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控 制 論（一） 控制論的基本理論是維納于1948年在他的名著《控制論：或關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器中控 制和通信的科學(xué)》一書中奠定的。 這部控制論的奠基性著作和仙農(nóng)的信息論在開創(chuàng)性著作《通信的數(shù)學(xué)理論》在同一 年問世，這不是偶然的。事實(shí)上，他們兩人在各自創(chuàng)立信息論和控制論的前后，都在幾 乎同樣的領(lǐng)域內(nèi)工作： 維納活躍在自動(dòng)控制、通信、計(jì)算機(jī)和生物學(xué)領(lǐng)域， 仙農(nóng)則在自動(dòng)機(jī)、博奕、布爾邏輯、計(jì)算機(jī)、學(xué)習(xí)機(jī)和通信等方面發(fā)表了許多出色 的論文。 控制的基礎(chǔ)在信息，沒有信息，控制就會(huì)是盲目的，就不能夠達(dá)到控制的目的；而 控制正是要從有關(guān)的信息中尋找正確的方向和策略。信息不但是控制的基礎(chǔ)，同時(shí)又是 控制的出發(fā)點(diǎn)、前提和控制的歸宿--改變控制對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方式，使之適合于控制者 設(shè)定的目的。 正因?yàn)槿绱?，控制論的主要奠基人之一維納（N. Wiener）才把控制論定義為"機(jī)器 與動(dòng)物中的通信與控制問題"，并且指出："這類問題的關(guān)鍵并不是圍繞著電工技術(shù)，而 是圍繞著更為基本的信息概念"；"工程中的控制理論，不論是關(guān)于人、動(dòng)物還是機(jī)器， 都不過是信息理論中的一部分罷了"。 控制論（Cybernetics） (二) 控制論是研究各類系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制規(guī)律的科學(xué)。它是自動(dòng)控制、通訊技術(shù)、計(jì)算 機(jī)科學(xué)、數(shù)理邏輯、神經(jīng)生理學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、行為科學(xué)等多種科學(xué)技術(shù)相互滲透形成的 一門橫斷性學(xué)科。它研究生物體和機(jī)器以及各種不同基質(zhì)系統(tǒng)的通訊和控制的過程，探 討它們共同具有的信息交換、反饋調(diào)節(jié)、自組織、自適應(yīng)的原理和改善系統(tǒng)行為、使系 統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的機(jī)制，從而形成了一大套適用于各門科學(xué)的概念、模型、原理和方法?？?BR>制論創(chuàng)始人維納在他的《控制論》一書的副標(biāo)題上標(biāo)明，控制論是“關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器 中控制和通訊的科學(xué)”。 控制論一詞Cybernetics，來自希臘語(yǔ)，愿意為掌舵術(shù)，包含 了調(diào)節(jié)、操縱、管理、指揮、監(jiān)督等多方面的涵義，維納以它作為自己創(chuàng)立的一門新學(xué) 科的名稱，正是取它能夠避免過分偏于哪一方面，“不能符合這個(gè)領(lǐng)域的未來發(fā)展”和 “紀(jì)念關(guān)于反饋機(jī)構(gòu)的第一篇重要論文”的意思。 控制論是多門科學(xué)綜合的產(chǎn)物也是許 多科學(xué)家共同合作的結(jié)晶。但是，控制論的誕生和發(fā)展是與美國(guó)數(shù)學(xué)諾伯特.維納的名字 聯(lián)系在一起的。 維納少年時(shí)是一位天才的神童，他11歲上大學(xué)，學(xué)數(shù)學(xué)，但喜愛物理、 無線電、生物和哲學(xué)，14歲考進(jìn)哈佛大學(xué)研究生院學(xué)動(dòng)物學(xué)，后又去學(xué)哲學(xué)，18歲時(shí)獲 得了哈佛大學(xué)的數(shù)理邏輯博士學(xué)位。1913年剛剛畢業(yè)的維納又去歐洲向羅素和希爾伯特 這些數(shù)學(xué)大師們學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。正是多種學(xué)科在他頭腦里的匯合，才結(jié)出了控制論這顆綜合 之果。維納在1919年研究勒貝格積分時(shí)，就從統(tǒng)計(jì)物理方面萌發(fā)了控制論思想。第二次 世界大戰(zhàn)期間，他參加了美國(guó)研制防空火力自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作，提出了負(fù)反饋概念， 應(yīng)用了功能模擬法，對(duì)控制論的誕生起了決定性的作用。1943年維納與別格羅和羅森勃 呂特合寫了《行為、目的和目的論》的論文，從反饋角度研究了目的性行為，找出了神 經(jīng)系統(tǒng)和自動(dòng)機(jī)之間的一致性。這是第一篇關(guān)于控制論的論文。這時(shí)，神經(jīng)生理學(xué)家匹 茨和數(shù)理邏輯學(xué)家合作應(yīng)用反饋機(jī)制制造了一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。第一代電子計(jì)算機(jī)的設(shè) 計(jì)者艾肯和馮.諾依曼認(rèn)為這些思想對(duì)電子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)十分重要，就建議維納召開一次關(guān) 于信息、反饋問題的討論會(huì)。1943年底在紐約召開了這樣的會(huì)議，參加者中有生物學(xué)家 、數(shù)學(xué)家、社會(huì)學(xué)家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家，他們從各自角度對(duì)信息反饋問題發(fā)表意見。以后又連 接舉行這樣的討論會(huì)，對(duì)控制論的產(chǎn)生起了推動(dòng)作用。1948年維納的《控制論》出版， 宣告了這門科學(xué)的誕生?？刂普摰难芯勘砻鳎瑹o論自動(dòng)機(jī)器，還是神經(jīng)系統(tǒng)、生命系統(tǒng) ，以至經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)，撇開各自的質(zhì)態(tài)特點(diǎn)，都可以看作是一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)。 在這類系統(tǒng)中有專門的調(diào)節(jié)裝置來控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，維持自身的穩(wěn)定和系統(tǒng)的目的功能 ?？刂茩C(jī)構(gòu)發(fā)出指令，作為控制信息傳遞到系統(tǒng)的各個(gè)部分（即控制對(duì)象）中去，由它 們按指令執(zhí)行之后再把執(zhí)行的情況作為反饋信息輸送回來，并作為決定下一步調(diào)整控制 的依據(jù)。 這樣我們就看到，整個(gè)控制過程就是一個(gè)信息流通的過程，控制就是通過信息 的傳輸、變換、加工、處理來實(shí)現(xiàn)的。反饋對(duì)系統(tǒng)的控制和穩(wěn)定起著決定性的作用，無 論是生物體保持自身的動(dòng)態(tài)平穩(wěn)（如溫度、血壓的穩(wěn)定），或是機(jī)器自動(dòng)保持自身功能 的穩(wěn)定，都是通過反饋機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。反饋是控制論的核心問題?？刂普摼褪茄芯咳绾卫?BR>用控制器，通過信息的變換和反饋?zhàn)饔?，使系統(tǒng)能自動(dòng)按照人們預(yù)定的程序運(yùn)行，最終 達(dá)到最優(yōu)目標(biāo)的學(xué)問。控制論是具有方法論意義的科學(xué)理論。控制論的理論、觀點(diǎn)，可 以成為研究各門科學(xué)問題的科學(xué)方法，這就是撇開各門科學(xué)的質(zhì)的特點(diǎn)，把它們看作是 一個(gè)控制系統(tǒng)，分析它的信息流程、反機(jī)制和控制原理，往往能夠?qū)ふ业绞瓜到y(tǒng)達(dá)到最 佳狀態(tài)的方法。這種方法稱為控制方法。控制論的主要方法還有信息方法、反饋方法、 功能模擬方法和黑箱方法等。信息方法是把研究對(duì)象看作是一個(gè)信息系統(tǒng)，通過分析系 統(tǒng)的信息流程來把握事物規(guī)律的方法。反饋方法則是動(dòng)用反饋控制原理去分析和處理問 題的研究方法。所謂反饋控制就是由控制器發(fā)出的控制信息的再輸出發(fā)生影響，以實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)預(yù)定目標(biāo)的過程，正反饋能放大控制作用，實(shí)現(xiàn)自組織控制。但也使偏差愈益加大 ，導(dǎo)致振蕩。負(fù)反饋能糾正偏差，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制，但它減弱控制作用、損耗能量。功能 模擬法，就是用功能模型來模仿客體原型的功能和行為的方法。所謂功能模型就是只以 功能行為是相似為基礎(chǔ)而建立的模型。如獵手瞄準(zhǔn)獵物的過程與自動(dòng)火炮系統(tǒng)的功能行 為是相似的，但二者的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和物理過程是截然不同的，這就是一種功能模擬。功能 模擬法為仿生學(xué)、人工智能、價(jià)值工程提供了科學(xué)方法。黑箱方法也是控制論的主要方 法。黑箱就是指那些不能打開箱蓋，又不能從外部觀察內(nèi)部狀態(tài)的系統(tǒng)。黑箱方法就是 通過考察系統(tǒng)的輸入與輸出關(guān)系認(rèn)識(shí)系統(tǒng)功能的研究方法。它是探索復(fù)雜大系統(tǒng)的重要 工具。 控制論誕生后，得到了廣泛地應(yīng)用與迅猛地發(fā)展，大致經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展時(shí)期。第 一個(gè)時(shí)期為本世紀(jì)50年代，是經(jīng)典控制論時(shí)期。這個(gè)時(shí)期的代表著作有我國(guó)著名科學(xué)家 錢學(xué)森1945年在美國(guó)發(fā)表的《工程控制論》。第二個(gè)時(shí)期是60年代的現(xiàn)代控制論時(shí)期。 導(dǎo)彈系統(tǒng)、人造衛(wèi)星，生物系統(tǒng)研究的發(fā)展，使控制論的重點(diǎn)從單變量控制到多變量控 制，從自動(dòng)調(diào)節(jié)向最優(yōu)控制，由線性系統(tǒng)向非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。美國(guó)卡爾曼提出的狀態(tài)空 間方法以及其它學(xué)者提出的極大值原理和動(dòng)態(tài)規(guī)劃等方法，形成了系統(tǒng)測(cè)辨、最優(yōu)控制 、自組織、自適應(yīng)系統(tǒng)等現(xiàn)代控制理論。第三時(shí)期是70年代后的大系統(tǒng)理論時(shí)期?？刂?BR>論由工程控制論、生物控制論向經(jīng)濟(jì)控制論、社會(huì)控制論發(fā)展。1975年國(guó)際控制論和系 統(tǒng)論第三屆會(huì)議，討論的主題就是經(jīng)濟(jì)控制論的問題。1978年的第四屆會(huì)議，主題又轉(zhuǎn) 向了社會(huì)控制論。電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用和人工智能研究的開展，使控制系統(tǒng)顯現(xiàn)出規(guī) 模龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因素眾多，功能綜合的特點(diǎn)，從而控制論也向大系統(tǒng)理論發(fā)展。在 1976年國(guó)際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì)的學(xué)術(shù)會(huì)上，專題討論了“大系統(tǒng)理論及應(yīng)用”問題。控制 論也形成了工程控制論、生物科。其中生物控制論又分化出神經(jīng)控制論、醫(yī)學(xué)控制論、 人工智能研究和仿生學(xué)研究。社會(huì)控制論則把控制論應(yīng)用于社會(huì)的生產(chǎn)管理、效能運(yùn)輸 、電力網(wǎng)絡(luò)、能源工程、環(huán)境保護(hù)、城市建議，以至社會(huì)決策等方面。維納在1950年出 版的《人有人的用處 控制論和社會(huì)》一書中著重論述了通信、法律、社會(huì)政策等等與控 制論的聯(lián)系。阿希貝1958年發(fā)表的《控制論在生物學(xué)和社會(huì)中的應(yīng)用》一文，認(rèn)為運(yùn)用 非線性系統(tǒng)的控制理論，可以研究社會(huì)系統(tǒng)。 控制論具有十分重要的理論意義和實(shí)踐意 義，它體現(xiàn)了現(xiàn)代科學(xué)整體化發(fā)展趨勢(shì)，為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)提供了新的思路和科學(xué)方法。 我國(guó)際60年代初就開始翻譯介紹控制論的著作，但是，只是近年來才開始對(duì)它進(jìn)行廣泛 而深入的研究。在經(jīng)濟(jì)、人口、能源、生產(chǎn)管理等方面，開始運(yùn)用控制論建立數(shù)學(xué)模型 。如投入產(chǎn)出模型、人口模型等，在運(yùn)用中都取得了良好的效果?？刂普撨@門新興學(xué)科 ，在我國(guó)具有十分闊的發(fā)展前景。 |
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