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控制与信息关系解析与理解

时间:2023-07-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:控制论有以下3个基本组成部分。

控制与信息关系解析与理解

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,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。通俗地说,信息反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,起到制约的作用,以达到预定的目的。

控制论的发展过程大致分为3个阶段:20世纪50年代末期以前为第1阶段,称为经典控制论阶段;50年代末期至70年代初期为第2阶段,称为现代控制论阶段;70年代初期至今为第3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,为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,它们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。

控制论有以下3个基本组成部分。

(1)信息论。它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。它主要是反馈论,包括从功能的观点对机器和物体中的系统(如神经系统内分泌及其他系统等)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。它是与人类思维过程相似的自动组织逻辑过程的理论。

在实际应用中,有关控制论的具体内容主要有以下几点。

1.最优控制理论

这是现代控制论的核心。在现代社会日益发展、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。这就促使控制论进入多输入和多输出系统控制的现代化阶段,由此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。最优控制理论在工程控制系统、社会控制系统等领域得到了广泛的应用和发展。

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,就进行预测并控制的一种方式。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自适应系统等。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了进一步的完善和深化,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一种用于工程控制的理论,它有“定式”和“非定式”两个方面,前者是根据已有的答案对机器工作状态做出判断,由此来改进对机器的控制,使之不断趋近于理想的算法,后者通过各种试探、统计决策模式识别等工作,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,来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。从控制论的观点讲,系统不仅能被组织,还能够自组织。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,包括人工组织系统、组织与有机体系统的控制,带来很大的影响和变革。(www.xing528.com)

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性问题。模糊数学包括模糊代数、模糊群论、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,往往有一些不确定性的问题需要处理。对此,仅用一般的数学模型和计算机是难以完成的,必须根据模糊数学来求得解决问题的办法。

4.大系统理论

这是现代控制论最近发展出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,其研究和应用涉及工程技术、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、大规模的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。

控制论系统的主要特征有如下几个。

(1)这种系统有一个预定的稳定状态或平衡状态。例如,在速度控制系统中,速度的给定值就是预定的稳定状态。

(2)这种系统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,由转速的变化引起的离心力的变化,就是一种从外部传递到系统内部的信息。

(3)这种系统具有专门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来控制蒸汽机的进汽阀门升降的装置。

(4)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。

控制论在管理学上的应用最为典型。从控制系统的主要特征出发来考察管理系统,我们可以得出这样的结论: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偏差,并采取纠正措施,使系统稳定在预定的目标状态上的,因此,从理论上说,适用于工程的、生物的控制论的理论与方法,也同样适用于分析和说明管理控制问题。

维纳在阐述他创立控制论的目的时说:“控制论的目的在于创造一种语言和技术,使我们有效地研究一般的控制和通信问题,同时也寻找一套恰当的思想和技术,以便通信和控制问题的各种特殊表现都能借助一定的概念加以分类。”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,以致在维纳的《控制论》一书发表后的几十年中,各种冠以控制论名称的边缘学科如雨后春笋般应运而生。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。而管理学更是控制论应用的一个重要领域。我们甚至可以这样认为,人们对控制论原理最早的认识和最初的运用是在管理方面。从这个意义上说,控制论之于管理恰似青出于蓝。用控制论的概念和方法分析管理控制过程,更便于揭示和描述其内在的机理。

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