第二章　控制论的基本概念和原理

科学的概念体系是每一门科学的理论骨架。本章是本篇最重要也是最困难的一部分。困难在于，要求在现代科学的基础上作出控制论的概念体系。重要在于，正是通过这个概念群，在不同的科学领域之间架起桥梁，形成了控制论独特的语言。也正是通过这个概念群，可以使有关概念有机地结合起来，揭示其中包含的控制论的基本原理。也就是说，本章将以或多或少系统化的形式阐述控制论的基本概念和基本原理。

第一节　系统

控制论作为一门科学，同一般系统论有机地相联系，使用一般系统论的概念和方法。为了分析控制论的各种概念，就应从一般系统论中的“系统”这个基本概念开始。

系统是在人类的长期实践中形成的概念。必须肯定这一事实，即不能把“系统”这个概念简单地理解为一般系统论的最重要的基本范畴，而应正确地确定它的性质和在整个知识体系中的地位。

有的人认为系统是指现实界的任何一个客体，这样一来，作为一般系统论的最基本的“系统”这个概念就成为普遍的概念。另外一些人则坚持认为，不是任何客体都是系统，而只有具有完整性的客体才是系统。这个问题远不是一个次要的问题，因为进一步的研究在很大程度上取决于这个问题的解决。第二个观点看起来是比较正确的，因为一般系统论在这种情况下有自己完全确定的运用范围，而第一个观点实际上导致取消“系统”概念的特点，把它同现实界的任何客体等同起来。

一、系统与要素

系统是由两个以上的要素组成的。系统是整体，要素是部分，系统与要素的关系就是整体与部分的关系。一个系统只有相对于构成它的要素而言才是系统，同样，一个要素只有相对于由它和其他要素构成的系统而言才是要素。没有系统就无所谓要素，没有要素也就无所谓系统。而且，要素与要素之间存在着一定的有机联系。联系是指要素构成系统的媒介。联系是系统呈现整体性的根源。更重要的是，因为一个要素的变化会这样或那样地引起全系统的变化。所以也说，系统的性质是由要素决定的。有什么样的要素，就有什么样的系统。

例如，从企业的外部来看，企业就是一个经济系统，系统中的每一部分都发挥自己的作用，管理者、一般员工、财、物等等相互影响、相互联系，彼此紧密地结合在一起。

系统与要素的区分是相对的。要素是系统最基本的单位，它总是系统的一部分，而且任何一个系统都是更一般的系统的一个部分。换句话说，任何一个系统都是较高一级系统的一个要素，任何一个系统要素的本身，通常又是较低一级的系统。这就是系统的层次性。注意，在一个大系统中，组成系统的要素，也称为子（分）系统。

例如，整个教学系统由以下诸要素（子系统）构成：一是教学管理子系统，二是施教子系统——教师，三是受教子系统——学生，四是教学设施子系统。又例如，一个企业系统是本行业系统的一个子系统，而行业系统又是整个国民经济系统的一个子系统。

二、系统与环境

在明确了所研究的系统本身后，还应当了解系统的环境。环境是相对于所研究的对象系统而言的。系统以外的部分称为环境系统，简称环境。

我们必须考虑环境对系统的影响，以及系统对环境的影响。因为系统与包围系统的环境之间，通常都有物质、能量和信息的交换。

系统与它的环境的划分也是相对的。在一个大系统中，对于某一个特定的子系统来说，其他的子系统可以看作它的环境。

所以，从广义的角度看，所谓环境，就是指被研究对象系统之外，对被研究对象系统有影响作用的一切系统的总和。

需要说明的是，系统作为统一的整体，对外界环境而言，必然有相对封闭的边界，否则，系统与系统的环境不能区分。但是，任何现实的系统都不是绝对封闭的，而是开放的。系统的开放性集中体现于它与环境之间的相互影响和相互作用，它与环境有物质、能量和信息的交换。

以企业为例，任何企业组织都是在一定的环境中谋求生存与发展的。通常企业组织所面临的环境可分为外部环境和内部环境两个方面。前者又分为一般环境和具体环境两种。一般外部环境由社会、经济、技术、文化、教育、自然资源、人口、政治与法律等方面所决定，这些因素对正式组织系统的影响力很大，但其影响方式往往是间接的；具体外部环境包括供应者、顾客、竞争对手等方面，他们虽然也在正式组织系统之外，但其影响方式却是直接的。内部环境基本上是指正式组织系统，主要的内部环境因素包括组织结构与体制、战略与决策、沟通与控制过程以及工艺与流程等。

系统必须依赖于环境而存在和发展，环境是系统存在和发展不可缺少的基本条件。环境的变化对系统有很大的影响。因此，系统必须适应外部环境的变化，不能适应环境变化的系统是难以存在的。另外，系统所处的环境又是系统的限制条件或者称为约束条件，我们在研究系统过程中不得不考虑这一点。

系统论的创立者贝特朗菲把系统确定为：处于一定的相互关系中并与环境发生联系的各组成部分的总体。这是对系统比较经典比较完整的定义。

从此定义可以看出，要素与要素、要素与整体、整体与环境之间，存在着相互联系和相互作用。而且，每一个系统的特征（在控制论中叫作状态），都是用这个系统所具有的那些性质和反映系统与环境间的那些联系来表示的。

一个学校、一个工厂、一个城市、一个国家都可分别把它们看成一个系统。读者可以试着分析一下学校这一系统的要素和环境。我们要善于把我们的研究对象作为一个系统问题来考察，学会分析系统内的要素、系统外的环境，这样才能逐步提高分析一个具体问题的能力。

在控制论中，我们还强调组织界系统的概念。所谓组织界系统就是指有目的地组织起来的系统。我们研究系统，正是为了更好地实现系统的某种目的。没有目的、没有组织的要素堆积不是系统，因为仅仅指出系统中有哪些要素，并不足以确定一个系统，还必须指出这些要素有着什么样的联系（也叫耦合，即一个要素的存在与变化和另一个要素的存在和变化之间的关系），它们为了一个什么样的目的组织在一起。

例如，企业就是一个为了达到一定目的，由许多相互关联的要素（各种子系统或分系统）组成，并依靠各个要素之间的相互联系、相互作用有机结合在一起的复杂的耦合运行的人造经济系统。企业的经营管理系统在限定的资源和现有职能机构的配合下，它的目的就是完成或超额完成生产经营计划，实现规定的质量、品种、成本、利润等指标。

另外，系统的边界是指系统与环境的分界处。确定系统的边界能使对象系统更加明确。系统与环境是密切交织的，在确定系统的具体环境时，往往会遇到一定的困难，这就是如何明确系统与环境的边界问题。边界就是把系统和环境分割开的设想的界线，它并不是严格不变的。

总之，控制论，作为控制的科学，它并不研究所有系统，而只研究这种组织界系统。

第二节　结构和功能

在理解了系统的概念，分析了系统的要素和环境以后，下面进一步介绍系统的有关概念。

一、结构与功能的概念

任何系统都是有结构的。没有无结构的系统，也没有离开系统的结构。结构的概念是一个很广泛的范畴，对这个范畴的研究已特别深入。所谓结构是指诸要素在该系统范围内联系的内在形式和方式。简要地说，系统内部各个要素的组织形式，即为结构。

需要说明的是，不能把结构仅归结为构成，因为结构不明显地含有一定的动态。换句话说，结构不仅要求空间的观点，而且要求某些时间的观点。任何物质系统的结构，都是空间结构和时间结构的统一，都是稳定性结构和可变性结构的统一。

结构概念常常同要素概念一起出现，但是，“结构”这个范畴不仅同“要素”概念有关，而且同“功能”概念有关。反过来说，系统的功能不仅依赖于它的各组成部分即要素本身的特性，更取决于后者之间的相互联系与相互作用的形式和方式即系统的结构。

所谓功能，通俗地说，是指系统所能发挥的作用。准确地说，系统在一定环境中所发挥的作用，即功能。有时将其与行为、活动看作是等价的概念。也就是说，它表达的是有目的地组织起来的系统的活动，简单地说，表达它们的行为。

现以教学系统的功能加以说明，教学系统的功能就是培养德、智、体全面发展的适合社会需要的人才。就具体业务而言，就是要使学生增长知识，发展能力，提高素质。

我们必须认识到，系统的整体功能并非各个组成要素功能的简单叠加，也不是组成要素的简单拼凑，而是呈现出各组成要素所没有的新功能。即使每个要素并不都很完善，但它们可以综合，统一成为具有良好功能的系统。

任何系统都有特定的功能，这是整体具有不同于各个组成要素的新功能，这种新功能是由系统内部的有机联系和结构所决定的。要素与结构是功能的内在根据，功能是要素与结构的外在表现。没有内部的联系就不会形成系统的结构；而没有外部的联系，就谈不上系统的功能。

系统是结构和功能的统一体。功能是只具有一定结构的系统的功能，而结构也是只具有一定功能的系统的结构。如果说，结构说明系统诸要素相互联系和作用的内在组织形式或内部秩序，那么，功能则说明系统与环境相互联系和作用的外在活动方式或外部秩序。换句话说，系统结构说明的是系统的内部状态和内部作用，系统功能说明的是系统的外部状态和外部作用。按照贝特朗菲的解释，结构是“部分的秩序”，功能是“过程的秩序”。系统的结构与功能的关系是不可分割的一对范畴，理解系统的结构是理解系统的功能的基础。

有什么样的结构，就相应地有什么样的功能。但是，结构相同也可能功能不同。例如人体结构大体相同，但表现出的体能和智能却存在不同。另一方面，不同的结构也可以实现相同的功能。例如人脑与电脑具有不同的结构，但在某些方面却具有相同的功能。

系统的功能反映系统与外部环境的关系，系统的功能与环境相联系，意味着功能与环境的状态及其变化有关。环境一旦发生了变化，系统的功能就可能随之发生变化。一般地，与系统的结构具有相对稳定性比较而言，系统的功能则是灵活易变的。

值得一提的是，功能这个概念是与系统的动态过程联系在一起的，只有在系统与环境相互作用的过程中才能体现。因此，控制论所研究和追求的重要目标之一就是赋予系统以适应性，也就是说提高系统对外界环境变化和内部结构变化的适应性。

功能不仅为人和动物的器官所固有，而且也为技术装置的各种零件所固有。在社会领域，“功能”也是一个很流行的概念，这个概念说明集体（社会团体）和个人的活动的性质。但应当指出的是，“功能”范畴只是为组织界系统所特有。

总之，任何系统都是处在特定的环境下，任何系统又都是由若干要素按一定结构组成的具有特定功能的有机整体。决定系统功能的两个因素是系统结构和环境作用，前者是决定系统功能的内在因素，后者是诱发并制约系统作用的外在因素。

二、相关的一些概念

系统的功能是接受物质、能量和信息进行加工处理产生物质、能量和信息的过程。在这里，环境对系统的作用表现为系统的输入，系统在特定的环境下对输入进行工作（加工处理），产生出反作用于环境的输出。由系统的输入引起的系统的输出就是系统的行为。系统把输入转换为输出的能力，就是系统的功能。

可以看出，系统行为和系统功能是两个相近但又不完全相同的概念。现在，行为这个术语获得了进一步的概括，而且已在控制论的许多其他范畴中占有一定的地位。所谓行为就是一个系统相对于它的环境做出的任何变化。它是由系统环境和系统内部状态两个因素引起的。换句话说，行为不是一个原因而是两个原因——外部原因和内部原因的结果。

系统的功能可以通过系统的外部行为来体现，它可以用系统的输入、输出和内部结构来描述。系统的作用实质上是从输入到输出的“变换”，只不过这种变换通常极其复杂。需要说明的是，输入和输出也是控制论的一对范畴。因为控制的目的说到底，就是要找出如何通过输入得到符合我们愿望的输出。为此必须弄清输入和输出之间的关系。

我们不仅是要理解输入与输出的概念，更重要的是这对概念提供了我们研究问题的重要途径。一般来说，我们可以把输入和输出关系归结为因果关系，输出作为结果，与之相应的输入作为原因。为了直观地说明，可把此关系简化为一般的函数关系。

通常把对系统有重要影响的外界作用称之为输入（可控输入），而把其余的外界影响当作干扰（不可控输入）。很显然，无论是输入还是干扰，都会对系统的输出产生影响，只是影响的结果不同。如果不考虑干扰因素对系统状态的影响，那么给系统F施加输入X，相应地得出输出Y，F起到把X转换成Y的作用。关系式为：Y＝F（X）。如果考虑干扰因素M对系统状态的影响，系统F的输出Y，则是输入X和干扰M共同作用的结果。关系式为：Y＝F（X，M）。通过阐述输入和输出的上述关系，可以加深对控制过程的理解。

例如，一个工厂专门用已加工好的元件装配汽车，对这个系统来说，输入和输出是什么？这时的干扰输入是什么？很显然，输入是交付给这家工厂的加工好的元件和由计划部门下发的汽车生产计划，输出是所生产的汽车数量。当加工好的元件供应中断或工厂的工作节奏中止时，就出现干扰。

第三节　功能系统、控制系统和控制论系统

在介绍了对系统进行分析的一些概念后，下面再介绍对系统进行控制的一些概念。

一、功能系统和控制系统

前面指出，结构说明系统中各要素相互联系的性质，功能表达系统与外部环境相互作用的效果。而且，控制论是在从“结构”方面研究系统的基础上，重在强调从“功能”方面研究系统。因此，“功能系统”的概念逐渐成为控制论的主要概念之一。

这里首先指出，功能系统和控制系统这两个概念是有不同意义的：前者强调系统的活动方面，而后者则强调被控制的对象。可见，功能系统这个概念比控制系统这个概念广泛得多。

控制系统一般由控制部分、被控制部分以及它们之间的各种信息传输通道构成，见图2-1。控制部分也被叫作控制者，被控制部分也即被控制的客体。

对我们来说，应当把控制系统理解为“主体-客体”这一整个系统。直观地说，控制活动就是施控主体对受控客体的一种能动作用。控制作为一种作用，至少要有作用者（施控主体）与被作用者（受控客体）以及作用的传递者（控制媒介）三个组成部分。这三个组成部分组成一个整体，相对于某种环境而言，具有控制的功能，这就被称为控制系统。

在一个控制系统内，不仅施控者作用于受控者，而且受控者也可以反作用于施控者。前一种作用是控制作用，后一种作用则是反馈作用。控制与被控制、施控与受控是控制过程中的基本矛盾。

作为一个特定的控制系统，总是处于一定的环境之中，控制系统与环境之间是相互作用的。控制论着眼于从控制系统与特定环境的关系来考虑系统的控制功能。换句话说，控制系统的控制功能是在系统与环境之间的相互作用中实现的。因而，控制系统必然是一个动态系统，控制过程必然是一个动态过程。所谓动态，指系统的状态是随时间而改变的。动态系统可看作系统的一般模式，静态系统可看作它的特殊形式。

例如，就整个国民经济系统而言，它是超级大系统。而这个超级大系统实际上又分别与两个超级大系统——自然系统和社会系统相交，未相交者是它的环境（自然环境和社会环境）。国民经济系统从自然系统与社会系统输入自然资源与劳动力资源，经过生产过程生产出中间产品与最终产品，最终产品中的一部分形成生产资料积累，重新回到生产过程，而另一部分形成各种消费品，反过来对社会系统发生影响。所以，一个国民经济系统，大体上可分为两部分：国民经济管理系统和国民经济再生产系统。这两个系统各处于不同的地位，施控系统相当于国民经济中的各级管理系统，而受控系统就是实际的再生产过程，它具体又由各生产和流通单位组成。

再如，企业是整个社会大系统中的一个子系统，它具有社会系统的一般性质，又具有自身的特殊性质。企业作为一种特殊的社会系统，与其他社会系统不同的特殊功能是从市场获得人力、物资、资金、信息等资源，转换成市场所需要的产品，提供给市场。以往的传统管理把企业看作一个孤立的封闭系统，忽视了企业与外部环境的相互关系。现代的系统管理则把企业看成是一个开放系统，它受环境影响，同时，也影响着环境。企业从周围环境中输入物质、能量和信息，经过企业的转换，以产品或服务的形式输出，又回到环境中去。因此，可把企业作为一个系统来分析，从目标、环境、生产过程或流通过程、管理过程，信息传递等方面，全面地考察其运动过程。

需要说明的是，关于控制系统，如以自动化仪器（如电子计算机等）担当施控系统的职能，称为自动控制系统；如以人或人群系统担当施控系统的职能，则称为人工控制系统。我们分析和探讨的均是基本上从人工控制的角度出发的。

二、开环控制系统和闭环控制系统

在控制系统中，控制者向被控制的客体施加控制作用，以实现所需的控制过程，达到预定的控制目的或控制目标。控制系统根据有无反馈回路，可区分为开环控制系统（图2-2）和闭环控制系统（图2-3）两大类。（注：这里的输入即目标值，输出即实际值。）

（1）开环控制系统的输入直接控制着它的输出，或者说，系统的输入在开环系统中根本不受系统输出的影响。开环系统的特征是，输出对输入有响应，但输出是相对隔绝的并对输入没有影响。在这种系统中，过去的行动不会控制未来的行动。它虽然结构简单，但对环境的适应能力差，控制精度低。

城市交通的控制就是开环控制。通常只要红绿灯信号的更替时间适当，这种控制就是有效的，交通是流畅的。但是，一旦出现非常事故，造成路口堵塞，这种控制就失败。

（2）闭环控制系统由于带有反馈回路，所以它的输出是由输入和输出的回路共同控制的，或者说，系统的输入受到系统输出的影响。在这种系统中，它能把系统过去的行动结果带回给系统，以控制未来的行动。带反馈回路的闭环控制系统通常更能抵抗环境干扰与系统本身不确定性对系统的影响，所以它对环境有较大的适应能力，控制精度高。

技术装置中的自动控制系统，生命机体中的自动调节系统，经济活动中的调节控制机制等都是建立在反馈控制的基础上。

需要注意的是，在环境变化所产生的干扰作用于受控者引起输出改变的同时，干扰也可以直接作用于施控者。这就有可能在输出未出现偏差之前，施控者即发出控制纠正即将发生的偏差，而不是产生了偏差之后再通过反馈来纠正。干扰对施控者的这种直接作用，且施控者又能理解这一作用的影响，这种情况叫前馈。前馈控制是根据干扰因素和受控者的变化规律，预测干扰因素和受控者的变化趋势，提前采取控制措施，避免可能出现的系统偏差。实际上，在现实的控制中，往往将前馈控制与反馈控制各自的特点结合在一起进行。

下面我们来看一个综合的例子。假设希望使农民收入稳定。我们知道，各年的收入依赖收成出现大幅度波动。稳定收入的目的可用三种方法来达到：

第一种方法是努力使每年的收成保持在一定的水平，不比平均水平低多少。这可以采用排除干扰的方法，该方法具有前馈控制的某些特征。但这种方法实际上是行不通的，因为这要求我们有控制天气的能力。

第二种是使用补偿天气干扰的方法，该方法具有开环控制的特征。这种方法是可行的。随着农业科学技术的进步，可以减少收成对天气的依赖，比如可根据天气控制农用水的人工供应（灌溉），因而上述目的可以部分地达到。

第三，可以建立由农民在收成高于平均收成年份提供的适量的平衡基金，用来在收成低于平均水平的年份付给农民。这种方法就是平衡农民收入与平均水平的偏差，该方法具有明显的闭环控制的特征。

实践中，我们可以同时使用这三种调节方法，取得较好的调节效果。

三、控制系统与控制论系统

从严格意义上说，开环控制系统虽具有控制功能，但它不属于控制论的研究范围，而属于自动控制理论的研究范围。控制论一般只研究带有反馈回路的闭环控制系统。也就是说，控制论的研究对象并不是任意的控制系统，而只是其中的一类。

苏联的控制论学者列尔涅尔把控制系统和控制论系统作了严格的区分。他认为控制论系统不仅要求这个系统是控制系统，而且还取决于研究这个系统的工作者所持的观点与方法。意思是说，控制论系统不仅是控制系统，而且是以控制论的基本观点与方法来研究的控制系统。

控制论的首要观点是反馈。把控制论系统限于带反馈回路的闭环控制系统，这也是控制论的基本特点之一。

控制论的另一个重要观点是信息。它认为控制系统也是一种信息系统，因此必须用信息的观点来研究控制系统。

可以看出，信息和反馈是控制论思想的核心。控制论的基础正是根据这两个基本概念：一切有生命与无生命的系统都是信息系统；一切有生命与无生命的系统都是反馈系统。作为控制论系统，必须同时具备以上两个特点。也就是说，控制的机制在于信息反馈的作用，而且控制论系统中的反馈是指信息反馈。在控制论系统中通信（信息的传输）和控制（信息的反馈）是不可分的。

第四节　反馈、信息、控制及其统一原理

对控制论的基本概念（系统、要素、环境、结构、功能、功能系统、控制系统、控制论系统、控制者、被控制的客体）进行初步的确定以后，就可以转入研究关于反馈、信息和控制的问题，从而揭示控制论的基本原理。

反馈、信息和控制是控制论的三要素。反馈、信息和控制使“控制论系统”这一概念系统化，“控制论系统”对反馈、信息和控制则是最基本的、最主要的。反馈、信息和控制是互为前提的，因此不能把这三者分开。形象地说，它们同“控制论系统”这个基本概念一起，是建立理论控制论这一整座大厦的柱子。

而要分析能说明控制论系统活动性质的三个主要概念，应从控制论的最重要原理——被称为控制论“灵魂”的反馈原理——开始分析。

一、反馈

维纳把火炮自动打飞机的动作与人狩猎的行为作了类比，发现了重要的反馈概念。如果用原因和结果来解释反馈过程，那么可以把反馈过程看成是系统的输出端的结果反过来作用输入端的原因。很显然，反馈的必然性是由于一个系统的运动总是受到内部要素和外部环境的影响和干扰造成的随机性决定的。

维纳指出，如果调节器（系统中用来实现调节的部分称为调节器）、控制者使用关于被控制的客体情况的信息来达到目的的，而且它以后一切作用都旨在消除被控制的客体的“现实的”东西——实际状态与“给定的”东西——目标状态之间的不协调性，那么系统就具有反馈。

调节器、控制者按照反馈渠道获得关于被控制的客体情况的信息，而起校正作用的控制信息是沿着直接联系渠道发送的。控制者系统施加控制作用，接收反馈信息；被控制的客体接受控制作用，提供反馈信息。从控制者系统到被控制的客体，传递控制信息的正向通道，从被控制的客体到控制者系统，传递反馈信息的反向通道，它们组成了闭环的信息通道，构成闭环控制系统。

事实上，一切机械控制系统，一切生命系统以及那些以生命系统为基础的社会系统都是与反馈机制密不可分的。反馈的本质是系统的输出被送回输入端，并由此对系统状态产生制约作用的影响。任何系统只有通过反馈，才能实现控制。

有必要把反馈概念同反馈原理本身区别开来。前者指的只是从被控制的客体到调节器、控制者方向的联系渠道，而反馈原理本身则意味着在控制过程中的定向性的校正机制。

反馈原理是控制和调节的一个通用原则。它不仅要求控制系统中的信息联系，而且也要求控制过程的有目的的方向性。不使用反馈原理，控制就不能实现。反馈原理是“控制论”的最重要、最基本的原理。

我们总是谈控制者方面的反馈，产生了一个问题，被控制的客体方面是否有反馈。这一个问题留给读者们思考。

下面进一步谈一谈反馈的两种类型——负反馈和正反馈。

如果现实状态的反馈信息与给定状态的控制信息之差倾向于反抗系统正在进行的偏离目标的运动，那么它就使系统趋向于稳定状态，称为负反馈。

如果两者之差倾向于加剧系统正在进行的偏离目标的运动，那么它就使系统趋向于不稳定状态，乃至破坏稳定状态，称为正反馈。

换句话说，负反馈的机制是使系统的输出始终趋向于它的目标，而正反馈的机制则是使系统的输出偏离它的目标。

负反馈是一种最简单的类型。正反馈是反馈的一种最复杂形式。

负反馈有利于制约系统偏离目标的行为，使系统沿着减少偏差的方向运行，最终使系统趋于稳定状态，恢复平衡。有经验的教师常常利用负反馈。在向学生传递各种信息的同时，也开辟另一条信息通道，取得学生接受知识情况的信息。在课程上他们都十分注意观察学生的眼色，判断他们听懂了没有，或者采取提问的方式，直截了当地进行试探。课外批改同学的作业以及课后安排的考试也是一些重要的了解学生听课情况的通道。通过这些教学环节，教师就能比较正确地把握自己讲课的深浅和进度了，使教学达到比较理想的目标。

正反馈使人联想到超级大国之间的军备竞赛。每一方得知对方发明了一种新式武器就立即研制一种更先进更厉害的武器来对付。于是，原子弹、氢弹、远程导弹等就这样不断地被制造出来，远远偏离了“和平”这种目标值。可见正反馈是越来越偏离目标值，甚至失去控制。这样看来似乎正反馈只起破坏、消极的作用。以至于在很多场合，正反馈现象的名声不太好，人们常常把它叫作“恶性循环”。但这绝不是指正反馈在所有场合都是“坏”的。事实上，在有的系统中，恰恰需要正反馈作用。

在我们研究控制论的基本原理时，既要重视负反馈，也不能因此而忽视正反馈。不能笼统地说负反馈“好”，正反馈“坏”，而要根据具体情况恰当地使用。比如，在企业内部控制中，我们常常认识到负反馈的重要性，即强调考核与惩罚，而忽视正反馈的激励作用，否认激励是一种控制技术。又比如，现代管理中有许多地方需要正反馈，两个企业、两个生产单位开展竞赛就是一例，你追我赶，相互竞争。当然，大量需要的还是为了减少和消灭同既定目标的差距的负反馈。

正反馈、负反馈是普遍存在于自然界与社会领域中的两种反馈机制，是事物发展中的一对矛盾，两者既是相互独立的，又是相互联系的、相互转化的。农贸市场上的蔬菜价格，供过于求时，价格就下跌，求大于供时，价格就上涨，这其中既有负反馈作用又有正反馈作用。生产与市场之间，政府与人民之间，教师与学生之间，都同时既有负反馈，又有正反馈。

二、信息

如果说，以前把信息只理解为关于某人或某物的消息，那么现在“信息”概念使用得如此广泛，已经成为当代社会上最时髦的词汇之一。但是到目前为止，信息并没有一个统一的定义。

在形形色色的观点中，有一种观点认为信息是物质的特性。这样一来，信息概念以明显或不明显的形式被解释为具有普遍性的哲学范畴。另有一种观点要求把信息看作为同控制有机地联系着的，因而只为生物界、机器和社会的控制系统所固有的功能现象。在这个意义上，信息概念被看作控制论的概念。

维纳说过，信息是人们在适应外部世界并且使这种适应反作用于外部世界的过程中，同外部世界进行交换的内容的名称。它是被控制论系统用来适当控制和调节的内容、方面，是控制者与被控制的客体之间的特殊关系和联系。在这种情况下，信息是为控制服务的，它们是成对的范畴。

一个系统之所以能按预定目的实现控制，就是因为该系统内部的各组织部分之间以及系统与其外界环境之间存在着信息流通和信息反馈。控制机构发出指令，作为控制信息传送到控制对象，由它们按照指令执行之后再把执行的情况作为反馈信息输送回来，并作为决定下一次调控的依据。换句话说，任何系统都离不开信息，系统是依靠信息来进行通信和控制的。控制和信息是不可分的，任何控制都要凭借信息。

应该看到的是，系统的运动变化过程是一个信息运动的过程。仍以教学系统为例，教学的功能主要是通过不断的信息运动来实现的。我们来看看学生学习中的信息运动过程。学生听了教师讲课和阅读教材以后，把内容记下来，这是初步的信息获取。更重要的是，他应把整体的知识分解成若干个概念、知识单元、定理、定律、法则、案例、算法等，对它们逐个地进行分析，理解并吸收到自身的认识体系中去，成为他知识的有机组成部分。在这个过程中，学生要不断地进行信息的加工和变换。当然，为了真正掌握所学知识并培养能力，学生还要进行必要的教学实验，做作业、设计和参加一定的生产实践和社会实践。在参加上述实际活动中，学生不断进行信息的输入、输出、存储、加工、重组，有时还有信息的再生。

在这里，要记得有两种基本类型的信息——约束性信息和非约束性信息。这两种类型的信息要求在分析时用截然不同的方法。

第一种类型的信息也叫结构信息。它的特点是控制论系统本身的组织性。对其量的研究，不需要统计的方法。

第二种类型的信息也叫功能信息。对信息的这种理解在科学界最流行。要从量的方面表征这类信息，必须使用统计的方法、数学的概率论。

初看起来，这两种类型的信息区别到这种程度，但是它们之间也有许多相似之处。一方面，不从外边获得并使用非约束性信息，不同环境保持信息上的联系，是不可能的。另一方面，非约束性信息不断地转变为约束性信息，提高系统的原来组织。因此，它们是相辅相成的。

信息的分类还很多。比如，产生于系统本身的称内部信息，来自周围环境的则称外部信息。

最后指出，“信息”这个概念是容量极其大的和多方面的，这一术语在每一具体情况下的意义，只有从它被使用的上下文中才能加以说明。

三、控制

下面我们来分析控制论中最重要的概念——“控制”。

在控制论产生以前，控制概念只说明人类的活动。现在已作为必要的组成部分包括到控制论科学的定义中，即必须把它作为一个普遍概念来解释。

高级汉语大词典将控制定义为：“掌握住对象不使其任意活动或超出范围；或使其按控制者的意愿活动”。在传统意义上，我们对“控制”的理解更多地强调了“制”，即掌握住对象不使任意活动或超出范围。然而，“控”的含义更重要，即使其按照控制者的意愿活动。控制的这一定义明确了控制是由控制主体、控制客体、控制目标、控制过程等要素组成。控制主体，即控制者；控制客体，即控制对象；控制目标，即控制者的意愿；控制过程，即控制活动。

控制就是对被控对象施加某些作用，使对象行为或变化过程符合或逼近目标，实现行为或过程的目的性。维纳就曾从驾驶汽车的过程中获取关于控制极为重要的认识，行进方向偏离靠方向盘来校正和控制，使汽车行驶回到预定的方向。这虽然是极平常的例子，但却包含着关于控制论相当丰富的内容。首先，被控对象——汽车是一个可控系统；第二，控制作用可通过执行器——方向盘来实现；第三，控制依据是司机观察到的偏离，其标志是车体离开了预定的目的方向，这是关于车行进的信息；第四，信息作用于司机，他作出合理的控制——偏右时，向左打方向盘，反之偏左时，向右打方向盘。当然，像这样的事实生活中比比皆是。

控制是控制者同被控制的客体相互作用的一个方面。如前所述，控制系统在结构方面是控制者与被控制的客体、直接联系的信息渠道与反馈的信息渠道的统一。控制系统的活动正是由于使用反馈原理，被控制的客体被引入某一指定的状态。被控制的客体的合乎目的的变化，把它引向需要的状态的过程，就是控制。控制的实质就是保持或改变受控对象的某种状态，使其达到施控主体的预期目的。整个控制都是围绕控制主体的目的而进行的。在这里，控制成为一种有目的的能动性行为。

控制具有目的性的性质。目的性原则是控制论的首要原则。没有目的，无所谓控制。关于目的，按照过去的观点，是脑子里预先想到的活动的结果。许多学者谈到目的这一范畴，认为它标明了一切控制论系统活动的性质。所以我们有理由作出结论：目的和目的性的概念也是控制论的范畴。

广义地说，控制的目的有两种：一是保持系统原有的状态；二是引导系统的状态达到某种预期的新状态。换句话说，控制活动就是保持系统的稳定状态或把系统由一种状态向另一种状态转换。控制论的主要任务也就是保持系统的稳定和实现系统的既定目标。

应该指出，目的与目标不同，目标是目的的具体化。设定目标就是确定控制的目的。没有目标或目标不明确，就好像射击看不到或看不清靶子一样。而要实现控制目标，就要有相应的条件。即使系统有向目标状态转化的可能，但由于缺乏必要的条件，也就不能把可能性变为现实性。控制必须是目标和条件的统一，这就涉及控制能力这个概念。所谓控制能力，通俗地说就是创造条件使系统向目标状态转化的能力。如果不具备与目标要求相应的控制能力，就不能有效地控制系统的状态变化。

控制需要凭借一定的手段。保持或改变受控系统的状态，不但要求目的明确，而且还必须借助相应的手段。无目的或目的不明确，固然不能对受控系统进行有效的控制，但无相应的手段或手段不得力也不行。

需要说明的是，控制的逻辑起点是可能性空间。什么是可能性空间呢？可能性空间是指系统在运动变化过程中所面临的各种可能性的集合。具体地说，系统的可能性空间是其可能性状态的集合。可能性空间在控制中的重要意义就在于：可能性空间是系统控制的前提条件，如果系统运动变化只有一种可能性，那么也就无所谓控制了。

另外，控制的概念不仅和可能性空间有关，而且还与选择有关。选择不是一种盲目的随意性的活动，而是一种有意识的、有目的的主动行为。控制是施加于被控对象上的一种作用，以维持或改善该对象的某种功能，而这种作用是在给定的条件和预定的目标情况下，从种种可能的作用中作出的一种选择。没有选择也就没有控制。

概括起来，对于控制来说，必须具备以上两个基本条件：一是受控客体必须存在多种发展的可能性；二是目标状态在各种可能性中是可以选择的。

控制的种类很多，有稳定控制（系统的标准输出值为常数）、程序控制（系统的标准输出值为已知的时间函数，如航行过程）、目标控制（系统的标准输出值是跟踪另一个系统的输出值变化而变化，如追捕过程）、最优控制（系统的标准输出值由某一函数的最大值或最小值构成）、自适应控制（系统只是根据过去的记录确定它的标准输出值），等等。

另外，控制又有自控和他控之分。比如，学生在校的学习过程，可以看作一个有控制（包括自控和他控）的过程。其中有一个重要的特点是，教师的控制要通过学生的自控来实现。教师的控制性信息能否有效地转化为学生的自控性信息，是教学能否取得成功的关键。

需要补充说明的是，控制论的中心问题是调节与控制。在调节概念和控制概念之间存在着这样的关系：调节被看作是控制的局部情况，是控制的最简单的情况。当然，这些概念的区别是相对的，在一定意义上，可以把控制看作是调节，而把调节看作是控制。可见控制与调节这两个概念几乎是等价的。唯一的区别是，当我们说一个系统具有调节功能时，这种调节功能一定是系统自身所具有的，而不是外部施加的。而当我们说控制时，往往是指在系统之外有一个控制机构对系统实施控制作用。因此，调节是控制的一种特殊形式，即“系统的自我控制”。

控制过程是设立目标与保证目标实现的统一。调节是纠正系统输出与变化的标准值之间的偏差。许多文献中用到“狭义”与“广义”的控制概念，所谓狭义的控制实际上就是调节，而广义的控制应该是一般意义上的控制。有些学者曾指出，用来使系统特征保持在一定轨道上的过程称为调节。如果不仅使系统的特征保持在一定轨道上，而且要确定这个轨道，那么就已经不是调节，而是控制了。

总之，控制是控制论系统为了保持它的结构而进行的功能活动的一个重要方面，是控制者同被控制的客体相互作用的一个因素。控制的实质是通过使用反馈原则而达到目的，而控制的内容则是把被控制客体引入符合这一目的的状态的过程。

现在我们来做一般的结论和表述控制论的基本原理。使控制论系统功能过程详细化的反馈、信息和控制的有机统一原理，是控制论的重要原理。系统概念是基础，信息概念是内容，控制是主动的施控系统对被动的受控系统的作用，反馈是被动系统对主动系统的反作用。

附：熟知的例子

高校是大家最熟悉的系统，把控制论的思想、原理应用于高校教学管理，是一个很好的例子。

按照控制论的基本观点，对烦琐庞杂的教学工作实施有效的管理，一是要把学校整个教学活动作为一个系统，教学单元活动和各个教学环节以及教学人员作为教学系统的要素；二是系统中各要素的联系和协调运动是通过信息的输入和输出，即信息的传递来实现的，信息在系统中起着重要的作用；三是维持系统的正常运动，需要调控各要素的运动，使其达到最优的状态和高效地运转。

高校教学管理的科学化是高校教学工作、教学管理工作发展的必然要求，也是高校提高教育质量的基本保证。高校教学管理科学化的内容主要是：遵循高等教育的基本规律，以教学管理基本原则为指导，运用现代科学方法，建立起教学管理决策系统、教学状况信息反馈系统、教学过程监控系统，进而实现对教学管理全过程动态的有效管理。

（1）高校教学管理的核心结构是教学管理决策系统，教学管理决策系统指挥着教学管理系统的运行。通常来说，教学管理决策是指参与教学工作的领导者，在实践基础上形成的一定认识的指导下进行的选择目标和行动方案的活动。由于教学管理所依靠的主要是教学过程中知识信息的传递、交流、加工和制造，因而教学信息的管理又成为教学管理决策系统的基础。此外，在有了科学的教学管理决策系统作指导，畅通的教学管理信息为基础之后，还需要有效的教学管理控制系统为保障，才能使整个教学管理大系统合理地运行。

（2）教学状况信息反馈系统主要包括教学巡视员制度、学生教学联络员制度等。正确的决策依赖于可靠的信息，而可靠的信息必须经过畅通的信息网络才能获取。教学状况信息反馈系统要求及时得到利于决策执行的准确和有力的信息，以便使决策部门在充足准确的信息下，有效调整和控制教学的顺利进行。信息反馈系统的科学化管理主要体现在教学信息的收集、教学信息的浓缩、教学信息的筛选、教学信息的提取反馈四个方面。实践证明，建立两种信息反馈制度，形成了科学的信息网络系统，通过执行这些制度，教学管理决策部门就能汇集大量的有关人才培养目标、层次、知识结构以及教学过程中反映出的教风、学风等各类信息。

（3）教学过程控制系统是以教学质量为核心，以各类教学检查为手段，以教学过程中各类教学环节为中心而形成的。主要内容包括教学质量评估制度、学分评估制度、教学检查制度、作业和试卷抽查制度等，通过在教学过程中运作这些制度，就能有效地控制住影响教学质量的各个关键点，使人才培养全过程得到优化，确保人才培养质量。