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姜钟平博士与他的智能世界(2016.12)

发布日期:2017-01-03

 


 

☉文/莫利亚 镜报纽约分社社长

 

☉图/龚文谟 新华社签约摄影师

 

梨花落,春如泥。笔者在家门口迎来了美国私立纽约大学(NYU)工学院终身职教授姜钟平博士到纽约分社接受专访。他早期研究重点集中在三个方向:稳定性;鲁棒自适应非线性控制;欠驱动力学系统。比如:活动机器人、船舶、水下机器人。近年来,姜钟平博士研究的兴趣主要集中在网络科学、复杂非线性大系统的分布式控制、数据驱动控制、自适应动态规划及其在智能电网、智能交通和系统神经学中的应用。其研究成果在数学与控制领域著名学术刊物和国际会议上发表的论文已超过400篇,谷歌学术指数(Google h-index)为62,总引用率超过14680次。

 

到目前为止,他和他的团队已取得以下研究成果:

 

1.建立了针对复杂关联系统的网络、非线性小增益理论。系统地解决了不同类的关联系统的稳定性分析和控制器设计,这些系统可以是连续时间系统、离散时间系统、时滞系统或混杂系统,为广泛的工程应用打下了基础。

 

2.发展了一个可用于复杂非线性大系统的鲁棒自适应控制设计统一性框架。

 

3.针对多个欠驱动力学系统(比如:活动机器人、船舶、水下机器人),提出了新颖的非线性控制算法,解决了一系列悬而未决的理论难题。

 

4.针对不确定非线性系统,提出了一套新的,有别于传统控制理论,基于数据而非模型的最优非线性控制法,并在智能交通系统、电力系统中得到运用。

 

5.提出了无模型随机控制理论,去解释人脑如何控制人的行为。相关成果有助于康复机器人和帕金森疾病的研究。

 

基于姜钟平博士的研究成果及有关复杂非线性系统的最新研究工作:

 

1998年荣获澳大利亚「伊莉萨白二世杰出研究奖」并获资助个人研究奖金25万澳元。

 

2001年荣获「美国国家科学基金会成就奖」(CAREER AWARD)并获资助个人研究奖金375千美元。

 

2005年荣获「日本科学振兴会研究奖」(Invitation JSPS Fellowship)。

 

2007年荣获中国自然科学基金会「海外杰出华人研究奖」(中科院系统科学研究所)。

 

2008年智能控制和自动化世界大会上荣获「最佳理论论文奖」(与王沅教授合作)。

 

2011年第30届中国控制会议上荣获「关肇直最佳论文奖」(与刘腾飞博士后、香港大学David Hill教授合作)。

 

2013年亚洲控制会议上荣获「最佳青年作者奖」(博士生姜宇为第一作者)。

 

2016年国际智能控制与自动化会议上荣获「Steve and Rosalind Hsia最佳生物医学奖」。

 

2009年姜钟平博士获选中国教育部「长江学者」讲座教授(北京大学)2008年当选美国电气电子工程师学会会士(IEEE Fellow)。2013年当选国际自动控制联合会会士(IFAC Fellow)。

 

姜钟平博士是印裔美国人Tandon夫妇2015年捐款1亿美元后,改名为纽约大学坦登工学院电气与计算器工程系终身职教授,他开启了创新性非线性控制领域的多方向研究;他在自动控制和自动化领域的研究成果,硕果累累与广泛应用;铸就了他成为国际上公认的领军人才。他,不愧为大众创业创新时代的顶尖优秀人才和典范。

 

通过专访,揭开钟平博士入门和成功的神秘面纱。

 

努力打下扎实数学根基

 

学好数学多动脑勤动手

 

钟平出生在1966文革开始的那年。父亲是会计,母亲是工厂工人。只因祖父母开过一个米厂,被错划为「资本家」。举家被下放到江西省很穷的横峰县。兄弟姐妹5人,钟平排行最小,下放时3岁。没进过幼儿园,没见过书本和玩具,挨饿的日子也是常有的事。父母坚信读书可以改变命运,鼓励他长大一定要好好读书。钟平立志发奋图强走上学术之路,和以上经历多少有些关系。

 

钟平是江西上饶市人,念高中后不能随意报考哪所大学。原本希望报考上海复旦大学,却被告知已有老师子弟报考,为保险起见,学校建议报考武汉大学数学系,入校后读的是中法合办的数学试验班,五年制教育,第一年主要学科技法语,后四年的教学大纲、教材和老师都按法国同类高校数学专业安排。法国老师讲授的课程常结合数学中最新的进展,有时要求学生做些开放型的学术问题。钟平经常去图书馆查阅相关书籍,无形中学到不少课程之外的知识,打下了扎实的数学基础。

 

钟平说,数学听起来很枯燥,一旦真正进入数学领域,解决一个苦思冥想的难题,常常会被数学带来的美感所震撼。学数学也得遵循一个由易到难的过程。首先,兴趣很重要。我比较幸运,那个时代整个社会对数学都是很崇拜的。「学好数理化,走遍天下都不怕」。

 

另外,要多读读数学史和数学家传记,多了解数学在其他学科和实际中的重要性。其次,还得「多动脑、勤动手」。多动脑,就是要养成思考数学概念来龙去脉的习惯,许多数学概念都有它的物理和实际背景。勤动手,就是像孔子说的那样,学而时习之。通过做练习、解决问题来强化自己的数学知识。遇到不会解答的问题,不要轻易放弃,需要锲而不舍,通过查数据和问老师,直到问题得到解决,这样来的数学知识才是扎实的。

 

学好数学的科学语言

 

创新性研究破解难题

 

钟平表示,二十世纪最著名的数学大师希尔伯特说,数学是科学的语言。这点我深有体会。有了好的数学基础,转向其他学科包括工程应用,不是一件太难的事情。努力和机遇对一个人的成功都很重要,我很感谢众多合作者给予我的无私帮助。

 

钟平于1988年获武汉大学数学系学士学位,1989年获巴黎南大数学系统计学硕士学位后,报考法国著名的工程师学校巴黎高等矿业大学,师从著名非线性控制专家Praly教授,转而攻读并于1993年获得自动控制与应用数学博士学位。其后在法国、澳大利亚和美国多所高校和研究所从事研究工作。1999年受聘于纽约科技大学电气与计算器工程系任助理教授。因突出的研究成果,系主任美国工程院院士Goodman教授力荐钟平提前申请终身教职(Tenure)。结果3年内拿到终身副教授职称(美国高校助理教授升到终身职一般需6年)。2007年聘为终身正教授。姜教授在NYU建立的控制与网络研究实验室目前有一个美国硕博连读生,一个西班牙留学生,两个印度留学生,五个中国大陆研究生(其中三个是博士生)。

 

钟平说,我的博士导师Praly教授是国际上公认的非线性和自适应控制学科带头人,他让我做的课题属于理论性,主要探讨一般非线性系统的控制方法。博士毕业那年,我去法国国家计算器和自动化研究所(INRIA)做博士后,导师是著名的机器人专家Samson教授,给我的任务是研究卫星的姿态控制,探讨在只有两个控制器运行的情况下能否找到一个稳定的控制器。这是当时国际控制界的一大难题,专家早已指出,运用传统的控制理论,该问题不可解。在Samson教授指导下,我对卫星姿态控制这个新方向作了深入研究,经过半年时间,我和合作者首次提出来一种新颖的非线性控制方法,解决了卫星姿态控制难题。后来,我离开INRIA去澳大利亚国立大学做研究员。在那,我遇到了来自荷兰的Nijmeijer教授,一起合作将基于卫星姿态控制法推广到一类欠驱动非线性力学系统。相关研究结果发表在我们控制领域的两个顶尖杂志上,受到国际同行的高度评价。接着又和Mareels博士合作,解决带输入不确定性的非线性控制难题。

 

经过一年深入研究,我们提出了非线性小增益控制法,进一步完善了我博士期间提出的非线性小增益理论。现在,该理论被超过10本非线性控制专著引用,已经成为非线性控制领域的通用方法之一,在许多控制工程问题中得到应用。1998年我荣获了澳大利亚「伊莉萨白二世杰出研究奖」。

 

大众创业大众创新的时代

 

凸显顶尖优秀人才和典范

 

姜钟平博士阐述其研究成果时表示,我的博士论文研究的是由两个非线性控制系统组成的关联系统稳定性,目的是提出可在工程应用中方便使用的工具。我在1994年发表的文章《输入状态稳定关联系统的小增益定理及其应用》(Small gain theorems for ISS Systems and applications)里,我和合作者使用增益的概念,首次提出针对非线性输入状态稳定的关联系统的稳定性判据。该稳定性判据已经广泛得到国际控制界的认可,被称为「姜─TeelPraly小增益定理」,为后来我和合作者建立的、至今较为成熟的非线性小增益理论奠定了坚实的基础。这项工作已经被广泛运用到控制论的许多分支,解决了一系列悬而未决的难题。在最近几年里更是在系统生物学、智能交通、智能电网等交叉学科中找到应用。

 

2008年第七届全球智能控制与自动化大会(WCICA)于625日至27日在重庆召开。来自二十多个国家和地区的1500余名专家、学者和学生参加盛会。该会是控制和自动化领域在中国举行的三大国际会议之一。姜钟平教授和美国佛罗里达大西洋大学王沅教授合作的论文系统地研究了复杂非线性大系统的稳定性问题,并提出了多回路、网络非线性小增益定理,极大地推广了之前文献中的相关结果,经匿名专家评审,在会议上宣读论文并回答专家提问,最终荣幸地获得「最佳理论论文奖」。

 

2011722日至24日在烟台国际会议中心成功召开第30届中国控制会议。共收到来自22个国家和地区的投稿论文2304篇。论文涉及37个研究方向。参会人数超过1千人。其中254篇论文申请《关肇直奖》。姜钟平教授和刘腾飞博士后与香港大学希尔(David Hill)教授合作的论文,因在量化非线性控制研究荣获「2011年关肇直最佳论文奖」。(关肇直教授是中国科学院院士、国内外知名的数学家和控制理论专家。他一生致力于数学、控制科学和系统科学的研究和发展,作出了重要的贡献。1994年控制理论专业委员会设立了《关肇直奖》,2003年成为中国自动化学会的一个奖项。论文第一作者年龄不超过四十周岁,每年每次获奖名额不多于两篇。)

 

2013年亚洲控制会议于623日至26日在土耳其首都伊斯坦布尔召开。收到来自56个国家和地区的720篇投稿,经匿名评审,最后接受约550篇高水平文章,竞争相当激烈。经书面评审和口头答辩,评奖委员会决定将「2013最佳青年作者奖」授给姜宇。(文章由姜宇、姜钟平教授合着,第一作者姜宇是钟平的博士研究生)。文章中首次提出了一种新的基于数据和强化学习的非线性最优控制法,而且该方法在电力系统和计算神经科学中得到验证。

 

2016612日至15日在中国桂林召开第12届全球智能控制与自动化会议。本次会议收到来自17个国家和地区的759篇投稿。每篇论文经过至少三名专家评审,最后会议接受了610篇论文,包括口头报告和张贴论文。论文涵盖控制和系统理论、智能控制、大数据、工程优化、建模和分析及智能机器人等多个控制和自动化领域。姜钟平教授和他的博士生边涛合着的论文荣获本届会议的「Steve and Rosalind Hsia最佳生物医学奖」。获奖原因是:论文中提出了一种基于数据的随机优化控制模型,用以解释人的大脑如何控制身体运动,研究结果和相关实验数据高度吻合。

 

活跃国际学术平台

 

著书立说影响深远

 

姜钟平(ZHONGPING JIANG)教授是以下三本专著的合作者:

 

1.Stability and Stabilization of Nonlinear Systems》(《非线性系统的稳定和镇定》)出版社Springer, 2011

 

2.Nonlinear Control of Dynamic Networks》(动态网络的非线性控制)出版社CRC Press, Taylor and Francis, 2014

 

3.Robust Adaptive Dynamic Programming》(《鲁棒自适应动态规划》)联合出版社 IEEE-Wiley, 2016出版。

 

目前钟平教授担任多个国际期刊副主编(Associate Editor or Editor,还担任《控制与决策》(《Journal of Control and Decision》)国际英文期刊执行主编。创办《控制与决策》英文期刊是为了适应经济全球化和科技一体化进程的需求,促进国内外的学术交流和科技合作,打开对外科技信息交流的重要窗口;并提供与国际学术组织与学者进行交流的重要平台。已于20143月正式出版,该刊为季刊,由东北大学主办,与国际出版公司Taylor & Francis Group(英国)合作出版。

 

20161022日于纽约春晖室

 

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