控制论与维纳 PPT课件
诺伯特·维纳的控制论
诺伯特·维纳的控制论标签:控制论顶[4]分享到发表评论(0)诺伯特·维纳的控制论概述自从1948 年诺伯特·维纳发表了著名的《控制论——关于在动物和机器中控制和通讯的科学》一书以来，控制论的思想和方法已经渗透到了几乎有的自然科学和社会科学领域。
维纳把控制论看作是一门研究机器、生命社会中控制和通讯的一般规律的科学，更具体他说，是研究动态系统在变化的环境条件下如何保持平衡状态或稳定状态的科学。
他特意创造“Cybernetics”这个英语新词来命名这门科学。
“控制论”一同最初来源希腊文“mberuhhtz”，原意为“操舵术”，就是掌舵的方法和技术的意思。
在柏拉图（古希腊哲学家）的著作中，经常用它来表示管理人的艺术。
1834 年，著名的法国物理学家安培写了一篇论述科学哲理的文章，他进行科学分类时，把管理国家的科学称为“控制论”，他把希腊文译成法语“Cybernetigue”。
在这个意义下，“控制论”一词被编入19 世纪许多著词典中。
维纳发明“控制论”这个词正是受了安培等人的启发。
在控制论中，“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，而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。
通俗他说，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，起到控制的作用，以达到预定的目的。
控制论的发展过程控制论的发展过程大致分为三个阶段：20世纪50年代末期以前为第一阶段，称为经典控制论阶段；50年代末期至70年代初期为第二阶段，称为现代控制论阶段；70年代初期至现在为第三阶段，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。
【维纳】控制论-关于在动物和机器中控制和通讯的科学
【维纳】控制论-关于在动物和机器中控制和通讯的科学引言维纳控制论（Cybernetics）是一门关于控制和通讯系统的科学，其研究的对象包括生物系统和机械系统。
本文将介绍控制论的基本概念、历史背景以及在动物和机器中的应用。
1. 控制论概述1.1 定义控制论是一门研究动态系统控制和信息传递的跨学科科学。
它涉及到数学、工程学和生物学等多个领域，旨在研究系统如何通过反馈机制来实现稳定性和自动调节。
1.2 发展历史控制论起源于20世纪40年代，由美国数学家诺伯特·维纳（Norbert Wiener）首次提出。
维纳在其著作《控制与通信的数学原理》中系统阐述了控制论的基本概念和原则。
1.3 基本原理控制论的基本原理包括反馈机制、信息传递和自动调节。
反馈机制指系统通过监测输出，将其与期望值进行比较，并对系统进行调整以实现预期效果。
信息传递是指系统内部或系统之间通过信号传递实现信息交流。
自动调节则是指系统自身通过学习和适应，不断改进其性能和效果。
2. 动物中的控制论应用2.1 生物反馈系统控制论在动物学中的应用主要体现在生物反馈系统中。
生物反馈是指通过监测生物体内部的生理信号，并将其反馈给个体，帮助其调节和改变生理状态。
例如，心率监测设备可以实时监测心跳频率，并通过反馈信号告知个体，从而帮助其自我调节心率。
2.2 动物行为研究控制论还在动物行为研究中得到了广泛应用。
研究者可以使用传感器和反馈系统来监测和分析动物的行为模式和习惯，并通过精确的控制实验条件来研究行为的规律和机制。
3. 机器中的控制论应用3.1 自动控制系统在机器中，控制论应用最为广泛的领域之一就是自动控制系统。
自动控制系统通过传感器收集环境信息，并通过控制器进行分析和调节，实现对机器的自动控制和运行。
3.2 人工智能人工智能是控制论在机器中的另一个重要应用领域。
通过模拟和实现人类的认知和决策过程，人工智能系统可以实现自主学习和自主决策，从而实现智能化的控制和交互。
现代控制理论第一章 ppt课件
1889-1976
1.1 控制理论的发展历程
伯德，Hendrik Wade Bode
美国1905-1982
Bode was an American engineer, researcher, inventor, author and scientist,
of Dutch ancestry.
As a pioneer of modern control theory and electronic
telecommunications he revolutionized both the content and methodology of his chosen fields of research.
1.1 控制理论的发展历程
维纳，Norbert Wienner
1948年，维纳发表《控制论》，宣告了这门新兴学 科的诞生。这是他长期艰苦努力并与生理学家罗森 勃吕特等人多方面合作的伟大科学成果。
1964年1月，他由于“在纯粹数学和应用数学方面并 且勇于深入到工程和生物科学中去的多种令人惊异的 贡献及在这些领域中具有深远意义的开创性工作”荣 获美国总统授予的国家科学勋章。
1.1 控制理论的发展历程
维纳，Norbert Wienner
第一章，牛顿时间和柏格森时间 第二章，群和统计力学 第三章，时间序列、信息与通讯 第四章，反馈与振荡 第五章，计算机与神经系统 第六章，完形与普遍观念 第七章，控制论和精神病理学 第八章，信息、语言和社会 第九章，关于学习和自生殖机 第十章，脑电波与自行组织系统
1.1 控制理论的发展历程
伯德，Hendrik Wade Bode
维纳与控制论
维纳与控制论1948年，诺伯特 维纳(Norbert Wiener)创立了《控制论》(Cybernetics)。
Cybernetics一词来自希腊语，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。
控制论的思想渊源可以追述到古代和近代自动机器以及社会管理方面的影响。
有人问维纳：“控制论创立时，是否出现过某些哲学思想的影响？”维纳回答说：“哲学家中有一个人，如果活到今天，毫无疑问，他将研究控制论，这个人就是莱布尼茨。
”控制论最直接的思想基础来自自动机器，特别是具有类似人脑逻辑推理功能的自动机器。
要让机器思维，就需要研究思维的规律，并使之形式化。
这就产生了形式逻辑。
大约两千年前，古希腊学者亚里士多德就为形式逻辑打下了坚实的基础，其中，三段论就是形式逻辑的典型代表。
三段论法是自然语言形式的逻辑形式。
对自动机器而言，更好的逻辑形式应该是以数学语言表现的形式，这就是数理逻辑。
数理逻辑是数学和哲学交叉的科学。
数理逻辑恰好是维纳博士学位论文的主题。
从某种意义上说，最早研究数理逻辑的就是德国著名数学家和哲学家莱布尼茨。
早在17世纪，莱布尼茨就试图用数学形式建立逻辑推理体系，并于1673年发明了二元算术自动计算装置。
1697年，莱布尼茨从耶酥会理士白晋那里得到了中国的《易经》。
白晋曾为康熙年间中国宫内的法国传教士。
白晋回欧洲后，系统地向莱布尼茨介绍了中国的古代哲学。
莱布尼茨研究了《易经》中的“圆圆方位图和六十四卦次序图”，并写出了《论中国人的自然哲学》长篇论文。
在《莱布尼茨全集》第四卷第一期上有莱布尼茨写给友人的长信，其中，就有对《易经》的论述。
有人认为：“控制论的直系祖先是欧洲的莱布尼茨，其哲学基础，来自《易经》。
”然而，产生控制论的最直接原因是二十世纪二三十年代以来现代科学技术的发展和进步。
其中，数学、生物学、神经生理学、心理学、语言学等学科的进步，为控制论的产生奠定了理论基础；而自动装置、无线电通讯，特别是雷达的发展为控制论的产生奠定了技术基础。
控制理论的产生与发展讲义(PPT 34张)
1. 两千年前我国发明的 指南车，就是一种开 环自动调节系 统。
指 南 车
2. 公元1086－1089年 （北宋哲宗元祐初年）， 我国发明的水运仪象台， 就是一种闭环自动调节系 统。
水 运 仪 象 台
二 起步阶段
随着科学技术与工业生 产的发展，到十八世纪， 自动控制技术逐渐应用到 现代工业中。其中最卓越 的代表是瓦特（J.Watt） 发明的蒸汽机离心调速器， 加速了第一次工业革命的 步伐。
ห้องสมุดไป่ตู้
瓦特
三 发展阶段
1. 1868年马克斯韦尔（J.C.Maxwell）解决了蒸汽机调速 系统中出现的剧烈振荡的不稳定问题，提出了简单的稳 定性代数判据。
马克斯韦尔（J.C.Maxwell）
2. 1895年劳斯（Routh）与赫
尔维茨（Hurwitz）把马克 斯韦尔的思想扩展到高阶微 分方程描述的更复杂的系 统中,各自提出了两个著名
1.五十年代后期，贝尔曼（Bellman）等人提出了状态分析法； 在1957年提出了动态规划。
2.1959年卡尔曼（Kalman）和布西创 建了卡尔曼滤波理论；1960年在控制 系统的研究中成功地应用了状态空间 法，并提出了可控性和可观测性的新 概念。 卡尔曼
3. 1961年庞特里亚金（俄国人）提出 了极小（大）值原理。
奈奎斯特
4.1948年伊万斯（W.R.Ewans）提出了复数域内研究 系统的根轨迹法。 建立在奈奎斯特的频率响应法和伊万斯的根轨迹 法基础上的理论，称为经典（古典）控制理论（或 自动控制理论）。
四 标志阶段
1.1947年控制论的奠基人美国 数学家韦纳（N.Weiner）把控制 论引起的自动化同第二次产业革 命联系起来，并与1948年出版了 《控制论—关于在动物和机器中 控制与通讯的科学》，书中论述 了控制理论的一般方法，推广了 反馈的概念，为控制理论这门学 科奠定了基础。
控制论之父维纳
控制论之父
控制论之父维纳
制论之父维纳1940年主张计算机5原则。
维纳在1940年写给朋友的一封信中，对现在计算机的设计曾提出了几项原则．．．．
：不是模拟式，而是数字式；由电子元件构成，尽量减少机械部件；采用二进制，而不是十进制；
内部存放计算表；在计算机内部存储数据。
这些原则是十分正确的。
1940年，维纳开始考虑计算机如何能像大脑一样工作。
他发现了二者的相似性。
维纳认为计算机是一个进行信息处理和信息
转换的系统，只要这个系统能得到数据，机器本身就应该能做几乎任何事情。
而且计算机本身并不一定要用齿轮，导线，轴，电机等部件构成。
麻省理工学院的一位教授为了证实维纳的这个观点，甚至用石块和卫生纸卷制造过一台简单的能运行的电脑。
控
成绩表。
第三章控制论
反馈过时所造成的后果——积重难返。与其相对应的 是反馈及时，就是一旦被控量偏离目标被反馈装置及时检 测出来并及时传递给控制器，控制器则及时地处理此信息 并利用它及时地加以调节和控制。
促使恶性循环式正反馈向良性循环转化的方法：
割断反馈环 使用滤波器剔除不真实信息 直接削弱构成正反馈关系的系统间的作用
四、控制系统 1、控制系统
控制系统是由施控者和受控者两个基本要素以一定的相互作 用联系方式构成的系统。施控主体作用于受控客体就是控制作用或 直接作用；受控客体反作用于施控主体成为反馈作用或反作用。 控制系统的特性：
3、控制系统分类 根据控制系统有无反馈回路及其处理干扰方式的不 同可分为开环控制系统、闭环控制系统和组合控制 系统。
开环控制系统
在一个控制系统中不存在反馈回路，其输入不受输 出状况的影响，则称该系统为开环控制系统。 根据其处理干扰方式的不同又可分为“忽略型”和 “预处理型”两类。
开环控制
结构框图
三、控制论产生的技术基础 1、控制论与自动化技术 控制论直接产生于工程技术科学 自动化技术：自动控制技术
计算机信息处理技术
2、自动控制装置举例
我国西汉时期的指南车 我国西汉时期的提花机 欧洲15世纪的自动调节磨 蒸气调节器
标ernetics—Control and communication in the animal and the machine ） 1954年钱学森（H.S Tsien）的工程控制论 Engineering Cybernetics 在美国出版 影响
维纳《控制论》
信息保真律是指在信 息传递过程中，信息 的内容保持不变，但 信息的表达方式可能 会发生变化。
信息通道定律是指信 息传递的速度和效率 受到信息通道的限制 。
信息守恒定律是指信 息的总量在传递过程 中保持不变。
信息传递的方式与途径
1
信息传递的方式包括直接传递和间接传递。
2
直接传递是指信息发送者和接收者之间直接进 行信息交流，如面对面交流、电话通信等。
3
间接传递是指信息发送者和接收者之间通过中 介进行信息交流，如通过邮件、社交媒体等渠 道进行信息传递。
信息传递在控制中的作用
信息传递是控制论的核心概念之一，它在控制系 统中扮演着至关重要的角色。
信息传递还可以帮助实现前馈控制，即通过预测 未来的变化来提前调整系统的输入，以避免系统 受到未来的干扰和影响。
稳定性分析方法
采用Lyapunov方法、Razumikhin方法等，分析系统的稳定性。
稳定性与控制器设计
根据系统性能要求，设计合适的控制器，以实现系统的稳定控制。
控制系统的优化与设计
系统性能指标
设定系统性能指标，如超调量、调节时间等 。
优化算法
采用遗传算法、粒子群算法等，实现控制系统优化 设计。
控制器优化
维纳的控制论思想在机器人控 制方面也有广泛应用。通过反 馈和调节机制，机器人能够实 现对目标物体的精确跟踪和控 制。
在航天工程中，维纳的控制论 思想被广泛应用于航天器的姿 态控制、轨道控制等方面。通 过反馈和调节机制，实现对航 天器的高精度控制。
维纳控制论思想在其他领域的应用
经济领域
维纳的控制论思想在经济领域也有广泛应 用，如经济系统的预测和控制、政策制定 等。通过建立经济系统的数学模型，运用 反馈和调节机制，实现对经济系统的有效 控制。
控制理论ppt课件
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二、关键控制点、标准和标杆
1、关键控制点原则 关键控制点原则要求在实施有效控制时，必
须关注那些按照计划评价绩效的关键因素。 在实际的控制工作中，管理者并不是对所有
的活动都进行控制，而是挑选出一些关键的控制 点进行控制。这些关键控制点应能对整个工作有 重要影响或处于重要地位，控制了这些关键点也 就能控制其他活动。
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2、控制的过程
1 确定标准 2 衡量绩效 3 纠正偏差
9
确定标准
标准的制订是全部控制工作的第一步。一个周密 完善的标准体系是整个控制工作的质量保证。控制 所需的标准并不是计划中的全部指标和标准，而是 其中的关键点。为保证控制的准确性，应尽量采用 定量化的标准。标准的制订要考虑组织的实际情况 ，不能订得过高，以防土气受挫；又要充分发挥组 织的潜力，不能订得过低，以免过于保守，失去更 多的发展机会。
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什么是控制的标准
标准是衡量绩效的尺度，是从整个计划方案中 挑选出来用以衡量绩效的度量单位，这样管理人员 可以得到工作进展状况的信息，而无须过问计划执 行过程中的每个步骤。
系统科学理论控制论(共10张PPT)
一、培养学生自主学习的兴趣
在教与学的活动中，知识的掌握、能力的形成，最终要靠学生的认 识实践来完成。教师应设计好教学过程中的各个环节，让学生自己主 动地获取知识。如同叶圣陶所说的，把它比作一扇门，让学生自己走 进去，动脑、动手、动口，寻求真知。教师起提示或引导的作用。重 要的是教给学生学习的方法，这样就好比是一潭死水活起来，师生就 会充满活力和智慧。学生愿意学，并能熟练掌握所学知识。
鼓励他们多看一些好的与课文有关的课外书此，可以推断：我们在教学中，要在学生不感到压力大、负担重的前提下，尽量用较少的时间使学生获得较多的知识，培养学生的素质和能
力，教学成本要合理化。
教学信息量（u）：根据时间计算教学内容； 学生是否有学习语文的兴趣，直接关系到教学质量。
本节课侧重浅谈“控制论”
控制论是研究各种不同控制系统的一般控制规律和控制过 程的科学
控制论在教育领域中应用所形成的理论称为教育控制论。
教育控制论是以提高教学效率和教学质量为控制目标，以信
息流为主要传输形式的系统。它是研究教育系统中运用信息反 馈来控制和调节系统的行为，从而达到既定教学目标的理 论。
教学中还可以让学生把在电视上听到的、看到的记下来， 然后讲给老师同学听。鼓励他们多看一些好的与课文有关的 课外书，多积累词汇、好句子、好的写作方法。读一些报纸、 广告，从这些方面获得知识。
如何提高小学语文课堂教学效率（3）
三、激发学生学习语文的兴趣
要提高课堂教学的有效性必须重视开端时的趣味性。学生是 否有学习语文的兴趣，直接关系到教学质量。那么教师在备课时 应充分考虑学生的积极性，创设情景，培养兴趣。结合课文内容 可展开丰富多彩的活动。如分组讨论、比赛朗读、讲小故事，说 与课本有关的小笑话，分角色表演等。使学生的好奇心、兴趣、 爱好、求知欲得到充分的体现，大大激发了学生的兴趣。使他们 愿意学，主动地获取一些知识，教师再善于因势利导调动他们的 积极性，愉快地学习。
控制论创始人数学家维纳NorbertWiener
控制论创始人数学家维纳NorbertWienerNorbert Wiener美国数学家，控制论创始人维纳(提出计算机五原则)2009年12月12日星期六00：531940年：9月，贝尔实验室在美国达特默思大学演示M-1型机。
他们用电报线把安置在校园内的M-1型机和相连，当场把一个数学问题打印出来并传输到纽约，M-1型机在达特默思大学的成功表演，首次实现了人类对计算机进行的远距离控制的梦想。
控制论之父维纳提出了计算机五原则：(1)不是模拟式，而是数字式；(2)由电子元件构成，尽量减少机械部件；(3)采用二进制，而不是十进制；(4)内部存放计算表；(5)在计算机内部存贮数据。
诺伯特·维纳(Norbert Wiener，1894-1964)维纳是美国数学家，控制论的创始人。
维纳1894年11月26日生于密苏里州的哥伦比亚，1964年3月18日卒于斯德哥尔摩。
维纳的父亲列奥维纳是语言学家，又有很高的数学天赋。
他出生于俄国，智力早熟，13岁就会好几种语言；他朝气蓬勃，富于冒险精神，18岁那年单独一个漂洋过海，移居美国；他刻苦自学，凭掌握40多种语言的才能，成为哈佛大学斯拉夫语教授。
这位才气横溢、不畏艰难而又性情急躁的人决心要使儿子在学术上超人一等。
维纳认为他父亲是天生的学者，集德国人的思想、犹太人的智慧和美国人的精神于一身。
从童年到青年，维纳一直在他的熏陶下生活，并逐步成长为一个学者。
【维纳具体】■维纳作为神童■幼受庭训维纳是一个名符其实的神童。
维纳的父亲列奥很早就发现了儿子的天赋，并坚信借助于环境进行教育的重要性，他从一开始学习就实施的教育计划，用一种多少无情的方式驱使他不寻常的儿子。
维纳三岁半开始读书，生物学和天文学的初级科学读物就成了他在科学方面的启蒙书籍。
从此，他兴致勃勃，爱不释卷的埋首于五花八门的科学读本。
七岁时，开始深入物理学和生物学的领域，甚至超出了他父亲的知识范围。
从达尔文的进化论、金斯利的《自然史》到夏尔科、雅内的精神病学著作，从儒勒·凡尔纳的科学幻想小说到18、19世纪的文学名著等等，几乎无所不读。
控制论创始人-维纳
名师熏陶
在哈佛的最后一年，维纳向学校申请了旅行奖学 金并获得了批准。他先后留学于英国剑桥大学和德国 哥丁根大学，在罗素、哈代、希尔伯特等著名数学家 指导下研究逻辑和数学。 罗素是维纳的主要良师益友，维纳跟他学习数理 逻辑和科学与数学哲学，从这位大师身上得到许多深 挚的教益。他的哲学课程和数学原理课，维纳感到很 新鲜，富有启发性。罗素的讲授清晰晓畅，犹如无与 伦比的杰作，给了他深刻的印象。
个人成果
维纳在其50年的科学生涯中，先后涉足哲学、数 学、物理学和工程学，最后转向生物学，在各个领域 中都取得了丰硕成果，称得上是恩格斯颂扬过的、本 世纪多才多艺和学识渊博的科学巨人。他一生发表论 文 240 多篇，著作 14 本。他的主要著作有《控制论》 (1948) 、《维纳选集》(1964) 和《维纳数学论文集》 (1980)。维纳还有两本自传《昔日神童》和《我是一 个数学家》。
个人成果
创立控制论 维纳对科学发展所作出的最大贡献，是创立控制论。 这是一门以数学为纽带，把研究自动调节、通信工程、 计算机和计算技术以及生物科学中的神经生理学和病理 学等学科共同关心的共性问题联系起来而形成的边缘学 科。 1947 年 10 月，维纳写出划时代的著作《控制论》， 1948 年出版后，立即风行世界。维纳的深刻思想引起了 人们的极大重视。它揭示了机器中的通信和控制机能与 人的神经、感觉机能的共同规律；为现代科学技术研究 提供了崭新的科学方法；它从多方面突破了传统思想的 束缚，有力地促进了现代科学思维方纳有一次被 A 乘 B 等于 B 乘 A 之类的 运算法则迷住了。为了设法弄清楚，他画了一个矩 形，然后移转 90°，长变宽、宽变长，面积并没变。 维纳的拉丁语、希腊语、德语和英语也变成一种印 在记忆中的书库，不论何时何处，都可以拿出来就 用。在其他小男孩想当警察和火车司机的时候，维 纳就渴望当一名博物学家，立志献身于科学了。 父母几次设法送他到学校去受教育，但不寻常 的智力和训练使维纳在学校里很难被安排。他的阅 读远远地走在书写的前面，他刻苦地学习并掌握了 初等数学，但仍需要扳着手指做算术。直到9岁时， 才作为一名特殊的学生，进了艾尔中学，不满 12 岁 就毕业了。
控制论大师维纳
科 学 人 文 ＣＵＬＴＵＲＥ佛大学的教授把小维纳带进当地 著名小学——皮博迪小学。
在入行主席看到一脸稚气的维纳，颇 为惊讶，于是就当面询问他的年 龄。
维纳不愧为数学神童，他十 分巧妙给出了他的回答，而这个 回答实质上是一个数学问题“我 ： 今年岁数的立方是个四位数，岁 数的四次方是个六位数，这两个 数，刚好把十个数字 ０、 ２、 １、 ３、 ４、 ６、 ８、 全都用上了， ５、 ７、 ９ 不 重不漏。
这意味着全体数字都向 我俯首称臣，预祝我将来在数学 领域里一定能干出一番惊天动地 的大事业。
维纳此言一出， 四座皆惊， 在 座的学者们都被他的这道妙题吸 引住了。
整个会场上的人，都在 议论他的年龄问题。
这个问题其实不难解答，但 是需要掌握一些解数学题目的基 本思路。
我们先来研究维纳年龄 可能的 “上限” ：不难发现， 的 ２１ 立方是四位数， ２２的立方已经 而 是五位数了，所以维纳的年龄最 多是 ２１ 岁； 再来研究维纳年龄可 能的 “下限” １８的四次方是六位 ： 数， 而１７的四次方则是五位数了， 所以维纳的年龄至少是 １８ 岁。
这 样， 维纳的年龄只可能是 １８、 １９、 ２０、 ２１这四个数中的一个。
剩下 的工作就是一一筛选了。
的立 ２０ 方是 ８０００， ３ 个重复数字０， 有 不 合题意。
同理，１９ 的四次方等于 １３０３２１， ２１的四次方等于１９４４８１， 都不合题意。
最后只剩下一个１８， 是不是正确答案呢？验算一下， １８ 的立方等于５８３２， 四次方等于 １０４９７６，恰好“不重不漏”地用 完了十个阿拉伯数字，多么完美 的组合！这种解题方法就叫做排 除法。
控 制 论 大 师 维 纳潘 诚 文 ／学考试中，令主考老师意想不到 的是，这个怯生生、显得有些笨 拙的孩子， 却是一个智力超群、 不 同凡响的神童。
老师每问一个问 题，他都不假思索地脱口说出答 案，然后漫不经心地看着窗外的 花园，似乎嫌主考老师的问题太 过简单。
维纳控制论介绍
控制论
控制论的诞生和发展 20 世纪 30 ～ 40 年代人们对 信息和反馈有了比较深刻的认识﹐一些著名科学家环 绕信息和反馈进行了大量的研究工作。英国统计学家 R.A.费希尔从古典统计理论的角度研究信息理论﹐提 出单位信息量的问题。美国电信工程师香农﹐C.E.从 通信工程的角度研究信息量的问题﹐提出信息熵的公 式。美国数学家维纳则从控制的观点研究有噪声的信 号处理问题﹐建立了维纳滤波理论﹐并分析了信息的 概念﹐提出测定信息量的公式和信息的实质问题。
控制论
控制论的跨学科性质控制论通过信息和反馈建立了 工程技术与生命科学和社会科学之间的联系﹐因此控制 论具有明显的跨学科性。这样一来﹐不但可以把一个科 学领域中已经发展得比较成熟的概念直接用于另一科学 领域﹐促进其发展﹐避免不必要的重复的研究工作﹐而 且可以采用类比的方法特别是功能类比的方法 (又称功能 模拟法)得到许多新的启发﹐产生新的设计思想和新的控 制方法﹐取得意想不到的成果。例如﹐生物控制论与人 造系统控制论(包括工程控制论﹑经济控制论和社会控制 论)之间存在着类比关系。
控制论
维纳在改进防空武器时发现﹐动物和机器中控制和 通信的核心问题是信息﹑信息传输和信息处理。维纳与 墨西哥神经生理学家A.罗森布卢埃特合作对这个课题进 行了长达10多年(1934～1947)的研究。参加这一研究工 作的还有数学家﹑逻辑学家﹑物理学家﹑电信工程师﹑ 控制工程师﹑计算机设计师﹑神经解剖学家﹑神经生理 学家﹑心理学家﹑医学家﹑人类学家和社会学家。他们 进行了生理学﹑病理学和心理学方面的许多实验﹐吸收 来自火力控制系统﹑远程通信网络和电子数字计算机的 设计经验﹐以及对预测和滤波理论等数学统计理论的研 究﹐终于找到了控制论的核心问题。
控制论
1948 年维纳发表奠基性著作《控制论》﹐这本书 的副标题是“关于动物和机器中控制和通信的科 学”﹐控制论的名称因此而定。维纳抓住了一切通信 和控制系统的共同特点﹐即它们都包含着一个信息传 各种不同的思想内容的信息﹐一 个自动控制系统必须根据周围环境的变化﹐自己调整 自己的运动﹐具有一定的灵活性和适应性。
第十五章控制论方法精品PPT课件
谢谢你的到来
学习并没有结束，希望大家继续努力
Learning Is Not Over. I Hope You Will Continue To Work Hard
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
输出
考察黑箱
否 可供选择的黑箱
模型 是
确立黑箱模型
应用
·第一步：把研究对象从环境中相对地 “分离”出来，以确认黑箱。
·第二步：考察黑箱的输入，输出及其 动态过程。
·第三步：建立模型，阐明黑箱。
2、黑箱辨识方法的作用 ·黑箱辨识方法的最大优点，在于无须 直接考察所研究对象的内部结构，而 只是就功能行为方面对事物作以整体 性研究，因而在科学研究中有着某种 特殊的作用。
·控制过程：
实际上就是信息处理和信息变换的 能动过程，深刻体现了系统的联系的观 点、动态的观点、有机整体的观点和定 量的观点以及确定性与随机性的辩证统 一的观点。
·控制方法：
运用较多的反馈方法、黑箱辩证方 法和功能模拟方法。
2、控制论方法的基本特点
扰动
输入
被控系统
输出
执行机构
感受机构
中枢控制机构
第十五章 控制论方法
维纳的控制论方法：
·突破了以抽象分析为核心的传统方法 ·通过能动的把握信息的传输对自然事物
进行整体的综合的动态研究 ·从20世纪六十年代以后，控制论的研究
逐步与系统工程、系统科学的研究相互 渗透 ·控制论普遍存在于自然、社会与思维各 个领域，成为普遍运用的方法
一、控制论方法的基本特点
目的
制定方案
政策分析
执行
维纳与控制论
智能机
“
”
仍 有一 道 鸿 沟
”
,
维纳 指 出
,
智能的首要
维 纳持 乐 观
织 化程 度 的度
而 把 一 系统 的 摘 着 成 是 无 组 织 程 度
问题是
学习
而 这是 现 在 机 器 还 无 法 办 到 而 且 许
。
这 样 他 得 到 了 与 到 申农 定 义 等 价 的 信 息 量
。
多 科 学 家 或哲 学 家认 为 根 本 无 法 办 到 的
。
以纳入 物 理学 和 化 学 的框架之 中
从结构 上讲
、
我们
“
的确 已 到 达 生 物 的 分 子 层 次
成部分
,
可 是 我们 还 不 能理 解
”
—生 命 是 什 么
“
、
核酸
蛋 白质 及 其组
”
、
智
能是 什 么
我们虽然
,
以 合 成 多胧
多 核昔酸甚 至
口学 科博 览
子 和 卵子粉成小 的胚 胎
,
现
,
现在很 少人 知道
从 这些 研 究 中
, ,
,
维 纳 也 是 电 子 计算 机
、
虽 然 这 种 复 杂 性 也许 可 以 由 不 太 困 难 的纯 林 机 械
,
。
他深刻地理解 翰 人
翰
手段来取得
的限制
”
。
然 而 复 杂性 迫使 这 些 手段 自身受 到 极 大
,
出和 反 债 的 概 念 过
,
这 些 构成 了控制论 的基本 概 念
、
年 维纳访 问苏联 时