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孔子與反饋控制
老專家科普創(chuàng)作工作室
2014年07月10日自動(dòng)化所 高東杰
孔子及其學(xué)生，早在兩千五百多年前，在其著作《論語(yǔ)》中說(shuō)過(guò)這樣一句話，“吾日三省吾身：為人謀而不忠乎？與朋友交而不信乎？傳不習(xí)乎？”。
這是大家很熟悉的一句名言，意思是：我每天三次深刻反省自己，為別人辦事是否盡心了？同朋友交往是否誠(chéng)信了？先生傳授的知識(shí)是否復(fù)習(xí)并踐行了
可是，大多數(shù)讀者不會(huì)想到這句話里，包含了控制理論中最核心的概念和關(guān)鍵技術(shù)——“反饋控制”。
你可能感到難以置信，控制理論可是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)啊！難道孔子及其學(xué)生在兩千五百多年前，就知道其核心概念“反饋控制”并且會(huì)應(yīng)用了？
確實(shí)如此，下面我慢慢告訴你，什么是反饋控制。
每天反省自己，那么怎么反省呢？首先檢查自己的行為，自己在各方面做得怎么樣。這個(gè)檢查就是反饋控制中“檢測(cè)或測(cè)量”的意思。
然后要和行為目標(biāo)“忠、信、習(xí)”進(jìn)行比較，找出自己實(shí)際行為和行為目標(biāo)的差距，就是為人辦事、與朋友交往、復(fù)習(xí)與應(yīng)用學(xué)過(guò)的知識(shí)等方面，做得怎么樣。這里的行為目標(biāo)就是反饋控制中的“控制目標(biāo)”。這里的差距，就是反饋控制中被控對(duì)象行為的實(shí)際測(cè)量值與控制目標(biāo)的“偏差”。
找出自己的行為差距后，怎么辦呢？當(dāng)然是人自己去改正了！那么如何改呢？這就得看每個(gè)人自身的道德水平和人生觀等方面到底如何，即人的素質(zhì)水平的高低。這里人本身就是反饋中的控制器，人的素質(zhì)水平的高低，就相當(dāng)于控制器性能的高低。
控制器性能越好，控制系統(tǒng)的控制水平就越高，被控對(duì)象的行為就越接近規(guī)定的行為目標(biāo)。對(duì)于人來(lái)說(shuō)，就是要加強(qiáng)修養(yǎng)，提高道德水平，做一個(gè)高素質(zhì)的人，這樣他就會(huì)在一個(gè)更高水平的層次上規(guī)范和約束自己的行為，也就不會(huì)出現(xiàn)那么多腐敗分子了。
好，現(xiàn)在可以說(shuō)什么是反饋控制了。通過(guò)上面的說(shuō)明，可以知道反饋控制包括這樣幾個(gè)部分：被控對(duì)象、目標(biāo)、測(cè)量、比較、偏差、控制器。
實(shí)現(xiàn)對(duì)象的反饋控制要通過(guò)如下步驟：
1、首先確定控制對(duì)象及其環(huán)境；
2、確定控制要達(dá)到的目標(biāo)；
3、測(cè)量控制對(duì)象的行為，
4、將控制對(duì)象的行為與目標(biāo)進(jìn)行比較，計(jì)算出偏差；
5、控制器根據(jù)偏差計(jì)算控制器輸出量；
6、將輸出量送給控制對(duì)象的操作端，通過(guò)對(duì)象的輸入輸出關(guān)系，去控制對(duì)象的行為，使其接近控制目標(biāo)。這種使偏差變小的反饋叫負(fù)反饋，實(shí)際上大多數(shù)反饋控制都采用負(fù)反饋，所以一般稱反饋控制就可以了。
為什么偏要反饋呢？
因?yàn)閷?shí)際系統(tǒng)是復(fù)雜的，我們不可能精確地用數(shù)學(xué)表達(dá)式（一般叫數(shù)學(xué)模型）來(lái)描述實(shí)際被控對(duì)象，也就是說(shuō)不可能建立實(shí)際對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，必須根據(jù)對(duì)象的機(jī)理進(jìn)行簡(jiǎn)化和抽象；有時(shí)候系統(tǒng)機(jī)理很難弄清楚，還必須依靠系統(tǒng)辨識(shí)等方法來(lái)來(lái)建立對(duì)象的等效數(shù)學(xué)模型。
因此，我們建立的對(duì)象模型必然存在不確定性，而且這種不確定性還隨著實(shí)際對(duì)象動(dòng)態(tài)的演變和環(huán)境的影響在不斷變化，另外環(huán)境的變化也會(huì)干擾實(shí)際對(duì)象的行為變化。
這樣實(shí)際對(duì)象的行為和我們希望達(dá)到的行為目標(biāo)之間一定存在偏差，而反饋可以根據(jù)這個(gè)偏差的大小，實(shí)時(shí)地修正控制器，使對(duì)象動(dòng)態(tài)行為的偏差逐漸減少，接近目標(biāo)期望值。
正如控制論創(chuàng)始人維納所說(shuō)，“反饋普遍存在于動(dòng)物和機(jī)器中，它實(shí)際上存在于一切有目的的行為中?！?br>因此，要想實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，必須要采用反饋，沒有反饋就沒有自動(dòng)控制，關(guān)鍵問(wèn)題在于如何設(shè)計(jì)有效的反饋控制律，即控制器。
看來(lái)實(shí)現(xiàn)不用人干預(yù)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，確實(shí)是件不容易的事，特別是復(fù)雜系統(tǒng)的自動(dòng)控制。
但是，這并不妨礙我們應(yīng)用反饋控制的概念，正如孔子和他的學(xué)生們所做的那樣。
不論是個(gè)人的修養(yǎng)和工作、還是對(duì)經(jīng)濟(jì)上和社會(huì)上等問(wèn)題的理解認(rèn)識(shí)，掌握反饋控制的概念都是非常有益的。
想要進(jìn)一步深入了解反饋控制以及現(xiàn)代控制理論和技術(shù)的讀者朋友們，可以進(jìn)一步閱讀一些自動(dòng)控制方面的專業(yè)書籍。
自動(dòng)控制也是一個(gè)非常有趣的專業(yè)。社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步都離不開自動(dòng)控制。航空航天技術(shù)，自動(dòng)化的生產(chǎn)和制造系統(tǒng)，通訊網(wǎng)絡(luò)，家用電器等等，都不能沒有自動(dòng)控制技術(shù)。
歡迎青年學(xué)生朋友們選擇自動(dòng)控制專業(yè)，為國(guó)家發(fā)展、實(shí)現(xiàn)中國(guó)夢(mèng)做出貢獻(xiàn)。