反馈机制

在山村的荒野里，一群鸡在唧唧喳喳地寻找食物，有时翻草屑，有时啄食幼虫，让自己放松。一只饥饿的鹰从远处飞来，找到了它的猎物，迅速俯冲下来，吓得鸡群逃跑，并上演了一场“追踪-逃跑”的现场表演。在这个“跟踪-跑”系统中，对于鹰来说，目标是鸡，控制机制是鹰的大脑(给出指令)，执行动作的机制是鹰的翅膀、爪子和喙。在整个跟踪过程中，鹰用它的眼睛不断获得反馈信息(即鸡的位置、速度和方向的变化)，并相应地调整它的移动，直到它抓住目标。

从“鹰-鸡战争”的过程中，我们可以看到信息反馈和反馈控制的重要性。

事实上，反馈作为一种自动控制目标的技术手段早在古代就开始了，但当时人们还没有在理论上升华。据说早在2000年前，中国和古希腊就发明了水钟(“铜壶滴水”)。这个简单的装置包含深刻的反馈控制原理。水钟的基本要求是控制恒定的水流速度，以达到精确计时的目的。控制模式如图所示。

反馈控制早期应用的另一个例子是离心调速器，如图所示。众所周知，1768年，英国工人瓦特(1736 ~ 1819)发明了蒸汽机，这导致了西方国家的第一次工业革命。据说瓦特小时候很穷，没有去上学，但是他非常喜欢学习，尤其是思考。一天，小瓦特正在厨房看奶奶做饭，这时炉子上的一壶水开了。锅盖“啪”地一声，不停地跳动。小瓦特看了半天，觉得很奇怪。他问他的祖母，“是什么让盖子一直在跳动？”奶奶说，“当水沸腾时，盖子会动！”瓦特进一步问道，“为什么水沸腾时盖子会移动？有什么东西把它推进去了吗？”奶奶看着瓦特不停地问问题，说道:“我不知道，你自己去看看吧！”为了找出水壶的盖子为什么会跳动，瓦特经常坐在炉子旁边仔细观察和思考。后来，他终于发现，当水沸腾时，会有一种“气体”(即水蒸气)，而“气体”的力量正在推动壶盖跳动。瓦特长大后，正是因为这个原因，他发明了蒸汽机。

为了进一步解决蒸汽机驱动的机械装置的速度控制问题，瓦特于1788年在该系统中采用了离心式自动调速器。据估计，仅在19世纪，英国就有75，000台装有瓦特速度调节器的蒸汽机。我们再次看到了反馈控制的魅力。

有趣的是，我们的人体几乎在任何地方都有具有高速和复杂控制能力的反馈控制系统。我想知道你是否注意到，在正常情况下，人体可以保持体温、血压、血糖浓度、呼吸和心率基本恒定，而不管春、夏、秋、冬环境的变化。大多数动物也有这种功能。但是你知道人类和动物是如何实现这种自我调节功能的吗？说白了，关键是反馈控制的功劳。显然，人体内没有继电器、温度计和速度调节器，而是依靠更复杂的生化或生物物理过程来“检测”各种生理变化。例如，如果血液中的葡萄糖浓度偏离标准值，人体将在检测到该信息后发出命令(信息)来控制来自大脑中枢神经的胰岛素分泌，并且通过胰岛素分泌量的变化将血糖浓度调节到正常值。同样，人体内的各种分泌物和神经系统在任何时候都参与各种自我调节活动(即使在你睡着的时候)，以保持人体的内部状态和精神状态基本稳定。这些自动调节过程与我们之前介绍的自动恒温和离心速度调节器的原理基本一致。

反馈控制的概念也可以应用于更广泛的领域。例如，当老师讲课时，他们会认真地教授书的内容，同时，他们也会密切观察学生的反应，随时提问，课后批改作业。后三种方法是获取反馈信息，检查学生对教学内容的掌握情况，并根据信息调整教学方法和进度，保证教学质量。

反馈机制对人们的各种社会实践活动也具有重要意义。以企业管理为例。管理也是一种深奥的控制活动。我们必须牢牢把握信息反馈的关键环节。管理层没有信息反馈。如果只给上层的情况，而没有达到下层的情况，就会不可避免地出现脱离现实的麻烦，企业就会陷入一片混乱。同样，对于商业决策者来说，市场信息的反馈也是至关重要的。不注意市场需求变化而闭关锁国、盲目生产的决策者，将不可避免地导致企业亏损甚至破产。

从以上讨论中，我们可以看出信息和反馈的概念是控制论的两个基本出发点。