维纳与控制论
学习机械控制论的作用
学机械工程控制论的作用 机械工程控制是研究控制论在机械工程中的应用科学。它是一门跨机械制造技术和控制理论的新型学科。随着工业生产和科学技术的不断向前发展，机械工程控制作为一门新的学科越来越为人们所重视。原因是它不仅能满足今天自动化技术高度发展的需要，同时也与信息科学和系统科学紧密相关，更重要的是它提供了辩证的系统分析方法，即不但从局部，而且从总体上认识和分析机械系统，改进和完善机械系统，以满足科技发展和工业生产的实际需要。各种控制理论更是不断发展。 控制论强调： 1)所研究的对象是一个系统； 2)系统在不断地运动（经历动态历程、包括内部状态和外部行为）；3)产生运动的条件是外因（外界的作用：输入、干 扰） 4)产生运动的根据是内因（系统的固有特性）控制有温度控制,生铁成分控制,厚度控制,张力控制,等等。 自动控制: 在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称为控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（通称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。 例.典型控制系统：数控机床、机车、船舶及飞机自动驾驶、导弹制导等。所谓自动控制指的是在没有人直接参与的情况下，利用控制器自动调节和控制机器设备或生产过程的工作状态，使之保持不变或按预定的规律变化这样一种现象，叫做自动控 制。 控制理论的应用 （1）在机械制造过程自动化方面现代生产向机械制造过程的自动化提出了越来越多、越来越高的要求：一方面是所采用的生产设备与控制系统越来越复杂；另一方面是所要求的技术经济指标要求越来越高。这就必然导致“自动化”与“最优化”、“可靠性”
的结合，从而使得机械制造过程的自动化技术从一般的自动机床、 自动生产线发展到数控机床、多微计算机控制设备、柔性自动生产线、无人化车间乃至设计、制造、管理一体化的计算机集成制造系 统CIMS。还可以预期，伴随着制造理论、计算机网络技术和智能技 术以及管理科学的发展，还将发展到网络环境下的智能制造系统， 包括网络化的制造系统的组织与控制，当然也包括智能机器人、智 能机床，以及其中的智能控制，乃至于发展到全球化制 造。 （2）在对加工过程的研究方面现代生产一方面是生产效率越 来越高，例如，高速切削、强力切削、高速空程等日益获得广泛应用；另一方面是加工质量特别是加工精度越来越高，0.1微米精度级、0.01微米精度级乃至纳米精度级的相继出现，使得加工过程中 的“动态效应”不容忽视。这就要求把加工过程如实地作为一个动 态系统加以研究。 （3）在产品与设备的设计方面同上述两点密切相关，正在突破 而且还在不断突破以往的经验设计、试凑设计、类比设计的束缚， 在充分考虑产品与设备的动态特性的条件下，密切结合其工作过程，探索建立它们的数学模型，采用计算机及其网络进行优化设计，甚 至采用人机交互对话的亦即人机信息相互反馈的人工智能专家系统 进行设计。 （4）在动态过程或参数的测试方面以往的测量一般是建 立在静止基础上的，而现在以控制理论作为基础与信息技术作为手 段的动态测试技术发展十分迅速。动态误差、动态位移、振动、噪声、动态力与动态温度等动态物理量的测量，从基本概念、测试方法、测试手段到测试数据的处理方法无不同控制论息息相关。 总之，控制理论、计算机技术，尤其是信息技术，同机械制造技术 的结合，将促使机械制造领域中的构思、研究、试验、设计、制造、诊断、监控、维修、组织、销售、服务、回收、管理等各方面发生 巨大的乃至根本性的变化，目前的这种变化还只是开始不久而已。
《控制论和科学方法论》2018学习笔记
《控制论和科学方法论》 笔记 金观涛华国凡著 大龙在这里呢 2018-01-26
目录 序言 (4) 第一章控制和反馈 (4) 1.1.可能性空间 (4) 1.2.人通过选择改造世界 (5) 1.3.控制能力 (5) 1.4.随机控制 (5) 1.5.有记忆的控制 (6) 1.6.共轭控制 (6) 1.7.负反馈调节 (7) 1.8.负反馈如何扩大了控制能力 (7) 1.9.正反馈与恶性循环 (7) 第二章信息、思维和组织 (8) 2.1.什么是知道 (8) 2.2.信息的传递 (8) 2.3.信息是一种客体吗 (8) 2.4.通道容量 (9) 2.5.滤波：去伪存真的研究 (9)
2.6.信息的储存 (10) 2.7.信息加工和思维 (10) 2.8.信息和组织 (11)
序言 控制论思想的源流由三条支流汇成。 一条是数学和物理的发展。（吉布斯）统计力学，量子力学的建立。不少科学家认为：与其说我们这个世界是建立在必然性之上的，倒不如说是建立在偶然性之上的，许多物理定律仅仅是大量事件统计平均的结果。科学的发展迫使人们回答必然性和偶然性之间的关系。于是，确定性与非确定性以及它们之间关系的研究就成为科学界最热门的课题。概率论的成熟，热力学中的熵直至信息概念的提出，就是这一研究的逐步深入。 另一条支流是生物学和生命科学的进展。科学家早就发现，生物界不是一个充满必然性的机械世界，生物个体行为也不能用统计力学和量子力学所用的纯或然语言来刻画。生命的活动既有或然性，也有必然性。生命是怎样把必然与偶然统一起来的？科学家对生命的机制发生了浓厚兴趣。直到提出“内稳定”概念，才将认识推进到新的阶段，为控制论诞生奠定了基础。 第三条支流是人类对思维规律的探讨。它集中地反映在计算机制造和数理逻辑的进展。数学家特别是计算机的研制者们企图用数学语言来模拟人的思维过程。计算机的制造成为控制论成熟的前奏。 1947年，维纳发表《控制论》。 第一章控制和反馈 1.1. 可能性空间 共性：1.被控制的对象必须存在多种发展的可能性。 2.人可以在这些可能性中通过一定的手段进行选择，才谈得上控制。 我们将事物发展变化中面临的各种可能性集合称为这个事物的可能性空间。它是控制论中最基本的概念。
控制论的发展
EA 产业市场业界＆市场 32 ｜ 电气时代２００５年第１１期 科学史上，一个简洁明了的基本原理，常常需要长期的实践和积累，历经千百次的失败和成功，从而达到某一升华的阶段，才能形成自己的理论体系，然后渗透到其他学科中去。自动化技术与其基础理论——控制论之间的关系也是这样的。开环控制的基础理论相对来说比较简单，闭环控制比较复杂，至今仍处迅速发展时期，吸引了众多学者关注。虽然有形形色色的数学理论被应用到控制论中来，但它的基本原理只有３个：扰动控制、负反馈控制和复合控制。经过长达数千年的发展，直到２０世纪中叶，人们才从众多的自动化技术中概括出这３大基本原理，然后主观能动地应用它们去建造各式各样的自动化装置，以此实现办公自动化、无人工厂、农业自动化和家务劳动自动化等等，才形成今天强大的社会生产力，把人类推进到一个崭新的时代——自动化时代。可以说没有控制论的建立和发展，就没有今天发达的自动化技术。 指南车、调速器 早在发明指南针之前的公元１０２０年，我们的祖先用木质齿轮系制造了一部车子，车上设一“仙人”。开车前，把“仙人”的手指方向调为指南。开车后，不管车身怎样转弯抹角，“仙人”的指南方向始终不变，这是一项伟大的发明。但是它的工作原理是什么？没有概括出来，就失传了，没能对当时的社会做出更大的贡献。直到２０世纪６０年代，自动化技术发展到相当高水平之后，人们才知道它的工作原理是扰动控制原理。原理简单，但很实用，许多小型发电机常常用它来设计电压自动调压器，结构简洁，运行可靠。 １７８８年瓦特研制出蒸汽机离心式调速器，它能保持蒸汽机转速基本不变，才有工业应用价值。但是历经７０多年的不断改进，不但没有达到人们预料的结果，反而“晃动”起来，令人费解。因为根据当时的科技发展水平，人们尚不理解有一定的内“摩擦”，正是一个系统能够稳定工作的充要条件。“晃动”震撼了新生的资产阶级社会，吸引了很多著名的工程 师、物理学家和数学家的兴趣。但是只有理论基础极为雄厚扎实的英国物理学家，也是创立电磁波理论的科学家Ｊ．Ｃ．麦克斯韦尔（Ｍａｘｗｅｌｌ）才能把蒸汽机晃动现象变成线性微分方程来研究，这是人类第一次把自动化技术中出现的晃动问题变成数学问题来研究。经１８７７年英国人Ｅ?劳斯（Ｒｏｕｔｈ）和１８９５年德国人Ａ?霍维茨（Ｈｏｒｗｉｔｚ）两人各自独立的研究，把特征方程的系数排成一系列不等式，并指出只要满足这些不等式，该系统就是稳定的。不需要去解特征方程的根了，终于形成了现在任何一本自动控制原理课本都要讲的基本理论，代数稳定判据。 从发现问题到解决问题，前后２０多年，科学理论的建立是非常艰巨的。 从瓦特蒸汽机出现的晃动问题中形成的代数稳定判据，不仅解决了蒸汽机稳定问题，而且适用于分析所有低价线性微分方程描述的系统的稳定性问题。即特殊性中含有普遍性，普遍性也必然寄寓在特殊性中。从局部出现的问题，再扩展到其他领域，就形成了社会生产力，代数稳定判据的建立，稳定并促进了资本主义的发展。 电子管放大器和奈奎斯特频率法 １９１５年，美国贝尔电话实验室为了敷设从纽约到旧金山的长途电话线，遇到大量的技术困难，其中最为关键的技术是长距离输送电话信号时，伴随出现信号衰减和畸变两个问题。这是两个相互关联而且又必须同时加以解决的技术关键。１９２７～１９３２年，在该实验工作的Ｈ?布莱克（Ｂｌａｃｋ）和他的同事们，应用负反馈原理基本上解决了非线性畸变，但又出现另一个问题—振荡，即输出信号忽强忽弱。１９３２年，同在该实验室工作的Ｈ?奈奎斯特（Ｎｙｑｕｉｓｔ）成功地解决这一关键技术，创立了奈奎斯特频率法，奠定了自控原理最基础的工作。频率法的出现是和电力工业的发展分不开的，因为电力工业需要对正弦函数的电信号进行网络计算，建立了复数运算和复变函数论，这就为频率法的建立准备了数学工具。 奈奎斯特的频率法的重要贡献在于， 不用解微分方程，它可以利用物理上可以测量的开环系统频率持性来判别闭环系统的稳定 控制论的发展 □项国波
罗杰斯《传播学史——一种传记式的方法》章节题库(诺伯特·维纳和控制论)【圣才出品】
罗杰斯《传播学史——一种传记式的方法》章节题库 第十章诺伯特·维纳和控制论 一、名词解释 1．反馈 答：反馈是指在控制论中，通过有关一个系统过去行为的信息来控制这个系统的未来行为。因此，它是借助于重新插入一个系统的过去行为的结果来控制该系统的一个手段。在一个传播系统中，反馈是一个接受者对于信源从前信息的回应，表明它的效果。 2．诺伯特·维纳 答：诺伯特·维纳是美国最著名的数学家，控制论之父，和香农一起发明了有关信息的熵度量法的思想，在某种程度上参与了和香农一起开创信息论的工作。维纳的理论对于传播学具有重要的影响，特别是对于由互动论的传播学者所组成的帕洛阿尔托学派具有重要的影响。维纳的代表作有《数学原理》、《控制论》，还有控制论的通俗读本畅销书《人类对人的使用：控制论和社会》，维纳的理论在若干方面对传播学产生了重要影响。 3．控制论 答：控制论是20世纪初由诺伯特·维纳提出的重要理论，是关于自我控制系统的理论，它以“反馈”概念为依据，其定义是通过关于一个系统以往运行情况的信息，来控制这个系统的未来行为。诺伯特·维纳的控制论已被有效地应用于广泛的跨学科的适用领域：大脑功能和神经生理学、人工智能、工厂自动化、假肢和国际传播。
4．受众[复旦大学2012．2007～2008年研；华东师范大学2005年研；华中师大2005年研] 答：受众是指大众传媒的信息接受者或传播对象。受众是一个集合概念，最直观地体现为作为大众传媒信息接受者的社会人群，例如书籍或报刊的读者、广播的听众或电影、电视的观众等。传播学家克劳斯认为，受众按其规模可以分成三个不同的层次：①特定国家或地区内能够接触到传媒信息的总人口，这是最大规模的受众；②对特定传媒或特定信息内容保持着定期接触的人，如报纸的定期读者或电视节目的稳定观众；③不但接触了媒介内容而且也在态度或行动上实际接受了媒介影响的人，对传媒而言这部分人属于有效受众，在他们身上体现了实质性的传播效果。 5．受众“碎片化”[人大2013年研] 答：“碎片化”，是描述当前中国社会传播语境的一个形象性的说法。“碎片化”，是指完整的东西破成诸多零块。随着社会经济的发展，人们生活水平不断提高，消费选择不断扩大，生活方式及意识形态呈现多样化趋向。传统的社会关系、市场结构及社会观念的整一性瓦解了，代之以一个一个利益族群和“文化部落”的差异化诉求及社会成分的碎片化分割。 6．知情权/知晓权[北邮2008年研；北师2008年研；华中师大2008年研；中国传媒大学2006年研；南开大学2005年研；人大2005年研；上海大学2005年研]答：知情权是公民的一项基本政治权利，又称知晓权、了解权、获知权、知的权利等，从广义上讲，是指社会成员获得有关自身所处的环境和变化的信息、保障社会生活所需的各种有用信息的权利。在这个意义上，它也是人的生存权的基本内容之一。从狭义上说，是指公民对国家的立法、司法和行政等公共权力机构的活动所拥有的知情或知察的权利，这也意
控制工程作业第一章
1.1 工程控制理论的研究对象和任务是什么？ 答：机械工程控制论的研究对象及任务：工程控制论实质是研究工程技术中广义系统的动力学问题。具体说，它研究的是工程技术中的广义系统在一定的外界条件作用下，从系统的一定初始条件出发，所经历的由其内部的固有特性所决定的整个动态历程；研究这一系统及其输入、输出三者之间的关系。 1.2 组成典型闭环控制系统的主要环节有哪些？它们各起到什么作用？ 答：典型闭环控制系统的主要环节： 给定环节、测量环节、比较环节、放大及运算环节、执行环节。 作用： 给定环节：给出与系统输出量希望值相对应的系统输入量。 测量环节：测量系统输出量的实际值，并把输出量的量纲转化与输入量相同。 比较环节：比较系统的输入量和反馈信号，并给出两者之间的偏差。 放大环节：对微弱的偏差信号进行放大和变换，使之具有足够的幅值和功率，以适应执行元件动作的要求。 执行环节：根据放大后的偏差信号产生控制、动作，操作系统的输出量，使之按照输入量的变化规律而变化。 1.3 自动控制系统按照输出变化规律如何分类？按照反馈规律分为哪几类 答：按输出变化规律分类：自动调节环节、随动系统、程序控制系统。 按反馈情况分类：开环系统、闭环系统、半闭环系统。 1.4 什么是反馈控制？日常生活种有许多闭环和开环系统，请举例说明。 答：反馈控制是将系统的输出信号通过一定的检测元件变送返回到系统的输入端，并和系统的输入信号进行比较的过程。 举例： 开环系统：洗衣机、电烤箱、交通红绿灯和简易数控机床。 闭环系统：数控机床的进给系统。 1.5 分析比较开环系统与闭环系统的特征、优缺点和应用场合的不同之处。 答：开环系统：信号单向传递；系统输出量对输入没有影响的系统。 特征：作用信号单向传递。 优点：简单、调整方便、成本低、不会震荡。系统总能稳定工作。 缺点：开环控制系统精度不高，抗干扰能力差。 场合：在一些对控制精度要求不高、扰动作用不大的场合。 闭环系统：信号形成闭环回路；系统末端输出量对输入有影响的系统。 特征：作用信号按闭环传递 优点：闭环控制系统精度高 缺点：系统元件大、成本高、功率大、调试工作量大，应产生震荡。 场合：对控制精度要求较高的场合。 1.6 对控制系统的基本要求是什么？ 答：对控制系统的基本要求是：系统的稳定性响应的快速性响应的准确性
控制论简介
作者：刘文江来源：中国大百科全书发表时间：2006-03-12 浏览次数：623 字号：大中小【汉语拼音】kongzhilun 【中文词条】控制论 【外文词条】cybernetics 【作者】刘文江 研究生命体﹑机器和组织的内部或彼此之间的控制和通信的科学。控制论的建立是20世纪最伟大的科学成就之一﹐现代社会的许多新概念和新技术往往与控制论有着密切的联系。控制论的奠基人美国数学家维纳﹐N.1948年为控制论所下定义是:“研究动物和机器中控制和通信的科学”。70年代以来﹐电子数字计算机得到广泛的应用﹐控制论的应用范围逐渐扩大到社会经济系统﹐控制论的定义也因之扩展。苏联和东欧各国学者认为控制论是研究系统中共同的控制规律的科学﹐把控制论的定义又作了进一步的扩展。英文cybernetics(控制论)一词来源于希腊文﹐原意为“掌舵人”﹐转意是“管理人的艺术”。1947年﹐维纳选用cybernetics这个词来命名这门新兴的边缘科学有两个用意﹕一方面想藉此纪念麦克斯韦1868年发表《论调速器》一文﹐因为governor(调速器)一词是从希腊文“掌舵人”一词讹传而来的﹔另一方面船舶上的操舵机的确是早期反馈机构的一种通用的形式。 控制论的诞生和发展20世纪30～40年代人们对信息和反馈有了比较深刻的认识﹐一些著名科学家环绕信息和反馈进行了大量的研究工作。英国统计学家R.A.费希尔从古典统计理论的角度研究信息理论﹐提出单位信息量的问题。美国电信工程师香农﹐C.E.从通信工程的角度研究信息量的问题﹐提出信息熵的公式。美国数学家维纳则从控制的观点研究有噪声的信号处理问题﹐建立了维纳滤波理论﹐并分析了信息的概念﹐提出测定信息量的公式和信息的实质问题。他们几乎在同一个时候解决了信息的度量问题。这一时期﹐人们逐渐深入了解反馈控制系统的工作原理。1932年美国通信工程师奈奎斯特﹐H.发现负反馈放大器的稳定性条件﹐即著名的奈奎斯特稳定判据。1945年维纳把反馈概念推广到一切控制系统﹐把反馈理解为从受控对象的输出中提取一部分信息作为下一步输入﹐从而对再输出发生影响的过程。巴甫洛夫条件反射学说证明了生命体中也存在着信息和反馈问题。 维纳在改进防空武器时发现﹐动物和机器中控制和通信的核心问题是信息﹑信息传输和信息处理。维纳与墨西哥神经生理学家A.罗森布卢埃特合作对这个课题进行了长达10多年(1934～1947)的研究。参加这一研究工作的还有数学家﹑逻辑学家﹑物理学家﹑电信工程师﹑控制工程师﹑计算机设计师﹑神经解剖学家﹑神经生理学家﹑心理学家﹑医学家﹑人类学家和社会学家。他们进行了生理学﹑病理学和心理学方面的许多实验﹐吸收来自火力控制系统﹑远程通信网络和电子数字计算机的设计经验﹐以及对预测和滤波理论等数学统计理论的研究﹐终于找到了控制论的核心问题。1942年5月梅西基金会举行的关于大脑抑制问题的科学讨论会提出﹐通信工程和控制工程领域内已经研究成熟的信息和反馈的概念和方法﹐可能有助于神经生理学的研究。这时控制论的思想已经形成﹐但还没有正式命名。1943年末到1944年初在普林斯顿召开了一次控制论思想的科学讨论会﹐进一步确认了控制论思想﹐认为在不同领域的工作者之间存在着共同的思想基础﹐一个科学领域可以运用另一个科学领域发展得比较成熟的概念和方法。1946～1953年间梅西基金会发起一系列关于反馈问题的科学讨论会﹐对于控制论的发展产生很大的推动作用。 1948年维纳发表奠基性著作《控制论》﹐这本书的副标题是“关于动物和机器中控制和通信的科学”﹐控制论的名称因此而定。维纳抓住了一切通信和控制系统的共同特点﹐即它们都包含着一个信息传输和信息处理的过程。维纳指出﹕一个通信系统总是根据人们的需要传输各种不同的思想内容的信息﹐一个自动控制系统必须根据周围环境的变化﹐自己调整自己的运动﹐具有一定的灵活性和适应性。通信和控制系统接收的信息带有某种随机性质﹐具有一定的统计分布﹐通信和控制系统本身的结构也必须适应这种统计性质﹐能对一类在统计上预期要收到的输入作出统计上令人满意的动作。
维纳与控制论
1948年，诺伯特维纳(Norbert Wiener)创立了《控制论》(Cybernetics)。 Cybernetics一词来自希腊语，愿意为掌舵术，包含了调节、操纵、管理、指挥、监督等多方面的涵义。控制论的思想渊源可以追述到古代和近代自动机器以及社会管理方面的影响。有人问维纳：“控制论创立时，是否出现过某些哲学思想的影响？”维纳回答说： “哲学家中有一个人，如果活到今天，毫无疑问，他将研究控制论，这个人就是莱布尼茨。” 控制论最直接的思想基础来自自动机器，特别是具有类似人脑逻辑推理功能的自动机器。要让机器思维，就需要研究思维的规律，并使之形式化。这就产生了形式逻辑。大约两千年前，古希腊学者亚里士多德就为形式逻辑打下了坚实的基础，其中，三段论就是形式逻辑的典型代表。三段论法是自然语言形式的逻辑形式。对自动机器而言，更好的逻辑形式应该是以数学语言表现的形式，这就是数理逻辑。数理逻辑是数学和哲学交叉的科学。 数理逻辑恰好是维纳博士学位论文的主题。 从某种意义上说，最早研究数理逻辑的就是德国著名数学家和哲学家莱布尼茨。早在17世纪，莱布尼茨就试图用数学形式建立逻辑推理体系，并于1673年发明了二元算术自动计算装置。1697年，莱布尼茨从耶酥会理士白晋那里得到了中国的《易经》。白晋曾为康熙年间中国宫内的法国传教士。白晋回欧洲后，系统地向莱布尼茨介绍了中国的古代哲学。莱布尼茨研究了《易经》中的“圆圆方位图和六十四卦次序图”，并写出了《论中国人的自然哲学》长篇论文。在《莱布尼茨全集》第四卷第一期上有莱布尼茨写给友人的长信，其中，就有对《易经》的论述。有人认为：“控制论的直系祖先是欧洲的莱布尼茨，其哲学基础，来自《易经》。” 然而，产生控制论的最直接原因是二十世纪二三十年代以来现代科学技术的发展和进步。其中，数学、生物学、神经生理学、心理学、语言学等学科的进步，为控制论的产生奠定了理论基础；而自动装置、无线电通讯，特别是雷达的发展为控制论的产生奠定了技术基础。 近代大工业更是控制论产生的原动力。 18 世纪末，19 世纪初，瓦特发明了蒸汽机。在蒸汽机的速度调节和控制问题中，负反馈扮演了重要角色，由此产生出了控制论的思想火花。瓦特把蒸汽机速度调节装置称为Governor，与维纳的Cybernetics 有相似的含义，负反馈是其基本特征。Governor是一个机械装置，但它同时又是一个自动检测装置和自动计算装置。 控制论的诞生有其深刻的历史背景和社会背景。然而，在学术界，人们始终把维纳视为控制论之父。是维纳的《控制论》一书才在真正意义上开辟了Cybernetics这一新的学科，就连学科名 Cybernetics也是创造性的。 要了解《控制论》的诞生过程，就必需了解维纳的科学工作经历。 维纳可以说是二十世纪少数几个探索型科学家之一，具有敏锐的哲学头脑，总是不满足于已有成就，不断把探索的目光投向新的领域。 维纳从二十年代开始自己的科学生涯起，就迈向“函数空间积分”的崭新领域。由于不满足于一般积分理论，维纳要寻求其物理验证，这就把他引导到布朗运动，并首先在这里运用了勒贝格积分。 布朗运动是分子的偶然的随机运动，维纳由此而开始了对随机过程的统计问题的研究。维纳对布朗运动和随机过程的研究，是他毕生事业中具有决定意义的环节。正如历史的发展所阐明的那样，二十世纪的物理革命并不只是相对论和量子力学，还有统计物理。统计物理所表现的偶然性世界取代了牛顿的机械必然性世界。维纳对于统计物理学的远见卓识，直到他去世后才由于科学技术革命的开展而为更多人所理解。相对于牛顿的机械论自然图景而言，维纳的科学思想带来了人们思考自然方式的深刻变革。牛顿力学的世界是符合严格决定论要求的，过去、现在和未来都可以由一组数学方程式所揭示的规律严格精确地加以规定和测算。这种思维方式对人们的影响如此之深，以至于大多数人，包括大物理学家爱因斯坦，都认为偶然性、概率、统计这些东西与规律性从根本上讲是不相容的。爱因斯坦1944年写信给玻思说：“你相信掷骰子的上帝，我却信仰完备的定律和秩序。”然而，如果世界从根本上讲是符合严格决定论要求的，那就意味着世界上所有的人的活动都必须符合严格决定论要求，这就走向了宿命论。宿命论意味着，没有随心所欲，没有主观能动性，没有选择和创造。这是不可想象的。只要有人的具有主观能动性的活动，就会有各种各样的偶然性，就会改变生活和社会发展的进程，就会使概率、统计、不可逆演化成为揭示事物发展规律的不可忽视的因素。这种随机演化的思想，从波尔兹曼、吉布斯那里就已经萌发，然而，经过维纳等
ENGINEERING CYBERNETICS(工程控制论—钱学森)
ENGINEERING CYBERNETICS（工程控制论） 钱学森Preface (vii) CHAPTER 01. Introduction (1) CHAPTER 02. Method of laplace transform (7) CHAPTER 03. Input,output,and transfer function (12) CHAPTER 04. Feedback servomechanism (34) CHAPTER 05. Noninteraction controls (53) CHAPTER 06. Alternating-current servomechanism and oscillating control servomechanism (70) CHAPTER 07. Sampling servomechanism (83) CHAPTER 08. Linear systems with tim lag (94) CHAPTER 09. Linear systems with stationary random inputs (111) CHAPTER 10. Relay servomechanism (136) CHAPTER 11. Nonlinear systems (160) CHAPTER 12. Linear systems with variablecoefficients (168) CHAPTER 13. Control design by perturbation theory (178) CHAPTER 14. Control design with specified criteria (198) CHAPTER 15. Optimalizing control (214) CHAPTER 16. Filtering of noise (231) CHAPTER 17. Ultrastability and multistability (253) CHAPTER 18. Control of error (268) Index (285) http://202.117.24.24/html/xjtu/qxs/gckzl/gckzl.htm
机械控制工程基础课后答案
1-1机械工程控制论的研究对象与任务是什么? 解机械工程控制论实质上是研究机械一r_程技术中广义系统的动力学问题。具体地讲，机械工程控制论是研究机械工程广义系统在一定的外界条件作用下，从系统的一定初始条件出发，所经历的由内部的固有特性所决定的整个动态历程;研究这一系统及其输入、输出二者之间的动态关系。 机械工程控制论的任务可以分为以下五个方面: (1)当已知系统和输人时，求出系统的输出(响应)，即系统分析。 (2)当已知系统和系统的理想输出，设计输入，即最优控制。 (3)当已知输入和理想输出，设计系统，即最优设计。 (4)当系统的输人和输出己知，求系统的结构与参数，即系统辨识。 (5)输出已知，确定系统，以识别输入或输入中的有关信息，即滤波与预测。 1.2 什么是反馈?什么是外反馈和内反馈? 所谓反馈是指将系统的输出全部或部分地返送回系统的输入端，并与输人信号共同作用于系统的过程，称为反馈或信息反馈。 所谓外反馈是指人们利用反馈控制原理在机械系统或过程中加上一个人为的反馈，构成一个自动控制系统。 所谓内反馈是指许多机械系统或过程中存在的相互藕合作用，形成非人为的“内在”反馈，从而构成一个闭环系统。 1.3 反馈控制的概念是什么?为什么要进行反馈控制? 所谓反馈控制就是利用反馈信号对系统进行控制。 在实际中，控制系统可能会受到各种无法预计的干扰。为了提高控制系统的精度，增强系统抗干扰能力，人们必须利用反馈原理对系统进行控制，以实现控制系统的任务。 1.4闭环控制系统的基本工作原理是什么? 闭环控制系统的基本工作原理如下: (1)检测被控制量或输出量的实际值; (2)将实际值与给定值进行比较得出偏差值; (3)用偏差值产生控制调节作用去消除偏差。 这种基于反馈原理，通过检测偏差再纠正偏差的系统称为闭环控制系统。通常闭环控制系统至少具备测量、比较和执行三个基本功能。 1.5对控制系统的基本要求是什么? 对控制系统的基本要求是稳定性、准确性和快速性。 稳定性是保证控制系统正常工作的首要条件。稳定性就是指系统动态过程的振荡倾向及其恢复平衡状态的能力。 准确性是衡量控制系统性能的重要指标。准确性是指控制系统的控制精度，一般用稳态误差来衡量。 快速性是指当系统的输出量与输入量之间产生偏差时，系统消除这种偏差的快慢程度。
控制论创始人-维纳简介
控制论创始人-维纳 神童维纳 维纳是一个名符其实的神童。维纳的父亲列奥很早就发现了儿子的天赋，并坚信借助于环境进行教育的重要性，他从一开始学习就实施的教育计划，用一种多少无情的方式驱使他不寻常的儿子。 维纳三岁半开始读书，生物学和天文学的初级科学读物就成了他在科学方面的启蒙书籍。从此，他兴致勃勃，爱不释卷的埋首于五花八门的科学读本。七岁时，开始深入物理学和生物学的领域，甚至超出了他父亲的知识范围。从达尔文的进化论、金斯利的《自然史》到夏尔科、雅内的精神病学著作，从儒勒·凡尔纳的科学幻想小说到18、19世纪的文学名著等等，几乎无所不读。 维纳怀有强烈的好奇心，而他父亲却以系统教育为座右铭，两者正好相得益彰。维纳自己学习科学，而他父亲则用严厉的态度坚持以数学和语言学为核心的教学计划。维纳极好地经受了这种严格的训练，他的数学长进显著。 六岁那年，维纳有一次被A乘B等于B乘A之类的运算法则迷住了。为了设法弄清楚，他画了一个矩形，然后移转90°，长变宽、宽变长，面积并没变。维纳的拉丁语、希腊语、德语和英语也变成一种印在记忆中的书库，不论何时何处，都可以拿出来就用。在其他小男孩想当警察和火车司机的时候，维纳就渴望当一名博物学家，立志献身于科学了。 父母几次设法送他到学校去受教育，但不寻常的智力和训练使维纳在学校里很难被安排。他的阅读远远地走在书写的前面，他刻苦地学习并掌握了初等数学，但仍需要扳着手指做算术。直到9岁时，才作为一名特殊的学生，进了艾尔中学，不满12岁就毕业了。 后来，维纳进塔夫茨学院数学系就读。 维纳兴趣广泛，大学第一年，物理和化学给他的印象远比数学深。他对实验尤其兴致勃勃，与邻友—道做过许多电机工程的实验。他曾试图动手证实两个物理学方面的想法。一是供无线电通讯用的电磁粉末检波器，另一个设想是试制一种静电变压器。维纳的这两个想法都很出色。 第二年，维纳又为哲学和心理学所吸引。他读过的哲学著作大大超出了该课程的要求。斯宾诺莎和莱布尼兹是对他影响最大的两位哲学家，前者崇高的伦理道德和后者的多才多艺，都使维纳倾倒。他还贪婪地阅读了詹姆士的哲学巨著，并通过父亲的关系，认识了这位实用主义大师。 在同一年，维纳又把兴趣集中到生物学方面。生物学博物馆和实验室成了最吸引他的地方，动物饲养室的管理员成了他特别亲密的朋友。维纳不仅乐于采集生物标本，而且经常把大部分时间用在实验室的图书馆，在那里阅读著名的生物学家贝特森等人的著作。 维纳用三年时间读完了大学课程，于1909年春毕业。之后便开始攻读哈佛大学研究院生物学博士学位。维纳改学生物，并不是因为他知道自己能够干这一行，而是因为他想干这一行。从童年开始，他就渴望成为一名生物学家。但是，维纳的实验工作不幸失败了。他动手能力差，缺乏从事细致工作所必需的技巧和耐心，深度近视更增添了麻烦。 在父亲的安排下，他转到康奈尔大学去学哲学，第二年又回到哈佛，研读数理逻辑，于18岁获哈佛大学哲学博士学位。 维纳在大学接受的跨学科教育，促使他的才能横向发展，为将来在众多领域之间，在各种交界面上进行大量的开发和移植，奠定了基础。从数学到生物学再到哲学，实际上就是维纳整个科学生涯所经历的道路。
机械控制工程基础课后答案
机械控制工程课后答案 1-1机械工程控制论的研究对象与任务是什么? 解机械工程控制论实质上是研究机械一r_程技术中广义系统的动力学问题。具体地讲，机械工程控制论是研究机械工程广义系统在一定的外界条件作用下，从系统的一定初始条件出发，所经历的由内部的固有特性所决定的整个动态历程;研究这一系统及其输入、输出二者之间的动态关系。 机械工程控制论的任务可以分为以下五个方面: (1)当已知系统和输人时，求出系统的输出(响应)，即系统分析。 (2)当已知系统和系统的理想输出，设计输入，即最优控制。 (3)当已知输入和理想输出，设计系统，即最优设计。 (4)当系统的输人和输出己知，求系统的结构与参数，即系统辨识。 (5)输出已知，确定系统，以识别输入或输入中的有关信息，即滤波与预测。 1.2 什么是反馈?什么是外反馈和内反馈? 所谓反馈是指将系统的输出全部或部分地返送回系统的输入端，并与输人信号共同作用于系统的过程，称为反馈或信息反馈。 所谓外反馈是指人们利用反馈控制原理在机械系统或过程中加上一个人为的反馈，构成一个自动控制系统。 所谓内反馈是指许多机械系统或过程中存在的相互藕合作用，形成非人为的“内在”反馈，从而构成一个闭环系统。 1.3 反馈控制的概念是什么?为什么要进行反馈控制? 所谓反馈控制就是利用反馈信号对系统进行控制。 在实际中，控制系统可能会受到各种无法预计的干扰。为了提高控制系统的精度，增强系统抗干扰能力，人们必须利用反馈原理对系统进行控制，以实现控制系统的任务。 1.4闭环控制系统的基本工作原理是什么? 闭环控制系统的基本工作原理如下: (1)检测被控制量或输出量的实际值; (2)将实际值与给定值进行比较得出偏差值; (3)用偏差值产生控制调节作用去消除偏差。 这种基于反馈原理，通过检测偏差再纠正偏差的系统称为闭环控制系统。通常闭环控制系统至少具备测量、比较和执行三个基本功能。 1.5对控制系统的基本要求是什么? 对控制系统的基本要求是稳定性、准确性和快速性。 稳定性是保证控制系统正常工作的首要条件。稳定性就是指系统动态过程的振荡倾向及其恢复平衡状态的能力。 准确性是衡量控制系统性能的重要指标。准确性是指控制系统的控制精度，一般用稳态误差来衡量。 快速性是指当系统的输出量与输入量之间产生偏差时，系统消除这种偏差的快慢程度。
维纳的生平
维纳的生平 一、生平 维纳是上世纪名符其实的多才多艺和学识渊博的科学巨人。他一生发表论文240多篇，著作14本。 在其50年的科学生涯中，维纳先后涉足哲学、数学、物理学和工程学，最后转向生物学，在各个领域中都取得了丰硕成果，他的主要成就有如下几个方面： 1.维纳是美国最伟大的数学家。维纳是第一个从数学上深刻地研究布朗运动的数学家。维纳从样本路程的观念出发，研究"路径"的集合，引进维纳测度，揭示了连续而不可微函数的物理特征。 2. 1920年，维纳将法国数学家弗雷歇关于极限和微分的广义理论推广到矢量空间，并给出了一个完整的公理集合。维纳的结果与几个星期以后发表在波兰数学期刊上的巴拿赫的论文不谋而合，广义的程度也分毫不差。故这两项工作一度被称为巴拿赫一维纳空间理论。 3.在第二次世界大战期间，为了解决防空火力控制和雷达噪声滤波问题，维纳综合运用了他以前几方面的工作，建立了在最少均方误差准则下将时间序列外推进预测的维纳滤波理论。 4. 维纳是信息论的创始人之一。 5. 维纳对科学发展所作出的最大贡献，是创立控制论。 二、人生历程 1.1894年11月26日维纳出生在美国密苏里州哥伦比亚市的一个犹太人家庭中。他的父亲列奥·维纳是哈佛大学的语言教授。老维纳是一位极其严厉的父亲，对自己的儿子充满期望 2.维纳的童年受到的是奇才式的教育。他3岁开始流利地阅读，不久开始读达尔文和其他伟大科学家的著作。 3.15岁时获得数学学士学位，18岁时同时获得哈佛大学数学和哲学两个博士学位。 4.维纳29岁开始在麻省理工任教，共任教45年。 5.二战期间，维纳以极大的热情从事了高射炮控制的数学研究，1942年他发表了被成为“黄色险境”的报告。在这一报告中他将控制论应用于高射炮炮火问题上。 6.1948年，他发表了轰动一时的著作《控制论》。 7.1964年，维纳由于心脏病发作，在瑞典去世。 三、《人有人的用处》 《人有人的用处》发表于1950年。其全称是《人有人的用处：控制论与社会》。维纳的《控制论》是一本技术性很强的书，不易读懂，为了使控制论的观点能为一般人所接受，维纳在1950年出版了《人有人的用处》这本书。 这本书从技术谈起，逐渐将视角扩大到文化、社会等各个领域：包括人类与动物不同的学习机制、语言的机制和历史、信息的组织方式、法律和传播过程的关系、传播和社会政治的关系、知识分子的角色问题、第一和第二次工业革命、语言中的曲解问题等话题。从传播学的角度来看，这是一本将熵和信息传递的概念贯穿始终的著作，并以此作为观察其他社会问题的线索。它有助于我们从更为深广的层面上理解传播过程的本质。 四、控制论提出的背景 在第二次世界大战初期，大部分高射炮的炮火都不是非常有效的。交战双方都在努力提高防空火炮打飞机的命中率，当时平均3000发炮弹才能击中一架敌机。1941年的英国之战中，需要发射成千上万枚炮弹才能机会一架德国飞机，对于同盟国军事力量来说，改进炮火的准确
从工程控制到社会管理： 控制论Cybernetics本源的个人认识与展望
第31卷第12期2014年12月控制理论与应用 Control Theory&Applications V ol.31No.12 Dec.2014 从工程控制到社会管理:控制论Cybernetics本源的 个人认识与展望 DOI:10.7641/CTA.2014.41138 王飞跃? (中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室,北京100190; 国防科学技术大学军事计算实验与平行系统技术研究中心,湖南长沙410073) 1《工程控制论》与《科学革命的结构》回顾自己的专业发展过程,曾有两本书几乎是戏剧性地拓展了我的研究视野,先是从力学到控制,后再从理工到社科.在这两次变化之中,钱学森先生的《工程控制论》[1–2]都直接或间接地起了重要的作用,也使我有机会从个人的角度理解控制论的历史和本意.今年正值《工程控制论》英文版发表60周年,匆忙成文,谨以此向钱先生表示感谢与怀念. 第一次变化发生在30年前,那时我还是浙江大学力学系的一个研究生,刚刚完成《正交各向异性圆柱形中厚壳的一个精化理论》的硕士论文答辩,立即花了近一周的时间细读了库恩的著作《科学革命的结构》[3],这是我偶然在一次物理学讲座上知道的一本“反”科学的书.硕士期间,我已在板壳力学、弹性理论和应用数学等领域完成了12篇论文,并计划把基于公理体系的理性力学作为未来的研究方向.但内心里,一直有一种深深的彷徨与不安,觉得所学习和研究的对象与内容太机械、经典、被动,并不十分确定这就是自己一生的专业.库恩一书对科学的反省与反思,给了我很大的冲击,使我对纯的理性研究有了不同以往却更实际的认识[4],更加觉得自己的研究方向“机械”、“被动”,决心转到一个开放、主动的领域.就是在这种心境之下,我望文生义想到了控制论,因为“控制”一定是“主动”的. 选择控制论的另一个重要原因就是钱学森教授,不单单是由于他的《工程控制论》,还因为钱学森与冯卡门关于柱壳屈曲研究的论文是铁木辛柯《板壳理论》中所引为数不多的华人文章之一,这使我较深地了解到他在力学上的成就.30多年前的环境与体制,对一位刚毕业的硕士研究生而言,跨行换专业绝对是一件大事,但钱学森教授从力学到控制的巨大成功,确实给了自己很大的鼓励和信心.不过,我开始读的,不是钱学森《工程控制论》的原版[1],而是20世纪80年代初钱学森与宋健合著的修订版《工程控制论》上下两卷[2].这是我大学时就买下的非本专业“闲书”,印象深刻的就是钱先生的序,洋洋十余页高屋建瓴地阐述了控制论与技术革命和现代化的关系. 由于当时没有读原版,并不知道新版与原版的具体差别,甚至还不知“控制(control)”和“控制论(Cybernetics)”在英文里根本就是不同的两个词,因此心中不时出现文字上的“疑惑”:为什么要叫“工程”控制论？控制不就是工程系统的控制吗？特别是读完两大卷本和其他控制专著之后,更觉得《工程控制论》的“工程”两字是画蛇添足,“疑惑”更深了. 2《工程控制论》与《开放社会及其敌人》这一“疑惑”跟随着我差不多十年,直到我开始自己研究视野的新拓广.那时我已转入智能控制研究多年,这是一个刚刚兴起、融合了人工智能、运筹学和控制的新方向,主要应用在智能机器人、智能制造和智能交通系统等领域.1990年完成题为《智能机器的协调理论》的博士论文之后,我一直在亚利桑那大学教书,并主持机器人和自动化以及计算机集成制造两个实验室的工作.当时心里很苦恼,因为智能控制的对象应为复杂系统,由于互联网等网络技术还很原始,构造复杂系统往往需要昂贵的硬件和软件投入,经费巨大;再加上那个时期许多智能控制的论文是哲学式或漫无天际的空谈,自己除了几个机器人之外,也没有多少“复杂系统”的实践,很难理论联系实际,常常有研究的是“屠龙术”之感. 同事中有位资深的老教授,Russell Ferrell,学士修的是纯文科,英国文学,但博士攻是纯工科,毕业于MIT的机械系,还是远程控制、机器人和人机系统的创始人之一Thomas Sheridan教授的第一位博士毕业生,而Sheridan恰好又是我自己博士导师George Sari- 收稿日期:2014?12?08;录用日期:2015?01?19.?通信作者.E-mail:feiyue.wang@https://www.360docs.net/doc/7e11827756.html,.
控制论的基本概念、思想和方法
控制论的基本概念、思想和方法 一、控制论的基本概念和基本思想 控制论强调系统的行为能力和系统的目的性。维纳提出了负反馈概念和功能模拟法。 行为——系统在外界环境作用（输入）下所作的反应（输出）。人和生命有机体的行为是有目的、有意识的。生物系统的目的性行为又总是同外界环境发生联系，这种联系是通过信息的交换实现的。外界环境的改变对生物体的刺激对生物系统来说就是一种信息输入，生物体对这种刺激的反应对生物系统来说就是信息的输出。控制论认为任何系统要保持或达到一定目标，就必须采取一定的行为。输入和输出就是系统的行为。 反馈——系统输出信息返回输入端，经处理，再对系统输出施加影响的过程。 反馈分正反馈和负反馈。负反馈是控制论的核心问题。 正反馈——反馈信息与原信息起相同的作用，使总输入增大。系统目标偏离。加剧系统不稳定。 负反馈——反馈信息与原信息起相反的作用，使总输入减小。系统目标偏离减小。系统稳定。 控制论的研究表明，无论自动机器，还是神经系统、生命系统，以至经济系统、社会系统，撇开各自的质态特点，都可以看作是一个自动控制系统。在这类系统中有专门的调节装置来控制系统的运转，维持自身的稳定和系统的目的功能。控制机构发出指令，作为控制信息传递到系统的各个部分（即控制对象）中去，由它们按指令执行之后再把执行的情况作为反馈信息输送回来，并作为决定下一步调整控制的依据。这样我们就看到，整个控制过程就是一个信息流通的过程，控制就是通过信息的传输、变换、加工、处理来实现的。反馈对系统的控制和稳定起着决定性的作用，无论是生物体保持自身的动态平稳（如温度、血压的稳定），或是机器自动保持自身功能的稳定，都是通过反馈机制实现的。控制论就是研究如何利用控制器，通过信息的变换和反馈作用，使系统能自动按照人们预定的程序运行，最终达到最优目标的学问。它是自动控制、通讯技术、计算机科学、数理逻辑、神经生理学、统计力学、行为科学等多种科学技术相互渗透形成的一门横断性学科。它研究生物体和机器以及各种不同基质系统的通讯和控制的过程，探讨它们共同具有的信息交换、反馈调节、自组织、自适应的原理和改善系统行为、使系统稳定运行的机制，从而形成了一大套适用于各门科学的概念、模型、原理和方法。 二、控制论的基本方法 控制论是具有方法论意义的科学理论。控制论的理论、观点，可以成为研究各门科学问题的科学方法，这就是撇开各门科学的质的物点，把它们看作是一个控制系统，分析它的信息流程、反机制和控制原理，往往能够寻找到使系统达到最佳状态的方法。这种方法称为控制方法。