我国控制理论与控制工程专家 吴宏鑫院士

发布时间:2021-09-15

浏览数:251

导语:秉承尊重历史、以史为鉴、弘扬传承的理念,中国自动化学会于2015年特别打造“口述历史”系列访谈栏目,走访学会和自动化学科发展息息相关的老一辈科学家,探寻心灵深处的记忆,记录心路历程的点滴,为当代自动化领域科技工作者了解历史、传承老一辈科学家的宝贵科学思想和精神财富提供有益借鉴。

本期学会采访的是吴宏鑫院士。吴宏鑫,中国自动化学会特聘顾问,控制理论与控制工程专家,中国科学院院士,北京控制工程研究所研究员、资深技术顾问,中国空间技术研究院技术顾问,中国航天科技集团有限公司科技委顾问、博士生导师。主要从事航天和工业领域的自适应控制和智能控制理论与应用研究,先后承担了卫星型号任务、国家“863”课题、部重点预研课题、国家自然科学基金重点项目和工业控制等10多项国家任务和工程项目。1965年毕业于清华大学自动控制系。2003年当选为中国科学院院士。获得了多项研究成果,其中获国家发明三等奖和二等奖各1项,部级科技进步一等奖1项、二等奖5项,全国优秀科技图书二等奖1项,获国家发明专利多项。

图1 吴宏鑫院士接受学会秘书处采访

(第一排左起分别 王飞跃、吴宏鑫、王成红 第二排 左起分别 陶则宇、王坛、张楠、吕爱英、叩颖)

 

 

  • 艰难困苦玉茹钰成,驾驭命运的舵是奋斗

吴宏鑫出生在江苏省丹徒县的一个农村家庭,父亲在他刚满10个月的时候就去世了,他由爷爷一手带大。爷爷是私塾教师,年幼时吴宏鑫便常常在放牛间隙去听爷爷在私塾里讲四书五经。当时谁也不会想到,这个整天骑在牛背上的放牛娃,日后竟会成为一位科学家。当爷爷把吴宏鑫送进新式学校时,他已到了该读四年级的年纪,只接触过四书五经的他和四年级的孩子们一起学习,可想而知会有多么吃力。但聪明听话的吴宏鑫十分要强,经过一年的努力成绩便追赶了上来,一举夺得了班上的第一名。上中、小学的时候,老师就告诉吴宏鑫,他的家庭出身不好,要想成功,成绩就必须远远超过别人,这句话对他产生了很深的影响,所以从那时起直到高中,吴宏鑫的成绩一直名列前茅,是老师们喜欢的好学生。他初中的语文老师还在他毕业时赠送过他一副题词,内容不像一般祝福一帆风顺、事业有成之类的一样,而是告诉他“要有乘风破浪的勇气,有逆水行舟的精神”,这句话让吴宏鑫在今后的学习和工作中都很受用。

吴宏鑫高考时,正值前苏联第一颗人造卫星成功发射不久,他十分向往航天技术,一心想报考清华大学自动控制系,但由于出身不好,录取几率不高,吴宏鑫的班主任建议他报考清华大学其他专业。就这样,吴宏鑫考上了清华大学其他专业,经调剂后最终进入了自动控制系。当吴宏鑫如愿以偿,最终踏入清华自动控制系的大门时,他非常珍惜这个学习机会,全心地投入到他所喜爱的课程之中。

1965年大学毕业后,吴宏鑫被分配到中国科学院自动化所工作。1968年,中国科学院自动化所进行专业调整,一部分要划归航天部门管理,成为北京控制工程研究所。吴宏鑫才就此加入了航天的队伍。

 

  • 祸兮福所倚,审查室中的人生转折

吴宏鑫进入北京控制工程研究所后,“文化大革命”席卷全国,吴宏鑫也受到了冲击,被隔离审查。但就是这次被审查的经历,成为了他一生的转折点。当时与吴宏鑫同屋的“难友”是美国归来的著名专家——北京控制工程研究所副所长杨嘉墀先生。平白无故被关起来审查,吴宏鑫十分不服气,一直想着要争个清白。但是杨嘉墀先生的表现却让他甚为疑惑。遭受更大冤屈的杨先生异常平静,每次交代问题时,杨先生都会带上写好的材料,如果审查的人告知材料不合格,也会立即修改。挨了多次批斗的杨先生,没有义愤填膺愤愤不平,反而特别想得开。更出乎吴宏鑫意料的是,虽然在隔离审查,屡屡遭受批斗,杨先生却一直坚持做卫星方案。面对吴宏鑫的暴跳如雷和怨声载道时,杨先生对吴宏鑫说了一句话:“只要你自己认为自己没有错,别的就不要去管他,该做什么就做什么”。这句话让吴宏鑫深受触动,他心想,像杨先生这样有名的专家,遭受莫名冤屈都仍旧心怀科研,自己有什么理由去消沉呢?于是,吴宏鑫变得坦然起来,他利用这段难得的清静时光自学了英语和日语两门语言,学习了现代控制理论和计算机控制等知识,将关自己的小屋变成了自习室。

期间,一次偶然的机会让吴宏鑫的才华得以施展。一次,卫星发射任务需要到基地出差,原本安排出差的人因突然情况而未能出行,领导就找到吴宏鑫问他能不能去。吴宏鑫以为自己听错了,自己还没有平反,竟然还会有去基地发射卫星的机会。在这次发射任务中,吴宏鑫表现出色,当时的发射队领导、后任五院副院长的张国富研究员说:“我发现了一个人才”,此后他一直很关心和支持吴宏鑫。

 

  • 潜心钻研,勇涉自适应控制新领域

1978年,吴宏鑫终于恢复了正常的工作,而此时的他也面临着工作岗位的抉择。“文革”之初,吴宏鑫就职在卫星方案总体组,是否仍旧回去担任类似工作呢?面对工作上的疑惑,杨嘉墀先生建议他研究航天器自适应控制这一国内无人涉足的新领域。

什么是自适应控制呢?吴宏鑫当时也摸不着门道,但就是这个无人涉足的新领域引起了他更强烈的兴趣。听说上海有一位高校教师王家声对此有所了解,吴宏鑫便跑到上海,请人家“科普”。回来之后,他向杨先生作了汇报。杨先生又向他提出了两点要面临的问题,让他做好充分的心里准备。一是我国卫星发展起点较低,发展缓慢,可能一时半会儿还用不上自适应控制技术,所以想要取得研究成果比较困难,至少要准备坐10年冷板凳;第二,这方面研究主要是未来航天控制所需要的,可能会得不到认同,航天工程领域的人会认为这侧重理论层面,而数学理论的学者又会认为这侧重工程应用。当时的吴宏鑫对自适应控制已经有了初步的轮廓,做好了心理准备,义无反顾地便踏上了自适应控制的研究之路,成为航天部门里研究领域独特的“冷板凳”学者。

自适应控制理论和方法是控制领域中的一个热点,它可以广泛地应用于工业生产过程控制、航天地面工程控制和航天器控制等方面。自适应控制研究开展之初受到了很多航天工程领域学者的质疑,但杨嘉墀先生在20世纪70年代末力主提倡开展此项研究,他说:现在的卫星没那么复杂,用不到这些东西,但将来的卫星一定会用得到。

正当吴宏鑫为自适应控制研究和应用进行筹划,并开展初步研究时,又一个机会降临了。1980年,一位欧洲学者来北京作有关自适应控制的学术报告,邀请杨嘉墀先生参加。吴宏鑫得知后很想参加,但苦于既没有请柬也拿不出会议费用,正在发愁时,杨先生将请柬给了吴宏鑫,并为他缴了费用,让他代替自己参加。吴宏鑫怀着感激的心情参加了报告会,学到了很多东西,并在这次学术交流中大胆发出了自己的声音,与欧洲的学者进行了充分沟通,得到了一定程度的认可。

此后一段时间,吴宏鑫在“空间环境模拟器控制系统”中,针对参数未知、参数缓慢变化的情况,明确提出了一种“全系数自适应控制方法”。1981年,有关论文在所内刊物上发表,引起了国内理论界的轰动。1982年召开部级鉴定会,宋健院士连续三天参加了鉴定会,并亲自前往现场查看实验结果。这件事让吴宏鑫更加坚定了继续研究下去的信念。1984年,吴宏鑫在自适应控制方面的发明“系数之和等于1的全系数自适应控制工程设计新方法及应用”,因其原始创新性获国家发明奖。随之,他也成为当时航天系统青年科技人员中的佼佼者。当时的航天部评出了最初的一批研究员,吴宏鑫以他突出的科研成果跻身这一行列,成为当时航天部系统最年轻的研究员之一。1985年,他的论文在《自动化学报》发表。

吴宏鑫在全国各地寻找“试验田”,在天津、河北等省市的炼油厂、啤酒厂、制药厂等企业开展了自适应控制技术研究和推广,成果显著。有一次,吴宏鑫到石家庄一家已经应用了这种控制方法的啤酒厂去,偶然碰到一位工人,这位工人悄悄对他评价道:“你不知道,这是北京一个姓吴的教授给我们搞的,特别管用。”吴宏鑫当时听了,心里非常开心,没有说话。

吴宏鑫的“全系数自适应控制理论和方法”,在此后20多年的应用与研究中不断完善,系统性和实用性均得到加强,形成了一套完整的自适应控制理论和方法,并在航天与工业过程控制中得到了广泛应用。

吴宏鑫另外的研究重点是智能控制领域,提出了特征建模理论并写了两本专著,一本为《基于特征模型的智能自适应控制》,另一本为《特征建模理论、方法和应用》。在航天方面,他与学生们提出了“基于对象特征模型描述的黄金分割智能控制方法”等项目,达到了国际先进水平,获得了两项国家发明专利。在工业控制方面,针对铝电解项目提出的“基于智能特征模型的智能控制方法”,已使贵州铝厂年增效益百多万元,在铝行业属于国内外首创,并不断向其它企业推广应用。

“神舟五号”载人飞行圆满成功后,中国空间站的发展得到了广泛关注。“交会对接”这个名词被越来越多地提及。其实早在1989年,航天专家屠善澄先生就提出要开展交会对接的预先研究。吴宏鑫参与了预研,针对交会对接预研项目与他人合作提出了“非线性黄金分割自适应控制”,得到了“863计划”空间站技术专家组的褒扬。

 

  • 为人谦虚,谆谆教诲育后人

现如今吴宏鑫已年逾八旬,为我国自适应控制领域作出了卓越的贡献,也培养了领域内诸多人才。但在谈及他本人所取得的成就及巨大贡献时,吴老却用“趋近于零”来概括,他认为自己所取得的研究成果非常渺小,与当前及未来需要研究的和已知的领域相比,甚至是趋近于零的。同时,吴老表示,自己能够获得一些成长和进步,离不开杨嘉墀、屠善澄、宋健和萨支天等前辈的提携和指导。

吴老为人谦虚和无私奉献的精神感染了在场的所有人。在采访中,吴老还提及自己毕生的几句座右铭,无不让人肃然起敬、受益匪浅。一是相信党,相信群众;二是老老实实做人,踏踏实实做事;三是专心致志、持之以恒,实事求实、无私无畏;四是一身正气,善诚待人。

2021年是中国自动化学会成立60周年,在历届理事会的领导和推动下,中国自动化学会发生了翻天覆地的变化。吴老作为学会的特聘顾问,见证了学会新时代的蓬勃发展。在谈及自动化未来发展时,吴老表示自动化的发展可以学习外国的经验,但要始终坚持理论联系实际;自动化要提倡埋头苦干的精神;最重要的是,中国人一定要有一套自己的控制理论和控制系统。

 

编后语:吴宏鑫先生艰难求学、求索报国、甘坐冷板凳的辗转经历,他谦虚谨慎、淡泊名利、爱国奉献的精神与情怀,感染和激励着每一位在科研路上前进的科技工作者。一代人有一代人的奋斗,一个时代有一个时代的担当。希望通过此次采访,探寻老一辈科学家的心路历程,弘扬传承老一辈科学家孜孜不倦、为国奉献的科学精神,激励更多的科技工作者实现更多“从0到1”的突破,为我国的自动化事业添砖加瓦。

我国控制理论与控制工程专家 吴宏鑫院士

发布时间:2021-09-15

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导语:秉承尊重历史、以史为鉴、弘扬传承的理念,中国自动化学会于2015年特别打造“口述历史”系列访谈栏目,走访学会和自动化学科发展息息相关的老一辈科学家,探寻心灵深处的记忆,记录心路历程的点滴,为当代自动化领域科技工作者了解历史、传承老一辈科学家的宝贵科学思想和精神财富提供有益借鉴。

本期学会采访的是吴宏鑫院士。吴宏鑫,中国自动化学会特聘顾问,控制理论与控制工程专家,中国科学院院士,北京控制工程研究所研究员、资深技术顾问,中国空间技术研究院技术顾问,中国航天科技集团有限公司科技委顾问、博士生导师。主要从事航天和工业领域的自适应控制和智能控制理论与应用研究,先后承担了卫星型号任务、国家“863”课题、部重点预研课题、国家自然科学基金重点项目和工业控制等10多项国家任务和工程项目。1965年毕业于清华大学自动控制系。2003年当选为中国科学院院士。获得了多项研究成果,其中获国家发明三等奖和二等奖各1项,部级科技进步一等奖1项、二等奖5项,全国优秀科技图书二等奖1项,获国家发明专利多项。

图1 吴宏鑫院士接受学会秘书处采访

(第一排左起分别 王飞跃、吴宏鑫、王成红 第二排 左起分别 陶则宇、王坛、张楠、吕爱英、叩颖)

 

 

  • 艰难困苦玉茹钰成,驾驭命运的舵是奋斗

吴宏鑫出生在江苏省丹徒县的一个农村家庭,父亲在他刚满10个月的时候就去世了,他由爷爷一手带大。爷爷是私塾教师,年幼时吴宏鑫便常常在放牛间隙去听爷爷在私塾里讲四书五经。当时谁也不会想到,这个整天骑在牛背上的放牛娃,日后竟会成为一位科学家。当爷爷把吴宏鑫送进新式学校时,他已到了该读四年级的年纪,只接触过四书五经的他和四年级的孩子们一起学习,可想而知会有多么吃力。但聪明听话的吴宏鑫十分要强,经过一年的努力成绩便追赶了上来,一举夺得了班上的第一名。上中、小学的时候,老师就告诉吴宏鑫,他的家庭出身不好,要想成功,成绩就必须远远超过别人,这句话对他产生了很深的影响,所以从那时起直到高中,吴宏鑫的成绩一直名列前茅,是老师们喜欢的好学生。他初中的语文老师还在他毕业时赠送过他一副题词,内容不像一般祝福一帆风顺、事业有成之类的一样,而是告诉他“要有乘风破浪的勇气,有逆水行舟的精神”,这句话让吴宏鑫在今后的学习和工作中都很受用。

吴宏鑫高考时,正值前苏联第一颗人造卫星成功发射不久,他十分向往航天技术,一心想报考清华大学自动控制系,但由于出身不好,录取几率不高,吴宏鑫的班主任建议他报考清华大学其他专业。就这样,吴宏鑫考上了清华大学其他专业,经调剂后最终进入了自动控制系。当吴宏鑫如愿以偿,最终踏入清华自动控制系的大门时,他非常珍惜这个学习机会,全心地投入到他所喜爱的课程之中。

1965年大学毕业后,吴宏鑫被分配到中国科学院自动化所工作。1968年,中国科学院自动化所进行专业调整,一部分要划归航天部门管理,成为北京控制工程研究所。吴宏鑫才就此加入了航天的队伍。

 

  • 祸兮福所倚,审查室中的人生转折

吴宏鑫进入北京控制工程研究所后,“文化大革命”席卷全国,吴宏鑫也受到了冲击,被隔离审查。但就是这次被审查的经历,成为了他一生的转折点。当时与吴宏鑫同屋的“难友”是美国归来的著名专家——北京控制工程研究所副所长杨嘉墀先生。平白无故被关起来审查,吴宏鑫十分不服气,一直想着要争个清白。但是杨嘉墀先生的表现却让他甚为疑惑。遭受更大冤屈的杨先生异常平静,每次交代问题时,杨先生都会带上写好的材料,如果审查的人告知材料不合格,也会立即修改。挨了多次批斗的杨先生,没有义愤填膺愤愤不平,反而特别想得开。更出乎吴宏鑫意料的是,虽然在隔离审查,屡屡遭受批斗,杨先生却一直坚持做卫星方案。面对吴宏鑫的暴跳如雷和怨声载道时,杨先生对吴宏鑫说了一句话:“只要你自己认为自己没有错,别的就不要去管他,该做什么就做什么”。这句话让吴宏鑫深受触动,他心想,像杨先生这样有名的专家,遭受莫名冤屈都仍旧心怀科研,自己有什么理由去消沉呢?于是,吴宏鑫变得坦然起来,他利用这段难得的清静时光自学了英语和日语两门语言,学习了现代控制理论和计算机控制等知识,将关自己的小屋变成了自习室。

期间,一次偶然的机会让吴宏鑫的才华得以施展。一次,卫星发射任务需要到基地出差,原本安排出差的人因突然情况而未能出行,领导就找到吴宏鑫问他能不能去。吴宏鑫以为自己听错了,自己还没有平反,竟然还会有去基地发射卫星的机会。在这次发射任务中,吴宏鑫表现出色,当时的发射队领导、后任五院副院长的张国富研究员说:“我发现了一个人才”,此后他一直很关心和支持吴宏鑫。

 

  • 潜心钻研,勇涉自适应控制新领域

1978年,吴宏鑫终于恢复了正常的工作,而此时的他也面临着工作岗位的抉择。“文革”之初,吴宏鑫就职在卫星方案总体组,是否仍旧回去担任类似工作呢?面对工作上的疑惑,杨嘉墀先生建议他研究航天器自适应控制这一国内无人涉足的新领域。

什么是自适应控制呢?吴宏鑫当时也摸不着门道,但就是这个无人涉足的新领域引起了他更强烈的兴趣。听说上海有一位高校教师王家声对此有所了解,吴宏鑫便跑到上海,请人家“科普”。回来之后,他向杨先生作了汇报。杨先生又向他提出了两点要面临的问题,让他做好充分的心里准备。一是我国卫星发展起点较低,发展缓慢,可能一时半会儿还用不上自适应控制技术,所以想要取得研究成果比较困难,至少要准备坐10年冷板凳;第二,这方面研究主要是未来航天控制所需要的,可能会得不到认同,航天工程领域的人会认为这侧重理论层面,而数学理论的学者又会认为这侧重工程应用。当时的吴宏鑫对自适应控制已经有了初步的轮廓,做好了心理准备,义无反顾地便踏上了自适应控制的研究之路,成为航天部门里研究领域独特的“冷板凳”学者。

自适应控制理论和方法是控制领域中的一个热点,它可以广泛地应用于工业生产过程控制、航天地面工程控制和航天器控制等方面。自适应控制研究开展之初受到了很多航天工程领域学者的质疑,但杨嘉墀先生在20世纪70年代末力主提倡开展此项研究,他说:现在的卫星没那么复杂,用不到这些东西,但将来的卫星一定会用得到。

正当吴宏鑫为自适应控制研究和应用进行筹划,并开展初步研究时,又一个机会降临了。1980年,一位欧洲学者来北京作有关自适应控制的学术报告,邀请杨嘉墀先生参加。吴宏鑫得知后很想参加,但苦于既没有请柬也拿不出会议费用,正在发愁时,杨先生将请柬给了吴宏鑫,并为他缴了费用,让他代替自己参加。吴宏鑫怀着感激的心情参加了报告会,学到了很多东西,并在这次学术交流中大胆发出了自己的声音,与欧洲的学者进行了充分沟通,得到了一定程度的认可。

此后一段时间,吴宏鑫在“空间环境模拟器控制系统”中,针对参数未知、参数缓慢变化的情况,明确提出了一种“全系数自适应控制方法”。1981年,有关论文在所内刊物上发表,引起了国内理论界的轰动。1982年召开部级鉴定会,宋健院士连续三天参加了鉴定会,并亲自前往现场查看实验结果。这件事让吴宏鑫更加坚定了继续研究下去的信念。1984年,吴宏鑫在自适应控制方面的发明“系数之和等于1的全系数自适应控制工程设计新方法及应用”,因其原始创新性获国家发明奖。随之,他也成为当时航天系统青年科技人员中的佼佼者。当时的航天部评出了最初的一批研究员,吴宏鑫以他突出的科研成果跻身这一行列,成为当时航天部系统最年轻的研究员之一。1985年,他的论文在《自动化学报》发表。

吴宏鑫在全国各地寻找“试验田”,在天津、河北等省市的炼油厂、啤酒厂、制药厂等企业开展了自适应控制技术研究和推广,成果显著。有一次,吴宏鑫到石家庄一家已经应用了这种控制方法的啤酒厂去,偶然碰到一位工人,这位工人悄悄对他评价道:“你不知道,这是北京一个姓吴的教授给我们搞的,特别管用。”吴宏鑫当时听了,心里非常开心,没有说话。

吴宏鑫的“全系数自适应控制理论和方法”,在此后20多年的应用与研究中不断完善,系统性和实用性均得到加强,形成了一套完整的自适应控制理论和方法,并在航天与工业过程控制中得到了广泛应用。

吴宏鑫另外的研究重点是智能控制领域,提出了特征建模理论并写了两本专著,一本为《基于特征模型的智能自适应控制》,另一本为《特征建模理论、方法和应用》。在航天方面,他与学生们提出了“基于对象特征模型描述的黄金分割智能控制方法”等项目,达到了国际先进水平,获得了两项国家发明专利。在工业控制方面,针对铝电解项目提出的“基于智能特征模型的智能控制方法”,已使贵州铝厂年增效益百多万元,在铝行业属于国内外首创,并不断向其它企业推广应用。

“神舟五号”载人飞行圆满成功后,中国空间站的发展得到了广泛关注。“交会对接”这个名词被越来越多地提及。其实早在1989年,航天专家屠善澄先生就提出要开展交会对接的预先研究。吴宏鑫参与了预研,针对交会对接预研项目与他人合作提出了“非线性黄金分割自适应控制”,得到了“863计划”空间站技术专家组的褒扬。

 

  • 为人谦虚,谆谆教诲育后人

现如今吴宏鑫已年逾八旬,为我国自适应控制领域作出了卓越的贡献,也培养了领域内诸多人才。但在谈及他本人所取得的成就及巨大贡献时,吴老却用“趋近于零”来概括,他认为自己所取得的研究成果非常渺小,与当前及未来需要研究的和已知的领域相比,甚至是趋近于零的。同时,吴老表示,自己能够获得一些成长和进步,离不开杨嘉墀、屠善澄、宋健和萨支天等前辈的提携和指导。

吴老为人谦虚和无私奉献的精神感染了在场的所有人。在采访中,吴老还提及自己毕生的几句座右铭,无不让人肃然起敬、受益匪浅。一是相信党,相信群众;二是老老实实做人,踏踏实实做事;三是专心致志、持之以恒,实事求实、无私无畏;四是一身正气,善诚待人。

2021年是中国自动化学会成立60周年,在历届理事会的领导和推动下,中国自动化学会发生了翻天覆地的变化。吴老作为学会的特聘顾问,见证了学会新时代的蓬勃发展。在谈及自动化未来发展时,吴老表示自动化的发展可以学习外国的经验,但要始终坚持理论联系实际;自动化要提倡埋头苦干的精神;最重要的是,中国人一定要有一套自己的控制理论和控制系统。

 

编后语:吴宏鑫先生艰难求学、求索报国、甘坐冷板凳的辗转经历,他谦虚谨慎、淡泊名利、爱国奉献的精神与情怀,感染和激励着每一位在科研路上前进的科技工作者。一代人有一代人的奋斗,一个时代有一个时代的担当。希望通过此次采访,探寻老一辈科学家的心路历程,弘扬传承老一辈科学家孜孜不倦、为国奉献的科学精神,激励更多的科技工作者实现更多“从0到1”的突破,为我国的自动化事业添砖加瓦。