吴超：安全科学方法系列75：系统控制研究及方法

    在工业时代，人类利用技术开发资源、制造机器，技术给人类带来文明和财富的同时，偶尔也伴随着新的灾难。如何有效控制事故的发生，一直是一个重要的问题。从20世纪80年代开始，安全工程学界开始对控制论的研究和应用，取得了一些研究成果，丰富了安全科学的理论体系。如今安全控制论作为一种思维方法已广泛应用于安全生产实践中。

控制论是以各种系统作为其研究对象的。系统是的相互依赖、相互作用的若干部分结合而成、具有特定功能的有机整体，它具有如下特征：关联性、目的性、整体性、针对性、环境适应性等。

控制论的主要研究内容包括：1）控制系统的模型，如建模理论、模型转换、模型降阶等；2）控制系统的性质，如稳定性、能控性、能观性、可靠性等；3）控制系统的设计，如能使系统具有改变已有系统的性质或使设计的新系统具有特定的功能；4）系统控制规律的求解，如运用反馈控制理论和最优控制理论等；5）系统状态估计，如由测量输出参数，估计系统内部的状态；6）系统辨识，如由测量输入和输出参数，推算系统的数学模型等。

控制论研究涉及的典型方法有信息方法、“黑箱”辨识方法和功能模拟方法等。

1.信息方法

    信息方法主要是从信息及其变换过程方面来研究控制系统的功能，探寻控制的最佳途径。这个方法是把各种系统的信息过程简化为：信息输入、存贮、处理、输出和信息反馈的变换过程。以信息的这种传递和转换规律来揭示一般控制原理，即各种控制系统的巨大物质和能量的运动传送和转换，可以通过信息的获得、传递、加工和处理来实现指挥和控制的目的。从信息的角度来研究系统的控制，是实现系统控制的最佳途径，它有助于人们发现各种系统运动的特征和本质，找到事物运动的基本规律，更好地掌握和控制系统活动。

    2. “黑箱”辨识方法

    这种方法是运用相对独立的原则确认“黑箱”，通过外部观测、主动试验，分析“黑箱”的输入和输出的关系及其动态转换过程，据此掌握“黑箱”的运动特征和功能结构，进而就能通过控制输入达到控制输出的目的，起到控制的作用。“黑箱”辨识方法是一种实验观测与理论分析相结合的方法，这种方法是基于这样一个理论前提，即在系统的输入、输出数据中，包含着系统结构的信息。因而，这种方法不需直接打开“黑箱”，就能考察“黑箱”，阐明“黑箱”的结构和功能，为建立原型的“同构”、“同态’’简化模型和改进系统的功能提供可能。

    3. 功能模拟方法

功能模拟方法主要是通过对系统原型的功能进行描述的模拟，展现出与系统原型行为相似的行为，并在此基础上，进一步揭示出系统原型内在的特点和属性。这种方法可使人们通过对模型的研究来认识系统本身，预测系统的未知行为和功能；同时，还能使人们通过模型对系统原型功能结构和机理进行研究，推断出系统原型结构与功能之间的内在联系，认识其功能的基础和本质，进步可帮助人们研制某些技术装置来替代原型所执行的某些功能，以强化控制的手段和方式，实现控制的目的。

已有的系统控制方法用于系统安全主要集中在“物理”的系统。由于人与事方面的不确定因素很多，很难到达物理系统的控制效果，因而过去涉及“事理”和“人理”的系统控制研究较为少见，但近期和未来的人工智能发展，将为“事理”和“人理”及其组合等的系统控制奠定了坚实的基础。