自动控制原理及其应用

AI&Robots Ins. (Institute of Artificial Intelligence

and Robots)，即人工智能与机器人研究所，是隶属

于北京工业大学控制科学与工程学科的研究机构，

自然地，其所致力于研究的，是人工智能(Artificial

Intelligence)和机器人(Robot)。

Robot是大家熟悉的一个英文名词，常常被译作

“机器人”。然而，无论就其形态或结构，还是就其运

动方式或行为方式，多数Robot 不象人。准确地说，

Robot是一种自动机器，一种仿生的自动机器，具有

类似生命的特征，具有类似生物的行为，甚至具有

类似生物的智慧。

《控制论》之父Wiener有一句名言：

“就其控制行为而言，所有的技术系统都是模仿生物系统的，然而，决没有哪一种生物系统

是模仿技术系统的。”

Wiener 所说的“技术系统”(Technical System)就是人造系统，就是机器，准确地说，就是自动

机器。

AI&Robots 旨在研究具有智能的自动机器，并努力使机器具有生命特征和生物行为，具有感

知能力和认知能力，包括记忆和学习的行为能力。

实际上，AI&Robots 的研究领域是综合而宽广的，是一个多学科融合的科学研究领域，其中：

•控制论(Cybernetics)

•人工智能(Artificial Intelligence)

•机器人学(Robotics)

扮演着重要角色。在AI&Robots 的标识中，黄色代表着“控制论”，红色代表着“人工智能”，蓝色

代表着“机器人学”。

AI&Robots渗透着《控制论》的思想。

1948年，美国科学家Norbert Wiener 将机器与动物类比，将计算机与人脑类比，创立了《控

制论》。

Wiener 是一个天才，8 岁上中学，11 岁上大学，14

岁大学毕业，18岁获得博士学位，其后，师从英国数学

家和哲学家Rosu。虽然主修数学和哲学，Wiener 却始

终思索着动物和机器的辨证关系。Wiener 的《控制论》

是关于动物和机器共性的科学，是关于动物和机器同一

性和统一性的科学。Wiener 兴趣广泛，在理论物理学、

生物学、神经生理学和心理学、哲学、文学等领域都有

涉猎和建树。正是Wiener 广博的知识，使《控制论》成

为科学融合的艺术。

正如Wiener 在《控制论》中所指出：

“我们正研究这样一种自动机器，它不仅通过能量流

动和新陈代谢，而且通过信息流动和传递信号，引起动作流动，并和外界有效地联系起来。自动

机器接收信息的装置相当于人和动物的感觉器官；相当于动作器官的可以是电动机或其它不同性

质的工具。自动机器接收到的信息不一定立即使用，可以储存起来以备未来之需，这与记忆相似

。自动机器运转时，其操作规则会依历史数据产生变化，这就象是学习的过程。”

在《控制论》中，Wiener虚拟设计了一个机器蠕虫，模拟蠕虫的负趋光行为，以阐明动物和

机器的共性。

Wiener的机器蠕虫具有类似动物神经的反射弧结构：

感觉器官：一对左右对称的光电管

传入神经：带信号放大器的输入线路

神经中枢：一个用于平衡两个光电管

输出的电桥

传出神经：带功率放大器的输出线路

动作器官：两个推电动马达

其中，光电管受光刺激并将光信号变换为电信号；电

信号放大后经输入线路送达电桥；电桥对来自不同光

电管的信号进行鉴别和比较，给出关于运动方向的指

令信号；指令信号经功率放大后送达运动机构，驱动

电马达，于是，蠕虫就避开光，向光线较弱的方向运动。

Wiener 的机器蠕虫是《控制论》的一个思想实验，其深刻的思想，既是控制科学与工程的源泉，也是

人工智能和机器人学的源泉。

《控制论》是一种理念，一部哲学；是世界观和方法论；是AI&Robots 一切科学活动的思想基础。

阮晓钢

2006年4月6日星期四

诺伯特·维纳（Norbert Wiener）（1894年11月26日－1964年3月18日），

美国应用数学家，在电子工程方面贡献良多。他是随机过程和杂讯过程的先驱，又

提出了“控制论”一词。

1894年11月26日，美国数学家、控制论的创始人诺伯特·维纳（Norbert Wiener） (1894～1964)诞生。1894年11月26日生于美国密苏里州的哥伦比亚，1964年3月18日卒于斯德哥尔摩。维纳于1909年毕业于塔弗茨大学，获文学士学位，1912年获哈佛大学博士学位。

后留学英国和法国，回国后先在哈佛大学等校任教，1919年到马萨诸塞州理工学院任教，直到1960年退休。

维纳在第二次世界大战期间从事雷达和防空火力控制的研究，以后研究通信和控制技术，于1948年发表了有名的《控制论》一书，用统一的数学观点讨论了通信、计算机和人类的思维活动，提出了自动化工厂、机器人、由数字电子计算机控制的装配线等新概念，促进了通信、计算机、机器人和人工智能等理论的发展。

他生于密苏里州哥伦比亚，父亲里奥·维纳是波兰籍犹太移民，母亲是德国籍犹太人。里奥是哈佛大学斯拉夫语族的讲师，他用他自创的高压方法培育诺伯特。凭他的天份再加上父亲的培育，他成为神童。1903年，他开始上学；1906年（12岁），高中毕业，同年9月入读塔夫斯学院修读数学；1909年（15岁）时他已取得学士学位，入读哈佛大学研究动物学。

一年后他往康乃尔大学转读哲学。1912年，18岁的他取得数理逻辑的博士学位。

他到英国剑桥随罗素、哈代学习，1914年又到德国格丁根跟大卫·希尔伯特和埃德蒙·兰道。之后他回到剑桥，再回到美国。1915至16年，他在哈佛教授哲学，其后为通用电气和大美百科全书工作。战争期间在马里兰州阿伯丁试验场钻研弹道学。战后他在麻省理工教授数学。他讲课技巧恶劣，常常闹的笑话或心不在焉。

在麻省理工任教时，他不时到欧洲。1926年和一名德国移民结婚。他们有两个女儿。他主要在格丁根和剑桥，研究布朗运动、傅里叶变换、调和分析、狄利克雷问题和Tauber型定理等。二战时，他在枪炮控制方面工作，引发了他对通讯理论的兴趣，促成了控制论的诞生。

战后发生了一件怪事。他邀请了人工智能、计算机科学和神经心理学的年轻学者到麻省理工。

当这批学者来到时，他却突然断绝所有来往。这可能由他的神经质性格引起。二战后，他对科学研究的政治影响和科学的军事用途更为关注。他拒绝为军事机械工作。1964年他在瑞典斯德哥尔摩逝世。

目录

••简述

••昔日神童

••现代大师

••成果