输出端回馈到输入端并参与对输出端再控制，这才是闭环控制的目的，这种目的是通过反馈来实现的。

闭环控制是根据控制对象输出反馈来进行校正的控制方式，它是在测量出实际与计划发生偏差时，按定额或标准来进行纠正的。闭环控制，从输出量变化取出控制信号作为比较量反馈给输入端控制输入量，一般这个取出量和输入量相位相反，所以叫负反馈控制，自动控制通常是闭环控制。比如家用空调温度的控制。

正反馈与负反馈是闭环控制常见的两种基本形式。其中负反馈与正反馈从达到目的的角度讲具有相同的意义。从反馈实现具体方式来看，正反馈与负反馈属于代数或者算术意义上的“加减”反馈方式，即输出量回馈至输入端后，和输入量进行加减的统一性整合后，作为新控制输出，去进一步控制输出量。实际上，输出量对输入量回馈远不止这些方式。这表现为：运算上，不仅仅是加减运算，还包括了更广域的数学运算；回馈方式上，输出量对输入量回馈，也不一定采取和输入量进行综合运算形成统一的控制输出，输出量能通过控制链直接施控于输入量等等。

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