控制策略概念设计方案生成技术

第1章绪论

1．1控制策略概念设计问题概述

1．2现有的控制策略设计方案生成技术

1．3引入设计理论的控制策略概念设计技术

1．4基于功能一构型一算艺法的控制策略概念设计

1．5基于创新技法的控制策略概念设计

1．6本书结构安排

第2章基于功能一构型法的控制策略概念设计方案生成技术

 2．1引言

 2．2基于IEC 61499功能块的控制策略构型模型

 2．3基于功能一构型法的控制策略概念设计方案生成方法

 2．4功能一构型法形态综合的求解算法

 2．5功能一构型法设计算例(例2·2)

 2．6本章小结

第3章基于功能一算艺法的控制策略概念设计方案生成技术

 3．1引言

 3．2信息／求解扩展Petri网系统

 3．3信息／求解工作流网系统及其子网生成

 3．4基于功能一算艺法的控制策略概念设计方案生成方法

 3．5功能一算艺法设计算例(例3-3)

 3．6本章小结

第4章基于功能一构型一算艺法的控制策略概念设计方案生成技术

 4．1引言一

 4．2构型一算艺映射模型及信息／求解工作流网的合成一

 4．3基于功能一构型一算艺法的控制策略概念设计方案生成方法

 4．4功能一构型一算艺法设计算例(例4．1)

 4．5本章小结

第5章基于创新技法的控制策略概念设计方案生成技术

 5．1引言

 5．2基于创新技法的控制策略概念设计方案生成方法

 5．3基于TRIz的控制策略概念设计方案生成方法

 5．4本章小结

附录

 附录A术语一览表

 附录B符号系统说明

 附录C方案生成算法与设计步骤一览表

 附录D方案生成匹配条件一览表

 附录E部分缩略语一览表

 附录F知识与模型关系简图

参考文献

多年前，作者在接触大量控制理论文献之后发现，许多控制算法的创新采用了组合、移植、局部替换等技法，因此开始思考控制策略的创新是否有规律可循、控制策略的设计是否有系统化方法可依。若有，控制策略的设计与浅层次创新便可由计算机完成，研究人员便可集中精力于深层次理论研究，设计人员也可获得更多更好的控制算法备选方案。带着这样的疑问和期望，作者开始了数年的学习、研究与探索。
作者认为，控制策略的获得是一个设计过程，应当遵循设计理论的一般规律。可奇怪的是，控制领域通常把这个过程叫作“综合(synthesis)”，而不是“设计(design)”。正是因为“综合”这个惯常说法的存在，控制策略的设计才很少与设计理论联系在一起，也很少得到设计理论的支撑。发现这一状况之后，作者大胆设想：如果把设计理论引入控制策略的设计过程中，则有可能带来控制策略设计模式的变革，从而推动控制工程技术显著进步。这一设想为作者开启了一扇通往控制策略概念设计理论与方法的大门，门的背后是人类几乎未曾涉足的广袤天地。作者在此开山辟路、披荆斩棘，付出了多年的艰辛与探索，也收获了提出问题并解决问题的满足与喜悦。
本书是作者研究工作的总结，全书分为5章：第1章提出了控制策略概念设计及其方案生成问题；第2章提出了基于功能构型法的控制策略概念设计方案生成方法；第3章提出了基于功能算艺法的控制策略概念设计方案生成方法；第4章提出了基于功能构型算艺法的控制策略概念设计方案生成方法；第5章提出了几种基于创新技法的控制策略概念设计方案生成方法。
由于控制策略概念设计问题是本书提出的新问题，所以书中定义了大量的新概念和新术语。为了便于读者阅读理解，附录中给出了术语、符号、缩略语等内容的说明一览表。本书内容涉及控制理论、概念设计理论、功能论设计方法、知识工程、智能优化、Petri网、工艺创成、TRIZ等方面的理论和方法，因篇幅所限，书中没有对相关基础知识予以介绍，建议读者自行查阅相关文献。
本书是基于多年研究撰写而成的原创性成果。在此成书之际，感谢上海交通大学许晓鸣教授、西北工业大学卢京潮教授和刘卫国教授对本书相关研究的肯定与鼓励。本书得以出版，还要感谢上海宇航系统工程研究所顾冬晴研究员、上海理工大学杨会杰教授和上海市教育委员会“青年东方学者”顾长贵教授的帮助与支持。中国科学技术大学出版社在出版过程中给予了大力支持，在此表示感谢。
本书的出版得到了2018年度上海航天科技创新基金项目（编号：SAST2018022）和上海市教育委员会“青年东方学者”人才计划（编号：QD2015016）的上海理工大学校内配套经费的资助。
本书内容属于开拓性研究，由于作者水平所限，错误与不当之处在所难免，故恳请广大专家学者指正，并推动控制策略概念设计技术不断向前发展。

刘歌群

2020年6月于上海

控制策略的设计是控制系统设计的核心理论。本书参照机械领域的概念设计理论，结合功能建模、知识表示、设计推理、形态综合与工作流网等人工智能和系统工程理论，将控制策略的设计划分为概念设计与详细设计两个阶段，介绍了控制策略概念设计的方案生成技术，建立了适用于控制策略的系统化的概念设计方案生成方法。

本书是控制策略概念设计技术的开拓性著作，可供自动控制、设计理论、人工智能、知识工程、系统工程与创新理论等领域的专科生、本科生、研究生、工程技术人员和科研工作者参考阅读。

刘歌群，工学博士、博士后、副研究员、硕士生导师。2004及2009年于西北工业大学控制科学与工程专业分别获得硕士与博士学位，2009年至2011年于上海理工大学系统分析与集成博士后流动站从事博士后研究。研究兴趣涉及控制理论、设计理论、复杂网络同步、演化博弈、人工智能、计算机控制、传感与检测、复杂网络实验方法、TRIZ和太阳能光热发电技术。曾主持上海航天科技创新基金与上海市高等教育学会研究课题重点项目，独立获得上海市高等教育学会研究成果三等奖和上海理工大学教学成果二等奖。

前言