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控制科学在中国 精选

已有 6023 次阅读 2015-8-19 08:35 |个人分类:科学书摘|系统分类:观点评述| 科学出版社, 中国科学院, 钱学森, 中国学科发展战略, 控制科学

控制科学传播到中国可以追溯到20世纪40年代,真正有规模地进入中国的高等院校和研究所是50年代中叶,这得益于两个方面: 一方面,国内高校、研究所纷纷设置了与自动化学科相关的一批系与专业并引进和翻译了一些苏联的控制科学教材;另一方面,钱学森先生回国,1956年在中国科学院力学研究所讲授其著作《工程控制论》,同时又有一批留学生从欧美回国了,其中一些是从事和了解控制的。


清华大学于20世纪50年代在电机系设置了工业企业电气化与自动化、自动化与运动学等专业,后来在1970年成立了自动化系,是国内最早的自动化系之一。中国科学院自动化研究所筹委会成立于1956年10月,是我国最早成立的国有自动化研究机构。1958年3月,在瑞士苏黎世高等工业学校召开了国际自动控制联合会(IFAC)执委会会议,中国是发起国之一。此后,许多高校成立了自动化系(专业)。1961年,由中国科学院自动化研究所组织召开中国自动化学会第一次代表大会,正式成立学会并同时举行学术交流活动,会后成立了首届控制理论专业委员会。1962年关肇直在钱学森的鼓励和支持下,在数学所成立了控制理论研究室。这些都为后续的发展奠定了基础。



“工程控制论”创始人钱学森先生及其著作《工程控制论》



自动化学会成立后,我国在控制理论的研究上曾出现了几年的活跃期,这期间代表性的工作有宋健与韩京清关于线性系统的最速控制;黄琳、郑应平和张迪的关于线性二次最优控制的存在唯一性,线性控制律、求解的迭代法和独立证明的单输入系统极点配置定理;李训经的关于时滞系统绝对稳定性的频域判据;张嗣瀛的关于末端受约束的最优控制;毕大川与王康宁的关于分布参数系统;范祟惠的关于脉冲系统的研究等。这些研究涉及当时刚刚兴起的现代控制理论的主要方面,其中不乏国际领先的重要成果。


“文化大革命”对中国的科技事业产生了破坏性的影响,高等学校首当其冲:正常的教学与科研工作被禁止,队伍流失,学校搬迁,而这一切刚好发生在国际上控制科学大发展的时期。中国刚刚起步并已取得进展的控制科学研究被迫中断。“文化大革命”后期,一些工业部门和中国科学院先行恢复了一些研究工作,高等学校的恢复相对较晚。“文化大革命”对中国控制科学的破坏使我们相对国际水平落后了至少十年。


1978年,中国自动化学会在太原召开,这标志着控制科学在中国开始了复兴之路。


在随后的30多年里,中国的控制科学取得了十分重要的进展,主要包括如下几个方面。


(1)以航天工程为代表的国防工业取得了巨大的进展。①继稳定发射各类卫星之后,返回式飞船、空间站、分三期的探月工程等相继展开并取得重要进展;②四代与五代战机、预警机与大飞机相继研发;③“辽宁号”航空母舰列装和蛟龙号海试成功。这一系列成就既推动了控制在国防上的应用也对控制提出了新的挑战。


(2)随着工业生产的巨大进展,从事控制器和控制系统生产的自动化技术公司数以百计。其中与中国科学院的院所或高等院校结盟而具有先进技术优势的企业,与控制有关的国家工程中心,国家和各部委的重点实验室为控制科学的发展提供了相对好的条件、机遇和动力。


(3)随着很多大学成立了自动化学院或系,国内形成了一支庞大的自动化与控制科学的研究与教学队伍。与此同时,在一些科研院所和高等院校中形成了一些具有国际影响力的研究群体,他们在非线性系统、随机系统、分布参数系统、鲁棒控制、网络与多智能体系统、运动体控制、过程控制等方面的研究做出了重要贡献。


(4)1986年由王大珩、王淦昌、陈芳允和杨嘉墀建议而实施的国家高技术研究发展计划(“863”计划)从一开始就设立了自动化方向,20多年来持续对与控制相关的领域进行了资助,随后科技部在国家重点基础研究发展计划(“973”计划)等有关项目上也设立了与控制相关的课题。国家自然科学基金从其前身科学院自然科学基金开始就一直持续资助控制学科的研究。国防部门、各部委乃至地方政府对包括控制在内的技术科学研究在近十年来的资助达到了相当高的水平。


(5)反映控制科学学术活动的全国性学术会议已经有好几个系列,如中国控制会议已经连续举办32届,中国控制与决策会议和过程控制会议均已举办24届。2009年国际电气和电子工程师协会(IEEE)控制与决策会议与中国控制会议在上海联合举办,近年来在国内会议上已有相当多的国际学者参加,做报告与学术交流,已呈现出逐步国际化的态势。以行业特点为主的一些学会,如航空、航天、机械等,一些省、市或地区,如华东、中南等地也举行各种与控制科学有关的论坛、研讨会及学术会议,呈现出控制科学的学术繁荣局面。以华人为主的国际会议World Congress on Intelligent Control and Automation (WCICA)也已举办9届,特别是1999年,IFAC在中国举办了世界大会取得了很大成功。自改革开放以来,无论是中国自动化学会还是其下属的专业委员会,如控制理论专业委员会、过程控制专业委员会、空间及运动体控制专业委员会等,以及其他学会,如中国航空学会、中国宇航学会等与控制相关的专业委员会均成为在相关领域有效组织、领导与举办学术活动的群众性学术组织,都为中国控制科学的发展做出了长期坚持不懈的努力和重要贡献,这些也表明了控制科学的繁荣发展。


现今从较广的意义上讲,华人已是国际控制杂志作者群的主力,但真正在理论上深刻或便于应用的原创性成果仍然较少,基于控制的具有完全自主知识产权的重大成果也不多见。


我国的工业与科技以前均相对落后,近年来取得了重大发展,但一些高级精密的装备仍依赖进口,尤其包括建模在内的控制技术不能自主研发而成为发展的瓶颈。这与处于世界第二大经济体的地位和用先进科技支撑的科技强国的目标是不匹配的。当前我国正面临工业生产转型,控制科学理应也可能为新的高水平的生产创造条件。我国的空间探测事业还刚刚起步,距离能制造出类似哈勃望远镜实现观测宇宙,从控制的水平考虑差距还相当大。我国已经将乌克兰瓦良格舰成功地改造成一艘可供教学、训练和试验的航母,但距离具有以航母战斗群为主的综合海上作战平台仅从控制的角度考虑差距也很大。


目前我国控制理论已有不少研究成果处于国际前沿,但中国控制科学若能从大国实现到强国的转变,还必须从战略层面上进行思考。




本文由刘四旦摘编自中国科学院中国学科发展战略·控制科学》一书。



“中国学科发展战略”丛书是中国科学院组织数百位院士专家联合研究的系列成果,涉及自然科学各学科领域,是目前规模最大的学科发展战略研究项目。《中国学科发展战略·控制科学》包含控制科学发展战略总体报告、控制理论、航空航天与运动体控制、过程控制、网络控制、交叉学科及其他六个部分,对控制科学发展现状、特点和趋势进行了阐述,对控制科学发展趋势与需求进行了具体分析并提出发展建议。



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