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控制如何不死?--- 1. 控制界被数学了50年,该物理物理了 精选

已有 18912 次阅读 2015-5-14 23:33 |系统分类:科研笔记| 技术, 理论, 控制, 数学化, 物理化

2008年布拉格举行的IFAC大会上,卡尔曼在大会发言时说了一句话:


“(搞控制)要先把物理搞对,剩下的就是数学。”(Get the physics right, the rest is mathematics.)


我觉得卡尔曼在以他50多年的学术生涯,告诫大家做控制要在物理和数学之间取得平衡。所谓物理,就是要对被控对象进行深入的研究和理解,体现在建立精确的数学模型,而且是动态的。所谓数学,就是在给定模型的情况下,设计控制器、分析稳定性和进行仿真。控制器的实施/投运,又属于物理部分。所以控制的过程是:从物理出发,经过数学,再回归物理。


自从卡尔曼用线性代数和最小二乘法解决了多变量线性系统的控制器的设计和分析后,控制界逐渐被数学化,即总是假设模型给定,然后就是定理-证明,定理,那个证明。。。假设条件呢?以能发表文章为出发点而定,管它有用没用。控制期刊也逐渐被“数学家”把持,文章不按“定理-证明”的八股写,很难发表。这种怪象是从美国开始的。


为什么会这样?我认为是被美国军方惯的。自动控制对制导、航空和航天至关重要,所以在冷战时期美国军方和基金委给搞控制的学者提供太多的研究经费而不问结果,让一圈子的人大玩学术游戏。写理论文章比搞实用要容易,另外西方学术的传统理念是理论比技术高级。冷战结束后,军方和自然基金给控制界的经费逐渐减少,美国控制界的日子开始难过起来,直到最近有人说美国的控制学科已经被灭掉了。现在美国的控制家们一窝蜂地去搞生物控制了。


既然美国人数学得把控制都灭掉了,大家就不用屁颠屁颠跟着学了。你不想把自己也灭掉吧!中国的控制要发展,接受美国人的教训会很有益的。(我母亲曾经告诉我,接受别人教训的人是聪明人。)


这里没有贬低理论家的意思。理论是阳,技术是阴,阴阳平衡,控制才能健康繁荣。国际控制界现在的问题是过于强调数学与分析性,藐视方法与技术的工作,阳气太盛,不接地气。


按中国人的智慧,需要补阴,强调控制的物理性,要接地气。


究竟要怎么加强控制的物理性呢?大家可以各显神通。我自己的方式是花多年的精力搞懂一个行业,深入理解该行业对控制技术的要求,发现问题,然后提出自己解决办法。过去的20年我在石化工业做出了一些有益工作。近几年带着这些成果进入电厂控制领域,向电力专业的专家们学习,已得到一些好想法。如果你觉得这是好办法,你可以搞钢厂的预测控制与优化,还有水泥厂、化肥厂、航空航天等等。还有一个更大的领域,那就是网络世界。


我的所有学术文章都是在过程控制应用中发现问题和提出解决办法的总结,能直接或间接应用。虽然我的文章数学性不强,但有些学术上还是有意思的。而且越写学术性越强。(不是数学性。)


搞控制要找问题来解决。你可以把自己关在办公室在文献堆里找问题;我喜欢在工业现场找问题。


控制真要死的话,谁也救不了。我认为按物理的方法搞控制,还能做很多很多年。在这过程中,一定会诞生新的控制理论和方法。


以后会再写几篇这方面的想法。。。



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IP: 183.150.36.*   回复 | 赞 +1 [21]杨昉   2017-7-24 22:50
怪不得读研究生以来,看到的控制学科还有通信学科的论文,稍微高级一点都喜欢以“定理—证明”的形式写,原来是卡尔曼开的风。其实以“定理——证明”的形式写,如果写得好也就罢了,但是我看见的大多数“证明”只不过是初等计算罢了。比如算一个代价函数极小,算个导数求解个方程也要占领几页纸,写成“定理”。
不过我发现控制领域有一个分支通过偏微分方程来研究能观、能控性的一套理论我觉得是实打实的,不是假大空。
IP: 223.3.145.*   回复 | 赞 +1 [20]梁修凡   2015-5-21 17:45
朱老师,您说读博是不是赌博?都念du,bo,而且不知道会有什么结果。。。
回复  是修炼。
2015-5-21 22:191 楼(回复楼主) 赞 +1 | 回复
IP: 88.228.138.*   回复 | 赞 +1 [19]Skydoom   2015-5-21 00:01
我也算是搞控制的。就是为了适应社会,混口饭吃,养家糊口。没想着做出什么大成果。看了大家的讨论,真的很惭愧。
回复  惭愧什么?都是养家糊口,并试着找乐。
2015-5-21 10:571 楼(回复楼主) 赞 +1 | 回复
IP: 210.73.15.*   回复 | 赞 +1 [18]徐明昆   2015-5-16 06:58
数学物理需要什么就用什么
回复  我是用这两个词来讲两种不同的方法。
2015-5-21 10:551 楼(回复楼主) 赞 +1 | 回复
IP: 38.64.136.*   回复 | 赞 +1 [17]张华容   2015-5-15 22:02
赞成博主此论!
控制学科本来就是工科,工科本应强调理论联系实际!理论虽很重要,也不该硬往纯理论甚至纯数学上爬。
纯理论的研究仅适合少数人来做,但天朝特色是不论阿猫阿狗都一窝蜂地攀比跟风。
IP: 130.234.154.*   回复 | 赞 +1 [16]金耀初   2015-5-15 18:50
控制和优化一样,要多从工程应用中发现真正需要迫切解决的理论问题。
IP: 183.128.110.*   回复 | 赞 +1 [15]watercold   2015-5-15 18:48
控制是死了,但数学却活了,控制成就了一大批搞数学的。
搞控制的要申请基金和发表论文,不搞点数学证明,评委会很一致的给出结论:该项目属于工程,不是科学。
IP: 116.208.49.*   回复 | 赞 +1 [14]黄永义   2015-5-15 13:45
说在点子上。
回复  谢谢!
2015-5-15 14:091 楼(回复楼主) 赞 +1 | 回复
IP: 218.88.4.*   回复 | 赞 +1 [13]qzw   2015-5-15 13:44
哈佛的何教授提出美国的控制己死(?),中国的控制大牛认为中国的控制是死还是活?
回复  去问大牛。
2015-5-15 14:061 楼(回复楼主) 赞 +1 | 回复
IP: 159.226.167.*   回复 | 赞 +1 [12]zj315   2015-5-15 12:08
我平时用的也是PID控制,还有时域和频域这些概念,这些都是控制工程最传统的内容了。线性系统里还有很多新概念,我觉得可以启发一些思路,但在面对问题时似乎使不上劲,可控性和可观性会不会就是伪概念,我觉得只是因为我们对模型缺乏认识,所以才提出这两个说法。有了严格的模型,就是数学上的问题,怎么还会有不可观?不可控?
IP: 159.226.167.*   回复 | 赞 +1 [11]zj315   2015-5-15 11:50
支持朱老师的观点,建议朱老师多写一些控制方面的科普文章!高屋建瓴,脚踏实地啊
回复  谢谢!
2015-5-15 12:051 楼(回复楼主) 赞 +1 | 回复
IP: 222.161.250.*   回复 | 赞 +1 [10]李实   2015-5-15 11:47
支持,但现在确实是骑虎难下啦,一大批伪数学家在搞控制论,发PAPER,不在控制上搞数学让他们搞什么,很多人编程写软件都不会的
回复  谢谢!
2015-5-15 12:271 楼(回复楼主) 赞 +1 | 回复
IP: 50.156.25.*   回复 | 赞 +1 [9]应行仁   2015-5-15 11:12
控制是比较成熟的学科了,应用数学模型的成熟学科必然用了许多数学让它精确化,无论是物理、经济、网络等等到了这阶段无不如此。要让一门学科有新的发展,最重要的是发现新的应用领域。用同类的控制手段同类的数学模型,只是不同的对象,那只是小打小闹的工程应用,就像现在机械研究,工程师翻翻手册就行,已经没多少学术研究的发现。
从历史上看就很清楚。传统的控制应用的对象是机械和电子,手段是模拟量反馈,相应的数学工具是复变函数,领域变了工具也变了,当年复变是必备的工具,现在还有多少搞控制的人知道保角映射,留数定理?第二波的应用来自航天技术,导弹控制,控制手段是计算机数字控制,新的手段新的方向让控制进入现代控制理论时代,数学工具变为微分方程。另一类控制应用的领域是降噪滤波,在控制手段是模拟量时,电路高通低通滤波,数学工具是傅立叶分析,有了计算机数字手段时,数学工具变成了随机过程。所以要复兴一门学科靠的是新的应用领域和新的应用手段,数学不是主导只是紧跟其后的。只有在门中诸君自己不给力,没了新的创意时,研究期刊才会被数学家把持。
回复  石化工业的成功证明,基于模型的多变量控制可以创造巨大的经济效益。这一点应该对所有的流程工业都适应。但大部分流程工业和高端机器设备还是用PID控制。现在没有普及模型控制的原因是:(1)成本太高,(2)搞控制的都去写文章了。所以应用模型控制方法不是查手册能解决的。现在的应用工程师很多有博士学位。

将模型控制的成本降下来这一问题就会产生很有意思的学术问题,比如:递推算法如何让提高参数跟踪速度?常规的Cramer-Rao下界能否用物理的办法打破?
2015-5-15 11:581 楼(回复楼主) 赞 +1 | 回复
IP: 166.111.100.*   回复 | 赞 +1 [8]李涛   2015-5-15 10:45
新的数学工具产生,控制也才会有新的生命力,否则就现有数学的话,估计都被搞烂了。
回复  控制用的数学都是老的。
2015-5-15 10:511 楼(回复楼主) 赞 +1 | 回复
IP: 61.183.148.*   回复 | 赞 +1 [7]李志俊   2015-5-15 10:35
控制期刊也逐渐被“数学家”把持,文章不按“定理-证明”的八股写,很难发表。
IP: 202.113.11.*   回复 | 赞 +1 [6]杨正瓴   2015-5-15 09:09
[5]李天成  2015-5-15 07:12
to 3 楼
现在在中国,控制一点不冷落
反倒是当年太牛了,留下了他们把持着今天的学术界。。。看看所有的工程相关行业,那个大牛不搞点控制?要不都不好意思张嘴你是干啥的.....
而,尴尬的事实是,要说理论,他们真的在数学上给人类留下什么东西了吗?除了kalman 滤波这种寥寥无几其实也很简单的东西,其他往死了复杂的东西真有何用?  工业应用仍是最简单的一些组合方法之类的吧。

所以,控制是个很骑虎难下,有进退两难的地带

你说没理论吧,一个定理接一个的来
你说有理论吧,问问真正的数学家乃至物理学家,可能又笑了
你说有实用吧,倒是简单的没在论文上出现的最实用的(kalman之前,卫星就上天了!)
你说不实用吧,可这是一个最实用的最工程的专业,要是不实用还有个屁用?

这是论文主宰最泛滥的一个行当,很多人入了这行当了也是骑虎难下进退两难
说不好听的真不如搞点网络、数据啥的,能切切实实的在新型社会有用!(当然一部分人的工作还是很有用的,但基本上大多数是打酱油的)
————————————————————————————————————
正确!相当的正确!
IP: 91.126.130.*   回复 | 赞 +1 [5]李天成   2015-5-15 07:12
to 3 楼
现在在中国,控制一点不冷落
反倒是当年太牛了,留下了他们把持着今天的学术界。。。看看所有的工程相关行业,那个大牛不搞点控制?要不都不好意思张嘴你是干啥的.....
而,尴尬的事实是,要说理论,他们真的在数学上给人类留下什么东西了吗?除了kalman 滤波这种寥寥无几其实也很简单的东西,其他往死了复杂的东西真有何用?  工业应用仍是最简单的一些组合方法之类的吧。

所以,控制是个很骑虎难下,有进退两难的地带

你说没理论吧,一个定理接一个的来
你说有理论吧,问问真正的数学家乃至物理学家,可能又笑了
你说有实用吧,倒是简单的没在论文上出现的最实用的(kalman之前,卫星就上天了!)
你说不实用吧,可这是一个最实用的最工程的专业,要是不实用还有个屁用?

这是论文主宰最泛滥的一个行当,很多人入了这行当了也是骑虎难下进退两难
说不好听的真不如搞点网络、数据啥的,能切切实实的在新型社会有用!(当然一部分人的工作还是很有用的,但基本上大多数是打酱油的)
回复  最有用的MPC技术,又是工业界自己搞出来的,并遭到控制界多年抵制。这是控制界的悲剧。
2015-5-15 09:311 楼(回复楼主) 赞 +1 | 回复
IP: 221.224.215.*   回复 | 赞 +1 [4]孟佳   2015-5-15 06:55
美国的控制学科已经被灭掉了。现在美国的控制家们一窝蜂地去搞生物控制了。
——————————————
哈哈哈,确实如此。
IP: 130.88.237.*   回复 | 赞 +1 [3]戴德昌   2015-5-15 01:05
控制论当年太牛了现在冷落点,也算公平。
回复  也没有太冷落,只是大家都有点迷茫。
2015-5-15 09:291 楼(回复楼主) 赞 +1 | 回复
IP: 110.90.20.*   回复 | 赞 +1 [2]mnz555   2015-5-15 00:03
   绝对支持朱老师的想法。
回复  还是相对支持好。
2015-5-15 09:271 楼(回复楼主) 赞 +1 | 回复
IP: 171.120.79.*   回复 | 赞 +1 [1]李学宽   2015-5-15 00:01
现在控制论开始控制化学反应了,是不是夜应该化学化学?
回复  对搞控制的物理化学都是物理。
2015-5-15 09:271 楼(回复楼主) 赞 +1 | 回复

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