变色蜥蜴的启示

“变色龙”，也称为“变色龙蜥蜴”，能够自动适应周围环境的变化，并将皮肤颜色改变为与它所附着的物体相同的颜色(通常称为保护色)。变色龙是一种罕见的变色能力，具有出色的伪装效果，通常不会被凶猛的野兽认出，从而达到保护自己免受天敌攻击或吞食的目的。

我们的人体本身也有很强的适应外部环境变化的能力。例如，一个人的体温总是可以保持在一个相对恒定的水平，不管它有多热或多冷。

人们受到自然现象的极大鼓舞，即有机体有能力自动适应外部环境的变化。如果人们设计的自动控制系统即使在外部条件发生变化时仍能保持最佳运行状态，那岂不是一件好事？正是在这种思想下，人们提出了适应性控制的概念。

正如我们已经介绍过的，反馈控制的基本思想是通过利用系统输入(控制量)和期望值之间的偏差使误差接近零来控制系统的行为。然而，实际上，由于大多数被控对象的特性很难准确掌握，内部参数也随着环境而变化(如电阻随温度变化)，外部条件随时波动(如电压波动)，这些变化通常是不可预测的，因此，在控制原系统的过程中，系统的特性实际上发生了不同程度的变化。在内部参数和外部环境发生变化后，预先确定的最优控制可能不再是最优方案。因此，只有设计一种能随着内部参数和外部环境的变化自动调节系统特性的控制模式，控制系统才能始终处于或接近最佳运行状态。该系统是一个自适应控制系统，具有自适应能力的控制器称为自适应控制器。

自适应控制的思想最早是由考德威尔在1950年提出的。1958年，麻省理工学院的惠特克教授首次利用自适应控制方法设计了飞机的自适应自动驾驶仪。

自适应控制系统的两个基本功能是:(1)能自动检测和分析被控对象的特性和系统所处环境的变化；(2)可以根据从环境和系统内部检测到的信息做出决策，并且可以适当地改变系统的结构或参数以及控制策略，以在任何情况下保护系统的稳定和最佳运行。要实现这两个功能，显然必须进行大量复杂的计算和推理，因此自适应控制系统离不开电子计算机的帮助，电子计算机是现代社会的“宠儿”。可以说，没有电子计算机的参与，就不可能实现系统的自适应控制，正如“巧妇难为无米之炊”。

如前所述，飞机控制是自适应控制技术的早期应用。众所周知，飞机的飞行高度和速度会随着高空云层和气流的变化而发生剧烈的变化，飞机的动态参数也会发生很大的波动。依靠传统的反馈控制往往难以获得令人满意的控制精度。目前，计算机自适应控制系统可以实现良好的飞行。此外，大型船舶的自动驾驶仪是自适应控制技术成功应用的典型例子。

海上航行，环境复杂，气候多变，一些意想不到的情况随时会发生，如海浪、潮汐、台风等。采用船舶自适应引航员，可以克服风、流、浪、水深、船舶载重等不可预知因素对船舶操纵性能的影响，从而保证船舶在各种环境条件下能耗最小，航行安全准确。目前，瑞典、日本、英国和美国等国家已经生产了许多产品，在市场上表现良好。由于速度可提高1%，估计每艘远洋船舶使用这种自适应引航员可节省3%的燃油，具有明显的经济效益和社会效益。

在医院，当患有严重疾病的患者需要紧急治疗时，他们通常需要长期输液治疗，这对医务人员来说是一个沉重的负担。日夜值班，疏忽可能导致重大事故。然而，如果采用自适应监测系统，患者的脉搏和心电图可以昼夜连续监测，病情信息可以及时获得，输液量可以根据患者病情的变化自动调节。这不仅可以减轻医务人员的工作量，还可以显著提高治疗效果。

此外，自适应控制技术也广泛应用于工业、农业、石油勘探开发、资源配置、宏观经济调控等部门。

自适应控制系统的进一步发展将走向所谓的“自学习”、“自组织”和“智能控制”系统。这些系统不仅具有一般的自适应功能，而且能够自动记住系统过去的经验和教训，回忆过去的情况，并根据信息改进系统的自适应功能。也许在不久的将来，通过读者和朋友们的辛勤工作和创造，自动控制领域将会取得更惊人的突破。