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[工程技术知识]如何评价钱学森的《工程控制论》? |
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钱学森留美五年,他竟创造出新学科《工程控制论》,让人竖大拇指 - 北方百科网 |
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《工程控制论》刚出版就受到了教员的注意。 教员第一次见到钱学森的就封了钱学森几个“王”,“工程控制论王”,“火箭王”,教员这么说到: 我现在正在研究你的工程控制论,用来指挥我们国家的经济建设。 |
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钱学森回国之后,一直受到学界、军界、政界大佬的接见与接风洗尘,包括郭沫若、诗人陈元帅、哈军工校长、国防部长彭大将军以及总理。 最隆重的接待是1956年2月1日。 1956年2月1日晚,毛泽东在中南海怀仁堂举行盛大宴会,招待参加全国政协二届二次会议的全体委员。宴会厅内,党和国家领导人同各界知名人士欢聚一堂。钱学森拿着一张大红请柬走到自己所在的第37桌。然而,第37桌并没有他的名字。正在纳闷之际,一位会议工作人员上前拦住了他,并把他引领到了宴会最前方正中的第1桌,只见钱学森的名牌赫然放置在国家最高领导人毛泽东的右边。钱学森开始有点疑惑,但随即感到无上光荣。 此时,毛泽东在全场雷鸣般的掌声中走到了第1桌,他热情地招呼钱学森:“学森同志,请坐这里。”钱学森坐在毛泽东身边,成为宴会厅里最瞩目的人物。事后钱学森才知道,是毛泽东在审看宴会来宾名单时,亲笔把他的名字从第37桌勾到了第1桌。 席间,毛泽东高兴地对钱学森说:“听说美国人把你当成5个师呢!我看呀,对我们来说,你比5个师的力量大多啦!我正在研究你的《工程控制论》,用来指导我国的经济建设。” |
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以下是正文。 简而言之,一本改变了控制学科历史的专业书籍。没有钱学森的这本书,当时控制学科很可能会被扼杀于摇篮之中。 所有学过自动控制原理,或者现代控制理论的学生,无论是不是自动化专业,都大概知道控制论的创始人是诺伯特·维纳,代表作是《控制论,或动物与机器的控制和通信的科学》。 |
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但所有学过自动控制原理或者现代控制理论的人,能否回忆起教科书里面是否有叫关键知识点做「维纳定律」「维纳公式」「维纳方程」或者「维纳判据」? 答案是没有。 为什么呢? 我们看一下维纳的主要学术贡献就知道了: 建立维纳测度;引进巴拿赫—维纳空间;阐述位势理论;发展调和分析;发现维纳—霍普夫方法;提出维纳滤波理论;开创维纳信息论以及创立控制论。 他的具体学术贡献与创立控制论其实是两回事。 维纳的主要贡献,在于他作为一个卓越的数学家以及通信学家,他敏锐的察觉到了1940年代以来在伺服控制与通信滤波领域的相关性,并且以反馈作为公约数,勾画出了控制论的核心,并第一次用相对系统的语言进行了组织。 事实上,他命名的控制论名次cybernetics事实上是被学术界弃用了,学术界普遍应用的是另一个词control theory。 也就是说,控制理论学界需要一个开山祖师也需要一个奠基仪式,刚好维纳在合适的时间出现在了现场,由于他的体量够重,那就他了。 打个比方,维纳类似于劝进刘备汉中王的劝进表中排名第一的马超。 我们可以比较一下维纳《控制论》的目录以及现在最主流的教材胡寿松版《自动控制原理》的目录: |
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维纳《控制论》目录 |
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胡寿松《自动控制原理》目录 比较一下,就知道控制理论的发展是脱离了创始人维纳预设的轨道了的。 那么我们现在熟悉的控制理论是沿着谁的轨道前行的呢? 让我们再看一部著作的目录 |
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钱学森《工程控制论》目录 是不是发现自动控制原理上的很多知识点都在这本书上出现了。 这就是钱学森的《工程控制论》,在某种意义上改变了控制理论学科的走向,也挽救控制论与当时最大的一场危机之中。 维纳是应该感谢钱学森的。 为什么呢? 因为维纳作为一个兴趣广泛,研究点跳跃的应用数学家,在创设控制论的时候挖了许多坑,比如在生物技术还不成熟的情况下,贸然讲精神生理学、生物学、脑电波、社会信息学、以及生态系统也纳入了控制论的范畴,明显是破坏了一个学科刚建立起来所需要的严谨性。 换句话说,这就相当于李立三命令刚会师井冈山的朱毛红军去攻打武汉长沙南京。 当时的失败是难免的,甚至于由于由于维纳贸然将控制论的研究探入意识领域,受到了苏联理论界的强烈抨击,将维纳列入“资本家用以替代真正科学家的反启蒙主义者和鼓吹者”,将控制论学者抨击为“语义食人兽”,具体标题比如“控制论-一种美国的伪科学”,“现代奴隶主的伪科学”,“控制论,关于机器、动物和人的社会伪科学”,一时之间控制论连带维纳被批判的一无是处。 1953年《》杂志有“控制论为谁服务?”认为“控制论只不过是被想象出来的一个大骗局”,断言控制论是“伪科学”、“伪理论”,是给帝国主义在续命,希望“不要工人、而只要一些计算机和巨脑所控制的机器所实现的生产过程!没有怠工、没有罢工、甚至没有革命意义!机器代替脑,机器不需要人!这对资本主义是多么美妙的前景啊!” 1954年的《简明哲学词典》将控制论定义为“……鲜明地表现出资产阶级世界观的一个基本特征——毫无人性,力图把劳动人民变成机械的附属品,变成生产工具和战争工具。” 究其原因,维纳的控制论,从标题上就可看出其承载的内容过于宽泛,尤其是该书的第八章“信息、语言和社会”,维纳提出“信息就是信息,既不是物质也不是能量……”的论断,更是以挑战性的姿态出现在以唯物主义为圭臬的苏联,那不挨批才是怪事。 但我们从后人的角度又知道,第一届国际自动控制联合会(IFAC)是1960年在莫斯科召开的。 为何一个在1954年还被苏联科学界批判为伪科学的理论会在6年后被苏联认真承认,苏联还深度参与了之后所有的控制理论研究,从官方到学界都予以了高度重视。 为什么? 其实是因为一个人与他所写的一本书。 也就是钱学森和他所写的《工程控制论》。 钱学森的《工程控制论》于1954年出版了,它第一时间被翻译成俄文,因为只涉及到工程,有很强的限定范围,这一点截然不同于维纳的著作。 所以《工程控制论》作为第一本成熟的控制论著作,起到为控制论拨乱反正的作用。 就这样,控制论逐渐从被批评的尴尬境地中逐渐走了出来,为了避免与备受争议的控制论在哲学上扯上关系,计算机专家只能舍弃控制论的哲学方面,而将计算机技术作为纯粹的技术保留下来。他们称计算机为“数字化机器”,并不时用“赶超”之类的政策语言将自己的研究保护起来。 苏联的核心哲学期刊《哲学问题》于1955年连续发表了二篇文章:《什么是控制论》和《控制论的若干基本特征》。前者是一篇纠正对控制论错误批判的文章;后者是苏联三位重量级军方学者联名发表的,具体就控制论的科学意义、电子计算机与神经系统、控制论的实用意义这三部分内容进行了详细的阐释。这三位作者都是苏联第一代计算机军事应用的参与者。 他们指出,“我们的哲学家犯了一个严重错误,在没搞清问题本质之前,就去否定这一新的科学方向的意义。” 但是,仅仅说哲学家犯错误并不够,还要拿出控制论是正确的理据。在经过数年的交锋后,1962年出版的苏联权威的《哲学百科全书》第二卷中,国防部副部长、苏联科学院院士别尔格(Aksel’ Berg)等人撰写的控制论词条如下:“控制论的哲学意义就在于它给依据精确方法深入研究客观世界的一组新定律奠定了始基,这些规律是与现实世界中不同性质的各个领域内的控制和信息处理有关。控制论成了辩证唯物主义的现代自然科学根据的最重要的因素。控制论的内容和方法给哲学概括,给唯物辩证法的基本原理和范畴的丰富、深化和具体化提出了最丰富的材料。” 同年,在莫斯科举行控制论的哲学问题会议,由“自然科学哲学问题”综合问题学术委员会、控制论学术委员会和苏联科学院主席团党组联合召开,由控制论哲学分会主持。有来自苏联和其他国家各个专业的上千名学者与会。没人在这次会议上提出哲学的反对意见,别尔格在会议的闭幕式上说:“控制论——这是关于有目的的控制诸复杂过程的科学。控制效果的提高意味着苏联人民劳动效果的提高。控制论的可能性应当充分利用起来,并使之为共产主义的建设服务。” 随着控制论在苏联的普及以及它与唯物辩证法的关联越来越多的揭示,它与官方辞令融合。专家、平民、政府官员都在谈论控制论。控制论成为一种时尚,它成为人们心目中能带来美好前景的科学。1961年10月发表的苏共党纲中称其为“在工业、建筑工业和运输业的生产过程中,在科学研究中,在计划计算和设计计算中,在核算管理方面,将广泛地应用控制论,电子计算机和操纵装置。” 控制论俨然以包打天下的理想工具出现在公众面前!这是让人瞠目结舌的!控制论在苏联的的确确做了一次惊险刺激的过山车。 1960 年在莫斯科举行了第一届国际自动控制联合会(IFAC)代表大会时,维纳受到英雄般的热烈欢迎,没有参会的钱学森也被选为了第一届IFAC理事会常务理事,他成为了该组织第一届理事会中唯一的中国人。 某种意义上,维纳如果见到钱学森的话,应该要给钱学森一个大大的拥抱和感谢。 那么,钱学森关于控制论的贡献是厚积薄发,积十几年或者几十年的领域研究才做出来的吗? 其实相反,钱学森研究控制论,主要是想找一个方向避开当时美国当局对他的迫害,他离开航天航空领域选择一个相对不那么敏感的领域研究。 钱学森在交大本科学的是机械工程,去美国加州理工研究的是航空动力学,他回国之前的主要贡献在空气动力学方面,研究方向其实是与控制论相差很远的,1940年代的控制论,是与信息论伴生的,主要的前沿研究也都集中在通信领域,比如滤波,比如频域分析,比如反馈,与力学研究是很有距离的。 1950年被软禁后,钱学森选择了刚出世没多久的控制论为新的方向,没有资料,没有实验室,自己推导公式,在理论上证明。在没有资料,没有助手,没有实验室的情况下,在软禁四年后的1954年,钱学森独立完成了一本科学巨著《工程控制论》的英文版,全文30多万字。 |
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虽然此书是为导弹控制系统研发所写,但是为了避开美国的审查,钱学森将其推广到一般的工程控制系统,从而提升了该书的理论层次和应用范围。在撰写的过程中,他超越了维纳对于控制论偏哲学性的思辨,从实际工程出发,广泛摄取当时已经应用的各种时域、频域分析方法,并对最优化设计提出了设想与推演,某种意义上,给他的研究时间太短,研究设限过多,如果能有在加州理工研究空气动力学的自由环境,也许现代控制理论的许多成果如最优化理论就是由他提出了。 《工程控制论》 是控制论的一部经典著作,有德文、俄文译本,是多个国家自动控制专业学生的经典教材。此书的出版还让监控钱学森的美国人感到窃喜,以为钱学森已经遗忘了导弹研究,开始转变研究领域了,威胁度减小,这也是后来能够放他回国的原因之一。 |
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.... 不敢评价。 (都在说内容,我来说下序,因为内容看不懂(#-.-)) @小心假设 提供的是英文版,也就是这本: Engineering Cybernetics Engineering cybernetics or technical cybernetics, established by Qian Xuesen (Hsue-Shen Tsien), is a field of cybernetics, which deals with the question of control engineering of mechatronic systems as well as chemical or biological systems. It is used to control and predict the behaviour of such a system; see control theory. 后来转译的中文版,在正文之前有一篇钱老自己作于1978年12月24日(中文版其实1958年出版的,而这篇序是后来为了纪念宋健等控制理论学家们对这本书的贡献而补作的,但感觉像是钱老送给中国读者的一个大礼包)的名为《现代化、技术革命与控制论》的序(英文版的序只有短短两页),作为控制学渣的我第一次看到时震惊了,因为这篇长达11页的序基本讲清了(水平有限做个简单的概括): 过去将近一百年(更正为两百年)整个世界发生的一次次技术革命,进而引起的生产力革命,和产业革命的历史进程;技术革命对生产力发展的影响;我国应该如何应用这些技术革命来提高我们的社会生产力,加速四个现代化建设;核能技术革命的起源和对人类的影响;电子数字计算机将如何影响世界(尤其提到美国、日本、西德的发展水平);航天技术对人类社会的影响;除此之外的新兴技术革命:光子技术/遗传工程;控制论的起源(源于电力技术革命)和发展前景(由电子计算机、机器智能装备起来的人成为更有作为/更高超的人);控制论对工程技术、生物、生命、经济、社会研究的深刻意义;控制论当时存在的不足和展望。 我想起了《隆中对》(这个比喻可能不太恰当,因为这篇属于钱老回国帮助祖国建设二十年之后才作的回顾总结...),所以,要问怎么评价,真的不敢评价。 再感受一下这篇序的参考文献..... |
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由于未能高质量的转换成文字,只能委屈您的流量了,以下是影印原稿... 请细品。 |
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我看过钱老的《工程控制论》。 下面的内容转载自我的另一个回答。 书真的不难。从技术上说,你只要会简单的微积分知识。只要明白分部积分,微分方程,欧拉公式和柯西定理这四个知识点,就能流畅的读下来了。 当然在这之前,我已经学过一遍《信号与系统》。还刷完了郭宝龙的视频。之后也学习过奥本海姆的1000+页的《信号与系统》。 钱老的《工程控制论》开篇直接上线性时不变系统的拉普拉斯变换。之后钱老认为傅里叶变换是拉普拉斯变换在实部为零情况下的特例,不用讲。直接涵盖奥本海姆的的《信号与系统》的400多页。然后再花十页讲讲拉普拉斯变换的周期采样形式,其实就是Z变换,《信号与系统》就讲完了。。之后介绍一下根轨迹法,就讲完了《》。而且是用了一个例子,先讲完了相平面法,之后才引入了非线性系统。 读完钱老的《工程控制论》你就会明白《信号与系统》和《自动控制原理》中最核心的概念,那就是拉普拉斯变换。只要把这个的来龙去脉全整明白了。其他知识都是补充。 之后叠个甲,奥本海姆的1000+页的《信号与系统》是一本好的教材。讲的细,习题多。我也学习过。也是收益匪浅。 说一个小Tip。因为这书是1954年的。那个时候连傅里叶积分这个名词还没有出现,钱老用的是富利埃积分。帕斯瓦尔定理也没有,钱老用的是巴塞伐定理。导致我看的时候,还卡了一下。 说白了,作为一个做过一段时间PID和电机FOC的嵌入式软件工程师。我认为: 即使是到今天为止,起码在控制论领域,后人还没有超过钱老在1954年的水平。当然,我们现在有Matlab了,在1954年需要消耗上千人才能解出来的微分方程,现在只需要在Matlab上输几个命令就行了。 但是在控制论的理论领域,大家都是老老实实的用着钱老的理论。甚至对于钱老这些理论的理解,还没有穷尽。 至于说什么预测控制,鲁棒控制,MPC的。你们不就是欺负: 1954年的科学家没有Matlab么? 真是让人发笑。 哦。对了。钱老的《工程控制论》不是教材。。。是在他回不来中国在米国又搞不了研究的闲暇时间闲着没事写写在工程控制领域的心得。。只是一本书。不是每一本书都必须是教材。对吧。 |
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听到过一个说法,仅供参考。维纳1948年提出的控制论,更多地是哲学的和数学的。在实践上并没有很强的可操作性。而钱老的工程控制论从名字就能看出是直接面向工程应用的。所以钱老的书把控制论变成了一门真正具有可实践性的学科。 |
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我觉得大家也不用太妄自菲薄,尤其是理工科科班出身的本科生。 各位找时间认真的学一学奥本海姆的信号与系统。书读不下来也可以去b站跟胡浩基老师的课,把胡老师56个小时的课老老实实刷完,傅里叶和拉氏变换搞熟练一点,之后再去读工程控制论就比较顺畅了。 |
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