陈翰馥:关肇直引领系统控制在中国的发展
1979年3月,关肇直在华南工学院讲课
(图片来源:中国科学院院士文库)
在20世纪50年代末到60年代初,国际上航天、航空、航海技术飞跃发展,伴随着出现了极大值原理、动态规划、Kalman滤波这些数学家和应用数学家的杰作。凭着对新学术动态的敏感,关肇直意识到现代控制理论对国防现代化的重要意义。在钱学森的倡议和支持下,1962年,关肇直在中国科学院数学研究所建立了我国第一个控制理论研究室,并且把自己有生之年的主要精力,投身到系统控制和系统科学研究中。
关肇直任控制室主任,并聘五院的宋健为兼职副主任,五院的何国伟也常来合作指导。记得五院先后有唐志强、武礼廉、邱淦兴、嵇兆衡长驻在数学所,和控制理论室合作。关肇直把控制理论室分为三个组,一是常微组,实际上是研究用常微分方程描述的控制系统,这组有秦化淑、韩京清、金维言、张鄂堂。宋健经常参加这个组的活动,他和韩京清合作,发表过快速控制方面的研究成果。另一组研究用偏微分方程描述的控制系统,我们叫它偏微组,王康宁是这个组的组长,关肇直除了领导全室外,参加这个组的活动较多,宋健也参加这个组的工作。控制理论室的第三个组研究随机控制系统,叫随机组。是三个组中研究力量最弱的一个组,它包括陈翰馥、安万福、五院的嵇兆衡,何国伟来时就会来随机组。
关肇直把控制理论室分为这样三个组,反映出他的学术视野和洞察力。他还看到研究系统控制离不开实际应用和计算,所以我们的合作单位,五院是作为应用对象单位,另有一个合作单位是计算所三室,徐钟济带了几位年轻人也来参与合作。
他主持控制理论室讨论班,及时报告国外有关现代控制理论的最新成果。当时的许多新的研究成果都是在这个讨论班上孕育和发展起来的。弹性振动控制的研究就是一个突出的例子。关肇直和宋健在讨论班上提出了细长飞行器弹性振动的闭环控制模型,开创了分布参数系统控制理论的一个新的研究方向。1974年,他和合作者在《中国科学》上发表论文“弹性振动的镇定问题”,以娴熟的数学技巧,把弹性振动闭环控制模型写成抽象空间中的二阶发展方程,然后讨论相关的二次本征值问题。他应用线性算子紧扰动的方法,成功地得到了系统能控性的条件,并给出了系统能镇定的充分条件。在此之前,美国数学家D.L.Russell曾用别的方法讨论过与此类似的问题,但Russell自己对所得结果并不完全满意,因为他所用的方法带来了增益系数必须很小的缺陷。关肇直用算子紧扰动的方法,摆脱了增益系数要很小的限制,得到了更符合工程意义的合理结论,受到国际同行的高度评价。钱学森在关肇直的纪念会上指出:“我必须说,这一项工作仅从题目的字面上好像看不出它的全部的作用。实际上,它现在已经是导弹、运载火箭必不可少的一个设计理沦”。还应该指出的是,关肇直在60年代就提出了结构阻尼振动模型,直到80年代国际上才开始重视这类模型的研究。
关肇直是创新能力很强、高瞻远瞩的科学家,除了他自己投身到系统控制的研究外,他又是系统科学方向引领者和学术活动的组织者。
关肇直十分重视提高室里年轻成员的学术水平,除了邀请一些学有所长的专家来做学术报告,还特邀一些知名专家长驻所里做系列讲座,印象特别深的是张学铭教授的“最优控制”讲座和张嗣瀛教授的“微分对策”讲座。我们随机组没有资深一点的研究人员领路,关肇直就请了北大数学系江泽培教授每周来指导一次。江先生1955到1958年间在莫斯科大学雅格龙(Яглом)教授指导下研究随机场预测及随机过程统计推断,是国内首屈一指的专家。他给我们(陈翰馥、安万福、嵇兆衡三人)自己编写的油印的平稳过程讲义,我们自学,然后他听我们报告并指导。我(和安万福合作)的第一篇学术论文“多项式迭加平稳随机信号的预报和滤波问题”发表在1966年的《自动化学报》上,就得益于江先生的课程。
在“文革”中,研究工作受到很大的干扰和冲击。但关肇直仍然坚持尽可能开展一些工作。早在1969年,他就以“抓革命,促生产”为契机,提出“每周二、三为数学所业务时间”,使科研工作得到部分恢复。他尽量使控制理论的研究与当时受冲击较小的军工及国防科研相结合,使研究室的工作得以继续和发展。有一段时间,他和我两人一起在王安送的台式计算机上进行模拟阿波罗登月舱的末制导计算。
数学所在1971年就正式恢复业务工作了,正因为关肇直已查阅了大量现代控制论的文献,掌握了国际上的发展情况,所以恢复业务工作后,关肇直就组织现代控制论的讨论班,由他自己主讲,介绍现代控制理论的各种概念,最新成果,使年轻人尽快走上研究轨道。
改革开放之初,中国和外界学术交流已停顿了十多年,国际学术交流几乎为零。关肇直早就注意到必须改变这种情形。从1978年起,关肇直要求控制理论研究室每年用外文撰写活动报告,向国外同行散发。开始几年都是他亲笔起草的,这个传统几十年来沿续至今。关肇直不仅自己以各种形式介绍国际上最新学术进展,还鼓励和帮助年轻人用外文撰写论文,投到国际刊物。
关肇直从1978年起,邀请了国际顶尖系统控制科学家来访问,他们包括Wonham、Åström、Kailath、Kalman等,以及包括何毓琦、谈自忠在内的许多海外华人科学家。他鼓励年轻人到国外合作研究,还自己出访欧洲,建立学术联系。
为了发展我国对现代控制理论的研究,在国内创建这样一支队伍,同时联系实际,把控制理论应用到工业领域,特别是国防领域,他并没有把自己的目标局限在自己创建的控制理论室,而是把目光放到全国国防科研单位及高等院校的自动化专业。为此他走访国内许多高校,及国防科研单位,进行关于现代控制理论的系列讲座。
他在任中国自动化学会副理事长时亲任控制理论专业委员会主任,并从1979年起组织每年一次的系列学术会议“全国控制理论与应用学术年会”(从1994年后改名为“中国控制会议”)。他还创办了学术期刊《系统科学与数学》,并与华南工学院(现华南理工大学)合办期刊《控制理论与应用》。
1978年,召开了全国科学大会,接着又召开了科学规划会,关肇直和冯康、程民德等先生一起提出:理论要抓,应用也要抓。但不可否认,在原有机构设置下,交叉学科的发展遇到了阻力。
关肇直非常重视交叉科学的发展,很早注意到生物数学、生态数学及其它学科与数学交叉的边缘学科,即系统科学的重要性。他的想法得到许国志的支持。中国科学院党组在1979年决定成立系统科学研究所。
钱学森回忆说:“1979年中国科学院的领导决定成立系统科学所,当时我们都很高兴。关肇直同志也是为了开创这方面的工作,作出了很大努力。我想也是在这个时候,他可能过度劳累,所以不幸受到病魔袭击。从那个时候起,他一直没有恢复健康。在1980年终的时候,中国系统工程学会开成立大会,他也没有能够参加,但他是众望所归的,所以他当选为系统工程学会第一任理事长”。
中国科学院系统科学所三位创始人关肇直(右一)、吴文俊(左二)、许国志(左一)和美国学者凯莱斯(Kailath,右二)合影(图片来源:中国科学院院士文库)
关肇直把自己的一腔热血倾注于祖国的建设事业,梦寐以求的是祖国科学事业的发展。他亲手建立的系统科学研究所,40年来茁壮成长,成果累累,人才辈出,成为一个生机勃勃的系统科学的前沿阵地。他所推动的系统控制,在国内蓬勃发展,这从他开创的中国控制会议的参会人数可以看出:1979年参会为125人,到最近五年每年都在2000人以上。无论是数学界、控制理论界、还是系统工程界都不会忘记关肇直对我国科学事业发展所作的巨大贡献。
(节选自《系统科学与数学》,2019,39(02):146-152)