基本介紹
- 中文名：能量成型控制
- 外文名：Energy-shaping control
- 也稱：能量整型控制
- 學科：控制理論
定義,控制器,受控體,能量轉換,可逆和不可逆的轉換,能量轉換和宇宙的年齡,控制理論,
定義
能量成型控的其控制策略是以能量保持的方式進行互連，以達到理想的行為。
控制器
在控制論中，控制器（controller）是一依據感測器信號，來調整傳送至致動器的輸出信號，用以改變受控體（plant）狀況的裝置。舉例來說，屋內的空調系統可用溫度控制器，依據溫度計測量的氣溫，以調整冷氣機強度，以達到一個舒適的環境溫度。
受控體
受控體（plant）是控制論中的名詞，是指程式和執行器的結合，一般會用傳遞函式表示（也常用S域來表示），會描述系統在沒有回授的情形下，其輸入信號和輸出信號之間的關係，通常是依系統的物理特性而決定。像執行器是將執行器的輸入信號轉換到實際的位移輸出，即為受控體的一個例子。若是有回授的系統，受控體的傳遞函式不會改變，不過系統中會加入控制單元以及回饋迴路（可能也會用傳遞函式表示）。
能量轉換
不同形式的能量間通常能透過工具的輔助而彼此轉換，例如電池能把化學能轉換成電能；水壩能把重力位能轉換成動能並最終透過發電機轉換成電能。相同的，在氧化反應的例子裡，化學能轉換成動能和熱能(有時包括光能和聲能)。鐘擺也是一例。鐘擺在最高點的動能為零而重力位能為最大值，但是在最低點的動能為最大值而重力位能為最小。假設鐘擺機件間沒有任何摩擦力，則能量之間的轉換是完美的，所以鐘擺將永遠擺盪下去。
可逆和不可逆的轉換
將能量轉換成有用的功是熱力學的重要課題。在大自然界裡，能量的轉換可以分成兩類：可逆的與不可逆的。可逆的熱力學過程不會有能量的損耗。例如，不同位能形式之間的轉換是可逆的，例如前文所提到的鐘擺運動。而當一個過程中有熱產生的時候，一部分的能量將不能完全恢復成可利用的能量，此時便歸類不可逆。
能量轉換和宇宙的年齡
隨著宇宙的演化，越來越多的能量被困在不可逆的狀態里（如熱或其他無序的能量形式），這就是熱寂理論。熱寂理論是猜想宇宙最終命運的一種假說。根據熱力學第二定律，作為一個獨立系統，宇宙的熵會隨著時間的流逝而增加，由有序走向無序，當宇宙的熵達到最大值時，宇宙中的其他有效能量已經全數轉化為熱能，所有物質溫度達到熱平衡。這種狀態稱為熱寂。這樣的宇宙中再也沒有任何可以維持運動或是生命的能量存在。
控制理論
控制理論一般的目的是藉由控制器的動作讓系統穩定，也就是系統維持在設定值，而且不會在設定值附近晃動。
連續系統一般會用微分方程來表示。若微分方程是線性常係數，可以將微分方程取拉普拉斯轉換，將其輸入和輸出之間的關係用傳遞函式表示。若微分方程為非線性，已找到其解，可以將非線性方程在此解附近進行線性化。若所得的線性化微分方程是常係數的，也可以用拉普拉斯轉換得到傳遞函式。
傳遞函式也稱為系統函式或網路函式，是一個數學表示法，用時間或是空間的頻率來表示一個線性常係數系統中，輸入和輸出之間的關係。
