观测器

一位跨越时代的学者

发布时间:2022/6/20 22:21:08   
QQ营销求职招聘微信群 https://www.edunews.net.cn/2021/ywbb_1008/144576.html

不知不觉的韩京清老师离开我们已经十年,他的影响力却有增无减;他的学术风格好比陈年老酒,弥久愈香。相信了解他的人都有故事可讲,下面是我的。

韩老师照片

缘分

世上总有些事情说不清楚,算是缘分吧。比如钱学森先生年9月17日坐“克利夫兰总统号”船回国,35年后我开始在CSU任教至今,继续研究钱先生的工程控制论,一天都不差,巧合?

?钱学森一家年9月17日乘克利夫兰总统号邮轮回国

我和韩京清老师的交往也始于缘分,这要从我父亲说起。他60年代初调到中科院数学所做行政工作,那时就认识韩老师。66年韩老师留苏回来时还到家里吃过饭,那应该是我们第一次见面。70年代末我在新疆工作时,父亲要了些雪莲,后来才知道治疗的是韩夫人的关节炎,这是韩老师后来想起来的。

我大学主修的专业是无线电,留美时受到CharlesRohrs教授的影响,改修控制,博士毕业后一直在克利夫兰州立大学任教。克利夫兰是一个历史悠久的工业城市,也是美国工业自动化的大本营。我早期的研究生多数在职,普遍具有强烈的应用背景和求知欲。在他们提出的挑战面前我常常感到无从下手,在专业方向上有点迷失,隐隐地感觉里面有问题,不接地气,可是又看不出问题出在哪。

于是我通过学生联系周边的企业:Nordson,Invacare,Bendix等等,找问题,接项目,在做项目过程中积累实践经验,抽象把握工程问题的主干,制定今后的研究方向,为工程服务。我要特别感谢那些最初资助我的公司,把项目经费给我这个初出茅庐、对工程一无所知的小年轻。正是这些项目给了我研究工程控制必须有的实践机会,帮助我重新找回了研究的乐趣。

在实践中我发现控制这个行业可能还真有问题:工程中做的和课堂里讲的基本是两回事。起初我想这是我对理论的理解不深刻,为此我利用暑期专门去麻省理工修了MichaelAthens的现代控制理论,可还是不得其所。95年我到北理工参加IFAC青年控制会议,顺便回到父母工作过的科学院,去图书馆查资料,去所里寻高人讨教,韩老师就是这样被我找到的。

小时候我常常去数学所看电视,借书。那时所里唯一的电视机放在四楼;图书馆在二楼半,每周开两个下午,那是文革中我们几个小伙伴唯一能够借到国外小说的地方。那里的管理员阿姨对我们超好,允许我们用大人的名义借书。上了中学后我们发现语文的底子都是小时候在所图书馆打下的。

中科院计算所北楼,四层和五层是数学所

数学所里有个控制室,主任是关肈直先生,父亲在家里常常提到他:‘学问好,人品也好,又红又专’。95年时关先生和我父母都不在了,是我姐姐通过一个40楼的老邻居,也是我小学同学肖人毅的妈妈,找到所里的邓淑慧老师。邓老师帮我约见了韩老师,一见面韩老师马上想起来了,连忙跟同事介绍,这是谁谁谁的儿子。见到小时候的叔叔阿姨,让我倍感亲切。还记得文革前的时候父母带着我参加这些叔叔阿姨们的婚礼呢。现在居然可以谈论他们的工作了。

?

年我(高志强,左)在系统所访问韩老师(右)

独特的理论,脱俗的见解

我硕士论文的方向是线性系统理论,89年在TAC发表过一篇这方面的论文,对国外的研究有所了解。而韩老师在国内是这个领域的先驱。我们的交谈很快就深入了进去。韩老师从著名学者BillWolovich的结构定理(StructureTheorem)说起,提出质疑。Wolowich可是我导师的导师,学术界绝对的权威。文革后韩老师在国内各个高校开课,讲授文革中国外兴起的线性系统理论。可是讲到结构定理的时候总是有点儿别扭。以这个感觉为起点和动力,韩老师80年代建立了一套截然不同的线性系统理论,用的是带着中国古代数学印记的构造性方法,简洁而优美地揭示了线性系统时域和频域形式之间的内在联系。对:简洁、优美!

我后来发现韩老师的工作常常是立意新颖,方法巧妙,结果漂亮,字里行间透着一股美感。他从来不盲目地跟别人走。他的文章大都是中文的,国外不知道、不引用、不称赞都没关系。这是何等的自信!

接下来韩老师的助手许可康老师到我校访问半年,和我们同吃同住,连我的子女都跟着受益。刚开始我们天天研究韩老师的线性系统理论,准备有机会把它系统地介绍给国外的学者。可是很快又发现韩老师还有更厉害的:ADRC!

?许可康老师在美国

那是96年我第二次到系统所找韩老师,我们讨论完了线性系统理论后,韩老师他又走到黑板前,简短地写下了自抗扰控制律。我很快明白了韩老师的本意:这是一个不依赖对象模型的控制律;一个工程师们的企盼。韩老师又介绍他89年的《控制理论:控制论还是模型论》一文给我,把我多年的困惑终于一扫而光,让我在学习和研究控制十年后看到希望。这篇文章给了我勇气,放弃了前面十年的积累,重新开始,走上一个条不归之路。

回到美国后我马上根据韩老师的建议,和当时正在芝加哥读博的王学军联系。他以前在系统所工作,是韩老师的得力助手,非常熟悉韩老师的思维。记得电话里他第一句话劈头盖脸:你为什么要研究这个?了解情况后他专门从芝加哥赶过来,把韩老师的工作和他的设想如数家珍似地给我们讲了一遍。这是他94年出国之前的设想,一直没有机会实施。我们两个一拍即合,一合至今。

从王学军的讲座中我们悟到韩老师的思路:不依赖模型的工程控制技术突破点在哪里?工业上PID一统天下是什么道理?为什么用线性加权和而不用非线性的?根据王学军介绍,韩老师90年代初以非线性控制律的开发为突破口,通过大量仿真实验,力图发现合理、有效的控制算法。所谓扩张状态观测器(ESO)就是这么发现的,后来成为后续工作的新突破口。

?王学军年在CSU讲座的讲稿

ADRC是98年正式发表的。韩老师对我们毫无保留,96年就把二阶对象的非线性ADRC算法给了我们。王学军、我、许可康老师以及我的博士生蒋方君随即开始了ADRC的仿真和实验研究。由于我们的理解不深,控制器参数又比较多,控制策略虽然比较简单、直观,调试起来还是遇到了一下困难。其间我们多次和韩老师开电话会议,一起说服韩老师尽快访问克利夫兰。

我(高志强,左)、韩老师(中)和王学军(右)在伊利湖畔

自抗扰控制技术的工程化

几经邀请,韩老师终于在97年夏天来到了克利夫兰州立大学的应用控制研究实验室讲学,并和我们一起进行ADRC的运动控制实验。运动控制是制造业的一大类问题,它对快、准、稳的追求是永无止境的。我们为了做实验半年前就专门购置了一套ECP的运动控制平台,并在上面做了ADRC的实现和初步实验,效果还不太明显。

韩老师到了克利夫兰后的第二天就来到了实验室看实验效果。他一边看一边指导小蒋调调这个参数,调调那个参数,半个小时就搞定了,效果惊人!后来我们录制了这个实验的视频,就是网上常常看到的那个PID与ADRC在转盘实验台上的比较。马到成功,韩老师也非常高兴,对ADRC技术的前景充满了信心。就这样我们和韩老师开始了长期合作。我们的目标是ADRC的工业化,使它以高效、鲁棒、节能、简单易行的特点成为工程控制除PID外又一个用途广泛的通用控制器。这中间的一个难点是控制器的参数整定。

?97年的运动控制实验平台(韩老师(前左)、高志强(前右)和蒋方君(后))

外面的先进控制策略多如牛毛,可是工业控制至今还是PID的一统天下。要让工程师广泛接受,一个先进控制策略第一形式要简单、好实现;第二参数个数要少、要直观,要道理简单。说着容易做着难,为了让ADRC技术达到这些要求我们花了六年时间。其中关键是利用韩老师ADRC控制律中的线性段,把所有可调参数都设成带宽的函数,参数整定一下子就得简单而直观了,工业推广也随之而来。一个典型的例子是年德州仪器把ADRC植入芯片,取代了PID。当然这个技术的工业化的过程相当曲折,需要专业人士的一系列操作,比如知识产权,风险投资,公司运作,等等。否则我把算法白给人家都不要,真的!

?思想的传承:维纳→钱学森→关肈直→韩京清

ADRC不仅是一个全新的工控技术,也是一个令人深思的启示,教我们怎么做学问,怎么思考。大家知道,维纳先生年的《控制论》一书开启了人们对生物控制和工程控制共性的探讨,把控制推向了科学的高度。钱学森先生年的《工程控制论》一书建立了工程控制科学,对当时的控制理论做了全面的介绍和评估,特别是他在第15章中旗帜鲜明地指出对数学模型的依赖这个控制理论的隐患。他以飞机翅膀结冰为例,反复强调对象的动态是变化的,控制器的设计不能依赖它的数学模型。白纸黑字,不能说得更清楚了。问题是《工程控制论》在国内外都享有极高的声誉,可为什么却很少有人

转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkcf/712.html

------分隔线----------------------------