数学院“人和事”系列——自抗扰控制的创始人

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数学院“人和事”系列——自抗扰控制的创始人

原创 黄一 中国科学院数学与系统科学研究院 2022-02-03 14:45



      上个世纪九十年代的中科院系统所控制室,每年年底都组织全室聚餐一次，大家带着自己的碗筷，在一间大教室一起动手做吃的，还能一边总结工作、交流感情。在一次聚餐中，当大家把各自的碗堆放在桌上，开始分头擀饺子皮、包饺子、做菜，其乐融融的时候，一位学者仔细打量着桌上大大小小的碗，沉思一会，意味深长地对身边一位干着活的学生说：“你看桌上那堆碗，大小颜色形状都不同，一会开饭的时候，大家肯定一眼就能从这一堆碗中瞬间找到自己的，但如果按现在常用的 if-then 形式的算法搜索，先按大小搜，再按颜色找，再根据形状挑……且找不到呢！人脑一定不是按这种算法做搜索的，现在的所谓人工智能算法是有问题的！”

　　在如此轻松热闹的氛围中，能从一个几乎没人注意的现象联想到当前热点研究中根本性的问题，听到这番话的学生被折服了，大家轻松、无误取到自己的碗，吃上热气腾腾的饺子，更加体会到这位学者言语的深意，“找碗”的故事甚至影响了这个学生后来的科研之路。

　　这位学者叫韩京清，是我国控制理论和应用早期开拓者之一。他注重引导学生独立思考，强调“学而不思则罔”，他的指导经常让学生有醍醐灌顶、一语点醒梦中人的感受。

　　参加活动的黄一后来回忆，“找碗”的故事解开了她本科毕业设计遇到的疑惑。当时她对自己使用 if-then 语句设计的中医专家系统不太满意，觉得中医诊病不应该这么简单机械。韩京清的一席话语，让她醒悟即使是书中的方法和思路本身也可能是有很大局限的，做研究要从源头上去思考。

　　韩京清有着令人羡慕的早期工作经历。1958 年秋，20 岁的韩京清以优异成绩从吉林大学数学系毕业，被分配到中科院数学所工作。当时中国科学技术大学刚建立，缺少教员，韩京清有幸被推荐成为华罗庚、王元、万哲先的助教，担任数学分析与解析几何两门课的辅导老师。韩京清十分珍惜这次难得的向大师学习的机会。担任辅导老师，可以直接聆听大师的教诲和指导。华罗庚还时常给韩京清出题做，培养了他的能力，也使他很快在业务上崭露头角。韩京清工作勤奋，经常辅导、批改作业到深夜，每天只睡四五个小时。王元曾回忆：韩京清是我的第一个助教，他做事非常认真。

　　1962 年初，韩京清转入刚成立的中科院数学所控制理论室工作，配合时任该室副主任的宋健开展“等时区”和“开关曲面”之间几何关系的研究，他们合作发表了“最速控制系统的分析与综合”论文，明确给出了线性最速控制综合问题的答案。这个成果在 1963 年第二届国际自动控制联合会（IFAC）大会上被国内外学者称赞为对最优控制理论的重要贡献。一年多的合作研究，使他与宋健成为亲密好友。

　　韩京清多年从事现代控制理论研究，并取得突出成绩。从 20 世纪 80 年代开始反思现代控制理论的发展现状，对现代控制理论的研究方法提出了一系列触及本质的质疑，并克服重重困难，努力开创实用控制方法。特别是在他生命的最后十余年里，创新性地提出了自抗扰控制（ADRC）理念和方法，并积极推广 ADRC 技术，使其成为控制技术与理论发展的新动力。现在，ADRC 研究已经枝繁叶茂，特别是近些年来，振奋人心的应用成果不断出现。

　　ADRC在美国率先成功实现了从学术到工业的跨越，克利夫兰大学高志强致力于推进 ADRC 在工业上的应用，2010 年美国 Parker Hannifin挤 压机工厂的 10 条生产线采用了 ADRC ，实现了节能 57% 的效果；2011 年美国国家超导回旋加速器实验室的高能粒子加速器采用了 ADRC ，有效提高了对幅值和相位的控制；2013 年美国德州仪器公司推出了一系列装有 ADRC 算法的运动控制芯片。

　　1999 年韩京清带领控制室许可康、黄一完成第一个航天姿态控制课题,提出基于 ADRC 的飞行控制方法。经过 20 多年的发展，目前已经形成原创性的以 ADRC 为核心的飞行器控制设计新方法和新理论，攻克了多项新型飞行器研制中的技术壁垒，带来了一系列航天航空高性能飞行器控制系统核心技术创新，并已实际应用于我国航天航空多个新型飞行器的飞行控制中。

　　ADRC 在中国多个重要工业领域得到越来越广泛和深入的实际应用，如高性能多用途服务机器人的运动规划和避障控制、电厂的低压加热器水位控制、磨煤机风温控制和过热汽混控制以及循环流化床机组协调控制等等。

　　郭雷这样评价韩京清，他“把科研、事业看作跟生命一样重要，甚至高于生命”。求索创新，矢志不渝！这是多少学者一生追求和向往的终极目标啊。 　  

（改编自《自抗扰控制技术资料选编——纪念韩京清先生逝世 5 周年》“韩京清生平”，作者黄一；《控制理论与应用》“音容犹在—与韩老师的闲聊”，作者黄一）

来源：中国科学院数学与系统科学研究院