東北大學復雜工業(yè)過程的智能控制與優(yōu)化

1、“985工程”流程工業(yè)綜合自動化科技創(chuàng)新平臺學術方向建設項目指南（第一批）學術方向復雜工業(yè)過程的智能控制與優(yōu)化責任教授：楊光紅流程工業(yè)綜合自動化科技創(chuàng)新平臺二OO六年五月二十八日一、研究方向支持的主要領域復雜工業(yè)過程的智能控制與優(yōu)化方向?qū)㈤_展復雜系統(tǒng)的多目標優(yōu)化理論與方法研 究，容錯控制方法研究以提高容錯能力和可靠性，考慮在網(wǎng)絡化環(huán)境下智能控制與優(yōu)化 的新挑戰(zhàn)；以及復雜工業(yè)過程控制系統(tǒng)中各層次的智能控制與特殊問題研究。主要支持 以下研究主題：1）容錯控制系統(tǒng)的多目標優(yōu)化設計方法及應用；2）基于模糊模型的非線性魯棒與智能控制；3）廣義系統(tǒng)的魯棒控制：不確定性廣義系統(tǒng)的魯棒控制理論、以受限機器人系

2、統(tǒng)、 電力系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、生物系統(tǒng)為背景的控制器設計方法和仿真。4）切換系統(tǒng)的魯棒控制、多目標優(yōu)化設計方法及應用；5）運動目標視覺跟蹤技術；6）巡診查房機器人技術及原型樣機；7）網(wǎng)絡控制系統(tǒng)：通信網(wǎng)絡系統(tǒng)、基于無線傳感器網(wǎng)等的控制方法、控制系統(tǒng)優(yōu) 化設計及復雜互聯(lián)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法。二、研究方向建設的總體目標 本學術方向建設的總體目標是：取得一批原創(chuàng)性強的研究成果，部分成果有重大突 破并達到國際領先水平，推動復雜工業(yè)過程的智能控制與優(yōu)化理論的進一步發(fā)展，以提 高我國在相關學科的整體研究水平。具體指標：1）在國內(nèi)外主要學術刊物和重要國際會議上發(fā)表 60篇以上論文，其中 SCI 等檢索 收錄論文 3

3、0 篇，包括在本領域著名國際雜志發(fā)表論文 15 篇；2）爭取申請成功 4 項國家自然科學基金， 2 項省部、市自然科學基金項目；3）培養(yǎng)博士生和碩士生 50名（畢業(yè) 25 名以上）。三、建議課題課題 1：容錯控制系統(tǒng)的 多目標 優(yōu)化設計1.1 研究目的與意義在許多實際工程系統(tǒng) （諸如飛行器控制系統(tǒng)、電力控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡控制系統(tǒng)等 ） 設計 過程中，為了降低由于系統(tǒng)出現(xiàn)故障而帶來的損失， 通常要求所設計的系統(tǒng)具有可靠性， 即所設計的系統(tǒng)要有容錯功能。 容錯控制控制系統(tǒng)是指所設計的控制器不但能對系統(tǒng)正 常運行時提供理想的性能保證，而且在執(zhí)行器、傳感器或元部件發(fā)生故障時，仍能使閉 環(huán)系統(tǒng)是穩(wěn)定的并具有

4、可接受的特性。容錯控制方法主要分為：主動容錯控制與被動容 錯控制。主動容錯控制是指在故障發(fā)生后需要重新調(diào)整控制器的參數(shù)，也可能需要改變 控制器的結(jié)構(gòu)以取得可靠性的目的。主要分成三大類： 1） 控制律重新調(diào)度； 2）控制器重 構(gòu)設計；3） 模型跟隨重組控制。其中控制律重新調(diào)度與控制器重構(gòu)設計方法是以有效的 故障檢測與診斷為基礎的，而這對許多實際工程系統(tǒng)而言是非常困難的。第三類方法， 模型跟隨重組控制可以避免這一困難，其基本原理是采用模型參考自適應控制的思想， 使得被控制過程的輸出始終自適應地跟蹤參考模型的輸出。 但這類方法的缺點是很難優(yōu) 化閉環(huán)系統(tǒng)的性能。 被動容錯控制方法是指設計一個或多個固定

5、參數(shù)的控制器去達到容 錯目的，其優(yōu)點是閉環(huán)系統(tǒng)的性能可以得到優(yōu)化，但一般在系統(tǒng)發(fā)生故障后，與系統(tǒng)正 常運行時相比，被動容錯控制系統(tǒng)的性能會有所下降，甚至無法滿足實際的需要。在不 使用故障檢測與診斷技術的前提下，如何結(jié)合被動容錯控制方法、模型跟隨重組控制方 法以及魯棒自適應控制技術， 研究能充分優(yōu)化閉環(huán)系統(tǒng)在不同運行模式下性能的容錯控 制方法，無疑是非常重要的。本項目將對這一問題進行深入研究，其結(jié)果無論對容錯控 制理論本身的發(fā)展，還是對工程控制系統(tǒng)的應用都具有相當重要的意義。本項目的研究將對上述容錯控制問題， 給出有效的容錯控制系統(tǒng)多目標優(yōu)化設計方 法，并使得所取得的成果能夠應用于實際工程系統(tǒng)。

6、提出一套能有效計算的數(shù)值方法,在理論上能夠證明所提出的設計方法能取得比只用被動容錯控制方法要好的性能保證;并能通過系統(tǒng)實時仿真來加以驗證。預期目標：1） 在國內(nèi)外主要學術刊物和重要國際會議上發(fā)表30篇以上論文，其中SCI等檢索 收錄論文 15 篇，包括在本領域著名國際雜志發(fā)表論文 10 篇;2）爭取申請成功 1 項國家自然科學基金；3）培養(yǎng)博士生和碩士生 20名（畢業(yè) 10名以上）。1.2 主要研究內(nèi)容本項目的主要研究內(nèi)容包括：1）針對執(zhí)行器與傳感器故障的情況，研究容錯控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計方法。2）針對系統(tǒng)含有參數(shù)不確定性的情況，研究魯棒容錯控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計方法。3）將綜合所發(fā)展的容錯控制器設

7、計方法， 能夠應用于容錯飛行控制系統(tǒng) （諸如 F-16 模型） 的設計，并進行實時仿真研究。1.3 研究期限： 2005年 1 月 1 日至 2007年 12月 31 日1.4 擬支持經(jīng)費： 50 萬元課題 2：基于高性能模糊模型的非線性魯棒控制器的研究2.1 研究目的與意義 本課題的研究目的是以復雜工業(yè)過程的建模與控制問題為背景， 以模糊集和非線性 系統(tǒng)為主要理論，提出一種高性能的模糊建模方法和模糊控制方法，使研究成果達到國 際前沿水平，最終形成高控制精度和強魯棒穩(wěn)定的控制方法，并力爭形成產(chǎn)品。目前用于模糊控制系統(tǒng)建造的模糊模型結(jié)構(gòu)主要有兩類：模糊關系模型和 T-S 模糊 模型。Cao于19

8、97年提出的動態(tài)模糊模型本質(zhì)上也可以看作T-S模糊模型。深入研究上述兩種模型會發(fā)現(xiàn)如下三個缺陷： （1）辨識上述模型時 , 必須辨識模糊模型的前提結(jié)構(gòu)。 現(xiàn)有的方法計算煩瑣、 費時，且難以保證得到全局最優(yōu)的結(jié)構(gòu)； （2）當基于上述兩種模糊 模型設計控制器時，通常是對每個模糊子空間的局部模型分別設計控制器，要求所設計 的模糊控制規(guī)則的模糊前提描述與模型的前提描述完全相同。但是這將給系統(tǒng)的穩(wěn)定 性、魯棒性設計和分析帶來很大的困難。 （3）上面兩類模糊模型還具有共同局限性：其模 糊性或不確定性均來自于模糊產(chǎn)生式規(guī)則的前提和結(jié)論部分的語言描述?？墒聦嵣?，操 作人員在表達和處理知識和操作經(jīng)驗的過程中，對

9、諸條模糊產(chǎn)生式規(guī)則的置信程度（或 重要程度）也具有模糊性。只有穩(wěn)定的控制系統(tǒng)在工程實際中才有意義，模糊控制系統(tǒng)也不例外。由于模糊模 型是本質(zhì)非線性時變模型，因此控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、魯棒性設計極為困難，難以提出有 效的通用方法。 T-S 模型因其結(jié)構(gòu)的局部為線性模型，有關穩(wěn)定性的分析較為完善。以 T. Tan aka為代表的學者曾提出了當控制器的前提與模糊模型的前提完全相同時（不允許有任何偏離）的控制系統(tǒng)穩(wěn)定性設計方法，得到的是在 Lyapunov 意義下解矩陣 Ricatti 方程的方法，要求存在公共的正定陣 P。很明顯對于實際的多變量模糊系統(tǒng)尋找正定陣 P是很困難的，有時是無解的。實質(zhì)上，此類

10、方法最多只分析了該模糊模型的結(jié)論存在 未建模偏差時，模糊控制器的魯棒穩(wěn)定性設計問題。但實際上模糊模型的前提部分也存 在著未建模偏差，所以前述假設通常難以成立。因此，這種方法存在著局限性，對于復 雜工業(yè)過程對象，閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性難以保證。因此，研究高性能的模糊模型結(jié)構(gòu)、建模方法以及相應的模糊自適應控制器設計方 法是十分重要的。這項研究將推動模糊自適應控制理論和非線性控制理論的深入發(fā)展， 同時也可以進一步形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高科技產(chǎn)品， 解決工業(yè)生產(chǎn)過程中非線性系 統(tǒng)控制的許多老大難問題，取得可觀的經(jīng)濟效益和社會效益，促進我國工業(yè)自動化產(chǎn)品 的深入發(fā)展。預期目標：1）在國內(nèi)外主要學術刊物和重

11、要國際會議上發(fā)表 20篇以上論文，其中SCI等三大 檢索收錄論文 10 篇；2）爭取申請成功 2 項國家、省部、市自然科學基金；3）培養(yǎng)博士生和碩士生 25名（畢業(yè) 10名以上），培養(yǎng)在職攻讀博士學位和博士后 的青年教師 5 名以上。2.2 主要研究內(nèi)容1）針對數(shù)學模型未知的一類多干擾多變量時變非線性復雜對象，構(gòu)筑一種先進的 多維動態(tài)模糊模型一一改進的模糊雙曲正切模型；2）綜合采用粗糙集理論和模糊聚類分析方法辨識其模型，建立反饋控制器。3）研究小波變換的改進算法，并據(jù)此形成新型頻域前饋控制方案，解決大時滯和 持續(xù)的不確定性擾動這兩個難點問題；最終形成高控制精度和強魯棒穩(wěn)定的控制方法。2.3 研

12、究期限： 2005年1月1日至 2007年12月31日2.4 擬支持經(jīng)費： 10 萬元課題 3：廣義系統(tǒng)的魯棒控制理論與應用3.1 、研究目的與意義廣義系統(tǒng)又稱為微分代數(shù)系統(tǒng)，歷經(jīng)近 30 年的研究，取得了許多理論成果，并在 航空、航天、機器人、電力系統(tǒng)、電子網(wǎng)絡、化工、生物和經(jīng)濟等領域得到了一定的應 用。目前，廣義系統(tǒng)的研究仍然是國內(nèi)外控制界研究的一個熱門領域。廣義系統(tǒng)用微分 方程和代數(shù)方程來表示，描述了一類更為廣泛的實際系統(tǒng)模型。尤其是，廣義系統(tǒng)具有 正常系統(tǒng)所不具有的脈沖行為，致使有關研究變得復雜而結(jié)果富于新穎性。因此，對于 廣義系統(tǒng)的研究，具有重要的學術價值和廣泛的實際應用背景。對于廣

13、義系統(tǒng)的研究， 一些學者考慮導數(shù)反饋作用下的廣義系統(tǒng)極點配置、脈沖消除和正常化等問題。在這些 工作中，導數(shù)項系數(shù)矩陣是變化的。特別是系統(tǒng)動態(tài)階的變化，往往引起系統(tǒng)極點在無 窮區(qū)間上變化，造成系統(tǒng)穩(wěn)定性的改變，或者產(chǎn)生新的脈沖行為。另外， Taniguchi 等 人通過實際問題建模， 提出了廣義 T-S 模糊系統(tǒng)模型。這個模型在一定前件變量條件下， 是一類導數(shù)項系數(shù)矩陣為時變的廣義系統(tǒng)?？梢?，無論是理論上，還是應用上，廣義系 統(tǒng)中都存在著導數(shù)項系數(shù)矩陣變化的情況。 同時，導數(shù)反饋在廣義系統(tǒng)控制中是重要的， 也是必不可少的。有關導數(shù)反饋作用下的廣義系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性質(zhì)分析與相關控制問題的研 究，需要進一步

14、地開展工作，來細致地描述和刻畫這類系統(tǒng)的形態(tài)和性能。本項目研究廣義系統(tǒng)的分析與控制的新方法， 發(fā)展導數(shù)項系數(shù)矩陣具有不確定性的 廣義系統(tǒng)的魯棒控制理論，以及混沌控制理論；以受限機器人系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、經(jīng)濟系 統(tǒng)、生物系統(tǒng)為應用背景，提出相關的控制器設計方法和仿真程。預期目標：1）在國內(nèi)外主要學術刊物和重要國際會議上發(fā)表 30篇以上論文，其中SCI檢索收 錄論文 10 篇。2）爭取申請成功 2 項國家、省部、市自然科學基金；3）培養(yǎng)博士生和碩士生 25名（畢業(yè) 10名以上），培養(yǎng)在職攻讀博士學位和博士后 的青年教師 5 名以上。3.2 主要研究內(nèi)容1 ）研究在導數(shù)反饋作用下，受控廣義系統(tǒng)的性質(zhì)和性

15、能。細致地刻畫系統(tǒng)動態(tài)階 的變化和脈沖行為，以及對初始狀態(tài)的敏感性，分岔、失穩(wěn)和混沌現(xiàn)象；產(chǎn)生跳躍輸入時，系統(tǒng)響應的間斷形態(tài)；2）探討導數(shù)項系數(shù)矩陣具有不確定性時，廣義系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性質(zhì)的魯棒性和混沌想象，以及相關的控制問題，包括魯棒控制、帶有性能指標的優(yōu)化控制（如H 控制），保成本控制和混沌控制等；3）借助于矩陣不等式方法，以及 Matlab軟件，求解出對應的控制器，并給出控制 器的設計和仿真程序；4）以控制仿真及受限機器人系統(tǒng)、電力系統(tǒng)和生物系統(tǒng)中的實際為背景的應用研 究。3.3研究期限：2005年1月1日至2007年12月31日3.4擬支持經(jīng)費：10萬元課題4:切換系統(tǒng)的分析與魯棒控制4.1研

16、究目的與意義：切換系統(tǒng)（Switched Systems是一類重要的混雜系統(tǒng)。十幾年來，切換系統(tǒng)的研 究頗受重視。切換系統(tǒng)有著十分廣泛的實際背景，很多實際系統(tǒng)如機器人控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、交通管理系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)等都不可以簡單地用單一的連續(xù)模型或離散 模型來描述，但卻可以用切換系統(tǒng)來描述其動態(tài)行為。切換系統(tǒng)作為混雜系統(tǒng)的一類 特殊和簡化模型，它的研究結(jié)果可為混雜系統(tǒng)的分析和設計提供理論、方法上的借鑒 和啟示。目前關于切換系統(tǒng)研究最集中的問題是穩(wěn)定性問題，包括三類基本問題：a）任意切換下的穩(wěn)定性，b）判斷某類切換下的穩(wěn)定性，c）設計切換使系統(tǒng)穩(wěn)定。其中第 三個問題遠沒有解決，尚無一般方法。單Ly

17、apunov函數(shù)方法和多Lyapunov函數(shù)方法似為有效的工具。但單 Lyapunov函數(shù)通常不易找出，而多 Lyapunov函數(shù)方法對 各子系統(tǒng)的Lyapunov-like函數(shù)在切換序列上有十分嚴格的限制。尋求易于計算和檢驗的穩(wěn)定性條件仍然是熱點問題之一。另外，如何設計連續(xù)控制器和離散切換信號來鎮(zhèn)定系統(tǒng)是一個具有挑戰(zhàn)性的亟待解決的問題，但目前的研究結(jié)果十分之少。魯 棒性是控制系統(tǒng)的十分重要的品性。但切換系統(tǒng)的魯棒性方面的結(jié)果還相當少，并且 主要集中在特殊類型的輸出反饋上。對于連續(xù)動態(tài)和切換信號同時帶有不確定性的情 況，極少有研究結(jié)果報道。本項目系統(tǒng)研究切換系統(tǒng)的分析與魯棒控制問題。通過分析連

18、續(xù)動態(tài)與離散動態(tài) 相互作用機理，揭示切換系統(tǒng)內(nèi)部的運動規(guī)律，尋求易于計算和檢驗的穩(wěn)定性條件和 設計方法。根據(jù)不確定性進入系統(tǒng)的不同方式，包括連續(xù)動態(tài)和切換信號同時帶有不 確定性的情況，研究連續(xù)控制器和切換信號的設計方法。本項目的完成將為切換系統(tǒng) 的分析與設計提供理論分析結(jié)果和方法。研究結(jié)果可望應用于機器人控制系統(tǒng)，交通 運輸管理與控制等許多實際系統(tǒng)。預期目標：1) 在國內(nèi)外主要學術刊物和重要國際會議上發(fā)表 15 篇以上論文，其中 SCI 檢索收 錄論文 5 篇。2) 爭取申請成功一項國家自然科學基金；3) 培養(yǎng)博士畢業(yè)生 5 名以上。4.2 主要研究內(nèi)容：本項目研究切換系統(tǒng)的魯棒控制問題。 為

19、切換系統(tǒng)的分析與設計提供理論分析結(jié)果 和方法。研究內(nèi)容包括：1) 切換系統(tǒng)的魯棒鎮(zhèn)定條件和連續(xù)控制器與切換規(guī)則的設計方法 ;2) 切換信號通道具有不確定性和干擾情況下的魯棒穩(wěn)定性分析 ;3) 利用控制器切換技術處理復雜非線性系統(tǒng)的魯棒控制問題。4.3 研究期限： 2005年 1月 1日至 2007年 12月 31日4.4 擬支持經(jīng)費： 5 萬元課題 5：基于粒子濾波的運動目標視覺跟蹤技術研究5.1 研究目的與意義人類的視覺系統(tǒng)是獲取外界信息的最主要途徑， 而目標跟蹤把圖像處理、 自動控制、 信息科學等有機的結(jié)合起來，成為計算機視覺和模式識別領域中的一個重要課題。目標 跟蹤可以廣泛地應用于軍事目

20、標識別與跟蹤系統(tǒng)、武器制導系統(tǒng)、公路交通智能監(jiān)測系 統(tǒng)、重要場所的視頻監(jiān)控、智能汽車的自動駕駛、機器人導航等領域。目標運動的隨機 性和復雜性，例如目標的形變、運動速度和姿態(tài)變化、目標顏色與背景顏色相似度、背 景的穩(wěn)定程度等，這些都會給目標跟蹤帶來困難，其理論和技術研究極具挑戰(zhàn)性，目前 仍存在許多問題和難點尚未解決。 粒子濾波通過非參數(shù)化的蒙特卡羅模擬方法來實現(xiàn)遞 推貝葉斯濾波，適用于任何能用狀態(tài)空間模型表示的非線性系統(tǒng)，以及傳統(tǒng)的卡爾曼濾 波無法表示的非線性系統(tǒng)， 精度可以逼近最優(yōu)估計。 粒子濾波方法使用靈活， 容易實現(xiàn)， 具有并行結(jié)構(gòu)，實用性強。將粒子濾波理論應用于目標的視覺跟蹤領域可以提高

21、跟蹤精 度和復雜場景下跟蹤的精度。因此，研究基于粒子濾波的運動目標跟蹤不僅具有重要的 理論意義，而且具有很高的應用價值。本項目的研究將提供運動目標跟蹤的有效算法 , 保證視頻跟蹤實驗系統(tǒng)的可用性、 可靠性、可維護性。預期目標1) 在國內(nèi)外主要學術刊物和重要國際會議上發(fā)表 4 篇以上論文 ;2) 爭取申請成功 1 項遼寧省自然科學基金 ;3) 培養(yǎng)碩士生 2 名，博士后一名。5.2 主要研究內(nèi)容1) 研究粒子濾波理論在視頻領域中的應用，探討粒子濾波方法中各個步驟在視頻 跟蹤過程中所表示的具體意義 ; 跟蹤國內(nèi)外目標跟蹤技術和粒子濾波理論的發(fā)展動態(tài)， 結(jié)合運動目標視覺跟蹤系統(tǒng)的特點和要求，設計改進

22、的粒子濾波器。2) 將傳統(tǒng)的跟蹤方法 ( 如模版跟蹤、輪廓跟蹤)與粒子濾波器結(jié)合，提高算法的跟 蹤精度和魯棒性。將 gabor 小波特征、 mean-shift 、顏色模型等先進跟蹤方法與粒子濾 波器結(jié)合解決目標旋轉(zhuǎn)、尺度、仿射變形、遮擋等惡劣條件下的運動目標跟蹤穩(wěn)定性問 題。3) 建立基于粒子濾波的運動目標視頻跟蹤框架，構(gòu)建視頻跟蹤實驗系統(tǒng)。5.3 研究期限： 2005年1月1日至 2007年12月31日5.4 擬支持經(jīng)費： 5 萬元課題 6：遠距巡診查房機器人關鍵技術的研究6.1 研究目的與意義遠距巡診查房機器人是一種可以應用在醫(yī)院內(nèi)部， 輔助醫(yī)務人員完成一些基本的醫(yī) 療任務的具有智能的機

23、械電子裝置， 是綜合信息技術、 電子技術、機械技術、 控制技術、 以及通訊技術為一體的高科技產(chǎn)物。 它的研制和開發(fā)對社會發(fā)展和科學研究進步都有著 深刻的意義。進入 21 世紀，中國社會仍面臨著嚴重的人口壓力，而計劃生育政策的實 施也使得人口結(jié)構(gòu)向著少子化、老齡化的趨勢迅速演變。如何應對人口結(jié)構(gòu)急劇變化及 緩解人口膨脹， 成為了擺在社會學家， 心理學家，科技工作者面前一道急需解決的難題。 將有限的人力從簡單重復的工作當中解放出來，讓機器人來輔助醫(yī)務人員完成這些作 業(yè)，如醫(yī)院內(nèi)的日常巡診和查房、食品、藥品以及醫(yī)療器械的運送。醫(yī)用服務型智能機 器人的研制和開發(fā)將有效地改善人民的生活質(zhì)量，減輕社會負擔

24、，促進社會的穩(wěn)定和繁 榮。遠距巡診查房機器人項目要研制的是一種集信息技術、電子技術、機械技術、控制 技術以及通訊技術等為一體的能夠最大限度模仿人類智能，輔助醫(yī)務人員完成繁重、機 械的工作任務的機械電子裝置。它需要有合理的控制結(jié)構(gòu)、靈敏的傳感器信號采集、高 速有效的遠程通訊控制、及時準確的微處理器控制、最優(yōu)的決策規(guī)劃等。因此，遠距巡 診查房機器人的研制是一個前沿性、多學科交叉的研究課題。本課題的研究將會促進相 關技術的發(fā)展及集成，同時也是對相關領域研究結(jié)果的實用化探索。如機器人定位與導 航研究領域的相關成果，圖像處理領域相關研究成果，模式識別領域的相關研究成果、 遠程通訊研究領域的相關成果以及智

25、能控制領域的相關研究成果等。綜上所述，遠距巡診查房機器人課題的研究對于帶動相關行業(yè)發(fā)展，對于相關領域 科研成果的實用化問題等都有著重要的意義，值得研究與開發(fā)。鑒于遠距巡診查房機器 人系統(tǒng)集成了自主式機器人研究領域很多關鍵技術， 研制一款遠距巡診查房機器人的原 型機可以為開發(fā)適用于其他場合的自主式機器人打下堅實的基礎， 并可為其它領域自主 式機器人的研究提供許多寶貴經(jīng)驗。預期目標：1) 突破遠距巡診查房機器人幾項關鍵技術，研制一種能夠完全自主導航并能通過 遠程通訊進行高級人機交互的巡診查房機器人原型樣機，并通過技術鑒定，填補國內(nèi)空 白，為巡診查房機器人的實用化與產(chǎn)業(yè)化奠定基礎 ;2) 在高水平的

26、國內(nèi)外刊物和會議上發(fā)表 5篇以上論文 ;3) 結(jié)合本課題培養(yǎng)本領域博士、碩士和高層次人才 5 名，在學術上產(chǎn)生良好的影 響。4) 結(jié)合研究成果，申請 1-2 項發(fā)明專利。6.2 主要研究內(nèi)容1) 多傳感器信息融合 ;2) 自定位與路徑規(guī)劃 ;3) 動態(tài)隨機避障 ;4) 人臉面部表情識別 ;5) 基于 Internet 的遠距實時通訊。6.3 研究期限： 2005年1月1日至 2007年12月31日6.4 擬支持經(jīng)費： 5 萬元課題 7：通信網(wǎng)絡系統(tǒng)的擁塞控制問題7.1 研究目的與意義網(wǎng)絡控制問題的研究正日益成為國內(nèi)外學者普遍重視和研究的領域。網(wǎng)絡控制包含 兩大問題：一是控制的網(wǎng)絡，一是網(wǎng)絡的控

27、制。前者是網(wǎng)絡化控制問題，受到人們的普 遍關注。這類研究所處理的對象是系統(tǒng)，而網(wǎng)絡則是控制通道，通過網(wǎng)絡將控制施加到 系統(tǒng)中。著重點在于如何分析由網(wǎng)絡引起的信號滯后和如何設計網(wǎng)絡化控制器。而后者 是關于網(wǎng)絡本身這一系統(tǒng)的控制問題，尚未得到更大的重視和研究?，F(xiàn)代通信網(wǎng)絡是一 種大規(guī)模復雜系統(tǒng)。 它具有相當廣泛的通信量種類， 服務于多用戶， 而且呈現(xiàn)各種結(jié)構(gòu)。 網(wǎng)絡中的擁塞控制問題已成為重要的研究方向， 而控制理論中的思想和方法正適合于此 類問題。將控制理論中的一些理論和方法應用到通信網(wǎng)絡系統(tǒng)的研究領域中，是信息科 學的一個新方向。研究目標在于如何將控制理論中得到理論研究成果與現(xiàn)代通信網(wǎng)絡系統(tǒng)的研

28、究有 機地結(jié)合起來，進行現(xiàn)代通信網(wǎng)絡系統(tǒng)中擁塞控制問題的研究。一方面，將通過控制通 信網(wǎng)絡的價格，即以系統(tǒng)和用戶的最大盈余為目標函數(shù)，建立隨機網(wǎng)絡系統(tǒng)的激勵價格 管理策略，利用激勵價控策略的調(diào)整、引導和激勵作用，使網(wǎng)絡系統(tǒng)穩(wěn)定在平衡點處， 來避免擁塞的產(chǎn)生。另一方面將通過控制 TCP/IP網(wǎng)絡和ATM網(wǎng)絡的流量來避免擁塞的 產(chǎn)生。以期擴展控制理論的應用領域，為現(xiàn)代通信網(wǎng)絡系統(tǒng)的管理和控制研究提供一條 新的途徑。預期目標1) 在國內(nèi)外主要學術刊物和重要國際會議上發(fā)表 5 篇以上論文，其中 SCI 檢索收 錄論文 1 篇 ;2) 培養(yǎng)博士畢業(yè)生 3 名以上。7.2 主要研究內(nèi)容1) 隨機網(wǎng)絡系統(tǒng)的

29、激勵價格管理及控制策略的研究 ;2) 針對一類網(wǎng)絡系統(tǒng)盈余函數(shù)的數(shù)學模型分析 , 研究網(wǎng)絡服務質(zhì)量可升級的連接管 理策略；3) 基于TCP/IP網(wǎng)絡和ATM網(wǎng)絡的流量控制策略。7.3 研究期限： 2005年1月1日至 2007年12月31日7.4 擬支持經(jīng)費： 1.5 萬元課題 8：信息不完全系統(tǒng)的控制與優(yōu)化8.1 研究目的與意義在現(xiàn)實世界中 ,大多數(shù)信息是非精確的、非完全的 , 即不完全信息或不確定信息 . 這 樣, 人類就不可避免地要遇到許多不確定性信息并必須處理它 . 因此, 不確定性信息處理 的數(shù)學模型及方法已成為當今的研究熱點。 在網(wǎng)絡系統(tǒng)不斷發(fā)展的今天， 由于供電網(wǎng)絡， 供水網(wǎng)絡、

30、供氣(油)網(wǎng)絡以及通訊網(wǎng)絡大范圍區(qū)域化，出現(xiàn)了許多不完全信息問題。 如：網(wǎng)絡咨詢服務系統(tǒng)中根據(jù)客戶的不完全信息確定服務的范圍，內(nèi)容；不完全信息的 故障定位問題。在網(wǎng)絡中，由于往往采用數(shù)字式繼電器保護及遠動裝置，不完全信息故 障定位系統(tǒng)的任務是根據(jù)從分布在網(wǎng)絡中的有限的數(shù)字保護所獲得的信息， 并根據(jù)已知 的故障開關狀態(tài)及運行參數(shù)， 判斷出故障點的位置。 軍事領域中的信息對抗， 裝備研制， 戰(zhàn)略部署等各類軍事博弈問題都屬于信息不完全問題，對應的系統(tǒng)為信息不完全系統(tǒng)。 隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)信息不完全系統(tǒng)控制與優(yōu)化問題，有著更為廣泛的實際應用 背景，特別是在各類復雜大系統(tǒng)中更為突出，在許多前沿學科

31、的研究中得到了廣泛的應 用。神經(jīng)網(wǎng)絡模型是描述和處理復雜系統(tǒng)的有力工具， 但目前利用神經(jīng)網(wǎng)絡模型對信息 不完全系統(tǒng)的描述，處理的研究尚未見到。神經(jīng)網(wǎng)絡與自適應控制、模糊技術相結(jié)合的 研究，已成為智能控制的一個重要分支。本課題擬將神經(jīng)網(wǎng)絡與模糊控制、自適應控制 思想相融合研究信息不完全系統(tǒng)的控制和優(yōu)化問題具有理論與實際意義。預期目標:1）在國內(nèi)外主要學術刊物和重要國際會議上發(fā)表 5篇以上論文，其中SCI檢索收錄 論文1篇;2）培養(yǎng)博士畢業(yè)生 3名以上。8.2 主要研究內(nèi)容1）利用神經(jīng)網(wǎng)絡模型對信息不完全系統(tǒng)的描述與辨識方法研究 ;2）利用神經(jīng)網(wǎng)絡模型對信息不完全系統(tǒng)的控制與優(yōu)化研究：3）通常意義

32、下的信息不完全系統(tǒng)（對策系統(tǒng)）的自適應控制和魯棒控制 ;4）信息不完全系統(tǒng)控制、優(yōu)化理論在實際中的應用。8.3 研究期限： 2005年 1 月 1 日至 2007年 12月 31 日8.4 擬支持經(jīng)費： 1.5 萬元課題 9: 基于無線傳感器網(wǎng)的多移動載體的分布式控制9.1 研究目的與意義 隨著在微機電系統(tǒng)技術、無線通信和數(shù)字電子技術的日益成熟，具有感知、計算和 通信能力的微型傳感器已經(jīng)出現(xiàn)。由于“普適計算” （ pervasive computing ）思想的出 現(xiàn)促使計算、通信和傳感器等三項技術相結(jié)合， 產(chǎn)生了無線傳感器網(wǎng)絡 （wireless sensor network, WSN）。該

33、網(wǎng)絡能適用于環(huán)境惡劣或人們無法到達的區(qū)域，能夠協(xié)作地實時監(jiān) 測、感知和采集網(wǎng)絡分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息， 并對這些信息進行處理， 獲得詳盡而準確的信息，傳送到需要這些信息的用戶。因此，它在軍事、醫(yī)療、空間探 測、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災、安全生產(chǎn)監(jiān)控等領域都有廣泛應用。目前又出現(xiàn)了許多新的 學科方向和實際應用。其中，基于無線傳感器網(wǎng)的多移動載體的分布式控制、自組織移 動網(wǎng)絡、多載體自主控制，容錯控制等，就是它重要代表?？傮w來說，國內(nèi)外對無線傳 感器網(wǎng)絡的分布式控制和容錯控制以及移動自組織網(wǎng)絡的研究尚處于發(fā)展階段， 還有許 多的問題需要深入的研究和解決。本項目研究基于無線傳感器網(wǎng)絡信息的多移動載體的分布式控制問題， 為系統(tǒng)的任 務規(guī)劃與控制提供方法和策略。具體目標為： （1）給出不同自組織網(wǎng)絡模式切換對多移 動載體任務規(guī)劃的控制效率優(yōu)化及切換條件； （