本科的控制工程到底学什么?

2023-10-27

一、控制学什么?

对于控制领域来讲,我所研究的对象主要有两个:信号和系统。信号是信息的表现形式,目前所接触的信号主要就是电信号,即电压或电流等;而系统则是将一种信号处理成另一种信号的实体。在自动控制原理这门课中学到了各种的系统,也就是由一些电容,电感,微分积分等元件组成的电系统。当输入电信号流入系统,经过系统处理,会得到一个或多个输出,也就是响应信号。而我所研学习的就是:建立一个合适的系统系统;输入一个或多个信号;以及分析输入信号并进一步改进系统。

基于此,进行了分散式的专业课学习:学习了数电、模电,知道了基本元器件、放大电路以及如何建立一个电路构成系统;学了自控控制原理和现代控制原理,知道了怎么去用数学工具分别在时域、频域、复频域来分析、设计系统以及分析输出响应以及它的特性。而对于离散信号的处理以及应用,学了数字信号处理等等。

二、从古典控制工程到现代控制再到人工智能

古典控制:对于一个单输入单输出系统,根据研究对象建立模型,即描述系统输入、输出之间关系的表达式。在相应的时域,频域,复频域进行分析,得到系统的特性,进一步处理分析,实现系统的控制,让系统运行更加稳定,快速,准确。

现代控制:对多输入多输出以及非线性的系统,引入状态和状态空间的概念,通过建立状态空间方程来,采用矩阵运算等手段,对系统的输入、输出、状态的性能进行分析。主要应用与最优控制。

人工智能控制:以世界上最高级最复杂的控制器人类大脑为研究对象,赋予机器相关的能力来模拟人类的大脑进行控制。主要通过计算机软件和大规模集成电路来实现。通过人工神经网络建立模型来使机器具有人类的思维模式。

三、需要了解基本软件知识

不仅如此,虽然可以使用经典的方法建立系统并分析响应,但现在是计算机时代,我们所学的技术更要与时俱进,于是又学了微机原理、单片机,了解了计算机的内部结构及汇编指令,对其内部存储和指令执行的方式有了大致的了解;学了最底层的汇编后,我接着学习掌握高级编程语言,如C语言,PYTHON等,计算机软件领域学科众多,为了更好的进行实际应用,还学了数据库,数据结构,以及相应的一些算法。

经典的控制理论虽然很重要,但其实社会目前所研究的都是更为复杂化和智能化的一种方向,对于信号、系统的建立也不仅满足于物理方面的研究了。现在兴起的人工智能,通过人工神经网络,深度学习等技术进行建模,可以赋予计算机学习的能力,来实现图像语音识别、智能化控制系统等等。为了实现这样的一个目标,我们需要以大数据,高级编程语言,乃至数学和算法等等作用为一个基础进行系统的建模,经过反复的修改、验证,最终得到我们需要的“响应”。

因此我认为本科所学的知识是一个最基础,最基本的知识,其中的一些思想和工具沿用至今,比如拉普拉斯,傅里叶等等伟大的理论是可以经受得起时间的检验的。包括本科学的一些基础课,高等数学的微分积分,线性代数,概率论等,学好这些基础学科作为最基本的科研工具对今后的方方面面都有帮助。

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