师者·楷模 | 吴昭景：“是控制论重塑了我的人生”
“少年辛苦终身事，莫向光阴惰寸功”
他教书钻研数十载
谆谆教诲结出果实
从这峰攀向那峰的追逐中
探寻生命的广度与深度
他就是烟台大学
数学与信息科学学院吴昭景老师
近日，烟台市电视台《烟台故事》栏目
对吴昭景老师进行了专访
让我们跟随镜头
一起走近吴昭景老师吧
个人简介
吴昭景烟台大学数学与信息科学学院教授，运筹学与控制论学科带头人，运筹学与控制论硕士生导师。 IEEE学会系统控制分会会员，中国自动化学会信息物理系统控制与决策专业委员会委员，第28、29、30届国际控制会议CCDC国际程序委员会委员。先后为本科生讲授数学分析、实变函数、泛函分析、数理统计等课程，为研究生讲授线性系统、最优控制、非线性系统理论、随机控制、自适应控制等课程。培养硕士研究生15名, 7位考取博士。主要从事随机系统的稳定性分析和非线性控制理论及其在机械、电力系统中的应用研究。在控制论期刊《IEEE Trans. Auto. Control》和《Automatica》上发表论文19篇(长文4篇)，出版学术专著1部。主持国家自然科学基金面上项目3项。2012年度《IEEE Trans. Auto.Control》杂志杰出评审人; IEEE ICCSS2016 最佳论文奖；获山东省自然科学奖二等奖(首位),获教育部自然科学二等奖(第二位); 入选享受国务院特殊津贴专家工程和山东省有突出贡献中青年专家工程。
人生故事
吴昭景今年49岁，自幼有些不善言辞的他，却对数学有着浓厚的兴趣。
吴昭景从小语言表达能力不强，但对数字很敏感，用他自己的话说，这叫“有长就有短，有短就有长。”由于家长不认字，家里所有涉及到数学的问题，就由很小的他来解决。包括他干建筑的父亲在工作上的很多帐目，都是由他来算的。
高考前，一直被班主任看好的吴昭景却因为连续几天的失眠发挥失常，考入了济宁的一所专科学校。但是高考失利的打击并没有让他放弃对数学的热爱。专科毕业的他，在数学方面本身缺的就多，而数学这个工具差了，很多工作就做不出来。他一面为了这个，一面又因为对数学的喜欢，就不断地努力加强自己的数学功底。
就这样，2000年，吴昭景考取了曲阜师范大学运筹学与控制论专业的硕士，又在05年获得了东北大学的控制理论与控制工程专业的博士学位。2005年，吴昭景来到烟台大学，开始了他的教学和科研之旅。他希望自己的研究成果不仅仅是理论，还要能够运用到实际，因此选择了继续控制论的研究。
他很早就意识到，无论是从喜欢的角度，还是从自己的智力水平，他可能不会去做那种很抽象、很艰深的数学。他认为这是需要天分的。相比之下，他更喜欢有实际作背景、有工程应用前景的数学，他更愿意做一些自己喜欢做的研究。他正在研究的方向，学术名叫作控制，俗称自动化，指的是原本由人完成的工作，设法换成机器完成，这就叫自动控制。
在控制论的探索中，吴昭景学习了一系列系统理论与控制理论的课程。要做到随机系统的稳定分析就要学习随机微分方程，学习随机微分方程就必须先学随机过程，学随机过程就必须学习概率论，学习概率论又必学测度论。吴昭景就这样锱铢必较地，一直不断地向前捋清每一个相关的知识面。数学的魅力之于吴昭景，便是专精于一域地不断攻克一个又一个难题。
在他看来，在数学方面有个悖论，即数学的魅力在于难，不难没意思。学了，又解决了，就会觉得没意思，然后又要找难一点的、更难一点的，因此，学数学就要不停地学，学的东西会越来越多。控制论需要的数学相对少一点，却需要用一些物理的知识，像电压、液压、气压。比如说，需要电压就得熟悉电机，要熟悉电机就要先熟悉电路，这就相当于说，学控制论还要从控制上往物理上，要不停地往前走。
不同的是，在专业领域中较真的吴昭景，在生活中却是一个大而化之，特别能将就的人。
他说，自己在生活上“怎么都能将就，怎么都能凑活”。他有时候吃起饭来，一度连吃了几个馒头、喝了几碗汤都完全不知道，要问家人才行。
除了上课的时间，吴昭景把时间都用到了自己的专业研究中，常常废寝忘食。有时候看似工作已经结束，人也离开了学校，坐上了公交车，但是吴昭景在脑中还在思考着他的专业，还是没有离开他的办公桌。
他这种痴迷状态，有一次尤其严重。他想去振华买个东西，到了振华购物中心就下车了，后来才发现自己早下了一站，就接着走到振华商厦，进去之后又发现自己没带钱。他就转身就到了附近的银行，又发现没带卡。他对于专业一度痴迷至此。
经过多年的学科交叉学习和软件的自学，吴昭景的研究项目已经可以完成虚拟现实的机器人控制，这离最终的成果转化已经接近了临界状态。
教学方面，十四年的时间，吴昭景先后为本科生讲授数学分析、实变函数等课程，为研究生讲授线性系统、最优控制等课程，培养硕士研究生十五名，其中七名考取博士。他主持国家自然科学基金面上项目三项，被评为2016年度国务院享受特殊津贴专家，2017年度山东省有特殊贡献的中青年专家。他2015年度获得山东省自然科学二等奖，2017年度作为第二完成人获得教育部的自然科学二等奖，2018年度山东省突出贡献专家。
采访手记
Q：吴老师, 能否向我们介绍一下您的研究方向？
A：我所从事的专业是控制论。控制论与系统论, 信息论是二十世纪科学技术的三种横断科学, 是现代科学技术沿纵向细化和横向交叉, 两个不同趋势发展, 所形成的“三国演义”。 真是“天下大势, 合久必分, 分久必合”。
比如, 我们说, 现在的手机是一种加工信号的装置， 这个有机的装置就是系统, 信号中传递就是信息, 智能加工信号的方式就是控制。
Q:控制论是横断科学, 能否给我们描绘一下这种学科的深度和广度?
A:我喜欢在对控制论探索中, 体会个中深度和广度。最初，我主要从事非线性系统的随机控制的理论研究, 而在学习了一系列系统理论与控制理论的课程的基础之上, 要做随机系统的稳定性分析就要学习随机微分方程, 学习随机微分方程必须先学随机过程, 学随机过程必须学习概率论, 学习概率论必学测度论。
于是，我把自学测度论, 概率论, 随机过程, 随机微分方程和随机稳定性论的心得体会就编入了这本《随机引论》的研究生教材中，然后给研究生开设《随机控制》，最近又增添了《线性系统理论》和《最优控制》课程。同时我也给本科生上《实变函数》,《泛函分析》课程，这是两门有深度的本科数学专业课。
最近10年, 我们的所有课程使用的都是自编教材, 都是我学习这些课程的心得体会。
Q:在您的科学研究上, 有没有什么挑战或是励志的故事?
A: 比起学习和教学, 更大的挑战来自于对控制论的科学研究。2003-2005年读博士的时候, 接触到著名的“小增益定理”的研究, 两个稳定的系统的关联系统未必稳定, 要稳定要有小增益条件。比如说, 两个优秀的选手要形成优秀的组合, 就需要彼此配合。基于美国学者Jiang Zhongping的非线性小增益定理, 我们提出了随机的非线性小增益定理, 当时有两种方案, 一种是范数型的, 另一种是Lyapunov(李雅普诺夫)函数型的。第一种较为保守, 但当时的研究能力也只能用第一种方案。结果投出后, 一审就在顶级期刊《Automatica》按长文暂时录用， 小修后于2007年发表。
事后, 我们得知负责处理该论文的副主编, 曾经发邮件给当时也研究随机小增益定理的中科院的张继峰研究员, 咨询我们的成果是否是我们独立完成的, 结果张继峰, 这位非常有良知的学者, 回复说，我们和他们的研究方法和思路都是各自独立的, 而把他们的成果投在了国内的一个期刊, 现在看来, 他们的成果一点也不比我们的差。
Q:随机小增益定理的第二种方案怎么样了?
A:我一直考虑用第二种方案来研究随机小增益定理。遇到的第一个困难是如何处理Lyapunov函数的切换问题, 为此，我暂停了小增益定理的思考，开始了对切换方法的研究, 并于2009-2013年间，先后在《Automatica》和《IEEE Trans. Auto.Control》上发表了3篇随机切换的论文。 切换导致了函数不光滑, 如何处理不光滑的Lyapunov函数成为了第二个困难。接下来，我选择考虑随机耗散性理论和随机Barbalat引理的研究, 结果在2011年和2012年在顶级期刊《IEEE Trans. Auto.Control》上发表2篇论文。
我没有放弃第二种方案, 但却不断暂停, 又转向了机械系统的研究, 不过在2012年以后, 继续了这方面的研究, 利用此前多篇论文的技巧，终于获解决了这个问题, 结果在2016年以长文形式发表在《IEEE Trans. Auto.Control》上。相比于短文，在创新性上，长文要求更高, 一般需要5个审稿人。
Q:您在随机控制方面做了较为系统的研究, 您感到满意吗?
A:我在走向随机稳定性的纯理论研究的同时, 意识到了在应用转化方面的不足, 结果在给随机小增益寻找答案的同时, 我不甘心于纯理论的研究, 于是鼓起勇气, 于2012年开始了机械系统的研究, 由此开始了分析力学的自学, 从控制和数学向物理上转向。力学是物理层面的知识,而学习物理, 对我而言确实有挑战, 主要是曾经不多的物理知识, 已经20多年了, 几乎忘光了。我首先要熟悉经典的牛顿力学, 然后才是抽象的拉格朗日力学和哈密顿力学, 克服心理和智力的双重挑战, 才终于搞清楚在机械系统的应用, 提出随机的向量反推技术, 我和我的学生在这方面有4篇论文在顶级期刊上发表。
Q:自此，您开始向应用方向转型了?
A:2016年到现在, 我开始思考机械系统的真正控制问题, 也就是控制算法的执行器问题。 控制方法是计算机运行的结果, 计算机不能直接驱动机械系统, 首先计算机要驱动电机, 而电机驱动机械系统, 这样，我又开始了下一个征程——电路系统的自学, 但必须先搞明白电磁学, 当然较难的不是电路与电磁学本身, 而是与电机的结合, 电机又分为直流电机和交流电机, 是电能、磁能交汇并转化为机械能的地方。
随后，下一个挑战又开始了, 电脑中的电流是5v左右的极弱电流, 自然不能用于驱动电机, 这中间还需要由半导体组成的放大器。因此，我又开始了电力电子学的自学, 现在已掌握了脉冲宽度调节器的原理。脉冲就是(0,1)序列, 通过换向可以变为(-1,0,1), 数字信号通过电压传递与放大。我从其中真正体会到了“一生二, 二生三, 三生万物”的奇妙了。就在这个春节, 我把控制的所有环节逐步打通。
在这两个周里, 我通过自学Siamcape方法, 已经自己可以完成虚拟现实的机器人的控制啦, 这距离成果转化, 算是接近临界状态了。
Q：您的研究前景如何？
A：至今为止：
(1)拉格朗日方程能够统一海,陆,空,机械与电力的各种机电设备;
(2)我们的向量反推控制方法又与拉格朗日系统形成了绝配。
我们发现向量反推技术可以统一现有的非线性控制的很多研究方法: 反馈线性化, 滑模控制, 无源性控制, 都可以用我们的方法, 把它们演化出来。
Q:您的科研经历丰富多彩, 一定有很多感悟吧？
A:我理解了控制论的深度和广度, 同时，也对人生的深度和广度的有了直接的理解，可以说，是控制论重塑了我的人生。我当初是专科毕业，基础不太好，需要补充很多东西，我能深刻体会自学的成就感，控制论不像基础数学那么坚深, 很亲切很好打交道。另一方面，我真切感受知识带给我的快乐，我19岁到26岁之间一度将大部分时间和精力投入到中国古典文学的学习，并写了很多的诗歌, 感恩史记和周易等文学精华对我人生的指导。
最后，感谢烟台大学给了我一个轻松的生活空间和理想的工作环境，感谢数学院同事们共同构建的风清气正的自由学术氛围，同时，也很高兴有这样一个机会和大家分享。
春来花开的好时节
让我们跟随吴昭景老师的步伐
为梦想拼搏、为追求奋进
风清气正 天朗待飞腾
你在这个春天有没有完成什么挑战
或克服了什么困难
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视频来源 / 烟台电视台
采访 / 刘菲宁
值班编辑 / 赵钰萌 郭凡
责任编辑 / 董超
审核 / 亓健生
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