协同优化：8.8过程与控制设计

在过去，常见的例子是一个控制子系统被附加在另一个已经存在的被控过程上，以提高系统的动态特性。控制器唯一的选项是“选择”，可以利用最好的过程输入与输出。如果已经存在的被控过程不能接受特定的控制输入，或者是相关变量不可测量的，就无法设计控制器。当过程与控制器同时进行设计时，上述的许多限制都是可以避免的。

近来，出现了一种新的设计理念：控制系统与被控过程的协同设计。控制系统与被控过程之间存在着重要相互影响因素。对于被控过程的一点小变化能够使得控制更加容易，因此可能得到更好的系统性能。实际上，任何被控过程设计时的改变都能影响被控过程的动态性能，并影响控制方案的实现。

在控制操作中，保守的被控过程设计成为获得更好性能的障碍。例如，设计为高速状态下易操控的飞行器可能在低速下是不稳定的，是不能驾驶的。在飞行器的设计阶段，就会被认定为一个不合适的设计。但是如果同时进行了控制方案的设计，完全可以设计一个反馈控制器，以使得飞行员可以在高速和低速的情况下驾驶。因为反馈控制器可以改善低速下的不稳定性，进而提高了整体性能。类似的协同设计在7.7节中也有简略的提到。在机械系统设计中，操作性能与稳定性是一对矛盾的概念。如果在这两方面都想有很强的性能，需要协同的设计方法。(www.xing528.com)

在使用热化学反应器时，最好的输出是反应器工作在开环不稳定的平衡点。恰当的控制系统（配有一个精心设计的安全网络，能够应对子系统中出现的问题）能够实现这一可能。

让我们用以下的两个经典的过程控制案例总结关于过程控制的讨论。