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以“抗干擾”心態(tài)研究抗干擾控制理論———記我校數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院84級校友、國家自然科學(xué)二等獎獲得者郭雷





  郭雷,北京航空航天大學(xué)教育部長江學(xué)者特聘教授,國家杰出青年基金獲得者,國家百千萬人才工程入選者,國家有突出貢獻中青年專家,“飛行器抗干擾控制”教育部長江學(xué)者創(chuàng)新團隊負責(zé)人。北京市第十四屆人大代表。分別于1988年、1991年獲得曲阜師范大學(xué)學(xué)士和碩士學(xué)位,1997年獲得東南大學(xué)博士學(xué)位。曾先后獲得法國政府基金、英國皇家學(xué)會訪問基金和日本JSPS外國特邀研究員基金赴法國、英國和日本訪問和合作研究。主要研究方向為不確定與隨機系統(tǒng)控制理論、飛行器導(dǎo)航與控制系統(tǒng)技術(shù)。發(fā)表SCI論文80余篇,分別在Springer和CRC出版社出版英文專著各1部。近年來主持國家自然科學(xué)基金、863重大項目課題、973項目課題等項目20余項。曾以第一完成人獲得國家自然科學(xué)二等獎、教育部自然科學(xué)一等獎等國家和省部級獎勵。
航空航天、先進制造等復(fù)雜工程系統(tǒng)均含有來源不同、類型各異的多源干擾,一類是氣流、電磁等外部環(huán)境擾動,第二類是包括傳感器測量噪聲、控制機構(gòu)誤差和結(jié)構(gòu)振動等內(nèi)部噪聲,還有一類是包括非線性、不確定性和隨機性動態(tài)等建模誤差。現(xiàn)代控制理論的重要分支,包括魯棒控制理論、隨機控制理論和輸出調(diào)節(jié)理論一般把這些多源干擾歸結(jié)為系統(tǒng)等價干擾。針對單一干擾系統(tǒng)的控制方法六十多年來已經(jīng)取得了巨大的成就。但是,多源干擾的存在嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精確性和可靠性,抗干擾控制理論已成為國際控制科學(xué)領(lǐng)域公認的挑戰(zhàn)性問題。
  郭雷教授所帶領(lǐng)的科研團隊,在國家自然科學(xué)基金等項目的支持下,創(chuàng)造性地開展了多源干擾系統(tǒng)精細抗干擾控制理論的研究,在非高斯系統(tǒng)隨機分布控制、多干擾系統(tǒng)復(fù)合分層控制以及抗干擾容錯控制方面取得了開拓性、創(chuàng)新性的研究成果。2014年1月10日,國家科技獎頒獎典禮在北京人民大會堂舉行,“多源干擾系統(tǒng)的建模、分析與控制理論研究”獲國家自然科學(xué)獎二等獎。
  郭雷教授出生在儒教圣地、文化名城曲阜,他的青少年時期是在曲阜師范大學(xué)度過的。1984年,他以曲阜市理科第三名的優(yōu)異成績考入曲阜師范大學(xué)數(shù)學(xué)系,大學(xué)期間他得到了邵品琮、蘇孝業(yè)、王品超等諸多名師的悉心指導(dǎo),1988年他又以名列前茅的成績成為運籌學(xué)與控制論專業(yè)的碩士研究生,師從時任青島大學(xué)副校長的竺苗龍教授。在青島大學(xué)任教三年后,他于1994年考入東南大學(xué)攻讀博士學(xué)位。
  來到東南大學(xué)時間不長,他針對魯棒控制理論的幾個重要問題在 《中國科學(xué)》、《科學(xué)通報》、《Automatica》等期刊發(fā)表了多篇論文,迅速成為了同門中的翹楚。這時,他的導(dǎo)師、中國科學(xué)院馮純伯院士對他提出了更高的要求,告誡他要深層次地考慮理論方法如何能解決實際問題,指出有生命力的理論一定是在工程實踐中取得重大成功的成果。這個指點對郭雷影響極大,他開始思考如何走從工程實際中提煉控制科學(xué)問題、理論成果進行實際驗證和應(yīng)用的學(xué)術(shù)之路。這個學(xué)術(shù)觀點后來被郭雷描述為“唯實”之路。
  在以后的國外訪問和合作研究的歲月里,這種“唯實”的研究思路根植于郭雷的心中。他來到了英國拉夫堡大學(xué)航空系的飛行動態(tài)實驗室,他走進了曼徹斯特理工大學(xué)造紙系的試驗車間,回國后他又迅速地融入了航天控制的研究隊伍里,直至擔(dān)任了總經(jīng)費數(shù)千萬的科技部重大項目微納衛(wèi)星編隊組網(wǎng)課題的負責(zé)人。他告誡團隊,科學(xué)研究不能追求速度和數(shù)量,不能為了“快餐”耽誤了“正餐”。即使是周期再長、難度再大,也要立志發(fā)現(xiàn)具有突破性的原創(chuàng)性成果。曾經(jīng)有三年時間,他僅僅寫了一篇期刊論文。但是,縝密的邏輯思維、扎實的理論基礎(chǔ)和切身的工程經(jīng)驗集于一身,使他逐漸形成了獨樹一幟的抗干擾控制科學(xué)的學(xué)術(shù)思想,那就是針對多源干擾控制系統(tǒng)的“知己知彼、對癥下藥、各個擊破”的十二字訣。面對現(xiàn)代控制理論的發(fā)展瓶頸,針對傳統(tǒng)魯棒控制方法的保守性問題,他首次系統(tǒng)地研究了多干擾系統(tǒng)控制問題,解決了多通道干擾的解耦分離和同時抑制抵消的難題,提出了一系列基于干擾特征提取和表征、具有復(fù)合分層結(jié)構(gòu)的抗干擾控制理論與方法。針對傳統(tǒng)高斯系統(tǒng)方差優(yōu)化理論的局限性,團隊又原創(chuàng)性地提出了包含高階矩的熵的統(tǒng)計信息集合優(yōu)化法則,創(chuàng)立了非高斯隨機分布控制理論研究新方向。這些成果,得到了國際理論研究同行的高度肯定和評價。近年來,英、美、日等國相關(guān)科研機構(gòu)都提供經(jīng)費邀請郭雷教授進行訪問講學(xué)和合作研究。
  “唯實”不僅是一種控制科學(xué)研究的學(xué)術(shù)思想,還是團隊的一種工作精神。無論是他開展科學(xué)研究,還是教書育人,擬或是從事學(xué)校委派的人才引育等其他工作,他始終秉承“求新務(wù)實,勤謹篤行”的工作作風(fēng)。他把抗干擾控制理論研究和國家 “深空探測”等領(lǐng)域重大需求有機結(jié)合起來,控制理論的研究緊密圍繞實際工程對象。目前,多源干擾系統(tǒng)控制理論已經(jīng)在航空航天、工業(yè)過程和先進制造等領(lǐng)域得到了驗證,并顯示了極大的應(yīng)用前景。
  從上個世紀(jì)的末尾到本世紀(jì)開端,他從南京走到法國南特、英國拉夫堡、曼徹斯特、日本岡山,又從南京來到北京,他從數(shù)學(xué)系到控制系、航空系、造紙系再到儀器系,郭雷教授對抗干擾控制理論的研究,有著時間與空間上的巨大跨越,更有著理科和工科、信息和工程學(xué)科方向的不斷交叉、突破和創(chuàng)新。他的團隊成為一個國家多學(xué)科交叉的協(xié)同創(chuàng)新典范,目前已經(jīng)包括了國家千人計劃、拔尖人才計劃的入選者。他本人2009年獲得國家杰出青年科學(xué)基金、2011年獲聘教育部長江學(xué)者特聘教授,他的團隊2012年獲批教育部長江學(xué)者創(chuàng)新團隊。
  郭雷認為,在“急功近利”的時代,科學(xué)研究要有平和淡泊的“抗干擾”心態(tài),要努力踐行“安貧樂道、訥言敏行”的治學(xué)之道。他們的團隊在板凳坐得十年冷的毅力中,扎扎實實地工作了十五年。以平和淡泊的“抗干擾”心態(tài)研究抗干擾控制理論,是郭雷團隊做科學(xué)研究的一根無形的 “心線”。團隊多年的努力取得了碩果,非刻意求得,而是水到渠成,這是科學(xué)研究者的本然,亦為科學(xué)的真義。在采訪的最后,郭雷教授再三表示,他是個平常、平凡、平淡的人,團隊取得的成績要感謝母校和師長的培養(yǎng),要感謝多位院士、眾多專家學(xué)者和廣大同事們的指導(dǎo)和協(xié)助?!澳壳爸皇嵌嘣锤蓴_系統(tǒng)控制理論研究的一個開始,路還很長”。