中国学科发展战略·控制科学

图书标准信息

• 作者 中国科学院 著
• 出版社 科学出版社
• 出版时间 2015-06
• 版次 1
• ISBN 9787030410696
• 定价 198.00元
• 装帧 平装
• 开本 32开
• 纸张 胶版纸
• 页数 668页
• 字数 780千字
• 正文语种 简体中文
• 丛书 中国学科发展战略

【内容简介】

　　"中国学科发展战略"丛书以中国科学院学部开展的"中国科学院学部学科发展战略研究项目"的研究成果为基础，由以院士为主体、众多专家参与的学科发展战略研究组经过深入调查和广泛研讨共同完成，旨在系统分析有关学科的发展态势和规律，提炼关键学科理论和技术问题，提出学科创新发展的新思想和新方法，并为学科的均衡发展提供政策和措施建议。《中国学科发展战略·控制科学》系统梳理了学科的发展历程，总结了学科发展规律和内在逻辑，前瞻了学科中长期发展趋势，同时面向我国现代化建设的长远战略需求，提炼出学科前沿的重大科学问题和符合中国发展需求的新问题和重大战略方向。

【目录】

总序i

序言vii

前言ix

摘要xi

第一篇控制科学发展战略总体报告

第一章绪论3

第二章控制科学的定位与学科分支8

第一节控制与控制科学的定位8

第二节控制科学的新特点和新方向10

一、信息技术的进步深刻地带动控制科学的变化10

二、普适性、多样性与高新科技的推动要求综合性的研究12

三、向其他领域拓展14

第一节控制科学的学科分支15

第三章历史回顾与启示18

第一节历史回顾18

一、早期的控制思想19

二、经典控制理论20

三、现代控制理论22

四、控制器的演变与计算机的作用23

五、控制科学在中国26

第二节启示29第四章现状分析与探讨34

第一节基本的和共性的领域-控制理论34

一、线性系统35

二、非线性控制系统36

三、分布参数系统控制38

四、鲁棒控制40

五、系统辨识、自适应控制与随机系统42

六、智能控制45

七、离散事件动态系统46

八、对控制理论发展的看法49

第二节应用领域之一——航空航天与运动体50

第三节应用领域之二——过程控制53

第四节网络与多智能（自主）体系统控制55

一、复杂网络与控制55

二、控制科学的作用57

三、多智能（自主）体系统59

第五节向其他学科渗透61

一、脑控系统61

二、生物系统62

三、量子控制63

四、经济控制论与金融控制工程64

五、软件控制64

六、其他交叉65

七、软件实现65

八、教育65

九、几个新问题66

第五章需求分析、思考与建议67

第一节需求分析67

一、人类认识自然和改造自然的需求67

二、社会经济发展建设需求68

三、国家安全需求69第二节学科发展的思考70

一、信息丰富的时代特征70

二、控制要求的实际性与基于数学的控制理论的结合73

三、对控制已有做法的再认识76

第三节未来发展的几个重大需求方向80

一、感知、通信、计算、控制一体化80

二、管理、决策、控制一体化80

三、控制在认知科学、神经科学发展中的作用81

四、空天一体化——飞行器控制81

五、微观科学发展的需求82

六、大数据时代的控制83

七、网络安全83

八、电网控制84

第四节建议84

一、切实做好控制理论中关键问题的研究85

二、组织力量解决重大装备控制器设计问题85

三、加强通用平台、验证平台建设与实验设备研制85

四、加强控制算法与软件的研究86

五、重视多学科交叉研究86

六、抓住信息丰富的时代特征发展控制科学87

七、控制科学与数学的结合88

八、控制教育必须跟上时代的脚步89

说明与致谢91

参考文献93

第二篇控制理沦

第六章绪言97

第一节控制理论诞生和发展的源泉97

第二节推动控制理论发展的关键98

第三节科学技术的进步对控制理论的发展有重大影响98

第四节控制理论自身发展局限与时代发展需求并存99

第七章线性系统控制理论：回顾与展望100

第一节经典线性系统控制理论100

一、理论形成标志：频率法的建立100

二、频率方法在线性离散系统中的推广101

三、频率方法对其他控制领域的影响101

四、研究对象和方法102

五、局限性103

六、重要专著103

第二节现代线性系统控制理论103

一、理论形成标志：状态空间法的建立103

二、20世纪60年代状态空间法的主要成果103

三、20世纪60～70年代形成的新的研究体系与进展105

四、线性系统控制理论的几个主要课题的研究进展110

第三节展望117

一、反馈能力极限118

二、控制器降阶120

三、控制教育问题120

第八章非线性系统控制理论122

第一节非线性控制理论的起源122

第二节非线性控制的几个分支：同顾与展望124

一、变结构控制121

二、几何非线性控制127

三、（微分）代数非线性控制128

四、构造非线性控制128

五、基于内模原理的谩计130

六、其他研究分支132

第三节现代非线性控制：机遇与挑战132

第九章分布参数系统控制133

第一节历史与现状134

第二节可能的挑战138

一、不稳定系统的镇定和鲁棒控制139

二、有穷逼近问题141

三、传感器和控制器最优分布问题142

四、分布控制、分布量测问题143

五、随机分布参数控制问题144

六、非线性问题144

七、应用问题的驱动145

第十章离散事件动态系统146

第一节历史与现状146

第二节可能的挑战156

一、逻辑和时序的性质的分析与综合156

二、活性调度和控制157

三、大规模复杂DEDS的优化控制158

四、基于事件的优化与分布式控制策略的优化设计159

五、DEDS的仿真优化160

第十一章随机系统控制理论，161

第一节受控马尔可夫模型161

第二节随机微分博弈163

第三节随机混合动力系统164

第四节无穷区间的费用准则165

第五节估计、滤波与控制165

一、估计和随机逼近165

二、滤波166

三、控制167

第六节基于倒向随机微分方程的随机系统168

第七节网络环境下的随机控制理论169

第八节随机自适应控制169

第九节对未来的几点展望170

第十二章鲁棒控制：回顾与展望172

第一节H范数173

第二节不确定系统描述173

第三节鲁棒稳定性174

第四节鲁棒性能178

第五节H，x控制178

第六节鲁棒控制设计181

第七节H。控制与鲁棒控制的时域方法182

第八节其他扩展182

第九节面临的挑战与机遇183

第十三章系统辨识：新的模式、挑战及机遇186

第一节背景及现状186

第二节包容更广泛的不确定性189

一、系统结构的非随机不确定性189

二、缺乏数据和信息而产生的不确定性190

三、缺乏计算能力导致的不确定性190

四、结构切换导致的不确定性190

第i节基于网络和通信的辨识191

一、局部信息191

二、通信限制192

三、通信不确定性192

四、网络拓扑变化下系统辨识的可靠性192

五、网络结构的辨识192

第四节随机及非线性系统的辨识193

第五节大数据时代的系统辨识194

第六节考虑资源的有效利用，突出复杂性的研究195

一、近似理论196

二、统计196

二、信息理论196

四、计算复杂性197

第七节以目标驱动的、综合化的系统辨识197

第八节客户服务：友好且高效的工具198

第九节结论与建议198

第十四章自适应控制：过去、现在与未来200

第一节基本概念与组成200第二节发展回顾与案例分析202

一、发展回顾202

二、案例分析205

三、自校正调节器208

第三节发展现状与生长点211

一、总体现状211

二、生长点213

第四节问题与展望213

一、应用问题214

二、若干未完全解决的理论问题215

三、关键科学问题217

四、与其他学科交叉218

第十五章新兴领域对控制理论的需求和挑战221

说明与致谢226

参考文献229

第三篇航空航天与运动体控制

第十六章地面武器装备的控制科学与技术，281

第一节地面武器装备控制技术的发展历程与我国研究成果281

一、机动目标的识别、建模与跟踪282

二、地面武器平台的伺服控制284

三、地面武器平台的火力控制284

四、地面武器平台的指挥控制285

第二节地面武器装备控制技术发展的趋势与关键科学问题287

一、机动目标的识别、建模与跟踪287

二、地面武器平台的伺服控制287

二、地面武器平台的火力控制288

四、地面武器平台的指挥控制289

第三节地面武器装备控制技术发展的优先领域与重点方向291

一、机动目标的识别、建模与跟踪291

二、地面武器平台的伺服控制291

三、地面武器平台的火力控制292

四、多平台的协同控制与优化问题293

五、基于复杂性研究的陆战平台火力指挥与控制系统综合优化设计问题294

第十七章汽车的控制科学与技术295

第一节汽车控制技术的发展历程与我国研究成果295

第二节汽车控制技术发展趋势与关键科学问题297

一、动力总成控制系统297

二、车辆主动安全控制系统301

三、新能源汽车控制304

四、工程／特种车辆控制306

第三节汽车控制发展的优先领域和重点方向308

第十八章机器人的控制科学与技术311

第一节国内外先进机器人控制技术发展历程与我国研究成果311

一、工业机器人312

二、地面移动机器人313

三、医疗与康复助力机器人317

四、水下机器人319

五、生物启发的机器人系统——仿生机器人321

六、微纳操作机器人322

第二节机器人先进控制技术的发展趋势与关键科学问题323

第三节机器人先进控制发展的优先领域和重点方问324

第十九章航空飞行器的控制科学与技术326

第一节航空飞行器控制技术发展历程与我国研究成果326

一、航空飞行器控制技术发展历程326

二、航空飞行器控制技术的创新能力和实力地位327

第二节航空飞行器控制的发展趋势与关键科学问题327

一、航空飞行器控制发展的规律327

二、航空飞行器控制发展的趋势328

三、航空飞行器控制发展的关键科学问题328

第三节航空飞行器控制发展的优先领域和重点方向335

第二十章空间飞行器的控制科学与技术，337

第一节空间飞行器控制技术的发展历程与我国研究成果338

一、空间飞行器控制技术发展历程338

二、空间飞行器控制技术发展现状342

第二节空间飞行器控制技术的发展趋势与关键科学问题349

一、空间飞行器的跨尺度鲁棒轨道控制349

二、带有活动部件的多体航天器姿态控制350

三、充液航天器姿态控制351

四、空间飞行器交会过程的姿轨联合控制352

五、空间非合作目标捕获的路径规划及控制352

六、空间飞行器编队飞行分布式协同控制353

第三节空间飞行器控制技术发展的优先领域和重点方向353

一、高精度姿态定向控制353

二、高可靠性的姿态控制353

三、高性能的推进技术354

四、空间在轨服务354

五、深空探测航天器编队飞行控制354

六、以深空探测空间轨道交会为背景的卫星轨道控制354

第二十～章舰船和水下运动体的控制科学与技术355

第一节舰船和水下运动体控制发展历程与我国研究成果355

一、舰船和水下运动体控制的发展历程355

二、舰船和水下运动体控制技术发展现状358

三、舰船和水下运动体控制带来的控制科学新特点、新问题360

第二节舰船和水下运动体控制的发展趋势与关键科学问题361

一、内部各分支的互动发展规律361

二、进一步研究的关键性问题与瓶颈问题361

三、中长期发展趋势及学科前沿的重大科学问题362

第j节舰船和水下运动体控制发展的优先领域和重点方向362

第二十二章空天飞行器的控制科学与技术，364

第一节空天飞行器控制技术的发展历程与我国研究成果364

第二节空天飞行器控制技术的发展趋势与关键科学问题366

一、可靠进入空间的控制前沿问题与挑战366

二、空天飞行器的控制前沿问题与挑战367

三、空天飞行器在控制方面的关键技术368

第三节空天飞行器控制技术发展的优先领域和重点方向370

一、上升段制导370

二、升力式再入制导371

三、跳跃式再入制导371

四、气动控制372

五、复合控制373

六、对我国航天飞行控制技术发展趋势的思考374

第二十三章航空航天和运动体控制中的共性科学问题376

第一节多项功能、多元信息一体化376

一、网络化环境下的控制、计算与通信一体化376

二、面向不确定性的控制、决策与管理一体化377

三、导航、制导与控制一体化377

四、事件驱动与时间驱动的混合动态系统377

第二节面向控制任务的建模378

一、高速运动体控制的建模问题378

二、菲线性随动系统的建模问题379

第三节运动体的自主控制379

一、运动体的环境与态势感知379

二、运动体的目标识别380

三、运动体的任务规划与智能决策380

第四节运动体高可靠、可重构与容错性381

一、余度容错结构381

二、故障检测与诊断方法381

三、控制重构382

四、可靠性建模与分析方法382

五、软件可靠性383第五节多运动体的协同优化383

一、异构无人平台的动态分组理论及其体系结构设计与优化384

二、拓扑连通性保持条件下的异构无人平台协同与一致性控制384

三、异构多无人平