钱学森与控制论
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钱学森生平介绍钱学森,人类航天科技的重要开创者和主要奠基人之一,是航空领域的世界级权威、空气动力学学科的第三代挚旗人,是工程控制论的创始人,是二十世纪应用数学和应用力学领域的领袖人物——堪称二十世纪应用科学领域最为杰出的科学家,他在上世纪40年代就已经成为和其恩师冯·卡门并驾齐驱的航空航天领域内最为杰出的代表人物,并以《工程控制论》的出版为标志在学术成就上实质性地超越了科学巨匠冯·卡门,成为二十世纪众多学科领域的科学群星中,极少数的巨星之一;钱学森同志也是为新中国的成长做出无可估量贡献的老一辈科学家团体之中,影响最大、功勋最为卓著的杰出代表人物,是新中国爱国留学归国人员中最具代表性的国家建设者,是新中国历史上伟大的人民科学家:被誉为“中国航天之父”、“中国导弹之父”、“火箭之王”、“中国自动化控制之父”。
中国国务院、中央军委授予“国家杰出贡献科学家”荣誉称号,获中共中央、国务院中央军委颁发的“两弹一星”功勋奖章。
钱学森一九一一年十二月出生于上海,祖籍浙江杭州。
一九二三年九月进入北京师范大学附属中学学习,一九二九年九月考入交通大学机械工程系(现西安交通大学机械工程学院)一九三四年六月考取公费留学生,次年九月进入美国麻省理工学院航空系学习,一九三六年九月转入美国加州理工学院航空系,师从世界著名空气动力学教授冯·卡门,先后获航空工程硕士学位和航空、数学博士学位。
一九三八年七月至一九五五年八月,钱学森在美国从事空气动力学、固体力学和火箭、导弹等领域研究,并与导师共同完成高速空气动力学问题研究课题和建立“卡门-钱近似”公式,在二十八岁时就成为世界知名的空气动力学家。
1950年,钱学森同志争取回归祖国,而当时美国海军次长金布尔声称:“钱学森无论走到哪里,都抵得上5个师的兵力,我宁可把他击毙在美国,也不能让他离开。
”钱学森同志由此受到美国政府迫害,遭到软禁,失去自由。
1955年10月,经过周恩来总理在与美国外交谈判上的不断努力——甚至不惜释放15名在朝鲜战争中俘获的美军高级将领作为交换,钱学森同志终于冲破种种阻力回到了祖国,自1958年4月起,他长期担任火箭导弹和航天器研制的技术领导职务,为中国火箭和导弹技术的发展提出了极为重要的实施方案——为中国火箭、导弹和航天事业的发展作出了不可磨灭的巨大贡献。
作者:刘文江来源:中国大百科全书发表时间:2006-03-12 浏览次数:623 字号:大中小【汉语拼音】kongzhilun【中文词条】控制论【外文词条】cybernetics【作者】刘文江研究生命体﹑机器和组织的内部或彼此之间的控制和通信的科学。
控制论的建立是20世纪最伟大的科学成就之一﹐现代社会的许多新概念和新技术往往与控制论有着密切的联系。
控制论的奠基人美国数学家维纳﹐N.1948年为控制论所下定义是:“研究动物和机器中控制和通信的科学”。
70年代以来﹐电子数字计算机得到广泛的应用﹐控制论的应用范围逐渐扩大到社会经济系统﹐控制论的定义也因之扩展。
苏联和东欧各国学者认为控制论是研究系统中共同的控制规律的科学﹐把控制论的定义又作了进一步的扩展。
英文cybernetics(控制论)一词来源于希腊文﹐原意为“掌舵人”﹐转意是“管理人的艺术”。
1947年﹐维纳选用cybernetics这个词来命名这门新兴的边缘科学有两个用意﹕一方面想藉此纪念麦克斯韦1868年发表《论调速器》一文﹐因为governor(调速器)一词是从希腊文“掌舵人”一词讹传而来的﹔另一方面船舶上的操舵机的确是早期反馈机构的一种通用的形式。
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。
他们几乎在同一个时候解决了信息的度量问题。
这一时期﹐人们逐渐深入了解反馈控制系统的工作原理。
1932年美国通信工程师奈奎斯特﹐H.发现负反馈放大器的稳定性条件﹐即著名的奈奎斯特稳定判据。
系统工程理论第一节系统科学的学科体系我国著名科学家钱学森提出了一个清晰的现代科学技术的体系结构,认为从应用实践到基础理论,现代科学技术可以分为四个层次:首先是工程技术这一层次,然后是直接为工程技术提供理论基础的技术科学这一层次,再就是基础科学这一层次,最后通过进一步综合、提炼达到最高概括的马克思主义哲学。
如图2-1所示。
在此基础上他又进一步提出了一个系统科学的体系结构。
他认为系统科学是由系统工程这类工程技术,系统工程的理论方法(像运筹学、大系统理论等)这一类技术科学(统称为系统学),以及它们的理论基础和哲学层面的科学所组成的一类新兴科学。
如图2-2所示。
图2-1现代科学技术体系系统学主要研究系统的普遍属性和运动规律,研究系统演化、转化,协同和控制的一般规律、系统间复杂关系的形成法则、结构和功能的关系、有序、无序状态的形成规律以及系统的仿真的基本原理等,随着科学的发展,它的内容也不断在丰富。
由于其尚属于起步阶段,还不够成熟,因而学者们对系统科学的学科体系的认识仍有较大差异。
系统工程是从实践中产生的,它用系统的思想与定量和定性相结合的系统方法处理大型复杂系统的问题,它是一门交叉学科。
系统工程是把自然科学和社会科学的某些思想、理论、方法、策略和手段等根据总体协调的需要,有机地联系起来,把人们的生产、科研、经济和社会活动有效地组织起来,应用定量和定性分析相结合的方法和计算机等技术工具,对系统的构成要素、组织结构、信息交换和反馈控制等功能进行分析、设计、制造和服务,从而达到最优设计、最优控制和最优管理的目的,以便最充分地发挥人力、物力和信息的潜力,通过各种组织管理技术,使局部和整体之间的关系协调配合,以实现系统的综合最优化。
系统工程是一门工程技术,但它与机械工程、电子工程、水利工程等其它工程学的某些性质不尽相同。
上述各门工程学都有其特定的工程物质对象,而系统工程则不然,任何一种物质系统都能成为它的研究对象,而且还不只限于物质系统,它可以包括自然系统、社会经济系统、经营管理系统、军事指挥系统等等。
钱学森工程哲学思想研究在现代化的进程中,交通运输工程恐怕功不可没,交通的便利对全球化的进程作用巨大。
工程数量的增加,规模的扩大,程度的复杂化,需要进行学科研究,特别是需要从哲学层面把握工程活动的本质和规律。
钱学森是工程哲学的先驱和开创者,研究钱学森的工程哲学思想具有很强的现实意义。
一、《工程控制论》——钱学森工程思想的萌芽随着人类改造自然活动的不断深入,世界范围内工程数量和规模都达到了空前的高度,伴随而来的对工程活动的哲学思考也从未停止。
学界普遍认为,工程哲学学科是21世纪的产物。
以21世纪初我国学者李伯聪的《工程哲学引论》和美国学者布希瑞利的《工程哲学》为代表的一批著作是工程哲学兴起的标志。
进入新世纪以来,工程哲学的概念原理和研究方法的确都有了更加明确、独立、具体的发展,可以说,工程哲学进入了一个全新时期。
本文通过对钱学森先生一生在工程领域的成就和贡献的研究,提出“钱学森是工程哲学的先驱”这一新观点。
1948年,美国数学家维纳在研究了通讯和控制系统的特点后,综合了通讯和控制领域的经验和理论,创立了“控制论”学科。
1954年,时任加州理工学院喷气推进实验室教员的钱学森在美国出版《工程控制论》一书,该书从技术科学的维度对各种工程技术系统的自动控制理论作了全面研究。
这是钱学森学术生涯中的一次创举。
钱学森是世界上最早把维纳的“Cybernetics”明确为“机械和电机系统的控制和导航科学”的学者之一,并把经典控制等“工程实践”升华为“工程科学”,《工程控制论》成为现代控制科学真正的奠基之作。
如果说维纳的《控制论》是哲学,是认识论和方法论,那么钱学森的《工程控制论》是这种思想和方法论在工程领域的具体实践,钱学森第一次把哲学思想和工程控制联系在一起,钱学森也由此推开工程哲学领域的大门。
二、钱学森的系统现代工程观在我国,工程作为一门独立学科也是由钱学森提出来的。
曾任中国自然辩证法研究会理事长并创刊《自然辩证法研究》的丘亮辉先生说:“钱学森是第一个提出工程控制论的,他1954年回国的时候带了《系统工程》这本著作。
钱学森生平介绍钱学森,人类航天科技的重要开创者和主要奠基人之一,是航空领域的世界级权威、空气动力学学科的第三代挚旗人,是工程控制论的创始人,是二十世纪应用数学和应用力学领域的领袖人物——堪称二十世纪应用科学领域最为杰出的科学家,他在上世纪40年代就已经成为和其恩师冯·卡门并驾齐驱的航空航天领域内最为杰出的代表人物,并以《工程控制论》的出版为标志在学术成就上实质性地超越了科学巨匠冯·卡门,成为二十世纪众多学科领域的科学群星中,极少数的巨星之一;钱学森同志也是为新中国的成长做出无可估量贡献的老一辈科学家团体之中,影响最大、功勋最为卓著的杰出代表人物,是新中国爱国留学归国人员中最具代表性的国家建设者,是新中国历史上伟大的人民科学家:被誉为“中国航天之父”、“中国导弹之父”、“火箭之王”、“中国自动化控制之父”。
中国国务院、中央军委授予“国家杰出贡献科学家”荣誉称号,获中共中央、国务院中央军委颁发的“两弹一星”功勋奖章。
钱学森一九一一年十二月出生于上海,祖籍浙江杭州。
一九二三年九月进入北京师范大学附属中学学习,一九二九年九月考入交通大学机械工程系(现西安交通大学机械工程学院)一九三四年六月考取公费留学生,次年九月进入美国麻省理工学院航空系学习,一九三六年九月转入美国加州理工学院航空系,师从世界著名空气动力学教授冯·卡门,先后获航空工程硕士学位和航空、数学博士学位。
一九三八年七月至一九五五年八月,钱学森在美国从事空气动力学、固体力学和火箭、导弹等领域研究,并与导师共同完成高速空气动力学问题研究课题和建立“卡门-钱近似”公式,在二十八岁时就成为世界知名的空气动力学家。
1950年,钱学森同志争取回归祖国,而当时美国海军次长金布尔声称:“钱学森无论走到哪里,都抵得上5个师的兵力,我宁可把他击毙在美国,也不能让他离开。
”钱学森同志由此受到美国政府迫害,遭到软禁,失去自由。
1955年10月,经过周恩来总理在与美国外交谈判上的不断努力——甚至不惜释放15名在朝鲜战争中俘获的美军高级将领作为交换,钱学森同志终于冲破种种阻力回到了祖国,自1958年4月起,他长期担任火箭导弹和航天器研制的技术领导职务,为中国火箭和导弹技术的发展提出了极为重要的实施方案——为中国火箭、导弹和航天事业的发展作出了不可磨灭的巨大贡献。
系统论控制论信息论系统论、控制论、信息论,简称“三论”。
三论是标志着人类现代文明历史进程中光辉里程碑。
高新科技的发展和创新都要求“三论”作理论基础进行指导,例如在航空航天、宇宙天体、原子核能源、军事兵器等,促使科研中庞大复杂的系统工程的目标实现,都离不开“三论”的指导。
我国著名科学家钱学森是创立所谓“中国三论”的学术带头人。
1.系统论的概念、特点:(1)概念:系统论是研究系统的一般模式,结构和规律的学问。
它研究各种系统的共同特征,用数学方法定量的描述其功能,寻求并确立适用于一切系统的原理,原则和数学模型,是具有逻辑和数学性质的一门科学。
(2)类型:系统论是多种多样的,可根据不同的原则和情况来划分系统的类型,按人类干预的情况可划分为自然系统和人工系统,按科学领域可分为自然系统、社会系统、思维系统(城市生态管理学涉及系统论的人工系统知识。
)(3)特点:系统论认为整体性、关联性、等级结构性、动态平衡性、时序性等是所有系统的共同基本特征,这些既是系统所具有的基本思想观点,也是系统方法的基本原则,表现了系统论不仅是反映客观规律的科学理论,且具有科学方法的含义。
城市生态管理的基本点就是将系统论的方法论引入到城市管理中,从而建立了城市生态管理的科学体系。
2.控制论控制论是研究各类系统的调节和控制规律的科学。
自从1948年诺伯特·维纳(Norbert Wiener)发表了著名的《控制论关于在动物和机器中控制和通信的科学》一书以来,控制论的思想和方法已经渗透到了几乎所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信的一般规律的科学,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”一词最初来源希腊文“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。
在控制领域,我国有许多著名的专家学者,他们为我国的科技发展作出了不可磨灭的贡献。
以下列举了三位在控制领域具有重要影响力的专家学者及其主要贡献:1. 钱学森钱学森(1911年12月11日-2009年10月31日),生于浙江杭州,是我国著名的航天专家,被誉为“我国航天之父”。
他主要贡献包括:1)领导并参与了我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”的研制工作,使我国成为继美国、苏联之后第三个拥有自己的卫星的国家;2)主持完成了我国第一颗载人航天器“神舟五号”的研究和研制工作,成功实现了我国首次载人航天任务;3)在控制理论领域,提出了许多重要的理论成果,为我国控制领域的发展奠定了基础。
2. 吴文俊吴文俊(1912年8月28日-2002年2月8日),生于湖北武汉,是我国著名的自动控制理论专家,被誉为“我国自动控制之父”。
他主要贡献包括:1)提出了离散系统状态空间描述的最小模型概念,推动了离散系统理论的研究和发展;2)发展了线性系统时变性分析理论,使之成为自动控制理论的重要组成部分;3)在教育和学术领域,培养了大批自动控制领域的优秀人才,为我国自动控制领域的发展做出了重要贡献。
3. 吴有训吴有训(1932年1月14日-),生于广东省台山市,是我国著名的控制理论专家,被誉为“我国现代控制理论奠基人”。
他主要贡献包括:1)在多变量系统最优控制理论方面进行了深入研究,提出了多变量最优控制系统的代数鲁棒稳定性概念,并建立了相应的理论框架;2)在控制系统鲁棒性方面做出了杰出贡献,提出了具有强鲁棒性的广义H∞控制理论,为控制系统稳定性分析和控制器设计提供了重要的理论基础;3)在教育和学术领域,培养了大批控制理论领域的优秀人才,为我国控制理论领域的发展做出了重要贡献。
这三位专家学者在我国的控制领域具有重要的影响力,他们的贡献不仅推动了我国控制领域的发展,也为世界控制理论的研究作出了重要贡献。
他们的成果和精神将激励着后人在控制领域不断探索和创新,为我国科技事业的发展贡献力量。
钱学森与控制论郑应平同济大学自动化系钱学森在控制论方面作出了独创性、前瞻性的贡献,特别是他把控制论与系统科学、复杂性探索结合起来考察,给人们提供了理论和方法论的指导。
因此,回顾和研究钱学森在控制论方面的思想发展历程和学术贡献,具有重要的理论和实践意义。
1.控制论发表时的问题和钱学森工程控制论的发表20世纪30年代系统和控制思想空前活跃,贝塔朗菲的一般系统论,维纳的控制论,申农除了信息论以外,还发表了关于继电开关逻辑综合的理论,至今仍是计算机等离散状态系统控制综合的理论基础。
冯・诺意曼除了决策和博弈理论以外,还提出了现代计算机体系结构和自组织、自修复、自繁殖系统的初步想法,阿什贝的控制论则比较强调从生物医学的角度提出新的思想,例如体温的自行镇定(Homeostat)和适应环境(Ultrastable)的系统。
系统论、控制论、信息论就是那时开始形成的,它们今天仍然是信息科学技术发展的重要理论基础。
维纳把控制论界定为“在动物和机器中控制和通讯的科学”,他选用的术语Cybernetics既来自希腊文中“掌舵人”的概念,又与麦克斯韦1868年的论文中“调速器”一词有关。
但其内容主要涉及统计力学在通信、滤波和控制中的应用,反馈原理和稳定机制,控制论原理在生物医学和社会管理中的应用,等等。
这也不难从其各章标题看出:牛顿时间和柏格森时间;群和统计力学;时间序列,信息和通讯;反馈和振荡;计算机和神经系统;完形和普遍概念;控制论和精神病理学;信息,语言和社会。
此外,在第二版还加入了自繁殖机一章。
阿什贝的书也类似。
他们较多地谈论思想和方法论,而如何将它们用于解决工程实际问题已成为人们关注的焦点。
另一方面,控制工程的发展水平也比较低,大多限于单回路线性调节或伺服系统设计,不少还停留于经验公式和参照图表的阶段,“解析设计”的概念刚处于萌芽时期。
钱学森的“工程控制论”英文版(Engineering Cybernetics)则在1954年应运而生。
它的内容特点可概括为以下几方面:面向工程应用的理论。
书中指出,控制论(Cybernetics)一词,安培曾于1845年用于描述一种关于国务管理的科学;工程中广泛应用的古典(伺服)控制系统理论(1930--1940)是关于机械系统与电器系统的控制与操纵的科学,维纳控制论(1948)是一种较为普遍的关于动物体和机器的控制与通讯的科学。
钱学森进而将控制论的主要问题概括为“一个系统的不同部分之间相互作用的定性性质,以及由此决定的整个系统总体的运动状态”的研究;而工程控制论则被界定为研究控制论这门科学中能够直接用在控制系统工程设计的那些部分,它除了应当包括伺服系统工程实际的内容之外,更深刻更重要的在于作为技术科学,应把工程实际中各种原理方法整理总结成为理论,以显示其在不同领域应用中的共性,以及许多基本概念的重要作用。
它的重点在于理论分析,而不是系统部件的详细构造和设计问题。
作为技术科学,工程控制论使我们可能以更广阔的眼界、更系统的方法来观察有关的问题,从而常可得到解决老问题更有效的新方法,并揭示新的前景。
承前启后。
从理论结合工程实际的角度极其精炼地介绍了从应用拉普拉斯变换和传递函数概念解决线性常系数反馈伺服系统问题到非线性,变系数,时滞,多变量解耦(自治),交流伺服,采样(离散时间)系统,以及自寻最佳点,噪声过滤和最速开关控制,以及自行镇定超稳定性和可靠性设计等当时最新甚至超前的研究成果。
处于“古典(传递函数,频域法)”和“现代(状态空间)”控制理论的转折,起到承前启后的作用。
随着工业、国防等方面不断提出新的技术需求,电子计算机日益广泛应用,以及控制系统数学理论方法的发展,钱学森预见到控制论面临重要突破。
1980年钱学森又与宋健等人共同完成了《工程控制论》中文修订版3,更完整地反映了近期的进展,特别是中国学者的工作。
其中包括北京大学一般力学专业1963年我们完成的一篇学士毕业论文,在世界上最早独立提出两项结果:线性控制系统极点配置和线性二次最优控制问题的一种迭代解法。
前者被誉为控制理论最重要、最优美的结果之一,而后者国外称克莱因曼方法,发表于1967年,至今仍是收敛最快的算法之一。
尽管当时未能及时参加国际交流,这些情况后来也得到了国外同行的承认和尊重。
近年控制理论中又兴起了一种称为“线性矩阵不等式”的通用方法,其基本思想仍可回溯到我们1963年的工作。
综合集成。
钱学森在对(维纳的)控制论,申农的信息论,贝塔朗菲的一般系统论,冯・诺意曼的博弈论以及系统论等基本肯定的同时,也指出其简单化的倾向。
书中就其精华做了精辟的概括,并突出强调了贯穿全书的技术科学方法论,具有重要的指导意义。
基于他实际从事的飞行器和发动机控制问题,给出了理论分析和第一手的解决办法。
这种研究风格一直延续到他在我国两弹一星研制中综合运用系统和控制工程理论与技术解决的大量实际问题,一直到后来明确指出控制论在系统科学体系结构中的定位,以及复杂巨系统及其从定性到定量的综合集成方法论,为这类重要系统的建模、分析、运筹和控制问题提供了理论基础和方法论依据。
2.从现代控制理论、大系统理论到复杂系统及其控制理论由于维纳控制论比较抽象的内容和比较广阔的思想,它与控制工程有一定的距离。
1978年纪念《控制论》发表30周年之际,国外曾征文以最短的篇幅阐明控制论的实质内容。
对此我们也曾进行思考并提出若干自己的看法。
实际上,控制论的基本问题,即如何对系统施加控制作用使其表现出预定的行为,并不等于按其数学模型由预定轨道解一个“反问题”,以求出控制输入这样一个数学的问题。
关键就在于存在各种不确定因素(Uncertainty)。
例如,控制系统的性质常可用某一特定数值是否为零来判断,但若该值不为零但特别小,从而很小的误差或噪声干扰就可能导致严重的后果,于是能否放心使用就是一个常见的问题。
正因为此,反馈系统要比开环系统强;稳定性的频率判据要比代数判据更接近实用;理论的方法还要结合经验的判断。
系统的结构和参数存在误差或发生变化时为使系统保持良好性能,就须要研究系统对这些变化的灵敏度或鲁棒性问题;当存在噪声等随机不确定性时,可以用统计滤波等方法;而当系统特性变化缓慢时,可以采取自适应、自校正等方法跟踪这些变化;又若存在主观的不确定性或知识不足时,可以利用模糊控制,智能控制等技术。
如此等等,几乎就可以概括控制理论的所有概念、方法和内容,即归结为针对某种不确定性使系统保持预定的品质。
包括大系统、复杂系统和复杂巨系统的控制,要解决的也是由于“大”和“复杂”,无法用还原论方法进行微观处理而带来的不确定性问题。
用这条线索可以把整个控制论串起来。
对于非控制专业人员,由此也不难理解控制论的基本思想、理论和方法论。
工程控制论在各方面得到了广泛的应用。
20世纪40—50年代用于船舶、火炮等机电系统操纵的伺服(随动)系统理论和技术已发展得比较充分,并在工业、国防中发挥重要作用。
1960年前后由于火箭和航天技术的需求和支持,加上计算机技术的进步,发展了基于状态空间描述的多变量控制系统分析和设计理论,以极大值原理和动态规划为代表的最优控制和最优化理论,以及卡尔曼滤波和随机最优控制理论,再加上非线性系统分析的状态空间方法,用于工业和国防的自适应和自校正控制系统理论,等等。
以上述内容为主的现代控制理论曾经得到充分的支持和蓬勃的发展,并在1968年美国阿波罗成功登月中起到了很好的作用。
其实这里许多理论和技术在“工程控制论”中均已做了总结和概括。
其后有趣的是,正由于大功告成,美国航天局撤消了对这方面的大量支持,解聘了许多雇员,并迫使他们转向工业、生物医学、社会经济等新的应用领域,寻求新的发展和支持。
又使人感到意外的是:他们引以为豪的那些“交会对接”、“软着陆”等高精尖技术并没有很快找到用武之地或起到立竿见影的效果。
社会经济和生物医学方面的机制、规律过于不清楚,数据很不确定,工业领域的对象和问题,哪怕像锅炉燃烧、物料搅拌、连铸连轧、化工反应之类,尽管要求不高,但比较含糊、多变,难以描述。
再如电力、交通、生产制造之类系统,由于规模大、变量多,无法一揽子处理。
许多问题事实上也不必要动用那些昂贵、精密的仪器和设备。
与此相应地倒是发展了大系统、模糊性理论、智能技术等新的方向,开辟了新的思路。
在1980--1981年,《工程控制论》修订版3中增加了5章新的内容:最速控制系统,分布参数控制系统,逻辑控制和有限自动机,信号与信息,大系统理论,也部分地反映了这种情况。
只有通过结合实际的研究,才能不断发现,不断前进。
这也是钱学森教授经常对年轻人的谆谆教导。
3.系统工程和系统科学1978年,钱学森、许国志、王寿云在《文汇报》上发表文章,推动了系统工程在中国的发展和应用。
对于控制论来说,系统工程一方面从管理的角度为控制问题明确指标,分配资源,规定约束,以求达到全局的目标和均衡,从而更接近于实际问题的要求。
另一方面,系统工程涉及到人、物、事的全面协调,人类决策和对人的管理,各类“事件”的安排、调度等原属运筹学的内容也进入了控制领域,扩大了“控制”的内涵。
同样,系统动态演化过程,信息反馈和调度控制的概念,特别是离散事件和混杂系统控制等前沿分支也自然地进入了系统工程,充实了系统工程的理论基础。
同时在系统工程领域,根据问题不同,采用不同的模型和技术方法进行综合集成,也已被公认为基本的方法论。
尽管系统工程领域早已开展了方法论的研究,Hall、Wymore、Sage等人都发表了专门的论著,但他们多限于简单地把它看成一个过程,一种使用方法的方法,等等。
钱学森等人1978年4关于系统工程方法论的提法更加全面,更适用于我们的问题,更具可操作性。
1985年,钱学森在“大系统理论要创新”的讲话中指出大系统理论属于技术科学,要注意利用知识和经验,并接受基础层次的系统学的指导,此外还建议结合国家宏观社会经济问题组织交叉学科合作研究,做出自己的贡献。
1986年初开始举行的八十余次系统学讨论会上,钱学森多次明确提出了系统科学的体系:即与哲学联系的系统论;基础层次的系统学;应用基础或技术科学层次的控制论和运筹学等分支。
4.控制理论面临的挑战及其未来发展方向系统和控制科学的这一飞跃,归根结底来自对科学技术和生产实践中复杂性和复杂系统的认识。
将这种认识用于改造世界,人们遇到了更多的复杂性问题的挑战,并逐渐深化了对于复杂系统、复杂巨系统的控制问题的认识。
应当说这是当前科技发展的趋势,也是国际控制界近年的热门话题。
钱学森早在1986年就指出了控制论和自动化在社会生产、科技进步和人类文明建设各方面的重要作用,并把控制论纳入复杂系统和复杂巨系统研究框架的思路。
有趣的是,国内外控制界紧随其后也掀起了一股研讨自动控制面临复杂性问题的重大挑战,急需寻求新的思想、方法和工具的研讨热潮。