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钱学森的确是工程控制论之父

已有 21675 次阅读 2016-10-4 13:58 |个人分类:科研与同行|系统分类:观点评述| 天才们的工作

最优控制理论是现代控制理论早期奠基性的重要组成部分。常有这样的说法,贝尔曼的动态规划、庞特里亚金的最大值原理、卡尔曼的线性系统理论是控制理论的三大里程碑式工作。其中,苏联庞氏的工作是变分法应用于控制问题,是一般性的结果(控制有约束),而卡尔曼的则是一个特例,考虑的是线性系统,他引入了基本的控制概念。这些是1954年钱发表《工程控制论》以后的工作。

钱学森是工程控制论之父,的确,钱是他的那本书《工程控制论》的作者,或者准确地说钱是工程控制(理)论的先驱者,其先驱性工作是其1951年和研究助理Evans的合作研究:

H.S. Tsien and R.C. Evans, "Optimum thrust programming for a sounding rocket," American Rocket Soc, 21(5):99-107, 1951.

该文领先于同行致力于此问题至少5年。它第一次给出了垂直火箭最优推力问题的详细解答,即给定最终火箭质量,用变分法求取高度$s(t)$以最小化最初火箭质量,这里质量决定携带多少燃料,而燃料的变化率决定了推力。这就是所谓的Goddard问题:Thrust program for maximum altitude of a sounding rocket.

A simple version of the problem can be stated as follows: Given a single stage rocket vehicle with a fixed amount of propellant, how should the thrust be programmed to maximize the final altitude?

“一个简单的问题表述是:给定一个携带固定数量推进剂的单极火箭,如何设计推力,以最大化最终高度?”这已经是教科书的标准内容。

以上英文来自A.E. Bryson and Y.C. Ho的那本著名的《应用最优控制》一书。其书是这样评价钱的这个工作:

This famous problem was proposed by R. H. Goddard in 1919 and formulated clearly by G. Hamel “Uber eine mit dem Problem der Rakete Zusammenhéingende Aufgabe der Variationsrechnung," ZAMM, Vol. 7, No. 6, 1927, pp. 451-452. H. S. Tsien and R. C. Evans gave an important special solution.

“这个著名问题1919年由(美国的火箭之父)Goddard提出,1927年Hamel给出了清楚的数学表述。1951年,钱和Evans给出了一个重要的特殊解。”

航空航天时代催生了现代控制理论,伴随着钱的这个工作,和其它类似的实际问题,后来出现了理论革命。革命风暴之后,必然用力过猛,对历史产生了负面效应,如巴黎革命、文化大革命。控制理论的这次革命,为后来带来了无数学术垃圾(多余的);如同今天的SCI期刊和文章,已经沦为伪学者们发财、进阶的工具。

最优控制理论的作用是什么呢?钱学森在这篇文章里回答了这个问题,他的答案现在已经被有意无意地忘掉,那就是:

Theortical optimum gives a standard of comparison and show how much could be expected by varying the thrust.

就是说:“理论最优给出了比较的一个标准,它告诉我们改变推力能带来多少预期。”这也是理论对工程实际的作用,对理论的任何藐视和夸大都是别有用心的。

限于时间,以后会有详细文章或博文赘述。



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