“基于精细积分的（最优）控制系统程序库”应该是“基于模拟关系的计算力学辛理论体系和数值方法”整个理论体系中的一部分。关于该项目的国家科学技术奖励工作办公室对该项目的介绍中已经有权威的描述。其中有“成果已被成功地应用于解决我国航空航天、铁路等重大装备中的关键力学问题，取得了显著经济与社会效益。”评语。
我只参与了该成果在我国航空航天推广应用实践的过程。该项目“在航天器飞行控制仿真平台上通过了验证，证明了控制方案的可行性、有效性和先进性。仿真结果表明：相对于传统的定常控制器方案，新的控制方案可以在更短的控制时间内，以更少的燃料消耗，达到更高的终端控制精度。”。当然在正常航天飞行的整个大系统中这只是很小的一部分。但如果发生在航天器的对抗中，时间、精度和消耗就可能是现代战争中事件的结局了。
基于“程序库”提供的设计功能，结合具体的课题，可进行多方面应用领域控制软件的研发：
v 飞机的自动驾驶控制问题。飞机在起飞/降落阶段的控制、在紧急情况下的机动飞行控制，巡航高度、速度的调整等，实质上都是在很短时间（或有限时间段）内将飞机的飞行状态（例如飞行速度，俯仰角，偏航角）从一个状态调整到另一个状态，这些控制性能要求，依靠传统工具箱的定常控制器设计难以实现，必须从时变控制器的设计出发进行设计，而且还要寻求节省燃料、控制输入峰值小的控制方案。
v 导弹的拦截与精确打击问题。使用时变控制器可以只需定常控制器约一半的时间达到系统期望状态，这对于精确制导有着重要意义。
v 机器臂的移动控制。机器臂的移动控制有着多方面的应用，对于要求移动速度快，终端定位精确的控制要求，需要精确的算法保证。
v 分布式空间飞行器系统的控制问题，其基本特点是通过控制多个小卫星的有序排列和协同工作来完成单个大卫星的工作，单个大卫星的质量和体积是有上限的，但是由多个小卫星天线构成的虚拟大型天线理论上讲是没有上限的，且其分辨率将远远超过现有的和即将发射的单个巨型太空望远镜，并具有成本低，可靠性高等特点。在这类分布式系统控制问题中，分散控制，高精度的最优控制和鲁棒控制方案是其出发点，设计最小能量，最短时间等控制系统。
这些系统在设计时要考虑到接近实际的复杂最优控制问题，例如包括时滞因素，饱和因素以及非线性因素等的控制问题，必须通过精确可靠的计算方法来解决。
精细积分的（最优）控制系统程序库是钟万勰院士团队基于计算结构力学与最优控制之间的模拟理论，成功地解决了微分Riccati方程计算问题的科研成果，是具有自主知识产权的软件系统。为此由《计算机应用与软件》杂志推出了一组“最新技术动态”栏目与读者交流学习：
v 应用控制系统设计工具箱PIMCSD求解卫星编队重构问题；
v 最优控制系统设计与仿真交互式界面软件—PIMCSD；
v 基于精细积分理论与算法体系的时变最优控制方案工程应用。
三篇文章，从理论体系到软件使用方法，以及实际应用效应的组合，以一个较完整的学习氛围，方便读者了解和认识该项成果的特色和工程应用情况。
当然，作为体系建设绝不是一项学科研究和一个应用领域就能够得上该称谓的。其实有资料表明，对电磁波导的理论研究要先于航空航天项目。不由把想象延伸开来去，该体系如能成功应用在电磁波导的实践中，人们是否有可能通过波的传播发现隐形目标的移动轨迹；通过磁波穿透岩石和煤层的传导，及时了解地下地层深处矿井中的讯息......。
数学家王元院士说“交叉科学和应用数学不简单，要最好的数学家去做，而不是差的数学家去做。最好的数学家能不能做，还是一个问题，搞得好、搞出一个成果来，也要几十年。”成果来之不易，师傅领进门，修行靠个人。自主技术是产品核心竞争力的基础，新兴产业也不例外。全新的知识体系对于学术研究、技术应用，意味着差异化和技术的前沿性，与工程项目的深入结合，其优势正是求之不得、梦寐以求的。期待着辛理论体系会给人们不断带来更多的惊喜的同时，正是一项全新的理论体系，更可以开辟的领域就会是“前无古人”的探索途径和实践领域，每个人都充满希望和机会。
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2011-12-26 09:29 阅读(952)
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