控制论

内容概要

诺伯特·维纳（Norbert Wiener）（1894年11月26日－1964年3月18日），美国应用数学家，在电子工程方面贡献良多。他是随机过程和噪声过程的先驱，又提出了“控制论”的一词。

作者简介

《控制论》 ◎维纳／著诺伯特·维纳(1894～1964) 美国杰出的数学家，控制论的创始人。生于密苏里州哥伦比亚，自幼聪敏，15岁时便获数学学士学位。1913年以关于数理逻辑的论文获哲学博士学位。1919年到麻省理工学院任教，开始数学学术生涯。1932年以后一直为该校教授。后为美国国家科学院院士，并获美国数学会的博歇奖。维纳早年曾运用函数空间上的测度理论来研究布朗运动，相关的测度被称为维纳测度，相应的随机过程被称为维纳过程。他在位势理论、调和分析、积分方程、复数域上的傅立叶变换等方面也都做出了重要贡献。从20世纪30年代开始，维纳就开始关注布什(1890～l974)研究的电子模拟计算机。1935～1936年与李郁荣共同研究傅立叶变换滤波器。第二次世界大战结束后，维纳和多种学科的专家一起对控制论进行了深入探讨，完成了划时代的著作《控制论》。19 49年，维纳又出版了《平稳时间序列的外推、内插和平滑及其工程应用》，提出一种滤波理论，开拓了线性控制理论的研究。【内容梗概】 《控制论》一书把“控制论”定义为“关于机器和生物的通讯和控制的科学”。 第一次世界大战以后，飞机速度越来越快，人工操纵高射炮的反应跟不上，命中率大大降低，因此必须采用自动控制装置。高炮的火控装置中有两个大问题。首先，因为炮弹飞行要有一段时间，瞄准必须有提前量，因而必须预测飞机的飞行方向和速度。《控制论》提出了用统计观点处理这个问题，给出了从时间序列的过去数据推知未来或预测未来的方法，建立了最小均方误差准则下将时间序列外推进行预测的维纳滤波理论。此观点对申农创立信息论也有很大影响。《控制论》还指出，控制就是通信，要进行控制必须了解对象的状态，下达命令，还常常要知道命令的执行情况，因而必须和被控制对象间有通信关系。维纳把控制和通信统一起来处理，并在更广的意义上来理解信息，把信息看做是“我们对外界进行调节，并使我们的调节为外界所了解时而从外界交换来的东西”，看做不确定性的减少，把信息作为研究控制和通信过程的关键因素。 其次，火力自控装置要找到一种机械方法来模拟炮手的行为，以尽量减少人和其他偶然因素的影响，这导致采用负反馈。负反馈把系统(或装置)输出的状态或行为的信息送回到输入端去，产生控制作用，以减少系统状态和规定状态的偏差。这不是新的概念，在伺服机械(随动系统)中已经采用了负反馈原理。1868年，麦克斯韦曾对此进行了研究。维纳进一步研究了负反馈原理，并讨论了反馈系统稳定的条件。他大大提高了“反馈”概念的地位，进一步指出，一个有效的行为必须通过某种反馈过程来取得信息，从而了解其目的是否已经达到。 信息和反馈是火控装置设计中的两大问题，也是控制论思想的核心。维纳没有把自己局限于自动装置，他猜测反馈也是神经系统中的重要特征。 《控制论》全书共10章，用统一的数学观点讨论了通讯、计算机和人类思维活动，提出了自动化工厂、机器人和由数字计算机控制的装配线等新概念。书中介绍了用电子元件或机械元件组成的控制系统，以及使用统计方法研究信息的传递和加工，特别是反馈和振荡，指出了如何用控制论的方法研究人的大脑和神经系统的生理活动。书中还提及有关社会控制等社会科学问题。 维纳发展的控制论，主要用时间序列观点处理信息的转换、提取、加工和预测。它依赖于系统的传递函数和频率特性，使用的数学工具主要是数理统计和调和分析，这套方法现在称为“经典控制理论”。【内容导引】 《控制论》一书的全称是《控制论或关于在动物和机器中控制和通讯的科学》，完成于1947年。1948年该书出版后，立即风行世界。《控制论》一书中体现的维纳的深刻思想引起了人们的极大重视。它使用了通讯理论的术语，如控制、反馈、信息、输入、系统等帮助人们进行思维，对现代计算技术、控制技术、通讯技术、自动化技术、生物学和医学理论都有不同程度的影响。 抓住通信和控制中最本质的东西——信息，用统计的观点来说明通信和控制问题，对当时的传统思想是一个巨大的冲击。牛顿力学的辉煌成就，促成了统治17～19世纪自然科学思想的机械唯物论。它认为世界是精确地依据规律必然地运动着的，不认为客观世界存在偶然性，至多将它作为知识的不完备而暂时容忍一下。然而现实世界的大量问题是无法用这种观点来处理的，预测问题就难以用基于牛顿力学的传统力学方法来处理。控制论使偶然性成为科学研究的重要对象。 维纳借用希腊词汇“舵手”，利用它在英语中的发声，找到了“cybernetic s'’一词，维纳认为这个词是能够表达这个概念所适用的一切领域的控制技术和科学的最好的词汇。 维纳《控制论》有科学出版社1963年的初版及其后的版本。 名家评说： 维纳是一个顽强追求科学真理的科学家。从数理逻辑博士到数学家，并最终创立控制论的学术生涯中，无处不显示他为科学真理而刻苦奋斗、实事求是和联系实际的作风。 ——吴文俊 一般认为，维纳的思维敏捷而深刻，但心理上却存在某种障碍，他演说之蹩脚是出名的。他会说多种语言，但没有一种容易听懂，他的文体往往是很混乱，说明问题缺乏连贯性。他写的书，包括(控制论》，都不容易看懂，有人说，这是过分早熟所引起的。 ——钟韧经典语录： ★在科学发展上可以得到最大收获的领域是各种已经建立起来的部门之间的被忽视的无人区。 ★数学家不能无视客观世界，必须运用数学而且承担解决应用问题的道义责任。 ★控制工程问题和通讯工程问题是不能区分开来的。而且这些问题的关键并不是环绕电子技术而是环绕更为基本的消息概念，不论这消息是由电、机械的或神经的方式传递的。延伸阅读： 《控制论基础》[苏]A·R·列尔涅尔，科学出版社 这是一部基础性读物，对读者了解控制论这门科学颇为有益。 《维纳著作选》钟韧译，上海译文出版社 此书收集维纳的著作及论文，翻译较好，准确性强，文章收集也比较齐全，是阅读维纳比较好的书籍。

摘自《自然科学卷-世界名著博览》

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