控制学科的发展.pptVIP

学科组成 1、控制科学与技术的发展 控制科学与技术在20世纪的人类科技进步中起 到了举足轻重的作用，为了解决当今社会的许多挑 战性问题产生了积极的影响，提供了科学的思想方 法论；为许多产业领域实现自动化奠定了理论基 础，提供了先进的生产技术和先进的控制仪器及装 备。特别是数字计算机的广泛使用，为控制科学与 技术开辟了更广泛的应用领域。 近30年来，控制科学在非线性系统控制、分布参 数系统控制、系统辨识、随机与自适应控制、鲁棒控 制、离散事件系统和混合系统、智能控制等研究方向 上取得了许多重要进展。在21世纪初的十几年，这些 方向仍将是控制科学发展的主要研究方向，它们之间 的交叉与结合，将形成许多应用性更强的重要研究方 向。 非线性控制是控制理论中一个重要的研究分支， 目前在该方向的一些研究成果已应用于机器人、直升 飞机与电力系统控制等实际控制工程中。可以预见， 非线性控制理论的进一步发展，将对多机器人系统协 调操作与大型网络稳定安全为背景的非线性系统的控 制工程等产生重大影响。混沌系统作为非线性系统的 重要组成部分，在混沌生成、混沌抑制、混沌同步化、 混沌通讯应用以及混沌信息编码等方面已经取得一些 突破性的进展。这些研究成果将对复杂系统的深入研 究提供了有意义的借鉴。 自20世纪70年代开始，国内外学者开始重视分布 参数系统的研究。分布参数系统是无穷维系统，一 般由偏微分方程、积分方程、泛函微分方程或抽象 空间中的微分方程所描述。我国学者在细长体弹性 振动系统的建模和振动控制、振动系统的谱分析、 能控性和反馈镇定、一般无穷维系统的极大值原理、 人口系统控制、人口预测和控制等方面都做出了重 要贡献。 由于实际系统的复杂性，人们往往很难（或不可 能）从基本的物理定律出发直接推导出系统的数学模 型，这就需要利用可以测量的系统输入和输出数据， 来构造系统内结构及参数的估计，并研究估计的可靠 性和精度等问题，这就是系统辨识的任务。20世纪90 年代，线性系统辨识理论趋于成熟，而非线性系统的 辨识仍处于发展阶段。近10年来，系统辨识领域有三 个热点研究方向：基于鲁棒控制的数学模型要求的鲁 棒辨识、基于特殊信号驱动下的系统辨识和基于智能 信息处理的非线性系统辨识。 当实际系统受到的外界干扰和系统模型误差被 看作为随机噪声时，我们把这类系统称为随机系统。 近年来，在非线性滤波、随机极大值原理、随机最 优控制综合等方面已有新的进展。人们为了寻求能 够实际应用并且性能良好的控制算法，由“分离思想” 和“必然等价思想”发展了自适应控制的理论和方法。 在科学研究和工程实践中，自适应算法已经成为一 种非常有效的重要方法。 一般地，系统的数学模型与实际系统存在着参 数或结构等方面的差异，而我们设计的控制律大多 都是基于系统的数学模型，为了保证实际系统对外 界干扰、系统的不确定性等有尽可能小的敏感性， 导致了研究系统鲁棒控制问题。近年来，对非线性 系统的鲁棒适应控制的研究已成为一个热点方向。 系统的状态随离散事件发生而瞬时改变，不能 用通常的动态方程来描述，一般称这类系统为离散 事件动态系统（DEDS）。对它的研究始于20世纪80 年代初。目前已发展了多种处理离散事件系统的方 法和模型，例如有限状态马尔科夫链、Petri网、排 队网络、自动机理论、扰动分析法、极大代数法等。 其理论已经应用于柔性制造系统、计算机通信系统、 交通系统等。离散事件系统的研究虽然取得较大进 展，但还没有一套完整的理论体系来评价离散时间 系统模型与实际对象的差异。离散事件动态系统自 然延伸就是混合动态系统。 包含离散事件动态系统（DEDS）和连续变量动 态系统（CVDS）、两者又相互耦合作用的系统称为 混合动态系统（HDS）。关于混合系统最早的文献出 现在1966年。1979年瑞典人Cellier首先引入混合系 统结构的概念，把系统分为离散、连续和接口3个部 分。1989年Golli针对计算机磁盘驱动器模型引入混 合系统的概念，把连续部分和接口部分结合起来进 行研究。虽然混合系统的研究取得了一些成果，但 仍处于发展阶段，其理论和应用研究仍是未来几年 的研究热点。 现代工程技术、生态或社会环境等领域的研究 对象往往是十分复杂的系统，对这类系统难以用常 规的数学方法来建立准确的数学模型，需要用学习 推理或统计意义上的模型来描述实际系统，这就导 致了智能控制的研究。智能控制的主要目标是使控 制系统具有学习和适应能力。现在，智能控制理论 虽然取得了不少研究成果，但智能控制的理论体系 还不够成熟。 最近，基于模糊推理的系统建模、神经网络模 型参考自适应控制、神经网络内模控制、神经网