萬百五

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萬百五，自動化和系統工程專家，是中國大系統理論與應用的重要創始人之一。職稱教授，江蘇南京人。西安交通大學任教，擔當博士生導師。對大工業過程遞階穩態優化控制、穩態模型辨識、大工業過程智能控制以及廣義穩態的描述和等效優化控制問題都作了深入研究並取得重大成果。

目錄

人物生平

萬百五，1928年9月6日出生於江蘇南京市的一個知識分子家庭。父親萬古蟾為中國動畫片創始人萬氏兄弟之老二。自幼生長在上海，經歷抗日戰爭時代國家的屈辱以及人民生活極端困苦，萬百五從少年時起養成愛國、奮鬥、上進的思想。1949年畢業於交通大學電機系電信組，得工學學士學位。上海解放後，考入交通大學電信研究所為研究生，師從張鍾俊教授（後為中國科學院院士）。他勤奮學習，政治上要求進步，1950年3月加入中國新民主義主青年團，1951年研究生畢業於交通大學電信研究所（當時無學位制度）。

畢業後萬百五留校電機系電信組任助教，勤奮工作。一年後，通過選拔和考試，交通大學推舉他為留蘇預備生，10月赴北京俄文專修學校留蘇預備部學習俄文。次年夏因「海外關係」未能赴蘇聯留學。但他於1953年5月光榮加入中國共產黨。8月他被分配回交通大學，在電力系「工業企業電氣化」新專業工作併兼任電力系系秘書。1954年任講師，1956年兼任系主任助理。1955年初起他為工業企業電氣化專業講授「自動調整理論」課程（即今之「自動控制理論」課程），並翻譯蘇聯該課程的教學大綱和教材，許多自動控制術語譯名沿用至今。他主譯的蘇聯該課程教材《自動調整理論基礎》（伏龍諾夫著）被工業企業電氣化、自動控制等專業作為教材或參考書近20年，培養了一代學人。他是1952年教學改革後國內最先講授自動控制理論課程的教師之一。

1956年起萬百五受命主持籌備交通大學自動控制專業，並赴清華大學進修兩年。1958年響應國家號召，作為獨子毅然告別上海年邁父母，懷着敬業和奉獻精神隨學校西遷，並主持了西安交通大學自動控制專業的建立及日常教研工作，任教研室副主任，1960年該專業培養出第一屆五年制畢業生。1978年調任西安交通大學系統工程研究所大系統研究室主任，1979年晉升為副教授，1985年晉升為教授。1986年任博士研究生導師。萬百五1980、1981年在英國倫敦City Univcrsity系統科學系任客座高級研究員，參加P.D.Roberts教授領導的「大工業過程遞階控制」研究小組。自1978年迄今他以科學研究和研究生培養為其主要工作。

科學成就

中國古代自動裝置及其原理分析的研究

1963年起萬百五在西安交通大學學報上以「我國古代在自動調整系統方面的成就」為題發表兩篇論文，介紹初步收集到的不少珍貴材料及其成就探討。1965年他匯合成論文「我國古代自動裝置的原理分析及其成就的探討」，發表於自動化學報。論文認為我國古代勞動人民在自動裝置上的創造和成就是極其突出的。1991年他又補充新材料為《中國大百科全書：自動控制與系統工程卷》寫成新條目「我國古代自動裝置」。文中例舉：指南車是採用擾動補償原理的方向開環自動調整系統；銅壺滴漏計時裝置是採用非線性限制器的多級阻容濾波；浮子式閥門是用於銅壺滴漏計時裝置中保持水位恆定的閉環自動調節系統，又用於飲酒速度自動調節器；記里鼓車是備有路程自動測量裝置的車；漏水轉渾天儀是天文表現儀器，採用仿真原理的水運渾象；候風地動儀是觀測地震用的自動檢測儀器；水運儀象台採用仿真原理演示或觀測天象的水力天文裝置，內有樞輪轉速恆定系統採用內部負反饋並進行自振盪的系統。

大工業過程遞階穩態模型辯識

1991年萬百五提出利用工業過程在隨機噪聲下的動態信息辨識過程的穩態模型。

他和課題組以設定點的正常階躍變動作為輸入激勵信號，取得過程的輸出數據，進行對線性近似動態模型的開環辨識，採用最小二乘估計模型的參數。最後由線性近似動態模型建立穩態模型。重要的是，他們證明：階躍激勵信號對於穩態模型是充分激勵的。課題組將該方法推廣到多輸入多輸出工業過程以及一類非線性工業過程。對於雙線性、Hammerstein型和Wiener型非線性過程，採用穩態辨識方法和動態辨識方法結合的集成辨識技術，先求整體穩態模型結構，然後再用數次設定點變動所得數據進行模型參數估計，所得的整體穩態模型以及過程導數都是強一致性的。

非凸靜態大系統的凸化

靜態大系統在分解後採用目標協調法進行協調，這就要求它的目標函數具有嚴格凸性、存在鞍點，並Lagrange函數具有可分性。對於大工業過程常常採用一些經濟指標（如能耗、成本、利潤等）作為目標函數，它是非凸的。1986年萬百五和課題組採用二次等價性原理及點凸化技術法、梯度偏移，來解決線性系統具有線性約束及目標函數具有非嚴格凸性的凸化問題，以及輸出預估和平衡凸化法來解決非線性系統並具有不等式約束問題。但對一般可分問題具有等式和不等式約束，他們採用乘子及部分罰函數凸化方法。上述諸方法求得的非凸靜態大系統最優解都是局部最優解。1998年萬百五和課題組把此問題嵌入到一個多目標優化問題中，然後通過p次冪凸化非劣前沿，再從非劣解中挑出原問題的全局最優解。

基於模型未知的大工業過程穩態優化算法

對於模型未知的（大）工業過程，英國P.Roberts教授提出基於系統優化與參數估計集成研究法（ISOPE）的修正兩步法。萬百五和課題組採用ISOPE算法與分解—協調相結合的自適應法，可以解決工業過程含有與輸出相關不等式約束和非凸目標函數問題。課題組提出的雙模型法也能解決含有與輸出相關不等式約束。他和課題組提出的利用變量增廣技術的凸化目標函數法，可以應用於上述諸方法，從而增加它們的在線迭代效率和便於使用者選擇增益因子。後他們提出的三環迭代法，一般能進一步減少設定點變動次數，當工業過程呈線性或以線性為主時，效果更為明顯。他和課題組將序列模型逼法與分解—協調結合推廣應用到大工業過程並形成單迭代、雙迭代兩種算法，為大工業過程建模與穩態優化開闢新途徑。

工業過程的廣義穩態優化

工業過程的穩態優化過去都指常值穩態的優化控制。1998 年萬百五和課題組提出穩態的概念除常值穩態外，應予以擴充即包括隨機穩態、周期穩態、擬周期穩態和混沌穩態。1989年他們對大工業系統建立一套隨機穩態優化理論與方法。利用動態信息辨識目標函數及其導數的估價值的基礎上，將隨機穩態優化問題等價為一個確定性優化問題，子系統模型則採用遞階穩態辨識方法。辨識和優化可以集成在一起形成單迭代及雙迭代算法。他們將二次方差分析引入到上述問題中使原最優解獲得改善。對廣義穩態（特別是混沌穩態），他們利用遍歷理論的Borel不變測度積分定義廣義穩態集合的中心名義值，並據此對廣義穩態進行描述。並給出等效優化問題存在條件及其求解算法步驟。對混沌穩態的優化控制，他和課題組研究和提出等效優化問題及其求解算法步驟。

大工業過程的智能控制

1993年萬百五將它定義為應用人工智能的概念和方法，來解決大系統的辨識、

鎮定、優化、協調、決策以及故障檢測、診斷和定位、處理等問題，其中特別是總結和模擬人在控制和決策進程中的經驗和規律。具體而言就是運用神經網絡、迭代學習、模糊控制以及由知識庫、數據庫、學習機、推理機所組成的智能決策單元（專家系統）等來解決大系統的上述問題。他和合作者在大工業過程智能穩態優化方面作了開創性工作。諸如利用（大）工業過程動態信息基於三層或四層前向神經網絡建立（大）工業過程穩態模型，可以離線訓練、在線更新，優化時可仍使用像SUMT那樣的優化算法。基於規則的智能推理決策機構的利用，將大系統理論和知識工程相結合，可以解決問題智能協調、智能穩態優化等問題，簡便而實用。具有模糊參數的大工業過程智能穩態優化問題，也是採用基於規則的智能推理決策機構求解。迭代學習控制的引用，使得大工業過程的多次迭代而引起的設定點變動，減輕對工業過程的擾動，避免工業過程的振盪或失穩，縮短動態時間。基於Hopfield神經網絡的大系統各種遞階優化智能智能算法，具有非迭代性和快速性。特別是將大系統穩態優化問題通過Hopfield神經網絡轉化為具有非迭代性和快速性的網絡求解一組微分方程問題，對於存在模型與實際差異採用閉環控制的穩態優化問題，一次迭代就可求得最優解。

科學家精神

比起他們的成就 ，大科學家留給我們的更多是精神的財富。他們身上有真正科學家的精神，這種精神更值得我們尊敬。

科學家該有什麼樣的精神？科學，本身即是探索未知，發現真理，發展先進，改造世界，造福人類的學問，而成為科學家，獻身科學事業的人所擁有的精神是：鍥而不捨，勇於獻身於科學，無私奉獻卻淡泊名利……

視頻

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