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在二十世紀(jì)三十年代，美國(guó)的哈佛醫(yī)學(xué)院，有位教授若蓀布魯斯(Rosenblueth)每月召集一個(gè)談話會(huì)。 地點(diǎn)是在萬(wàn)德柏廳(Vanderbilt Hall)大家在一個(gè)圓桌上聚餐，隨后是聚談。出席的人以醫(yī)生為最多，可是并不限于醫(yī)生。 飯后，由其中的一個(gè)人，或邀請(qǐng)一個(gè)人，講一段心得。思想可以是半生不熟，體裁可以是未經(jīng)裁剪，也許有時(shí)是過(guò)分自信， 也許有時(shí)是過(guò)分夸張，當(dāng)然最談不到的是謹(jǐn)嚴(yán)。

有些參加的人，不能忍受，來(lái)一回就不再來(lái)了。不過(guò)大多數(shù)的人，以為這個(gè)會(huì)很有價(jià)值。 因?yàn)閰⒓拥娜瞬⒉皇莾H僅是醫(yī)生或醫(yī)學(xué)家，還有物理學(xué)家、生物學(xué)家。麻省理工學(xué)院距離很近， 那里的教授也來(lái)了好多人。 其中一個(gè)人是溫納(Nobert Wiener)。

這個(gè)由各個(gè)方面專門學(xué)問中走來(lái)的科學(xué)家們，是沒有共同語(yǔ)言可談的。但為什么越談越有興趣呢？ 他們究竟談些什么大家全能欣賞的題目呢？又有什么題目可以引出個(gè)人有價(jià)值的言論，可以提起團(tuán)體的興趣呢？

他們所根據(jù)的是每個(gè)人專門的學(xué)問。而所談的，是使大家能領(lǐng)悟的，是根據(jù)個(gè)人的觀點(diǎn)所了解的科學(xué)方法。

生物學(xué)家的術(shù)語(yǔ)，數(shù)學(xué)家不會(huì)理解，但生物學(xué)家所用的方法，數(shù)學(xué)家可能領(lǐng)悟；物理學(xué)家的語(yǔ)言，醫(yī)生不會(huì)明了， 可是物理學(xué)家所用的方法，醫(yī)生卻有了然的可能。這個(gè)談話會(huì)是三十六行，但話題卻集中在科學(xué)方法上， 所以可以說(shuō)是科學(xué)方法談話會(huì)。

自從萊布尼茲(Leibniz)而后，世界上再?zèng)]有統(tǒng)攝整個(gè)科學(xué)領(lǐng)域的通才。到了十九世紀(jì)，幾位大的科學(xué)家，也只是稱雄一面。 十九世紀(jì)沒有出萊布尼茲，而只有出高斯(Gauss)，法拉第(Faraday)，達(dá)爾文(Darwin)這類大人物，我們把他們名為數(shù)學(xué)家、 物理學(xué)家、生物學(xué)家等。可是到了二十世紀(jì)，配稱數(shù)學(xué)家的也不見了，對(duì)于一位專門的大家，在稱呼時(shí)必加以限制， 如拓?fù)鋵W(xué)的數(shù)學(xué)家；或光學(xué)的物理學(xué)家等。

這種過(guò)度的分工，是不得不然的，是越演越烈的。由一行分成三十六行，由三十六行分成三百六十行，由三百六十行， 分成三千六百行，二十世紀(jì)的科學(xué)家，不下三萬(wàn)六千行了。

這種局面的形成，產(chǎn)生了兩個(gè)副作用，第一、是行與行間形成了許多無(wú)人管的地帶，第二、甲行所研究出的程序、方法、 或設(shè)備，可能對(duì)乙行有極大的效用，但乙行常無(wú)從利用起，依然是從頭開始。哈佛醫(yī)學(xué)院的談話會(huì)，正是在這種氣候下產(chǎn)生的。 而就由這個(gè)會(huì)中產(chǎn)生了『自動(dòng)控制』的基本觀念。

第一道源泉－反饋的觀念

有一位醫(yī)生在這個(gè)談話會(huì)中，作了這樣的報(bào)告：有一種病人，坐在椅子上，與健康的人毫無(wú)差別。但你如果給他一支香煙， 他伸手接煙時(shí)，總對(duì)不準(zhǔn)香煙的位置，不是左搖就是右偏，他的手變成搖來(lái)?yè)u去的運(yùn)動(dòng)，而始終接不到香煙。

這位病人的肌肉是強(qiáng)壯的，身體是健康的。但是卻不能有系統(tǒng)的組織他的動(dòng)作。

這個(gè)現(xiàn)象很像一個(gè)舵手把舵時(shí)，把船身形成了左右擺動(dòng)一樣。人所以不能接一支香煙，是因?yàn)槿说膭?dòng)作是受制于一種信號(hào)， 而這個(gè)信號(hào)的大小卻為正在進(jìn)行中的反應(yīng)所左右。換句話說(shuō)，一個(gè)原因產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的結(jié)果， 而這個(gè)結(jié)果又成為一個(gè)新的原因刺激到原來(lái)的系統(tǒng)上。把隨時(shí)所產(chǎn)生的效果變成了原因的一部分。 如果把原因結(jié)果的相互關(guān)系圖解出來(lái)，如右圖：

談話會(huì)的這個(gè)觀念，形成以后，忽然大家覺得天朗氣清起來(lái)。并不只是速度控制器操縱著火車的速度， 而火車的速度無(wú)時(shí)不在操縱著速度控制器的行為；并不只是人的神經(jīng)在控制著手的位移方向， 而且位移方向隨時(shí)左右著手的神經(jīng)。某一原因施于一物體，產(chǎn)生一相應(yīng)的結(jié)果，我們叫做直接程序， 結(jié)果的行為又成了原因的一部份，而重施于該物體上，我們叫做反喂程序。

這門學(xué)問的性質(zhì)似乎與別的學(xué)問全不相同，它是一種分析上的觀點(diǎn)，正因?yàn)槭且环N觀點(diǎn)， 所以施用到各方面都可以產(chǎn)生出一個(gè)新天地來(lái)。

這時(shí)候，談話會(huì)的人，不自然的而然的想到經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)上可以利用，政治體制上可以利用，商業(yè)經(jīng)營(yíng)上可以利用。

比如福特(Ford)當(dāng)年以獨(dú)特的眼光，給工人加薪，那時(shí)，他曾辯論說(shuō)，給工人加薪似乎是成本高，但工人又買汽車坐， 汽車銷路就大了，汽車的銷路一大，成本就減低了。他這套理論很像反喂的觀念的利用。

溫納把這門學(xué)問鑄了一個(gè)備用的字Cybernetics這個(gè)字是源于希臘，意思是舵手。安培曾把這個(gè)字當(dāng)作政府管理學(xué)。 馬克士威爾有一篇文章專說(shuō)控速器，這個(gè)字Governor是源于拉丁。不論是希臘字，還是拉丁字。有人用在操縱的意義上， 有人用在舵向的意義上，有人用在管理的意義上，有人用在限制的意義上。于是這個(gè)意義貫穿了物理、數(shù)學(xué)、生物、 經(jīng)濟(jì)以及政治等。我們把這門學(xué)問模糊的譯出意義來(lái)，是『自動(dòng)控制學(xué)』(Automatic Control)。

第二道源泉－模擬的觀念

戰(zhàn)時(shí)的麻省理工學(xué)院，是一個(gè)研究中心。不但英國(guó)來(lái)了好多科學(xué)家，就是美國(guó)好多名大學(xué)的科學(xué)家也征召到這里。 麻省的劍橋成了一個(gè)大熔爐，關(guān)心的事務(wù)很多，但最重要的還是這些科學(xué)家的大集會(huì)。這時(shí)英國(guó)的受擊一天比一天加厲， 高射炮火的研究一天比一天重要，而反喂觀念，就在工程上、科學(xué)上的各部門在傳染。

由雷達(dá)偵察飛機(jī)，到高射炮自動(dòng)開火，是一個(gè)有反喂觀念自動(dòng)控制過(guò)程。可是這個(gè)系統(tǒng)所涉及的部門， 卻不是單純的一件東西，有機(jī)械、電機(jī)、流控、氣控各種形式的信號(hào)的流動(dòng)。如何研究這些信號(hào)，不是一個(gè)性質(zhì)上的問題， 而是一個(gè)數(shù)量上的問題。于是模擬的觀念加強(qiáng)起來(lái)。

重要的貢獻(xiàn)者，有伽得諾(Gardner)、布朗(Brown)、堪布(Campbell)，尼克斯(Nichiols)等。有的在建立電機(jī)與機(jī)械的模擬， 有的在建造化工、氣體的仿真。

究竟什么是模擬的觀念呢?

我們?cè)谥v力學(xué)時(shí)，總講牛頓第二定律：所加于物體的力與物體所產(chǎn)生的加速度成比例。這個(gè)比例常數(shù)是該物的質(zhì)量。 換句話說(shuō)，如果加速度小，就表示質(zhì)量大，如果加速大，就表示質(zhì)量小。我們又把質(zhì)量的這種特殊牲質(zhì)叫做惰牲。

在講電學(xué)時(shí)，我們又遇到一個(gè)定律叫做法拉第定律，所加于線圈的電壓與線圈所產(chǎn)生的電流之變率成比例， 我們把這個(gè)比例常數(shù)叫電感。電感有時(shí)候我們稱為線圈的惰性。

在學(xué)電學(xué)時(shí)，總是覺得這是一個(gè)很難理解的現(xiàn)象。于是我們就想，線圈對(duì)電壓的阻撓，正相當(dāng)于質(zhì)量對(duì)力的阻撓一樣。 于是就明白了。

再舉一個(gè)例，一個(gè)RLC線圈如右圖：

我們?nèi)缌谐鏊奈⒎址匠淌絹?lái)，應(yīng)是

現(xiàn)在有一機(jī)械系統(tǒng)，我們?nèi)绻谐鏊奈⒎址匠淌絹?lái)應(yīng)是

一個(gè)是電系統(tǒng)，一個(gè)是機(jī)械系統(tǒng)，所用的定律全不相干，可是列出的式子卻極相像。我們?nèi)缦胫肋@個(gè)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的情況， 可以由線路上面電流運(yùn)動(dòng)的情況而領(lǐng)悟出來(lái)。

我們把這個(gè)電的線路叫做這個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的仿真，而這機(jī)械系統(tǒng)叫做該線路的模擬。一個(gè)電機(jī)工程師可以對(duì)機(jī)械全不在行， 但當(dāng)他知道了質(zhì)量相當(dāng)于電感，摩擦相當(dāng)于電阻，彈性相當(dāng)于電容時(shí)，他立刻由線路上電流所應(yīng)有的行為， 領(lǐng)悟到這個(gè)機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)有的速度的情況。

摸擬的觀念是古已有之的。凡是不容易說(shuō)通的地方，就可用摸擬的辦法以助人明了。我國(guó)的孟子、莊子， 處處在用模擬的方法，圣經(jīng)里有不知多少模擬的故事與成例。

可是在性質(zhì)上的模擬，不易用于科學(xué)。但自從這種定量的仿真成功以后，效用就展開了。

所以一個(gè)包含各式各樣復(fù)雜成份的機(jī)械，均可以用模擬的辦法變成單純的模型，理解起來(lái)，就方便多了。

伽得諾于是把電的組件與機(jī)械的組件，作了極詳細(xì)的比擬。堪布把熱力上的程序、化工上的程序、氣控上的程序、 流控上的程序，均作了極詳細(xì)深刻的電的模擬的研究。

看來(lái)渺不相關(guān)的東西，在模擬的觀點(diǎn)下，是一樣的。比如大至魚雷，小至電流計(jì)，可以互相模擬，飛機(jī)的操作， 可以與潛艇的運(yùn)行相模擬，至于在數(shù)量上的仿真，幾乎所有物理系統(tǒng)均可以用電子管組成模型， 這方面發(fā)展的極致成了電子仿真計(jì)算器(Electronic Analogue Computer)。

第三道源泉－數(shù)字計(jì)算器

在戰(zhàn)事正在進(jìn)行中的一九四三年，費(fèi)城的賓夕法尼亞大學(xué)有一個(gè)二十四歲的助教，叫做艾克特(Eckert)， 另外還有一個(gè)顧問叫做毛士萊(Manchly)，他們領(lǐng)導(dǎo)著十二位科學(xué)家，作了200,000工時(shí)，完成了世界第一架數(shù)字電子計(jì)算器。

開始的那一天，我們的主任工程師永遠(yuǎn)不會(huì)忘記的，因?yàn)槟翘焖麆傔^(guò)了二十四歲生日。 在這位二十四歲的工程師領(lǐng)導(dǎo)下所建的世界上第一個(gè)數(shù)字計(jì)算器有多大呢？是比當(dāng)時(shí)的任何最大型計(jì)算器大一千倍。 這個(gè)計(jì)算器的能力相當(dāng)于5,000人的計(jì)算能力。桌用計(jì)算器要作二十個(gè)鐘頭的題目，這個(gè)計(jì)算器作十秒就完成了。

多大呢？三十呎寬五十呎長(zhǎng)屋子才能放下這個(gè)計(jì)算器。多重呢？三十噸。用多少電呢？相當(dāng)于一個(gè)大廣播電臺(tái)。 它的名字叫做ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Computer)。

消息發(fā)布了以后，蘇聯(lián)政府馬上要向賓夕法尼亞大學(xué)買一部。蘇聯(lián)的這個(gè)企圖沒有成功。 后來(lái)把這架計(jì)算搬到馬里蘭州一個(gè)鎮(zhèn)上。一九四七開始運(yùn)用的。不久就變成了一匹工作的良馬。天氣預(yù)報(bào)的計(jì)算用它、 氫彈的計(jì)算用它、宇宙線的測(cè)定計(jì)算用它、風(fēng)洞的設(shè)計(jì)計(jì)算用它。

幾乎一夜之間，計(jì)算器變成了一個(gè)新的企業(yè)，打入了商業(yè)、管理、軍事、工業(yè)....，幾乎是無(wú)孔不入。

于是自動(dòng)控制學(xué)中，加入一個(gè)新的生力軍，數(shù)字計(jì)算器也成為一個(gè)組件了。

電子數(shù)字計(jì)算器，就是由大量電子線路所組成的極為復(fù)雜的自動(dòng)裝置。預(yù)先編就的一定程序?qū)?shù)字作大量的算術(shù)、 邏輯及其它操作。

所謂算術(shù)操作，是加法、減法、乘法與除法。所謂邏輯操作是比較兩數(shù)、選擇大小、確定符號(hào)、確定數(shù)值等。

處理大量數(shù)字與復(fù)雜程序，最主要的一個(gè)關(guān)鍵是必須精確，十進(jìn)制的數(shù)字制是不能產(chǎn)生精確值的。最好的辦法是用二進(jìn)制制。

二進(jìn)制只有兩個(gè)數(shù)0與1，如果拿電路的開路叫做0，閉路叫做1，則永遠(yuǎn)不會(huì)產(chǎn)生誤差，因?yàn)殡娐贩顷P(guān)即閉。

只有兩個(gè)數(shù)字0及1，但任何數(shù)全可以由這兩個(gè)數(shù)代表出來(lái)，表列如下︰

37在二進(jìn)制中是100101，正如我們?cè)趯?7時(shí)，我們的意思是37=3.101+7.100我們?cè)趯?00101時(shí)意思是

至于加減乘除，所用的法則，與普通所用的，也無(wú)大異，比如62×5是

利用這種數(shù)字制度，而又用電路的開否代表1或0，于是數(shù)字計(jì)算器的準(zhǔn)確可靠性大為增加。

至于計(jì)算器的構(gòu)成大致分為五大部份，說(shuō)明如圖所示:

由自控機(jī)構(gòu)到自控觀點(diǎn)

上面所說(shuō)的由三十年代到五十年代所發(fā)展起來(lái)的幾個(gè)大觀念，逐漸聚合，逐漸形成了一門新的學(xué)問，而這門新的學(xué)問的內(nèi)容， 也無(wú)時(shí)不在那里補(bǔ)充與改變。

按照史實(shí)說(shuō)，自動(dòng)控制應(yīng)該由瓦特時(shí)代的蒸汽機(jī)上的控速器說(shuō)起，應(yīng)該由馬克士威爾的對(duì)控速器的分析算起。 我們可以說(shuō)這是把自動(dòng)控制當(dāng)成一個(gè)機(jī)件來(lái)看待的時(shí)代。

到了二次大戰(zhàn)期間，由控制炮位，到控制飛機(jī)，到控制航艦等，可以說(shuō)把自動(dòng)控制當(dāng)成一套機(jī)構(gòu)來(lái)看待的時(shí)代。

我們看一看下個(gè)例子：

我們?nèi)甾D(zhuǎn)動(dòng)把手R成一新的角度，Q接觸點(diǎn)即向上移，于是P與Q間發(fā)生電位差，差值是e，作用在放大器A上， 由A產(chǎn)生的電壓，影響發(fā)電機(jī)G，于是電動(dòng)機(jī)受影響而轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，即炮身，即跟著轉(zhuǎn)動(dòng)。炮自轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)P點(diǎn)也上行， 終于PQ電位又復(fù)相等，電位差e等于零，一切都不再動(dòng)了。

這是一套機(jī)構(gòu)，而是自動(dòng)的連帶作用。我們?nèi)绠媯€(gè)寫意圖是如下例：

電位計(jì)的作用很像觸覺神經(jīng)，它可以感覺出來(lái)負(fù)荷的情況，這個(gè)結(jié)果成為原因的一部份，重新作用到系統(tǒng)上。 把手的命令標(biāo)準(zhǔn)是多少角度，炮身一步一趨的遵守命令。這一套機(jī)構(gòu)看來(lái)像個(gè)有頭腦的奴隸， 所以我們又把這套機(jī)構(gòu)叫做奴隸機(jī)構(gòu)(servomechanisms)[伺服機(jī)構(gòu)]。

等到自動(dòng)控制成了一種觀點(diǎn)以后，很多大大小小的程序都可以看作自動(dòng)系統(tǒng)。大而至于人造衛(wèi)星的整個(gè)控制系統(tǒng)， 自導(dǎo)飛彈的整個(gè)控制系統(tǒng)，小至于一個(gè)單純的電位計(jì)，都可以看成自動(dòng)控制系統(tǒng)，很容易找出自動(dòng)控制所具備的組件來(lái)。

比如一個(gè)簡(jiǎn)單線路如下圖，可以看成一個(gè)自動(dòng)反喂系統(tǒng)如下圖:

又如一個(gè)單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)，也可視為一個(gè)自足的自動(dòng)系統(tǒng)。回電壓(Back emf)正是在反喂線路上。 英國(guó)人在這方面作了好多有趣的分析工作。

由古典控制論到適應(yīng)控制論

五十年代末，到六十年代初，上面所說(shuō)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，已成為典型的看法。但是在這個(gè)時(shí)候產(chǎn)生了一個(gè)新的潮流。 即是：一個(gè)控制系統(tǒng)的環(huán)境不會(huì)不變，一個(gè)控制系統(tǒng)各種組件本身也不會(huì)不變。假如內(nèi)或外有所改變時(shí)， 在自動(dòng)控制學(xué)上應(yīng)該作些什么處理，于是產(chǎn)生了一門新的自動(dòng)控制學(xué)，即適應(yīng)控制論(Adaptive Control)。

適應(yīng)控制論與古典控制論主要不同的地方，是系統(tǒng)本身，隨時(shí)在認(rèn)識(shí)環(huán)境，認(rèn)識(shí)自己，用計(jì)算器，算出新的措置， 從而統(tǒng)攝整個(gè)系統(tǒng)。

如用圖解，說(shuō)明如下：

適應(yīng)控制系統(tǒng)比起古典自動(dòng)系統(tǒng)來(lái)主要多出幾種東西，一是測(cè)量環(huán)境認(rèn)識(shí)自我特性的認(rèn)識(shí)器(Identifier)， 一種是作裁決作用的計(jì)算器(Decision computer)，由認(rèn)識(shí)環(huán)境到自我改變組織，正是現(xiàn)在研究的大方向。 英國(guó)的艾士倍(Ashby)美國(guó)貝爾門(Bellman)和蘇聯(lián)的艾茲曼(Azerman)均是適應(yīng)控制的開拓者。

艾士倍大聲疾呼制造與生物相同的智能，只是一個(gè)時(shí)間問題與價(jià)錢問題，他并不認(rèn)為是一個(gè)性質(zhì)上的問題。

生物機(jī)構(gòu)的再研究

自動(dòng)控制學(xué)既是起源于病人一種病態(tài)的分析，經(jīng)過(guò)了二三十年的發(fā)展以后，目標(biāo)又轉(zhuǎn)回生物的研究上。換句話說(shuō)， 工程師們向上帝的創(chuàng)造設(shè)計(jì)覓取靈感。

一九六一年度，美國(guó)政府與歐洲政府的英、法、意、德、瑞士、南美的智利、阿根廷等國(guó)的科學(xué)機(jī)構(gòu)訂了好多合同， 研究的題目是希奇古怪，比如研究蛙的眼睛，章魚的學(xué)習(xí)能力等。

于是，有人就猜了，說(shuō)是美國(guó)政府誠(chéng)心讓外國(guó)科學(xué)家去做毫無(wú)意義的工作，而讓美國(guó)科學(xué)家作重要的國(guó)防研究。 但是這些批評(píng)的人不曉得，美國(guó)政府在國(guó)內(nèi)所花的這類的錢，要比在國(guó)外還多。而事實(shí)上，蘇聯(lián)也是向這方面拼命的努力。

就以蛙的眼睛來(lái)說(shuō)罷？蛙只吃活著的昆蟲。它的眼睛可以立時(shí)看到一個(gè)飛的蒼蠅而把它吃掉。 但你如放一堆死的蒼蠅在它周圍，蛙即毫無(wú)感覺，目無(wú)所見。這是因?yàn)橥艿难鄄⒉皇前阉吹降乃械臇|西都報(bào)告它的大腦， 而是只報(bào)告對(duì)它生存有需要的事物。蛙的眼睛對(duì)于它的敵人的一舉一動(dòng)都看得見，而對(duì)于并無(wú)威脅的東西一無(wú)所見。

如果工程師能建立一種類似蛙眼的機(jī)構(gòu)，可以辨認(rèn)敵機(jī)于各種混亂信號(hào)之中豈不使現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)大為增強(qiáng)效力？

蛙眼機(jī)構(gòu)如果成功就是對(duì)平時(shí)也有用處，比如現(xiàn)在大的飛機(jī)場(chǎng)每年亦有二千萬(wàn)架次，到一九七五年可以增至四千萬(wàn)架次。 機(jī)場(chǎng)必須建立有高度辨識(shí)能力自動(dòng)系統(tǒng)，來(lái)解決這個(gè)頭痛的大難題。

這不過(guò)是一個(gè)這方面研究的例子。美國(guó)在去年就有二萬(wàn)個(gè)生物學(xué)家參加這方面的研究工作。比十年以前的人數(shù)增加一倍。

自動(dòng)控制學(xué)，由生物學(xué)界到數(shù)學(xué)界，到工程界，再到生物學(xué)界，江流越聚越多，波濤越來(lái)越壯闊了。