項目名稱：    智能控制理論與方法的研究

推薦單位：    中國科學(xué)院

項目簡介：    智能控制是信息科學(xué)自動化領(lǐng)域，對增強國家綜合競爭力具有重大意義。項目完成人王飛躍師從智能控制的創(chuàng)始人Saridis教授，自1986年來致力于智能控制理論與方法的研究，系統(tǒng)地建立了一套關(guān)于智能控制的理論與算法體系，并在工程項目中得到驗證和應(yīng)用。創(chuàng)新成果如下：

1）智能控制的基本理論：在智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與過程的研究中，將智能控制系統(tǒng)作為一個具有組織、協(xié)調(diào)和執(zhí)行三層次的智能機來研究，提出了包含調(diào)度器和協(xié)調(diào)器的協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)解析模型和Petri網(wǎng)轉(zhuǎn)換器，建立了與協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)和PNT對應(yīng)的博弈決策過程；

2）智能控制算法：在智能控制系統(tǒng)的人機交互研究中，提出基于詞計算的語言動力學(xué)理論與方法體系，建立了一套關(guān)于系統(tǒng)的建模、分析和控制的詞計算方法，通過詞數(shù)和數(shù)詞轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)人機的智能交互框架；

3）智能控制的網(wǎng)絡(luò)化實現(xiàn)：利用網(wǎng)絡(luò)的連通性，提出基于代理的控制和集散控制系統(tǒng), 及"當(dāng)?shù)睾唵�，遠程復(fù)雜" 的低成本、高性能的網(wǎng)絡(luò)化控制方法。

項目研究成果得到廣泛應(yīng)用，包括大型裝載挖掘車自動化、銅淬取的網(wǎng)絡(luò)化智控和管理、智能汽車和數(shù)字高速公路系、基于因特網(wǎng)的遠程教學(xué)實驗室、嵌入式汽車電子平臺、城市交通智控系統(tǒng)、智能家居系統(tǒng)等國內(nèi)外科研項目，解決了一系列技術(shù)難題，社會和經(jīng)濟效益顯著。王飛躍共發(fā)表相關(guān)SCI文章78篇，SCI引用408次（前十篇引用次數(shù)最高的文章總引141次、他引114次），因在此領(lǐng)域的杰出貢獻當(dāng)選IEEE Fellow和INCOSE Fellow，被國際同行公認為是智控的開拓者和重要研究者之一。部分評價如下：

1）"He is a recognized leader in intelligent control"（1999升職時匿名評審，見附錄），

2）"For Contributions to Intelligent Control Systems and Applications to Complex Systems" (IEEE Fellow Citation, 2003).

3）"For Innovations to the Theory and Application of Intelligent and Complex Systems" (INCOSE Fellow Citation, 2005).

主要發(fā)現(xiàn)點：  智能控制是人工智能、自動控制和運籌學(xué)三個主要學(xué)科相結(jié)合的產(chǎn)物，是自動控制科學(xué)發(fā)展中的又一次飛躍。完成人王飛躍是智能控制的早期開拓者之一，其在該領(lǐng)域的主要發(fā)現(xiàn)點如下：

1）智能控制基本理論：在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與過程的研究方面，在本領(lǐng)域首次提出智能機的協(xié)調(diào)理論與智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和過程的解析模型，主要發(fā)現(xiàn)點包括（支持論文：見附件五論文1-43）：

a）Petri網(wǎng)轉(zhuǎn)換器（PNT, Petri Nets Transducers）及其與Petri語言的相應(yīng)關(guān)系的證明；

b）Petri網(wǎng)的修正可達樹（MRT, Modified Reachability Trees）及其性質(zhì)和在活性、死鎖、可達性和可逆性分析中的應(yīng)用；

c）解析協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)（Coordination Structure）及其衍生Petri網(wǎng)的概念和在智控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和過程性質(zhì)分析中的應(yīng)用；

d）建立與協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)和PNT對應(yīng)的博弈決策過程, 提出納什、合作和斯德伯格決策在協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用規(guī)則，證明了學(xué)習(xí)算法的收斂性。

2）智能控制算法：創(chuàng)立了語言動力學(xué)（LDS, Linguistic Dynamic Systems）的概念、框架和基本方法，主要創(chuàng)新點包括（支持論文：見附件五論文44-86）：

a）建立了LDS的基本方程和動態(tài)分析理論框架；

b）引入胞空間結(jié)構(gòu)和胞變換及相應(yīng)的LDS計算方法體系；

c）給出了數(shù)值動力學(xué)系統(tǒng)抽象化詞分析的方法和分析步驟；

d）提出了利用非線性分析方法和馬爾可夫過程分析單值和多值LDS的途徑。

3）智能控制的網(wǎng)絡(luò)化實現(xiàn)：在本領(lǐng)域首先提出了針對聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基于代理的控制（Agent-Based Control）理論和方法體系，主要創(chuàng)新點包括（支持論文：見附件五論文87-187）：

a）提出了從控制算法到控制代理的"按需求進行控制"的思想，以及對應(yīng)的控制機制和基于代理的集散控制系統(tǒng)（aDCS, agent-based Distributed Control Systems）；

b）提出了"當(dāng)?shù)睾唵�，遠程復(fù)雜（LSRC：Local Simple，Remote Complex）" 的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)智能控制設(shè)計原則和實現(xiàn)方案；

c）提出了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Neuro-Fuzzy Networks）模型和相應(yīng)的學(xué)習(xí)算法，利用這一網(wǎng)絡(luò)具有模糊控制與神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)之間的一一對應(yīng)特性，給出了"當(dāng)?shù)睾唵�，遠程復(fù)雜" 的一個具體的網(wǎng)絡(luò)化實現(xiàn)算法。

上述發(fā)現(xiàn)點均屬自動控制理論學(xué)科。

主要完成人：  1.   王飛躍

作為項目的唯一完成人，研究成果為完善智能控制理論并推動其應(yīng)用作出了開創(chuàng)性貢獻：

1. 在智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與過程的研究中，提出了包含調(diào)度器和協(xié)調(diào)器的協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)解析模型和Petri網(wǎng)轉(zhuǎn)換器，建立了與協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)和PNT對應(yīng)的博弈決策過程，從而完善智能機器的協(xié)調(diào)理論（95%工作量）；

2.首創(chuàng)語言動力學(xué)系統(tǒng)的概念，推廣了常規(guī)動力學(xué)的方法，建立了一套關(guān)于復(fù)雜系統(tǒng)的建模、分析和控制的計算方法，以及通過詞數(shù)和數(shù)詞轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)人機的智能交互的框架（100%工作量）；

3. 在智能控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化實現(xiàn)的基礎(chǔ)研究中創(chuàng)立代理控制與計算智能理論，提出基于代理的集散控制系統(tǒng)和"當(dāng)?shù)睾唵�，遠程復(fù)雜" 的低成本、高性能的網(wǎng)絡(luò)化智控算法（95%工作量）。

10篇代表性論文：  1.   A Coordination Theory for Intelligent Machines, The IFAC Journal Automatica,1990, Vol. 26, No. 5

2.   A Petri-Net Coordination Model for an Intelligent Mobile Robot, IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, 1991, Vol.21, No.4

3.   Task Translation and Integration Specification in Intelligent Machines, IEEE Transactions on Robotics and Automation, 1993, RA-9 (3), and 1994, RA-10 (1)

4.   Protocol Design and Performance Analysis for Manufacturing Message Specification: A Petri Net Approach", IEEE Transactions on Industrial Electronics, 1994, Vol.41, No.6

5.   Implementing Adaptive Fuzzy Logic Controllers with Neural Networks: A Design Paradigm, Journal of Intelligent and Fuzzy Systems, 1995, Vol.3, No.2

6.   On the Extremal Fundamental Frequencies of One-Link Flexible Manipulators, International Journal of Robotics Research, 1994, Vol.13, No.2

7.   A Cell Mapping Method for General Optimum Trajectory Planning of Multiple Robotic Arms, Journal of Robotic and Autonomous Systems, 1994, Vol.12, No.1

8.   Agent-based Control for Fuzzy Behavior Programming in Robotic Excavation, IEEE Transactions on Fuzzy Systems, 2004, Vol.12, No.4

9.   A Modified Reachability Tree Approach to Analysis of Unbounded Petri Nets, IEEE Transations on Systems, Man, and Cybernetics, Part B, 2004, Vol.34, No.1

10.  An Efficient Coordinate Frame Calibration Method for 3D Measurement by Multiple Camera Systems，IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part C, 2005, Vol.35, No.5