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《特征建模理论、方法和应用》出版助力航天国防事业

2019-12-17 来源:中国出版传媒商报
  ■邢剑飞(国防工业出版社)

  吴宏鑫是中国科学院院士,先后承担了卫星型号任务、国家“863”课题、部重点预研课题、国家自然科学基金重点项目等10多项国家任务和工程项目的科研工作。获得国家发明奖二、三等奖各1项,省部级科技进步一等奖1项、二等奖5项,中国出版政府奖1项。他还被评为航空航天部有突出贡献专家,享受政府特殊津贴。

  吴宏鑫院士于20世纪80年代提出特征建模的思想,是其在承担实际复杂高阶对象的控制任务中,对“低阶控制器为何能控制高阶复杂对象”这一核心问题的思考。经过多年从事控制理论及其在航天和工业控制领域的应用研究,他于1992年建立特征建模理论。

  特征建模理论对被研究对象进行建模研究,实质是认识世界,揭示客观世界内部运动规律和提取其特征的过程。特征建模从控制科学讲就是研究被控对象在外部和内部作用力之下的运动规律及其特征,抓住其主要矛盾及其主要方面为控制器设计服务,具体说就是根据被控对象的动力学特征、环境特征和控制要求相结合进行建模,是从哲学角度抓住主要矛盾的建模,这是一种新的建模理论和方法。

  特征建模形式简单,对控制器设计极其方便,它为复杂被控对象提供了极其有效和实用的控制器设计方法。特征模型的研究对解决我国国民经济建设和国防工业发展中遇到的控制技术瓶颈具有重要的理论意义和现实意义。

  在特征建模理论方面,以吴宏鑫院士为项目负责人的研究团队针对开环不稳定对象,提出了零点补偿的特征建模理论和方法;提出了闭环参数快变的辨识和估计新方法,解决了高超声速飞行器特征建模中快变参数估计问题;在一定条件下,证明了基于特征模型的黄金分割自适应控制器与原实际工程对象组成的闭环系统的稳定性,在解决这一世界性控制理论难题的进程中取得了突破性进展。

  特征建模理论有效解决了复杂对象难以建立精确的动力学模型,使得控制器设计遇到困难的难题;有效解决了低阶和智能控制器设计不理想的难题;有效解决了现代控制理论与实际应用脱节的难题。建立了一套特征建模体系,提出了面向复杂系统的特征建模理论和方法;提出了与状态相关的快速参数辨识方法;提出了智能与自适应相结合的控制方法;证明了低阶控制器作用下与复杂原系统组成闭环系统的稳定性等。

  由国防工业出版社出版的《特征建模理论、方法和应用》一书阐述了特征建模从思想、理论、方法、技术实现、仿真到工程应用的一系列完整过程,特别是对于一些特殊问题的具体处理方法,均作了详细的论证和说明。所阐述的理论与方法已在二十多类实际对象、上百个实际工程控制系统中得到成功应用。特别是在我国载人飞船返回再入、月球探测器跳跃式返回再入、空间交会对接等要求首次应用必须成功的国家重大航天工程项目中,得到重要应用验证。这对航天工业和国防事业发展具有重要意义。

  吴宏鑫一生深耕控制理论及工程研究,始终坚持“专心致志,持之以恒,实事求是,无私无畏”的精神,痴心不改,耐得住寂寞,最终在80岁前,形成了这样一套原创性和引领性极强的理论体系,并将此重要理论体系固化到《特征建模理论、方法和应用》这一著作中,为我国控制科学的发展做出重要贡献。

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