作者：操秀英 来源：科技日报  发布时间： 2010-10-11 

站在控制科学世界前沿的一支奇兵

——记中科院“控制科学中若干关键基础问题的研究”群体

 眼前这位个子不高的中年人，便是中科院院士郭雷。看不出有多少“控制欲”的他，却在国际控制科学领域带出了一支奇兵，这支奇兵以一个个让世界瞩目的原创性成果，站到了世界前沿。

“正是基金的培育，凝聚了研究队伍，稳定了研究环境，催生了重要成果，推动了我国系统控制科学的发展，赢得国际同行的认同。”郭雷说。

何谓控制科学？控制科学是研究各种系统的共同控制规律的科学，是数学与工程学的交叉科学，是自动化系统的核心理论，也是人类改造世界的重要方法。通俗地说，从现代汽车到航天飞机，都离不开控制理论。随着计算机和其他高技术的急剧发展，人类需要处理越来越复杂的动态系统，而保持技术和经济竞争优势不断地刺激着追求控制系统的精确性、有效性和可靠性。航空航天、工业过程、生物医学，社会经济和生态环境等领域出现了大量复杂系统控制问题，对控制科学提出了前所未有的挑战。

先进的控制理论对一个国家的基础研究水平、相关产业发展、国防安全等都有至关重要的作用。因而，2003年，郭雷及其团队申请开展“控制科学中若干关键基础问题的研究”，并得到国家自然科学基金委创新研究群体的支持。迄今为止，该团队共获得3期、长达9年的创新群体基金资助。

几年来，他们开启了“反馈机制的最大能力与局限”的定量研究，并针对几类典型非线性不确定系统，首次发现并证明了反馈机制最大能力的“临界值”或“不可能性定理”等一系列根本性结果，对定量理解人类和机器中普遍存在的反馈行为的最大能力，以及智能反馈设计中的根本性局限具有重要科学意义。这一工作被国际同行评价为“具有根本的重要性”“是过去10年控制领域最有意义和最重要的研究方向之一”。

此外，该群体关于“分布参数系统控制的几何方法”“矩阵的半张量积及其应用”“多自主体系统的同步性理论”“网络信息论与大型无线通讯系统”等方面的研究均具有很强的原创性和突破性。

在郭雷看来，傲人的成绩是“副产品”，整个群体的根基是人才队伍的成长壮大。

“某种意义上，我自己就是在科学基金的资助下成长起来的。”如今不必再担心科研经费的郭雷，依然对20年前的8000元经费记忆犹新。1989年，27岁的郭雷在澳大利亚完成博士后研究后，回到中科院系统科学所，彼时，他已被国际同行誉为“随机适应控制领域国际学术带头人之一”。回国之初，他的月工资只有100多元，一家人挤在12平方米的招待所小屋里，甚至连从国外带回来的计算机都无处安放。就在他最困难的时候，基金委数理科学部“雪中送炭”——资助他8000元的主任基金，“支持了我最基本的科研需求”。

不久，他在自适应控制领域长期悬而未决的核心难题“自校正调节器的稳定性与收敛性”研究上取得重大突破，并在国际上获奖。此后的1994年和1997年，他先后获得国家杰出青年科学基金的支持和延续支持。2001年，39岁的他当选为中科院院士，成为当时中国大陆最年轻的院士之一。

这期间，自然科学基金是郭雷最重要的科研经费来源。为了静心做科研，他至今没有主持其他类型的“大项目”。“因为这些项目大部分需要频繁的评估，规定在什么时间内必须取得什么样的成果，这会浪费大量时间精力，也不太符合基础研究的特点。” 

创新群体基金宽松的“土壤”里成长起来的不只是一个学术带头人。群体成员姚鹏飞在博士生期间关于弹性算子平方根表示方面的研究成果，曾获得国际同行赞誉。但随后，他瞄准了更有意义及挑战性的变系数波动方程的边界能控性研究。为了解决这一国际公开难题，姚鹏飞默默耕耘，几年都没有发表论文，最终他独立提出分布参数系统边界控制的黎曼几何方法，取得了变系数波动方程边界能控性研究的关键突破，研究成果被国际同行称为“姚定理”。2002年，在获得国家杰出青年基金赞助后，他立即中断国外为期3年的学术访问，毅然回国。

事实上，创新群体的人才成长和不断开拓的学科领域相辅相成。随着科学技术的飞速发展，郭雷意识到，量子控制理论在微观世界的调控中将具有重要意义和作用，时不待我，必须立即部署这一重要领域的研究。2005年，团队决定启动量子控制这个新研究方向。但当时，群体里没有现成人选，重担便落到了已与英国某大学签了3年合同的席在荣身上。

“我本身也不是学这个的，但是研究群体需要有人来做这个事情，我就回来了。”席在荣说，“回国的第一年，我都是在院里听课，从头开始学，没有做任何研究。”而现在，在群体支持下，已在纠缠动力学、量子系统纠缠度优化、量子系统控制等方面取得了一系列重要成果。

如今，该团队中拥有2位中科院院士、3位国际电子电气工程师协会（IEEE）会士，以及7位国家杰出青年基金获得者，先后获得30多项国内外重要学术奖励和荣誉, 多位群体成员在国际学术界担任重要职位。

群体名片

“控制科学中若干关键基础问题的研究”创新群体：郭雷、陈翰馥、程代展、张纪峰、姚鹏飞、洪奕光、郭宝珠、张旭、黄一、方海涛、席在荣、韩靖、吕金虎。该团队在控制科学若干关键基础问题的研究中取得一系列突破，如反馈机制最大能力、非均匀材料弹性系统建模与控制、多自主体系统同步性等；并在推进控制理论与量子系统、网络通信、动态博弈及生物系统的交叉研究中，提出了新问题、新方法，建立了新理论；在面向国家战略需求，特别是在高性能飞行器姿态控制等领域应用研究也取得重要成果。