Control 版 (精华区)

发信人: dagam (断情), 信区: Control
标  题: 控制理论各历史阶段发展的特点(3) 
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年07月01日11:45:29 星期天), 站内信件


现代控制理论的进一步发展
控制理论的发展同其他学科一样，依赖于工业、科学、技术提出的越
来越高的要求。"现代控制理论"这一名称是1960年卡尔曼的著名文章
发表后出现的。而在此之前，钱学森教授在五十年代就已发表了《工
程控制论》的专著，并为当时几乎所有论文以突出形式加以引用。工
程控制论，从广义上看，是控制学科最具远见卓识的科学预见与理论
，现代控制理论只是其一分支。
现代控制理论的进一步发展包括以下方面：
1）     其他动态系统的研究
这里可以指出的有（包括早期已有较大发展的部分学科）：非线性
系统、时变系统、随机系统、分布参数系统、大规模系统、模糊系统
、机械系统以及不确定系统等。
非线性系统，其基础是李亚普罗夫理论，从过去以至今后，这一最普
遍的原理都起着重要的作用。对鲁里叶系统常时间的研究，对非线性
系统理论的发展起到了重要的历史作用。近些年来出现的微分几何及
微分代数理论，为非线性系统控制的深入研究提供了新的工具。但非
线性系统理论的研究将是旷日持久的，也是十分艰巨的。
时变系统，由于数学表达的困难，特别是对"时变"有了本质的了解；
"随环境而变"，研究已转入"自适应系统"或"不确定系统"。
大规模系统，当考虑了系统的内部信息结构时，称组成系统的各部分
为"子系统"，系统就被称为"大系统"，这种考虑是期望用子系统及其
关联的性质来对大系统的性质作出某些判断，提供较为简化的、但常
常保守的分析方法。现已明确规定，今天的大系统理论完全不能构成
第三代控制理论。
机械系统，其模型可用拉格朗日方程表示为一2阶非线性系统。因为机
械系统本身有许多特殊性质，如匹配条件及可全局线性化条件自动满
足；具有关于功、能、动量、动量矩等的一些便于利用的力学性质等
，故可将其表为一般非线性系统的形式来研究是不明智的，这实际上
是将简单问题的研究复杂化。
不确定系统，一方面是相当多的实际系统的数学描述，更重要的是在
理论上为自适应控制、鲁棒控制等多个学科间架起了桥梁。
2）     控制任务的多样化
 经典及现代控制理论的任务在于寻求（反馈）控制，使得闭环系统稳
定，这就是通称的"镇定问题"。到了二十世纪，工程技术不断提出新
的控制任务，它们远远不可能用镇定来概括，必须发展新的概念、理
论与方法。这方面的例子是很多的。
车间调度控制，在工程上为FMS及CIMS，理论上出现了DEDS（离散事件
动态系统）理论。尽管目前尚处于初创阶段，但要求完成的任务已远
比镇定复杂多了。化工过程、车间、煤矿采掘面等各种工业过程要求
实现的最简单的任务有：监控、预警等，远远超出镇定的范围，拟人
机器人、智能机器人及车，要求实现的任务更是多种多样的，如跟踪、代替人作各种操
作以及简单的装配任务等。
 类似的例子在几乎每一工程技术领域中都是打量的。这一趋势是明显
的，也是必然的。自动控制就是由系统来代替人控制。随着科学技术
的发展，人们的控制活动越来越多，因而控制任务也会越来越复杂和
困难。
3）     专业学科化的发展
 因受控对象的性质千差万别，属于不同的学科，各学科又有自己的
独特之处，所以在各门学科中相对独立地发展控制理论及方法，是很
自然的。事实上在学校中，很多系（从电气、电子、计算机到机械、
化工、土木），社会上很多研究所，从理、工到农、医、材料、交通
等，自动控制都是其重要组成部分，而且都具有自己的特点，研究的
内容及解决的方法更是差异，下面是几个例子：
太空飞行器上的空间机器人，具有自己的特点：多体系统、受非完整
约束、自主控制、遥控、装配等等。拟人机器人，要求具有计算机视
觉、触觉、声觉、自主控制、应付复杂环境（避碰、避雨及雷电）等
等。机器人班组控制，要求跟踪、操作、适应复杂环境、自主控制之
外，还要求能避免内力对抗、运动及力量的协调等。自主控制，要求
具有失误预报、失误诊断、自修理或自重构形等能力。智能材料具有
及时预报缺陷及损伤，自加强等功能。血管内的"聪明药"具有发展到
可能发生阻塞部位，进行修整的能力。又如对材料进行外部施力控制
作用，以达到改变结构力学性能的研究也在进行中。

  

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