控制論實際上是將控制原理抽象應(yīng)用于其他領(lǐng)域

緣起1

一年半以前（2017年3月），《中國機械工程》副主編郭偉老師，邀請我作為雜志審稿專家，同時向我約稿，“從XX理論看智能制造”，當(dāng)時就提出了寫“從自動化理論看智能制造”的文章方向。

在構(gòu)思文章的時候，發(fā)現(xiàn)控制原理可以應(yīng)用到智能制造的方方面面，其中負反饋的原理，可以應(yīng)用到從宏觀的公司戰(zhàn)略，企業(yè)經(jīng)營管理方面，微觀到設(shè)備控制，從長期的產(chǎn)品生命周期閉環(huán)，到及時的單個設(shè)備的閉環(huán)控制。在智能制造的方方面面都體現(xiàn)著控制原理的閉環(huán)控制。

構(gòu)思的內(nèi)容太多，反而不知從哪里開始寫起，所以一直沒有寫出來。

緣起2

10月中旬（2018年），蘭光創(chuàng)新的朱鐸先老師，將與趙敏老師合著的《機.智 從數(shù)字化車間走向智能制造》一書贈送給我，通篇瀏覽后，有很多方面想寫一下。

喜歡閱讀朱鐸先和趙敏的文章，他們的文章信息量大，又很有啟發(fā)性。我的很多觀點是在閱讀了朱鐸先的文章后，受啟發(fā)而產(chǎn)生的，比如《中國制造新起點：服務(wù)業(yè)革命開啟服務(wù)業(yè)文明》一書的核心觀點就是在閱讀了他的一篇文章后，讓我從產(chǎn)業(yè)歷史和分工的維度思考而提出來，后來根據(jù)這個觀點整理出書。

在《機.智》一書中，關(guān)于CPS的一段論述：

Cyber－Physical System中的Cyber是Cybernetics的字根，來源于希臘語，遠意為掌舵術(shù)，包含了調(diào)節(jié)、操縱、管理、指揮、監(jiān)督等方面的含義。

Cyber這個詞最早用于科學(xué)術(shù)語，是美國數(shù)學(xué)家、控制論創(chuàng)始人維納在1948年出版的《Cybernetics》(中文版被翻譯為《控制論》)一書中提到的，于是，很多人將Cybernetics稱之為控制論，但“控制論”也不能完整表達Cybernetics的意思，建議音譯為賽博學(xué)為宜。

朱鐸先認為Cybernetics的涵義遠遠多于控制領(lǐng)域本身，這個觀點我是認同的。但我的觀點稍微有些差異：控制（自動化）理論本身可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域，但傳統(tǒng)的學(xué)科領(lǐng)域把自動化束縛住了。

計劃以此為核心觀點，闡述控制理論在智能制造各個方面的應(yīng)用，寫一系列文章。

控制論實際上是將控制原理抽象應(yīng)用于其他領(lǐng)域

在《機.智》一書中提到：

維納在《控制論》中提出“閉環(huán)反饋，自穩(wěn)定系統(tǒng)能夠‘自我’調(diào)整行為和學(xué)習(xí)的機器的魔力”

控制論對閉環(huán)反饋的推廣有非常大的促進作用，因為控制論的影響力大，所以很多人認為閉環(huán)反饋是維納提出來，其中上個世紀(jì)有一本暢銷書《第五項修煉》中，也認為閉環(huán)反饋是維納提出來的。書中如下紀(jì)錄：

系統(tǒng)思考是“看見整體”的一項修煉。....出自兩個來源：控制論（Cybernetics）的“回饋”（feedback）概念與“伺服機制”（servo-mechnaism)工程理論。

從《第五項修煉》的文字上，認為閉環(huán)控制出自控制論（cybernetics)，而事實上，閉環(huán)控制原理最早是麥克斯韋提出來的，因為cybernetics學(xué)術(shù)地位高，提到了回饋并被，以下引自《控制論》

我們決定把這個關(guān)于既是機器中，又是動物中的控制和通訊理論的整個領(lǐng)域叫控制論（Cybernetics），這個字我們從希臘“掌舵人”演變而來，在選擇這個字時，我們用它來紀(jì)念關(guān)于反饋機構(gòu)的第一篇重要論文，這是麥克斯韋在1868年發(fā)表的一篇關(guān)于調(diào)速器的文章，而拉丁文調(diào)速器（governor）一字是從掌舵人訛誤引申而來的，我們也想提到這個事實：船舶的操舵機的確是反饋機構(gòu)的一種最早而且最發(fā)達的形式。

從發(fā)展上看，現(xiàn)有了閉環(huán)控制原理，才有了控制論。控制論是維納將經(jīng)典控制理論歸納總結(jié)，應(yīng)用于其他領(lǐng)域。［其實控制論算是數(shù)學(xué)名著］

我們看控制論的結(jié)構(gòu)：

第一章：回顧總結(jié)科學(xué)思想和科學(xué)方法論趨勢。通過對牛頓力學(xué)的相對性、局限性分析，指出“即便在引力天文學(xué)中也有逐漸衰減的摩擦過程，沒有一門科學(xué)完全符合嚴(yán)格的牛頓式樣。”

第二章：為控制論建立了一種統(tǒng)計理論。

第三章：提出了時間系列的統(tǒng)計力學(xué)問題。

第四、五章：對反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性和計算機的記憶、運算和控制裝置的特點分析，討論了神經(jīng)系統(tǒng)活動的某些機制和病理學(xué)的問題。

第六章：介紹群掃描概念和多級反饋系統(tǒng)的概念，討論了視覺生理的某些問題和用一種感官來彌補另一種感官缺陷的問題。

第七章：結(jié)合對電子計算機工作可靠性的討論，從控制論的觀點研究這些機制的可能性。

第八章，運用控制論的觀點去分析社會發(fā)展的問題。

總結(jié)：控制論的內(nèi)容，更多的是將閉環(huán)控制原理，進一步抽象化，在更多的領(lǐng)域應(yīng)用，所以將控制論當(dāng)作一種基礎(chǔ)學(xué)科。應(yīng)用于動物和機器中，控制和通訊。而在控制論之前，

1、瓦特改良蒸汽機，增加反饋機構(gòu)；

2、1868年英國麥克斯韋爾發(fā)表“論調(diào)速器“指出，不應(yīng)該單獨研究飛球調(diào)速器，必須從整個系統(tǒng)分析控制的不穩(wěn)定性，建立系統(tǒng)微分方程，分析是否會出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象；麥克斯韋爾的論文是被公認的自動控制原理的開端；

3、1875年勞斯提出代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)；

4、1932年奈奎斯特提出奈氏穩(wěn)定判據(jù)；

5、1936年英國的考倫德（A Callender）和斯蒂文森（A Stevenson)等人給出了PID控制方法；而PID控制是最經(jīng)典的控制方法。

1848年維納出版《控制論》，形成完整的經(jīng)典控制理論，標(biāo)志著經(jīng)典控制科學(xué)的誕生。

在控制領(lǐng)域是先有了實踐和控制原理；將控制原理進一步抽象化稱為一門科學(xué)并應(yīng)用于動物和機器中的控制和通訊，從而稱為一門學(xué)科。

自動化的實踐是控制論誕生的基礎(chǔ)，基于這個基礎(chǔ)，抽象稱為一門學(xué)科被多個領(lǐng)域應(yīng)用，成為控制論，控制論是用自動控制的原理（反饋機制）應(yīng)用于控制、通訊等領(lǐng)域。

控制論將工程信息用數(shù)學(xué)表示

控制論是研究動物(包括人類)和機器內(nèi)部的控制與通信的一般規(guī)律的學(xué)科,著重于研究過程中的數(shù)學(xué)關(guān)系。綜合研究各類系統(tǒng)的控制、信息交換、反饋條街的科學(xué)，是跨及人類工程學(xué)、控制工程學(xué)、通訊工程學(xué)、計算機工程學(xué)、一般生理學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、數(shù)學(xué)、邏輯學(xué)、社會學(xué)等眾多學(xué)科的交叉學(xué)科。

控制論主要包括：信息論、自動控制理論。

信息論主要是關(guān)于各種通路（包括機器、生物機體）中信息的加工傳遞和貯存的統(tǒng)計理論。

維納把控制系統(tǒng)所接收和加工的信息流看作一個時間系列（如電話線中隨時間迅速變化著的電壓系列就是一個時間系列?？刂葡到y(tǒng)接收和加工的信息具有一定的隨機性，具有某種統(tǒng)計分布。如果從時間系列觀點，一個控制系統(tǒng)可能接收和加工大量不同的時間系列，各個不同的時間系列的出現(xiàn)都會有一定的概率，這就需要控制系統(tǒng)能接收和加工各個時間系列構(gòu)成的統(tǒng)計，其中每一個時間系列都是其中的一個元。這樣就解決了控制系統(tǒng)所接收和加工信息流的統(tǒng)計性質(zhì)的數(shù)學(xué)表示。

有了時間系列的統(tǒng)計，就可以從過去的時間系列的統(tǒng)計來推知未來，預(yù)測未來；而一些信息被噪聲干擾后，通過技術(shù)手段恢復(fù)原來的信息流，實際上也是用了統(tǒng)計方法，也是一種預(yù)測。

自動控制系統(tǒng)的理論主要是反饋論，包括從功能的觀點對機器和物體中（神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌及其他系統(tǒng)）的調(diào)節(jié)和控制的一般規(guī)律的研究。

通常自動控制系統(tǒng)，希望實現(xiàn)負反饋。

比如船舶上的操舵機，將駕駛盤的轉(zhuǎn)動，作用到一個與舵柄相連的裝置上，通過這個裝置調(diào)節(jié)操作舵機的氣門，使得舵柄朝著這些氣門關(guān)閉的方向轉(zhuǎn)動。舵柄這樣轉(zhuǎn)動后，就使其門調(diào)節(jié)裝置的另一端回到正中位置，這樣駕駛盤的轉(zhuǎn)角位置就再現(xiàn)為舵柄的角位置，而減少另一邊氣門的蒸汽量，就增加了使得舵柄達到所要求位置上的轉(zhuǎn)矩。從而實現(xiàn)反饋。