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以国家的需求为己任

——记“鲁棒控制理论及其在航天控制中的应用”教育部创新团队
 
作者:吉星
 
  “鲁棒控制理论及其在航天控制中的应用”是我校长江学者特聘教授段广仁等承担的2005年教育部“长江学者和创新团队发展计划”创新团队项目。鲁棒是什么呢?首先带着这样的疑问,记者开始了对团队带头人段广仁教授的采访。
  “鲁棒是Robust的音译,用东北话讲就是‘抗造’,用起来没有问题,文雅地说就是稳健、强壮。鲁棒控制系统是指具有抵御干扰能力的控制系统。大到导弹、飞机、卫星,小到电梯等控制系统,它们在恶劣的环境下或者危险的情况下如果仍能保持系统的基本性能或保持系统的稳定性,那就说明这些控制系统的性能或稳定的鲁棒性很好,‘免疫性’很强。”段广仁教授的解释清楚明白。
 
为了国家航天事业
  
  作为中国航天人才的摇篮,哈工大与中国航天有着割不断的情缘。航天技术是探索、开发和利用宇宙及空间资源和发展高科技武器、保护国家安全的现代高科技技术。20世纪中后期,航天技术得到迅速发展,取得了辉煌的成就。作为许多科技最新成就的集成,喷气技术、电子技术、自动化技术、遥感技术、材料科学、计算机科学、数学、物理、化学等均可以列入航天技术的范畴。因此,发展航天技术具有重要的意义:航天技术的发展,可极大地提高国家在综合国力及其在国际活动中的地位,可以大大增强我国的军事力量。
 
段广仁教授(后立者)和他的团队
 
  段广仁教授介绍说,鲁棒控制是20世纪70年代兴起的控制理论分支,目前仍然非常活跃,具有非常广泛的研究内容。鲁棒控制方法适用于稳定性和可靠性作为首要目标的应用。由于任何实际物理系统中都不可避免地存在参数变化,例如,元件老化、工况改变、数据错误等因素,因此关于不确定系统的鲁棒控制研究不但具有重大的理论意义,而且还具有非常重要的应用价值。
  而在航天领域中,存在着许多尚未解决的非常复杂的鲁棒控制问题。这些问题在一定程度上制约了航天控制技术的发展。为了提高我国的控制理论水平和解决航天控制中的一系列重大问题,亟待建设一支具有坚实基础和较高自主创新能力的研究群体,而段广仁教授为带头人的团队就是这样一支团队。
  “我们的研究瞄准国际鲁棒控制领域的前沿课题和国家航天控制领域中亟待解决的控制问题,致力于将我们的先进控制理论研究成果有效地应用于航天控制的实际问题之中。”段广仁教授强调。
  团队的研究骨干高会军教授也表示,作为一名高校教授,自己肩负着很大的社会责任。他目前正在努力将自己的研究工作与社会需求相结合,力争为国家航天事业贡献自己的力量。
  基于目前国内外鲁棒控制理论研究现状以及我国的航天需求,结合哈工大的航天特色,团队将鲁棒控制理论方面的成果应用于航天控制之中。段广仁教授说,团队研究的方向细化起来就是,在鲁棒控制理论研究中,以控制系统参数化设计方法与复杂系统分析与设计为着眼点,结合磁悬浮系统、寻北仪系统、卫星控制、探月飞行器软着陆等相关应用背景,解决鲁棒控制理论中的重大理论与应用问题。
 
国内领先的研究
  
  哈工大“控制科学与工程”学科是1955年由前苏联专家帮助建立的,当时在苏联专家指导下开始自动控制本科专业招生,同时开始自动控制和陀螺及仪表学科方向的研究生培养,是国内最早开展该学科研究生培养的学校。
  其实早在20世纪50年代,在王子才院士、冯纯伯院士、王广雄教授、胡恒章教授、吴广玉教授等一批老前辈的带领下,哈工大结合国家发展重大需求,特别是航天科技发展方面的需求,开展的相关研究已经涉及了鲁棒控制理论和航天控制系统分析与测试等方面的一系列相关课题。20世纪80年代,他们洞察国内外控制理论的发展现状,并结合哈工大的航天特色,指导硕士生和博士生等对现代鲁棒控制理论及其在航天控制方面的应用等关键问题进行了广泛深入的研究,并为此后承担国家重大课题奠定了坚实的理论和工程技术基础。
  段广仁教授是在导师黄文虎院士的指导下,阅读和浏览了大量涉及现代控制理论领域数十个研究方向的文献资料,最终将研究方向放到了现代控制理论中特征结构配置与鲁棒控制理论上来。
  “目前,围绕现代鲁棒控制理论与应用研究领域,哈工大控制科学与工程学科逐步形成由近30位教授和一批副教授及博士后、博士生组成的富有朝气的研究队伍,并通过相互协作和知识结构相互渗透,开辟出很多新的研究方向,完成了一系列重大和重要的航天控制课题。” 团队研究骨干姚郁教授介绍说。
 
一流的创新团队
  
  “该创新团队多年来在鲁棒控制领域开展联合攻关,取得了一系列国际领先的研究成果,所发表的学术论文的SCI被引用达千余次。除此之外,他们在飞行器导航、制导与控制和航天器系统仿真与测试方面也做出了令人瞩目的成就。该创新团队成员知识结构合理,攻关能力强,具有团结协作精神和很强的创新能力。”这是在申报创新团队时,哈工大学术委员会的推荐意见。
  “创新团队成员主要由控制科学与工程学科、应用数学学科的中青年教授构成,形成了理工结合、交叉渗透的科学研究方向,并共享同一软硬件研究平台和相关研究成果,形成了既有独立开展课题研究又有协作攻关的团队。”段广仁教授说,“创新必须有一支一流的创新队伍,我们的团队现在已经有了很强的实力,而且还在不断发展和壮大。”
  的确,这个团队里有很多耀眼的科技之星。段广仁教授是导航、制导与控制学科长江学者特聘教授,国家杰出青年基金获得者,教育部跨世纪优秀人才基金获得者,第四届中国青年科技奖获得者,航天总公司跨世纪学术与科技带头人,IEE Fellow。到目前为止,段广仁教授在国内外重要刊物及学术会议上发表学术论文400余篇,其中英文刊物论文80余篇,国际会议论文100余篇。被三大检索(SCI、EI、ISTP)收录论文160余篇。以第一名的成绩荣获教育部提名自然科学一等奖,黑龙江省自然科学一等奖,黑龙江省高校自然科学一等奖……
  团队研究骨干周克敏教授是控制理论与控制工程学科长江学者讲座教授;国家杰出青年基金获得者;IEEE Fellow……
  团队研究骨干关新平教授是段广仁教授的博士生,在2005年一年之中一举将长江学者、国家杰出青年基金奖拿了下来。师生同是长江学者、国家杰出青年基金奖获得者的情况在国内是不多见的。
团队研究骨干姚郁教授是教育部优秀骨干教师资助计划基金获得者,教育部跨世纪优秀人才基金获得者,第八届中国青年科技奖获得者,曾获2000年国家科技进步二等奖……
  团队研究骨干沈毅教授是教育部优秀骨干教师资助计划基金获得者,教育部跨世纪优秀人才基金获得者……
  团队研究骨干高会军教授是教育部新世纪优秀人才基金获得者,全国百篇优秀博士学位论文获得者……
  博士生导师黄显林教授、张焕水教授、王常虹教授、杨明教授、周荻教授、马广富教授、胡泓教授、严质彬教授……
  有如此高水平的团队,倘若再加以努力的话,想不出成果也困难。
 
爱岗敬业的成员
  
  “段老师特别勤奋,晚上十一二点才下班几乎是家常便饭,很多时候都是通宵达旦地工作。一年之中很多时间他都要出差,家里的事情很少有时间管。”段广仁教授的博士生、团队成员付艳明告诉记者。
  当被问及此事的时候,段广仁教授爽朗地笑了,他说:“工作很紧张,很忙,这不光是我一个人,很多人都是这样,也经常是这样。在哈工大亏欠老婆孩子的人太多了,不止我一个,姚郁、沈毅他们不也是这样嘛。”
  “如果不出差,主要有两件事要做。”段广仁教授风趣地说,一是“还债”,因为很多工作都堆在那儿,欠的未审的论文、要写的报告……;二是“睡觉”,“觉总是睡不够。另外,午睡是我的一个老习惯。睡完中午觉,晚上可以好好工作,否则效率就不高。但是下午经常有会,中午吃饭也总是会晚点。”对于段广仁教授来说,午睡也是件很奢侈的事。
  段广仁教授是很喜欢打乒乓球的,苦于工作忙很少有时间能尽情地去玩。有时候忽然想起来了,就去打20分钟——手机闹铃定20分钟,闹铃一响,又该去工作了。
  关新平教授是段广仁教授的博士生,现任燕山大学电气工程学院院长,由于师生关系,他和段广仁教授在学术上一直保持着密切联系。参与组建创新团队后,关新平更是成了哈工大的常客。“有时候来了连房间也不订,早上到,晚上走,中午我们俩人在哈特宾馆要个钟点房眯一会,下午接着工作。” 段广仁教授说。
  团队各自职责明确,虽然分工上有所不同,但是大家都有一种力争上游的精神、不达目的不罢休的魄力。团队经常要开会讨论工作进展,也会经常出差。这当中有许多有趣的小故事,对团队来说也成了调剂紧张工作的小插曲。
  段广仁和黄显林、周荻、荆武兴4位教授一起去北京申请国家自然科学基金重点项目。由于时间紧迫,晚上上了火车,几个人带着笔记本就开始修改报告、准备答辩的工作了。到北京后光顾着干活,谁也没有想着买回哈尔滨的火车票。等事情办完了,不知道谁说了一声“咱们明天回哈的车票还没买呢”,大伙这才想起来,明天是五一长假前的最后一天,票这么紧张,买不到票可就要在北京过五一了。于是几人急急忙忙打电话让各自的朋友帮忙先把票买上。结果火车票虽然是买到了,却买了双份。朋友好不容易把票给买来了不好说不用了,把票退了吧还真是“浪费”,“兜售”出去吧这事没做过不说,能不能“兜售”出去还两说。最后,4个大教授在火车站广场转悠了半个多小时,最后到底还是排队把多余的票退了。
 
面向国际化的团队
  
  20世纪50年代,哈工大是我国与苏联交流、合作的窗口,在鲍曼石拉姆科、古静可等专家的帮助下,创建了控制学科专业,开始了有关方面的教学和研究工作,翻译出版了国内最早的自动控制原理教材。
  近年来,控制学科除继续重视对俄合作外,还积极开展了与欧美、日本等国家和地区的合作与交流活动。该学科先后主办“航空航天系统与控制(FISSCAA)”、“工业电子及应用(ICIEA)”以及“中日双边控制会议”等国际会议,主办“中国控制会议”、“中国系统仿真学术年会”、“光电技术学术交流会”等全国性会议。并与俄罗斯鲍曼莫斯科国立技术大学开展“半球谐振陀螺测试调平技术研究”、与日本上智大学开展“混合动力系统控制技术研究”、与新加坡南洋理工大学开展“鲁棒控制理论研究”、与香港科技大学开展“深空探测微小型敏感与执行设备研究”、与加拿大开展“时延系统及应用研究”等合作研究。
  整个创新团队一向重视国际交流。2006年5月,控制理论与制导技术研究中心以控制科学与工程学科为依托,成立哈工大控制、优化与应用中澳联合实验室。该联合实验室的主要任务是,以中澳双方多年来在鲁棒控制理论方面的前期研究成果为基础,以优化理论为工具,进一步深入研究鲁棒控制理论中的若干前沿课题。
  “20078月,我们与澳大利亚两所大学联合申请的国家自然科学基金国际重大合作项目‘基于优化的鲁棒控制理论与应用’获得批准。” 段广仁教授介绍说,“本合作项目结合国际鲁棒控制理论与现代航天科技的发展前沿,以现代鲁棒控制理论与现代航天科技中的关键问题为研究背景,开展关于鲁棒控制方面的基础理论及其在航天控制中的应用研究。”
  “在国际交流合作方面,继续扩大国际合作的广度与深度,并争取更多的有实质性的国际合作项目,增强学科科研创新能力,建设一个在国际上有一定影响力的控制理论研究中
实现团队的国际化。”段广仁教授讲述了团队的国际化发展目标。