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工程控制论讲的是什么

02月28日 编辑 39baobao.com

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摘自: 百科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。工程控制论 engineering cybernetics 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。[编辑本段]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。用滤波、预测、相关处理、逼近等方法从噪声中分离出具有本质意义的信息以及寻求各变量之间的相互关系,这是属于信息处理理论和方法的范畴。近年来发展起来的模式识别理论和方法能够对已经提取出来的物理信号进行更精细的分析,以便用机器手段去理解它的含义,并用文字或图形显示出来,为管理和操作人员提供准确的信息,这是信息处理理论的新成就。

[编辑本段]模型抽象 为了精细地描述受控客体的静态和动态特性,常用建立数学模型的方法。成功的数学模型能更深刻地、集中地和准确地定量反映受控系统的本质特征。借助于数学模型,工程设计者能清楚地看到控制变量与系统状态之间的关系,以及如何改变控制变量才能使系统的参数达到预期的状态,并且保持系统稳定可靠地运行。数学模型还能帮助人们与外界的有害干扰作斗争,指出排除这种干扰所必须采取的措施。根据具体受控工程的特点,可以用代数方程式、微分方程式、积分方程式、逻辑代数式、概率论和模糊数学等数学工具去建立数学模型。对复杂的系统常要用到由几种数学工具结合起来的混合模型去实现对工程系统的完全描述。这种根据实验数据用数学工具去抽象受控工程对象本质特征的原理和方法称为建模理论。

[编辑本段]最优控制 欲使工程系统按希望的方式运行,完成预定的任务,应该正确地选择控制方式。几乎所有的工程系统都有共同的特性:为达到同一个目标,存在着许多控制策略。不同的控制策略所付出的代价也各异,例如能量消耗,所费时间的长短,材料、人力和资金的消耗等均不相同。研究如何以最小的代价达到控制的目的的原理和方法称为最优控制理论。寻求以最短时间达到控制目的的理论称为最速控制理论。线性规划、动态规划、极大值原理、最优化理论等都是经过实践证明具有严密结构的最优控制理论。为了解决最优控制的工程实现问题,科学家们又创造了很多适用于计算机程序的算法,称为最优化技术。最优控制理论和最优化技术的建立是工程控制论中最突出的成就。

[编辑本段]自我进化 受控系统的工作环境、任务和目标常发生变化。为了使工程系统能自动适应这些变化,科学家们创立了一系列设计原理和方法,赋予系统以自我进化的能力,即根据变化了的环境条件或工作任务,系统能够自动地改变自己的结构、参数和获得新的功能。最早出现的是自稳定系统,它能在环境条件发生剧烈变化时自动地改变自己的结构,始终保持稳定的工作状态而无需操作人员去干预。用自适应控制理论(见适应控制系统)设计的工程系统能自动地对外界条件变化作出反应,改变自己的结构参数,保持优良的性能和高精度。计算机用于工程系统后,由于具有信息存储能力,出现了自学习系统。经过有经验的操作人员示教以后,系统把一切操作细节都记忆下来,从此就能准确地自动再现已学到的操作过程,完成指定的任务。只要存...

有关控制论的信息

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。正是多种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。第一代电子计算机的设计者艾肯和冯.诺依曼认为这些思想对电子计算机设计十分重要,就建议维纳召开一次关于信息、反馈问题的讨论会。1943年底在纽约召开了这样的会议,参加者中有生物学家、数学家、社会学家、经济学家,他们从各自角度对信息反馈问题发表意见。以后又连接举行这样的讨论会,对控制论的产生起了推动作用。1948年维纳的《控制论》出版,宣告了这门科学的诞生。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。反馈是控制论的核心问题。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。

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特点,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。控制论的主要方法还有信息方法、反馈方法、功能模拟方法和黑箱方法等。信息方法是把研究对象看作是一个信息系统,通过分析系统的信息流程来把握事物规律的方法。反馈方法则是动用反馈控制原理去分析和处理问题的研究方法。所谓反馈控制就是由控制器发出的控制信息的再输出发生影响,以实现系统预定目标的过程,正反馈能放大控制作用,实现自组织控制。但也使偏差愈益加大,导致振荡。

负反馈能纠正偏差,实现稳定控制,但它减弱控制作用、损耗能量。功能模拟法,就是用功能模型来模仿客体原型的功能和行为的方法。 补充: 所谓功能模型就是只以功能行为是相似为基础而建立的模型。如猎手瞄准猎物的过程与自动火炮系统的功能行为是相似的,但二者的内部结构和物理过程是截然不同的,这就是一种功能模拟。功能模拟法为 仿生学 、 人工智能 、 价值工程 提供了科学方法。黑箱方法也是 控制论 的主要方法。黑箱就是指那些不能打开箱盖,又不能从外部观察内部状态的系统。黑箱方法就是通过考察系统的输入与输出关系认识系统功能的研究方法。它是探索复杂大系统的重要工具。 控制论诞生后,得到了广泛地应用与迅猛地发展,大致经历了三个发展时期。

第一个时期为本世纪50年代,是经典控制论时期。这个时期的代表著作有我国著名科学家 钱学森 1945年在美国发表的《工程控...

在应用力学喷气推进与航天技术工程控制论物理力学系统工

(18分)答:

(1)①具体62616964757a686964616fe59b9ee7ad9431333335346139科学是哲学的基础,具体科学的进步推动着哲学的发展。离开具体科学知识,哲学就会干涸和枯萎。②哲学为具体科学提供世界观和方法论指导。缺乏科学世界观和方法指导,就会在研究中失去正确的方向。钱学森把科学研究与哲学指导有机地结合起来,取得了丰硕的科技成果。(8分)

(2)①在马克思主义哲学指导下,钱学森树立了科学的世界观和方法论,在科学研究中取得了重大成就。这充分说明马克思主义哲学是科学的世界观和方法论,是人生的根本指南,能够指导人们正确地认识世界和改造世界。②学习马克思主义哲学,可以帮助青年树立正确的世界观、人生观、价值观,在认识世界和改造世界的活动中少走弯路;形成正确的思维方法,正确看待事物的变化与发展,为生活和实践提供积极有益的指导。(10分) 本题考查哲学与具体科学的关系及学习马克思主义哲学的意义知识点。第(|)问考查对基础知识的识记和理解,比较简单。分析出钱学森进行的科学研究属于具体科学。熟记课本知识很关键。第

(2)问考查学习马克思主义哲学的意义。可从有助于真正哲学的任务,帮助树立正确的世界观、价值观、人生观、形成正确的思维方法等角度组织答案。...

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