“走马观花”看控制发展简史

——2023先进动力智能控制集训营（第二讲）

2023年10月17日，由中国内燃机学会主办，中国内燃机学会内燃动力智能技术分会、天津大学先进内燃动力全国重点实验室共同承办的先进内燃动力智能控制集训营（第二讲）顺利结束。中国科学院数学与系统科学研究所研究员黄一教授受邀作现场报告，报告主题为“走马观花”看控制发展简史。课程由内燃机学会内燃动力智能控制技术分会的秘书长宋康副教授主持。

黄一研究员从历史上第一个控制系统——公元前300年的浮球调节装置，延申至近代欧洲最早的反馈系统——温度调节计，进而讲到最早应用于工业蒸汽机的飞球式调速器。他讲到实践上的需求推动了理论的不断进步：1868年出现了第一个系统分析反馈控制稳定性的理论研究，为工业上的应用提供了巨大的理论支撑；1877年出现了著名的Routh-Hurwitz判据，利用该判据可以较为轻松地判断系统的稳定性；19世纪末到20世纪初，反馈控制器越发繁荣，出现了船的自动驾驶仪等反馈控制装置，可以自动保证船只维持稳定的航线；20世纪20年代到40年代，控制系统分析与设计的频域方法应运而生，虽然没有时域分析更为直观、形象，但是其在一张图上就能体现系统的瞬态响应性、稳定性、抗干扰能力，简化了控制系统的分析与设计过程；同时代还出现了ziegler-nichols PID参数整定方法，为工业界的大规模应用提供了支撑，至此经典控制理论蓬勃发展。

黄一老师深入浅出地讲解了现代控制理论中的三个代表性工作：贝尔曼的动态规划、庞特里亚金的极大值原理，卡尔曼滤波。他认为：“现代控制理论拓宽了经典控制理论的范畴，动态规划、极大值原理基本上是用在实时规划预期路线的，而卡尔曼滤波则是用于更好的测量和处理传感器信号的”。即现代控制理论更偏向于规划出一条预期参考信号，而传统控制理论则更偏向与跟踪这条参考曲线。最后他强调了自抗扰控制作为传统控制理论的一员，为控制发展所做出的巨大贡献。近五年，自抗扰控制由于其能有效处理大量非线性不确定系统，已经在工业界被广泛应用。如在我国的飞行控制中，很多型号已经在使用，美国德州推出的基于ADRC的运动控制芯片，上海交大的多用途服务机器人的运动规划和避障控制，以及天津大学的无人碾压机等。

课程结尾，黄老师展望前景，他认为由于目前动力系统行业正处于智能化、网联化发展迅猛的大背景中，深度学习、强化学习等方法不断涌现，特斯拉的基于大模型的端到端的无人驾驶车辆已初出茅庐，如果这些新兴方法有朝一日能用于控制，那时将会把控制的发展史继续猛的往前推动，可能会打破原来的一些东西，可能又会出现一个比较大的变革。

纵观控制的发展史，理论与实践都是如胶似漆、密不可分的。实践需要促使理论不断进步，理论创新又反过来不断指导工程实践。学校、研究所、企业等机构应该通力合作、互相学习、互相交流、互相促进、共同成长。正如平台创始人天津大学谢辉教授强调的集训营的意义：“为了让这个领域具有更多的创新活力，让自动控制理论、人工智能、大数据、云计算等领域里面涌现出来的新算法新方法融合到发动机动力系统、车辆控制中，进而迸发出新的生命力。”希望集训营成为校企合作交流的优秀平台，让更多的学校和企业能利用这个平台共同探讨前沿理论、分享实践经验，不断激发创新火花。

据悉，同济大学、天津大学、吉林大学、山东大学、哈尔滨工业大学等22所高校，潍柴、玉柴、重汽、上汽、广汽、东风、吉利、天津易鼎丰、天津布尔科技等20家企业，中船711研究所、北方发动机研究所、一汽无锡油泵油嘴研究所、中科院数学与系统科学研究院等7家研究院所，共四十余家单位100余名师生参加了本次集训营。