我國著名控制理論專家 黃琳
發布時間：2021-09-14
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導語：秉承尊重歷史、以史為鑒、弘揚傳承的理念，中國自動化學會于2015年特別打造“口述歷史”系列訪談欄目，走訪學會和自動化學科發展息息相關的老一輩科學家，探尋心靈深處的記憶，記錄心路歷程的點滴，為當代自動化領域科技工作者了解歷史、傳承老一輩科學家的寶貴科學思想和精神財富提供有益借鑒。
本期一同走近我國著名控制理論專家黃琳先生。早在1964年，黃琳先生就獨立地提出單輸入線性系統極點配置定理，并將動態規劃與Lyapunov方法結合，成功地證明常系數線性系統二次型最優控制問題解的存在性、唯一性；先后給出最優控制的線性律、Riccati方程求解的序列逼近法，以及用輸出反饋實現最優控制的充要條件，回答了國際上多年來未解決的基本問題；最早提出系統衰減時間的概念并給出估計式；提出了根據不同置信度的數據對振動系統建模的理論與方法，其精度優于Brauch等流行的方法;與美國教授合作給出了魯棒控制中的重要結論棱邊定理,并進一步提出了更為一般的邊界檢驗理論。 1993-1996年主持國家八五重大基金項目——復雜控制系統理論研究。本世紀開始他積極帶領團隊投入與國防特別是航天有關的研究，在高超聲速飛行器控制上作出重要貢獻。十年前他受中科院信息技術科學部常委會委托領銜完成了控制科學發展戰略的研究。他曾獲得包括兩項國家自然科學獎在內的多項國家、省部級獎勵，是控制理論界公認的、杰出的學術帶頭人。
圖1 黃琳先生接受學會秘書處采訪
左起呂愛英、張楠、王成紅、黃琳、王飛躍、王壇、叩穎、陶則宇
一、長于戰火年代，鍛造堅韌性格
1935年，黃琳出生在江蘇揚州的一個知識分子家庭，父親是中學教師，母親是小學教師。1937年日本侵華戰爭全面爆發，從2歲開始黃琳便跟隨父母在泰州一帶的農村逃難。“有時半夜聽見槍響就得匆忙起來跑著四處躲避。”從1937年到1941年年初，黃琳一直處在一個動亂的環境中。黃琳的父親在戰時組建的江蘇省第一臨時中學教書，全家一起生活在農村，過著不安定的生活，在一次轉移過程中，黃琳幾乎丟失。后來，為了讓黃琳與哥哥能夠上小學，一家人又逃亡到了上海租界待了半年，直到太平洋戰爭爆發，又逃難到泰興農村。
1942年下半年，黃琳一家回到了揚州，而當時揚州已被日本人統治。黃琳父親仍回到未被日本人占領的江蘇省第一臨時中學任教，母親則帶著他和哥哥留在揚州。父親也只能在寒暑假冒著風險，帶著家用回來住十天半月。
黃琳父母在當時有些名望，但為了躲避日偽政權，就都被迫改了名字，一家人過著十分清貧的生活，直到抗戰勝利。抗戰勝利后，母親的名字登上了當地的忠貞榜，解放前夕父親接受蘇北地下黨的要求，留在揚州迎接解放，后來接任揚州中學的校長。
這段在炮火紛飛戰亂年代下生活的經歷，讓黃琳在耳濡目染中，養成了一種正直、忠誠和堅韌的品格。
二、深耕領域發展，潛心培養人才
1953年，黃琳考入北京大學數學力學系。作為中國共產黨黨員，1955年黃琳聽從組織安排，在分專業時選擇了自己并非很感興趣的力學專業。
1956年關于知識分子問題會議提出了“向科學進軍”的口號。周恩來隨后主持制定了“十二年科學技術發展遠景規劃”，有遠見地提出和確定了四項“緊急措施”，即大力發展計算機、無線電電子學、半導體、自動化，并將新技術應用于工業和國防。于是，1956年10月，中國科學院自動化研究所應運而生。
黃琳先生第一次接觸自動化便是在1956年。時值2月，錢學森先生在中國科學院力學研究所講授“工程控制論”，北京大學數學力學系抽調了15個學生前往聽講，當時正在念大學三年級的黃琳是其中之一。回憶起錢學森先生講授課程的經歷，黃琳先生仍舊很是激動。“后來有人問我，錢先生剛回來，他用英文講課你們能聽得懂嗎？我說錢先生的課講得非常好，他上課除了XYZ之外，一句英文也沒有，甚至于sine、cosine都說成是正弦和余弦。作為控制理論界的大師，錢學森先生在授課時，站位很高，看問題很準確，他在談到復變函數理論在控制中作用時精辟地指出，這主要可歸結為兩點，一是積分變換也就是拉氏變換、傅立葉變換，二是亞純函數按極點的展開式。”錢學森先生授課的內容讓黃琳印象十分深刻，也大大地激發了對控制理論的濃厚興趣，影響和堅定了他從事控制理論研究的決心。
圖2 1985年由王仁院士率領拜訪錢學森先生
前排左起黃琳、錢學森、王仁、余同希，后排左起魏慶鼎、武際可、周起釗、葉慶凱
但是，黃琳先生開始從事控制專業還要從1957年北京大學引進控制科學方面的前蘇聯專家托洛依茨基說起。當時，控制是屬于比較前沿的一門學科。黃琳先生覺得自己“非常幸運”，既有幸聆聽了錢學森先生的工程控制論，還聽了托洛依茨基開設的課程，學到了最新最前沿的知識。盡管當時力學界很多人覺得控制與力學關系不大、在力學搞控制前景不太樂觀，但是黃琳先生始終堅持如一，“即使再孤立也要干”。憑著這股子韌勁，控制科學成為了黃琳先生終其一生的學術追求。到了上世紀末，國際力學界基于對力學進展的分析也明確提出“動力學與控制”是當代力學的最重要的研究方向之一。
1961年，黃琳先生在北京大學潛心開展科學研究。1963年，領先國際，開展了極點配置（國際上最早是由Wonham在1966年提出的）和二次型最優控制的研究并獲得基礎性成果。
在人才培養方面，黃琳先生有著自己的要求和標準。1960年，還在讀研究生擔任助教的黃琳，便承擔起了在北大數力系開設控制系列課程的重任，他先后為一般力學專門化高年級學生開設了控制系統動力學、非線性調節原理、控制中的隨機過程、運動穩定性理論和最優控制理論以及一些專題例如脈沖系統、高精度系統等。當時國內并無現成的教材，他授課的內容大多取材于剛出現的一些外文專著和學術刊物上剛發表的重要論文，有些課程不僅在國內而且在國際上當時也是少有的。為了上好課他還自編教材。最近關于老科學家學術成長采集工程發掘出他當時編寫的《控制系統動力學》和《最優控制理論》兩本講義，有關專家閱讀后認為今天這兩本講義仍具有重要的學術價值。其中最優控制理論講義的一個特點就是同時闡述了包含最大值原理、動態規劃和最速線性系統三大組成部分，這在國際上也是罕見的。近來他不顧自己已年過八旬，并克服當年油印的講義紙張已發黃且字跡模糊不清的困難，對講義進行了認真地校正和加注，為形成電子版創造了有利條件，使當今學者能順利閱讀半世紀前的著述，科學出版社已決定近期將此兩講義正式出版。由于黃琳先生敢為人先、勇于創新，憑借在力學和控制領域的深厚功底，在文化大革命前便培養了一批優秀人才。雖然當時北大培養具控制方向的學生只是在一般力學專門化內進行的，人數不多，但文革結束后在控制方向能迅速跟上國際前沿隨后即能擔當重任的教授與博導中不少均出自他的門下。
文革結束后，國家事業百廢待興，控制理論的發展也一度落后于世界，但是黃琳先生培養的青年人才，憑著其扎實的理論功底，很快成長為各自所在單位的學術骨干，為我國控制理論的蓬勃發展作出了突出貢獻。他要求學生走自己的路，不能盲目跟著外國人跑，他反對學生有一丁點成果就寫論文，或者把精力全部都花在編論文上。目前，黃琳先生培養出的研究生有很多已成為國內外知名學者，其中有中國航天返回工程的著名專家、長江學者與國家杰出青年基金獲得者等。
三、輾轉曲折，醉心科學研究
1969年秋，為了建設三線，北京大學數學力學系遷至漢中。“當時根本不允許帶書，很多人就這樣放棄了自己多年的收藏和研究成果等。”而黃琳卻堅持把自己多年的藏書、資料等都運到了漢中，這些書籍讓他與控制理論始終保持著聯系。他在漢中這一待就是十年。
回京前夕，黃琳注意到多年的停滯不前已使中國控制理論處于落后的狀況，意識到現代控制理論對我國控制學科發展的的重要性，期望能提供一本適合控制與系統科學特點的線性代數書籍以彌補這一差距。 “如果沒有其他人做，那么我就去做。”不管何時才能回到北京，還身處漢中的黃琳便開啟了為期兩年的《應用線性代數講義》編纂工作。后來，黃琳陸續在國防科技大學、西北工業大學、西安交通大學、南京理工大學等高校講授，贏得了聽課者和這些高校的髙度肯定，對在我國特別是國防院校推廣和研究現代控制理論起到了重要作用。在此基礎上，黃琳又歷經幾年精心修改，最終以“系統與控制理論中的線性代數”一書于1984年在科學出版社出版。該書影響了幾代控制學人的成長，對培養我國新一代控制科學家起到了重要的作用。2015年他已屆耄耋之年但仍以堅定的決心與頑強的毅力結合近三十年控制科學的發展對該書進行了修改，修訂版于2018年由科學出版社分上下冊出版。
1985年，黃琳作為訪問學者去了美國。由于他主要想利用美國的條件開展科研工作，便婉言謝拒了對方的課程安排。而是自己找到了一位控制理論的研究者C.V.Hollot開展合作研究。他們共同得到了棱邊定理等一系列的成果，C.V.Hollot也因與黃琳合作為主的一批成果而獲得了美國總統青年研究獎。隨后，他在國內積極組織開展這一方向的研究，建立了包括邊界定理在內的更為一般的邊界檢驗理論。
圖3 1985-1986年與美國馬薩諸塞大學的C.V.Hollot教授合作
1993年至1997年，黃琳主持國家八五重大基金項目《復雜控制系統理論的幾個關鍵問題》，在當時的環境下，穩定了一支隊伍，推進了我國復雜控制理論的研究水平。此外先后主持973項目子課題，攀登項目子課題，以及多項基金重點項目和面上項目的研究任務等。1999年黃琳先生的研究成果——參數攝動控制系統的魯棒分析與綜合，獲得國家自然科學三等獎。2003年11月當選為中國科學院院士。
談起過往的成就，黃琳先生謙虛地說道：“我只是蕓蕓眾生中的一員，沒有特殊的才能，只是運氣不錯，再加上人也不笨。”
四、老驥伏櫪，寄望未來
黃琳先生雖已年屆古稀，面對國家國防的重大需求，成功地將他的團隊帶領到國家航天急需的任務中。他們針對高超聲速飛行器飛行控制的難點，出色地完成了任務。航天科技集團認為他們的課題組在高超飛行器控制的一系列問題上開展了有特色的研究工作，取得了有應用價值的理論成果，為航天科技集團高超聲速國家重大專項項目的研制和成功實現試飛提供了理論和方法的支撐。由于這一貢獻他的課題組進行的理論研究于2015年成功獲國家自然科學二等獎并成功地實現了與航天科技集團穩定的合作。
2011年中科院信息技術科學部常委會經認真研究認為應及時開展有關控制科學發展戰略的研究，并認為這一重要任務依托北京大學并由黃琳院士主持完成是非常合適的。經過兩年多努力先后組織了近百位華人一線教授積極參與完成了研究報告，并于2014年由科學出版社正式出版。隨后該項目又獲中科院與基金委聯合資助其后續研究。
圖4 2013年主持中科院學部以“控制科學面臨的前沿科學與工程問題”為主題的科學與技術前沿論壇
作為老一輩科學家，黃琳先生親歷了中國自動化學會從成立、發展到壯大的全過程，與學會結下了不解之緣。1961年中國自動化學會在天津召開第一次會員代表大會，剛在北京大學留校任教的黃琳出席了此次會議。當時參會需要提交會議論文，黃琳先生便將研究生答辯的論文整理成了兩篇文章，分別是關于衰減時間估計和隨機李雅普諾夫函數方面的，論文得到了與會老一輩科學家的認可。其中一篇文章經補充修改，通過了由學會組織的評審并推薦到于1963年召開的第二屆國際自動控制聯合會（IFAC）學術大會上發表。1961年學會成立了由15個委員組成的控制理論專業委員會，黃琳先生便是其中之一。此外，黃琳先生還參與籌辦了《控制理論與應用》雜志，并擔任《自動化學報》等控制刊物編委多屆，為中國控制理論的發展作出了巨大的貢獻。
2021年是中國自動化學會成立60周年華誕，在訪談過程中，黃琳先生對學會的未來發展寄予厚望，希望學會能夠緊抓科技前沿，深耕學科發展，助力人才培養，真正將廣大的自動化領域科技工作者團結在周圍，為中國的未來發展貢獻力量。
編后語：
黃琳先生生于戰火年代，在病魔和流離的陰影中頑強成長，終成控制學林中一棵挺拔喬木，他潛心治學、成果斐然，以滿腔熱忱筑成學科基業，潛心奉獻傳道育人；動亂曲折之際，他在崎嶇的科研之路上雖壯志難酬，仍勇擔千鈞。面對過往的成就，黃琳先生甚為淡然，他將一切都歸功于自己的幸運，但所有的成功并非偶然，其背后蘊藏著無盡的汗水和淚水。歷經人生種種的黃琳先生，是一位謙遜、包容、思想豐盈的智者，希望我們能夠汲取老一輩科學家人淡如菊又堅韌如松的品質，在科研道路闖出自己的一片天地。在此，也誠摯祝愿以黃琳先生為代表的老一輩科學家身體康健，萬事順意。
