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黄胜绢:用数学方法解决控制论难题
发布时间:2018-10-08    点击数:    来源:本站原创

 

  1998年,来自广西桂林的黄胜绢走进我校,开始学习计算数学及其应用软件。那时候的理学院“大腕云集”,名师亲点加上自身努力,黄胜绢很快展露出学习数学的潜力。本科毕业后,黄胜绢被遴选留校,成为理学院数学基础课教师。

  对数学的喜好和研究,为黄胜绢2003年攻读运筹学与控制论方向硕士学位打下了扎实基础。2017年,黄胜绢又获得东北大学信息与工程学院控制理论与控制工程专业工学博士学位。在长期的求学、教学、研究过程中,黄胜绢几乎都是运用数学方法来解决科研问题,他真真切切且越来越深刻理解了“数学是理工学科基础”这句话的内涵。数学,成了他生活的一部分。

  天天和数学打交道,是不是很枯燥?黄胜绢笑言乐在其中。他解释道:控制论和计算数学其实也没那么复杂。工程专业的人,根据现场应用情况,提供给我们数学模型;我们通过数学方法来计算求解这些数学模型的“数值解”,同时研究影响数值解的因素。黄胜绢控制论的研究方向分为两个方面,一是找到一种数学方法,二是研究数值解。选择数学方法,偏向于理论研究;分析数值,注重现实意义,就是找到系统的“故障”,也就是数值的误差。对这些故障进行预测、估计、诊断,就能保障系统安全可靠地运行。“能为现场工作解决点实际问题,那个时候还是挺高兴的。”他笑笑说。

  对于研究方向之一的“数学方法选择”,黄胜绢已经做了很多年,他在这方面的论文确实是很丰富了。

  当然研究过程辛苦且充满波折。他经常会因为一个系统仿真实验的调试而熬到半夜两三点,也经常会因为耗费四五个小时才查出程序中的一个小错误而懊恼,甚至有时花费一两个月才完成的论文初稿,却在“不经意”的半小时思考(或讨论班讨论)后被毙掉,失落,遗憾。但是这样的遗憾却让他对问题看得更远,想得更全面,也让他离成功更近。

  终于在2010年,黄胜绢的一篇英文文章在《自动化学报》发表,这是他第一次在EI杂志上发表文章。同年,他的另一篇论文被国际期刊《IEEE TRANSACTIONS ON FUZZY SYSTEMS》(目前为Top期刊,影响因子7.607)录用,该论文在2012年获省、市自然科学学术成果奖论文类二等奖。截至2017年9月,该论文被引用次数为60次(Google学术),成为多个国家自然科学基金项目的重要支撑材料之一。

  算起来,从2014年起,黄胜绢以第一作者发表三大检索论文 9 篇(其中SCI 检索 8 篇)。所发表的论文中,包括在顶级期刊《IEEE TRANSACTIONS ON FUZZY SYSTEMS》发表 2 篇长文,在顶级期刊《IEEE TRANSACTIONS ON CYBERNETICS》发表 1 篇长文。2018 年,以他为第一作者、辽宁科技大学为第一单位,又在控制类顶级期刊《IEEE TRANSACTIONS ON AUTOMATIC CONTROL》发表短文一篇。由于论文水平较高,黄胜绢近三年被选为多个国际杂志的审稿人。

  黄胜绢经常撰写高水平论文,但是他并不追求多产,也不单纯以论文获取名利,每一篇论文他都力争解决一个理论问题。黄胜绢感叹说,目前最主要的难点,就是我们这些搞数学的明白控制理论和计算方法;而在现实工作中,那些有工程背景的人,却并不能够提供符合实际情况的我们想要的数学模型。这或许也是“新工科”需要解决的热点问题之一吧,把这两个学科的优势融合起来,可能还是需要一定时间。“我经常建议自己的研究生多看一看工科专业的书籍,在科研中,掌握的知识丰富一分,就会有一分的优势。”黄胜绢说。

  黄胜绢特别重视学科的基础性、理论性研究,而不是只看他人论文,然后特意去搞点与众不同的所谓“创新”。他认为,很多创新只是提出一些新的研究观点,并不能真正用于实际工作。而对实践研究反馈回来的信息表明:很多系统的过程都是控制论的基础性内容,只要考虑全面,有能处理复杂系统的扎实功底,就会取得更加有效的控制结果。比如,他在《一类非线性T-S模糊控制系统的动态输出反馈容错控制》一文中,提出了一种基于 k-步故障估计的故障估计方法,该方法目前已被SCI引用 50 余次。

  在本科阶段的高等数学、线性代数、概率论与数理统计三大经典学科教学中,黄胜绢最注重的也是学生的基本功和解决实际问题能力的训练。黄胜绢总是用一些“应用题”来讲解这三大学科的基本定理。他认为,教材的例题习题,课后学生可以自己多看多练,课上老师结合原理讲授的应用题,要具有一定难度,在将来的实践中这些应用题会情景再现。只有知道基本定理用在哪里、怎样应用,才能更好地去理解定理内容。正是具备这种实际操作的能力,黄胜绢指导的学生,多人在2017年辽宁省数学建模大赛中获得二等奖,在第七届全国大学生数学竞赛中分别获辽宁省二、三等奖,在第八届全国大学生数学竞赛中获辽宁省一等奖。

  黄胜绢坚信:学术无止境,登东山而小鲁。他并不去劳神“抠”哪个具体问题,而是把握学科研究方向的整体架构。计算数学也好,控制论也罢,都是系统工程,内容连续,层次分明,方法多变,随着学习的不断深入,前面经历的疑惑通常迎刃而解。

  近三年,黄胜绢一直不间断进行控制系统的故障估计方法的研究。当前正在攻克的问题是:如何利用经典数学理论和方法解决故障诊断领域中故障估计器的设计与优化和故障估计的收敛性问题。相比于经典控制论,现代控制论已经远远不是解决观测器和执行器的设计等理论问题。现代控制论更关注控制过程的数值解法的现实应用。其中,对数值解的误差研究,也渐渐纳入他的视线。“做这个方向研究的人,并不多呀!”他说,“我们小组是少数从事这个方向研究的团队之一。”

  正是研究方向的独到,黄胜绢近年在学术上又有了很大突破。在2017 年成功获批一项校优秀人才项目(一层次),一项省博士科研启动基金项目,一项国家自然科学基金面上项目。这些项目都是围绕着他独到的研究课题——非线性控制系统的故障估计方法——逐项展开。2018年入选学校第二批“青年拔尖人才”。

  按照计划,他正在研究国家基金项目,研究方向分为面向结果的故障估计的收敛性问题,和面向过程的基于观测器的故障估计的一致收敛性问题。更为迫切的是,黄胜绢要借助这个研究过程,组建一个问题研究的科研小组。该小组重要的目标之一就是,积极培养一批研究生后备力量,掌握现有的技术和方法,提高整个小组学术科研能力。“由于专业理论性强,我们成立的科研小组要集体培养研究生。”所有研究生的课题,都是在例会上宣讲并由邀请的老师们统一指点,集思广益,补足个人研究的弱项。“研究生所涉猎的科研层面还是有限,邀请各位老师参与项目集体培养研究生,效果还是挺显著的。”

  黄胜绢的日程很紧凑,在课程教学的闲暇,他还要针对“k-步故障估计方法”撰写一部专著,同时把这一技术拟申报一项发明专利。“时间太紧了,但是我看好这个课题的前景。估计明年下半年就会有较大进展。”

  时光荏苒,经典控制论中的几大重要元件,已经失去原来的意义。执行器,不再是传统的气动、电动元件;观测器,也不是传统的数字、电磁式仪表,现代控制论,早已融合数学、电气、机械、计算机等多学科,以追求定量分析、收敛性和误差估计为目的的全新研究方向。黄胜绢所研究的“故障诊断与容错控制”,也是新学科和先进制造业结合的重要一环。就像黄胜绢所说的那样,他们已经在部分研究方向上领先于同业水准,只差真正“走出去”这一步,他们不仅要走出校门,和同业交流,还要走出国门,和国际竞争。相信有一天,黄胜绢和他的同事们,一定会让专业成果成功迈向市场,创造更多的现实价值。(邢光辉)

(编辑  邢秋艳)

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