自动控制原理及其应用

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AI&Robots Ins. (Institute of Artificial Intelligence

and Robots),即人工智能与机器人研究所,是隶属

于北京工业大学控制科学与工程学科的研究机构,

自然地,其所致力于研究的,是人工智能(Artificial

Intelligence)和机器人(Robot)。

Robot是大家熟悉的一个英文名词,常常被译作

“机器人”。然而,无论就其形态或结构,还是就其运

动方式或行为方式,多数Robot 不象人。准确地说,

Robot是一种自动机器,一种仿生的自动机器,具有

类似生命的特征,具有类似生物的行为,甚至具有

类似生物的智慧。

《控制论》之父Wiener有一句名言:

“就其控制行为而言,所有的技术系统都是模仿生物系统的,然而,决没有哪一种生物系统

是模仿技术系统的。”

Wiener 所说的“技术系统”(Technical System)就是人造系统,就是机器,准确地说,就是自动

机器。

AI&Robots 旨在研究具有智能的自动机器,并努力使机器具有生命特征和生物行为,具有感

知能力和认知能力,包括记忆和学习的行为能力。

实际上,AI&Robots 的研究领域是综合而宽广的,是一个多学科融合的科学研究领域,其中:

•控制论(Cybernetics)

•人工智能(Artificial Intelligence)

•机器人学(Robotics)

扮演着重要角色。在AI&Robots 的标识中,黄色代表着“控制论”,红色代表着“人工智能”,蓝色

代表着“机器人学”。

AI&Robots渗透着《控制论》的思想。

1948年,美国科学家Norbert Wiener 将机器与动物类比,将计算机与人脑类比,创立了《控

制论》。

Wiener 是一个天才,8 岁上中学,11 岁上大学,14

岁大学毕业,18岁获得博士学位,其后,师从英国数学

家和哲学家Rosu。虽然主修数学和哲学,Wiener 却始

终思索着动物和机器的辨证关系。Wiener 的《控制论》

是关于动物和机器共性的科学,是关于动物和机器同一

性和统一性的科学。Wiener 兴趣广泛,在理论物理学、

生物学、神经生理学和心理学、哲学、文学等领域都有

涉猎和建树。正是Wiener 广博的知识,使《控制论》成

为科学融合的艺术。

正如Wiener 在《控制论》中所指出:

“我们正研究这样一种自动机器,它不仅通过能量流

动和新陈代谢,而且通过信息流动和传递信号,引起动作流动,并和外界有效地联系起来。自动

机器接收信息的装置相当于人和动物的感觉器官;相当于动作器官的可以是电动机或其它不同性

质的工具。自动机器接收到的信息不一定立即使用,可以储存起来以备未来之需,这与记忆相似

。自动机器运转时,其操作规则会依历史数据产生变化,这就象是学习的过程。”

在《控制论》中,Wiener虚拟设计了一个机器蠕虫,模拟蠕虫的负趋光行为,以阐明动物和

机器的共性。

Wiener的机器蠕虫具有类似动物神经的反射弧结构:

感觉器官:一对左右对称的光电管

传入神经:带信号放大器的输入线路

神经中枢:一个用于平衡两个光电管

输出的电桥

传出神经:带功率放大器的输出线路

动作器官:两个推电动马达

其中,光电管受光刺激并将光信号变换为电信号;电

信号放大后经输入线路送达电桥;电桥对来自不同光

电管的信号进行鉴别和比较,给出关于运动方向的指

令信号;指令信号经功率放大后送达运动机构,驱动

电马达,于是,蠕虫就避开光,向光线较弱的方向运动。

Wiener 的机器蠕虫是《控制论》的一个思想实验,其深刻的思想,既是控制科学与工程的源泉,也是

人工智能和机器人学的源泉。

《控制论》是一种理念,一部哲学;是世界观和方法论;是AI&Robots 一切科学活动的思想基础。

阮晓钢

2006年4月6日星期四

诺伯特·维纳(Norbert Wiener)(1894年11月26日-1964年3月18日),

美国应用数学家,在电子工程方面贡献良多。他是随机过程和杂讯过程的先驱,又

提出了“控制论”一词。

1894年11月26日,美国数学家、控制论的创始人诺伯特·维纳(Norbert Wiener) (1894~1964)诞生。1894年11月26日生于美国密苏里州的哥伦比亚,1964年3月18日卒于斯德哥尔摩。维纳于1909年毕业于塔弗茨大学,获文学士学位,1912年获哈佛大学博士学位。

后留学英国和法国,回国后先在哈佛大学等校任教,1919年到马萨诸塞州理工学院任教,直到1960年退休。

维纳在第二次世界大战期间从事雷达和防空火力控制的研究,以后研究通信和控制技术,于1948年发表了有名的《控制论》一书,用统一的数学观点讨论了通信、计算机和人类的思维活动,提出了自动化工厂、机器人、由数字电子计算机控制的装配线等新概念,促进了通信、计算机、机器人和人工智能等理论的发展。

他生于密苏里州哥伦比亚,父亲里奥·维纳是波兰籍犹太移民,母亲是德国籍犹太人。里奥是哈佛大学斯拉夫语族的讲师,他用他自创的高压方法培育诺伯特。凭他的天份再加上父亲的培育,他成为神童。1903年,他开始上学;1906年(12岁),高中毕业,同年9月入读塔夫斯学院修读数学;1909年(15岁)时他已取得学士学位,入读哈佛大学研究动物学。

一年后他往康乃尔大学转读哲学。1912年,18岁的他取得数理逻辑的博士学位。

他到英国剑桥随罗素、哈代学习,1914年又到德国格丁根跟大卫·希尔伯特和埃德蒙·兰道。之后他回到剑桥,再回到美国。1915至16年,他在哈佛教授哲学,其后为通用电气和大美百科全书工作。战争期间在马里兰州阿伯丁试验场钻研弹道学。战后他在麻省理工教授数学。他讲课技巧恶劣,常常闹的笑话或心不在焉。

在麻省理工任教时,他不时到欧洲。1926年和一名德国移民结婚。他们有两个女儿。他主要在格丁根和剑桥,研究布朗运动、傅里叶变换、调和分析、狄利克雷问题和Tauber型定理等。二战时,他在枪炮控制方面工作,引发了他对通讯理论的兴趣,促成了控制论的诞生。

战后发生了一件怪事。他邀请了人工智能、计算机科学和神经心理学的年轻学者到麻省理工。

当这批学者来到时,他却突然断绝所有来往。这可能由他的神经质性格引起。二战后,他对科学研究的政治影响和科学的军事用途更为关注。他拒绝为军事机械工作。1964年他在瑞典斯德哥尔摩逝世。

目录

••简述

••昔日神童

••现代大师

••成果