2014-04-08   

随着计算机和其他高技术的快速发展，航空航天、工业过程、生物医学、社会经济和生态环境等领域出现了大量复杂系统控制问题，对控制科学提出了前所未有的挑战。

“你玩过‘是’或‘不是’猜词游戏吗？猜词者只能用一般疑问句的形式提问相关信息猜测，提示者只能用‘是’或‘不是’回答。每次得到一点点信息，但几个问题下来，事情的真相就出来了。这里，‘是’或‘不是’是一种集值数据，而猜词过程就是辨识和估计。”

近日，《中国科学报》记者造访中科院系统控制重点实验室时，中科院系统科学研究所所长张纪峰将复杂的辨识与控制问题用一个最简单的例子描述了出来。

“说起来简单。”他告诉记者，现实生活中有很多这类系统的建模与控制问题，怎么将其描述成一个数学问题，其实难度很大。“从最简单的生活现象和实际需要去提炼问题，可能开始的数学模型非常简单，再逐步将模型完善，使其越来越符合实际。同时，模型也就越来越复杂，证明分析起来也就越来越难。”

通俗地讲，从现代汽车到航天飞机，都离不开控制理论。随着计算机和其他高技术的快速发展，航空航天、工业过程、生物医学、社会经济和生态环境等领域出现了大量复杂系统控制问题，对控制科学提出了前所未有的挑战。

传统的控制理论建立在系统的状态或输出已知基础上。“现实中许多系统的输出数据并不那么精确，有时甚至很粗糙，每个数据所含信息也很少。为得到高精度的输出数据，就需要提高测量技术。这样做不仅提高了成本，而且随着控制精度的不断提高，测量要求也随之提高，技术上可能无法实现。”张纪峰说。

利用现实中已有的有限信息数据，能否设计高效的控制方法来达到高精度的控制要求呢？为完成一个给定的估计或控制任务，究竟需要几个比特的信息？张纪峰带领课题组开始了一个全新的研究方向——有限信息数据系统的辨识与控制。

“我们的研究表明，即使利用极为粗糙的数据，仍可做到对系统参数的精确估计，而且可以设计出渐近有效的估计算法和渐近最优的适应控制。”从研究生到副研究员，赵延龙已跟着张纪峰做了10年这方面的工作。

赵延龙说：“研究理论，终究是为了解决实际问题。”如今，他们的成果在很多方面得到应用。比如，精神分裂的诊断至今没有精确指标，得病不得病是不精确的信息。而致精神分裂的基因位点有60多万个，要找出致病因素着实不易。用集值系统辨识的方法寻找致病基因位点，识别率能大大提高。

张纪峰课题组始终面向国际发展前沿和国家战略需求。他们深信，先进的控制理论对一个国家的基础研究水平、相关产业发展、国防安全等都有着至关重要的作用。

其实，研究小组只是实验室、研究所的一个缩影。回顾50年历史，中科院系统控制重点实验室因国家战略需求而生，因对国家和科学发展贡献而存。

上世纪60年代，在关肇直和宋健等老一辈科学家的带领下，全室人员一边学习导弹基本原理，一边学习当时新兴起的现代控制理论，并与设计制造导弹和卫星等实际部门的科研人员一起承担了许多重大项目，如东方红一号人造卫星的轨道测量和轨道选择等。

如今，为国家急需的科研项目倾力奉献依然是全室科研人员坚守的信念。

“我们定研究方向，一定要是前瞻性的、基础性的、战略性的。如果不是国家战略需求，或者对学科发展没有推动作用，那么不做也罢。”不管是做科研还是培养人，张纪峰都以此作为衡量标准。

正如中科院院长白春礼撰文指出的：作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心，中国科学院将以十八届三中全会精神为指导，不断解放和增强广大科研人员的创新活力，促进科技创新与经济社会发展紧密结合，让科技创新成果更多更好地服务国家、造福人民。

尽管10年来张纪峰课题组已取得了一系列创新性成果，但在他看来，这还只是刚刚起步，“做理论跟做工程不一样，理论需要长期的研究积累。我们现在只是在准备‘砖头’，要形成一个理论框架和体系可能还需要十年、二十年甚至更长的时间”。

转自《科学网》