自然辩证法在控制工程中的应用(共6页)

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1、精选优质文档-倾情为你奉上自然辩证法在控制工程中的应用摘 要 控制工程学科的主要研究对象是工程领域内的控制系统，通过使用数学、计算机、电子通讯等技术，对系统进行建模、分析、控制、设计和实现的一门学科。自然辩证法是关于自然界和科技发展的一般规律以及人类认识自然和改造自然的一般方法的科学，其目的就是为了更加合理地处理人与自然之间的矛盾。人和控制系统均是自然的一部分，所以控制工程的产生和发展时刻都与自然辩证法有着密切的联系。本文将就自然辩证法主要观点以及其在控制工程中的应用作简要的研究。关键词 自然辩证法、控制工程、应用控制工程学科研究的主要对象是工程系统，以数学和计算机技术为主要研究工具，研究各种

2、控制策略及控制理论和方法。本学科的重要基础和核心内容是控制理论，是本学科的背景动力和发展目标。控制工程所研究的是的行为、受控后的运动状态以及达到预期动静态性能的一门综合性学科。在理论方面，利用各种先进的来描述系统的动静态特性，主要研究内容是、预测、优化决策及控制。在应用层次上，将理论研究成果与计算机、网络和相结合，形成各种新型的控制器或控制系统。而这一系列的过程都是人们对控制规律进行探索和总结的过程，因此控制科学是时刻与自然辩证法相联系的。1. 控制理论与控制工程概述本学科的主要对象是工程领域内的控制系统，以数学和计算机技术为主要研究工具，研究各种控制策略及控制系统的建模、分析、综合、优化、设

3、计和实现。本学科主要从事控制理论与控制工程领域的研究、设计、开发和系统集成等方面。线性与非线性控制、自适应控制、变结构控制、鲁棒控制、智能控制、模糊控制、神经元控制以及将上述技术与方法加以集成的综合自动化技术等是本专业的主要研究方向。1.1 控制理论的发展现状自动控制是延伸人能体能、智能和提高劳动生产率及质量的关键技术，其研究方法就是自动控制理论，它是自动控制的基础和灵魂，自动化元器件和系统是实现自动控制的工具和载体。总的来说自动控制分成如下几个阶段：20世纪3040年代：经典控制理论的发展初期。这一段时期的主要工作着力在频率法和根轨迹法的基础上，通常被称这一阶段为经典控制理论。其主要研究系统

4、运动的稳定性、时域和频域中的运动特性、控制系统的设计原理和校正方法。20世纪50年代：经历了从经典控制理论到现代控制理论的转变。这一时期的代表性方法为状态空间模型的能控性、能观性、正定等定理。现代控制理论采用线性代数和微分方程为主要研究工具，以状态空间为基础，分析与设计控制系统。与经典控制理论相比，现代控制理论的研究要更广泛。20世纪70年代至今，控制理论正向社会、经济各个领域渗透，在非工程领域得到了广泛应用，在更大的范围内得到了广泛的应用和发展。与此同时，出现了经济控制论、社会控制论和人口控制论等各个方面的研究，进而产生和发展了大系统控制论。1.2 控制理论的前景展望随着控制理论的不断发展，

5、当前在控制理论在以下领域已经有了长足的发展。首先，复杂系统控制理论与应用：采用结构分散化方法研究复杂系统的建模与控制问题，以结构分散化模型为基础，研究新的理论和新的控制方法。其次，理论研究与应用：在对、和等理论进行分析和研究的基础上，重点研究多种智能方法综合应用的集成智能控制算法。再次，计算机控制系统：针对不同的生产过程和控制对象，研究采用DCS、PLC、等控制设备，构成低成本、高性能、多功能的。最后，理论及其应用：通过对及网络环境下先进控制理论与方法的研究，充分利用，实现从决策到控制的全过程优化。然而，为了充分实现在新型领域的控制潜力，就要求必须发展新的控制方法和技术。下列几个方面可以帮助我

6、们更加深刻的理解所面临的挑战。(1) 具有符号和连续动力学系统的控制。下一代的系统将把逻辑运算和连续量结合起来。目前的理论不能有效地处理这样的系统，特别是描述大系统的时候。(2)分布、异步和网络环境中的控制。(3) 高层次的协调与自主。(4) 控制算法的自动综合，且具有集成的验证和确认。未来的工程系统需要能够快速地进行设计、再设计和实现控制的软件。研究人员需要开发功能更强大的设计工具，使得从建模到环路中含有硬件的仿真的整个控制系统设计过程能自动完成，这包括系统软件验证和确认。 (5) 利用不可靠的部件建立可靠的系统。从上述报告发表至今，以上所列的五个问题仍然是当今自动化研究和发展所面临的最主要

7、问题。2. 自然辩证法的内涵自然辩证法主要研究的内容有两大方面：一是，即对自然界辩证法的研究；二是，即对自然科学辩证法的研究。2.1 自然观概述这方面要求去不断地概括和运用自然科学的最新成果，发展和更新人们关于自然界辩证发展的总图景和对自然界的总观点，包括物质观、运动观、时空观、信息观、系统观、规律观以及自然发展史和自然界各种运动形态的划分、联系、交错、转化等；要求去进行对的基本规律和范畴在自然界各种过程中的丰富多样的表现及运用进行深刻探讨 ，使人们对辩证法规律和范畴的理解不断充实和深化，进一步清晰化、准确化和精细化，并增添新的内容。从而，把辩证唯物主义自然观提高到同自然科学的新发展、新思想相

8、适应的现代水平。2.2 自然科学观概述自然辩证法主要从马克思主义认识论、方法论方面研究自然科学认识过程、认识方法和自然科学认识发展的规律。从马克思主义社会历史观进行研究作为社会现象之一的自然科学在社会中发展和发挥作用的规律。自然辩证法不但把科学看作是一种独立的社会现象，探讨其在一定社会中发展和发挥作用的规律，而且也把与科学紧密相关的技术作为一种独立的社会现象来研究。自然辩证法是关于技术论的研究，从总体上探讨技术的性质和特点、技术发展的条件和规律以及技术和其他各种社会现象的关系等。这一研究和自然科学论的研究共同为科学技术政策的制定、科学技术发展的规划、科学技术工作的领导和管理提供理论基础。2.3

9、 自然辩证法与其他学科自然辩证法作为 自然哲学、科学哲学、技术哲学、科学技术与社会研究，不仅具有属性，而且具有的性质。首先，在哲学研究概括的、和这三大领域的知识中，自然辩证法是其中的一大领域。马克思和恩格斯在创立科学的世界观时就认为整个世界的历史可以划分为自然史和人类史， 对这两方面的历史的哲学概括即构成了马克思主义哲学中的两门学科即自然辩证法和。其次，当代自然辩证法除了以自然为研究对象，还以、与社会的关系为研究对象，所要揭示的是人类认识和改造自然中的一般规律以及科学技术发展中的一般规律，而不是自然界中个别的过程，人类认识和改造自然个别领域或者科学技术个别学科的特殊规律。这个一般规律也正是哲学

10、研究区别于科学技术研究的特殊之处。自然辩证法一方面是辩证唯物主义的普遍原理在自然界中的具体表现和科学技术领域的具体应用，另一方面又是对科学技术及其发展的哲学概括。3. 控制理论与控制工程中的自然辩证法自然辩证法是马克思主义哲学的重要组成部分，是关于自然界和科学技术发展的一般规律以及人类认识和改造自然的一般方法的科学。它是马克思主义关于认识自然和改造自然已有成果的概括和总结，是随着科学技术的发展而不断丰富和发展着的开放的理论体系。自然辩证法包括三部分：自然界发展的一般规律，即自然界发展的辩证法；科学技术发展的一般规律，即科学技术发展的辩证法；人类认识自然和改造自然的一般规律，即科学技术研究的辩证

11、法。它和各门具体科学技术一样，都是研究自然界、科学技术及其研究方法的规律性探索，这表明了它具有科学技术特性。自然辩证法是集中研究自然界和科学技术的辩证法，是唯物主义在自然界和科学技术领域中的应用，它的原理和方法主要适用于自然领域和科学技术领域，能够很好地指导我们进行科学研究活动。3.1 控制理论与控制工程具有自然属性控制理论与信息理论、系统理论作为20世纪40年代诞生的新兴学科，同时又是相互联系的学科, 影响了20世纪后半叶的人类社会, 改变了人类的观念和思维方式。虽然这些都是在人类社会科学的高度发达的结晶，但仍是自然的一部分。现在的社会中几乎充满着机械化和信息化，但每一个机械化和信息化的系统

12、都是来自于自然界，它们是客观实在的自然物在经过人的作用之后的物品，虽然它们可以已经不着一丝自然物的痕迹，但在马克思主义哲学中仍然属于自然界，同时它的使用者是人，也属于自然界，即客观存在的物。所以说控制理论与控制工程具有自然属性。3.2 控制理论与控制工程的研究方法源自自然辩证法控制理论的研究与发现是一代又一代的科学家和工程师在客观复杂的整个时代的发展中通过大量实验和观察中总结出来的，在这个过程中自然辩证中的归纳和演绎的运用是显而易见的。归纳和演绎是自然辩证法中科学技术方法论的科学思维方法，实验法是科学抽象中重要的思想模型。控制科学中的一切事物都是现象和本质的统一。控制科学是一门以实验为基础的学

13、科，它需要通过试验获得数据，经验。但这只是科学认识的基础，我们要通过归纳和演绎将它上升到理性认识，即规律、理论，这样就可以反过用理论来指导实践，从而将其应用到生产生活中去。应该知道，工程控制有它自身的运行规律和规则，我们需要从方法论上去探索和认识。工程控制的方法论研究的原则有如下几个方面：首先，协调控制原则。在现代工程控制过程中，其中一个重要的方法论原则就是协调控制。其实，有许多场合，工程控制系统不仅要求自治，而且需要协调，即控制的任务是保持各被控对象的控制过程之间的某种协调关系，这种协调关系主要表现为函数关系、均衡关系、同步关系、关联关系、协同关系等。这就需要从整体上对各被控对象进行协调控制

14、，减少与避免工程控制系统出现较大的波动性和不稳定性。协调控制原理要求，建立工程控制系统的协调联系，保留或加强被控对象中有益的联系，抵消或削弱工程控制系统中有害要素的相互作用，使系统特性适应于协调控制的需要，实现工程控制系统的协调和稳定。其次，系统分析原则。所谓系统分析，即从系统的观点出发，着眼于整体与部分、整体与环境的相互联系和相互作用的关系中综合地、精确地考察控制对象，求得系统的最佳功能的科学方法。应用系统分析方法在处理工程控制问题时，它始终把控制对象作为有机整体来考察，从整体、部分、环境的相互联系、相互制约、相互依存的关系中揭示工程控制系统的整体性质与运行规律。再次，定性分析与定量分析相结

15、合的原则。在工程控制系统中，一方面，需要对控制对象的运行规律、性质、特点、因果关系、逻辑关系、时序关系等进行确定性分析的，以及对一些无法量化的控制因素等采用定性分析；另一方面，凡是反映工程控制系统数量关系、数量特征、数量变化、特性参数、联系强度、作用大小等数值信息的控制因素则进行定量分析，并且将工程控制系统的定性分析与定量分析结合起来全面分析，两者相互配合，相互补充，这是工程控制系统研究的科学方法，也是工程控制系统模型化的发展趋势。一般来说，在工程控制系统的研究、工程控制过程中，定性分析是定量分析的基础，应先进行定性分析，以规范定量分析；再由定量分析检验定性分析，由定性分析判断定量分析，两者相

16、互验证，逐步深化。最后，矛盾分析原则。按照矛盾分析原则，正确处理工程控制系统各对象、各要素、各变量之间主要矛盾与次要矛盾的关系，以及矛盾的主要方面和次要方面等，根据工程控制系统的现状、变化和发展趋势，抓主要矛盾，解决工程控制中的问题。归纳和演绎是自然辩证法中科学技术方法论的科学思维方法，实验法是科学抽象中重要的思想模型。控制科学中的一切事物都是现象和本质的统一。控制科学是一门以实验为基础的学科，它需要通过试验获得数据，经验。但这只是科学认识的基础，我们要通过归纳和演绎将它上升到理性认识，即，规律、理论，这样就可以反过用理论来指导实践，从而将其应用到生产生活中去。综上所述，控制科学的研究方法也是

17、自然辩证法的科学技术方法论的应用，是科学抽象和科学思维对科学事实价值性的提升。正因为有了自然辩证法，控制科学才能够从中借鉴并加以运用，形成自己的研究体系，也因此才能使控制科学成为一门合格的学问、一门真正的学科。3.3 控制科研中的自然辩证法控制科学是一门以理论分析和实验相结合的学科，控制系统是否能够达到期望的目标，这就需要我们做实验去验证。这个实验过程也称为科研过程，在科研的过程中，很重要的一步就是选题。因为，科研选题是科学研究的起始步骤，它关系到科研的方向，目标和内容，直接影响到科研的途径和方法，课题选择是否恰当决定了科研工作进度的快慢以及科研成果的水平，价值和发展前途，科研选题是决定科研工

18、作成败的关键和首要环节。所以我们必须遵循以下几个基本原则。首先，所选课题必须着眼于社会实践和科学本身发展的需要。其次，所选课题应具有创新性，应是前人和他人未解决或未完全解决并预期能出成果的科技问题。再次，所选课题一定要有科学事实和科学理论为依据。最后，选题时必须考虑完成课题的主客观条件，根据实际具备或经过努力可以具备的条件来选择科研课题。此外，在接下来的试验过程中、整理数据和分析数据以及得出结论的过程中都需要遵循科学，实事求是的原则，把经验上升为理论，用于以后的实践中。4. 总结与展望关于自然界和科学技术发展的一般规律以及人类认识自然和改造自然的一般方法的科学自然辩证法，在控制工程中得到了广泛的应用，这一点是毋庸质疑的。从控制的自然属性到自然辩证法的科学方法论与控制科学的研究方法的联系，再到自然辩证法在控制科研中的应用，每个方面都折射出自然辩证法的影子。所以说，控制科学的发展离不开自然辩证法。一部控制科学的发展进步史，就是自然辩证法在其中的应用史。专心-专注-专业