ENGINEERING CYBERNETICS(工程控制论—钱学森)
工程控制论1954年钱学森所著《...
工程控制论1954年钱学森所著《...工程控制论engineering cybernetics控制论的一个分支学科，是关于受控工程系统的分析、设计和运行的理论。
法国物理学家和数学家A.M.安培于1834年用控制论这一名词称呼管理国家的科学。
第二次世界大战前后，自动控制技术在军事装备和工业设备中开始应用，实现了对某些机械系统和电气系统的自动化操纵。
20世纪30年代末美国、日本和苏联的科学家们先后创立了用仅有两种工作状态的继电器组成的逻辑自动机的理论,并被迅速用于生产实践。
在这一时期前后又出现了关于信息的计量方法和传输理论。
在这些科学成就的推动下，曾亲自参加过自动化防空系统研制工作的美国数学家N.维纳于1948年把这些概念和理论应用于动物体内自动调节和控制过程的研究，并把动物和机器中的信息传递和控制过程视为具有相同机制的现象加以研究，建立了一门新的学科,称为控制论(cybernetics)。
这一名词随即为世界科学界所袭用。
1954年钱学森所著《工程控制论》一书英文版问世，第一次用这一名词称呼在工程设计和实验中能够直接应用的关于受控工程系统的理论、概念及方法。
随着该书的迅速传播（俄文版1956年，德文版1957年，中文版1958年），该书中给这一学科所赋予的含义和研究的范围很快为世界科学技术界所接受。
工程控制论的目的是把工程实践中所经常运用的设计原则和试验方法加以整理和总结,取其共性,提高成科学理论，使科学技术人员获得更广阔的眼界，用更系统的方法去观察技术问题，去指导千差万别的工程实践。
理论范畴工程控制论的研究对象和理论范畴在不断扩大。
近20年来该学科的各个方面都有了很大的发展。
到目前为止,它所包含的主要理论和方法有下列6个方面。
系统辨识和信息处理由于工程控制论中所有的概念和方法都是建立在定量研究的基础之上，为了实现对工程系统的控制，精密地定量描述它的行为和结构就具有决定性的意义。
找出能够完全描述系统状态的全体变量，区分为输入量、受控量和控制量等不同类别，把表现为机械的、电的、光的、声的各种物理信号形式的变量从各种随机因素和噪声中提取出来，确定各变量在各种不同条件下的变化规律，这就是系统辨识理论的任务。
钱学森“工程控制论”的创立及其启示
杜 勇 化存 才
（云南师范大学数 学学 院 ，云南 昆明 ６５００９２）
摘 要 ：钱 学森是世界 闻名 的应 用力 学家。他在应 用力学领域做 出了许 多开创性 的贡献。 同时 。他 也是 “工程控 制论 ”的创 始人。这 个新领域 的建立条件是 多方面 的 ，既有必然条件 ，也 有偶 然 因素 。通 过探 究 它的创 立过程 ，我 们可得到在科 学研 究方法 、原 始创新 思路等 方面的启 示。这 些对于我们 当今培 养创 新型人 才具有 重要 的借鉴意 义。
（２００８ＪＡ７９０１ １ ７）
作者简介 ：杜 勇 （１９８５一 ），男 ，山东聊城 人，应用数学专业硕士研 究生，研究方 向：非线性动 力学 。
通讯作者 ：化存才 （１９６４一 ），男，云南人，博 士 ，教授，硕 士生导师 ，研究方 向：应用数学，数 学教 育史，
西 安交通大学和上海 交通大学校友 。
然而 ，创新工作是艰难 的。钱学森在做科研工 作 时 ，经常废寝忘食地查阅各种资料 ，每天专心致 志 工作 十几个小 时，反复大胆设想 、设计及计算 、 验证 ，逐步攻 克一个个难关 ，从而逐步形成 了 自己 的见解 。对 于一般科研工作者来说 ，在创新过程 中 还可 能要受 到沉重 的打击与恶意嘲讽 ，所 以要有坚 强 的意志品质与决心 战胜 困难 、勇 于实验 、不怕失 败 、防止偏见 。嘲Ｆ·马勃评价他 ：“钱学森对他 的 工作 总有一种专一 的态度 。他决定要做什么 ，然后 就安排好 并干起来 。他不会 中途停下来反思 ：我要 不要继续 干下去 。”“当他面对一系列新 问题 时 ，他 会全 力 以赴地去解 决它们 。”“ 可见 ，坚韧 的意志 和 克服困难的勇气是科研工作者必备 的素质 。
第 ２ｌ卷 第 ３期 ２０１２年 ３月
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。
自动控制理论发展简史
自动控制理论发展简史（经典部分）牛顿可能是第一个关注动态系统稳定性的人。
1687年，牛顿在他的《数学原理》中对围绕引力中心做圆周运动的质点进行了研究。
他假设引力与质点到中心距离的q 次方成正比。
牛顿发现，假设q>-3 ,则在小的扰动后，质点仍将保留在原来的圆周轨道附近运动。
而当q≤-3时，质点将会偏离初始的轨道，或者按螺旋状的轨道离开中心趋向无穷远，或者将落在引力中心上。
在牛顿引力理论建立之后，天文学家曾不断努力以图证明太阳系的稳定性。
特别地，拉格朗日和拉普拉斯在这一问题上做了相当的努力。
1773年，24岁的拉普拉斯“证明了行星到太阳的距离在一些微小的周期变化之内是不变的”。
并因此成为法国科学院副院士。
虽然他的论证今天看来并不严格，但他的工作对后来李亚普诺夫的稳定性理论有很大的影响。
直到十九世纪中期，稳定性理论仍集中在对保守系统研究上。
主要是天文学的问题。
在出现控制系统的镇定问题后，科学家们开始考虑非保守系统的稳定性问题。
James Clerk Maxwell是第一个对反馈控制系统的稳定性进行系统分析并发表论文的人。
在他1868年的论文“论调节器”(Maxwell J C.On Governors. Proc. Royal Society of London,vol.16:270-283,1868)中，导出了调节器的微分方程，并在平衡点附近进行线性化处理，指出稳定性取决于特征方程的根是否具有负的实部。
Maxwell的工作开创了控制理论研究的先河。
Maxwell是一位天才的科学家，在许多方面都有极高的造诣。
他同时还是物理学中电磁理论的创立人(见其论文“A dynamical theory of the electromagnetic field”，1864)。
目前的研究表明，Maxwell事实上在1863年9月即已基本完成了其有关稳定性方面的研究工作。
约在1875年，Maxwell担任了剑桥Adams Prize的评奖委员。
实践教学参考资料4工程系统观
讲义实践教学参考资料工程系统观工程是一个包括了多种要素的动态系统，在认识、分析和观察工程时，不但必须认识其组成的各种要素，更必须把工程看成是一个系统，从系统的观点去认识、分析和把握工程。
1、工程系统与系统论1.1 概念及意义系统这一概念来自于人类长期的社会实践，包括工程实践。
一般认为，系统是由两个以上有机联系、相互作用的要素所组成、具有特定功能、结构和有赖于一定环境而存在的整体。
工程(engineedns)是集成建构性知识体系使技术资源和非技术资源最佳地为人类服务的专门技术；有时也指具体的科研或建设项目。
英语中工程一词的词根engine源于拉丁语的insenerare(意为‘创造”)，而英语中engine这一动词的最初含义是“发明、设计”。
对复杂系统的创新、开发、设计等是现代工程最显著的特点及要求。
工程系统是为了实现集成创新和建构等功能，由人、物料、设施、能源、信息、技术、资金、土地、管理等要素，按照特定目标及其技术要求所形成的有机整体，并受到自然、经济、社会等环境因素广泛而深刻的影响。
工程系统化是现代工程的本质特征之一，具有重大现实意义。
第一，现代工程活动越来越明显地具有系统化及复杂系统特征(如：影响因素众多，影响面及系统规模庞大，结构关系及环境影响复杂；属性及目标多样；人的因素及经济性突出等)，必须确立现代系统观，有效应对和解决好现代工程系统所面临的各种复杂问题。
第二，各种专业工程(如电气工程、机械工程、建筑工程等)之间及其与系统工程等横断学科之间的交叉、融合程度越来越高，综合集成创新功能日益发挥，应积极推进以系统观为基础的大工程观的形成和工程科学的创新发展。
第三，现代工程活动对工程技术人员(如工程师)的观察视野、知识范围、实践能力等不断提出新的更高要求，其中包括了系统思想、系统理论、系统方法论、系统方法与技术等内容。
现代工程技术人员应掌握系统思维与系统分析方法，努力成为具有战略眼光、系统思想和综合素质的新型工程技术专家。
控制论(Cybernetics)
控制论（Cybernetics）控制论是研究各类系统的调节和控制规律的科学。
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。
控制论创始人维纳在他的《控制论》一书的副标题上标明，控制论是“关于在动物和机器中控制和通讯的科学”。
控制论一词Cybernetics，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，维纳以它作为自己创立的一门新学科的名称，正是取它能够避免过分偏于哪一方面，“不能符合这个领域的未来发展”和“纪念关于反馈机构的第一篇重要论文”的意思。
控制论是多门科学综合的产物也是许多科学家共同合作的结晶。
但是，控制论的诞生和发展是与美国数学诺伯特.维纳的名字联系在一起的。
维纳少年时是一位天才的神童，他11岁上大学，学数学，但喜爱物理、无线电、生物和哲学，14岁考进哈佛大学研究生院学动物学，后又去学哲学，18岁时获得了哈佛大学的数理逻辑博士学位。
1913年刚刚毕业的维纳又去欧洲向罗素和希尔伯特这些数学大师们学习数学。
正是多钟学科在他头脑里的汇合，才结出了控制论这颗综合之果。
维纳在1919年研究勒贝格积分时，就从统计物理方面萌发了控制论思想。
第二次世界大战期间，他参加了美国研制防空火力自动控制系统的工作，提出了负反馈概念，应用了功能模拟法，对控制论的诞生起了决定性的作用。
1943年维纳与别格罗和罗森勃吕特合写了《行为、目的和目的论》的论文，从反馈角度研究了目的性行为，找出了神经系统和自动机之间的一致性。
这是第一篇关于控制论的论文。
这时，神经生理学家匹茨和数理逻辑学家合作应用反馈机制制造了一种神经网络模型。
钱学森工程哲学思想研究
钱学森工程哲学思想研究在现代化的进程中，交通运输工程恐怕功不可没，交通的便利对全球化的进程作用巨大。
工程数量的增加，规模的扩大，程度的复杂化，需要进行学科研究，特别是需要从哲学层面把握工程活动的本质和规律。
钱学森是工程哲学的先驱和开创者，研究钱学森的工程哲学思想具有很强的现实意义。
一、《工程控制论》——钱学森工程思想的萌芽随着人类改造自然活动的不断深入，世界范围内工程数量和规模都达到了空前的高度，伴随而来的对工程活动的哲学思考也从未停止。
学界普遍认为，工程哲学学科是21世纪的产物。
以21世纪初我国学者李伯聪的《工程哲学引论》和美国学者布希瑞利的《工程哲学》为代表的一批著作是工程哲学兴起的标志。
进入新世纪以来，工程哲学的概念原理和研究方法的确都有了更加明确、独立、具体的发展，可以说，工程哲学进入了一个全新时期。
本文通过对钱学森先生一生在工程领域的成就和贡献的研究，提出“钱学森是工程哲学的先驱”这一新观点。
1948年，美国数学家维纳在研究了通讯和控制系统的特点后，综合了通讯和控制领域的经验和理论，创立了“控制论”学科。
1954年，时任加州理工学院喷气推进实验室教员的钱学森在美国出版《工程控制论》一书，该书从技术科学的维度对各种工程技术系统的自动控制理论作了全面研究。
这是钱学森学术生涯中的一次创举。
钱学森是世界上最早把维纳的“Cybernetics”明确为“机械和电机系统的控制和导航科学”的学者之一，并把经典控制等“工程实践”升华为“工程科学”，《工程控制论》成为现代控制科学真正的奠基之作。
如果说维纳的《控制论》是哲学，是认识论和方法论，那么钱学森的《工程控制论》是这种思想和方法论在工程领域的具体实践，钱学森第一次把哲学思想和工程控制联系在一起，钱学森也由此推开工程哲学领域的大门。
二、钱学森的系统现代工程观在我国，工程作为一门独立学科也是由钱学森提出来的。
曾任中国自然辩证法研究会理事长并创刊《自然辩证法研究》的丘亮辉先生说：“钱学森是第一个提出工程控制论的，他1954年回国的时候带了《系统工程》这本著作。
自动控制理论发展史
电子工程学院 石光明
西安电子科技大学 IAEI
航天电子信息研究所
起源
• 相对论、量子力学以及控制论被认为是20 世纪的三项伟大科学成就。 • 1948年美国科学家维纳发表专著提出了控 制论（Cybernetics）。 • 1954年，钱学森在美国出版《工程控制论》 （Engineering cybernetics），把控制论 发展为一门技术科学—工程控制论，成为 推动控制论科学思想的代表人物之一。
西安电子科技大学
IAEI
航天电子信息研究所
自动控制的起源（续）
• 自从莱布尼兹(Leibniz)而后，世界上再没有统摄 整个科学领域的通才。 Leibniz(1646-1716)最主要的貢獻則是把微 • 到了十九世纪，几位大的科学家，也只是称雄一 分與積分的技巧整理得很清楚，包括微分的 面。十九世纪没有出莱布尼兹，而只有出高斯 四則定理──亦即函數的四則運算與微分運 (Gauss)，法拉第算的交換法則；也包括了積分的分部積分技 (Faraday)，达尔文(Darwin)这 类大人物，我们把他们名为数学家、 物理学家、 巧──它是經由微積分基本定理導得的。 生物学家等。 微積分經過一段時期的醞釀，終於在 Newton 與 Leibniz 兩人的手中，成為有系統的學門，所 • 可是到了二十世纪，配称数学家的也不见了，对 以簡單的說法就認定他們兩人是微積分的發明者。 于一位专门的大家，在称呼时必加以限制，如拓 扑学的数学家；或光学的物理学家等。
西安电子科技大学
IAEI
航天电子信息研究所
自动控制的起源（续）
• 生物学家的术语，数学家不会理解，但生 物学家所用的方法，数学家可能领悟；物 理学家的语言，医生不会明了， 可是物理 学家所用的方法，医生却有了然的可能。 这个谈话会是三十六行，但话题却集中在 科学方法上， 所以可以说是科学方法谈话 会。