效率、效益、效能
撰文：冯少辉
经典控制理论，着重解决单输入单输出控制问题，主要方法是时域法、频域法、根轨迹法。现代控制理论，着重解决多输入多输出的控制问题，Bellman的动态规划、Pontryagin的极大值原理和Kalman滤波被认为是现代控制理论的三个代表性工作。先进控制理论包括自适应控制、鲁棒控制、模糊控制、神经网络、人工智能等。
PID是迄今为止应用最广泛的一种控制方法，目前95%以上的过程控制回路和90%以上航空航天控制回路还都是基于PID控制。2017年国际自动控制联合会（IFAC）的工业委员会对工业技术现状进行了调查，在十几种控制方法中，PID以百分之百好评（零差评）的绝对优势居于榜首。PID算法基本上是由工业界推动和发展起来的。Elmer Sperry（1860-1930）敏锐地注意到人进行控制调整时不是简单地采用开关控制，而是综合运用了预测、当被控量接近目标值时撤出控制、以及当存在持续的偏差时进行小量的慢慢调节等方法，于1911年设计出了采用较为复杂控制律—PID控制结合自动增益调整—的船的自动驾驶仪，被认为是最早发明的PID控制器。1922年，Nicholas Minorsky（1885-1970）从理论上清晰地分析了船的自动驾驶问题，推导出了我们现在称为的三项控制器—PID控制器形式。
PID控制器的结构非常简单，就是系统偏差的“比例-积分-微分”三项线性反馈结构之和。实际系统几乎都是非线性的，而且不确定性普遍存在于实际系统的建模与运行之中，那么简单的线性结构的PID控制为什么能在实际中广泛应用于非线性不确定系统，它的理论基础是什么？再就是虽然PID只有三个参数，但至今PID调参方法已有几百种，都是经验公式，而工程界依然认为实际中的大部分PID控制回路并没有整定在好的工作状态，那么如何整定才能实现满意的效果？这些可以说是控制理论中最基本的问题，一百多年来一直没能从理论上给以很好回答。
控制理论不是频域分析就是状态空间。可是现场的工程师还是使用理论上不怎么严格的PID。而且在1980年前后工业界进一步推出了被实践广泛证明、被工业界逐步接受的模型预测控制。这种算法在理论界看来也是不严密。在现代控制理论中，以Kalman为代表的一代大师建立了严密的现代控制理论体系拓展了传统意义下控制研究的范畴，但对解决传统意义上的控制问题没有大的推动，依然是以PID为主的经典控制技术占主导，而现代控制理论里那些试图解决传统意义上控制问题的尝试似乎都不太成功。
自动控制理论的发展有助于给工业界总结提炼现场问题，并形成整体理论。“理论是灰色的生命之树长青”能用自控理论把工业现场的控制问题高效率的解决是我们的目的。
后现代的自控理论必然还会提出很多新的概念，乱花渐欲迷人眼。我们还是要保持定力，努力实现PID整定的“科学化、系统化、规范化、工程化”，提高工程师的效率，降低PID整定难度，提高装置的效率和效率，改善控制资产的效能更有实际意义。
工业界还要勇于面对控制应用中存在的问题，如果这些问题工业实际很迫切同时传统方法又不足以解决有可能会再次迎来系统与控制的黄金时代。
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