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*原载《系统工程理论与实践》1985年6月，第2期.

控制论的一个分支学科，是关于受控工程系统的分析统计和运行的理论。法国物理学家和数学家安培（A.M.Ampere于1755-1836年用控制论（cybernetique）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作。美国、日本和苏联的科学家们C.Shannon，1938；A·Nakasima，1938；B·H，1941）先后创立了用仅有两种工作状态的继电器组成逻辑自动机的理论，并用于实践。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，并用于实践，（RVL.Hartly，1928；C.Shannon，1948）。在这些科学成就的推动下，曾亲自参加过自动机研制的美国数学家维纳（NWiner，1894-1964）。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，把后者与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，并称为控制论【Cybernetics】，这一各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，第一次提出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、概念和方法。随着该书的迅速传播（俄文版1956年，德文版1957年，中文版1958年），它为这一学科所赋予的含义很快被世界科学技术界所接受，按钱学森的定义，工程控制论的对象是研究控制论这门科学中能够直接应用到工程设计的那些都分，它是一门技术科学，其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，并提高到科学理论的水平，使科学拉术人员的眼界更加开阔，用更系统的方法去观察技术问题，从而充分理解和发挥这门新技术的潜在力量，指导千千万万的工程实践，推动系统工程的发展。

理论范畴：工程控制论的研究对象和理论范畴不断在扩大。近二十年来该学科的各个方面都有了很大的发展。到目前为止，所包含的主要理论和方法有下列六个方面。

1.系统辨识和信息处理由于工程控制论中的所有概念和方法都建立在定量研究的基础上，为了实现对工程系统的控制，精确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所有变量，区分为输入量、受控量和控制量等不同类别，把以机械的、电的、光的、声的等各种物理信号型式表现出来的变量从各种偶然因素和噪音中提取出来，确定各变量在各种不同条件下的变化规律，这是系统辨识理论的任务。用滤波、预测、相关处理、逼近等方法从噪音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依赖程度。近年来发展起来的模式识别理论（Pattern recognition）和方法，能够对已经提取出来的物理信号和信息进行更精细的分析、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，它是信息处理理论的新成就。

2.模型抽象对于受控客体的静态和动态特性的精细描述，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计的状态，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做斗争，指出为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数种数学工具联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时象的特征称为模理论（theory of modeling）

3.优化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、人力和资金的稍耗等均不相同。研究如何以最小的代价达到控制的目的称为最优控制理论，寻求以最短时间达到控制目的理论称为最速控制理论。线性规划、动态规划、极大值原理、一优化理论等都是业经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，科学家们创造了很多适用于计算机程序的算法称为优化技术。最优控制理论和优化技术的建立是工程控制论中最突出的成就。

4.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，科学家们创立的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（W.R. Ashby，1952），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于预。用自适应控制理论（adaptive control theory）设计的工程系统能自动地对外界条件变化做出反应，改变自己的结构参数，保持高的性能和精度。计算机应用于工程系统以后，由于具有信息记忆和存贮能力，出现了自学习系统（learning system）。经过有经验的操作人员示教以后，系统把一切操作细节记忆下来、从此能准确地有动再现已学到的操作过程，完成指定的任务。只要存贮记忆容量足够大，同一工程系统可记忆若干种操作过程，就成为多功能系统。把专家们在某一专门领域中的知识和经验存贮起来，工程系统就获得处理复杂问题的能力，这称为专家系统（expert system）。为完成不同的任务而能自动重组结构的系统称为自组织系统（self-organization system）动物界中特别是灵长目动物大脑的机能至今是科学界引人入胜的研究课题。工程控制论的研究工作一直受着仿生学（bionics）新成就的启发和鼓舞，不断引进新的概念，发展新前理论，以求部分地模仿生物的技能。能够辨识人的声音，认识和翻译文字、具有不断增长的逻辑判断和自动决策能方的智能系统，已在工业生产领域和服务产业中广泛采用，这是具有自我进化能力的工程控制论系统的最新成就。

5.容错系统关于提高系统工作可靠性的理论一直是工程控制论这一门学科的中心研究课题之一。早期的研究集中在如何用不太可靠的元件组成可靠的系统（J.vonNeumann，1952）上。例如，人的大脑中每天都有成千上万个脑细胞死亡，却仍能在数十年内可靠地工作而不出现故障。用设置备份的办法去提高可靠性称为冗余技术，它至今仍被大量采用。自诊断理论是关于自我功能检查并发现故障的理论。按这种理论设计的工程系统，能自动地定期诊断全系统和组成部分的功能，及时发现故障，自动切换备份设备或器件，从而恢复系统的正常功能。有的系统能在全部运行过程中连续地进行自我诊断。利用纠错编码理论可以自动地发现工程系统中在信息传输过程中可能发生的差错，自动地纠正错误，使系统的功能不受损害。在不可能纠正时，则剔除错误信息，或让系统重复操作，以排除偶然差错。对不能简单排除的故障；则选用无需故璋部件参与的其它相近的功能代替。自我诊断理论、检错理论、最忧备份切换理论和功能恢复技术总称为容错理论。.

6.仿真技术在系统设计和制造过程中，不能在尚未建成的工程系统上进行实验、或者由于代价太高而不宜进行这种实验。用简单的装置和不同的物理过程去摸拟真实系统的受控运行过程称为仿真技术。早期曾以物理仿真为主，即用不同质但易于实现、易于观察的物理过程去模仿真务的过程试模拟计算机（analog computer）是专为仿真技术而发展起来的技术，它利用电信号在电路中的变化规律去模仿物理运动的规律。数字计算机出现以来，又有混合计算机（Hybrid computer）作为仿真工具。随着数字计算机运算速度和存贮容量的提高，:数字计算机已成为仿真技术的主要手段，在这里，只需要编制相应的软件就可模拟各种不何性质的物理过程。仿真技术是在工程控制论学科中发展起来的强有力的实验技术，使设计师们能在极短时间内，用很小的代价在实验室内进行庞大工程系统的实验。

7.应用领域的演变工程控制论发源于纯技术领域。转速、温度、压力等机械和物理变量的自动调节等是最早期的工业应用，而自动调节理论是对这一时期技术进步的理论总结。第二次世界大战前后出现的自动化防空系统和自寻目标的导弹系统，促进了伺服机构和自动控制技术的广泛应用。自动调节理论，经过发展和提高以后，上升为自动控制理论。随着电子数字计算机的出现（ENIAC，1946），开始研制具有数学运算能力和逻辑分析功能的自动机，自动控制系统随即获得子智能拉制成分，价格低廉的微型计算机大量进入市扬，自动化工程系统随即进入了智能阶段，自动控制理论的全部含义遂得得以展开。从此，工程控制论的概念、理论和方法开始从纯技水领域，进了许多非技术部门，派生出了社会控制论、经济控制论、生物控制论、军事控制论、人口控制论等新的专业学科，这些新学科一出现，便与它们的先行者并驾齐驱，并且根据各自领域的特点，又抽象出新的概念、创造新的理论和方法，从而赋以新的内涵。另一方面，它们毕意是孪生学科，有共同的渊源，在前进过程中能彼此借鉴和相互补充，它们所共有的那些原理、理论和方法，作为广义控制论的基本内容，又促进了另一门更广泛的学科-系统工程的诞生（参见系统工程）。

工程控制论进入社会科学领域是当代重大科学技术成就之一。主要是由于信息科学技本的巨大进步，“工程”的含义在不断扩展，继早期的纯技术工程（机械、电力、化工、水利、航空、航天等）之后，传统上属于社会科学范畴的问题已能用工程方法去处理，而且无不得到比纯行政管理方法更准确、更富于预见性的效果。对社会事务的具体部门进行状态分析、政策评价、态势预测和优化决策时，常常得到意想不到的新发现，导致巨大的经济效益和社会效益。

在社会工程中应用工程控制论，所依靠的技禾手段与在纯技术工程中完全不同。信息的采集要靠统计，状态分析依靠以计算机为中心的数据通讯网络。社会事务的定量模型被贮存在计算机的数据库中，成为所要研究或管理的那些社会领域的动态映像。在社会领域中进行新的政策性试验要费很长时向，还常伴有一定的风险，故数学仿真在这里起着非常重要的作用。状态分析、模型提取、系统设计和政策优化等都能在实验室内于极短的时间内完成。政策变量的设置和实施只能用政令法令的形式和通过有关政府或事业管理机构来推行，而不能象在纯技术工程中那样用机械的或其它物理信号去驱动。状态反馈也多在人的参与下经过信息网络回授。所以，以计算机为中心的信息系统是社会工程的技术基础，也是工程控制论之所以能用到社会范畴的先决条件。此外在模型抽象和政策优化分析中，经常用到运筹学、博弈论、规划论、排队论、库存论等历史上独立于工程控制论之外并行发展起来的理论，出现了各新兴决策学科在工程实践中荟萃、补充的新局面。