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孜孜弗倦 可登堂奥,涓涓不息 而成江河——记中国科学院院士、东北大学张嗣瀛教授
发布日期: 2015-10-15  浏览次数: 588


    张嗣瀛院士在中国控制界是人所敬仰的专家之一。半个世纪的岁月,他孜孜探索,辛勤耕耘,桃李不言,下自成蹊。他的卓越成就和贡献不仅赢得了学生、同事和同行的钦佩和赞誉,更彰显着学术大师学高为师,行为示范的崇高品德。

莫斯科师从切塔耶夫  稳定性研究国际瞩目

    20世纪50年代中期,刚刚诞生的新中国为了加快社会主义的建设步伐,派出了一大批优秀学者赴前苏联学习他们的建设经验和先进的科学技术。张嗣瀛就是其中之一,他被派到莫斯科大学数学力学系,学习进修现代控制理论,主攻运动稳定性问题。

    在莫斯科,张嗣瀛如饥似渴地学习新理论、新方法,在莫斯科大学教授、苏联科学院通讯院士N.G..切塔耶夫(Chetaev)的指导下,以控制系统的运动稳定性为主要研究方向,顺利完成了两年的进修和研究工作。

    在莫斯科大学期间,张嗣瀛由陀螺仪、回转仪的运动特性出发,认真研究了非线性控制系统的定性性质,讨论了有限时间区间的运动稳定性问题,给出了微分方程解的估值及非线性控制系统的一个稳定性判据,并扩展到变系数系统的运动稳定性问题,发展了运动稳定性理论。

    两年间,张嗣瀛做出了一批研究成果,发表在前苏联科学院数学与力学学报(PMM)及国内《力学学报》、《东北工学院学报》等学术刊物上。著名数学家华罗庚于1959年在“十年来中国数学研究概况”(科学通报,18期)一文中列举了张嗣瀛在这一期间的研究成果。在国内,多篇论文被钱学森与宋健合著的《工程控制论》等书索引。在国外,多篇论文被国际著名控制理论专家M.阿萨斯(Athans)、P.费尔博(Falb)、A.费里德邦(Felidbaum)、F.L.甘特麦克尔(Gantmacher),M.A.埃泽曼(Aizerman)等人的书索引。在A.K.巴德里巴耶夫(Badelibaev)的书中,还以“稳定区包络”为题,将张嗣瀛的有关研究成果作为书中的独立一节内容加以阐述。

    在我国,建国前关于稳定性理论的研究还是空白。可以说,张嗣瀛是我国稳定性问题研究领域的先驱者之一。

最优控制多方位研究 极值原理拓展性应用

    在控制系统有限时间区间上的运动稳定性问题的研究过程中,张嗣瀛发现了一个与稳定性问题相关的边缘性问题,即最快过渡过程问题。事实上,这已不属于一般稳定性问题,应该是最优控制问题的一种,是“调节品质”问题。张嗣瀛看到了这类问题重要的研究意义,同时也为了扩大学术研究领域,于是在60年代初毅然转向了这个看似与稳定性有关实则相对独立的研究方向。

    经过仔细分析,他从常系数线性系统入手,开始了最优控制问题的研究。不久,一系列关于最优控制理论研究的新结果问世了,连续发表在当时国内唯一的控制学术期刊《自动化学报》上。张嗣瀛以稳定性问题的研究结果为基础,借助于李雅普诺夫函数,对系统的扰动量作了定量估计,得到了使用线性开关控制函数的依据。随后,张嗣瀛又开始致力于变系数系统,即时变系统最优控制问题的研究。相对于庞特李亚金(Pontryagin)的定量极大值原理,提出了“定性”极大值原理,并应用于许多问题当中,包括非线性时变系统、能控性准则、能控区域、最优性条件等。随着研究工作的深入,张嗣瀛创造性地提出了一种确定边界条件的一般方法,被称为“集合覆盖法”。

    张嗣瀛的关于最优控制理论方面的许多研究结果被后人作为教材内容收入到控制理论专业教科书中。多篇论文被关肇直所著《极值控制与极大值原理》一书索引。20世纪80年代,张嗣瀛还应用最优控制原理成功解决了某钢铁企业的洗精煤使用和库存管理问题。

安装角分量解耦合 反坦克导弹显神威

    20世纪70年代中期,美、苏两国军备互相竞赛、加大了争霸世界的较量,使得国际局势动荡不安。为了保卫国家的建设与安全,我国也加强了军事科学研究的力量。在这种形势下,命名为“红箭-73”的反坦克导弹的研制工作启动了。张嗣瀛受命参加了反坦克导弹控制系统的研究工作。

    当时的关键问题是,在导弹发射与飞行的过程中,控制“俯仰”角与“偏航”角的两种指令有交叉耦合现象,导弹不听控,多次实弹打靶从未命中。这一问题不解决,导弹就不能装备部队。张嗣瀛凭借他坚实的理论基础,首先在原理上找到了解决途径,给出了脉冲调宽控制系统周期平均力的矢量表示法,并据此提出了独创的解耦方法,解决了两通道指令间的交叉耦合问题。然后根据这一解耦原理,调整了弹体上陀螺仪的安装角度。调整后进行了第一次打靶试验,目标为三千米远布幔上红十字靶,试验结果是三发两中,这极大地鼓舞了研究人员的士气。而后,经过进一步的研究和调整,在国家靶场又进行了正式打靶演习,目标为三千米远活动坦克靶,结果又是十发九中。“红箭-73”导弹的研究成功,极大地推动了我国国防现代化的建设,这种导弹已正式投产装备部队。

    由于在反坦克导弹控制系统的研究中,解决了关键问题,取得了突出实效,在1987年全国科学大会上,张嗣瀛获得了“做出重要贡献的先进工作者”奖。当时的冶金工业部于1993年授予张嗣瀛“在冶金军工创业和发展中做出突出贡献”奖。第五机械工业部拍摄的影片《红箭-73》中有片段反映了他在参加研制反坦克导弹过程中的风采。这项研究结果还于1988年被列入了《冶金军工史丛书(十九)》。

微分对策形成新体系 研究成果获得重嘉奖

    经过最优控制问题和实际军工项目的研究与实践,张嗣瀛看到了一个更为广阔的研究方向,即微分对策问题的研究。事实上,微分对策理论的发展有两方面的根源:一是对策理论,二是控制理论特别是最优控制理论。于是,在20世纪70年代,张嗣瀛开始了对微分对策理论全面深入的研究,系统地、创造性地建立了一整套新的理论体系和方法,并与实际部门协作项目相结合,得出了一系列应用成果,他是我国微分对策理论研究的开创者。

    张嗣瀛在研究中创造性地提出并论证了定性微分对策的极值性质,提出了定性极大值原理,使定量、定性两类问题统一在极值原理的基础上,并以此为核心提出一系列新概念、新方法,形成完整的新体系。在研究过程中,努力将理论方法与实际问题相结合,与八机部、四机部、航天部等单位建立了协作项目,进行“飞行最优制导律”、“基地布防拦截规律”、“地空导弹拦截律”等实际问题的研究,得到了“空战格斗中的两个区域”、“点捕获”、“有限时间局部捕捉区”、“碰撞避免”等可指导实际应用的结果。1987年科学出版社编辑出版了以他自身研究成果为内容和体系的《微分对策》一书,是国内唯一一本关于微分对策理论的专著。“微分对策及定性极值原理的研究”1987年获得了国家自然科学三等奖和国家教委科技进步一等奖,两项奖励均为单独获奖。

    为了使微分对策的研究更适合于工业应用,张嗣瀛又扩展了研究范围,将微分对策的一个主要分支——非合作对策理论纳入研究方向。从80年代中期到90年代初,他将主要精力放在了主从对策理论及应用的研究上。张嗣瀛深入发展了主从对策理论,首次提出了“惩罚量”等新概念,和一系列相应的非线性策略及其算法,将以往定性鼓励策略发展为定量鼓励策略,并在生产规划、能源配置、库存管理等方面获得应用。还研究了多方多层次复杂主从对策、奇异主从对策等,获得大量重要结果。受到法、美、波、以色列等国家同行专家们的关注,并函索研究成果。“非合作对策理论及应用研究”1992年获得了国家教委科技进步二等奖。

    如果说80年代以前,张嗣瀛的研究工作是孤军奋战的话,从80年代开始,他就有了一大批的追随者。在微分对策和主从对策的研究方向上,他培养出了5个博士,8个硕士。其中有4人毕业后留在了学校工作,在他身边继续从事科学研究工作。至此,一个研究团队形成并逐渐强大起来。1990和1993年的两届国际自动控制联合会(IFAC)的世界大会录取了这个团队的7篇论文,在国际上产生了很大的学术影响。这些团队成绩的取得都倾注了张嗣瀛的大量心血。

古稀之年问鼎新方向 基金支持复杂性科

    张嗣瀛在科学研究中勇于攀登和创新,他经常说:“我们不能总跟在别人后面搞,要有自己的方向和特色,搞别人没有搞过的东西,要在国际控制领域建立我们中国人的制高点。”20世纪90年代初,他提出并开辟了一个全新的研究方向——复杂系统的研究。

    张嗣瀛以复杂控制系统的对称性及相似性结构为主攻点,带领他的梯队开始了攻坚战。由于此项研究的学术性和前瞻性,张嗣瀛得到了国家自然科学基金连续四次的立项支持,而且其中一项属重大项目的子课题。至20世纪末,这一研究方向取得了重要进展,得到了系统性的结果,并向着更深层次更广范围拓展。不到十年间,在国内外期刊及重要国际学术会议发表论文百余篇,对于非线性系统、组合大系统,这类结构可使系统得到多种形式的降维、化简,并对一系列控制问题得出简化的控制规律,进而扩展到复杂系统和复杂性科学,受到国内外的重视。“复杂控制系统对称性及相似性结构的研究”1995年获得了国家教委科技进步一等奖。一篇张嗣瀛执笔的介绍此方向的论文被收入到黄文虎院士等编著、由科学出版社编辑出版的《一般力学(动力学、振动与控制)最新进展》一书中。

孜孜弗倦,可登堂奥 涓涓不息,而成江河

    张嗣瀛在国内冶金及自动控制界历任多项重要职务,创办学报及全国性学术年会,主持重要国际学术会议,积极活动,为促进学科发展做出了卓越贡献。但他从不居功自傲,以他的平凡的一言一行、踏实的敬业精神、严谨的治学态度、朴素的学术思想和博深的学术造诣影响着他周围的每一个人。他经常向他的弟子及团队成员讲:“人是要有一点精神的。孜孜弗倦,可登堂奥,涓涓不息,而成江河。”张嗣瀛为我国控制科学的发展做出了重要贡献,这不但体现在他学术研究成果上,还体现在他的教书育人工作中。他就像育种护花的泥土,将大量心血倾注在对年轻人的培养上。

    在较清苦的条件下,他团结领导本单位的师生,长期坚持基础研究工作,不断探索新问题。从1989年起,他发起建立了每周一次的学术讨论班,所有团队成员包括教师、博士生和硕士生在一起互相交流最新学术动态、讨论各自取得的研究进展和成果,充分调动了师生的积极性,极大促进了学术队伍的成长。在他谆谆教导和循循善诱之下,一大批科研骨干和学术精英迅速成长起来。多年来,他培养了博士后5人,博士40余人(其中25人成为教授,12人成为博士生导师),硕士50余人。现仍在指导着在读博士生14人。

    张嗣瀛“处事如春风、律己以秋风”,他朴素的风格深得人们的赞誉。他的朴素,有学风之朴素、作风之朴素、为人之朴素、精神之朴素。他常向他的学生说,人是要有一点精神的,所谓精神,应该是一个人所具有的本性品质,要不为利所动,不为权所倾,不为名所累,不为位所争。

    他学风朴素严谨,尊重同行,为人正直,数十年的不懈努力与奋斗,留下的是一条闪光的足迹:在基础理论研究和科学实践中,他独辟蹊径,潜心钻研,安于清贫,锲而不舍,终成控制理论一代宗师;在教书育人的岗位上,他呕心沥血,身体力行,为人师表,甘为人梯,堪称人民教师之楷模;在做人与做学问方面,他踏实敬业,学风严谨,朴实谦和,博大宽容,深得同事、弟子们发自内心的敬仰与尊重。



 

【张嗣瀛院士简介】

    张嗣瀛,男,汉族,1925年出生于山东省章丘县。1948年毕业于武汉大学机械系,现为东北大学信息科学与工程学院教授、博士生导师,中国科学院院士。曾任国务院学位委员会学科评议组成员,历任国家自然科学基金委员会学科评审组成员,中国大百科全书《自动控制及系统工程卷》编委及控制理论分支主编,《控制与决策》主编 、《信息与控制》副主编 、《自动化学报》、《控制理论与应用》、《系统科学与数学》、《军事系统工程》等期刊编委,中国自动化学会常务理事。

    张嗣瀛院士在自动控制领域取得了一系列系统性理论成果,解决过武器研制中的重要关键问题。发表论文320余篇,专著1部:《微分对策》。对于微分对策理论,提出了定性极大值原理,形成新体系,并给出一系列应用,获1987年国家自然科学三等奖和国家教委科技进步一等奖。主从对策的研究,获1992年国家教委科技进步二等奖。90年代提出一个新研究方向,即复杂控制系统对称性和相似性结构与控制规律的研究,取得系统性的结果,获1995年国家教委科技进步一等奖。还曾参加“红箭—73”反坦克导弹的研制,解决了因控制指令交叉耦合导弹不听控的关键问题,获1978年全国科学大会“做出重大贡献的先进工作者”奖。1993年冶金部“在冶金军工创业和发展中,做出突出贡献”奖。1990年被国家教委、国家科委授予“全国高校先进科技工作者”称号,1989年被评为辽宁省劳动模范、沈阳市特等劳动模范,1998年获全国“五一”劳动奖章,1999年被评为辽宁省功勋教师。