東北大學(xué)-復(fù)雜工業(yè)過程的智能控制與優(yōu)化.doc

“985工程”流程工業(yè)綜合自動化科技創(chuàng)新平臺學(xué)術(shù)方向建設(shè)項目指南（第一批）學(xué)術(shù)方向 復(fù)雜工業(yè)過程的智能控制與優(yōu)化責(zé)任教授： 楊光紅流程工業(yè)綜合自動化科技創(chuàng)新平臺二六 年 五 月 二十八日一、研究方向支持的主要領(lǐng)域復(fù)雜工業(yè)過程的智能控制與優(yōu)化方向?qū)㈤_展復(fù)雜系統(tǒng)的多目標(biāo)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(luò)化環(huán)境下智能控制與優(yōu)化的新挑戰(zhàn)；以及復(fù)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(biāo)優(yōu)化設(shè)計方法及應(yīng)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(jī)器人系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生物系統(tǒng)為背景的控制器設(shè)計方法和仿真。4）切換系統(tǒng)的魯棒控制、多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計方法及應(yīng)用；5）運(yùn)動目標(biāo)視覺跟蹤技術(shù)；6）巡診查房機(jī)器人技術(shù)及原型樣機(jī)；7）網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)：通信網(wǎng)絡(luò)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(shè)計及復(fù)雜互聯(lián)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法。二、研究方向建設(shè)的總體目標(biāo)本學(xué)術(shù)方向建設(shè)的總體目標(biāo)是：取得一批原創(chuàng)性強(qiáng)的研究成果，部分成果有重大突破并達(dá)到國際領(lǐng)先水平，推動復(fù)雜工業(yè)過程的智能控制與優(yōu)化理論的進(jìn)一步發(fā)展，以提高我國在相關(guān)學(xué)科的整體研究水平。具體指標(biāo)：1）在國內(nèi)外主要學(xué)術(shù)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30篇，包括在本領(lǐng)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(xué)基金，2項省部、市自然科學(xué)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(biāo)優(yōu)化設(shè)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(luò)控制系統(tǒng)等)設(shè)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(shè)計的系統(tǒng)具有可靠性，即所設(shè)計的系統(tǒng)要有容錯功能。容錯控制控制系統(tǒng)是指所設(shè)計的控制器不但能對系統(tǒng)正常運(yùn)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(shè)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(shè)計方法是以有效的故障檢測與診斷為基礎(chǔ)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(yīng)控制的思想，使得被控制過程的輸出始終自適應(yīng)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(shè)計一個或多個固定參數(shù)的控制器去達(dá)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(yùn)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(shù)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(yīng)控制技術(shù)，研究能充分優(yōu)化閉環(huán)系統(tǒng)在不同運(yùn)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(jìn)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(yīng)用都具有相當(dāng)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(biāo)優(yōu)化設(shè)計方法，并使得所取得的成果能夠應(yīng)用于實際工程系統(tǒng)。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(shè)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(yù)期目標(biāo)：1）在國內(nèi)外主要學(xué)術(shù)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(lǐng)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(xué)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(shè)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(shè)計方法。3) 將綜合所發(fā)展的容錯控制器設(shè)計方法，能夠應(yīng)用于容錯飛行控制系統(tǒng)(諸如F-16模型)的設(shè)計，并進(jìn)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(fèi)：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(fù)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(dá)到國際前沿水平，最終形成高控制精度和強(qiáng)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(guān)系模型和T-S模糊模型。Cao于1997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)?，F(xiàn)有的方法計算煩瑣、費(fèi)時，且難以保證得到全局最優(yōu)的結(jié)構(gòu)；(2)當(dāng)基于上述兩種模糊模型設(shè)計控制器時，通常是對每個模糊子空間的局部模型分別設(shè)計控制器，要求所設(shè)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(shè)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(dá)和處理知識和操作經(jīng)驗的過程中，對諸條模糊產(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(shè)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(guān)穩(wěn)定性的分析較為完善。以T. Tanaka為代表的學(xué)者曾提出了當(dāng)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(shè)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(shè)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(shè)通常難以成立。因此，這種方法存在著局限性，對于復(fù)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(yīng)的模糊自適應(yīng)控制器設(shè)計方法是十分重要的。這項研究將推動模糊自適應(yīng)控制理論和非線性控制理論的深入發(fā)展，同時也可以進(jìn)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(jì)效益和社會效益，促進(jìn)我國工業(yè)自動化產(chǎn)品的深入發(fā)展。預(yù)期目標(biāo)：1）在國內(nèi)外主要學(xué)術(shù)刊物和重要國際會議上發(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(xué)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(xué)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(xué)模型未知的一類多干擾多變量時變非線性復(fù)雜對象，構(gòu)筑一種先進(jìn)的多維動態(tài)模糊模型改進(jìn)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(jìn)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(qiáng)魯棒穩(wěn)定的控制方法。2.3 研究期限：2005年1月1日至2007年12月31日2.4 擬支持經(jīng)費(fèi)：10萬元課題3：廣義系統(tǒng)的魯棒控制理論與應(yīng)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(jī)器人、電力系統(tǒng)、電子網(wǎng)絡(luò)、化工、生物和經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域得到了一定的應(yīng)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(lǐng)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(guān)研究變得復(fù)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(xué)術(shù)價值和廣泛的實際應(yīng)用背景。對于廣義系統(tǒng)的研究，一些學(xué)者考慮導(dǎo)數(shù)反饋作用下的廣義系統(tǒng)極點配置、脈沖消除和正?；葐栴}。在這些工作中，導(dǎo)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(dǎo)數(shù)項系數(shù)矩陣為時變的廣義系統(tǒng)?？梢姡瑹o論是理論上，還是應(yīng)用上，廣義系統(tǒng)中都存在著導(dǎo)數(shù)項系數(shù)矩陣變化的情況。同時，導(dǎo)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(guān)導(dǎo)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(guān)控制問題的研究，需要進(jìn)一步地開展工作，來細(xì)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(dǎo)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(jī)器人系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生物系統(tǒng)為應(yīng)用背景，提出相關(guān)的控制器設(shè)計方法和仿真程。預(yù)期目標(biāo)：1）在國內(nèi)外主要學(xué)術(shù)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(xué)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(xué)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(dǎo)數(shù)反饋作用下，受控廣義系統(tǒng)的性質(zhì)和性能。細(xì)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(yīng)的間斷形態(tài)；2）探討導(dǎo)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(guān)的控制問題，包括魯棒控制、帶有性能指標(biāo)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(yīng)的控制器，并給出控制器的設(shè)計和仿真程序；4）以控制仿真及受限機(jī)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(yīng)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(fèi)：10萬元課題4：切換系統(tǒng)的分析與魯棒控制4.1 研究目的與意義：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(jī)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(shè)計提供理論、方法上的借鑒和啟示。目前關(guān)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(shè)計切換使系統(tǒng)穩(wěn)定。其中第三個問題遠(yuǎn)沒有解決，尚無一般方法。單 Lyapunov 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(yán)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(shè)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(dāng)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。通過分析連續(xù)動態(tài)與離散動態(tài)相互作用機(jī)理，揭示切換系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)動規(guī)律，尋求易于計算和檢驗的穩(wěn)定性條件和設(shè)計方法。根據(jù)不確定性進(jìn)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(shè)計方法。本項目的完成將為切換系統(tǒng)的分析與設(shè)計提供理論分析結(jié)果和方法。研究結(jié)果可望應(yīng)用于機(jī)器人控制系統(tǒng)，交通運(yùn)輸管理與控制等許多實際系統(tǒng)。預(yù)期目標(biāo)：1）在國內(nèi)外主要學(xué)術(shù)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(xué)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。為切換系統(tǒng)的分析與設(shè)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(shè)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(shù)處理復(fù)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(fèi)：5萬元課題5：基于粒子濾波的運(yùn)動目標(biāo)視覺跟蹤技術(shù)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(biāo)跟蹤把圖像處理、自動控制、信息科學(xué)等有機(jī)的結(jié)合起來，成為計算機(jī)視覺和模式識別領(lǐng)域中的一個重要課題。目標(biāo)跟蹤可以廣泛地應(yīng)用于軍事目標(biāo)識別與跟蹤系統(tǒng)、武器制導(dǎo)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(jī)器人導(dǎo)航等領(lǐng)域。目標(biāo)運(yùn)動的隨機(jī)性和復(fù)雜性，例如目標(biāo)的形變、運(yùn)動速度和姿態(tài)變化、目標(biāo)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(biāo)跟蹤帶來困難，其理論和技術(shù)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(qiáng)。將粒子濾波理論應(yīng)用于目標(biāo)的視覺跟蹤領(lǐng)域可以提高跟蹤精度和復(fù)雜場景下跟蹤的精度。因此，研究基于粒子濾波的運(yùn)動目標(biāo)跟蹤不僅具有重要的理論意義，而且具有很高的應(yīng)用價值。本項目的研究將提供運(yùn)動目標(biāo)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(hù)性。預(yù)期目標(biāo)1) 在國內(nèi)外主要學(xué)術(shù)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(xué)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(lǐng)域中的應(yīng)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(biāo)跟蹤技術(shù)和粒子濾波理論的發(fā)展動態(tài)，結(jié)合運(yùn)動目標(biāo)視覺跟蹤系統(tǒng)的特點和要求，設(shè)計改進(jìn)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(jìn)跟蹤方法與粒子濾波器結(jié)合解決目標(biāo)旋轉(zhuǎn)、尺度、仿射變形、遮擋等惡劣條件下的運(yùn)動目標(biāo)跟蹤穩(wěn)定性問題。3) 建立基于粒子濾波的運(yùn)動目標(biāo)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(fèi)：5萬元課題6：遠(yuǎn)距巡診查房機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)的研究6.1 研究目的與意義遠(yuǎn)距巡診查房機(jī)器人是一種可以應(yīng)用在醫(yī)院內(nèi)部，輔助醫(yī)務(wù)人員完成一些基本的醫(yī)療任務(wù)的具有智能的機(jī)械電子裝置，是綜合信息技術(shù)、電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、控制技術(shù)、以及通訊技術(shù)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(xué)研究進(jìn)步都有著深刻的意義。進(jìn)入21世紀(jì)，中國社會仍面臨著嚴(yán)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(yīng)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(xué)家，心理學(xué)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(fù)的工作當(dāng)中解放出來，讓機(jī)器人來輔助醫(yī)務(wù)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(yùn)送。醫(yī)用服務(wù)型智能機(jī)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(fù)擔(dān)，促進(jìn)社會的穩(wěn)定和繁榮。遠(yuǎn)距巡診查房機(jī)器人項目要研制的是一種集信息技術(shù)、電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)等為一體的能夠最大限度模仿人類智能，輔助醫(yī)務(wù)人員完成繁重、機(jī)械的工作任務(wù)的機(jī)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(yuǎn)程通訊控制、及時準(zhǔn)確的微處理器控制、最優(yōu)的決策規(guī)劃等。因此，遠(yuǎn)距巡診查房機(jī)器人的研制是一個前沿性、多學(xué)科交叉的研究課題。本課題的研究將會促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展及集成，同時也是對相關(guān)領(lǐng)域研究結(jié)果的實用化探索。如機(jī)器人定位與導(dǎo)航研究領(lǐng)域的相關(guān)成果，圖像處理領(lǐng)域相關(guān)研究成果，模式識別領(lǐng)域的相關(guān)研究成果、遠(yuǎn)程通訊研究領(lǐng)域的相關(guān)成果以及智能控制領(lǐng)域的相關(guān)研究成果等。綜上所述，遠(yuǎn)距巡診查房機(jī)器人課題的研究對于帶動相關(guān)行業(yè)發(fā)展，對于相關(guān)領(lǐng)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(yuǎn)距巡診查房機(jī)器人系統(tǒng)集成了自主式機(jī)器人研究領(lǐng)域很多關(guān)鍵技術(shù)，研制一款遠(yuǎn)距巡診查房機(jī)器人的原型機(jī)可以為開發(fā)適用于其他場合的自主式機(jī)器人打下堅實的基礎(chǔ)，并可為其它領(lǐng)域自主式機(jī)器人的研究提供許多寶貴經(jīng)驗。預(yù)期目標(biāo)：1) 突破遠(yuǎn)距巡診查房機(jī)器人幾項關(guān)鍵技術(shù)，研制一種能夠完全自主導(dǎo)航并能通過遠(yuǎn)程通訊進(jìn)行高級人機(jī)交互的巡診查房機(jī)器人原型樣機(jī)，并通過技術(shù)鑒定，填補(bǔ)國內(nèi)空白，為巡診查房機(jī)器人的實用化與產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ);2) 在高水平的國內(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(lǐng)域博士、碩士和高層次人才5名，在學(xué)術(shù)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(jī)避障;4) 人臉面部表情識別;5) 基于Internet的遠(yuǎn)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(fèi)：5萬元課題7：通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的擁塞控制問題7.1 研究目的與意義網(wǎng)絡(luò)控制問題的研究正日益成為國內(nèi)外學(xué)者普遍重視和研究的領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)控制包含兩大問題：一是控制的網(wǎng)絡(luò)，一是網(wǎng)絡(luò)的控制。前者是網(wǎng)絡(luò)化控制問題，受到人們的普遍關(guān)注。這類研究所處理的對象是系統(tǒng)，而網(wǎng)絡(luò)則是控制通道，通過網(wǎng)絡(luò)將控制施加到系統(tǒng)中。著重點在于如何分析由網(wǎng)絡(luò)引起的信號滯后和如何設(shè)計網(wǎng)絡(luò)化控制器。而后者是關(guān)于網(wǎng)絡(luò)本身這一系統(tǒng)的控制問題，尚未得到更大的重視和研究。現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)是一種大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)。它具有相當(dāng)廣泛的通信量種類，服務(wù)于多用戶，而且呈現(xiàn)各種結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用到通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究領(lǐng)域中，是信息科學(xué)的一個新方向。研究目標(biāo)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(luò)系統(tǒng)的研究有機(jī)地結(jié)合起來，進(jìn)行現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)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(luò)的價格，即以系統(tǒng)和用戶的最大盈余為目標(biāo)函數(shù)，建立隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(dǎo)和激勵作用，使網(wǎng)絡(luò)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(luò)和ATM網(wǎng)絡(luò)的流量來避免擁塞的產(chǎn)生。以期擴(kuò)展控制理論的應(yīng)用領(lǐng)域，為現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的管理和控制研究提供一條新的途徑。預(yù)期目標(biāo)1) 在國內(nèi)外主要學(xué)術(shù)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(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的激勵價格管理及控制策略的研究;2) 針對一類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)盈余函數(shù)的數(shù)學(xué)模型分析,研究網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量可升級的連接管理策略； 3) 基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)和ATM網(wǎng)絡(luò)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(fèi)：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(xué)模型及方法已成為當(dāng)今的研究熱點。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不斷發(fā)展的今天，由于供電網(wǎng)絡(luò)，供水網(wǎng)絡(luò)、供氣（油）網(wǎng)絡(luò)以及通訊網(wǎng)絡(luò)大范圍區(qū)域化，出現(xiàn)了許多不完全信息問題。如：網(wǎng)絡(luò)咨詢服務(wù)系統(tǒng)中根據(jù)客戶的不完全信息確定服務(wù)的范圍，內(nèi)容；不完全信息的故障定位問題。在網(wǎng)絡(luò)中，由于往往采用數(shù)字式繼電器保護(hù)及遠(yuǎn)動裝置，不完全信息故障定位系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)從分布在網(wǎng)絡(luò)中的有限的數(shù)字保護(hù)所獲得的信息，并根據(jù)已知的故障開關(guān)狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)，判斷出故障點的位置。軍事領(lǐng)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(yīng)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(yīng)用背景，特別是在各類復(fù)雜大系統(tǒng)中更為突出，在許多前沿學(xué)科的研究中得到了廣泛的應(yīng)用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是描述和處理復(fù)雜系統(tǒng)的有力工具，但目前利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(luò)與自適應(yīng)控制、模糊技術(shù)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(luò)與模糊控制、自適應(yīng)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(yù)期目標(biāo):1) 在國內(nèi)外主要學(xué)術(shù)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(luò)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(luò)模型對信息不完全系統(tǒng)的控制與優(yōu)化研究：3) 通常意義下的信息不完全系統(tǒng)（對策系統(tǒng)）的自適應(yīng)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(yīng)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(fèi)：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(jī)電系統(tǒng)技術(shù)、無線通信和數(shù)字電子技術(shù)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(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（wireless sensor network, WSN）。該網(wǎng)絡(luò)能適用于環(huán)境惡劣或人們無法到達(dá)的區(qū)域，能夠協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行處理，獲得詳盡而準(zhǔn)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(zāi)、安全生產(chǎn)監(jiān)控等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。目前又出現(xiàn)了許多新的學(xué)科方向和實際應(yīng)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(luò)、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(luò)的分布式控制和容錯控制以及移動自組織網(wǎng)絡(luò)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(luò)信息的多移動載體的分布式控制問題，為系統(tǒng)的任務(wù)規(guī)劃與控制提供方法和策略。具體目標(biāo)為：（1）給出不同自組織網(wǎng)絡(luò)模式切換對多移動載體任務(wù)規(guī)劃的控制效率優(yōu)化及切換條件；（2）給出多移動載體任務(wù)規(guī)劃與