现代兵器知识变色蜥蜴的启示

Posted 2022-01-07

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　　“变色龙”，也叫“变色蜥蜴”，它能够自动适应周围环境的变化，随时把皮肤颜色变成与它所附着的物体相同的颜色(俗称保护色)。变色龙这种难能可贵的变色本领具有极好的伪装效果，通常不会为凶猛野兽识别，从而达到保护自己免受其天敌袭击或吞食的目的。

　　我们人体本身也同样具有适应外界环境变化的巨大能力。如人的体温，无论酷暑严寒，总能保持在一个相对恒定的水平上。

　　人们从生物体具有自动适应外界环境变化的能力这种自然现象中受到了很大的启发。如果人们设计的自动控制系统也能够在外界条件发生变化时，仍然保持最优运行，岂不是美事一桩吗?正是在这种思想支配下，人们提出了自适应控制(AdaptiveControl)的概念。

　　前面我们已经介绍了，反馈控制的基本思想是利用系统输入(受控量)与希望值之间的偏差来控制系统的行为，使误差趋近于零。但实际上，由于多数受控制对象的特性很难准确掌握，内部参数也随环境而变化(如电阻会随温度变化)，外界条件会随时波动(如电压波动)，而且这些变化通常是无法预测的，所以，人们在对原系统进行控制的过程中，该系统的特性实际上已经发生了不同程度的变化。事先确定的最优控制在内部参数和外部环境变化后，可能已不再是最优方案了，因此只有设计一种随内部参数和外部环境变化而自动调整系统特性的控制方式，才能保证控制系统始终处于或接近最优运行状态，这种系统就是自适应控制系统，具有自适应能力的控制器叫做自适应控制器。

　　自适应控制的设想，最先是由考德威尔(W.1.Caldwell)于1950年提出来的。1958年美国麻省理工学院的怀特克(H.P.Whitaker)教授首先应用自适应控制方法设计了飞机自适应自动驾驶仪。

　　自适应控制系统的两个基本功能是：①能够自动检测和分析受控对象的特性以及系统所处环境的变化；②能够根据从环境和系统内部检测到的信息得出决策，适当改变系统的结构或参数以及控制策略，以保护系统在任何情况下都能稳定和最优运行。要实现这两种功能，显然必须进行大量的复杂计算和推断，所以自适应控制系统离不开现代社会的“天之骄子”——电子计算机的帮助。可以说，没有电子计算机的参与，要实现系统的自适应控制是不可能的，正如“巧妇难为无米之炊”。

　　如前所述，飞行器的控制是较早应用自适应控制技术的。大家知道，飞行器飞行的高度和速度会随着高空中云层、气流等环境的改变而发生剧烈变化，飞行器的动力学参数也会产生较大波动，依靠常规的反馈控制往往难以获得令人满意的控制精度。现在，采用带电脑的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范例。

　　海上航行，环境复杂，气候多变，随时会出现一些意想不到的情况，如海浪、海潮、台风等。采用船舶自适应驾驶仪后，则可以克服风、流、浪、水域深度、船舶装载重量及其他不可预见的因素对船舶操纵性能的影响，确保船舶在各种环境条件下能量消耗最小，并安全准确地航行。目前，瑞典、日本和英美等国已生产出许多性能良好的产品投放市场。由于采用这种自适应驾驶仪后，航速可提高1%，估计每条远洋轮船可节省燃油3%，因此具有明显的经济效益和社会效益。

　　在医院，当有重病患者需急诊抢救时，往往要对患者进行长时间的输液治疗，这对医护人员是一个很重的负担。日夜值班守护，一时疏忽就可能酿成重大事故。但如果采用自适应监护系统，就可以日夜不间断地监测病人的脉搏和心电图，及时获得病情信息，并根据病人病情变化自动调整输液量。这样不但减轻医护人员的工作负担，还可明显提高治疗效果。

　　此外，自适应控制技术还广泛应用于工业、农业、石油勘探与开发、资源分配、宏观经济调控等各个部门。

　　自适应控制系统的进一步发展，将走向所谓“自学习”、“自组织”和“智能控制”系统。这些系统除具备一般自适应功能外，还能够自动记忆本系统过去的经验和教训，回忆过去曾经发生的情况，并基于这些信息改进系统的自适应功能。或许在不远的将来，通过读者朋友们的辛勤劳动和创造，在自动控制领域内将产生更加惊人的突破。

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