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        雛鷹展翼欲騰飛

        2015-11-27 18:22:18高妍李吉亮
        科技創(chuàng)新與品牌 2015年11期
        關(guān)鍵詞:東北大學(xué)騰飛博士后

        高妍+李吉亮

        16歲上大學(xué),以優(yōu)異成績提前半年拿到碩士學(xué)位;23歲赴澳大利亞攻讀博士,取得首創(chuàng)性成果;27歲在美國紐約大學(xué)理工學(xué)院完成博士后研究,繼而公開競聘成為該院僅有的三個訪問助理教授之一;29歲離職回國,成為東北大學(xué)“百人計劃”特聘教授;30歲,2013年,他的名字出現(xiàn)在第十一批“青年千人計劃”公示名單中……

        這個充滿“學(xué)霸”色彩的人,就是劉騰飛。

        電話采訪中,他笑言自己做學(xué)生的時候“學(xué)霸”這個詞還不流行,現(xiàn)在成了老師做不成“學(xué)霸”了,但他仍然樂于分享自己成長與科研道路上的所得所思。

        專注方向,勇于創(chuàng)新

        劉騰飛說自己能夠快速成長,首先得益于研究方向的一以貫之。

        劉騰飛碩士畢業(yè)于華南理工大學(xué)控制理論與控制工程專業(yè),因為成績優(yōu)異,不僅提前半年畢業(yè),還得到了碩士導(dǎo)師的大力推薦。“他當(dāng)時剛從香港做完博士后回來,就把我推薦給了自己的博士后導(dǎo)師,也就是國際著名控制專家、澳大利亞科學(xué)院院士IEEE Fellow David Hill教授,我跟他攻讀博士學(xué)位?!?/p>

        博士后階段的導(dǎo)師則是在博士階段就已有默契合作的國際著名非線性控制專家、IEEE Fellow姜鐘平教授,加盟東北大學(xué)也是由他引薦。“博士后研究是博士階段研究的延續(xù),方向沒有改變,只是后來在研究內(nèi)容上有所發(fā)展?!?/p>

        也就是說,從碩士到博士再到博士后,劉騰飛一直專注于系統(tǒng)與控制研究方向,具體涉及非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性理論、魯棒自適應(yīng)控制、網(wǎng)絡(luò)化控制、分布式控制及其在移動機(jī)器人、流程工業(yè)中的應(yīng)用等。統(tǒng)一的研究方向、多位名師的悉心指點,再加上個人的積極努力,成就了劉騰飛的加速成長。

        在短短幾年時間,他就作為主要研究者在控制領(lǐng)域的幾個重要方向上取得了國際領(lǐng)先的研究成果。其中最主要的是,他首次提出了用于非線性動態(tài)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性判定和控制器設(shè)計的回路小增益理論,并基于回路小增益理論首次解決了非線性系統(tǒng)測量反饋控制、量化控制以及分布式控制等方向中的多個重要問題。

        據(jù)了解,穩(wěn)定性是復(fù)雜系統(tǒng)和控制論中的關(guān)鍵核心問題之一,是一般工程系統(tǒng)所必須滿足的基本要求。而現(xiàn)代工程系統(tǒng)愈加復(fù)雜,其內(nèi)部往往由許多子系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)化的形式通過特定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相互關(guān)聯(lián)、配合運行,這就意味著基于輸入狀態(tài)穩(wěn)定性(input-to-state stability,ISS)的小增益理論無法滿足應(yīng)用需求。在網(wǎng)絡(luò)化背景下,迫切需要建立能夠有效處理多子系統(tǒng)多回路情形的新型分析和設(shè)計工具。

        就是在這樣的背景下,劉騰飛與合作者提出了用于多回路非線性動態(tài)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性判定和控制器設(shè)計問題的回路小增益理論(cyclic-small-gain theory)。該成果的創(chuàng)新之處在于,能夠利用子系統(tǒng)的ISS性質(zhì),通過判斷網(wǎng)絡(luò)中各回路的增益特性來刻畫整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性,從而極大簡化了復(fù)雜非線性動態(tài)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性判定。不僅如此,這套理論能夠與經(jīng)典的李雅普諾夫理論充分結(jié)合,為解決該理論一百年來最核心的李雅普諾夫函數(shù)構(gòu)造問題提供了全新途徑,從而成為復(fù)雜非線性系統(tǒng)控制器設(shè)計的有力工具,其實用意義已經(jīng)通過解決多類非線性控制問題得到驗證。另外,該理論的新穎之處還體現(xiàn)在其通用性,其對連續(xù)時間系統(tǒng)、離散時間系統(tǒng)以及兩者的混雜系統(tǒng)均有效,表現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用價值。

        與此同時,劉騰飛在這一理論的應(yīng)用方面,也進(jìn)行了大膽的探索。

        在深入研究了非線性控制領(lǐng)域典型的嚴(yán)格反饋系統(tǒng)、輸出反饋系統(tǒng)以及更一般的包含動態(tài)不確定性的系統(tǒng)和關(guān)聯(lián)大系統(tǒng)之后,針對這些重要的、有實際背景的系統(tǒng),劉騰飛從非線性動態(tài)網(wǎng)絡(luò)的角度入手,提出了基于回路小增益定理的控制器設(shè)計理論。通過多項關(guān)鍵創(chuàng)新,較好地解決了高階非線性系統(tǒng)的測量反饋控制和量化控制問題。

        需要特別指出的是,在不假設(shè)鎮(zhèn)定控制器顯式存在的前提下,劉騰飛首次將用于線性系統(tǒng)量化反饋控制的扇區(qū)約束方法推廣到了高階非線性系統(tǒng),從而能夠使用工業(yè)中常用的對數(shù)量化器對典型非線性系統(tǒng)實現(xiàn)量化控制。針對量化器有限字長所導(dǎo)致的問題,劉騰飛首次提出了基于回路小增益定理的動態(tài)量化控制設(shè)計。這種設(shè)計通過在控制過程中在線調(diào)節(jié)有線字長量化器的量化間隔實現(xiàn)了對高階非線性系統(tǒng)的全局控制。

        同時,量化控制方法亦應(yīng)用于工業(yè)鎂砂熔煉過程中電熔鎂爐的三相電流控制,提出了實用邏輯控制策略,用于解決系統(tǒng)中固有的強(qiáng)非線性和大不確定性所造成的困難,從而提升產(chǎn)品質(zhì)量,降低系統(tǒng)能耗。

        此外,他還首次提出了基于回路小增益理論的分布式非線性控制器設(shè)計方法,并證明該方法能夠較有效地處理信息交換拓?fù)浼s束和不確定非線性動力學(xué)之間的矛盾,且在多機(jī)器人系統(tǒng)的分布式編隊控制中實現(xiàn)了成功應(yīng)用。

        相關(guān)研究成果均已在控制領(lǐng)域的重要國際期刊發(fā)表,其中在國際頂尖期刊《IEEE自動控制匯刊》、《Automatica》發(fā)表論文8篇;作為第一作者同合作者姜鐘平教授、David J.Hill教授在國際知名出版社Taylor&Francis出版專著一部,得到了國際權(quán)威控制專家和同行的廣泛認(rèn)可。

        而最值得稱道的是,這些理論成果在多機(jī)器人系統(tǒng)的分布式編隊控制、交通系統(tǒng)的智能調(diào)度以及鎂砂熔煉過程控制等工程問題中的成功應(yīng)用,不僅預(yù)示著更多與工業(yè)控制密切相關(guān)的控制難題的解決,更為將來更深入的理論研究和進(jìn)一步解決國家重大需求奠定了堅實的基礎(chǔ)。

        基于此,劉騰飛在2011年中國控制會議上以第一作者身份,獲得我國控制理論界最高水平的青年學(xué)術(shù)獎項“關(guān)肇直獎”。

        腳踩大地,期許未來

        劉騰飛是在2014年初回國的,在他的計劃里,回國是必須的,只是早晚問題。而加盟東北大學(xué),則是出于綜合因素的考慮,科研環(huán)境、學(xué)科積累、團(tuán)隊情況以及個人發(fā)展等等。東北大學(xué)流程工業(yè)綜合自動化國家重點實驗室,是國內(nèi)控制學(xué)科領(lǐng)域數(shù)一數(shù)二的研究團(tuán)隊,劉騰飛希望在這里實現(xiàn)新的突破。

        盡管研究內(nèi)容更偏重理論,但劉騰飛一直非常注重與現(xiàn)代復(fù)雜工業(yè)發(fā)展的實際需求相結(jié)合,他是兩只腳踩在大地上開展研究的。面對未來,扎實仍然是他的基本原則—以實際工程問題為背景,做深做透。

        他表示,要“依托東北大學(xué)控制科學(xué)與工程國家重點學(xué)科和流程工業(yè)綜合自動化國家重點實驗室,發(fā)揮東北大學(xué)的專業(yè)、行業(yè)和地域優(yōu)勢,結(jié)合國家重大需求,在前期工作的基礎(chǔ)上針對復(fù)雜工業(yè)自動化系統(tǒng)中存在的控制問題深入開展特色研究。”

        比如,針對現(xiàn)有的分布式控制結(jié)果大多考慮比較簡單的智能體動力學(xué),而難于處理復(fù)雜現(xiàn)代工業(yè)自動化系統(tǒng)中普遍存在的強(qiáng)非線性、強(qiáng)耦合、大不確定性等問題,開展多種分布式非線性控制器設(shè)計的系統(tǒng)化方法研究。

        比如,緊緊把握云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等通信新技術(shù)滲透工業(yè)自動化系統(tǒng)的背景下,事件驅(qū)動的控制成為重要發(fā)展趨勢的契機(jī),借助回路小增益思想,繼續(xù)開展深入研究,為解決事件驅(qū)動的控制在工程應(yīng)用中所面臨的諸多困難提供支持,等等。

        現(xiàn)在,劉騰飛已經(jīng)初步組建起一支由副教授、講師、博士后組成的創(chuàng)新研究團(tuán)隊,各項工作也已在循序漸進(jìn)開展。

        制造業(yè)是我國的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè),流程工業(yè)是我國的特色產(chǎn)業(yè)。李克強(qiáng)總理提出的“中國制造2025”,為高端制造業(yè)的發(fā)展和起飛創(chuàng)造了新的機(jī)遇。

        而劉騰飛的目標(biāo),就是通過研發(fā)新一代流程工業(yè)自動化系統(tǒng)的核心理論與技術(shù),推動實現(xiàn)由“中國制造”到“中國創(chuàng)造”的跨越。我們期待,雛鷹展翅,勇?lián)糸L空,廣闊天地縱情翱翔。

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