控制论是什么?

控制论研究生物系统，包括人类和各种非生物系统(如工程系统、化学系统、通信系统、经济系统等)。)。所谓的系统是一个具有一定功能的整体，它由相互制约的各个部分组成。

孵化器是一个简单的系统。如图所示，构成系统的基本部件是:电源、开关、加热电阻丝、盒子和执行动作的人。因为我们的目标是保持恒温器中的温度恒定，这是一个控制系统。受控对象是恒温器中的温度。控制模式是打开或关闭电源开关。

如果希望箱内温度保持在20℃(假设环境温度低于20℃)，那么当操作者观察到温度计值低于20℃时，他将关闭开关并打开电源加热，从而提高箱内温度。当温度升至20℃时，操作者关闭开关一段时间，箱内温度会因散热而下降，然后操作者必须打开开关对箱进行加热。重复上述过程，操作者用眼睛观察温度计，用手控制电源开关，基本上可以将箱内温度保持在20℃。

如果我们用自动控制技术代替人工，它将成为一个自动恒温系统。它与手动恒温系统的不同之处在于，它减少了操作人员的数量，但增加了一个弹簧、一个继电器和相关电路。在温度计的底部和20℃时，有一根电线分别与电源相连。这些附加部件的功能是取代手动操作。当继电器电路的电源接通时，将产生吸力，并且开关将打开(关闭)，因此加热电阻器将不工作(停止加热)。如果继电器电路中的电源关闭，继电器不产生吸力，开关在弹簧张力的作用下闭合，加热器电路的电源接通，加热器开始加热。

该系统如何实现自动控制？原理很简单。由于温度计中的水银可以导电，当水箱中的温度低于规定值20℃时，继电器电路断开，不产生吸力。弹簧拉紧(关闭)开关。加热器电路通电，电阻丝发热，油箱中的温度继续上升。一旦温度上升到20℃，水银打开继电器电路。因为继电器产生的吸力大于弹簧的张力，所以开关关闭，加热器停止工作。可以看出，在自动恒温系统中，弹簧和继电器接管了操作者双手的工作——闭合或打开开关；温度计上的接线相当于人眼的观察。它可以根据箱内是否达到规定值来启动继电器，从而实现自动恒温的目的。

从以上简单的例子中，我们可以归纳出自动控制系统的一个突出特点，即系统的自动控制过程就是信息传递和转换的过程。但是当系统中的信息传输被阻断时会发生什么呢？让我们再举一个美国革命的例子。

当时，英国殖民者为了巩固其在美国的殖民统治，有效地镇压美国人民的起义，组织了一场重要的战役。这位英国指挥官设想，一支军队将从加拿大出发，在一个叫萨拉托加的地方加入另一支来自纽约的军队，对那里的起义部队发起双重攻击，试图一举消灭起义部队。然而，战斗的结果并不像英国指挥官预期的那样。当其中一个部队到达指定地点时，其他英国部队从未加入他们。结果，形成了一种被动的单打独斗的局面，并被打败了。后来发现，由于疏忽，只有一台机组接到操作命令，而另一台机组根本没有接到命令。

显然，英国军队失败的主要原因是信息障碍。他的下属根本没有收到上级的任何指示，因为英国军队只从上到下传递信息(命令)，从下到上没有反馈。所谓“反馈”是指输入指挥控制系统发出的命令信息(也称为系统输入)后，将信息动作的结果(也称为系统输出)返回到系统输出端，然后根据系统输出是否与系统输入(规定值)相匹配，将动作应用于系统的过程。这也是控制论创始人维纳提出的“双向交流”的概念，既包括从系统输入到系统输出的正向信息传递和转换，也包括从系统输出到输入的反馈信息。从控制论的角度来看，系统的自动控制过程是通过“双向交流”的信息反馈联系来实现的。在系统中信息的这种往返过程中，形式不断变化，最终控制目标得以实现。这是控制论揭示的自动控制系统的反馈机制，这是自动控制系统的第二个特征。