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口述历史
“口述历史”系列访谈——我国著名控制理论专家 黄琳

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。

本期一同走近我国著名控制理论专家黄琳先生。早在1964年,黄琳先生就独立地提出单输入线性系统极点配置定理,并将动态规划与Lyapunov方法结合,成功地证明常系数线性系统二次型最优控制问题解的存在性、唯一性;先后给出最优控制的线性律、Riccati方程求解的序列逼近法,以及用输出反馈实现最优控制的充要条件,回答了国际上多年来未解决的基本问题;最早提出系统衰减时间的概念并给出估计式;提出了根据不同置信度的数据对振动系统建模的理论与方法,其精度优于Brauch等流行的方法;与美国教授合作给出了鲁棒控制中的重要结论棱边定理,并进一步提出了更为一般的边界检验理论。 1993-1996年主持国家八五重大基金项目——复杂控制系统理论研究。本世纪开始他积极带领团队投入与国防特别是航天有关的研究,在高超声速飞行器控制上作出重要贡献。十年前他受中科院信息技术科学部常委会委托领衔完成了控制科学发展战略的研究。他曾获得包括两项国家自然科学奖在内的多项国家、省部级奖励,是控制理论界公认的、杰出的学术带头人。


图1 黄琳先生接受学会秘书处采访,吕爱英、张楠、王成红、黄琳、王飞跃、王坛、叩颖、陶则宇

一、长于战火年代,锻造坚韧性格

1935年,黄琳出生在江苏扬州的一个知识分子家庭,父亲是中学教师,母亲是小学教师。1937年日本侵华战争全面爆发,从2岁开始黄琳便跟随父母在泰州一带的农村逃难。“有时半夜听见枪响就得匆忙起来跑着四处躲避。”从1937年到1941年年初,黄琳一直处在一个动乱的环境中。黄琳的父亲在战时组建江苏省第一临时中学教书,全家一起生活在农村,过着不安定的生活,在一次转移过程中,黄琳几乎丢失。

后来,为了让黄琳与哥哥能够上小学,一家人又逃亡到了上海租界待了半年,直到太平洋战争爆发,又逃难到泰兴农村。
  1942年下半年,黄琳一家回到了扬州,而当时扬州已被日本人统治。黄琳父亲仍回到未被日本人占领的江苏省第一临时中学任教,母亲则带着他和哥哥留在扬州。父亲也只能在寒暑假冒着风险,带着家用回来住十天半月。

黄琳父母在当时有些名望,但为了躲避日伪政权,就都被迫改了名字,一家人过着十分清贫的生活,直到抗战胜利。抗战胜利后,母亲的名字登上了当地的忠贞榜,解放前夕父亲接受苏北地下党的要求,留在扬州迎接解放,后来接任扬州中学的校长。

这段在炮火纷飞战乱年代下生活的经历,让黄琳在耳濡目染中,养成了一种正直、忠诚和坚韧的品格。

二、深耕领域发展,潜心培养人才

1953年,黄琳考入北京大学数学力学系。作为中国共产党党员,1955年黄琳听从组织安排,在分专业时选择了自己并非很感兴趣的力学专业。

1956年关于知识分子问题会议提出了“向科学进军”的口号。周恩来随后主持制定了“十二年科学技术发展远景规划”,有远见地提出和确定了四项“紧急措施”,即大力发展计算机、无线电电子学、半导体、自动化,并将新技术应用于工业和国防。于是,1956年10月,中国科学院自动化研究所应运而生。

黄琳先生第一次接触自动化便是在1956年。时值2月,钱学森先生在中国科学院力学研究所讲授“工程控制论”,北京大学数学力学系抽调了15个学生前往听讲,当时正在念大学三年级的黄琳是其中之一。回忆起钱学森先生讲授课程的经历,黄琳先生仍旧很是激动。“后来有人问我,钱先生刚回来,他英文讲课你们能听得懂吗?我说钱先生的课讲得非常好,他上课除了XYZ之外,一句英文也没有,甚至于sine、cosine都说成是正弦和余弦。作为控制理论界的大师,钱学森先生在授课时,站位很高,看问题很准确,他在谈到复变函数理论在控制中作用时精辟地指出,这主要可归结为两点,一是积分变换也就是拉氏变换、傅立叶变换,二是亚纯函数按极点的展开式。”钱学森先生授课的内容让黄琳印象十分深刻,也大大地激发了对控制理论的浓厚兴趣,影响和坚定了他从事控制理论研究的决心。


图2 1985年由王仁院士率领拜访钱学森先生前排左起黄琳、钱学森、王仁、余同希,后排左起魏庆鼎、武际可、周起釗、叶庆凯

但是,黄琳先生开始从事控制专业还要从1957年北京大学引进控制科学方面的苏联专家托洛依茨基说起。当时,控制是属于比较前沿的一门学科。黄琳先生觉得自己“非常幸运”,既有幸聆听了钱学森先生的工程控制论,还听了托洛依茨基开设的课程,学到了最新最前沿的知识。尽管当时力学界很多人觉得控制与力学关系不大、在力学搞控制前景不太乐观,但是黄琳先生始终坚持如一,“即使再孤立也要干”。凭着这股子韧劲,控制科学成为了黄琳先生终其一生的学术追求。到了上世纪末,国际力学界基于对力学进展的分析也明确提出“动力学与控制”是当代力学的最重要的研究方向之一。

1961年,黄琳先生在北京大学潜心开展科学研究。1963年,领先国际,开展了极点配置(国际上最早是由Wonham在1966年提出的)和二次型最优控制的研究并获得基础性成果。

在人才培养方面,黄琳先生有着自己的要求和标准。1960年,还在读研究生担任助教的黄琳,便承担起了在北大数力系开设控制系列课程的重任,他先后为一般力学专门化高年级学生开设了控制系统动力学、非线性调节原理、控制中的随机过程、运动稳定性理论和最优控制理论以及一些专题例如脉冲系统、高精度系统等。当时国内并无现成的教材,他授课的内容大多取材于刚出现的一些外文专著和学术刊物上刚发表的重要论文,有些课程不仅在国内而且在国际上当时也是少有的。为了上好课他还自编教材。最近关于老科学家学术成长采集工程发掘出他当时编写的《控制系统动力学》和《最优控制理论》两本讲义,有关专家阅读后认为今天这两本讲义仍具有重要的学术价值。其中最优控制理论讲义的一个特点就是同时阐述了包含最大值原理、动态规划和最速线性系统三大组成部分,这在国际上也是罕见的。近来他不顾自己已年过八旬,并克服当年油印的讲义纸张已发黄且字迹模糊不清的困难,对讲义进行了认真地校正和加注,为形成电子版创造了有利条件,使当今学者能顺利阅读半世纪前的著述,科学出版社已决定近期将此两讲义正式出版。由于黄琳先生敢为人先、勇于创新,凭借在力学和控制领域的深厚功底,在文化大革命前便培养了一批优秀人才。虽然当时北大培养具控制方向的学生只是在一般力学专门化内进行的,人数不多,但文革结束后在控制方向能迅速跟上国际前沿随后即能担当重任的教授与博导中不少均出自他的门下。

文革结束后,国家事业百废待兴,控制理论的发展也一度落后于世界,但是黄琳先生培养的青年人才,凭着其扎实的理论功底,很快成长为各自所在单位的学术骨干,为我国控制理论的蓬勃发展出了突出贡献。要求学生走自己的路,不能盲目跟着外国人跑,他反对学生有一丁点成果就写论文,或者把精力全部都花在编论文上。目前,黄琳先生培养出的研究生有很多已成为国内外知名学者,其中有中国航天返回工程的著名专家、长江学者与国家杰出青年基金获得者等。

三、辗转曲折,醉心科学研究

1969年秋,为了建设三线,北京大学数学力学系迁至汉中。“当时根本不允许带书,很多人就这样放弃了自己多年的收藏和研究成果等。”而黄琳却坚持把自己多年的藏书、资料等都运到了汉中,这些书籍让他与控制理论始终保持着联系。在汉中这一待就是十年。

回京前夕,黄琳注意到多年的停滞不前已使中国控制理论处于落后的状况,意识到现代控制理论对我国控制学科发展的的重要性,期望能提供一本适合控制与系统科学特点的线性代数书籍以弥补这一差距。 “如果没有其他人做,那么我就去做。”不管何时才能回到北京,还身处汉中的黄琳便开启了为期两年的《应用线性代数讲义》编纂工作。后来,黄琳陆续在国防科技大学、西北工业大学、西安交通大学、南京理工大学等高校讲授,赢得了听课者和这些高校的髙度肯定,在我国特别是国防院校推广和研究现代控制理论起到了重要作用在此基础上,黄琳又历经几年精心修改,最终以“系统与控制理论中的线性代数”一书于1984年在科学出版社出版。该书影响了几代控制学人的成长,对培养我国新一代控制科学家起到了重要的作用。2015年他已届耄耋之年但仍以坚定的决心与顽强的毅力结合近三十年控制科学的发展对该书进行了修改,修订版于2018年由科学出版社分上下册出版。

1985年,黄琳作为访问学者去了美国。由于他主要想利用美国的条件开展科研工作,便婉言谢拒了对方的课程安排。而是自己了一位控制理论的研究者C.V.Hollot开展合作研究。他们共同得到了棱边定理等一系列的成果,C.V.Hollot也因与黄琳合作为主的一批成果而获得了美国总统青年研究奖。随后,他在国内积极组织开展这一方向的研究,建立了包括边界定理在内的更为一般的边界检验理论。


图3 1985-1986年与美国马萨诸塞大学的C.V.Hollot教授合作

1993年至1997年,黄琳主持国家八五重大基金项目《复杂控制系统理论的几个关键问题》,在当时的环境下,稳定了一支队伍,推进了我国复杂控制理论的研究水平。此外先后主持973项目子课题,攀登项目子课题,以及多项基金重点项目和面上项目的研究任务等。1999年黄琳先生的研究成果——参数摄动控制系统的鲁棒分析与综合,获得国家自然科学三等奖。2003年11月当选为中国科学院院士。

谈起过往的成就,黄琳先生谦虚地说道:“我只是芸芸众生中的一员,没有特殊的才能,只是运气不错,再加上人也不笨。”

四、老骥伏枥,寄望未来

黄琳先生虽已年届古稀,面对国家国防的重大需求,成功地将他的团队带领到国家航天急需的任务中。他们针对高超声速飞行器飞行控制的难点,出色地完成了任务。航天科技集团认为他们的课题组在高超飞行器控制的一系列问题上开展了有特色的研究工作,取得了有应用价值的理论成果,为航天科技集团高超声速国家重大专项项目的研制和成功实现试飞提供了理论和方法的支撑。由于这一贡献他的课题组进行的理论研究于2015年成功获国家自然科学二等奖并成功地实现了与航天科技集团稳定的合作。

2011年中科院信息技术科学部常委会经认真研究认为应及时开展有关控制科学发展战略的研究,并认为这一重要任务依托北京大学并由黄琳院士主持完成是非常合适的。经过两年多努力先后组织了近百位华人一线教授积极参与完成了研究报告,并于2014年由科学出版社正式出版。随后该项目又获中科院与基金委联合资助其后续研究。


图4 2013年主持中科院学部以“控制科学面临的前沿科学与工程问题”为主题的科学与技术前沿论坛

   作为老一辈科学家,黄琳先生亲历了中国自动化学会从成立、发展到壮大的全过程,与学会结下了不解之缘。1961年中国自动化学会在天津召开第一次会员代表大会,刚在北京大学留校任教的黄琳出席了此次会议。当时参会需要提交会议论文,黄琳先生便将研究生答辩的论文整理成了两篇文章,分别是关于衰减时间估计随机李雅普诺夫函数方面的,论文得到了与会老一辈科学家的认可。其中一篇文章经补充修改,通过了由学会组织的评审并推荐到于1963年召开的第二届国际自动控制联合会(IFAC)学术大会上发表1961年学会成立了由15个委员组成的控制理论专业委员会,黄琳先生便是其中之一。此外,黄琳先生还参与筹办了《控制理论与应用》杂志,并担任《自动化学报》等控制刊物编委多届,为中国控制理论的发展出了巨大的贡献。

2021年是中国自动化学会成立60周年华诞,在访谈过程中,黄琳先生对学会的未来发展寄予厚望,希望学会能够紧抓科技前沿,深耕学科发展,助力人才培养,真正将广大的自动化领域科技工作者团结在周围,为中国的未来发展贡献力量。


编后语:

黄琳先生生于战火年代,在病魔和流离的阴影中顽强成长,终成控制学林中一棵挺拔乔木,他潜心治学、成果斐然,以满腔热忱筑成学科基业,潜心奉献传道育人;动乱曲折之际,他在崎岖的科研之路上虽壮志难酬,仍勇担千钧。面对过往的成就,黄琳先生甚为淡然,他将一切都归功于自己的幸运,但所有的成功并非偶然,其背后蕴藏着无尽的汗水和泪水。历经人生种种的黄琳先生,是一位谦逊、包容、思想丰盈的智者,希望我们能够汲取老一辈科学家人淡如菊又坚韧如松的品质,在科研道路闯出自己的一片天地。在此,也诚挚祝愿以黄琳先生为代表的老一辈科学家身体康健,万事顺意。  

来源:学会秘书处