一、控制論的基本概念和基本思想

控制論強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的行為能力和系統(tǒng)的目的性。維納提出了負(fù)反饋概念和功能模擬法。

行為——系統(tǒng)在外界環(huán)境作用（輸入）下所作的反應(yīng)（輸出）。人和生命有機(jī)體的行為是有目的、有意識的。生物系統(tǒng)的目的性行為又總是同外界環(huán)境發(fā)生聯(lián)系，這種聯(lián)系是通過信息的交換實現(xiàn)的。外界環(huán)境的改變對生物體的刺激對生物系統(tǒng)來說就是一種信息輸入，生物體對這種刺激的反應(yīng)對生物系統(tǒng)來說就是信息的輸出?？刂普撜J(rèn)為任何系統(tǒng)要保持或達(dá)到一定目標(biāo)，就必須采取一定的行為。輸入和輸出就是系統(tǒng)的行為。

反饋——系統(tǒng)輸出信息返回輸入端，經(jīng)處理，再對系統(tǒng)輸出施加影響的過程。

反饋分正反饋和負(fù)反饋。負(fù)反饋是控制論的核心問題。

正反饋——反饋信息與原信息起相同的作用，使總輸入增大。系統(tǒng)目標(biāo)偏離。加劇系統(tǒng)不穩(wěn)定。

負(fù)反饋——反饋信息與原信息起相反的作用，使總輸入減小。系統(tǒng)目標(biāo)偏離減小。系統(tǒng)穩(wěn)定。

控制論的研究表明，無論自動機(jī)器，還是神經(jīng)系統(tǒng)、生命系統(tǒng)，以至經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、社會系統(tǒng)，撇開各自的質(zhì)態(tài)特點，都可以看作是一個自動控制系統(tǒng)。在這類系統(tǒng)中有專門的調(diào)節(jié)裝置來控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，維持自身的穩(wěn)定和系統(tǒng)的目的功能?？刂茩C(jī)構(gòu)發(fā)出指令，作為控制信息傳遞到系統(tǒng)的各個部分（即控制對象）中去，由它們按指令執(zhí)行之后再把執(zhí)行的情況作為反饋信息輸送回來，并作為決定下一步調(diào)整控制的依據(jù)。這樣我們就看到，整個控制過程就是一個信息流通的過程，控制就是通過信息的傳輸、變換、加工、處理來實現(xiàn)的。反饋對系統(tǒng)的控制和穩(wěn)定起著決定性的作用，無論是生物體保持自身的動態(tài)平穩(wěn)（如溫度、血壓的穩(wěn)定），或是機(jī)器自動保持自身功能的穩(wěn)定，都是通過反饋機(jī)制實現(xiàn)的?？刂普摼褪茄芯咳绾卫每刂破?，通過信息的變換和反饋作用，使系統(tǒng)能自動按照人們預(yù)定的程序運(yùn)行，最終達(dá)到最優(yōu)目標(biāo)的學(xué)問。它是自動控制、通訊技術(shù)、計算機(jī)科學(xué)、數(shù)理邏輯、神經(jīng)生理學(xué)、統(tǒng)計力學(xué)、行為科學(xué)等多種科學(xué)技術(shù)相互滲透形成的一門橫斷性學(xué)科。它研究生物體和機(jī)器以及各種不同基質(zhì)系統(tǒng)的通訊和控制的過程，探討它們共同具有的信息交換、反饋調(diào)節(jié)、自組織、自適應(yīng)的原理和改善系統(tǒng)行為、使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的機(jī)制，從而形成了一大套適用于各門科學(xué)的概念、模型、原理和方法。

二、控制論的基本方法

控制論是具有方法論意義的科學(xué)理論。控制論的理論、觀點，可以成為研究各門科學(xué)問題的科學(xué)方法，這就是撇開各門科學(xué)的質(zhì)的物點，把它們看作是一個控制系統(tǒng)，分析它的信息流程、反機(jī)制和控制原理，往往能夠?qū)ふ业绞瓜到y(tǒng)達(dá)到最佳狀態(tài)的方法。這種方法稱為控制方法。

控制論的主要方法有控制方法、信息方法、反饋方法、功能模擬方法和黑箱方法等。

信息方法——是把研究對象看作是一個信息系統(tǒng)，通過分析系統(tǒng)的信息流程來把握事物規(guī)律的方法。

反饋方法——則是動用反饋控制原理去分析和處理問題的研究方法。所衷腸反饋控制就是由控制器發(fā)出的控制信息的再輸出發(fā)生影響，以實現(xiàn)系統(tǒng)預(yù)定目標(biāo)的過程，正反饋能放大控制作用，實現(xiàn)自組織控制。但也使偏差愈益加大，導(dǎo)致振蕩。負(fù)反饋能糾正偏差，實現(xiàn)穩(wěn)定控制，但它減弱控制作用、損耗能量。

功能模擬法——用功能模型來模仿客體原型的功能和行為的方法。所謂功能模型就是只以功能行為是相似為基礎(chǔ)而建立的模型。如獵手瞄準(zhǔn)獵物的過程與自動火炮系統(tǒng)的功能行為是相似的，但二者的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和物理過程是截然不同的，這就是一種功能模擬。功能模擬法為仿生學(xué)、人工智能、價值工程提供了科學(xué)方法。

黑箱方法（又稱系統(tǒng)辨識）——通過考察系統(tǒng)的輸入與輸出關(guān)系認(rèn)識系統(tǒng)功能的研究方法。它是探索復(fù)雜大系統(tǒng)的重要工具。系統(tǒng)辨識是在輸入、輸出的基礎(chǔ)上，從一類系統(tǒng)中確定一個與所測系統(tǒng)等價的系統(tǒng)。黑箱就是指那些不能打開箱蓋，又不能從外部觀察內(nèi)部狀態(tài)的系統(tǒng)。

黑箱方法也是控制論的主要方法。具體是：首先給黑箱一系列的刺激（系統(tǒng)輸入），再通過觀察黑箱的反應(yīng)（系統(tǒng)輸出），從而建立起輸入和輸出之間的規(guī)律性聯(lián)系，最后把這種聯(lián)系用數(shù)學(xué)的語言描述出來形成黑箱的數(shù)學(xué)模型。

黑箱方法不涉及復(fù)雜系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相互作用的大量細(xì)節(jié)，而只是從總體行為上去描述和把握系統(tǒng)、預(yù)測系統(tǒng)的行為，這在研究復(fù)雜系統(tǒng)時特別有用。

白箱方法——研究系統(tǒng)的可觀性和可控性，通過定量分析找出兩者之間的關(guān)系。

黑箱方法的目的在于通過為黑箱建立模型，是黑箱變成白箱。有時黑箱模型不止一個，這種情況下，系統(tǒng)辨識其中最合理的一個。

系統(tǒng)辨識主要步驟是：試驗設(shè)計、選擇模型、參數(shù)估計和檢驗?zāi)Ｐ汀?/span>