中國(guó)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(bào)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(diǎn)和新方向10一、信息技術(shù)的進(jìn)步深刻地帶動(dòng)控制科學(xué)的變化10二、普適性、多樣性與高新科技的推動(dòng)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(jì)算機(jī)的作用23五、控制科學(xué)在中國(guó)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(shí)、自適應(yīng)控制與隨機(jī)系統(tǒng)42六、智能控制45七、離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)46八、對(duì)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(yùn)動(dòng)體50第三節(jié)應(yīng)用領(lǐng)域之二——過(guò)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(jì)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(shí)現(xiàn)65八、教育65九、幾個(gè)新問(wèn)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(rèn)識(shí)自然和改造自然的需求67二、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)需求68三、國(guó)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(shí)代特征70二、控制要求的實(shí)際性與基于數(shù)學(xué)的控制理論的結(jié)合73三、對(duì)控制已有做法的再認(rèn)識(shí)76第三節(jié)未來(lái)發(fā)展的幾個(gè)重大需求方向80一、感知、通信、計(jì)算、控制一體化80二、管理、決策、控制一體化80三、控制在認(rèn)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(shí)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(shí)做好控制理論中關(guān)鍵問(wèn)題的研究85二、組織力量解決重大裝備控制器設(shè)計(jì)問(wèn)題85三、加強(qiáng)通用平臺(tái)、驗(yàn)證平臺(tái)建設(shè)與實(shí)驗(yàn)設(shè)備研制85四、加強(qiáng)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(shí)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(shí)代的腳步89說(shuō)明與致謝91參考文獻(xiàn)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(dòng)控制理論發(fā)展的關(guān)鍵98第三節(jié)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步對(duì)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(shí)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(biāo)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(duì)其他控制領(lǐng)域的影響101四、研究對(duì)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(biāo)志：狀態(tài)空間法的建立103二、20世紀(jì)60年代狀態(tài)空間法的主要成果103三、20世紀(jì)60～70年代形成的新的研究體系與進(jìn)展105四、線性系統(tǒng)控制理論的幾個(gè)主要課題的研究進(jìn)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(wèn)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(gè)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(jì)130六、其他研究分支132第三節(jié)現(xiàn)代非線性控制：機(jī)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(wèn)題141三、傳感器和控制器最優(yōu)分布問(wèn)題142四、分布控制、分布量測(cè)問(wèn)題143五、隨機(jī)分布參數(shù)控制問(wèn)題144六、非線性問(wèn)題144七、應(yīng)用問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)145第十章離散事件動(dòng)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(shí)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(jì)159五、DEDS的仿真優(yōu)化160第十一章隨機(jī)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(jī)微分博弈163第三節(jié)隨機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)164第四節(jié)無(wú)窮區(qū)間的費(fèi)用準(zhǔn)則165第五節(jié)估計(jì)、濾波與控制165一、估計(jì)和隨機(jī)逼近165二、濾波166三、控制167第六節(jié)基于倒向隨機(jī)微分方程的隨機(jī)系統(tǒng)168第七節(jié)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的隨機(jī)控制理論169第八節(jié)隨機(jī)自適應(yīng)控制169第九節(jié)對(duì)未來(lái)的幾點(diǎn)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(jì)181第七節(jié)H。控制與魯棒控制的時(shí)域方法182第八節(jié)其他擴(kuò)展182第九節(jié)面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇183第十三章系統(tǒng)辨識(shí)：新的模式、挑戰(zhàn)及機(jī)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(jī)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(jì)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(shí)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?fù)渥兓孪到y(tǒng)辨識(shí)的可靠性192五、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的辨識(shí)192第四節(jié)隨機(jī)及非線性系統(tǒng)的辨識(shí)193第五節(jié)大數(shù)據(jù)時(shí)代的系統(tǒng)辨識(shí)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(jì)196二、信息理論196四、計(jì)算復(fù)雜性197第七節(jié)以目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的、綜合化的系統(tǒng)辨識(shí)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(guò)去、現(xiàn)在與未來(lái)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(zhǎng)點(diǎn)211一、總體現(xiàn)狀211二、生長(zhǎng)點(diǎn)213第四節(jié)問(wèn)題與展望213一、應(yīng)用問(wèn)題214二、若干未完全解決的理論問(wèn)題215三、關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)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(shuō)明與致謝226參考文獻(xiàn)229第三篇航空航天與運(yùn)動(dòng)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(guó)研究成果281一、機(jī)動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別、建模與跟蹤282二、地面武器平臺(tái)的伺服控制284三、地面武器平臺(tái)的火力控制284四、地面武器平臺(tái)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(shì)與關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題287一、機(jī)動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別、建模與跟蹤287二、地面武器平臺(tái)的伺服控制287二、地面武器平臺(tái)的火力控制288四、地面武器平臺(tái)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(diǎn)方向291一、機(jī)動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別、建模與跟蹤291二、地面武器平臺(tái)的伺服控制291三、地面武器平臺(tái)的火力控制292四、多平臺(tái)的協(xié)同控制與優(yōu)化問(wèn)題293五、基于復(fù)雜性研究的陸戰(zhàn)平臺(tái)火力指揮與控制系統(tǒng)綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)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(guó)研究成果295第二節(jié)汽車控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題297一、動(dòng)力總成控制系統(tǒng)297二、車輛主動(dòng)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(diǎn)方向308第十八章機(jī)器人的控制科學(xué)與技術(shù)311第一節(jié)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)機(jī)器人控制技術(shù)發(fā)展歷程與我國(guó)研究成果311一、工業(yè)機(jī)器人312二、地面移動(dòng)機(jī)器人313三、醫(yī)療與康復(fù)助力機(jī)器人317四、水下機(jī)器人319五、生物啟發(fā)的機(jī)器人系統(tǒng)——仿生機(jī)器人321六、微納操作機(jī)器人322第二節(jié)機(jī)器人先進(jìn)控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)與關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題323第三節(jié)機(jī)器人先進(jìn)控制發(fā)展的優(yōu)先領(lǐng)域和重點(diǎn)方問(wèn)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(guó)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(shí)力地位327第二節(jié)航空飛行器控制的發(fā)展趨勢(shì)與關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)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(shì)328三、航空飛行器控制發(fā)展的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)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(diǎn)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(guó)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(shì)與關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題349一、空間飛行器的跨尺度魯棒軌道控制349二、帶有活動(dòng)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(huì)過(guò)程的姿軌聯(lián)合控制352五、空間非合作目標(biāo)捕獲的路徑規(guī)劃及控制352六、空間飛行器編隊(duì)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(diǎn)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(jìn)技術(shù)354四、空間在軌服務(wù)354五、深空探測(cè)航天器編隊(duì)飛行控制354六、以深空探測(cè)空間軌道交會(huì)為背景的衛(wèi)星軌道控制354第二十～章艦船和水下運(yùn)動(dòng)體的控制科學(xué)與技術(shù)355第一節(jié)艦船和水下運(yùn)動(dòng)體控制發(fā)展歷程與我國(guó)研究成果355一、艦船和水下運(yùn)動(dòng)體控制的發(fā)展歷程355二、艦船和水下運(yùn)動(dòng)體控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀358三、艦船和水下運(yùn)動(dòng)體控制帶來(lái)的控制科學(xué)新特點(diǎn)、新問(wèn)題360第二節(jié)艦船和水下運(yùn)動(dòng)體控制的發(fā)展趨勢(shì)與關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題361一、內(nèi)部各分支的互動(dòng)發(fā)展規(guī)律361二、進(jìn)一步研究的關(guān)鍵性問(wèn)題與瓶頸問(wèn)題361三、中長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)及學(xué)科前沿的重大科學(xué)問(wèn)題362第j節(jié)艦船和水下運(yùn)動(dòng)體控制發(fā)展的優(yōu)先領(lǐng)域和重點(diǎn)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(guó)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(shì)與關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題366一、可靠進(jìn)入空間的控制前沿問(wèn)題與挑戰(zhàn)366二、空天飛行器的控制前沿問(wèn)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(diǎn)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(dòng)控制372五、復(fù)合控制373六、對(duì)我國(guó)航天飛行控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的思考374第二十三章航空航天和運(yùn)動(dòng)體控制中的共性科學(xué)問(wèn)題376第一節(jié)多項(xiàng)功能、多元信息一體化376一、網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境下的控制、計(jì)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(dòng)與時(shí)間驅(qū)動(dòng)的混合動(dòng)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(yùn)動(dòng)體控制的建模問(wèn)題378二、菲線性隨動(dòng)系統(tǒng)的建模問(wèn)題379第三節(jié)運(yùn)動(dòng)體的自主控制379一、運(yùn)動(dòng)體的環(huán)境與態(tài)勢(shì)感知379二、運(yùn)動(dòng)體的目標(biāo)識(shí)別380三、運(yùn)動(dòng)體的任務(wù)規(guī)劃與智能決策380第四節(jié)運(yùn)動(dòng)體高可靠、可重構(gòu)與容錯(cuò)性381一、余度容錯(cuò)結(jié)構(gòu)381二、故障檢測(cè)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(yùn)動(dòng)體的協(xié)同優(yōu)化383一、異構(gòu)無(wú)人平臺(tái)的動(dòng)態(tài)分組理論及其體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化384二、拓?fù)溥B通性保持條件下的異構(gòu)無(wú)人平臺(tái)協(xié)同與一致性控制384三、異構(gòu)多無(wú)人平