
2014 年1 月10 日,国家科技奖颁奖典 礼在北京人民大会堂举行,“多源干扰系统 的建模、分析与控制理论研究”项目荣获国 家自然科学奖二等奖,这是东南大学首次 获得国家自然科学奖二等奖。“多源干扰系 统的建模、分析与控制理论研究”项目主要 完成人是郭雷、孙长银、吴淮宁和李涛。
该成果第二完成人、东南大学特聘教 授孙长银回到南京后的第一件事,就是到 其导师、中国科学院院士冯纯伯的家中,向 师母报告喜讯,并对着冯院士的照片激动 地说:“我们终于获得了国家自然科学奖, 完成了您的夙愿!”
师出名门 薪火相传在东南大学自动化学院,曾经有一位 德高望重的老教授,我国自动化研究领域 的领军人物。他就是东南大学自动化研究 所原所长、教授、博士生导师,东南大学原 研究生院副院长,东南大学国家重点学科 “控制理论与控制工程”的学术带头人冯纯 伯院士 (1928 年4 月16 日-2010 年11 月 10 日)。
冯纯伯院士1950 年毕业于浙江大学 电机系。1953 年哈尔滨工业大学研究生毕 业。1958 年获苏联列宁格勒工业大学技术 科学副博士学位。长期以来,冯纯伯院士主 要从事系统辨识及自适应控制的研究,取 得了许多新的研究成果,形成了完整的新 体系。他提出了偏差补偿最小二乘辨识方 法。在自适应控制方面,他在模型参考自适 应控制系统中引入逻辑切换,提高了全系 统的鲁棒稳定性。他独立提出了鲁棒性很 强的建模及自适应控制系统的设计方案, 并对时间序列分析理论的发展作出了重要 贡献。以系统辨识及自适应控制研究为题, 获 1986 年国家教委科技进步一等奖和 1991 年国家自然科学四等奖。他1994 年当 选为俄罗斯科学院外籍院士,1995 年当选 为中国科学院院士。他所编写的《非线性控 制系统分析与设计》以及与他人合编的《自 适应控制》《鲁棒控制系统设计》等专著,均 是全国统编研究生教材,已被广泛采用。其 中《自适应控制》获电子工业部优秀教材一 等奖。
郭雷,1994 年考入东南大学师从冯纯 伯院士,1997 年获得东南大学自动控制理 论及应用专业博士学位,1997 至1999 年曾 继续跟随冯院士从事博士后研究。孙长银, 1999 年师从冯纯伯院士,2001 年、2004 年 分别获得东南大学控制理论与控制工程专 业工学硕士、博士学位。李涛,2010 年获得 东南大学控制理论与控制工程专业工学博 士学位,是冯院士和郭雷教授联合培养的 学生。
“多源干扰系统的建模、分析与控制理 论研究”项目以东南大学为第一完成单位 进行申报。第一完成人郭雷现为教育部长 江学者特聘教授,北京航空航天大学蓝天 学者特聘教授,2009 年国家杰出青年基金 获得者,教育部长江学者创新团队负责人, 飞行器控制一体化技术国家级重点实验室 副主任,北京市智能感知与控制国际合作 基地主任;第二完成人孙长银是2011 年国 家杰出青年基金获得者,东南大学特聘教 授、二级教授、江苏省高等学校优秀科技创 新团队带头人,2012 年3 月起受聘为北京 科技大学自动化学院院长,目前,孙长银教 授还担任北京市工业波谱成像技术研究中 心主任、中国自动化学会副秘书长等学术 职务。
从上世纪90 年代到现在,在冯纯伯院 士的指导和影响下,郭雷教授及其研究团 队十余年来致力于多源 干扰系统控制理论的研 究,在非高斯系统随机分 布控制、多干扰系统复合 分层控制以及抗干扰容 错控制方面取得了开拓 性、创新性的研究成果。 开辟了多源干扰系统控 制理论的研究新方向,发 展和丰富了不确定和随 机系统控制和估计理论。 研究团队在 IEEE 汇刊等 国际知名期刊发表 SCI 收录论文 100 余篇,在 Springer 出版社和 CRC 出版社分别出版英文专 著1 部,研究成果得到了国内外知名学者 的充分肯定和广泛引用,并且在航空航天、 造纸、冶金等领域得到验证和应用。
冯院士在世时,曾经多次就项目的前 期材料进行过规划和指导,可以说字里行 间凝结了他老人家的心血、闪耀着他老人 家智慧的光芒。直至去世之前,他还谆谆教 导大家,得奖与否并不重要,是金子总会发 光。因此,“多源干扰系统的建模、分析与控 制理论研究”项目能够获得国家自然科学 奖,取得历史性的突破,可以说是冯纯伯先 生学术思想的一个传承,看似偶然,实为必 然。
孙长银教授在接受采访时表示:我们 能够在多源干扰系统控制理论方面取得一 系列理论成果,得到国内外同行专家的高 度认可,是对冯纯伯院士学术思想和科研 精神最好的传承。此时此刻,我们首先要感 谢博士导师冯纯伯院士等师长的培养,要 感谢多位院士、众多专家学者和广大同事 们的长期指导和呵护,要感谢东南大学和 北京航空航天大学两个学校各位领导的大 力支持和关怀。
固本强基 锐意创新自动控制理论是一门多学科交叉的学 科,对数学、物理、机械、电气都有所涉及。冯 纯伯院士在招收和培养研究生时特别注重 学生的理论素养。冯院士始终认为,要在理 论方面做更深入的研究,必须要有扎实的 理论基础。所以,他在培养自己学生的时 候,特别要求学生对基础知识的掌握。“不 以一时成败论英雄”,固本强基,厚积薄发, 是他对学生的一贯要求。他经常说,搞研究 不要比发表文章数量,要比解决理论和实 际问题的能力,搞科学的人一定要能坐得 住冷板凳,耐得住寂寞。
郭雷教授曾经在鲁棒控制领域做出过 突出的工作,在国内已经具有了一定影响 力。但是,为了解决多源干扰系统控制理论 的瓶颈问题,他曾有两三年的时间没有发 表一篇文章,正是靠着平和淡泊的 “抗干 扰”心态和“安贫乐道、讷言敏行”的治学之 道,他才能最后成功地解决了一系列多源 干扰系统的核心理论问题。
冯院士特别鼓励学生开展原创性的研 究工作。他常说,搞研究不要盲目跟风,要 有自己的思想,要大胆创新。这样的培养方 式也深深影响到了他的学生。针对传统鲁 棒控制方法的保守性问题,郭雷率领研究 团队“敢为天下先”,在国际上系统地提出 并研究了多通道多类型干扰系统控制问 题,解决了多通道干扰的解耦分离和同时 抑制抵消的难题,提出了一系列基于干扰 特征提取和表征、具有复合分层结构的抗 干扰控制理论与方法,大大提高了复杂系 统的抗干扰控制能力。针对传统高斯系统 方差优化理论的局限性,研究团队又原创 性地提出了非高斯系统统计信息集合优化 法则,创立了随机分布泛函驱动的非高斯 随机分布控制理论研究新方向。
在采访中,孙长银教授介绍说:“冯老 师重视基础理论的培养、重视原创性理论 的研究,这些学术思想已经深深铭刻在我 们心里,成为我们师门弟子的共同财富。现 在,我们师兄弟遍布全球,很多人都在自己 所在的研究领域和方向努力做出原创性的 研究成果。冯老师当年是怎么培养我们的, 我们也努力那样培养我自己的学生。一日 为师,终生为父”。孙长银教授感慨道。目 前,孙长银教授带领他的团队承担了国务 院责成中国科协牵头的 “老科学家学术成 长资料采集工程”冯纯伯院士项目,通过对 冯纯伯院士家庭背景、求学历程、尤其是对 冯纯伯院士学术思想形成和科学成就产生 深刻影响的工作环境、学术交往中关键节 点和重要事件的口述历史资料的搜集和挖 掘整理,力图真实反映冯纯伯院士学术思 想、观点和理念产生、形成、发展过程。
追根溯源 知行合一冯纯伯院士一方面重视原创性基础理 论的研究,另一方面也非常重视实践应用。 他认为控制科学是一门面向应用对象的学 问,控制科学来源于实际,控制理论扎根于 工程,控制理论必须与实践紧密结合。做研 究要仰望星空,更要脚踏实地,尤其是自动 控制理论这样一个应用背景非常强的学 科。
冯院士常常告诫学生,控制理论的研 究一定要抓住问题的源头和根本,要深层 次地考虑理论方法如何能解决实际问题, 切忌人云亦云,有生命力的理论一定是在 工程实践中取得重大成功的成果。控制科 学一方面解决重要的科学问题,另一方面 一定要满足实际需求,工程实践与应用是 检验控制理论的标准。
郭雷教授在科研工作中 忠实践行了“从工程实际中提 炼控制科学问题、理论成果进 行实际验证和应用”的学术思 想。航空航天、先进制造等复 杂工程系统一般含有不确定 性、随机性等模型未知动态, 并受到外部环境干扰以及传 感器测量噪声、控制机构误差 和结构振动等内部噪声的影 响。这些多源干扰严重影响控 制系统的精确性、稳定性和可 靠性,已经成为控制工程的挑 战性难题。郭雷教授在取得了 多源干扰系统基础理论的一 系列成果之后,冯纯伯院士多次与他谈心, 给他写信、打电话,鼓励他要勇于开拓新领 域,要将最前沿的控制理论同国家航空航 天领域的战略需求有机结合,真正做到知 行合一。他来到北航后,先后主持了国家 863 计划深空探测领域重大项目、973 项 目、国家民用航天计划、国防基础研究项目 等多项围绕国家战略需求的重点课题,针 对行星精确着陆控制、多星组网编队控制、 无拖曳卫星控制以及仿生自主导航等实际 问题开展了一系列抗干扰控制理论的应用 研究,使多源干扰系统控制理论成果得到 了广泛验证,取得了良好的效果。孙长银教 授先后主持了国家基金委重大研究计划项 目 “近空间高超声速飞行器智能自主控制 研究”和国家杰出青年科学基金项目“智能 系统与飞行器控制”,主要围绕高超声速飞 行器所具有的强非线性、参数快时变性、强 耦合性和不确定性的特点对控制系统提出 的特殊要求开展了一系列研究,取得了初 步成果。
应该说,“多源干扰系统的建模、分析 与控制理论研究”项目获国家自然科学奖 二等奖,是东南大学长期以来注重基础研 究获得的阶段性重要成果,也可为未来“控 制科学与工程”学科的理论研究与创新奠 定了一个良好的基础。
在采访最后,孙长银教授谦虚地说: “尽管我们的成果获得了国家奖项,获得了 同行认可,但我们还需要继续努力,尤其是 在人民大会堂看到习近平主席给国家最高 科技奖获得者颁奖的时候,更感觉到了我 们的工作微不足道。 我们面前的道路还很 长,还有很大的发展 空间。回想冯老师的 期望和期待,我们仍 需不断求索。那难以 忘却的怀念,将会是