项目名称：    智能控制理论与方法的研究

推荐单位：    中国科学院

项目简介：    智能控制是信息科学自动化领域，对增强国家综合竞争力具有重大意义。项目完成人王飞跃师从智能控制的创始人Saridis教授，自1986年来致力于智能控制理论与方法的研究，系统地建立了一套关于智能控制的理论与算法体系，并在工程项目中得到验证和应用。创新成果如下：

1）智能控制的基本理论：在智能控制系统结构与过程的研究中，将智能控制系统作为一个具有组织、协调和执行三层次的智能机来研究，提出了包含调度器和协调器的协调结构解析模型和Petri网转换器，建立了与协调结构和PNT对应的博弈决策过程；

2）智能控制算法：在智能控制系统的人机交互研究中，提出基于词计算的语言动力学理论与方法体系，建立了一套关于系统的建模、分析和控制的词计算方法，通过词数和数词转换器，实现人机的智能交互框架；

3）智能控制的网络化实现：利用网络的连通性，提出基于代理的控制和集散控制系统, 及"当地简单，远程复杂" 的低成本、高性能的网络化控制方法。

项目研究成果得到广泛应用，包括大型装载挖掘车自动化、铜淬取的网络化智控和管理、智能汽车和数字高速公路系、基于因特网的远程教学实验室、嵌入式汽车电子平台、城市交通智控系统、智能家居系统等国内外科研项目，解决了一系列技术难题，社会和经济效益显著。王飞跃共发表相关SCI文章78篇，SCI引用408次（前十篇引用次数最高的文章总引141次、他引114次），因在此领域的杰出贡献当选IEEE Fellow和INCOSE Fellow，被国际同行公认为是智控的开拓者和重要研究者之一。部分评价如下：

1）"He is a recognized leader in intelligent control"（1999升职时匿名评审，见附录），

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).

主要发现点：  智能控制是人工智能、自动控制和运筹学三个主要学科相结合的产物，是自动控制科学发展中的又一次飞跃。完成人王飞跃是智能控制的早期开拓者之一，其在该领域的主要发现点如下：

1）智能控制基本理论：在系统结构与过程的研究方面，在本领域首次提出智能机的协调理论与智能控制系统结构和过程的解析模型，主要发现点包括（支持论文：见附件五论文1-43）：

a）Petri网转换器（PNT, Petri Nets Transducers）及其与Petri语言的相应关系的证明；

b）Petri网的修正可达树（MRT, Modified Reachability Trees）及其性质和在活性、死锁、可达性和可逆性分析中的应用；

c）解析协调结构（Coordination Structure）及其衍生Petri网的概念和在智控系统结构和过程性质分析中的应用；

d）建立与协调结构和PNT对应的博弈决策过程, 提出纳什、合作和斯德伯格决策在协调结构中的应用规则，证明了学习算法的收敛性。

2）智能控制算法：创立了语言动力学（LDS, Linguistic Dynamic Systems）的概念、框架和基本方法，主要创新点包括（支持论文：见附件五论文44-86）：

a）建立了LDS的基本方程和动态分析理论框架；

b）引入胞空间结构和胞变换及相应的LDS计算方法体系；

c）给出了数值动力学系统抽象化词分析的方法和分析步骤；

d）提出了利用非线性分析方法和马尔可夫过程分析单值和多值LDS的途径。

3）智能控制的网络化实现：在本领域首先提出了针对联网系统的基于代理的控制（Agent-Based Control）理论和方法体系，主要创新点包括（支持论文：见附件五论文87-187）：

a）提出了从控制算法到控制代理的"按需求进行控制"的思想，以及对应的控制机制和基于代理的集散控制系统（aDCS, agent-based Distributed Control Systems）；

b）提出了"当地简单，远程复杂（LSRC：Local Simple，Remote Complex）" 的网络系统智能控制设计原则和实现方案；

c）提出了模糊神经网络（Neuro-Fuzzy Networks）模型和相应的学习算法，利用这一网络具有模糊控制与神经元网络之间的一一对应特性，给出了"当地简单，远程复杂" 的一个具体的网络化实现算法。

上述发现点均属自动控制理论学科。

主要完成人：  1.   王飞跃

作为项目的唯一完成人，研究成果为完善智能控制理论并推动其应用作出了开创性贡献：

1. 在智能控制系统结构与过程的研究中，提出了包含调度器和协调器的协调结构解析模型和Petri网转换器，建立了与协调结构和PNT对应的博弈决策过程，从而完善智能机器的协调理论（95%工作量）；

2.首创语言动力学系统的概念，推广了常规动力学的方法，建立了一套关于复杂系统的建模、分析和控制的计算方法，以及通过词数和数词转换器实现人机的智能交互的框架（100%工作量）；

3. 在智能控制系统网络化实现的基础研究中创立代理控制与计算智能理论，提出基于代理的集散控制系统和"当地简单，远程复杂" 的低成本、高性能的网络化智控算法（95%工作量）。

10篇代表性论文：  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