反馈控制是指将系统的输出信息返送到输入端，与输入信息进行比较，并利用二者的偏差进行控制的过程。

实时控制利用数字电子计算机对事物连续变化过程的状态及时收集，并按预先规定的程式选择最佳方案，实现对事物变化过程的自动控制。

实时控制的範围很广，可以利用它精确控制飞弹、卫星、火箭的发射过程和飞行过程;实现生产过程自动化或装备数控工具机;实现对各种生产过程的最优控制和铁路运输的调度和编组。随着科学技术的进步，实时控制的套用领域更加广泛，控制精度也将不断提高。

实时反馈控制是指利用数字电子计算机对事物连续变化过程的状态及时收集，并且将其作为系统的输入信息，然后将系统的输出信息返送到输入端，与输入信息进行比较，并利用二者的偏差进行控制的过程。

近年来，随着计算机、通信等科学技术的快速发展与套用，网路化、嵌入式计算在控制系统工程中的重要性日益显着。迄今为止，网路化嵌入式设备在套用数量上己经远远超过了各种通用计算机，其套用领域遍及航空航天、仪器仪表、过程控制、通讯、军事装备以及消费电子等。在实时系统中，任务的正确性不仅依赖于结果在逻辑与数值上的正确性，而且还与结果的产生时间紧密相关。显然，控制系统组成了一类极为重要的实时系统。由于实际套用中几乎所有的控制系统都是採用数位技术并基于一定的计算、通信平台来实现的，因此实时性对于控制系统的设计与实现起着至关重要的作用。

以实时系统的观点，系统的实时性在很大程度上取决于资源的可获取性，即系统能否在特定的时间内成功获得足够的资源来完成任务的执行。在现代实时控制系统(Real-Time Control Systems, RTCS)中，典型的资源包括控制器处理能力 (CPU速率)、能量和通信网路频宽等。与通用系统如桌面计算机不同的是，RTCS中绝大部分的网路化嵌入式平台都是资源受限的。其原因往往是多方面的。从技术角度看，由于实际套用需求等原因，嵌入式设备往往受到体积、重量等物理因素的限制，因而不可避免地导致了系统在CPU速率方面的局限性。为了提供确定性的实时通信，控制网路通常只能提供远小于乙太网( Ethernet)等非实时网路的数据传输速率。而对于越来越多的採用电池供电的嵌入式设备来说，能量则成了一个自然的约束，特别是在电池技术的发展还远远没有跟上能耗增长脚步的今天。从经济方面考虑，为了儘可能降低开发成本，在大多数情况下实际系统并不会选用速率最高的CPU或频宽最大的通信网路，因为这些往往意味着过高的经济代价。基于这个原因，儘管目前计算机、通信技术发展迅速，也提供了一些能力更强的硬体设备，但实际系统中大量套用的计算、通信平台往往只为满足具体套用需求而配置，因而CPU处理能力、网路频宽以及能量等都是有限的。

儘管存在资源约束，但实际RTCS套用的複杂度却是越来越高。在许多场合，用户功能需求的不断增多、市场竞争的日益激烈等均是造成系统日益複杂化的驱动因素。于是，对于嵌入式环境下的大部分控制任务来说，以往专用的处理器将不复存在，不同任务不得不竞争同一处理器的使用。从某种意义上讲，多个任务对处理器的共享加剧了对电池能量的消耗，使得对系统能耗的管理变得更加重要。同样，随着系统的日益複杂化，传统点对点的通信方式也被网路化的通信体系所替代，多个节点必须在同一网路上传输数据。显然，多个套用对系统资源的共享使得这些原本就相对有限的资源变得更加紧缺，从而可能影响到控制系统的实时性能。不幸的是，这个问题随着一些COTS (Commercial Off The-Shelf)组件在RTCS中的不断套用而变得更加严峻。出于成本、平均性能等方面的考虑，一些非实时的作业系统如Linux, Windows CE, TinyOS等和非实时的通信网路如Ethernet, WLAN ( Wireless Local Area Network)等被不断地引入现代的实时控制套用中。由于这些组件不提供确定性的实时性服务，因此可能危害RTCS最终的控制性能。

与以往不同，如今的RTCS往往工作于以负载可变为新特徵的动态环境中。为了应对市场需求，实际套用系统的敏捷度、可重构性、可扩展性等不断提高。这些特性使得在运行过程中对控制系统进行动态重组成为可能，从而方便了系统升级与维护，满足了系统柔性化的需求。然而，对系统进行线上重组的一个直接结果就是系统负载也会随之发生改变。比如，系统中原有的某些套用模组可能会被移除，而新的套用模组则可能被加入，或者仅仅由于对原有系统功能模组的升级而改变了某些套用对共享资源的需求量。此时，无论系统更新是否涉及控制套用模组，系统负载均会发生变化，从而影响到控制任务对共享资源的可获取性。在资源受限的背景下，这种负载可变的动态环境无疑使得资源获取的不确定性成为了制约实时控制性能的瓶颈所在，为RTCS的设计与实现提出了巨大的挑战。

以控制的观点，可用资源的不确定性将不可避免地导致控制迴路的时态不确定性，具体表现为时变延迟和丢包(数据丢失)等，从而降低系统控制质量( Quality of Control, QoC ) ，甚至造成系统不稳定。

实时控制系统的规模无论大小，都包括如图所示的基本组成部分:
1.输入/输出模组，提供输入/输出通道。输入通道通过感测器与被控设备接口取得设备的状态信息，如温度、压力、流量、磁场强度等以及各种开/关状态。输出通道通过动作器与被控设备接口向设备传送控制指令或设定各种控制量。
2.以微处理器为核心的处理器。

一般来说，系统各单元的工作模式既可以是时间驱动，也可以是事件驱动的。时钟驱动是指网路节点在一个事先确定的时间到达时开始它的动作，事先确定的时间到为网路节点动作的依据，本文所说的时钟驱动中的时钟是指节点的採样时刻。事件驱动是指网路节点在一个特定的事件发生时便开始它的动作，本文所说的事件驱动中的事件是指网路节点通过数据网路从另外一个网路节点接收到数据。事件驱动相比于时钟驱动具有以下优点:当控制器和执行器为事件驱动时，从源节点(这里指感测器或控制器)传送的数据一到达目标节点(这里指控制器或执行器)便马上动作，避免了控制器或执行器为时钟驱动时的数据等待被採样的时间，客观上减少了网路诱导时延;当控制器或执行器为事件驱动时，避免了控制器或执行器为时钟驱动时的与感测器时钟同步的困难;也避免了控制器或执行器为时钟驱动时容易持续的无效採样和数据丢失，提高了反馈数据的利用率。

反馈控制是指将系统的输出信息返送到输入端，与输入信息进行比较，并利用二者的偏差进行控制的过程。反馈控制其实是用过去的情况来指导现在和将来。在控制系统中，如果返回的信息的作用是抵消输入信息，称为负反馈，负反馈可以使系统趋于稳定；若其作用是增强输入信息，则称为正反馈，正反馈可以使信号得到加强。

在自动控制理论中，“反馈控制”是信号沿前向通道（或称前向通路）和反馈通道进行闭路传递，从而形成一个闭合迴路的控制方法。反馈信号分“正反馈”和“负反馈”两种。为了和给定信号比较，必须把反馈信号转换成与给定信号具有相同量刚和相同量级的信号。控制器根据反馈信号和给定信号相比较后得到的偏差信号，经运算后输出控制作用去消除偏差，使被控量（系统的输出）等于给定值。闭环控制系统都是负反馈控制系统。

反馈控制具有许多优点。首先它为管理者提供了关于计画执行的效果的真实信息。此外，反馈控制可以增强员工的积极性。

反馈控制的主要缺点是时滞问题，即从发现偏差到採取更正措施之间可能有时间延迟现象，在进行更正的时候，实际情况可能已经有了很大的变化，而且往往是损失已经造成了。

系统本身的工作效果，反过来又作为信息指导该系统的工作，叫做反馈调节。

对于一个实时的控制系统来说，可以根据控制方式和作用的效果分成以下几种：

(1)开环控制系统
开环控制指一个控制系统作用于控制对象后，输出不再影响系统。开环控制的控制结果不再对原系统的输入产生作用。

开环控制一般使用静态的模型，以离散状态来描述描述连续的物理变化，非常不精确。交通信号控制中的TRANSYT系统和SCATS系统都是典型的开环控制系统。他们试图用简单的静态数学模型来描述交通流的变化，而没有意识到城市交通流的变化是一个複杂的不可预知的随机过程，使用开环控制的方法不能够适应交通流的随机变化，控制效果自然会受到影响。

(2)被动回响式控制
回响式控制指动态获得控制对象目前的状态，然后做出反应，进行控制，改变控制对象的状态，如此循环。回响式控制每次获得对象当前状态后再进行控制，具有滞后性，不能够及时处理交通流的随机变化。交通信号控制中的SCOOT系统採用的就是回响式控制，通过检测器数据对当前交通流状况进行最佳化，然后以小增量的方式作用于交通流。如图所示，这种被动控制的方式使信号控制始终落后于交通流的变化，会造成控制效果的下降。

(3)主动自适应控制
主动自适应控制方法通过闭环反馈的方法，使控制对象儘可能接近真实的情况。闭环反馈方法将系统的输出值与期望值进行对比，通过差值修正系统参数，从而修正输入，增加了系统的準确性和鲁棒性。交通信号控制中的RHODES系统就採用了这一方法，使用检测器获得当前的真实数据，通过预测模型预测未来的状态进行控制，对控制结果当时的真实情况进行对比，不断修正预测模型来是预测值逼近真实情况，儘可能提高控制效果。

自适应交通信号控制系统的一般逻辑结构如图所示，包括数据採集模组、预测模组、最佳化模组、信号控制模组。这几个模组完成了对实时交通流数据的採集、预测，信号最佳化和控制的整个流程。

非线性系统的闭环反馈控制在实际工程套用中有着重要作用，例如，可套用于混沌Genesio系统的控制与同步，永磁式步进电机的控制，绳系卫星系统的释放与回收控制等等。与开环控制相比，闭环控制採用当前时刻的真实状态求解当前时刻的控制输入，可以有效地减小外部干扰对控制效果的影响。通过闭环反馈控制，可以使非线性系统更有效地达到稳定状态。对于某些具有内在不稳定性的强非线性系统，例如绳系卫星系统的释放与回收控制问题，闭环反馈控制相比开环控制有着不可替代的优势。

滚动时域控制(Receding Horizon Control, RHC)作为一种有效的模型预测控制方法能够起到闭环反馈控制的效果，且滚动时域控制能够为线性与非线性系统的反馈控制提供一种相对简单的方法，将其套用于线性时不变系统、线性时变系统以及非线性系统时，最终都能得到一个稳定的闭环系统。基于对偶变数变分原理与生成函式提出了一种求解线性系统滚动时域控制问题的保辛解法，此方法满足最优控制解的最优性一阶必要条件，这种保辛算法最终将线性滚动时域控制问题转化成一组稀疏对称非负定的线性方程组进行求解，避免了对Riccati微分方程的大量数值积分运算，从而提高了线性系统滚动时域控制问题的数值求解效率。

从数学结构上讲，非线性最优控制系统可以採用Hamilton正则方程描述，而Hamilton系统的相流应当保持其本身固有的辛几何结构。在求解过程中保持了原有系统的辛几何结构，因此是一种保辛算法。将保辛方法从线性系统的闭环反馈控制推广到非线性系统的闭环反馈控制。目前相对简单且直接的一种求解非线性系统闭环反馈控制问题的方法是在每一个时间递进步内，进行线上求解非线性最优控制问题并更新状态和控制输入，而大量线上直接求解非线性最优控制问题又导致较大的计算量和计算时间，不适应实时计算的要求。藉助于拟线性化方法，可将非线性最优控制系统转化为线性非齐次Hamilton系统两端边值问题的叠代求解;而在每一个叠代步内，根据对偶变数变分原理与生成函式，将其转化为係数非负定线性方程组的求解。

图是FIB-CVD实时反馈控制的系统示意图。通过使用测量精度达0.01 pA的超精密电流计测器(美国Keithley公司制，型号6514)实时监测试样台的电流。实时(周期约为344 ms)获取电流计测器上的电流数据，以此判断悬臂结构的实时侧向生长角度。如果生长角度偏离水平方向时，相应地增加或减少FIB的剂量直至侧向生长角度回到水平方向。根据所要製备的悬臂式纳米线结构和纳米块结构，分别使用常见的两种FIB扫描方式，即模拟式扫描和离散式扫描。分别通过控制FIB扫描速度和单点照射时间来实时控制FIB的剂量。