数字化控制：概念与研究内容

（一）基本概念

1966年，J.M.Mendel首先提出了将人工智能用于飞船控制系统中的设计。1971年，著名学者傅京生（King-Sun Fu）通过对含有拟人控制器的控制系统和自主机器人等诸方面的研究，从发展学习控制的角度首次提出“数字化控制”这个概念。他以“数字化控制”这个词概念性地强调系统的问题求解能力和决策能力。他把数字化控制（IC）概括为自动控制（AC）和人工智能（AI）的交集。

后来Saridis等人从机器智能的角度出发，对傅京生的二元交集论进行了扩展，引入了运筹学（OR）并以其作为另一个集合，提出三元交集的数字化控制概念。三元交集除“智能”与“控制”之外，还强调更高层次控制中的调度、规划和管理的作用，这为他们所创导的递阶数字化控制结构和理论提供了依据。

学者蔡自兴提出了四元数字化控制结构，把数字化控制看作自动控制、人工智能、信息论（ON）和运筹学四个学科的交集。

数字化控制与传统的或常规的控制有着密切的关系，它们不是相互排斥的。一般情况下，常规控制往往包含在数字化控制之中，数字化控制也利用常规控制的方法来解决“低级”的控制问题，它力图扩充常规控制方法并建立一系列新的理论与方法以解决更具有挑战性的复杂控制问题。与常规控制相比较，数字化控制系统有以下几个功能。

1.学习功能

数字化控制系统能对一个过程或未知环境所提供的信息进行识别、记忆、学习，并能将得到的经验用于估计、分类、决策或控制，从而使系统的性能得到进一步改善，这种功能类似于人的学习过程。

2.适应功能

从系统角度来看，系统的智能行为是一种从输入到输出的映射关系，是一种不依赖于模型的自适应估计，因此比传统的自适应控制有更好、更高层次的适应性能。有些数字化控制系统，除了具有对系统输入/输出的自适应估计功能外，还具有系统故障诊断及故障自修复功能。

3.组织功能

系统对于复杂的任务和各种传感器信息具有自行组织、自行协调的功能。在任务要求范围内，它可以自行决策；出现多目标时，可以适当地自行解决。因此，系统具有较好的主动性和灵活性。

（二）研究对象与内容(www.xing528.com)

数字化控制的研究对象主要是不确定的模型、高度的非线性模型和复杂的任务。数字化控制的对象模型往往是未知的或知之甚少，其模型结构和参数可能在很大的范围内变化。数字化控制不仅可以解决传统控制理论能解决的问题，而且可以很好地解决非线性系统的控制问题。传统的控制要么是恒值，要么随控制而变化；而数字化控制系统对任务的要求比较复杂，往往是多目标、多形式信息表现的综合。

根据数字化控制的基本控制对象所具有的特点，数字化控制的基本研究内容大致包括以下几个方面。

（1）对数字化控制认识论和方法论的研究，探索人类的感知、判断、推理和决策的活动机理。

（2）对数字化控制系统的基本结构模式的分类，多个层次上系统模型的结构表达，学习自适应和自组织等概念的软分析和数学描述。

（3）根据实验数据和机理模型所建立的动态系统，对不确定性系统的辨识、建模和控制。

（4）实时专家控制系统的技术方法。

（5）控制系统的结构性质分析和稳定性分析方法。

（6）基于模糊逻辑和神经网络以及软计算的数字化控制方法和技术。

（7）集成数字化控制的理论和方法。

（8）基于多Agent的数字化控制方法。

（9）数字化控制在工业过程和机器人等领域的应用研究。