2025年5月,在无锡召开的第十四届数据驱动控制与学习系统会议(DDCLS 2025)上,大会报告“中立型准多项式的根的分布及应用”引起了在场控制界专家的高度赞誉。报告内容出自控制领域顶级权威期刊IEEE Transactions on Automatic Control(简称IEEE TAC)在2024年以两篇连载的形式刊出的论文研究成果。该论文解决了控制领域持续80多年的前沿基础难题,具有重要的科学意义与工程应用价值。而这两篇IEEE TAC连载论文的第一作者,就是东北大学信息科学与工程学院的青年教师——王洪海副教授。
十年不是时间的长度,而是科研路上的刻度;
成果不是数量的堆砌,而是思想抵达的高度;
心境无关快慢与急缓,敬畏是对待学术的态度。
在如今快节奏的时代,王洪海就是这样一位青年教师,不追逐浮名,不迎合潮流,十年磨一剑,潜心守初心。他用十年的时间坚持做一件事,解决一个控制理论难题。
十年磨一剑 霜刃未尝试
科研人的路,是坐最冷的板凳,推最难的公式;用最笨拙的坚持,做最深的课题;用最笃定的力量,拨开科学的迷雾;无数次跌倒爬起,无数次从头再来。
王洪海从事复杂时滞系统的分析与控制设计研究。什么是“时滞”呢?时滞系统就是时间滞后系统,是一类输出响应滞后于输入信号的动态系统。时滞普遍存在于工程领域、生物学领域、经济运行及各行业的生产过程中,影响到工业生产、政策执行和民众生活的方方面面。
在时滞系统中有一类难点问题是系统特征函数的根的分布判定问题,具体而言,如何直接判定系统特征函数在复平面右半平面的根的数量。他的科研方向就是从这样一个控制界公认的难题开始的。国外著名科学家庞德里亚金(P S Pontryagin)在1942年针对时滞系统特征函数中一类等价的一般形式的中立型准多项式提出了一个非常重要的Hurwitz稳定性判据,从理论上讲,该结果具有普适性和一般性。然而由于庞德里亚金的理论结果是建立在一个充分大的频率域内,该结果缺乏有效的确定频率域边界的方法。在之后的80多年里,此问题一直存在,导致庞德里亚金的研究结果主要停留在理论层面,在实际应用中难以实现。
多年来,王洪海一直深耕于时滞系统控制器设计研究,特别是针对准多项式的根的分布研究,不断提出创新性理论结果,对控制系统理论研究产生较大影响。但是研究过程是痛苦的,研究进程是缓慢的,前途未卜的心态是煎熬的。他经常在夜里思考问题,睡不着觉时突然坐起来,在家里的黑板上画着复杂的数学符号和曲线。
“家里墙上挂了一小块黑板,我经常有什么灵感和思路就马上记下来,随后的几天就一定会用数学公式推导和试验证明。”他说。
有人劝他换个容易的课题,科学技术快速发展的时代,搭乘时代列车,做应用型科研很容易出成果,也容易赚钱。但是王洪海坚信,科学技术无论如何发展,都离不开基础研究,要有坚守基础研究的初心和定力。最初的几年,他的书包里始终背着控制理论的经典著作和数学专业书籍,是为了时时刻刻为自己的灵感找到理论依据。
从2013年开始,王洪海针对如何建立具有可实现性的类似庞德里亚金的准多项式的根的分布结果这一问题,深入研究了十年,取得了重大突破,2023年他完成了主要结论的推导,并将成果整理投稿在IEEE Transactions on Automatic Control上。他用十年时间证明了一种朴素的坚持:科研是一次漫长的耕耘,唯有用初心培育理想,才能在无人问津处听见真理的回声。十年的时间,没有耀眼的光环,没有开花结果,却积累了扎实的数据、厚重的思考与纯粹的学术信念。或许在等待量变到质变,或许在等待厚积薄发。他始终坚持着……
谁无暴风劲雨时,守得云开见月明
科研人的路,是让一点似是而非的未知化为已知,让一个微不足道的假设变成可能。一步一步拓宽人类认知边界,一笔一笔解决控制理论谜题。
王洪海将最宝贵的年华倾注于教学和科研中,他担任自动化专业学生《计算机控制系统》的任课教师,在一次次给学生讲解控制理论知识时,每次都有新的认知,并将自己的想法与学生深入探讨;在面对自己的控制理论研究时,也一次次用数学理论严密验证自己的想法。
“跟王老师做研究,必须要有很好的数学基础和扎实的功底,清晰的控制思路和策略,否则这么深的课题很难坚持下去。有时候为了一个方程式的推导,我们要持续讨论几个月,直到思路清晰,因果清楚,步步得证。王老师说,科研认知的规律就是从基础问题深入研究开始的。”王洪海的学生说。
王洪海作为第一作者的第一篇长文New Results on Eigenvalue Distribution and Controller Design for Time Delay Systems于2017年发表在IEEE TAC上,这是东北大学控制学科历史上第三篇IEEE TAC长文。研究成果被认可,论文被录用给了他极大的鼓舞。随后,他继续按照自己的思路做研究。尽管成果出得很慢,但是他希望每一篇论文都在控制领域有价值。
2018年王洪海获得国家留学基金委的资助,前往澳大利亚进行为期一年的深入学术交流。也是在澳访学期间,王洪海的很多想法得到了澳大利亚斯威本大学副校长、欧洲科学院院士韩清龙老师的支持和认可。由此他开始了与韩清龙老师的长期学术合作。
王洪海从2013年开始关注并研究的时滞系统特征函数的根的分布这一问题,最期望解决的是建立具有可实现性的类似庞德里亚金的准多项式的根的分布判据,解决这一问题的关键是确定准多项式行为分析时所需的有效频率域边界。然而很长一段时间里,他一直不确定这是不是一个有解的问题。他在浩瀚学海中苦苦求索,在做时滞系统分析与控制相关问题研究过程中,时不时将这个问题在头脑中思考一下。时间来到了2019年10月的一个晚上,一次在草纸上无意地描绘坐标曲线,突然灵感闪过,思路被激发,感到茅塞顿开并开始日夜计算和推导,渐渐厘清思路,找到解决办法……终于推导出了期望的结果,直到2023年这篇研究论文被录用。经历了由无知到认知,由失败到成功的多次反复的过程,也体会到了守得云开见月明的喜悦。
在2020年,2024年王洪海都有新的理论成果被认可,以长文的形式发表在Automatic、IEEE Transactions on Automatic Control等控制领域顶级期刊上。值得一提的是,2024年王洪海最重要的研究结果“中立型准多项式的根的分布及其应用”在IEEE Transactions on Automatic Control以两篇连载(Part I、Part II)的形式发表。这是我校教师的理论研究成果首次被该期刊连载刊出。
择一事,终一生,不为繁华易匠心
心随朗月高,志与秋霜洁。他是生活里的随意主义者,却是科研路上的完美主义者。他内心宁静,淡然处事,执着专注,坚守本心。
在科研路上,王洪海用初心坚守理想,用实践探索前行,不功利,不慌张,不攀比,不将就。在快节奏的今天,他始终保持缓慢的步伐,稳步前进。他说:“做学问就像烹饪,快餐能很快满足人们饥饿想吃饭的直接需求,但是小火慢炖的食材营养才能被人体吸收更多。越是精华的东西,越需要用耐心去萃取,用时间去沉淀。”
曾经有人劝王洪海写一些快的、短的、好发表的论文,但是他拒绝了。他不想急于求成,他说晚几年提职没关系,但是不太完美的文章发出去,就永远无法撤回,会变成个人学术史上的瑕疵。这是“做真研究,真做研究”的学者的立场,是追求完美科研人生的态度。
是的,在科技迅猛发展的今天,“慢”反而是一种难得的能力。因为快是容易的,只需要追逐和迎合;慢却是艰难的,它需要冷静思考,需要对抗诱惑,需要坚守初心的定力和坚忍不拔的毅力。越是珍贵的东西,越需要时间的沉淀。王洪海一直坚持在科研路上少追逐“短平快”热点,多思考领域内本质难题。
王洪海的博士研究生导师刘建昌教授这样评价他:当代青年人应该向王洪海学习,坚守初心,不辱使命,避免被功利导向干扰,专注研究真问题。
王洪海的访学合作导师、澳大利亚韩清龙教授这样评价他的研究成果:这是一个极具挑战性的基础科研课题,并不是短期能够取得期望的结果,需要长期坐住冷板凳;这也是一个需要勇气去接受挑战的过程,并不会很快得到论文的发表,需要长时间的思考和沉淀。然而,这是一个值得肯定和关注的重要结果,从根本上有效解决了一类准多项式的根的分布的原始问题,使得庞德里亚金在准多项式的根的分布研究中取得的重要成果具有可实现性,突破了持续80多年的瓶颈问题,使得在准多项的根的分布直接判定的研究方向可以继续发展。
澳大利亚技术科学与工程院院士、澳大利亚科学院院士、瑞典皇家工程科学院外籍院士David J Hill教授对王洪海发表的连载论文研究成果也给予了极高的评价:“这两篇TAC连载论文所研究的成果理论水平很高,完全达到了获奖水准,而且这个领域已经有大量研究成果,所以取得这个突破性成果就更加了不起。”
在学科评估相关工作中,王洪海的论文作为重要支撑材料,为东北大学的“控制科学与工程”学科入选全国第一层次学科作出了重要贡献,也说明了其论文的含金量。
理论研究最终为应用技术服务,才能服务于国家需求、社会需要和人民生命健康。接下来王洪海继续做理论研究的同时,将侧重把先进控制方法应用在新能源汽车行业,复杂工业过程建模、控制与数字孪生领域,工业互联网与云控制系统实验平台的设计与开发等。
记不得书房的台灯多少次彻夜通明才能照亮科研路前方的昏暗,数不清实验数据在程序里跑了多少次才能勾勒出理想的曲线。这位青年教师指尖摩挲着泛黄的文献,眼底却燃着炽热的光。他的每一次思考都是叩响科学殿堂的晨钟,他演算的每一个公式都是通往科学殿堂的阶梯。坚守初心,不辱使命,沉默的深耕终将会在学术史的年轮上,刻下属于他的控制闭环曲线。
来源 | 信息学院
编辑 | 王昱皓
责编 | 刘宇豪 白一含 蔡晓淇
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