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控制科学与技术的发展及其思考

1控制科学与技术的发展状况

控制科学与技术在20世纪的人类科技进步中起到了举足轻重的

作用，为了解决当今社会的许多挑战性问题产生了积极的影响，提供

了科学的思想方法论；为许多产业领域实现自动化奠定了理论基础，

提供了先进的生产技术和先进的控制仪器及装备。特别是数字计算机

的广泛使用，为控制科学与技术开辟了更广泛的应用领域。

回顾近百年来的工程技术的发展，可以看到，20世纪的控制科

学与技术是在实践的重大需求驱动下快速发展的，他经历了若干重要

的发展时期，如20世纪初的Lyapunov稳定理论和PID控制律概

念；20年代的反馈放大器；30年代的Nyquist与Bode图；40年

代维纳的控制论；50年代贝尔曼动态规划理论和庞特里亚金极大值

原理；60年代卡尔曼滤波器、系统状态空间法、系统能控性和能观

性；70年代的自校正控制和自适应控制；80年代针对系统不确定状

况的鲁棒控制；90年代基于智能信息处理的智能控制理论。中国控

制学科界的许多学者为控制理论和技术的发展也做出重要的贡献。随

着计算机科学、网络和智能信息处理技术的进步，以及社会生产力发

展的强烈需求，在如何解决日益增加的复杂系统、网络系统、多传感

器信息融合、生物、基因、量子计算、社会经济与生态等重大问题上，

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控制科学和自动化领域的研究者们在21世纪初面临着更重大的、更

为迫切的挑战。

近30年来，控制科学在非线性系统控制、分布参数系统控制、

系统辨识、随机与自适应控制、鲁棒控制、离散事件系统和混合系统、

智能控制等研究方向上取得了许多重要进展。在21世纪初的十几年，

这些方向仍将是控制科学发展的主要研究方向，它们之间的交叉与结

合，将形成许多应用性更强的重要研究方向。

非线性控制是控制理论中一个重要的研究分支，目前在该方向的

一些研究成果已应用于机器人、直升飞机与电力系统控制等实际控制

工程中。可以预见，非线性控制理论的进一步发展，将对多机器人系

统协调操作与大型网络稳定安全为背景的非线性系统的控制工程等

产生重大影响。混沌系统作为非线性系统的重要组成部分，在混沌生

成、混沌抑制、混沌同步化、混沌通讯应用以及混沌信息编码等方面

已经取得一些突破性的进展。这些研究成果将对复杂系统的深入研究

提供了有意义的借鉴。

自20世纪70年代开始，国内外学者开始重视分布参数系统的

研究。分布参数系统是无穷维系统，一般由偏微分方程、积分方程、

泛函微分方程或抽象空间中的微分方程所描述。我国学者在细长体弹

性振动系统的建模和振动控制、振动系统的谱分析、能控性和反馈镇

定、一般无穷维系统的极大值原理、人口系统控制、人口预测和控制

等方面都做出了重要贡献。

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由于实际系统的复杂性，人们往往很难（或不可能）从基本的物

理定律出发直接推导出系统的数学模型，这就需要利用可以测量的系

统输入和输出数据，来构造系统内结构及参数的估计，并研究估计的

可靠性和精度等问题，这就是系统辨识的任务。20世纪90年代，

线性系统辨识理论