控制论祖师爷诺伯特·维纳将控制论定义为以机器中的控制与调节原理、以及将其类比到生物体或社会组织体后的控制原理为对象的科学研究。
大学之前我对控制论的接触来源于三体。云天明三个童话故事的龙骨伞
……他背着一个硕大的帆布袋,但奇怪的是打着一把伞,更奇怪的是他打伞的方式:一直不停地转动着伞。细看一下伞的结构,就知道他这样做的原因:那把伞的伞面和伞柄都是乌黑色,每根伞骨的末端都固定着一只小圆球,是某种半透明的石头做成的,有一定的重量。可以看到伞里面几根伞撑都折断了,无法把伞支撑起来,只有让伞不断转动,把伞骨末端的小石球甩起来,才能把伞撑开。……
……“你来给我打伞,我来压!”空灵画师对宽姨说。在把伞递给她的时候,他嘱咐道,“这伞要一直转着打开,一合上我就没了!”看到宽姨把伞继续旋转着打开举在他的头顶,他才放心地蹲下用熨斗压纸,只能一小块一小块地挨着压。……
……这是最早的工业自动控制系统。”
于是,人们知道了伞的第一层隐喻。但与肥皂船不同,蒸汽机离心调速器并没有明确的隐喻指向,它所隐喻的东西人们能够想到很多,比较确定的有两项——
负反馈自动控制,恒定的速度。……
这里介绍一下蒸汽机离心调速器:
蒸汽机离心调速器是工业革命时期的一项重要发明,由詹姆斯·瓦特在1788年左右改进蒸汽机时引入[1]。这种调速器利用了离心力的原理,通过机械方式自动调节蒸汽机的运行速度,保持其稳定。其基本构造包括一个竖直的转轴,轴的顶端连接有两根等长的细杆,细杆的另一端各有一个金属球[2]。当蒸汽机的转速增加时,这些金属球会因离心力作用而向外移动,通过连杆机构压缩弹簧,进而关闭蒸汽阀门减少进气量,使蒸汽机的转速降低。相反,如果蒸汽机的转速减慢,金属球会因离心力减小而向内移动,弹簧伸长,打开阀门增加进气量,使蒸汽机的转速加快[2]。
瓦特的离心调速器不仅提高了蒸汽机的效率和稳定性,而且标志着近代自动化控制技术的诞生[1]。它的原理简单却内涵深刻,通过物理机制实现了负反馈控制,即使在今天,这种调速器仍然在某些领域中发挥作用,证明了其设计的可靠性和实用性[3]。此外,离心调速器的发明对于控制论的发展也具有深远的影响,它开启了自动化控制的新篇章。
总的来说,蒸汽机离心调速器是工业革命中的一个标志性创新,它不仅提升了蒸汽机的性能,还为后来的自动控制系统奠定了基础。
当然控制论还有活动内容,比如李郁荣教授的柔性网络,奠定了元宇宙的基础,bose教授的降噪技术,以及后来用于生物体内的控制生物电波频率的技术,斯坦福德比尔教授的管理控制学等等……,总之控制论是全面的是方法论,可用于生活的方方面面。