水运仪象台的构思广泛吸收了以前各家仪器的优点，尤其是吸取了北宋初年天文学家张思训所改进的自动报时装置的长处;在机械结构方面，采用了民间使用的水车、筒车、桔槔、凸轮和天平秤杆等机械原理，把观测、演示和报时设备集中起来，组成了一个整体，成为一部自动化的天文台。

水运仪象台原件在靖康之祸(1127年)时，金兵将水运仪象台掠往燕京(北京)置于司天台，在金朝贞佑二年(1214年)因不便运输被丢弃，而南宋时苏携保存的手稿因无人理解其中方法而无人能仿造。中华人民共和国成立后，清华大学刘仙洲于1953年─1954年发表《中国在原动力方面的发明》、《中国在传动机件方面的发明》两篇关于对此仪动力研究的论文， 另外英国科技史学者李约瑟对此仪的动力也有研究，在1956年於《自然》杂志发表论文。

中国考古学家王振铎于1958年最先复原水运仪象台模型，除发表《揭开了中国"天文钟"的秘密》论文并绘制复原详图存世。该复原原件存放於中国历史博物馆;主要由苏州市古代天文计时仪器研究所复原并送至各地科技馆或天文馆收藏。

整座仪器高约12米，宽约7米，是一座上狭下广、呈正方台形的木结构建筑。其中浑仪等为铜制。全台共分三隔。下隔包括报时装置和全台的动力机构等。中隔是间密室，放置浑象。上隔是个板屋，中放浑仪。这台仪器的制造水平堪称一绝，充分体现了中国古代汉族劳动人民的聪明才智和富于创造的精神。

国际上对水运仪象台的设计给予了高度的评价，认为浑象一昼夜自转一圈，不仅形象地演示了天象的变化，也是现代天文台的跟踪器械 - 转仪钟的祖先;水运仪象台中首创的擒纵器机构是后世钟表的关键部件，因此它又是钟表的祖先。水运仪象台为了观测上的方便，设计了活动的屋顶，是今天天文台活动圆顶的祖 先。

水运仪象台是十一世纪末我国杰出的天文仪器，也是世界上最古老的天文钟。国际上对水运仪象台的设计给予了高度的评价，认为水运仪象台为了观测上的方便，设计了活动的屋顶，这是今天天文台活动圆顶的祖先;浑象一昼夜自转一圈。从水运仪象台可以反映出中国古代力学知识的应用已经达到了相当高的水平。

根据《新仪象法要》记载，水运仪象台是一座底为正方形、下宽上窄略有收分的木结构建筑，高大约有十二米，底宽大约有七米，共分为三大层。

上层是一个露天的平台，设有浑仪一座，用龙柱支持，下面有水槽以定水平。浑仪上面覆盖有遮蔽日晒雨淋的木板屋顶，为了便于观测，屋顶可以随意开闭，构思比较巧妙。露台到仪象台的台基有七米多高。

中层是一间没有窗户的"密室"，里面放置浑象。天球的一半隐没在"地平"之下，另一半露在"地平"的上面，靠机轮带动旋转，一昼夜转动一圈，真实地再现了星辰的起落等天象的变化。

下层包括报时装置和全台的动力机构等。设有向南打开的大门，门里装置有五层木阁，木阁后面是机械传动系统。

第一层木阁又名"正衙钟鼓楼"，负责全台的标准报时。木阁设有三个小门。到了每个时辰(古代一天分做十二个时辰，一个时辰又分为时初和时正)的开始时，就有一个穿红衣服的木人在左门里摇铃;到了每个时辰的正中，有一个穿紫色衣服的木人在右门里扣钟;每过一刻钟，一个穿绿衣的木人在中门击鼓。这层木人动作由昼时钟鼓轮控制。

第二层木阁负责报告时初、时正。该层木阁正中有一个小门，每逢各个时辰的开始时，一个穿红衣的木人持时辰牌出现在小门前;每逢各个时辰的正中，一个穿紫衣的木人拿着时辰牌出现在小门前。此层共有红衣木人和紫衣木人各12各，时辰牌牌面上依次写着子初、子正、丑初、丑正等。这层木人的动作由昼夜时初正轮控制。

第三层木阁负责报告时刻。该层木阁正中有一个小门，每到一刻，一个穿绿衣的木人持刻数牌出现在小门前。此层共有96各绿衣木人，刻数牌牌面上依次写着初刻、二刻、三刻、四刻等。这层木人的动作由报刻司辰轮控制。注:正子时、正卯时、正午时、正酉时，时兼刻，紫衣小人出场。因此只有96个绿衣小木人。

第四层木阁负责晚上的报时。该层木阁中间有一个小门，木门内置一小木人，逢日落、黄昏、各更、破晓、日出之时，木人击钲报时。这层木人的动作由夜漏金钲轮控制。

第五层木阁负责报告晚上的时间。这层木阁中间有一个小门，日出、日落、昏、晓、各更，一个穿红衣的木人持牌出现在小门前;各筹(点)，一个穿绿衣的木人持牌出现在小门前。这层木人的动作由夜漏司辰轮控制。起更(16:48)、日落、昏、一至五更、日出、晓、收更(7:12)共11个红衣小木人。每更五筹，共30个绿衣小木人。注:冬至夜六十刻、夏至四十刻，冬至-夏至，每九天增加一刻，即日出/日落小木人每九天，从起更向一更移动半刻;昏/晓为日出/日落下两刻半，即昏晓间，冬至五十五刻、夏至三十五刻，昏/晓小木人随日出/日落小木人每九天向下移动半刻。

五层木阁共有12个紫衣小木人、23个红衣小木人、126个绿衣小木人、1个击钲小木人，累计162个小木人。

每层木阁内都有相应的机轮或轮辋，上挂抱牌木人;或用拨牙拨动门口木人手臂敲打乐器。这些机轮都装在一根机轮轴上。机轮轴有传动机构和天柱相连。天柱是贯通全台上中下三隔的传动轴。天柱下有个下轮，与枢轮轴伸出的地毂相结合。当作为原动轮的枢轮转动时就经过地毂传动，使天柱旋转起来，由此带动全仪。

在下隔的中央部分设有一个直径达 3米多的枢轮。枢轮上有72条木辐，挟持着36个水斗和勾状铁拨子。枢轮顶部和边上附设一组杠杆装置，它们相当于钟表中的擒纵器。在枢轮东面装有一组两级漏壶。壶水注入水斗，斗满时，枢轮即往下转动。但因擒纵器的控制，使它只能转过一个斗。这样就把变速运动变为等间歇运动，使整个仪器运转均匀。枢轮下有退水壶。在枢轮转动中各斗的水又陆续回到退水壶里。另用一套打水装置，由打水人搬转水车，把水打回到上面的一个受水槽中，再由槽中流入下面的漏壶中去。因此，水可以循环使用。打水装置和打水人则安置在下隔的北部。整个机械轮系的运转依靠水的恒定流量，推动水轮做间歇运动，带动仪器转动，因而命名为"水运仪象台"。

浑象一半装在地柜里面，一半露出柜面。浑象中间的赤道带上装有齿牙。机轮轴的天轮和它相接，以带动浑象和天穹一起旋转。

浑仪结构和唐、宋浑仪类似，只是在中间一重三辰仪里加一个在赤道方向的天运环，环有齿牙，和天柱的上轮相接，由天柱通过天运环带动三辰仪一起转动。这是后世转仪钟的一个雏形。浑仪置于板屋内，屋顶板可自由摘除，是近代望远镜室活动屋顶的先驱。

苏颂为水运仪象台所作的设计说明书。成书于宋神宗绍圣初年，约当公元1094~1096年间。据《宋史·艺文志》等记载，本书又曾名《绍圣仪象法要》、《仪象法纂》等。今通行各本都源出南宋乾道壬辰(公元1172年)施元之刻本，共三卷。施元之曾据当时所见的各本进行过校补。书中所谓"一本"、"别本"就是施元之补入的。通行本中以《守山阁丛书》刊本为善。 书首有苏颂《进仪象状》一篇，报告造水运仪象台的缘起、经过和它与前代类似仪器相比的特点等。正文以图为主，介绍水运仪象台总体和各部结构。各图附有文字说明。卷上介绍浑仪，有图十七种。卷中介绍浑象。除五种结构图外，另有星图二种五幅，四时昏晓中星图九种。卷下则为水运仪象台总体、台内各原动及传动机械、报时机构等，共图二十三种，附别本作法图四种。

其中还有唯一的一段不带图的文字:"仪象运水法"，讲 述利用水力带动整个仪象台运转的过程。总计全书共有图六十种。这些结构图是中国现存最古的机械图纸。它采用透视和示意的画法，并标注名称来描绘机件。通过复原研究，证明这些图的一点一线都有根据，与书中所记尺寸数字准确相符。

本书是中国现存最早的水力运转天文仪器专著。它反映了中国十一世纪的天文学和机械制造技术水平。通过研究，人们得以了解中国古代的水运仪象传统，从此还得知近代机械钟表的关键性部件──锚状擒纵器是中国发明的。

控制科学与工程是一门研究控制的理论、方法、技术及其工程应用的学科。它是20世纪最重要的科学理论和成就之一，它的各阶段的理论发展及技术进步都与生产和社会实践需求密切相关。11世纪我国北宋时代发明的水运仪象台就体现了闭环控制的思想。到18世纪，近代工业采用了蒸汽机调速器。但直到20世纪20年代逐步建立了以频域法为主的经典控制理论并在工业中获得成功应用，才开始形成一门新兴的学科--控制科学与工程。此后，经典控制理论继续发展并在工业中获得了广泛的应用。在空间技术发展的推动下，50年代又出现了以状态空间法为主的现代控制理论，并相继发展了若干相对独立的学科分支，使本学科的理论和研究方法更加丰富。60年代以来，随着计算机技术的发展，许多新方法和技术进入工程化、产品化阶段，显著加快了工业技术更新的步伐。在控制科学发展的过程中，模式识别和人工智能与控制相结合的研究变得更加活跃;由于对大系统的研究和控制学科向社会、经济系统的渗透，形成了系统工程学科。特别是近20年来，非线性及具有不确定性的复杂系统向"控制科学与工程"提出了新的挑战，进一步促进了本学科的迅速发展。本学科的应用已经遍及工业、农业、交通、环境、军事、生物、医学、经济、金融、人口和社会各个领域，从日常生活到社会经济无不体现本学科的作用。在当代大学中甚至是研究生的上课讲授的也是经典控制理论和现代控制理论的集合。

控制科学以控制论、信息论、系统论为基础，研究各领域内独立于具体对象的共性问题，即为了实现某些目标，应该如何描述与分析对象与环境信息，采取何种控制与决策行为。它对于各具体应用领域具有一般方法论的意义，而与各领域具体问题的结合，又形成了控制工程丰富多样的内容。本学科的这一特点，使它对相关学科的发展起到了有力的推动作用，并在学科交叉与渗透中表现出突出的活力。例如:它与信息科学和计算机科学的结合开拓了知识工程和智能机器人领域。与社会学、经济学的结合使研究的对象进入到社会系统和经济系统的范畴中。与生物学、医学的结合更有力地推动了生物控制论的发展。同时，相邻学科如计算机、通信、微电子学和认知科学的发展也促进了控制科学与工程的新发展，使本学科所涉及的研究领域不断扩大。