中國學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略·控制科學(xué)

總序i序言vii前言ix摘要xi第一篇控制科學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略總體報告第一章緒論3第二章控制科學(xué)的定位與學(xué)科分支8第一節(jié)控制與控制科學(xué)的定位8第二節(jié)控制科學(xué)的新特點和新方向10一、信息技術(shù)的進步深刻地帶動控制科學(xué)的變化10二、普適性、多樣性與高新科技的推動要求綜合性的研究12三、向其他領(lǐng)域拓展14第一節(jié)控制科學(xué)的學(xué)科分支15第三章歷史回顧與啟示18第一節(jié)歷史回顧18一、早期的控制思想19二、經(jīng)典控制理論20三、現(xiàn)代控制理論22四、控制器的演變與計算機的作用23五、控制科學(xué)在中國26第二節(jié)啟示29第四章現(xiàn)狀分析與探討34第一節(jié)基本的和共性的領(lǐng)域-控制理論34一、線性系統(tǒng)35二、非線性控制系統(tǒng)36三、分布參數(shù)系統(tǒng)控制38四、魯棒控制40五、系統(tǒng)辨識、自適應(yīng)控制與隨機系統(tǒng)42六、智能控制45七、離散事件動態(tài)系統(tǒng)46八、對控制理論發(fā)展的看法49第二節(jié)應(yīng)用領(lǐng)域之一——航空航天與運動體50第三節(jié)應(yīng)用領(lǐng)域之二——過程控制53第四節(jié)網(wǎng)絡(luò)與多智能（自主）體系統(tǒng)控制55一、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)與控制55二、控制科學(xué)的作用57三、多智能（自主）體系統(tǒng)59第五節(jié)向其他學(xué)科滲透61一、腦控系統(tǒng)61二、生物系統(tǒng)62三、量子控制63四、經(jīng)濟控制論與金融控制工程64五、軟件控制64六、其他交叉65七、軟件實現(xiàn)65八、教育65九、幾個新問題66第五章需求分析、思考與建議67第一節(jié)需求分析67一、人類認識自然和改造自然的需求67二、社會經(jīng)濟發(fā)展建設(shè)需求68三、國家安全需求69第二節(jié)學(xué)科發(fā)展的思考70一、信息豐富的時代特征70二、控制要求的實際性與基于數(shù)學(xué)的控制理論的結(jié)合73三、對控制已有做法的再認識76第三節(jié)未來發(fā)展的幾個重大需求方向80一、感知、通信、計算、控制一體化80二、管理、決策、控制一體化80三、控制在認知科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)發(fā)展中的作用81四、空天一體化——飛行器控制81五、微觀科學(xué)發(fā)展的需求82六、大數(shù)據(jù)時代的控制83七、網(wǎng)絡(luò)安全83八、電網(wǎng)控制84第四節(jié)建議84一、切實做好控制理論中關(guān)鍵問題的研究85二、組織力量解決重大裝備控制器設(shè)計問題85三、加強通用平臺、驗證平臺建設(shè)與實驗設(shè)備研制85四、加強控制算法與軟件的研究86五、重視多學(xué)科交叉研究86六、抓住信息豐富的時代特征發(fā)展控制科學(xué)87七、控制科學(xué)與數(shù)學(xué)的結(jié)合88八、控制教育必須跟上時代的腳步89說明與致謝91參考文獻93第二篇控制理淪第六章緒言97第一節(jié)控制理論誕生和發(fā)展的源泉97第二節(jié)推動控制理論發(fā)展的關(guān)鍵98第三節(jié)科學(xué)技術(shù)的進步對控制理論的發(fā)展有重大影響98第四節(jié)控制理論自身發(fā)展局限與時代發(fā)展需求并存99第七章線性系統(tǒng)控制理論：回顧與展望100第一節(jié)經(jīng)典線性系統(tǒng)控制理論100一、理論形成標志：頻率法的建立100二、頻率方法在線性離散系統(tǒng)中的推廣101三、頻率方法對其他控制領(lǐng)域的影響101四、研究對象和方法102五、局限性103六、重要專著103第二節(jié)現(xiàn)代線性系統(tǒng)控制理論103一、理論形成標志：狀態(tài)空間法的建立103二、20世紀60年代狀態(tài)空間法的主要成果103三、20世紀60～70年代形成的新的研究體系與進展105四、線性系統(tǒng)控制理論的幾個主要課題的研究進展110第三節(jié)展望117一、反饋能力極限118二、控制器降階120三、控制教育問題120第八章非線性系統(tǒng)控制理論122第一節(jié)非線性控制理論的起源122第二節(jié)非線性控制的幾個分支：同顧與展望124一、變結(jié)構(gòu)控制121二、幾何非線性控制127三、（微分）代數(shù)非線性控制128四、構(gòu)造非線性控制128五、基于內(nèi)模原理的謾計130六、其他研究分支132第三節(jié)現(xiàn)代非線性控制：機遇與挑戰(zhàn)132第九章分布參數(shù)系統(tǒng)控制133第一節(jié)歷史與現(xiàn)狀134第二節(jié)可能的挑戰(zhàn)138一、不穩(wěn)定系統(tǒng)的鎮(zhèn)定和魯棒控制139二、有窮逼近問題141三、傳感器和控制器最優(yōu)分布問題142四、分布控制、分布量測問題143五、隨機分布參數(shù)控制問題144六、非線性問題144七、應(yīng)用問題的驅(qū)動145第十章離散事件動態(tài)系統(tǒng)146第一節(jié)歷史與現(xiàn)狀146第二節(jié)可能的挑戰(zhàn)156一、邏輯和時序的性質(zhì)的分析與綜合156二、活性調(diào)度和控制157三、大規(guī)模復(fù)雜DEDS的優(yōu)化控制158四、基于事件的優(yōu)化與分布式控制策略的優(yōu)化設(shè)計159五、DEDS的仿真優(yōu)化160第十一章隨機系統(tǒng)控制理論，161第一節(jié)受控馬爾可夫模型161第二節(jié)隨機微分博弈163第三節(jié)隨機混合動力系統(tǒng)164第四節(jié)無窮區(qū)間的費用準則165第五節(jié)估計、濾波與控制165一、估計和隨機逼近165二、濾波166三、控制167第六節(jié)基于倒向隨機微分方程的隨機系統(tǒng)168第七節(jié)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的隨機控制理論169第八節(jié)隨機自適應(yīng)控制169第九節(jié)對未來的幾點展望170第十二章魯棒控制：回顧與展望172第一節(jié)H范數(shù)173第二節(jié)不確定系統(tǒng)描述173第三節(jié)魯棒穩(wěn)定性174第四節(jié)魯棒性能178第五節(jié)H，x控制178第六節(jié)魯棒控制設(shè)計181第七節(jié)H。控制與魯棒控制的時域方法182第八節(jié)其他擴展182第九節(jié)面臨的挑戰(zhàn)與機遇183第十三章系統(tǒng)辨識：新的模式、挑戰(zhàn)及機遇186第一節(jié)背景及現(xiàn)狀186第二節(jié)包容更廣泛的不確定性189一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的非隨機不確定性189二、缺乏數(shù)據(jù)和信息而產(chǎn)生的不確定性190三、缺乏計算能力導(dǎo)致的不確定性190四、結(jié)構(gòu)切換導(dǎo)致的不確定性190第i節(jié)基于網(wǎng)絡(luò)和通信的辨識191一、局部信息191二、通信限制192三、通信不確定性192四、網(wǎng)絡(luò)拓撲變化下系統(tǒng)辨識的可靠性192五、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的辨識192第四節(jié)隨機及非線性系統(tǒng)的辨識193第五節(jié)大數(shù)據(jù)時代的系統(tǒng)辨識194第六節(jié)考慮資源的有效利用，突出復(fù)雜性的研究195一、近似理論196二、統(tǒng)計196二、信息理論196四、計算復(fù)雜性197第七節(jié)以目標驅(qū)動的、綜合化的系統(tǒng)辨識197第八節(jié)客戶服務(wù)：友好且高效的工具198第九節(jié)結(jié)論與建議198第十四章自適應(yīng)控制：過去、現(xiàn)在與未來200第一節(jié)基本概念與組成200第二節(jié)發(fā)展回顧與案例分析202一、發(fā)展回顧202二、案例分析205三、自校正調(diào)節(jié)器208第三節(jié)發(fā)展現(xiàn)狀與生長點211一、總體現(xiàn)狀211二、生長點213第四節(jié)問題與展望213一、應(yīng)用問題214二、若干未完全解決的理論問題215三、關(guān)鍵科學(xué)問題217四、與其他學(xué)科交叉218第十五章新興領(lǐng)域?qū)刂评碚摰男枨蠛吞魬?zhàn)221說明與致謝226參考文獻229第三篇航空航天與運動體控制第十六章地面武器裝備的控制科學(xué)與技術(shù)，281第一節(jié)地面武器裝備控制技術(shù)的發(fā)展歷程與我國研究成果281一、機動目標的識別、建模與跟蹤282二、地面武器平臺的伺服控制284三、地面武器平臺的火力控制284四、地面武器平臺的指揮控制285第二節(jié)地面武器裝備控制技術(shù)發(fā)展的趨勢與關(guān)鍵科學(xué)問題287一、機動目標的識別、建模與跟蹤287二、地面武器平臺的伺服控制287二、地面武器平臺的火力控制288四、地面武器平臺的指揮控制289第三節(jié)地面武器裝備控制技術(shù)發(fā)展的優(yōu)先領(lǐng)域與重點方向291一、機動目標的識別、建模與跟蹤291二、地面武器平臺的伺服控制291三、地面武器平臺的火力控制292四、多平臺的協(xié)同控制與優(yōu)化問題293五、基于復(fù)雜性研究的陸戰(zhàn)平臺火力指揮與控制系統(tǒng)綜合優(yōu)化設(shè)計問題294第十七章汽車的控制科學(xué)與技術(shù)295第一節(jié)汽車控制技術(shù)的發(fā)展歷程與我國研究成果295第二節(jié)汽車控制技術(shù)發(fā)展趨勢與關(guān)鍵科學(xué)問題297一、動力總成控制系統(tǒng)297二、車輛主動安全控制系統(tǒng)301三、新能源汽車控制304四、工程／特種車輛控制306第三節(jié)汽車控制發(fā)展的優(yōu)先領(lǐng)域和重點方向308第十八章機器人的控制科學(xué)與技術(shù)311第一節(jié)國內(nèi)外先進機器人控制技術(shù)發(fā)展歷程與我國研究成果311一、工業(yè)機器人312二、地面移動機器人313三、醫(yī)療與康復(fù)助力機器人317四、水下機器人319五、生物啟發(fā)的機器人系統(tǒng)——仿生機器人321六、微納操作機器人322第二節(jié)機器人先進控制技術(shù)的發(fā)展趨勢與關(guān)鍵科學(xué)問題323第三節(jié)機器人先進控制發(fā)展的優(yōu)先領(lǐng)域和重點方問324第十九章航空飛行器的控制科學(xué)與技術(shù)326第一節(jié)航空飛行器控制技術(shù)發(fā)展歷程與我國研究成果326一、航空飛行器控制技術(shù)發(fā)展歷程326二、航空飛行器控制技術(shù)的創(chuàng)新能力和實力地位327第二節(jié)航空飛行器控制的發(fā)展趨勢與關(guān)鍵科學(xué)問題327一、航空飛行器控制發(fā)展的規(guī)律327二、航空飛行器控制發(fā)展的趨勢328三、航空飛行器控制發(fā)展的關(guān)鍵科學(xué)問題328第三節(jié)航空飛行器控制發(fā)展的優(yōu)先領(lǐng)域和重點方向335第二十章空間飛行器的控制科學(xué)與技術(shù)，337第一節(jié)空間飛行器控制技術(shù)的發(fā)展歷程與我國研究成果338一、空間飛行器控制技術(shù)發(fā)展歷程338二、空間飛行器控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀342第二節(jié)空間飛行器控制技術(shù)的發(fā)展趨勢與關(guān)鍵科學(xué)問題349一、空間飛行器的跨尺度魯棒軌道控制349二、帶有活動部件的多體航天器姿態(tài)控制350三、充液航天器姿態(tài)控制351四、空間飛行器交會過程的姿軌聯(lián)合控制352五、空間非合作目標捕獲的路徑規(guī)劃及控制352六、空間飛行器編隊飛行分布式協(xié)同控制353第三節(jié)空間飛行器控制技術(shù)發(fā)展的優(yōu)先領(lǐng)域和重點方向353一、高精度姿態(tài)定向控制353二、高可靠性的姿態(tài)控制353三、高性能的推進技術(shù)354四、空間在軌服務(wù)354五、深空探測航天器編隊飛行控制354六、以深空探測空間軌道交會為背景的衛(wèi)星軌道控制354第二十～章艦船和水下運動體的控制科學(xué)與技術(shù)355第一節(jié)艦船和水下運動體控制發(fā)展歷程與我國研究成果355一、艦船和水下運動體控制的發(fā)展歷程355二、艦船和水下運動體控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀358三、艦船和水下運動體控制帶來的控制科學(xué)新特點、新問題360第二節(jié)艦船和水下運動體控制的發(fā)展趨勢與關(guān)鍵科學(xué)問題361一、內(nèi)部各分支的互動發(fā)展規(guī)律361二、進一步研究的關(guān)鍵性問題與瓶頸問題361三、中長期發(fā)展趨勢及學(xué)科前沿的重大科學(xué)問題362第j節(jié)艦船和水下運動體控制發(fā)展的優(yōu)先領(lǐng)域和重點方向362第二十二章空天飛行器的控制科學(xué)與技術(shù)，364第一節(jié)空天飛行器控制技術(shù)的發(fā)展歷程與我國研究成果364第二節(jié)空天飛行器控制技術(shù)的發(fā)展趨勢與關(guān)鍵科學(xué)問題366一、可靠進入空間的控制前沿問題與挑戰(zhàn)366二、空天飛行器的控制前沿問題與挑戰(zhàn)367三、空天飛行器在控制方面的關(guān)鍵技術(shù)368第三節(jié)空天飛行器控制技術(shù)發(fā)展的優(yōu)先領(lǐng)域和重點方向370一、上升段制導(dǎo)370二、升力式再入制導(dǎo)371三、跳躍式再入制導(dǎo)371四、氣動控制372五、復(fù)合控制373六、對我國航天飛行控制技術(shù)發(fā)展趨勢的思考374第二十三章航空航天和運動體控制中的共性科學(xué)問題376第一節(jié)多項功能、多元信息一體化376一、網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境下的控制、計算與通信一體化376二、面向不確定性的控制、決策與管理一體化377三、導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制一體化377四、事件驅(qū)動與時間驅(qū)動的混合動態(tài)系統(tǒng)377第二節(jié)面向控制任務(wù)的建模378一、高速運動體控制的建模問題378二、菲線性隨動系統(tǒng)的建模問題379第三節(jié)運動體的自主控制379一、運動體的環(huán)境與態(tài)勢感知379二、運動體的目標識別380三、運動體的任務(wù)規(guī)劃與智能決策380第四節(jié)運動體高可靠、可重構(gòu)與容錯性381一、余度容錯結(jié)構(gòu)381二、故障檢測與診斷方法381三、控制重構(gòu)382四、可靠性建模與分析方法382五、軟件可靠性383第五節(jié)多運動體的協(xié)同優(yōu)化383一、異構(gòu)無人平臺的動態(tài)分組理論及其體系結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化384二、拓撲連通性保持條件下的異構(gòu)無人平臺協(xié)同與一致性控制384三、異構(gòu)多無人平