“成就一番學問,要靠一點一滴的積累,要靠長期的埋頭苦幹,不能圖巧。做學問不需要過分張揚,要耐得住寂寞,坐得住冷板凳。”
說這番話的是馮純伯,我國著名自動控制學家、中國科學院院士。他長期致力於自動化控制理論及應用的科學研究,在系統建模和自適應控制系統方面取得了一系列重要成果。
馮純伯
年少顛沛流離,懷揣報國夢1928年4月16日,馮純伯出生在江蘇省金壇縣水北鎮的一個小村莊裡,原名馮辰北。父親馮大朋祖上家境尚可,在上海當一名教書匠,還曾擔任過工會主席。
1937年抗日戰爭全面爆發,北平、天津陸續失陷,馮大朋決定帶著全家離開上海往西南方向逃亡。當年才9歲的馮純伯緊緊地跟著父母,生怕被逃亡的人群擠散,卻不料自己的母親在從安徽蕪湖到武漢的逃難船上落入長江罹難。
這段顛沛流離的生活經歷,給馮純伯的一生帶來了深刻的影響。
國不立何以為家?
直到1939年,在友人的幫助下,馮純伯全家才在貴州省銅仁市安定下來,馮純伯中斷許久的學業也得以繼續。他考上了銅仁市國立第三中學附小上六年級,並在國立三中一直讀到高一,1944年秋季轉入貴陽市國立第十四中學的高二就讀,並將名字馮辰北改為馮純伯。
響應國家需求,電力專業求學路上不斷求索1946年,高中畢業的馮純伯同時被清華大學和浙江大學錄取。浙江大學離家較近,於是他選擇了在浙江大學電機系就讀。
2002年10月10日,馮純伯出席於無錫舉行的浙大電機系50屆同學聚會併合影留念(二排左十三為馮純伯,其前為夫人倪美霞)
自1949年起,哈爾濱工業大學開始從全國招收研究生,大力培養人才。1950年從浙江大學電機系畢業的馮純伯響應國家大力發展工業的需要,考入了哈爾濱工業大學研究生班,並且很快掌握了俄語,達到了聽說讀寫“四會”的程度。
1950年7月,馮純伯在浙江大學電機系畢業並獲得學士學位時的照片
1953年,成績優秀的馮純伯研究生畢業,留在哈爾濱工業大學任教,擔任輸配電教研室副主任,並開始教授《電力系統短路》課程,指導本科生畢業設計。
1955年秋,馮純伯被選派到前蘇聯列寧格勒工業大學攻讀副博士學位。他刻苦努力學習,提前半年便完成學習任務,獲得了蘇聯技術科學副博士學位。
2001年10月,馮純伯重返母校(聖彼得堡國立技術大學),與巴甫洛夫教授合影留念
1957年12月,周恩來總理在全國電力會議上寫下題詞“為建設長江三峽水利樞紐的遠大目標而奮鬥”,三峽工程進入了緊鑼密鼓的準備工作中。哈工大承擔了其中的34項研究課題,包括了電機、電力、土建等。
從蘇聯學成回國的馮純伯負責組建電力系統綜合實驗室的工作。
1958年7月31日,哈工大研製的第一臺電力系統動態模型正式投入執行,這是國內首創的第一臺電力系統動態模型。
1959年,馮純伯在《哈爾濱工業大學學報》上發表了“計算機勵磁調節器”的方案。他深入研究了在發電機各種執行情況下自動地調節調節器引數的可行性,在當時國際上屬領先科技,這些對我國電力系統的研究都有著十分重要的實用意義。
艱苦攻關,從電力轉向自動化研究1960年中蘇關係徹底破裂,蘇聯突然撤走全部在華工作的蘇聯專家,銷燬大部分技術圖紙,很多建設專案被迫中斷。為了彌補技術人員空缺,馮純伯被臨時借調到太原一家軍工廠協助仿製蘇聯導彈。
1959年到1961年正是國家最困難的“三年自然災害期”,很多人連飯都吃不飽,更別提油葷了。他和其他科研人員經常吃的是白開水燙韭菜。期間的艱苦不言而喻。
1961年馮純伯從工廠回來後,哈工大由民轉軍,電力專業被調整到北京電力學院(現為華北電力大學),馮純伯因科研能力強被哈工大留校,轉到電工基礎教研室當主任,後又調到無線電系,任自動控制專業教研室主任。從此,他開始自動化控制方面的教學和研究工作。
1962年,因在國防軍工方面做出突出貢獻,馮純伯晉升為哈工大副教授。
那個動盪的年代,馮純伯經常是哪裡需要就在哪裡。
1970年底,哈工大部分教工與哈軍工原子能系合併,並遷至重慶,組建了重慶工業大學。馮純伯也在其中隨遷至重慶北碚,任重慶工業大學教師,三年後才又回到哈工大。
1975年6月,已是中年的馮純伯終於有機會被調回江南,進入了南京原六機部第七研究院第24研究所。
“我1975年先回南京一家軍工單位落了戶。那時,特別思念江南。”在一次採訪時,馮純伯透露了回到江南的想法,他少小離家,作為土生土長的蘇南人,骨子裡還是惦記著家鄉。
1975年,來到南京724研究所的馮純伯從一般技術人員做起,科研道路上一路深耕,後來擔任研究室主任和副總工程師。
在科研攻關過程中,他憑著對自動化多年的研究,在沒有任何參考資料的情況下,提出了用電子穩定平臺代替艦載三座標雷達(381-甲)的機械穩定平臺的方案。
這個方案可以使雷達重量減輕三分之一,控制精度、響應速度和抗干擾程度上都有很大的提升。這項成果獲得了1978年江蘇省科學大會獎。
潛心鑽研,攀登自動化控制的科研高峰1979年6月,馮純伯被調入南京工學院(現在的東南大學),從此專心於自動控制理論的教學與研究工作。
在他的長期領導下,東南大學自動化專業也逐漸發展成為國內一流甚至國際上頗有影響力的知名專業學科,尤其是在基礎控制理論方面具有很高的學術地位。“控制科學與工程”是國家首批一流學科。
他先後培養了幾十位在非線性系統辨識、建模及自適應控制方面的優秀學生,如餘星火教授、鄭衛新教授、王海風教授、田玉平教授、武玉強教授、郭雷教授、孫長銀教授等等。
1980年8月27日,馮純伯(三排左三)出席中國自動化學會第三屆理事會併合影留念
20世紀80年代以來,世界各大國都在全力發展以資訊科技、生物技術、新材料等為中心的高技術。1986年3月,王大珩、王淦昌、楊嘉墀、陳芳允等老科學家聯合向中共中央倡議,提出要緊跟世界先進水平儘快發展我國高技術的建議,國務院很快批准了這項提議,並制定了863計劃。馮純伯承擔了自動化方面的多個課題。
1988年,他承擔了題為《快速機械手的軌跡規劃、跟蹤控制和雙臂協調控制的研究》的課題,提出了幾種新的控制演算法及一種雙手協調的變結構控制方案;1989年,在承擔的《CIMS系統建模、分析、控制和最佳化方法的研究》課題中,設計了FMS的多工並行模擬系統及兩種新的排程方法,並在北京機床廠進行CIMS的可行性研究;1994年承擔《機器人控制理論與方法研究》課題,建立了雙臂動力學模型的,提出了機器人雙臂避開障礙的方法,將機器人的智慧化提高至多感測器融合和手眼協調實驗系統。
1959年世界著名的機器人專家恩格爾伯格與喬治坫·德沃爾聯合研製了世界上第一臺工業機器人——“機械手”。這個機器人可以按照事先編制好的程式進行工業生產操作。
機器人控制程式是一個十分複雜的多程序非線性系統,再加上負載不同和外界環境的不確定因素很難做到精確、完整的運動模型。而解決這種不確定性主要有兩種基本控制策略:自適應控制和魯棒控制。
馮純伯在系統辨識方面,提出一種新的預處理方法可以消除最小二乘辨識中的偏差;在自適應方面,首次提出了在模型中引入邏輯切換,提高全系統的魯棒穩定性,既簡化了控制結構,又可解決系統存在的不確定性。這兩方面的研究成果獲得了1986年國家教委科技進步一等獎。
雖然我國工業機器人開始於20世紀70年代初期,比世界上第一臺遙控機械手的誕生晚了十幾年,但憑藉著像馮純伯這樣一批老科學家埋頭苦幹的精神,我們在自動化高科技方面迎頭趕上:無人機、機器人等自動化產品早已滲透到人類生活;探月工程、空間站、深海潛器等國防科工專案更是離不開自動控制。
1982年,馮純伯(一排右三)與《控制理論與應用》期刊的第一屆編委在廣州合影留念
晚年的馮純伯將更多的精力放在培養研究生、博士生等高階人才上,他負責的博士點基金專案在不確定系統的魯棒效能分析、快速跟蹤演算法、自適應魯棒控制器和H∞控制等方面都有很高的研究水準。
1994年,他被選為俄羅斯聯邦自然科學院外籍院士;1995年當選為中國科學院院士。
談及馮純伯在科研事業上取得的非凡成就,他總是不以為然:“都是專業的東西,一般人又不懂,幹了些事也沒什麼了不起,就不必多提了。”
在《院士思維》一書中,馮純伯談到自己做科研的心得:“長期以來,我參與了大量工程問題的研究,尤其是軍事工程實踐,這些工程實踐拓寬了我的視野,促使我努力將理論研究應用於工程實踐,以及從工程實踐中尋求理論解釋,這種科研思路和工作方法,後來透過學習唯物辯證法才發現,就是從一般原理到具體實踐應用,從大量感性認知上升到理性自覺的過程。”他也將這些學習方法對自己的學生傾囊相授。
馮純伯在哈工大的學生周育才回憶說:“先生使我參加工作之前就初步掌握了正確的科研方法,讓我終生受用之極!”
2008年4月18日,馮純伯的海內外弟子團聚祝賀老師80壽辰並在東南大學噴泉旁合影留念
前半生坎坷沒有阻斷他的求學路;後半生教書育人做科研,看似平淡的人生卻有著不懈的追求。
馮純伯在訪談中提到,“我最欽佩瞿秋白,流著淚看完瞿秋白的文章《多餘的話》”。這彷彿是他心底的言語——做最堅定的事,卻不必多提。
馮純伯
(1928.4-2010.11)
自動控制學家
中國科學院院士
考資料:
1.《馮純伯院士資料長編》,老科學家學術成長資料採集工程
2.《馮純伯:坎坷人生追尋淡泊真誠》,常州日報,2010年10月21日
3.《常州籍院士 龍城驕子》,中共常州市委黨史工作委員會 編,虞建安主編,方誌出版社
4.《院士思維--馮純伯》,盧嘉錫,安徽教育出版社,2003年版(P257)
5.《機器人控制系統的發展現狀及展望》,機器人網,2014-10-13
6.《2020“遇見東南·院長開講”|智慧自動化改變世界》,揚子晚報,2020年7月10日
7.《著名的自動控制學家-馮純伯》,自動化博覽,高明順,1995年04期
8.《馮純伯:提倡以德治學》,光明日報,2015年12月10日