科普-中华学生百科全书-第51节
按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
入人的呼吸系统，使人突然发病，并加速慢性病患者的死亡。美国科罗里达
河的死鱼事件，则是一家生产农药的工厂长期排放污水的恶果。日本的水俣
病，也是因为该河流上游有个工厂排放含汞废水而酿成的灾难。
大量事实说明，人作用于环境，环境也反作用于人。随着现代工农业生
产的发展，生态环境的污染程度日益加剧，严重影响着人类社会的发展速度、
动植物的正常生存，这不仅关系到当代人们的身体健康，而且关系到子孙后
代的繁衍昌盛。污染控制和环境保护无疑已成为世界各国政府刻不容缓的重
要任务，“保护环境，造福人类，功在当代，利有千秋”的思想，已为世人
普遍接受，环境控制论正是在这一浪高过一浪的呼声中诞生了。
顾名思义，环境控制论是专门研究生态环境的质量变化、污染控制与处
理、环境保护与优化的科学原理及技术措施的一门科学，其范围涉及到地球
生物圈（包括大气、海洋、湖泊、河流、土壤等）和人类生产活动的各个领
域。它以生态学和地球化学为基础，以控制论、现代控制理论和大系统理论
的思想方法为工具，并利用化学、生物学、物理学、医学和工程技术知识研
究环境综合治理和优化，是一门多学科交叉和综合的边缘性学科。环境控制
论的出现，人类自觉运用科学手段来研究和保护环境，是社会文明的一大进
步，是现代科学向深度和广度进军的一个重要标志。
环境控制论首先面临的是环境污染问题。所谓环境污染，是指由于人为
的或自然的因素，使环境中原来的组成元素或状态发生了变化，扰乱并破坏
了生态系统与人们的正常生活条件，致使人类生存的环境恶化；或者污染物
质进入生态系统，沿着食物链（比如说“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃
稀泥”（藻类））转移、循环和聚集，最后进入人体，危害人体的身体键康。
现代社会中环境污染的主要来源如下图所示。
面对如此众多和复杂的污染源，要做到环境综合治理和优化，首先应利
用控制论的黑箱方法（即系统辩识方法），建立环境系统的动态数学模型，
并在此基础上提出环境保护的有效措施。由于电子计算机技术的发展，要做
到这一点并非难事，特别是计算机的仿真技术，更为我们分析和模拟环境系
统提供了有效手段。
利用系统分析方法研究环境自净能力，是环境控制论的另一项重要内
容。我们知道，自然环境对污染物质都有一定的净化能力。比如，污染物质
进入河流，会慢慢稀释，然后在光合和微生物的作用下氧化、分解、还原、
沉淀，水质会逐渐恢复常态。进入土壤的污染物质，同样会在土壤中微生物
的作用下分解、还原。这些都是自然界生态系统内部反馈控制作用的结果，
当然这种反馈控制实现系统动态平衡的作用是有限的。因此我们应认真摸索
自然界对不同污染物质的不同净化能力，掌握它们的规律，据此制定污染控
制和环境保护的有效措施。
随着现代经济向纵深发展，环境科学的重要性也日益显著。可以预见，
在未来的历史长河中，环境问题仍将伴随着我们，困扰着我们，使我们不得
不在发展生产与保护环境二者之间不断的进行平衡和调整，以使脆弱的生态
系统不至于受到严重破坏。为了保证人类社会和经济的健康发展，我们就必
须从根本上摸清地球上各种生态、环境系统的内部变化规律，掌握其发展趋
势，提出合理开发和保护生态环境系统的最优方案。诚然，环境控制论还只
是一门尚未完善的学科，仍有许多领域是一片未知的海洋，需要我们用全部
的智慧去探索和研究。
军事控制
众所周知，军事系统是一个规模庞大、结构复杂、因素众多、功能综合、
信息分散的大系统。军事控制论正是要运用大系统理论、系统理论、数学和
计算机技术，研究军事系统的建模、信息传递和处理以及控制自动化的问题。
控制论应用于军事，就是为了在各种因素的制约下（如敌我力量对比、气象、
环境等条件），对军事大系统进行科学的规划、设计、制造和使用，使其达
到信息、能量和物质的综合平衡，取得整体控制的最佳效果。这对于指挥员，
尤其是高级指挥员来说，是不可缺少的指挥控制艺术。
现代战争是总体战，战场已从传统的海、陆、空范围向外层空间和海底
两极扩展，规模空间增大。在此情况下，只有全面统一地实施进攻和防御，
才能获取战争的全面胜利。把大系统理论用于军事决策，能帮助指挥员把握
全局，制定出最佳战略、战役行动方案，真正做到“运筹于帷幄之中，决胜
于千里之外”。运用计算机仿真技术，将敌多双方力量以及各种外界环境因
素输入电子计算机，可以在“兵不血刃”的情况下，分析研究战争的发展趋
势，从而寻找出最佳作战方案。
在战争舞台的长宽高都在无限延伸、军事斗争日趋大型化的当今时代，
要在浩瀚广阔的战场上得心应手地指挥千军万马，指挥员必须具备高瞻远
瞩、统帅全盘的系统思想，军事控制论则为实现这一目标开辟了新的有效途
径。
社会控制论
人类社会进入本世纪 50 年代，特别是 60 年代以后，已越来越受到世界
性的 5 大社会问题的困扰，即人口激增、能源短缺、资源破坏、粮食不足和
环境污染的严重威胁。如何利用现代科学知识，合理解决这些问题，使社会
正常发展，明显改善人类生存环境，是全世界人民所面临的一个挑战性任务。
幸运的是，社会控制论的出现，拓广了人们的视野，使我们在迷罔困惑之中
看到了希望的曙光。
社会控制论的基本内容是把控制论中取得的丰硕成果推广应用于社会的
生产管理、交通运输、能源管理、资源开发、环境保护、城乡建设，以至人
类社会的各个方面。控制论研究者认为，人类社会是一个充满活力和生机勃
勃的自适应、自组织系统，存在着内涵丰富的信息交流和反馈机制。社会控
制论不仅从整体上研究社会发展的内在规律，而且运用控制论的基本原理分
析各类复杂的社会现象，比如说国家领导体制的改革，社会精神文明的建设、
社会犯罪问题的综合治理等。人类社会的存在和发展，既需要社会变革，也
需要社会的稳定和正常的社会秩序。安居才能乐业，这是人所共知的真理。
无论是哪个朝代，哪个社会，都试图建立一个稳定的社会秩序，使人民生活
安定，生产迅速发展。从控制论的观点来看，社会秩序、社会稳定都是与社
会控制紧密相连的。离开有效的社会控制，就不会有安定团结的社会局面。
因此，社会控制论的研究还与社会政治、法纪法制、伦理道德等诸多因素有
关。所以我们说，在应用控制论研究复杂社会现象时，绝不能摆脱辩证唯物
主义和历史唯物主义的科学分析法，否则也很难得出正确的结论。
应当承认，社会控制论的研究还处于刚刚起步的初始阶段，但控制论及
其在社会各个领域的应用已经或正在成为人们认识世界和改造世界的强有力
工具。随着社会控制论这一边缘学科的进一步深入研究，它在社会发展过程
中必将发挥愈来愈显著的作用。
计算机时代的控制论
计算机控制
计算机控制是指利用计算机来实现自动控制的功能。由此构成的自动控
制系统，叫做计算机控制系统。计算机控制的应用范围很广。控制对象从小
到大，从简单到复杂，都可以由计算机参与控制。电子计算机可以控制单台
机或一个简单生产过程（如炉温、轧钢机等），也可以控制和管理某个车间，
甚至整个工厂都可交由大型计算机控制而成为所谓的“无人工厂”。计算机
控制可以是简单的反馈控制，也可以是复杂的多变量控制、最优控制、自适
应控制乃至具有人类智慧的“智能控制’。
计算机控制系统的基本组成一般包括控制对象、硬件和软件三大部分。
计算机控制系统的发展，是和电子计算机本身的发展密切相关的。电子
计算机自 1946 年问世以来，发展极为迅速，大致是十年左右更新换代一次。
特别是大规模集成电路技术的突破，使计算机的性能价格比显著提高，极大
地推动了电子计算机在各行各业中的应用。
然而，与科学计算、气象预报和数据处理等应用相比，计算机在控制领
域的应用起步相对较晚，早期应用进展也比较慢。造成这种现象的主要原因，
不是因为计算机不适合控制应用，也不是由于理论方面准备不足，而是因为
早期计算机的可靠性不高等原因。显然，计算机用于生产过程控制，对可靠
性的要求是比较严格的。
本世纪 50 年代中期，计算机开始用于工业控制。但总的来说，这阶段为
数不多的计算机控制系统，控制规律比较简单，如对原有人工控制系统提供
操作指导，或对原有系统提高最佳设置（系统输入）。计算机大量的时间主
要用于其他非控制作业，如制订生产规划，打印生产报表等。另外，由于早
期的计算机价格昂贵，为了充分利用，总是将各种不同的任务罗织在一起，
这就在原本可靠性不高的基础上，又增加了因组织复杂造成的新的可靠性问
题。由于这诸多原因，所以早期计算机控制技术进展缓慢。
尽管如此，也有一些比较成功的例子。如 1959 年美国的波特阿瑟（Port
Arther）炼油厂就采用了计算机控制系统，总共控制 26 个流量、72 个温度
值、3 个压力和 3 种化学成分。控制系统的基本功能是使反应器的压力最小，
确定 5 个反应器供料的最优分配、最佳的热流量循环。计算机除主要用于寻
找系统最佳运行条件外，还要完成原料调度、生产计划、报告产量和能源消
耗等任务。这个系统的成功，使计算机找到了新的应用领域，使工业界看到
了一种提高自动化的新工具。
计算机直接参与生产过程的另一个成功实例发生在英国。1962 年，英国
帝国化学工业公司（ICI）用一台名为费伦蒂．阿格斯（Ferrenti Argus）的
计算机直接测量 224 个控制量和控制 129 个阀门，在保持原有功能的条件下
取代了原系统中所有的模拟仪表装置，这就是我们说的直接数字控制（DDC）
系统。DDC 系统显示出的巨大优越性，使它在 1963～1965 年间获得了长足进
步。
1972 年以后，由于微型计算机的出现和发展，计算机价格大幅度下降，
计算机控制技术真正得到了迅速发展。计算机控制不仅在过程控制中的应用
日渐成熟，而且在机电控制、机械加工、航天技术和各种军事装备中也得到
广泛应用，例如通讯卫星的姿态控制、卫星跟踪天线的方位角控制、飞机自
动驾驶仪、计算机数控机床、电气传动装置的计算机控制等。在许多精度要
求极高的领域，如工业机器人、现代导弹制导、航空航天等，计算机控制已
成为必不可少的重要环节。
数值控制
数值控制（Numerical Control），简称数控，（NC），是以数字形式实
现控制的技术。比如说数控机床加工，首先将待加工的工件形状数值化（即
用数字形式表示工件形状），然后在输入纸带上用组合穿孔的方式表示出来，
由此控制加工刀具的走刀轨迹进行自动加工。常见的数控机床、数控火焰切
割机、灵敏遥控绘图机、数控冲剪机等都是属于数控范围的自动化设备。
数控技术的关键是计算机，其发展也是与电子计算机的发展分不开的。
早在 1947 年，美国的帕森斯（PARSONS）公司，为了制作检查飞机螺旋桨的
样板，首先在坐标镗床上采用了数控技术，制作出精确的样板。以后美国空
军系统为了改进导弹和飞机性能，在美国麻省理工学院（MIT）成立了伺服系
统研究所，开始了对数控机床的系统研究。1952 年，该研究所根据第一代电
子计算机原理，研制成功了世界上第一台数控机床，也叫做 MIT 数控机床。
在加工精度和效率方面比普通机床大有提高。但是由于这种数控机床用的都
是真空电子管元件，因而数控装置体积较大，运算速度较慢，可靠性也不高，
因而限制了它的广泛使用。
我国早在 1958 年就制成了数控铣床，之后沈阳第一机床厂和北京第一机
床厂也制成了不同类型�
