控制科技在信息丰富的世界中未来的发展方向.docVIP

　 控制科技在信息丰富的世界中未来的发展方向--专家小组关于控制，动力学及系统未来发展方向的报告概述中国自动化学会 应用范围人们决定围绕5个主要领域对应用进行论述提出指导本文中的建议的主线。这五个领域是航空航天和运输、信息与网络、机器人技术与智能机器、生物与医学、以及材料和加工。另外，在专门小组的审议的过程中出现了，包括环境科学与工程、经济与金融、以及分子和量子系统。合起来，这些几个其他的领域体现的和大量的应用结合证明了来自控制的想法的应用性的广阔范围。在这些应用领域中的每个机会与挑战在报告中形成了主要的建议的基础。在每个领域中，专门小组不仅在该领域的控制研究人员中，而且在应用领域方面的那些可能不认为他们自己是控制研究人员的专家中寻找建议和见识。这样，我们希望确定在每个领域中真实的挑战，而不仅仅是只确定引起好奇但效果未必是一个实质机会的控制问题。希望用这些领域中的调研结果来引起不仅是控制界，而且是科学家和工程师的注意，去寻求了解控制工具怎样被用于他们的学科。有几条主线纵贯所有领域。系统的及严格的工具使用是被认为是将来成功的关键，也是该领域中的一个重要的标志。同时，下一代的难题将要求在控制研究与教育中范例的转变。可供利用的信息的数量在所有的应用领域中不断增长，这要求来自计算机科学和通讯的理念与用于建模、包含符号和连续动力的混合的复杂决策综合的经过改进工具进一步结合起来。对构成未来进展的基础的理论的继续研究的需要也贯穿在所有的应用中。在以下的每个部分中，我们简要地概述在主体领域内的挑战。（1）航空航天与运输航空航天与运输包含一个非常重要的应用领域集合，其中，控制是一项关键的启动技术。这些应用领域代表现代世界的全部科技能力的一个重要部分。它们也是它的经济力量的主要的部分，而且它们非常有助于它的人民的幸福。控制在这些应用领域中的历史角色，在这些领域中目前的挑战，以及未来计划需要都强有力地支持报告中的建议。在航空航天中，特别是，追溯到二十世纪初期控制一直是一种关键的科技的性能。的确，莱特兄弟不仅仅是简单地以证明用动力推动的飞行而著名——他们实际上证明了受控的有动力的飞行。他们的早期的莱特飞行物是把移动控制表面（垂直的尾舵与前舵）与翘曲机翼合成一体使飞行员可以调节飞机的飞行。实际上，飞机本身是不稳定的，因此持续的驾驶修正是必须遵循的。在这个控制飞行的早期的例子之后是一个引人入胜的成功故事，它导致我们今天在现代商业和军用飞机上所见到的飞行控制技术的持续改进，最终出现了超高性能，非常可靠的自动飞行控制系统。如图4所示即为两架这样的飞机。　 　 图4。（a）F-18飞机，第一种运用能遥控的自动驾驶仪技术的军用飞机之一，（b）X-45（UCAV）无人飞行器。（图片由（美国）国家航空和宇宙航行局Dryden飞行研究中心提供。）控制技术的相似的成功故事发生在很多其他应用领域。第二次世界大战早期的轰炸瞄准器和射击控制伺服系统已经逐步发展成今天的非常准确的雷达制导的枪炮和精密制导武器。早些时候容易出现故障的空间任务已经逐步发展成常规发射操作，在月球上载人的登陆，永久载人的空间站，机器人车运载工具漫游火星，在外层行星的轨道飞行器，以及许多商用及军用人造卫星服务于各种监视，通讯，导航，及地球观察需要。小汽车从手工调试的机械/气动的技术发展到全部主要功能都由计算机的控制操作，包括加油，喷射控制，巡航控制，刹车，及车厢舒适度。尽管它有很多成功，今天控制仍需要一些工程设计的系统以及他们中的许多在未来超过目前的工具和理论的能力。设计问题已经从一个所谓的控制层次的“内回路”（如调节一个指定的飞行参数）逐渐变成为操作方式，运载工具构造，净载重量构造，及健康状况等提供逻辑调节的多种“外回路”功能[13]。对飞机来说，这些功能被共同地称为“运载工具管理”。从历史上他们被飞行员或其他人类操作者执行，但是今天那个分界线正在变化，控制系统正逐渐地承担这些功能。目前为设计这个体系的上层工程方法是远远不够规范和系统的。它们是由一长串来自专家的逻辑“如果－那么－否则”规则的集合组成的，把这些规则编成程序，再在运行环境中对其执行仿真。因为这些逻辑规则不提供固有的平滑性（任何状态过渡都可能），只有仿真才能用于评估，只有完全仿真才能保证良好的设计特点。很明显，这是一种不能接受的情况，控制界所持有的强烈的系统理论背景以及严谨的传统可以作出实质性贡献。即将出现的另一个戏剧性的趋势是具有局部计算、全局通讯连接、物理实体产生极小规律、没有产生集中控制动作的分布式实体的巨大综合的动力学变化。这个趋势的例子包括图像航空航天管理问题、自动化的高速公路和交通管理、对未来战场的指挥和控制等。（2）信息与网络通信网络的迅速发展为控制提供几种较大的机会和挑战。