1、 PDF外文：http:/ 第 1 页 共 9 页 中文 7410 字 关于中国自动控制领域发展的研究 程代展 中国科学研究院 数学与系统科学研究院 系统与控制重点实验室 自动控制就是将控制技术与其他信息技术融合起来，自主控制工业过程，减少人为干预。自动化在社会， 经济以及我们的日常生活中发挥着很重要的作用。控制论也就是自动化理 论，是工程与数学交叉的一个学科分支，旨在监测动态系统的运行。在工业制造自动化及其设备方面，中国有着悠久的历史。近些年，中国在自动 控制理论方面取得了长足进步，提出了许多新理论和新工
2、程技术，满足了 工业，农业，国防以及社会的其他方面的需求。现代科 学例如复杂性，系统多样性，量子技术等， 均 发现 其 与控制学科的紧密联系。另一方面，控制论本身还有许多尚未解决的需要更加深入研究的基础性问题。本文旨在回顾中国在这些方面所取得发展和进步以及展望其未来的发展方向。 关键 字 ：控制理论，高科技方向，当代科学，基础性问题 1 对中国的控制论 的简要概述 自 动化技术是社会生产力的一个关键因素。自动控制技术在工业，国防以及 能源供应，通信，交通运输，工业制造，航空航天，导弹 以及火箭导航等方面的发展上扮演着不可或缺的 角
3、色。一个国家的自动化程度体现着该国工业和国防的发展水平。 自动控制系统可以简述为一种含有某些可以辨识其行为元件的设备。 由于执行机构能够自主的进行控制行为，设备和进程也被称为是自动化的。一个典型的案例是 18 世纪 80 年代由瓦特发明的浮力球控制器，通过检测水龙头的流量来调节进水阀的开关量。 在 5000 多年的文明史上，作为四大文明古国之一，中国拥有不计其数的发明创造，当然其中包含了大量的自动化器件和设备。其中，有用来检测地震的地动仪（ 公元前 139 年 公元前 78 年 ），能够自动识别南方的指南针 第 2 页 共 9 页 &
4、nbsp;（ 公元 250 年公元 330 年 ） ，还有用于金属冶炼的鼓风机（公元前 57 年公元前 25 年），宋朝宋应星编写的天工开物（主要介绍自然科学）包含了许多的工程设备。 尽管 Maxwell 关于调速器的论著要早许多，但是 Wiener 的著作控制学被认为是控制学的开端。 Pontryagin 的最大值原理， Bellman 的动态编程以及 Kalman 的控制系统的滤波器和静态空间被认为是现代控制理论的三大里程碑。 Dr.Tsien 于 1954 年编写的工程控制学中国学者对于现代控制论发展的一大贡献。自那以后，中国的研究人员和工程师们在控制论的发展和应用方面做了许
5、许多多的工作。 在现代中国，尤其是 1979 年以来， 30 年的改革开放 使得中国发生了翻天覆地的巨变。中国的 GDP 在以大约 10 个百分点的速度增长。如今，已是世界第三大经济体和经济引擎的中国正在向全球的经济主体行列迈进。 工业化和农业现代化需要自动化技术 。特别的是，中国正处在一个新的起点上，面临着严峻的挑战。在过去的 30 年里，中国的经济发展严重依赖廉价劳动力和高耗能 （在生产同样的产品时，中国钢铁的企业能耗是 同类型美国企业能耗的 4 倍 ） ，并且很少关注环境保护。为了实施可持续发展战略和提高企业的国际竞争力，中国已经在着手进行改造，如产品升级，替换，
6、提高技术密 集度，减少能源消耗以及关注环保。所有这一切不可避免的要依靠自动化的程度。与其他一些发达国家相比，中国对于自动化技术和其理论依据更为期待。在接下来的篇章里，将介绍中国的研究人员在控制领域 做了哪些贡献以及就中国的可持续发展而言在控制论上最需要什么。 2 高科技主导控制论 在 20 世纪 60 年代，基于著名的状态空间法来研究控制论的策略，导致了现代控制理论的诞生，并且发展迅猛。线性控制论的主体框架主要是在20 世纪 60 年代至 20 世纪 70 年代间完成的。随后的发展 包括稳态控制学，稳态控制学是在 20世纪 80年代出现并且
7、于 20世纪 90年代成为了一个活跃的研究领域。在 20 世纪 70 年代至 20 世纪 80 年代间，几何图形学被应用到了分析和控制非线性系统中。诚然 ，这也取得了骄人的成绩。也就是直到20 世纪 90 年代，控制论才被作为一个新的学科建立起来。 第 3 页 共 9 页 当然，在控制论中依旧有许多有待探讨和违背解决的问题。但是控制论研究的主体方向 已经渐渐发生了 改变。越来越多的注意力被聚焦在了高科技主导的控制论问题上。与纯粹的数学运算相异的是，控制论根源于工程应用领域，旨在研究解决实际的应用问题。如果没有工程应用的背景和目的，那
8、么控制论也将失去其存在的 意义和价值！与此同时，在许多高新技术领域，也出现了许多亟待解决的控制问题，这就向系统和控制领域的科学研究人员提出了新的挑战。 作为一门学科，概念越是宽泛，那么人们对其所获成果的期望值也就越低！将普通的控制论应用于具有特殊性的高科技上 ，可能会产生更多型的问题和结果。作者已经在相关的文献里阐释了他的观点，本文中，我们会给出更多的高科技所要求的细节，也许这正是针对控制论及其应用所主要研究的课题。 2.1 网络交互 式 控制系统 当今社会，网络已经成为我们日常生活的一个重要方面，也是先进技术发展的一个重要部分。得益于互联 网，我们可以方便
9、快捷的进行信息交互。网络传感器亦或是拥有一定计算存储能力的执行机构节点，都可以远程控制复杂的动态系统。与网络交互系统紧密相关的是两大基本控制问题，网络的控制和网络交互系统的控制。 网络互连有其特殊的问题，比如网络拥堵，数据包丢失以及用于确定某些信息的数据延迟。为了确保大型网络的工作效率，像互联网，对其 进行故障监测是 个不小的挑战。 一个网络交互控制系统是由一系列的动态单元构成的。这些单元通过一个重要的交互网络进行信息交换，以此达到操作和行为的协调性。网络交互式控制系统的研究集中在以下几个 方面： 1.系统模型的建立：既然一个交互式控制系统是由传感器，执行元件和控制器构成的，那么我们就有必要建立一个何时的模型来研究实际系统的动态性能和可控性。2.控制器的分析和设计：正是由于交互式控制系统有着自身独特的特点如交互性，迟后性以及随意性，所以 设计此类型的控制系统时，在考虑如上特点时，就有必要建立新的分析模型和新的控制方案。 3.监测失误：在针对系统失误的监测中，特有的注意力需要针对网络交互式控制系统的独有特性。 4.
