控制論
2006-11-28
來源:安全文化網
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控制論是研究生命體、機器和組織的內部或彼此之間的控制和通信的科學。控制論的建立是應用數學史上令人注目的大事。1948年,諾伯特·維納出版了跨時代著作《控制論》,開辟了嶄新的研究領域。
控制論的核心問題是信息,包括信息提取、信息轉播、信息處理、信息存儲和信息利用等一般問題。控制論的研究對象是一切可控系統。控制論的數學基礎就是用吉布斯統計力學來處理控制系統的數學模型。
就其理論基礎而言,控制論大體經歷了經典控制理論、現代控制理論和非線性控制理論這三個階段。經典控制理論由維納創立,其形成、發展與廣泛應用的時間大致在1948—1957年。經典控制理論以反饋為核心,把具有單一輸入和單一輸出的線性自動調節系統作為主要研究對象,研究的主要內容是自動調節系統的穩定性,所采用的數學模型則以傳遞函數描述,分析、綜合調節系統的主要方法是頻域法(即頻率響應法),所能達到的目的,基本是實現局部自動化。
現代控制理論是于20世紀50年代末至60年代初在大量工程實踐基礎上逐漸形成,它由美籍匈牙利學者卡爾曼奠定,由卡爾曼及前蘇聯數學家邦德里稚金,美國數學家貝爾曼等發展。現代控制論的特點是用狀態空間法或時域法研究控制系統,允許多輸入、多輸出;它按照概率性的最優準則來設計最優狀態估計;即利用卡爾曼濾波;它的理想控制方案是使目標函數達到最優來設計的,因而和動態規劃有密切關聯。
現代控制理論大體包括:多變量控制、系統辨識、最優估計和最優控制等主要內容及自適應控制等問題。以現代控制理論進行系統設計,大大改善了系統的精度及技術經濟指標,在許多部門被廣泛應用。70年代以來,控制論工作者提出頻率(經典控制論中著重用頻率法研究控制系統)、時域(狀態空間法)統一處理的新方法,將現代控制理論與經典控制理論融合,得到一些新方法,稱之為大系統理論。這一新的領域是控制論與運籌學、信息論的結合。
非線性控制理論起源于70年代伯勞凱特等人將微分幾何方法引入到控制問題中。由于大多數工程控制問題都是非線性的,它一提出來就受到諸多學者的注意。羅馬大學教授依色多銳曾預言,這將會給控制論帶來突破性進展。伯勞凱特提出的精確線性化理論近年來尤受注意。
現代社會的許多新概念和新技術往往與控制論有著密切的聯系。1975年在布加勒斯特召開的第三屆國際控制論與系統大會上以控制論與經濟系統作為主體,確認了經濟控制論這一新興學科。與此同時,在西歐和日本、美國還出現了管理控制論。1978年在荷蘭召開的第四屆國際控制論與系統大會上以控制論與社會作為主題,確認了社會控制論這一獨立的分支科學。1979年,中國控制論科學家宋健等人用控制論的思想和方法解決了人口發展趨勢的中長期預報和最優控制等問題,創立了人口控制論。控制論的另一個重要分支——生物控制論(研究生物中的控制規律、信息傳遞和處理過程的科學)也取得長足進展。當前,包括我國在內的一些國家,正在從事自組織系統與其有關的神經元模型、感覺器官模型、腦模型等內容的研究以及醫學控制研究,并取得了重大成果。控制論通過信息和反饋建立了工程技術與生命科學和社會科學之間的聯系,因此控制論具有明顯的跨學科性質。生產的安全管理也與控制論密切相關。
——摘自《安全科學技術百科全書》(中國勞動社會保障出版社,2003年6月出版)
現代科學技術的一個新的邊緣學科。研究技術裝置、生物機體和人類組織等系統之中控制和通信一般規律的學科。它是自動控制、電子技術、無線電通訊、神經生理學、數理邏輯、統計力學等多種學科相互滲透的產物。控制論是研究復雜系統控制規律的科學,它體現了現代科學整體化的發展趨勢,具有重要的方法論意義。1948年由美國數學家維納創立,他發表的《控制論》一書是這門新學科的基礎理論。控制論撇開對象的物質和能量的具體形態,撇開過程的物質或能量交換的方面,僅從生物機體和技術裝置中控制的功能類比方面,研究對象和過程的各組成部分間信息的傳送過程。由控制機構到被控制對象有控制信息輸入,而從被控制對象到控制機構則有關于被控制對象的狀況和控制信號執行過程的情報(即反饋信息)回報。這樣,信息的傳輸與交換過程就形成了控制論問題的核心。控制論的出現表明,除了物質和能量交換過程以外,信息交換過程的研究已成為科學認識
的重要對象。
——摘自《安全工程大辭典》(化學工業出版社,1995年11月出版)