电气工程哲学问题思考

电气工程相关哲学问题思考

摘要

本文阐述了电气工程中控制理论的作用，以及控制理论的发展，说明其在古典控制理论发展过程中所体现的方法论，相似性原理作为仿真方法理论基础的应用等，探讨了控制理论在电气工程应用过程中所体现的哲学问题。

关键词：电气工程、控制理论、哲学

电气工程是多学科的交叉，它涉及电子信息、通信、控制、机械等众多学科，其中他的灵魂是控制理论。而哲学是对人精神的最高控制，哲学的功能不仅是解释世界和改变世界，而且也包括控制世界。

控制理论在电气工程中的作用与哲学对人的控制，二者在各自领域所起的作用有怎样的联系，控制理论的发展是否可以借鉴哲学的思想？是值得我们认真思考的问题。

一、电气工程中控制理论的发展

控制理论在电气工程中的应用，是与现代社会生产的自动化水平密切相关的，在上个世纪三四十年代，基于反馈作用的伺服理论发展迅速，极大的提高了社会生产效率，但这些机器装置原理简单，大多缺乏灵活性，没有与条件或环境的变化相适应的能力，自动化水平不高。当时，有关原子弹、氢弹反应堆的研制需要能远距离操作并具有一定智能的机器来完成。更高的自动化水平，必然会导致智能化的发展方向。例如，最优控制理论的发展是伴随着“最优化”概念的提出而开始的。在第二次大战期间及以后的一段时间内，应战争和军事防御上的需要，以提高大炮发射命中率为主要目标的自动控制系统（通常叫做伺服系统）的技术日臻完善。但是，随着社会的发展，简单的反馈控制已经难以满足工程实践的要求，传统的系统设计方法也无法实现日渐增高的性能指标。在这种情况下，科学家们通过大量的研究，于50年代初提出了最优化的概念，并试图对控制对象施加最优控制。但由于理论上尚不完善故未能真正实现。直到1960年前后，由于在控制理论中引入一系列新的研究方法和数学成果，推出了最优控制所必须满足的必要的充分条件后，才使最优控制的应用逐渐普及，并成为60年代自动控制领域的热门课题。特别是空间技术的迅猛发展，更进一步推动了最优控制理论向前迈进。举个例子来说，为了使宇宙飞船登月舱能以最小的燃料在月球表面准确、平稳地实现“软着陆”，即落到月球表面时的速度恰好为零，以避免与月球表面发生碰撞而损坏舱内设备，必然选择合适的控制方式来改变火箭发动机的推力。这就是所谓的“月球软着陆”问题，也叫做“燃料最省控制问题”。【1，2】控制理论的发展经历了古典控制理论，现代控制理论，到目前十分热门的通过对仿生学研究所提出的智能控制理论等阶段

二、控制理论发展过程中的哲学问题

从控制理论在电气工程中的应用研究可以看出，电气工程中的系统，是有各种装置组成的一个自动控制系统。在这个系统中有专门的调节装置来控制系统的运转，维持自身的稳定和系统的目的功能。控制单元发出指令，作为控制信息传

递到系统的各个部分（即控制对象）中去，由它们按指令执行之后再把执行的情况作为反馈信息输送回来，并作为决定下一步调整控制的依据。这样我们就看到，整个控制过程就是一个信息流通的过程，控制就是通过信息的传输、处理来实现的。反馈对系统的控制和稳定起着决定性的作用，电气系统保持自身功能的稳定，是通过反馈机制实现的。控制理论就是研究如何利用控制器，通过信息的变换和反馈作用，使系统能自动按照人们预定的程序运行。它是自动控制、通讯技术、计算机科学、数理逻辑等多种科学技术相互渗透形成的。它研究机器以及各种不同基质系统的通讯和控制的过程，探讨它们共同具有的信息交换、反馈调节、自组织、自适应的原理和改善系统行为、使系统稳定运行的机制，从而形成了一大套适用的概念、模型、原理和方法。

考虑古典控制理论，他研究的是系统的输入输出之间的关系，因为在控制理论发展的早期阶段，由于弄不清一部复杂装置的的结构与功能就转而研究作为其外部表现的输入输出之间的关系，就如所谓的黑箱方法，“黑箱”是指不能打开盖子，却也不能从外部观察到内部结构的箱子（系统）。人们对黑箱一无所知，只能通过黑箱的输入输出来判断其内部结构（输入是可操纵的），或者说，试图通过对输入和输出的测量推导出系统的结构或功能。这实际是借鉴了方法论，一条途径走不通，就可以开辟一条新的途径，绕道而行。这在方法论上是可取的。

应该说明的是，某组一定的输出输入关系并不唯一对应着一定的系统结构，正如艾因比所说：“性态不能唯一确定联系”。

再如在电气工程研究中常用的仿真研究方法，仿真研究法是一种功能模拟方法。该方法是采用模型试验来代替真实的研究客体。控制理论感兴趣的是能够同周围环境保持稳定和合理的相互关系的系统，确切的说是这种系统的行为规律性。因此，功能用功能模型来模仿客体原型的功能和行为。所谓功能模型就是只以功能行为是相似为基础而建立的模型，他所依据的是相似性原理。如猎手瞄准猎物的过程与自动火炮系统的功能行为是相似的，但二者的内部结构和物理过程是截然不同的，这就是一种功能模拟。

现实生活中我们更多的是与灰箱系统打交道，灰箱是指我们已经有了一定的了解的系统。这是如果按照黑箱理论可能得到与已知矛盾的结果，从而是不完全可靠了，这就需要引入灰箱理论。白箱，相对黑箱，应该是指其内部结构明了的系统，又称“全知的黑箱”，我们可以列出表示这种结构（如能观性和能控性）的关系式。但自然界不存在完全被认识的东西，人类的认识也是不断深入的，因此我们要通过这些关系式对系统进行再认识或者进行预测，这种方法就是白箱方法。

信息的方法。控制过程是一个信息过程，控制系统的作用就是以某种智能方式从外界提取必要的信息(称为输入)，按一定的法则进行处理，产生新的信息(称为输出)反作用于外界，以达到一定的目的。输入输出变量不仅可以表示行为，也可以表示信息。如果说功能模拟方法把控制过程理解为行为过程，信息的方法则把这个过程理解为信息过程。通过分析系统信息的流程来推测系统构成的方法就是信息的方法。

三、结论

随着电气工程进一步的发展，控制理论将发挥越来越大的作用，控制理论本身也将逐步发展，它的发展过程将更多的借鉴哲学中的原理，其本身也必将体现出越来越多的哲学方法

参考文献：

1. 王雨田：控制论信息论系统科学与哲学（第二版）.。中国人民大学出版社。1988.3。

2. 常绍舜：控制世界——哲学的新功能系统科学学报。2007年15卷1期10-12页。

3. G.克劳斯着﹐梁志学译﹕《从哲学看控制论》﹐中国社会科学出版社﹐北京﹐1981。

4. 颜泽贤复杂性探索与控制论发展，自然辩证法研究。2005年第6期。

5. 翟晓梅、邱仁宗生命伦理学导论，清华大学出版社2005年。

6.胡文耕科学前沿与哲学，中共中央党校出版社, 1993。