首页 > 智企 > 高校院所 > 正文

哈工大工程系教授周彬的“控制”事业与人生

2014年03月18日    来源:中国科学报     
4606

 

“控制”是一种神奇的力量,从汽车准确倒车到神舟飞船回收,从工厂自动化系统到核潜艇定位、卫星编队,均有控制技术的身影。

上世纪60年代,由Kalman引入的状态空间法给控制理论带来了新一轮的发展,形成了直到今日仍蓬勃发展的现代控制理论。像其他学科一样,一大批优秀的中国学者对控制理论的发展作出了巨大的贡献。时至今日,中国的控制理论研究者已经是全世界控制理论研究群体中不可缺少的一部分,涌现出一大批优秀的专家学者,在国际上的影响力已经不可小觑。

哈尔滨工业大学航天学院控制理论与制导技术研究中心教授周彬就是一位对“控制”理论研究情有独钟的“80后”青年学者。他表示,控制理论具有很强的理论特色,在很多方面必须走在实践的前面,虽然短期内难以看到直接的经济效应,但这并不妨碍他对控制理论研究的强烈兴趣。

初试啼声,他的研究论文登上国际著名杂志

2000年,周彬考入哈工大控制科学与工程系。因为从小就对数学很感兴趣,而这个学科需要学习很多理论知识,数学的味道较浓,对数学的要求也比较高,所以非常对周彬的胃口。随着学习的深入和对专业了解的不断加深,周彬对这个专业的兴趣也越来越浓,越来越觉得它非常适合数学功底比较扎实的自己。果不出其然,在大学期间,周彬多次在数学建模竞赛中获得过奖励。

大三下学期,周彬上了一门叫“线性系统”的课程,用的教材是本校教授段广仁的《线性系统理论》。周彬对这门课学得非常认真,对书本上的内容不满足于掌握和理解,而是深入思考。该书中关于Sylvester矩阵方程AX-XF=BY(这一方程在控制系统的非优化设计中具有重要的作用)的解是这本书的亮点内容,周彬对书本上关于F具有Jordan 标准型这一结构假设不太满意,于是他尝试着首先将对F的假设放松为“友矩阵”以避免复数运算。出乎意料地,他得到了一种不同于书本结果的新的解析通解。喜出望外的周彬把结果写成论文草稿向段广仁请教,没想到段广仁非常感兴趣,亲自将其翻译成英文并加以润色,还帮周彬投稿到线性代数领域的著名国际杂志Linear Algebra and Its Applications。两年后,该杂志录用并发表了周彬的论文。这在当时国内本科生中是极为罕见的。

大三结束时,周彬获得保送本校研究生的资格,从那时起他便进入实验室开始将主要精力投入到控制理论的研究之中。由于和段广仁的合作,周彬本科毕业后顺理成章跟随段广仁攻读硕士学位。读硕士期间,他进一步降低对F的假设,得到了F为“任意矩阵”时的解析通解,在控制理论领域的著名国际杂志Systems & Control Letters 等上面发表了一些相关的学术论文。但是因他家庭非常困难,虽然段广仁多次和他谈过,但他并没有继续攻博的愿望,而是打算硕士毕业之后参加工作。2005年直攻博(硕博连读)的最后报名时限已经截止了,段广仁获知周彬没有报名,竟亲自和研究生院沟通,最终将他补报上去。这一段插曲对周彬的职业生涯影响深刻。可以说,周彬的科研之路是由段广仁为他铺平的。

再接再厉,他的学术研究直指学科前沿

控制理论的研究发展到今日,分支已经非常细致,研究方向非常广泛。从攻读博士学位阶段起,周彬就开始从事约束控制和时滞系统方面的研究。约束控制面临的主要问题是控制信号的幅值或者能量受到限制——这些限制导致控制问题成为本质的非线性控制问题。时滞系统指的是一种具有记忆的系统——即过去的信息持续影响现在的状态,是一类本质的无限维控制系统。

无论是非线性控制系统还是无限维控制系统,目前在理论上都是非常困难的,还没有发展出像线性时不变控制系统那样成熟的理论。因此,针对约束控制和时滞控制系统的研究,在目前的情况下,因“题”制宜采取一些有特色的研究,是比较可行的。当然,周彬之所以从事这两方面的研究,除了他们在理论研究上的困难性,更主要的是这两类问题都具有非常广泛的应用背景:一方面是任何实际工程控制系统都不可避免存在约束,另一方面是时滞系统可以描述大量的工程控制系统。

工作至今,周彬已作为负责人主持了多项科研课题。这些课题基本都是围绕约束和时滞控制系统展开的。对这两方面的理论研究,周彬通过承担各类科研项目并结合前人工作的基础,目前已取得了一些成绩。一是在线性和非线性小信号反馈方面,提出了L∞和L2范数渐消的概念和刻画方法,从而在一定程度上揭示了小信号反馈的本质,并首次提出和解决了能量受约束控制系统的半全局镇定问题;二是在周期时变系统的控制与约束控制方面,较系统地解决了镇定和受限镇定问题,并在航天器轨道交会控制系统和编队飞行控制系统上得到了有效的应用;三是在时滞系统的控制方面,提出了包括基于截断预估器反馈、动态时滞补偿器和嵌套预估器的时滞补偿方法,得到了一些比较有趣和深刻的结果。

其实,在科学研究的道路上,周彬的勤奋早已助他收获了累累硕果。2008年,还是博士研究生的他就独立获得了第五届“中国青少年科技创新奖”,而后又入选“教育部新世纪优秀人才支持计划”并获得“全国百篇优秀博士学位论文”等奖励。但周彬并没有就此停滞,而是选择继续躬耕前行,钻研不辍。

2013年,周彬主持的项目“约束与时滞系统的控制理论及其应用”获得了国家自然科学基金委的“优秀青年科学基金”项目,这无疑是国家自然科学基金委和研究同行对他研究工作最大的支持和肯定。项目拟以前期的研究工作为基础,结合课题组承担的航天工程项目,主要研究约束和时滞系统的控制理论及其在航天器交会和编队飞行中的应用。以幅值饱和约束系统、能量饱和约束系统、非线性系统、时滞系统和时变系统等为背景,发展之前提出的参量Lyapunov方法、范数渐消、截断预估器反馈、动态时滞补偿和嵌套预估器反馈等方法,并结合Lyapunov稳定性理论和先进非线性控制理论,深入研究这类复杂动态系统的稳定性分析、镇定以及多种性能指标的综合问题,从而逐步建立约束与时滞动态系统的新型控制方法及其在航天器交会和编队飞行控制中的应用技术。

[责任编辑:Robot]
转载申明:中国智能化产业与产品网独家专稿,转载请注明出处,违者必究!

官方微信

联系我们

010-57188978
投稿:zgznhcy@ciiip.com
地址:北京市朝阳区劲松南路1号
网址:www.ciiip.com
关于我们
加为微信好友