工程师聚光灯：Brian Douglas控制系统的教育讲座在YouTube时代beplay网页版本

与其他教育一样，工程教育beplay网页版本也越来越多地转向在线教育。在本期《工程师聚焦》节目中，AAC的Hana Othman采访了控制系统工程师Brian Douglas，讨论了控制工程、YouTube教育以及自动驾驶汽车和宇宙飞船的区别。beplay网页版本

Brian Douglas是一个针对特派团的控制器。他在线提供免费，可访问的工程教育材料。beplay网页版本他的YouTube系列，控制系统讲座，旨在通过参与和创造性的视频讲座教育工程师对控制系统理论。

那么为什么电气工程师会对控制工程感兴趣呢?在他的介绍视频中为什么学习控制理论，道格拉斯指的是“……控制理论是把所有其他工程领域缝合在一起的粘合剂。通过理解控制的基本原理，它为你理解和解决许多不同的工程问题打开了一扇门——不仅仅是作为一个控制工程师，而是作为任何工程师。”

AAC的Hana Othman就控制工程与电气工程的不同之处以及现代在线教育如何与传统教育方法相结合进行了采访。beplay网页版本

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所有关于电路：要开始，您是否可以快速定义控制工程所需的，特别是与硬件设计有关？

Brian Douglas：在描述控制工程时，我通常很啰嗦，所以让我试一下。控制工程的一个简单描述就是通过决定和调整系统的输入信号，让系统按照你想要的方式运行。

一个简单的方法是用框图的形式来思考这个问题。如果你了解你的系统——这通常意味着有一个系统的数学模型——并且你知道你想要的输出是什么，那么你就可以使用控制理论来找出是什么输入产生了那个输出。这才是问题的关键我如何以一种特殊的方式向系统中添加能量和质量使系统按我的意愿运行?

控制系统的表示。图片由Brian Douglas提供。

有时您可以使用简单的开环设计，您只需选择一组通过系统播放的预定输入信号，无论系统如何对其做出反应。这种类型的控制器通常保留用于具有明确定义的输入到输出行为的简单进程。

通常情况下，你会设置一个控制器，根据系统的行为来调整系统的输入。也就是说，您的控制器检查系统的输出，将其与您实际想要的进行比较，并相应地调整输入。这是一个闭环，或反馈控制设计，它是不可或缺的控制工具。

但控制工程不仅仅是设计一个控制器并调整它以获得你想要的性能。在项目的过程中，实际上设计控制器可能只是控制工程师日常工作中相对较小的一部分。根据项目的大小和阶段，我们的职责和与之接触的团队有很大的不同——例如构建模型并验证它们，测试硬件，管理系统的变更，以及编写和审查需求。

AAC：控制设计如何适应系统，电气，机械和工艺工程的马赛克？

BD.：我认为控制工程与系统工程的关系最为密切，因为控制系统通常包括硬件、软件、机械接口和操作。对系统的任何更改，即使是看起来很小的更改，都有可能影响您的设计，并要求您评估其影响。因此，你通常必须成为系统任何改变的过程的一部分，无论是在董事会层面的阻力改变，还是你将如何在系统层面操作产品。

作为比较，工程领域的“马赛克”，根据机电一体化。图片由团队Chowbraka。

AAC：虽然电子行业的恒定状态持续挑战，但我们的一些电气工程师读者笑话至少是管理电力行为的规则不会改变。您对控制工程如何随着组件和系统的发展而改变的？

BD：随着尺寸、重量和电力需求的不断减少，有更多的组件可以用于更小、更便宜的项目。这不仅帮助了diy家，而且它也允许专业产品有更多的分布式控制系统。

在教育beplay网页版本领域，我们喜欢用巡航控制系统作为反馈控制器在汽车上的首选例子，但因为无处不在的真正好的，负担得起的部件，现代汽车有几十个反馈控制器:车道辅助，主动空气/燃料混合，雨敏感挡风玻璃刮水器等。

系统中额外的反馈循环意味着整个项目的复杂性变得更加复杂。但这没关系，因为设计软件也在通过抽象这些复杂性而进化，使控制理论更容易理解，并允许一个工程师完成比以往任何时候都多的工作。总是存在这样的危险:软件做了所有繁重的工作，设计师不能真正理解他们的设计(“软件说它是正确的!”)，但话虽如此，控制理论的基础——经典和现代——已经很好地建立起来了。如果你对基础有很好的理解，那么我认为访问更多的组件和更好的软件只会对你有帮助。

AAC.:何行业趋势会影响控制工程师吗?

BD：我认为一些工程领域的行业趋势，即边界控制理论(如计算机科学、机器学习和优化)对实践控制工程师的影响最大。我的背景是航天器控制，举个例子，我总是渴望看到无人驾驶汽车的研究应用到航天器上。毕竟，它们都是自动驾驶的飞行器，所以为什么不利用同步定位和测绘(SLAM)的发展来实现小行星交会任务呢?

道格拉斯在宇宙飞船控制方面的背景在控制系统讲座的视频中展示设计控制系统。

由于种种原因，太空系统并没有很快地采用新技术，但是一个主要我们慢的原因是因为与合格的新技术相关的巨大成本，经常建造什么只是几个航天器。因此，当您平衡最先进的成本，实用性和风险时，简单的解决方案很难被击败。PID控制器如此普遍的原因。

AAC:换个话题，我们来谈谈工程教育。beplay网页版本作为一名工程师，是什么吸引了你开发教育视频的想法，并影响你建立了YouTube频道的控制系统讲座?beplay网页版本

BD：当我离开大学并进入工作世界时，我很难应用我学会了实际应用的理论。我发现我能够通过数学工作，但我本身并没有对这个问题有很好的理解或直觉。当工作中的问题没有完全以我在大学习惯的形式中没有说明时，这让我留下了一个洞。

我通过多年的经验和与两位优秀导师的合作获得了这种直觉，我想与他人分享一些这种观点。YouTube似乎是一个接触很多人的途径，我被视频中的可视化所吸引。

道格拉斯在黑色背景和照片上写作和绘图来演示工程概念。图像从“一个真正的控制系统-如何开始设计“

AAC:你为成千上万的观众提供关于特定控制概念的信息视频，其中很多是学生。你认为你的教学方式与传统的课堂教学有什么不同?

BD：我不认为我的视频提供从传统的课堂教学中无法接收的任何东西。但是，我认为视频是提供一些内容的更有效方式。我的推荐如何适合平衡教育饮食如下：beplay网页版本

视频是快速介绍一个话题的好方法。它们可以快速地将多个概念联系在一起，并产生学习该主题的兴奋感。然而，光有视频是不够的。在教室里，学生们可以体验到群体动力，并同情其他可能和他们一样在奋斗的学生。在那里，教授可以指导他们的学习，回答问题，挑战他们的知识。

看视频和听老师讲课也是不够的;学生们需要通过实践来磨练他们的技能。这是在两个地方完成的:一个是实验室，在那里他们可以使用硬件，并体验使用实际系统时出现的实际问题;另一个是在家里，他们可以完成家庭作业和阅读课本专注,安静的沉思。

我想在这种互补意义上使用视频，而不是在线移动所有教育的武装武装方法，是从每种教学风格中获得最多的好处的好方法。beplay网页版本

AAC:您作为工程专业的学生和专业人员的经历，很明显地决定了您选择在您的频道中涵盖的主题。你是否特别涉及了你认为你的听众可能会难以应付的话题?

BD：绝对的!我所涉及的许多主题都是花了很长时间才最终打动我的。为了学习，我阅读、听、看各种不同的解释，然后形成我自己的理解。通常情况下，我从单一的优秀资源(如书籍、教授、YouTube视频)中获得这种理解——但如果一个存在不能让我满意，那么我就创建它。但是人们喜欢的学习方式是非常主观的。我的视频并不适合所有人，但它们是人们获取信息的另一个来源。

为了学习，我阅读、听、看许多不同的解释，然后形成我自己的理解。通常情况下，我从一个优秀的来源获得这种理解……但如果一个存在不能让我满意，那么我就创造它。”

AAC:许多观众都表达了他们对大学控制课程没有提供他们可以申请的实际指导的失望真实世界场景。您认为您的视频如何解决此问题？

BD：我不认为控制课程，自己，做一个糟糕的工作（这些课程中呈现了很多好的有用理论）。我认为大学对我的大学经历和一些观众整体缺乏为什么我应该学习这些主题的广泛背景。

我发现，如果我不明白自己最终将如何使用一些知识，那么我就不愿意去尽可能多地学习这些知识。

我已经提到过我认为视频可以起到补充作用课程工作这是另一个这样的地方。视频可以通过描述这些知识如何在实践中使用(或在某些情况下没有使用)的真实例子来提供上下文，并点燃学生对该主题的兴趣，以便他们愿意花时间学习和练习它。教授们显然也能解决这个问题，但他们在课堂上与学生相处的时间有限，所以我认为他们最好专注于解决问题的机制和纠正学生们的任何误解。

AAC:进入像YouTube这样的新媒体领域听起来很有挑战性。你觉得你们的内容与其他教育频道有何不同?beplay网页版本

BD：网上有很多很棒的教育视频频道。beplay网页版本但是，对我来说，“进入”(YouTube)并不难，因为刚开始的时候我心里并没有一个最终目标。我开始制作一些视频，只是为了涵盖我有一个很好的解释的主题，他们从那里起飞。我不是白手起家的。我的风格深受其他渠道的影响;最值得注意的是汗我从学院借了黑色的背景和彩色的图画。

道格拉斯的灵感来自可汗学院。理想电路元件截图可汗学院。

我认为我的视频在哪里与其他渠道不同，我花了很多时间以直观的方式而不是数学地描述问题。我认为重点关注为什么有些东西用文字和图片合作是数学证据的有价值的对应物。

我让其他渠道和教科书真正深入细节，我将停留在所有这些之上，关注大局。但情况并不总是这样——一开始，我确实花了一大笔钱很多花时间做数学题。但我已经做了五年的视频，所以随着我了解什么适合我，什么能引起观众共鸣，我的风格也在不断演变。

AAC：您会推荐视频内容作为整体工程界使用的有益媒介吗？

BD：我认为工程社区已经在使用视频来帮助他们学习和解决问题。不幸的是，YouTube并没有为搜索和分离这类视频建立良好的设置。我希望看到一个以视频形式回答问题的stackexchange风格的问答社区。

AAC：你也书写了书籍。如何在一本书中呈现信息的过程不同于在视频表单中呈现信息？

BD：我的书，我还在写，是因为我的视频。我收到了很多请求，要我在视频中创作的图纸的pdf文件。我认为这是一个好主意，所以我开始编译pdf文件。然而，很明显，这些画本身并没有多大意义。于是我开始在图片之间添加文字，瞧——这是一本书的开始。

我认为我的书的一个独特的特点是，我建立了一个在线系统，读者可以提交bug罚单，他们可以指出错误、缺失的内容或令人困惑的部分。我还在知识共享许可下发布了它，这样就可以在信函和演示中共享或使用它。如果他们是我的支持者，可以下载它Patreon帐户或者，如果他们给我发电子邮件，我就免费给他们发一份。(编辑注意：你可以在他的主页上找到布莱恩的联系方式关于页面)。

对我来说，这本书的主要不同之处在于，我可以更容易地改正书中的错误，而不是在出版后的视频中改正。我在视频中犯了几个错误，这让我很困扰，我无法回头修正它们。对于这本书，这不是问题!

你对这个频道未来的目标是什么?

BD：如果时间允许，我一定会继续为我的频道制作视频。我想我可以很好地解释我仍然想要创造的一些主题。最终，我希望我的频道和我制作的视频风格激励其他学生、教授和在职专业人士也会以类似的方式分享他们的知识。

AAC:在我们结束之前，最后一个问题是:你认为自己是一名教育工作者，一名实践工程师，还是两者都是?

BD：尽管我喜欢成为YouTube教育家，但我仍然是一名工程师。我喜欢解决问题并与团队合作来设计和建立东西。因此，除了制作视频和写作之外，我还是咨询工程公司。它让我的思绪新鲜，学习新事物。希望，我会把我今天学到的东西进入一个我明天可以与世界分享的视频。

谢谢你的时间和见解，布莱恩!你可以查看完整的图书馆的控制系统讲座视频在这里。