中国地质大学（武汉）：《先进控制理论与控制工程》博士生课程教学资源（课件讲稿）第十讲 控制科学发展展望

先进控制理论与控制工程 中圆地质大学自动化学院吴敏 第十讲： 控制科学发展展望 177 2021年9月13日

177 2021年9月13日 控制科学发展展望 第十讲： 先进控制理论与控制工程 吴 敏

先进控制理论与控制工程 中圆记质大学自动化学院吴敏 控制理论与技术研究的若干问题 ▣ 先进控制理论（非线性、不确定、复杂系统、智能化） 网络控制系统（工业以太网、互联网、无线网络） 智能机器人系统（高自主、协作） ▣ 高端自动化系统（冶金、石化、高铁、电力、轻纺） ▣ 全流程优化控制（建模、控制与优化） 节能减排控制（资源节约、环境友好） ▣ 企业信息化系统(ERP、SCM、CRM) 中国制造2025，德国工业4.0，美国信息物理融合系统 互联网+，物联网，信息化与工业化深度融合 178 2021年9月13日

178 2021年9月13日 控制理论与技术研究的若干问题  先进控制理论(非线性、不确定、复杂系统、智能化)  网络控制系统(工业以太网、互联网、无线网络)  智能机器人系统(高自主、协作)  高端自动化系统(冶金、石化、高铁、电力、轻纺)  全流程优化控制(建模、控制与优化)  节能减排控制(资源节约、环境友好)  企业信息化系统(ERP、SCM、CRM)  中国制造2025，德国工业4.0，美国信息物理融合系统  互联网+，物联网，信息化与工业化深度融合 先进控制理论与控制工程 吴 敏

先进控制理论与控制工程 中圆记质大芳自动化学院吴敏 背景和需求一中国制造2025 >中国制造2025： 部署全面推进实施制造强国战略 (这是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领) “智能制造”被定位为中国制造的主攻方向 ■“三步走”战略： 一中国成立一百年 ③综合实力进入世界制造强国前列 2035年 ②整体达到世界制造强国阵营中等水平 2025年 ①迈入制造强国行列 2015年 应用高端自动化技术，提升制造业发展水平，面临机遇与挑战！ 179 2021年9月13日

179 2021年9月13日 背景和需求—中国制造2025  中国制造2025：部署全面推进实施制造强国战略 （这是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领）  “智能制造”被定位为中国制造的主攻方向  “三步走”战略： 应用高端自动化技术，提升制造业发展水平，面临机遇与挑战！ 2015年 2025年 2035年 新中国成立一百年 ① 迈入制造强国行列 ② 整体达到世界制造强国阵营中等水平 ③ 综合实力进入世界制造强国前列 先进控制理论与控制工程 吴 敏

先进控制理论与控制工程 中固地质大芳自动化学院吴敏 School of Aut 背景和需求一面向地质资源与地质工程领域 >地质资源与地质工程紧系国家发展和安全 ■矿产资源是维持人类生存、经济发展和社会进步最基本的物质 ■地质勘探、石油和矿产资源的开采与利用是保障国家资源、能源安全的重要前提，其综合能力 衡量国家科技水平和综合国力 ■我国矿产资源丰富，但总体探明率平均只有36%，待勘查矿产资源潜力巨大 ■许多技术、装备和仪器还主要依赖进口 利用高新技术，提升地质勘探和资源开发与利用水平，面临机遇与挑战！ 180 2021年9月13日

180 2021年9月13日 背景和需求—面向地质资源与地质工程领域 利用高新技术，提升地质勘探和资源开发与利用水平，面临机遇与挑战！  地质资源与地质工程紧系国家发展和安全  矿产资源是维持人类生存、经济发展和社会进步最基本的物质  地质勘探、石油和矿产资源的开采与利用是保障国家资源、能源安全的重要前提，其综合能力 衡量国家科技水平和综合国力  我国矿产资源丰富，但总体探明率平均只有36%，待勘查矿产资源潜力巨大  许多技术、装备和仪器还主要依赖进口 先进控制理论与控制工程 吴 敏

先进控制理论与控制工程 中固地质大学 自动化学院吴敏 基本理论与方法一研究方向 围绕复杂系统控制的基本理论、关键技术与工业应用，特别是制造业和地质资源领域 的核心科学问题，开展基础理论、前沿技术创新和工程应用研究 >先进控制理论与方法 口站在国际控制理论发展前沿，重点研究复杂系统控制中出现的一些难以解决的基本理论问题 (时滞、网络、不确定、非线性、欠驱动) >复杂系统控制与优化 口围绕制造业节能减排和产业技术升级的热点问题、地质资源与地质工程中的控制与优化技术需 求开展研究（建模、控制、优化、高端自动化系统) > 智能系统技术与装备智能化 口面向智能制造、机器人以及地质勘探和遥感探测重大装备对智能化技术的需求开展研究（智能 控制、机器人控制、自主无人操作) 181 2021年9月13日

181 2021年9月13日 基本理论与方法—研究方向  先进控制理论与方法  站在国际控制理论发展前沿，重点研究复杂系统控制中出现的一些难以解决的基本理论问题 （时滞、网络、不确定、非线性、欠驱动）  复杂系统控制与优化  围绕制造业节能减排和产业技术升级的热点问题、地质资源与地质工程中的控制与优化技术需 求开展研究（建模、控制、优化、高端自动化系统）  智能系统技术与装备智能化 围绕复杂系统控制的基本理论、关键技术与工业应用，特别是制造业和地质资源领域 的核心科学问题，开展基础理论、前沿技术创新和工程应用研究  面向智能制造、机器人以及地质勘探和遥感探测重大装备对智能化技术的需求开展研究（智能 控制、机器人控制、自主无人操作） 先进控制理论与控制工程 吴 敏

先进控制理论与控制工程 中圆记质大学自动化学院吴敏 基本理论与方法一先进控制理论与方法 ▣ 时滞系统控制 时带相关鲁棒镇定及鲁棒性能设计 时滞系统的实用稳定性 电力系统稳定性分析与广域控制器设计 基因调控网络稳定性 工业过程控制应用 网络系统控制 基于自由权矩阵的网络系统控制方法 网络控制系统的结构和特点 分布式控制、现场总线、工业以太网和无线网络控制 工业网络系统的优化控制、分散与协调控制 面向互联网、3G、GPS的网络遥操作 182 2021年9月13日

182 2021年9月13日  时滞系统控制  时滞相关鲁棒镇定及鲁棒性能设计  时滞系统的实用稳定性  电力系统稳定性分析与广域控制器设计  基因调控网络稳定性  工业过程控制应用  网络系统控制  基于自由权矩阵的网络系统控制方法  网络控制系统的结构和特点 分布式控制、现场总线、工业以太网和无线网络控制  工业网络系统的优化控制、分散与协调控制  面向互联网、3G、GPS的网络遥操作 基本理论与方法—先进控制理论与方法 先进控制理论与控制工程 吴 敏

先进控制理论与控制工程 中圆记质大学自动化学院吴敏 基本理论与方法一先进控制理论与方法 口重复控制 连续/离散二维混合模型 基于二维混合模型的重复控制 鲁棒重复控制方法 基于二维混合模型的离散重复控制 扰动抑制控制 等价输入干扰方法 扰动抑制控制的系统结构 等价输入干扰预估器设计 反馈控制器设计 不确定系统的等价输入干扰补偿方法 183 2021年9月13日

183 2021年9月13日  重复控制  连续/离散二维混合模型  基于二维混合模型的重复控制  鲁棒重复控制方法  基于二维混合模型的离散重复控制  扰动抑制控制  等价输入干扰方法  扰动抑制控制的系统结构  等价输入干扰预估器设计  反馈控制器设计  不确定系统的等价输入干扰补偿方法 基本理论与方法—先进控制理论与方法 先进控制理论与控制工程 吴 敏

先进控制理论与控制工程 中固地质大学 自动化学院吴敏 基本理论与方法一复杂系统控制与优化 ■复杂工业过程分布式专家控制技术：把全流程划分成多个相互关联的区域，分别由区域控制系统实施 区域控制目标；综合生产目标通过对各区域的智能协调控制与优化来实现 ■面向全流程优化的智能控制技术：以智能优化为核心，实现过程操作参数→过程状态参数→综合生产 目标的分层递阶控制控制 全局优化与协调层（综合生产目标） 实现质量、产量、节能减排等综 合生产目标的优化与协调 三级控制 先进控制层（过程状态参数） 实现过程状态参数的优化控制 基础自动化层（过程操作参数） 实现过程操作参数的稳定控制 复杂工业生产过程 184 2021年9月13日

184 2021年9月13日 基本理论与方法—复杂系统控制与优化 复杂工业生产过程 基础自动化层（过程操作参数） 先进控制层（过程状态参数） 全局优化与协调层(综合生产目标) 实现过程操作参数的稳定控制 实现过程状态参数的优化控制 实现质量、产量、节能减排等综 合生产目标的优化与协调 三 级 控 制   复杂工业过程分布式专家控制技术：把全流程划分成多个相互关联的区域，分别由区域控制系统实施 区域控制目标；综合生产目标通过对各区域的智能协调控制与优化来实现  面向全流程优化的智能控制技术：以智能优化为核心，实现过程操作参数→过程状态参数→综合生产 目标的分层递阶控制控制 先进控制理论与控制工程 吴 敏

先进控制理论与控制工程 中圆记质大学自动化学院吴敏 基本理论与方法一复杂系统控制与优化 智能控制与集成控制 1 设计方法（理论的形成） 智能控制系统：模糊控制、神经网络控制、专家控制 集成控制系统 ▣ 特性分析 稳定性分析 性能（动态与静态）分析 鲁棒性分析 口复杂系统的智能建模、控制与优化 机理建模+知识建模 智能集成优化控制 过程优化运行控制 185 2021年9月13日

185 2021年9月13日  智能控制与集成控制  设计方法 (理论的形成)  智能控制系统：模糊控制、神经网络控制、专家控制  集成控制系统  特性分析  稳定性分析  性能(动态与静态)分析  鲁棒性分析  复杂系统的智能建模、控制与优化  机理建模+知识建模  智能集成优化控制  过程优化运行控制 基本理论与方法—复杂系统控制与优化 先进控制理论与控制工程 吴 敏

先进控制理论与控制工程 中圆记质大学自动化学院吴敏 基本理论与方法一智能系统技术与装备智能化 口机器人系统技术 机器人作为人类20世纪最伟大的发明之一 机器人主要分为： 用于制造环境下的工业机器人（如焊接、装配、喷涂、搬运等机器人） 用于非制造环境下的特种机器人（如水下机器人、农业机器人、微操作机器人、 医疗机器人、军用机器人、娱乐机器人等) 服务机器人（情感识别、计算与模拟） 智能机器人系统技术 动态未知环境下的多智能体协作 基于网络的遥操作机器人 软体机器人（智能材料：介电材料、液晶弹性体、磁控材料，等等) 186 2021年9月13日

186 2021年9月13日  机器人系统技术  机器人作为人类20世纪最伟大的发明之一  机器人主要分为：  用于制造环境下的工业机器人(如焊接、装配、喷涂、搬运等机器人)  用于非制造环境下的特种机器人(如水下机器人、农业机器人、微操作机器人、 医疗机器人、军用机器人、娱乐机器人等)  服务机器人(情感识别、计算与模拟)  智能机器人系统技术  动态未知环境下的多智能体协作  基于网络的遥操作机器人  软体机器人（智能材料：介电材料、液晶弹性体、磁控材料，等等） 基本理论与方法—智能系统技术与装备智能化 先进控制理论与控制工程 吴 敏