——记信电学院控制理论研究所所长、博士生导师张维海教授
张维海,1965年12月生人,1998年获得浙江大学运筹学与控制论专业博士学位。现为信电学院教授、博士生导师、控制理论研究所所长,兼任国际期刊International Journal of Systems and Synthesis Biology的编委、IEEE控制系统学会会议编辑委员会副主编、2009 CCDC技术程序委员会成员。
张维海是山东莱阳人,作为山东土生土长的科学研究和教育工作者,他深爱着这片具有丰厚历史底蕴和悠久文化传统的齐鲁大地。2001年5月,他进入台湾清华大学电机工程系师从陈博现教授进行博士后研究工作;2002、2003年,他在陈博现教授的一再挽留下,曾两次延长在台的访问期,但最终还是放弃了那里的良好环境,毅然回到山东,继续他的教学与研究之旅。多年来,他潜心控制理论研究,取得了一个又一个研究成果,成为国内外同行中基础研究成果多、论文发表层次高且具有较高知名度的研究学者。
艰难的求学之旅
张维海从学生时代起,就勤奋好学,喜欢独立思考,学习成绩一直名列前茅。因父母双亡,家境贫困,初中毕业后,仅读了不到半年高中就开始回村务农,并承担起照顾弟妹的重任。然而,他对书本仍然恋恋不舍。平时,他白天到田间干活,晚上就在月光下读书。农闲时,他就从农村走到城里的学校去旁听。每当他找到一些高年级学生用过的书本后,便如饥似渴,一头扑在书本上,不分昼夜,认真研读,直到自己完全读懂、看明白为止。
1984年,张维海的一远房亲戚在青岛联系了一个工程,让他跟着去干活儿。来到青岛打工的张维海,在一个阴雨天去了中山路的新华书店,看到书架上有很多书籍,而且可以随便阅读,十分兴奋。之后,每逢阴雨天,他就到书店去看书,并将一些重点记在小纸片上。那年底,发工资后,张维海用40多元钱买了20本书,背回家去。
第二年,张维海毅然拒绝了去青岛打工的邀请,决定在家自学。他“怪异”的选择,让祖祖辈辈面朝黄土、背朝天的邻里乡亲无法理解,甚至许多亲戚也看不惯。仅仅读高中不到半年的张维海,这时有一个大胆的想法,就是立志要考研究生。
1986年,张维海在朋友的帮助下,在莱阳农学院的实验室找到了一份临时工作,负责消毒处理。张维海白天负责实验室工作,课余时间,在实验室外空地上种粮、种菜;晚上,看书学习。实验室的老师被张维海执著好学的精神所感动,破例为他办理了一份学院图书馆的借书证。“我很喜欢那份工作,它不仅解决了我的吃饭问题,也为我提供了一个很好的学习平台。”张维海在回忆过去时满怀着感恩的心情。
功夫不负有心人。1991年张维海终于以总分第一、高等代数满分的优异成绩考上了杭州大学数学系硕士研究生。一些同学惊奇地向他讨教“秘诀”,他说,我早就确定了考研究生的目标,并且为此付出了巨大的努力,成功应该是很自然的事情。
1994年,张维海硕士研究生毕业,在山东工业大学工作。1995年,张维海成功考入浙江大学,攻读运筹学与控制论专业博士研究生;1998年,获博士学位。大器晚成的张维海从一名初中毕业生,以其惊人的毅力,一步一个脚印,向着知识的巅峰攀登,同时也实现了他人生的一个个蜕变……
执著的研发之旅
青年时代正是一个人的世界观、价值观、人生观形成的关键时期。受数学的熏陶,张维海的性格脾气中带有明显的数学烙印。数学中充满了辩证法,这使他看问题比较客观;数学中严密的逻辑推导,使他思考问题比较周密;数学中复杂的计算,使他不怕困难;数学中有根有据的推理方式,使他踏踏实实;数学中函数的某个局部极大值可能比某些局部极小值还要小的事实,使他有自知之明……
2001年,张维海久经磨砺的独特个性和知识积累终于有了发挥的机会。他的勤奋与执著,终于迎来了收获的季节。2001年5月,张维海到台湾清华大学电气工程系作博士后研究,师从国际电子工程师学会院士、台湾清华大学电机工程系李远哲讲座教授陈博现教授,研究范围涉及鲁棒控制、非线性随机H∞控制和滤波器设计等。大师的指点和教诲,使张维海豁然开朗:非线性随机H∞鲁棒控制是控制器设计的最高境界,此种控制必须考虑非线性、随机噪声、鲁棒性,所以从事这方面的研究必须兼有深厚的数学基础和多个领域的训练及相当的整合能力。
鲁棒控制是上个世纪80年代以来国际控制理论界研究的热点,由控制理论大家Zames所创立的H∞控制则是最为重要的鲁棒控制方法之一,在工程上获得了极大的应用。用不太严格的工程语言来讲,H∞控制就是针对系统受到外来干扰的情况下,如何设计控制器有效抑制外部干扰在一定的水平之下。在1980至2000年的20年间,确定性系统的H∞控制取得了大量丰硕的成果,但是更有实际意义的随机H∞控制研究却鲜有成果问世。
张维海在博士期间打下了坚实的数学基础,而一旦搞懂了H∞控制的工程意义,则在这方面取得一些突破就是顺理成章、水到渠成的事情。张维海和陈博现在深入研究确定性H2/H∞控制的基础上,首次提出并解决了线性随机系统的鲁棒H2/H∞最优控制问题,推广了经典结果至随机情形,成果发表在控制领域顶级期刊IEEE Trans. Automatic Control。该文目前已经成为随机控制领域的重要参考文献,得到了众多学者的引用和好评。之后,张维海和陈博现再接再厉又连续解决了难度更大的非线性随机H∞控制和滤波器设计问题,成果发表在国际权威期刊SIAM J.Control and Optimization 和IEEE Trans. Signal Processing 上,这方面的成果一经发表,立即被国外学者写进综述文章里,并用一页多的篇幅予以详细介绍,认为张维海和陈博现所建立的随机耗散性理论和得到的一个非线性Lure方程使Yakubovich频域定理得到了一个新的推动力,在随机稳定性和控制理论方面发挥着异乎寻常的作用。
张维海的另外一个突出成就是建立了随机系统的谱配置理论。搞自动控制理论的人都知道极点配置是现代控制论的主题之一,在工程上有重要的应用,如可以人为改变系统的收敛速度,取得理想的动态响应速度。长期以来,由于随机系统结构的复杂性,随机系统的谱配置理论始终没有建立起来。张维海和陈博现经过艰苦的探索,通过巧妙引进一个广义Lyapunov算子,建立了与确定性系统的极点配置理论相平行的随机谱配置理论,开辟了新的研究方向。德国学者T.Damm用张维海和陈博现发展的算子谱技术给出了随机系统能检测的Hautus判据,并推广了张维海和陈博现的某些结果。
近年来,他先后在国际权威性刊物发表论文20余篇,被SCI、EI收录论文60多篇。主持并完成国家自然科学基金面上项目(结题评为“特优”)、省自然科学基金、省博士基金、教育部博士点基金各1项,目前主持国家自然科学基金面上项目1项。获教育部自然科学二等奖1项,省自然科学二等奖1项。
勤勉的育人之旅
张维海的勤奋是出了名的。熟悉他的人都知道,每天早晨不到七点,他就会出门,到学校去上班。张维海的研究生们,喜欢在星期天敲开他办公室的门,因为他们知道他会在。多少年来,他已没有节假日的概念,披星戴月地上下班是常事。张维海说,我本来就是从农村走出来的苦孩子,能在现在的岗位上为教育和科学进步作点贡献就很满足了。
张维海的勤奋与敬业,感动并影响着他的学生。张维海每周都会安排一到两次论文报告会,让研究生报告自己的论文或研究成果,他则在下面认真地听和记,并不时提出问题让学生回答。他的学生都很重视每一次的报告会,经常利用星期天查找资料、研究相关信息,认真准备。张维海对学生论文的审查很严格,几乎是逐字逐句地改,逐个方程演算修正,这样一篇论文改完,学生往往发现自己粗糙的原稿已经彻底地改头换面了,自然是增色了很多。张维海经常对学生说,研究性论文不仅要创意新、观点正确,而且英语表述也不得忽视,否则就达不到发表的水平。平时,张维海坚持要求学生用英语发表论文,这样经过三年的学习,不仅专业能力进一步提高,而且英语水平也有了很大的进步。
“专业上严格要求,生活上关心爱护,是张老师对待学生的最大特点。”张维海的学生如是说。学生们在生活上遇到困难或有什么不顺心的事情都愿意和张老师谈,而且总能得到一些有益的帮助和教诲。在张维海已经毕业的7个硕士生中,其中有1人获得校“研究生十大科技精英”和“研究生优秀学术论文”一等奖,1人荣获校“科技创新之星”称号,有2人成为北京航空航天大学的博士研究生。谈起自己的老师,同学们都充满了感激之情,他们说“张老师是一名德才兼备的好老师,能够得到他的指导感到很荣幸。”(记者:高晓华)