控制科学与技术的发展及其思考

1、PAGE PAGE 19控制科学学与技术术的发展展及其思思考1 控制制科学与与技术的的发展状状况控制科学学与技术术在200世纪的的人类科科技进步步中起到到了举足足轻重的的作用，为了解解决当今今社会的的许多挑挑战性问问题产生生了积极极的影响响，提供供了科学学的思想想方法论论；为许许多产业业领域实实现自动动化奠定定了理论论基础，提供了了先进的的生产技技术和先先进的控控制仪器器及装备备。特别别是数字字计算机机的广泛泛使用，为控制制科学与与技术开开辟了更更广泛的的应用领领域。回顾近百百年来的的工程技技术的发发展，可可以看到到，200世纪的的控制科科学与技技术是在在实践的的重大需需求驱动动下快速速发展的

2、的，他经经历了若若干重要要的发展展时期，如200世纪初初的Lyyapuunovv稳定理理论和PPID控控制律概概念；220年代代的反馈馈放大器器；300年代的的Nyqquisst与BBodee图；440年代代维纳的的控制论论；500年代贝贝尔曼动动态规划划理论和和庞特里里亚金极极大值原原理；660年代代卡尔曼曼滤波器器、系统统状态空空间法、系统能能控性和和能观性性；700年代的的自校正正控制和和自适应应控制；80年年代针对对系统不不确定状状况的鲁鲁棒控制制；900年代基基于智能能信息处处理的智智能控制制理论。中国控控制学科科界的许许多学者者为控制制理论和和技术的的发展也也做出重重要的贡贡献。随

3、随着计算算机科学学、网络络和智能能信息处处理技术术的进步步，以及及社会生生产力发发展的强强烈需求求，在如如何解决决日益增增加的复复杂系统统、网络络系统、多传感感器信息息融合、生物、基因、量子计计算、社社会经济济与生态态等重大大问题上上，控制制科学和和自动化化领域的的研究者者们在221世纪纪初面临临着更重重大的、更为迫迫切的挑挑战。近30年年来，控控制科学学在非线线性系统统控制、分布参参数系统统控制、系统辨辨识、随随机与自自适应控控制、鲁鲁棒控制制、离散散事件系系统和混混合系统统、智能能控制等等研究方方向上取取得了许许多重要要进展。在211世纪初初的十几几年，这这些方向向仍将是是控制科科学发展展

4、的主要要研究方方向，它它们之间间的交叉叉与结合合，将形形成许多多应用性性更强的的重要研研究方向向。非线性控控制是控控制理论论中一个个重要的的研究分分支，目目前在该该方向的的一些研研究成果果已应用用于机器器人、直直升飞机机与电力力系统控控制等实实际控制制工程中中。可以以预见，非线性性控制理理论的进进一步发发展，将将对多机机器人系系统协调调操作与与大型网网络稳定定安全为为背景的的非线性性系统的的控制工工程等产产生重大大影响。混沌系系统作为为非线性性系统的的重要组组成部分分，在混混沌生成成、混沌沌抑制、混沌同同步化、混沌通通讯应用用以及混混沌信息息编码等等方面已已经取得得一些突突破性的的进展。这些研

5、研究成果果将对复复杂系统统的深入入研究提提供了有有意义的的借鉴。自20世世纪700年代开开始，国国内外学学者开始始重视分分布参数数系统的的研究。分布参参数系统统是无穷穷维系统统，一般般由偏微微分方程程、积分分方程、泛函微微分方程程或抽象象空间中中的微分分方程所所描述。我国学学者在细细长体弹弹性振动动系统的的建模和和振动控控制、振振动系统统的谱分分析、能能控性和和反馈镇镇定、一一般无穷穷维系统统的极大大值原理理、人口口系统控控制、人人口预测测和控制制等方面面都做出出了重要要贡献。由于实际际系统的的复杂性性，人们们往往很很难（或或不可能能）从基基本的物物理定律律出发直直接推导导出系统统的数学学模型

6、，这就需需要利用用可以测测量的系系统输入入和输出出数据，来构造造系统内内结构及及参数的的估计，并研究究估计的的可靠性性和精度度等问题题，这就就是系统统辨识的的任务。20世世纪900年代，线性系系统辨识识理论趋趋于成熟熟，而非非线性系系统的辨辨识仍处处于发展展阶段。近100年来，系统辨辨识领域域有3个个热点研研究方向向：基于于鲁棒控控制的数数学模型型要求的的鲁棒辨辨识，基基于特殊殊信号驱驱动下的的系统辨辨识和基基于智能能信息处处理的非非线性系系统辨识识。当实际系系统受到到的外界界干扰和和系统模模型误差差被看作作为随机机噪声时时，我们们把这类类系统称称为随机机系统。近年来来，在非非线性滤滤波、随随

7、机极大大值原理理、随机机最优控控制综合合等方面面已有新新的进展展。人们们为了寻寻求能够够实际应应用并且且性能良良好的控控制算法法，由“分离思思想”和和“必然然等价思思想”发发展了自自适应控控制的理理论和方方法。在在科学研研究和工工程实践践中，自自适应算算法已经经成为一一种非常常有效的的重要方方法。一般地，系统的的数学模模型与实实际系统统存在着着参数或或结构等等方面的的差异，而我们们设计的的控制律律大多都都是基于于系统的的数学模模型，为为了保证证实际系系统对外外界干扰扰、系统统的不确确定性等等有尽可可能小的的敏感性性，导致致了研究究系统鲁鲁棒控制制问题。近年来来，对非非线性系系统的鲁鲁棒适应应控

8、制16的研究究已成为为一个热热点方向向。人工工神经网网方法、滑动模模（sllidiing-modde）方方法及鲁鲁棒控制制方法的的结合可可以设计计出对一一大类连连续时间间非线性性系统稳稳定的自自适应控控制律17。200世纪880年代代出现的的H设设计方法法和变结结构控制制（滑摸摸控制）推动了了鲁棒控控制理论论的发展展。现在在，系统统H范范数已成成为系统统的重要要性能指指标。如如何有效效利用过过程信息息来降低低系统的的不确定定性，是是鲁棒控控制研究究的重要要内容。由于许许多控制制问题可可归结为为线性矩矩阵不等等式（LLMI）的研究究，200世纪990年代代中期出出现了关关于LMMI的控控制软件件

9、工具。近几年年，非线线性系统统、时滞滞饱和系系统、时时滞故障障系统的的鲁棒综综合控制制问题已已经成为为新的热热点研究究方向，而且已已经有不不少应用用实例，例如，核反应应堆的温温度跟踪踪鲁棒控控制、导导弹系统统的鲁棒棒自适应应最优跟跟踪设计计、机器器人操作作的鲁棒棒神经控控制。系统的状状态随离离散事件件发生而而瞬时改改变，不不能用通通常的动动态方程程来描述述，一般般称这类类系统为为离散事事件动态态系统（DEDDS）。对它的的研究始始于200世纪880年代代初。目目前已发发展了多多种处理理离散事事件系统统的方法法和模型型，例如如有限状状态马尔尔科夫链链、Peetrii网、排排队网络络、自动动机理论

10、论、扰动动分析法法、极大大代数法法等。其其理论已已经应用用于柔性性制造系系统、计计算机通通信系统统、交通通系统等等。离散散事件系系统的研研究虽然然取得较较大进展展，但还还没有一一套完整整的理论论体系来来评价离离散时间间系统模模型与实实际对象象的差异异。离散散事件动动态系统统自然延延伸就是是混合动动态系统统。包含离散散事件动动态系统统（DEEDS）和连续续变量动动态系统统（CVVDS）、两者者又相互互耦合作作用的系系统称为为混合动动态系统统（HDDS）。关于混混合系统统最早的的文献出出现在119666年。119799年瑞典典人Ceelliier首首先引入入混合系系统结构构的概念念，把系系统分为为

11、离散、连续和和接口33个部分分。19989年年Gollli针针对计算算机磁盘盘驱动器器模型引引入混合合系统的的概念，把连续续部分和和接口部部分结合合起来进进行研究究。虽然然混合系系统的研研究取得得了一些些成果，但仍处处于发展展阶段，其理论论和应用用研究仍仍是未来来几年的的研究热热点。最最近，混混合系统统的离散散监督控控制、离离散时间间混合系系统的最最优控制制有了一一些新的的突破，并且混混合控制制理论已已逐步应应用于电电力系统统的电压压安全控控制和机机器人协协调控制制等领域域。现代工程程技术、生态或或社会环环境等领领域的研研究对象象往往是是十分复复杂的系系统，对对这类系系统难以以用常规规的数学学

12、方法来来建立准准确的数数学模型型，需要要用学习习、推理理或统计计意义上上的模型型来描述述实际系系统，这这就导致致了智能能控制的的研究。智能控控制的主主要目标标是使控控制系统统具有学学习和适适应能力力。现在在，智能能控制理理论虽然然取得了了不少研研究成果果，但智智能控制制的理论论体系还还不够成成熟。最最近，基基于模糊糊推理的的系统建建模、神神经网络络模型参参考自适适应控制制、神经经网络内内模控制制、神经经网络非非线性预预测控制制、混沌沌神经网网络控制制等方面面已有不不少重要要研究成成果。智智能控制制理论有有着广泛泛的应用用，例如如，基于于神经动动态规划划的直升升机的镇镇定控制制和航天天轨道操操作

13、器的的基于知知识的分分层控制制等。模模糊推理理、神经经网络和和遗传算算法均具具有模拟拟人类思思维结构构的方式式的特点点，将三三者结合合是智能能控制研研究的主主要方向向之一。2 传统统与现代代控制理理论的局局限性传统控制制器都是是基于系系统的数数学模型型建立的的，因此此，控制制系统的的性能好好坏很大大程度上上取决于于模型的的精确性性，这正正是传统统控制的的本质。现代控控制理论论可以解解决多输输入、多多输出（MIMMO）控控制系统统地分析析和控制制设计问问题，但但其分析析与综合合方法也也都是在在取得控控制对象象数学模模型基础础上进行行的，而而数学模模型的精精确程度度对控制制系统性性能的影影响很大大

14、，往往往由于某某种原因因，对象象参数发发生变化化使数学学模型不不能准确确地反映映对象特特性，从从而无法法达到期期望的控控制指标标，为解解决这个个问题，自适应应控制、鲁棒控控制的研研究便成成为控制制理论的的研究热热点。220世纪纪80年年代由加加拿大学学者Zaamess等人创创始的HH控制制理论是是鲁棒控控制理论论的重要要发展。但这些些方法本本质上还还是没有有摆脱基基于数学学模型的的定量化化思想。传统控控制，包包括经典典反馈控控制、现现代控制制理论等等，在应应用中遇遇到不少少难题。机理建建模所不不可避免免的模型型误差将将导致估估计器工工作效果果时好时时坏，难难以设计计可靠、稳定的的控制系系统。2

15、.1 传统控控制理论论面临的的问题 1）控控制对象象的复杂杂性传统控制制理论的的思想是是建立在在精确数数学模型型基础上上的，然然而对实实际应用用中的非非线性、时变性性、不确确定性和和不完全全性的系系统，一一般无法法获得精精确的数数学模型型。对含含有对象象复杂性性和不确确定性的的控制过过程，很很难用传传统数学学建模方方法来解解决建模模问题。 2）控制方方法和手手段单一一性在研究一一个实际际的控制制对象时时，为了了得到理理论上性性能良好好的控制制器，经经常提出出一些比比较苛刻刻的假设设，然而而这些假假设在应应用中往往往与实实际情况况不相吻吻合。根据现有有的理论论和技术术描述复复杂的控控制过程程会出

16、现现片面性性、单一一性，建建立的模模型有可可能与实实际过程程相差甚甚远。传统的控控制对象象往往局局限于单单一的、有确定定的物理理规律的的系统。对于复复合型系系统，传传统的控控制方法法就显得得力不从从心。3）无法法满足控控制性能能的高要要求通常，控控制系统统需要具具有所期期望的控控制精度度、稳定定性及动动态性能能。为了了提高系系统性能能，传统统控制系系统可能能变得相相当复杂杂，从而而使得系系统的可可靠性与与其它系系统性能能成为不不可调和和的矛盾盾。控制系统统能够处处理数值值的、符符号的、定性的的、定量量的、确确定的和和模糊信信息等各各类信息息，即要要求控制制系统具具有多层层次的信信息处理理结构。

17、传统的的控制方方法是很很难做到到这一点点的。2.2 现代控控制理论论面临的的问题1）控制制对象与与控制对对象所处处的环境境的变化化随着计算算机网络络技术普普及与发发展，基基于网络络的远程程控制受受到人们们的关注注。在网网络环境境下存在在延时、数据的的丢失、数据时时序或序序的变化化及数据据的非等等间隔采采样，使使得网络络环境的的空地变变得十分分复杂和和困难。同时，网络自自身的安安全与控控制也是是一个十十分重要要和非常常棘手的的问题。不同性质质、不同同控制对对象组合合而成的的混杂系系统还缺缺乏理论论支持和和相应的的技术手手段。多任务、多机器器人的协协调控制制问题。2）理论论问题由于复杂杂系统的的建

18、模、稳定性性与系统统设计缺缺乏理论论支撑和和指导，有必要要综合应应用其他他学科，如数学学、信息息科学、系统科科学与认认知科学学的最新新进展来来建立一一个解决决复杂性性问题的的完整理理论。3）控制制要求具有多种种信息或或传感信信息的综综合能力力；具有有自学习习和自适适应能力力，能够够自主调调整控制制机构；高可靠靠性；控控制系统统本身应应该具有有良好的的控制特特性；在在出现故故障和意意外时，能及早早进行自自我故障障诊断及及排除。现代控控制系统统应该具具有良好好的容错错性和鲁鲁棒性。在一些情情况下需需要构造造一个合合理的人人机协作作的控制制系统。基于上述述问题，控制科科学界多多年来一一直在探探索着新

19、新的方法法，寻求求更加符符合实际际的“发发展轨迹迹”。近近十年来来，人工工智能学学科新的的进展给给人们带带来了希希望。由由于得益益于计算算机科学学技术和和智能信信息处理理的高速速发展，智能控控制逐渐渐形成一一门学科科，并在在实际应应用中显显示出强强大的生生命力。与此同同时，许许多控制制学科领领域的工工作者也也开始认认识到，在许多多系统中中，复杂杂性不只只是表现现在高维维性上，更多的的则是表表现在系系统信息息的模糊糊性、不不确定性性、偶然然性和不不完全性性上。能能否用人人工智能能的人工工神经网网络、模模糊逻辑辑推理、启发式式知识、专家系系统等理理论去解解决难以以建立精精确数学学模型的的控制问问题

20、一直直是我们们十多年年来追求求的目标标。3 智能能信息处处理技术术和控制制科学的的交融与与结合随着许多多复杂的的社会经经济与生生态问题题和全球球网络信信息安全全问题的的出现及及对许多多复杂系系统“涌涌现”机机理的研研究，许许多科学学家对传传统的控控制理论论与非线线性分析析、随机机系统、统计学学习、人人工智能能、认知知科学等等学科的的结合产产生了极极大兴趣趣，特别别是将人人工神经经网络、模糊逻逻辑、遗遗传计算算、专家家系统、混沌和和其它常常规信号号信息处处理相结结合，在在新的层层次上实实现控制制的自适适应和反反馈。20世纪纪70年年代，傅傅京孙教教授提出出把人工工智能的的直觉推推理方法法用于机机

21、器人控控制和学学习控制制系统，并将智智能控制制概括为为自动控控制和人人工智能能的结合合。傅京京孙、GGlorriosso和SSarddi等人人从控制制理论的的角度总总结了人人工智能能技术与与自适应应、自学学习和自自组织控控制的关关系，正正式提出出了建立立智能控控制理论论的构想想。19967年年，Leeonddes和和Menndell首次正正式使用用“智能能控制”一词。19885年88月在美美国纽约约IEEEE召开开的智能能控制专专题讨论论会，标标志着智智能控制制作为一一个新的的学科分分支正式式被控制制界公认认。智能能控制不不同于经经典控制制理论和和现代控控制理论论的处理理方法，它研究究的主要要

22、目标不不仅仅是是被控对对象，同同时也包包含控制制器本身身。控制制器不再再是单一一的数学学模型，而是数数学解析析和知识识系统相相结合的的广义模模型，是是多种知知识混合合的控制制系统。经验主义义和理性性主义的的模型与与解释在在很大程程度上影影响着人人类的认认知过程程。人的的经验是是在多次次的“反反馈”过过程中逐逐步积累累。因此此，对于于智能和和控制的的关系，应该合合理地发发挥经验验的作用用，从进进化的角角度把智智能活动动看成动动态发展展的过程程，即实实现控制制系统的的“反馈馈”应是是动态、分层、综合的的过程。智能信信息处理理技术为为“反馈馈”提供供了更“聪明”的实现现形式。长期以来来，人们们在信息

23、息处理中中的认知知模型和和基于感感知的智智能化信信息处理理研究领领域作了了不少工工作，取取得了很很大进展展，但其其水平距距人们所所期望的的还相差差甚远。这主要要是由于于所使用用的方法法与人脑脑的认知知信息处处理过程程有这种种大差别别，如频频谱分析析方法、句法分分析和传传统的人人工智能能方法等等不具有有开放性性、动态态性和灵灵活性等等智能信信息处理理方法所所应有的的特征，因而它它们只在在特殊的的应用领领域内取取得有限限的成功功。事实上，人类的的许多科科学成就就都来自自对自然然界中相相应事物物的观察察和深入入研究，例如人人类由鸟鸟类的飞飞行得到到启发从从而发明明了飞机机。同样样，对信信息的加加工处

24、理理和智能能控制系系统的设设计，自自然界也也给我们们提供了了一个非非常完美美的范例例人人脑。因因而智能能信息处处理系统统的研究究与发展展需要借借助于对对大脑认认知功能能深入全全面的研研究。人人对外部部世界的的认知过过程，本本质上是是一个多多传感信信息的融融合过程程。人脑脑通过对对多通道道信息的的相互监监督（sselff-suuperrvissionn）完成成学习，从而获获得对外外部事物物的知识识；通过过对多传传感信息息的融合合，实现现对目标标的识别别与解释释；并可可以根据据已有知知识对各各传感器器实行控控制。这这种前馈馈和反馈馈过程的的完美结结合，使使人脑具具有极高高的智能能水平，即使在在噪声

25、环环境下或或传感信信息不可可靠时，人脑也也能有效效地完成成其智能能活动。这为构构造智能能系统提提供了完完美的典典范。自自从人工工智能形形成一个个学科以以来，科科学家们们遵循着着一条明明确的指指导思想想，即即研究和和总结人人类思维维的普遍遍规律，并用计计算机模模拟它的的功能实实现。正正如飞机机并不是是简单模模拟鸟而而发明的的，因此此智能信信息处理理系统的的研究也也不应该该机械照照搬人脑脑认知模模式。3.1 智能控控制系统统的基本本功能特特点1） 容容错性。对复杂杂系统（如非线线性、快快时变、复杂多多变量和和环境扰扰动等）能进行行有效的的全局控控制，并并具有较较强的容容错能力力。2） 多多模态性性

26、。定性性决策和和定量控控制相结结合的多多模态组组合控制制。3） 全全局性。从系统统的功能能和整体体优化的的角度来来分析和和综合系系统。4） 混混合模型型和混合合计算。对象是是以知识识表示的的非数学学广义模模型和以以数学模模型表示示的混合合控制过过程，人人的智能能在控制制中起着着协调作作用，系系统在信信息处理理上既有有数学运运算，又又有逻辑辑和知识识推理。5） 学学习和联联想记忆忆能力。对一个个过程或或未知环环境所提提供的信信息，系系统具有有进行识识别记忆忆、学习习，并利利用积累累的经验验进一步步改善系系统的性性能和能能力。6） 动动态自适适应性。对外界界环境变变化及不不确定性性的出现现，系统统

27、具有修修正或重重构自身身结构和和参数的的能力。7） 组组织协调调能力。对于复复杂任务务和分散散的传感感信息，系统具具有自组组织和协协调能力力，体现现出系统统的主动动性和灵灵活性。3.2 智能控控制的主主要研究究分支1） 模模糊逻辑辑控制传统的控控制问题题一般是是基于系系统的数数学模型型来设计计控制器器，而大大多数工工业被控控对象是是具有时时变、非非线性等等特性的的复杂系系统，对对这样的的系统进进行控制制，不能能仅仅建建立在平平衡点附附近的局局部线性性模型，需要加加入一些些与工业业状况有有关的人人的控制制经验。这种经经验通常常是定性性的或定定量的，模糊推推理控制制正是这这种控制制经验的的表示方方

28、法，这这种方法法的优点点是不需需要被控控过程的的数学模模型，因因而可省省去传统统控制方方法的建建模过程程，但却却过多地地依赖控控制经验验。此外外，由于于没有被被控对象象的模型型，在投投入运行行之前就就很难进进行稳定定性、鲁鲁棒性等等系统分分析。近近年来，一些研研究者们们在模糊糊控制模模式中引引入模糊糊模型的的概念，出现了了模糊模模型。模模糊模型型易于表表达结构构性知识识，成为为模糊控控制系统统研究的的关键问问题。最最近，模模糊控制制理论成成功地应应用于飞飞行器的的优化跟跟踪设计计和产品品加工过过程。2） 模模糊预测测控制预测控制制是为适适应复杂杂工业过过程控制制而提出出的算法法，它突突破了传传

29、统控制制对模型型的束缚缚，具有有易于建建模、鲁鲁棒性好好的特点点，对于于解决大大滞后对对象控制制问题是是一条有有效的途途径。模模糊建模模是非线线性系统统建模的的一个重重要工具具，也是是复杂工工业过程程控制中中广泛使使用的方方法。把把预测控控制和模模糊推理理相结合合是很有有吸引力力的研究究方向之之一。3） 神神经网络络控制神经网络络控制是是研究和和利用人人脑的某某些结构构机理以以及人的的知识和和经验对对系统的的控制。一般地地，神经经网络控控制系统统的智能能性、鲁鲁棒性均均较好，它能处处理高维维、非线线性、强强耦合和和不定性性的复杂杂工业生生产过程程的控制制问题。显示了了神经网网络在解解决高度度非

30、线性性和严重重不确定定性系统统的控制制方面具具有很大大潜力。虽然神神经网络络在利用用系统定定量数据据方面有有较强的的学习能能力。但但它将系系统控制制问题看看成“黑黑箱”的的映射问问题，缺缺乏明确确的物理理意义，不易把把控制经经验的定定性知识识融入控控制过程程中。近近来，在在神经网网络自适适应控制制、人工工神经网网络阀函函数的数数字设计计、新的的混合神神经网络络模型等等方面都都有一些些重要进进展，如如应用于于机器人人操作过过程神经经控制、核反应应堆的载载重操作作过程的的神经控控制。近近年来，神经网网络、模模糊推理理、各种种特殊信信号的有有机结合合，还导导致了一一些新的的综合神神经网络络的出现现。

31、例如如，小波波神经网网络、模模糊神经经网络和和混沌神神经网络络的出现现，为智智能控制制领域开开辟了新新的研究究方向。4） 基基于知识识的分层层控制设设计对于复杂杂控制对对象，单单一地采采用传统统控制不不能获得得理想的的系统性性能，这这时需要要智能的的控制策策略。分分层控制制恰好体体现了这这一思想想，底层层采用传传统的控控制方法法，高层层采用智智能策略略协调底底层工作作，这就就是基于于知识的的分层控控制设计计。这种种控制设设计理论论已经应应用到机机器人、航天飞飞行器等等领域。3.3 模糊推推理和神神经网络络在控制制中应用用的区别别1） 模模糊控制制是基于于规则的的推理，神经网网络则需需要大量量的

32、数据据学习样样本。在在有足够够的系统统控制知知识情况况下，基基于模糊糊规则控控制较好好；如果果系统有有足够的的各态遍遍历的学学习样本本，应用用神经网网络通过过学习可可得到满满意的控控制器。2） 模模糊映射射在系统统中是集集合到集集合的规规则映射射，神经经网络则则是点到到点的映映射。模模糊逻辑辑容易表表达人们们的控制制经验等等定性知知识，而而神经网网络在利利用系统统定量数数据方面面有较强强的学习习能力。3） 神神经网络络控制将将系统控控制问题题看成“黑箱”的映射射问题，缺乏明明确的物物理意义义，因而而控制经经验的定定性知识识不易融融入控制制中。模模糊控制制一般把把对被控控对象看看作是“灰箱”。4

33、 控制制理论的的完善与与控制技技术的发发展自从美国国科学家家维纳于于20世世纪400年代创创立控制制论以来来，控制制科学已已经经历历了经典典控制理理论和现现代控制制理论两两个阶段段，并进进入智能能控制理理论这一一重要发发展阶段段，尽管管还不够够成熟。在处理理复杂系系统控制制问题时时，传统统控制方方法对于于复杂性性、不确确定性、突变性性所带来来的问题题总有些些力不从从心。为为了适应应不同技技术领域域和社会会发展对对控制科科学提出出的新要要求，我我们必须须发展新新的控制制模式。国内外外控制科科学界都都在探索索新的控控制理论论，以解解决各类类复杂系系统的控控制问题题。近年年来，越越来越多多的学者者已

34、意识识到在传传统控制制中加入入逻辑、推理和和启发式式知识的的重要性性，把传传统控制制理论与与模糊逻逻辑、神神经网络络、遗传传算法等等人工智智能技术术相结合合，充分分利用人人的控制制知识对对复杂系系统进行行智能化化控制，逐渐形形成了智智能控制制理论的的较完整整的体系系。控制科学学所面临临的挑战战问题。1） 高高度自主主的复杂杂工程系系统的设设计与控控制。我我们面临临的复杂杂系统是是一个由由多个子子系统构构成，每每个子系系统本身身都可能能是一个个复杂的的、具有有高度自自主性的的系统，需要有有效地协协调这些些子系统统的行为为。所设设计的工工程系统统不仅有有很高的的复杂度度，而且且同时还还要能在在人监

35、督督最少的的情况下下运行良良好，表表现出高高度自主主的行为为。2） 智智能控制制与基于于人类行行为的智智能化信信息处理理。智能能控制方方法是对对传统控控制方法法的扩展展和提高高，也是是设定和和完成控控制目标标时实现现高自主主度所必必需的，在不确确定条件件下的规规划、大大量数据据的处理理中，进进行有效效的复杂杂过程控控制。3） 复复杂工业业系统的的故障快快速处理理、系统统重构与与修复，复杂环环境中仿仿人机器器人的设设计和制制造，社社会系统统中的重重大事变变（战争争、自然然灾害、金融危危机）的的应急指指挥和组组织系统统都存在在着如何何适应外外部世界界不确定定性的动动态变化化问题。人类的的行为特特征

36、充分分反映了了对外界界环境的的反应能能力。研研究基于于人类行行为特征征的信息息处理原原理和方方法，即即研究系系统在不不确定性性动态环环境中的的反应能能力和对对外界事事务充分分感知的的能力。4） 学学习控制制系统。学习是是自动化化系统一一直追求求的目标标。它是是指系统统能够根根据环境境或目标标改变其其行为。学习控控制系统统应能够够在控制制过程发发生变化化时修改改控制规规律。5） 综综合智能能处理方方法。目目前，人人们在自自适应、监督与与迭代式式设计等等方面做做了大量量的研究究和开发发工作。由于将将人工智智能技术术引入到到控制领领域中，可用来来处理其其它一些些学习特特征，如如估计、聚类、重构、推理

37、、创造、删除等等功能，特别是是需要综综合人工工智能中中的多种种技术来来实现上上述系统统功能。6） 复复杂系统统的理论论体系的的形成。复杂系系统的主主要特征征归纳为为：系统统动力学学模型的的不确定定性、测测量信息息的粗糙糙性和不不完整性性、动态态行为或或扰动的的随机性性、离散散层次和和连续层层次的混混杂性、系统动动力学的的高度非非线性、状态变变量的高高维性和和分布性性、子系系统及层层次多样样性和个个子系统统间的强强耦合性性、部分分子系统统的无法法建模性性等。复复杂系统统控制在在规模上上、复杂杂性及灵灵活性上上将大大大突破传传统的自自动控制制在概念念和方法法上的局局限性。它要求求控制系系统对被被控对象象的动力力学模型型要有“学习”和“识识别”能能力，对对环境和和扰动的的变化要要有“适适应”和和“鲁棒棒”能力力。一般地，提高系系统的智智能度主主要有