诺伯特&amp#183;维纳的控制论

《诺伯特&amp#183;维纳的控制论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《诺伯特&amp#183;维纳的控制论（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、诺伯特维纳的控制论标签: 控制论顶4 分享到 发表评论(0)诺伯特维纳的控制论概述自从1948年诺伯特维纳发表了著名的控制论一一关于在动物和机器中控制和通讯 的科学一书以来，控制论的思想和方法已经渗透到了几乎有的自然科学和社会科学领域。 维纳把控制论看作是一门研究机器、生命社会中控制和通讯的一般规律的科学，更具体他说， 是研究动态系统在变化的环境条件下如何保持平衡状态或稳定状态的科学。他特意创造 “Cybe rn etics”这个英语新词来命名这门科学。“控制论”一同最初来源希腊文“mberuhhtz”，原意为“操舵术”，就是掌舵的方法和技术的意思。在柏拉图(古希腊哲学 家)的著作中，经常用它

2、来表示管理人的艺术。1834 年，著名的法国物理学家安培写了一篇论述科学哲理的文章，他进行科学分类时， 把管理国家的科学称为“控制论”，他把希腊文译成法语“Cybe rn etigue”。在这个意义下，“控 制论”一词被编入19 世纪许多著词典中。维纳发明“控制论”这个词正是受了安培等人的启 发。在控制论中， “控制”的定义是：为了“改善”某个或某些受控对象的功能或发展，需要获得并使用信息，以这种信息为基础而选出的、加于该对象上的作用，就叫作控制。由此可见， 控制的基础是信息，一切信息传递都是为了控制，而任何控制又都有赖于信息反馈来实现。 信息反馈是控制论的一个极其重要的概念。通俗他说，信息反

3、馈就是指由控制系统把信息输 送出去，又把其作用结果返送回来，并对信息的再输出发生影响，起到控制的作用，以达到 预定的目的。控制论的发展过程控制论的发展过程大致分为三个阶段：20世纪50年代末期以前为第一阶段，称为经典控制论阶段；50年代末期至70年代初期为第二阶段，称为现代控制论阶段70年代初期至现在为第三阶段，称为大系统理论阶段。经典控制论主要研究单输入和单输出的线性控制系统的一般规律，它建立了系统、信息、 调节、控制、反馈、稳定性等控制论的基本概念和分析方法， 现代控制理论的发展奠定了 基础。它研究的重点是反馈控制，核心装置是自动调节器，主要应用于单机自动化。现代控 制论的研究对象是多输入

4、和多输出系统的非线性控制系统，其中重点研究的是最优控制、随 机控制和自适应控制，主要应用于机组自动化和生物系统。而大系统理论的主要研究对象是 众多因素复杂的控制系统（如宏观经济系统、资源分配系统、生态和环境系统、能源系统等）， 研究的重点是大系统的多级递阶控制、分解-协调原理、分散最优控制和大系统模型降阶理 论等。控制论的三个基本部分1. 信息论。主要是关于各种通路（包括机器、生物机体）中信息的加工传递和贮存的统 计理论。2，自动控制系统的理论。主要是反馈论，包括从功能的观点对机器和物体中（神经系 统、内分泌及其他系统）的调节和控制的一般规律的研究。3.自动快速电子计算机的理论。即与人类思维过

5、程相似的自动组织逻过程的理论。控制论的具体内容在实际应用中，有关控制论的具体内容主要有：1.最优控制理论。这是现代控制论的核心。在现代社会发展、科学技术日益进步的情况下，各种控制系统 的复杂化与大型化已越来越明显。不仅系统技术、工具和手段更加科学化、现代化，而且各 类控制系统的应用技术要求也越来越高。这就促使控制论进人多输入和多输出系统控制的现 代化阶段，由此而产生了最优控制理论。这一理论是通过数学方法，科学、有效地解决大系 统的设计和控制问题，强调采用动态的控制方式和方法，以满足各种多输入和多输出系统的 控制要求，实现系统最优化。最优控制理论主要是在工程控制系统、社会控制系统等领域得 到广泛

6、的应用和发展。2. 自适应、自学习和自组织系统理论。自适应控制系统是一种前馈控制的系统，所谓前馈控制，是指环境条件还没有影响到控 制对象之前，就进行预测而去控制的一种方式。自适应控制系统能按照外界条件的变化，自 动调整其自身的结构或行为参数，以保持系统原有的功能，如自寻最优点的极值控制系统、 条件反馈性的简单波动白适应系统等。随着信息科学和现代计算技术的发展，自适应系统理 论得到进一步完善和深化，并逐步形成一种专门的工程控制理论。自学习系统就是系统具有 能够按照自己运行过程中的经验来改进控制算法的能力，它是自适应系统的一个延伸和发 展。自学习系统理论也是用于工程控制的理论，它有“定式”和“非定

7、式”两个方面，前者是根 据已有的答案对机器工作状态作出判断，由此来改进机器的控制，使之不断趋近于理想的算 法，后者是通过各种试探、统计决策和模式识别等工作，来对机器进行控制，使之趋近于理 想的算法。自组织系统就是能根据环境变化和运行经验来改变自身结构和行为参数的系统。 自组织系统理论的主要目标是通过仿真、模拟人的神经网络或感觉器官的功能，探索实现人 工智能的途径。对自组织系统理论的研究在20世纪60年代就已经成为控制论的重要领域。 从控制论观点讲，系统不仅能被组织，而且又是能够自组织的。对自组织系统的新模型的探 索和研究，将给组织系统的控制，人工组织系统、组织与有机体系统的控制，带来很大的影

8、响和变革。3模糊理论。这是在模糊数学的基础上形成的一种新型的数理理论。它主要是用来解决一些不确定型 的问题。模糊数学包括模糊代数、模糊群体、模糊拓扑等。我们知道，在现实社会中，存在 着大量不够明确的信息和含糊的概念，人们只能根据经验对事物进行估计、推理和判断。因 此，在一个复杂系统中，往往就有一些不确定型的问题需要处理。对此，仅用一般的数学模 型和计算机是难以完成的，这就必须根据模糊数学来求得解决问题的结论。4大系统理论。这是现代控制论最近发展的一个新的重要领域。它以规模庞大、结构复杂、目标多样、 功能综合、因素繁多的各种工程或非工程的大系统自动化问题作为研究对象，其研究和应用 涉及到工程技术

9、、社会经济、生物生态等许多领域，如城市交通系统、社会系统、生态环境 保护系统、消费分配系统、大规模信息自动检索系统等。尤其在生产管理系统方面，如在生 产过程综合自动化管理控制系统、区域电网自动调节系统、综合自动化钢铁联合企业系统等 方面应用性更强。大系统理论所要研究的问题，主要是大系统的最优化。控制论系统的的主要特征第一个特征，是要有一个预定的稳定状态或平衡状态。例如在上述的速度控制系统中 速度的给定值就是预定的稳定状态。第二个特征，是从外部环境到系统内部有一种信息的传递。例如，在速度控制系统中 转速的变化引起的离心力的变化，就是一种从外部传递到统内部的信息。第三个特征，是这种系统具有一种专门

10、设计用来校正行动的装置。例如速度控制系统中 通过调速器旋转杆张开的角度控制蒸汽机的进汽阀门升降装置。第四个特征，是这种系统为了在不断变化的环境中维持自身的稳定，内部都具有一种自 动调节的机制，换言之，控制系统都是一种动态系统。控制论在管理上的应用从控制系统的主要特征出发来考察管理系统，可以得出这样的论：管理系统是一种典型 的控制系统。管理系统中的控制过程在本质上与工程的、生物的系统是一样的，都是通过信 息反馈来揭示成效与标准之间的差，并采取纠正措施，使系统稳定在预定的目标状态上的。 因此，从理论说，适合于工程的、生物的控制论的理论与方法，也适合于分析和说明管控制 问题。维纳在阐述他创立控制论的

11、目的时说：“控制论的目的在于创造一种言和技术，使我们 有效地研究一般的控制和通讯问题，同时也寻找一套恰的思想和技术，以便通讯和控制问题 的各种特殊表现都能借助一定的概念以分类。”的确，控制论为其他领域的科学研究提供了 一套思想和技术，致在维纳的控制论一书发表后的几十年中，各种冠以控制论名称的边 学科如雨后春笋般生长出来。例如工程控制论、生物控制论、神经控制论、经济控制论以及 社会控制论等。而管理更是控制论应用的一个重要领域。至可以这样认为，人们对控制论原 理最早的认识和最初的运用是在管理面。从这个意义上说，控制论之于管理恰似青出于蓝 用控制论的概念和法分析管理控制过程，更便于揭示和描述其内在机

12、理。控制工作与控制的比较一）管理控制的概念。在管理工作中，作为管理职能之一的控制工是指：为了确保组织的目标以及为此而拟定 的计划能够得以实现，各级主人员根据事先确定的标准或因发展的需要而重新拟定的标准 对下级的工进行衡量、测量和评价，并在出现偏差时进行纠正，以防止偏差继续发展今后再 度发生；或者，根据组织内外环境的变化和组织的发展需要，在计的执行过程中，对原计划 进行修订或制订新的计划，并调整整个管理工作程。因此，控制工作是每个主管人员的职能。 主管人员常常忽视了这一点似乎控制工作是上层主管部门和中层主管部门的事。实际上，无 论哪一层的主管人员，不仅要对自己的工作负责，而已都还必须对整个计划的

13、实施目标的实 现负责，因为他们本人的工作是计划的一部分，他们下级的工作是计划的一部分。因此各级 的主管人员，包括基层主管人员都必须承担实控制上作这一重要职能的责任。二）管理控制与“控制”的相似处。管理活动中的控制工作，是一完整的复杂过程，也可以说是管理活动这一大系统中的子 系统，其实质和制论中的“控制”一样，也是信息反馈。从图203 所示的管理控制工作的 反馈过程可见，管理活动中的控制工作与控制论中的“控制”在概念上相似之处：（1）二者的基本活动过程是相同的。无论是控制工作还是“控制”都包括三个基本步骤： 1）确立标准；2）衡量成效；3）纠正偏差。为了实控制，均需在事先确立控制标准，然后 将输

14、出的结果与标准进行比较；若现有偏差，则采取必要的纠正措施，使偏差保持在容许的 范围内。（2）管控制系统实质上也是一个信息反馈系统，通过信息反馈，揭示管理活动中不足 之处，促进系统进行不断的调节和改革，以逐渐趋于稳定、完善，直达到优化的状态。同其 他系统中的控制一样，在现代化管理中有许多情况要正反馈。两个组织之间的竞赛或竞争就 是一例，你追我赶，相互促进。是大量的还是为了缩小和消灭与既定目标的差距的负反馈，（3）管理控制统和控制论中的控制系统一样，也是一个有组织的系统。它根据系统内、的变化而进行相应的调整，不断克服系统的不肯定性，而使系统保持在某稳定状态。管理控制与“控制”的区别1.控制论中的“

15、控制”，实质是一个简单的信息反馈，它的纠正措施往是即刻就可付诸实 施的。而且，若在自动控制系统中，一旦给定程序，么衡量成效和纠正偏差就往往都是自动 进行的，而管理工作中的控制活动远比上述的更为复杂和实际。主管人员当然是要衡量实际 的成效情况，并它与标准相比较以及明确地分析出现的偏差和原因。但是，为了随之作出要 的纠正，主管人员必须为此而花费一定的人力、物力和财力去拟订计划并实施这一计划，才 有可能纠正偏差以达到预期的成效。2.简单反馈中的“信息”，是一个一般意义上的词汇，即简单的“信息包括能量的机械传 递、电子脉冲、神经冲动、化学反应、文字或口头的消息以及能够借以传递“消息”的任何其 他手段。

16、对于一个简单反馈的控制系来说，它所反馈的信息往往是比较单纯的。而对于管理 控制工作中的“信息来说，它是根据管理过程和管理技术而组织起来的在生产经营活动中产 的，并且经过了分析整理后的信息流或信息集，它们所包含的信息种类繁多数量巨大。这种 管理信息（包括管理控制工作中的信息）和管理系统结合一起，就形成了一个系统管理 信息系统。这种系统，由于既要反映产的生产过程，以便使信息系统能起到控制产品生产过 程和产品的价值形成程的作用；又要适应管理决策的需要，使信息系统能起到为各级管理服 务作用，使信息的流动符合管理决策的需要，使信息系统成为进行科学管理严格执行计划的 有力工具。因此，我们就要求它具有如下功能：1）处理信息及时、准确；2）控制计划和经营管理，使之处于最佳状态；（3）便于进行方案比较和择优；（4）有助于进行预测工作。管理是否有效，其关键在于管理信息系统