高为炳

高为炳(1925～1994)，我国著名控制理论专家，河南卫辉市人。1948年毕业于西北工学院航空系。曾任北京航空大学系统与控制研究室主任、研究生院副院长。1991年选为中科院院士。他是我国自动控制理论学术权威，在变结构控制理论、机器人控制领域及航天方面取得过多项世界先进水平的研究成果，获部委级奖多项。发表论文200多篇，出版多部专著。

基本资料

中文名：高为炳

外文名：GaoWeibing

国籍：中国

民族：汉族

出生地：河南省卫辉市

出生日期：1925年12月15日

逝世日期：1994年3月30日

职业：科学家，教育家，控制理论专家

毕业院校：西北工学院，哈尔滨工业大学

代表作品：《运动稳定性基础》，《变结构控制理论基础》

人物简介

高为炳，河南省卫辉市人，自动控制专家，航空教育家，中国科学院院士。

在四十余年的科研工作中取得多方面的成果：在非线性控制系统理论研究中，在绝对稳定性及用谐波平衡法研究含多个非线性元件的系统等方面取得了重要成果；在变结构控制理论研究中首创了“趋近律方法”，得到广泛应用；在大系统理论研究中提出了稳定性分析的多层结构分解法和动态递阶控制方案；在机器人控制方面，独创了多机器人协同工作的“主—助”控制策略；在航天控制研究中，提出了大型空间柔性结构状态观测和控制的新方法。

人物生平

高为炳，1925年12月15日生于河南省汲县（今卫辉市），小时候目睹了国民党政府的腐败，饱受列强欺凌，又从书上读到爱迪生的故事，使他从小学时就有了做一个发明家，用科学救国的强烈愿望。因此他学习非常刻苦，总希望学到更多的知识来实现自己的理想。高中毕业后，家里给他在邮局找了工作，但他却决心离开家乡，外出求学。他先去南京上大学，日军进攻南京时，又长途跋涉去后方西安上学。一路上历尽艰辛，有一次还被土匪抢劫一空。这些都没能动摇他继续求学的决心，最后终于考取西北工学院航空系。在那里他有幸受到国内许多一流学者的教诲，其中给他印象最深的是：当时刚从美国回来的王俊奎教授上第一节课就给同学们散发了自己刚在国外发表的论文，论述了对导弹进行改进后可提高射程许多倍。这在高为炳思想上产生很大震动。他说，这时他才懂得什么叫科学研究，也使他的理想从当一个发明家变为做一个科学家。在以后的几十年中，他的这一理想和信念从未动摇过。

1948年高为炳大学毕业时正是西安解放前夕，当时学校里许多教师和学生都想方设法另谋职业，但他却要求留校当助教，从事教学和科研工作。高为炳先后在西北工学院、清华大学及哈尔滨工业大学任教，并从苏联专家指导的研究生班毕业。1952年10月，他进入由全国八所院校航空系组建的新中国第一所航空航天高等学府——北京航空学院工作，曾任理论力学教研室副主任、院教学研究科科长。1956年加入中国共产党，同年10月成为北航第一批晋升的副教授，1978年10月晋升为教授。1980年创立北航第七研究室（系统与控制研究室）并任研究室主任，1984年起任北航研究生院副院长。高为炳自50年代起开始进行运动稳定性和非线性控制系统理论研究；“文化大革命”后期开始从事现代控制理论线性系统方面的研究；1978年开始大系统理论研究；1980年开始进行现代非线性控制系统理论研究；1984年开始机器人控制问题研究；1985年开始大型空间柔性结构控制研究；1986年开始变结构控制系统研究；以后又陆续指导研究生开展了鲁棒控制和离散事件动态系统研究；1990年开始关注复杂系统智能控制研究。在四十多年的科研生涯中，他共发表论文二百多篇，出版了《非线性系统导论》、《变结构控制理论基础》等名著，受到国际国内学术界的广泛重视并给予高度评价。1981年被国务院学位委员会首批公布为博士生导师，1991年当选中国科学院院士。原航空航天工业部分别于1991年和1992年授予他“航空高校先进科技工作者”和“有突出贡献的专家”称号。

个人履历

1925年12月15日出生于河南省汲县（今卫辉市）。

1944-1948年在西北工学院航空系学习。

1948-1950年任西北工学院助教、讲师。

1950-1951年任清华大学航空系讲师。

1951-1952年哈尔滨工业大学研究生毕业，任理论力学教研室主任。

1952-1994年任北京航空学院（后更名为北京航空航天大学）讲师、副教授、教学研究科科长、理论力学教研室副主任、教授、第七研究室（系统与控制研究室）主任，研究生院副院长。

1994年3月30日病逝于北京。

曾经任职

高为炳曾任中国航空学会常务理事，自动控制专业委员会主任，中国自动化学会常务理事，国务院学位委员会自动化学科评审组召集人，国家自然科学基金委自动化学科评审1组组长，国家教委科技委自动化学科组组长，人事部博士后管委会专家组成员等职。他还担任《控制与决策》副主编，《自动化学报》编委，美国《电子电气工程师协会工业电子学汇刊》国外副主编，中国科学院机器人学开放实验室学术委员会主任，国内10所大学的名誉教授、顾问教授或者兼职教授，是我国自动化领域德高望重的学术带头人之一。

主要论著

1高为炳.运动稳定性基础.北京：高等教育出版社，1987

2高为炳.非线性控制系统导论.北京：科学出版社，1989

3高为炳.变结构控制理论基础.北京：中国科学技术出版社，1990

4高为炳，霍伟.大系统的稳定性、分散控制及动态递阶控制基础.北京：北京航空航天大学出版社，1994

5高为炳.变结构控制的理论及设计方法.北京：科学出版社，1996

6高为炳.关于非线性控制系统的稳定性问题.自动化学报，1964，2（1）：16-27

7高为炳.用谐波平衡法研究具有几个非线性元件的单回路调节系统.自动化学报，1964，2（3）：136-145

8W.B.Gao.Ontheabsolutestabilityandstabilitydegreeofnonlinearsystems.ScienceSinica,1966,XV(l):107-122

9W.B.Gao.Themultilayerstructure,stabilityandstabilizationoflargescalesystems.ScienceSinica,1982,XXV(8):877-887

10高为炳，吴东南.关于非线性系统的线性化问题.中国科学，A辑，1987，XXX（7）：740-748

11高为炳，程勉，曾文陵.柔性空间飞行器的变结构控制.航空学报，1988，9（5）：274-280

12高为炳.非线性系统的变结构控制.自动化学报，1989，15（5）：408-415

13W.B.Gao.Anewcontrolstrategyforrobotsystemsintrackingtasks.Mechatronics，1991，1（3）：353-366

14高为炳.多机器人系统的动力学与协调控制.控制与决策，1992，7（3）：161-168

技术成就

非线性控制系统理论研究成果卓著

高为炳是我国最早从事非线性控制系统理论研究的学者之一。早在60年代就对Lur’e直接控制系统开创性地引入了“消除中间变量法”，导出了最少保守性的绝对稳定性判据，迄今仍是国际上同类工作中最好的结果，并为1969年出版的著名著作《NonlinearDifferentialEquationsofHighOrder》所索引。他解决了用谐波平衡法研究含多个非线性元件系统的自激振荡问题，对强迫振荡的存在性条件和自激振荡的稳定性等问题的研究得到了重要结果。他还提出了“谐波线性化D-域方法”，系统解决了二阶非线性系统的多类稳定性问题。他的这些重要研究成果被钱学森、宋健的名著《工程控制论》索引。

进入80年代后，高为炳和他所指导的研究生对现代非线性控制理论中的一批基本问题开展了系统和深刻的研究，发展完善了动态扩张算法，发现了非线性系统新的不变量——本性秩，解决了非线性系统最小阶动态解耦问题，提出了非线性系统观测器的一般形式和设计理论，取得了一批有很重要价值的成果，得到国际同行的高度评价。1988年高为炳在多年研究的基础上出版了专著《非线性控制系统导论》，集中反映了他在这一领域的精深造诣。这本90万字的宏大著作是我国第一本有关专著，系统全面地介绍了非线性控制系统理论研究的丰富成果，出版后深受欢迎，1991年再次印刷，成为这一领域具有重要影响的著作。

首创变结构控制系统设计的“趋近律”方法

变结构控制理论是50年代由苏联学者创立的一种控制系统设计方法，经典的变结构控制理论主要研究用相变量描述的单变量线性系统。进入80年代以来，受控对象、运行环境和所要完成的任务越来越复杂。如何设计控制器，使得受控系统对外部干扰及内部参数变化具有较强的鲁棒性成为自动控制领域的中心课题之一。在这一背景下，变结构控制理论由于其普遍适用性、对干扰的鲁棒性、控制形式的简单实用性等特点而引起人们的广泛研究和应用。

用传统变结构控制理论设计多输入对象的变结构控制器时，会导致求解高阶联立不等式组，一般不能得到解析解，无法求出控制器。为克服这一困难，高为炳提出了“趋近律”方法。这一方法可将传统方法中求解高阶不等式组的问题简化为求解一个简单的代数方程，并通过适当选取方程中的函数和参数，可得到各种不同控制性能的变结构控制器。这一方法从全新的途径解决了多变量系统变结构控制器的设计问题，简明有效，易于设计，且可推广到多种类型的复杂系统，并提供了削弱系统抖振，保证控制过程品质的有效手段，成为变结构控制器设计的一种新的基本途径。“趋近律”方法现已被国内外学者广泛引用，据1998年底不完全统计，已被国内外30余种期刊和专著引用200余次。这一研究成果1997年获国家教委科技进步一等奖，1999年获国家自然科学三等奖。

随着变结构控制理论研究和工程应用的迅速发展，许多科研工作者迫切希望及时了解最新进展并投入到相关研究工作中，急需阅读有关专著，但由于研究正处于迅速发展之中，要系统论述最新研究成果有很大难度。在这一形势下，高为炳克服困难，以自己多年从事变结构控制研究的深刻体验及对其新发展和体系组成的新思考，于1990年出版了我国第一本有关专著《变结构控制理论基础》。该书详细介绍了变结构控制的基本数学理论，着重以独创的滑动模态分类和“趋近律”方法为线索，系统论述了多变量变结构控制系统的切换函数构造与控制器设计方法，深入探讨了不变性与鲁棒性以及新提出的品质控制等专门问题，并介绍了大量工程应用实例。该书的出版对我国变结构控制理论与应用研究起了极大的推动作用。据1999年对控制领域四个主要期刊《自动化学报》、《航空学报》、《控制与决策》和《控制理论及应用》的调查，自1992年以来，有关变结构控制的论文大幅度增长，其中有63%以上引用了此专著。变结构控制理论的创始人之一V.I.Utkin教授见到此书后专门写了书评，称它“是一部现代变结构控制理论基础的系统论著，它丰富和发展了变结构理论的思想和方法，对这一理论做出了重大贡献”，并将“趋近律”方法誉为“高为炳方法”，是“对现代变结构控制理论的根本功绩”。此专著1992年获全国优秀科技图书一等奖。1993年高为炳根据变结构控制理论研究的最新进展重新改写了此书，写成专著《变结构控制的理论及设计方法》，病逝后由科学出版社于1996年出版，1997年获国家优秀科技图书一等奖和第三届国家图书奖提名奖。

紧随科技发展不断扩展研究领域

高为炳科研工作的一个重要特点是：依据自动控制学科发展的世界潮流，不断扩展研究领域，在许多重要研究方向上都取得重要成果。

在大系统理论研究方面，高为炳用图论方法研究出大系统的多层结构分解法，将大系统分解为以一种最简单基本结构——“最小强相联系统”经多层组合而成，从而将大系统的稳定性问题转化为简单的最小强相联系统稳定性分析。这一方法为大系统稳定性分析提供了一条简便途径，也为以最小控制器镇定大系统提供了新的思路。连同高为炳建立的动态递阶控制理论、线性时变大系统的稳定性分析、非线性大系统在有限域中的鲁棒稳定性等重要结果，形成了独具特色的大系统稳定性和镇定理论。这方面的研究成果在1987年获国家教委科技进步二等奖。

机器人的协调控制系统研究

在机器人控制方面，高为炳对多机器人的协调控制进行了系统研究，提出了多机器人新的力学模型，以递推形式的力链和速度链关系取代传统研究中采用的联立方程模型，解决了实时控制的计算有效性问题。他针对国际学术界采用的“主—从”型控制策略存在的易于出现内力对抗和实时计算困难的缺点，提出了“主—助”型控制策略，为解决机器人之间的负荷分配提供了一种更好方法。基于这种控制策略，高为炳在多机器人系统跟踪控制问题、适从控制问题、复杂装配任务问题等方面取得了一系列创新性结果，为多机器人协调控制的研究开辟了一条新的途径。他的这些成果在国际期刊和会议发表后，受到国际同行的高度重视，多次应邀到美国、日本等国讲学。

在航天飞行器控制方面，高为炳提出和解决了大型空间柔性结构的状态观测问题。他所提出的状态观测静态方法和非线性观测器方法成功解决了柔性结构控制中的状态测量难题，使状态反馈控制方法能应用于实际。有关结果引起前苏联和日本学者的极大兴趣。

高为炳还指导研究生在自动控制领域的鲁棒控制、分散控制、离散事件动态系统的监督控制、智能控制等重要研究方向上取得了许多重要成果。

培养科研人才

高为炳在教育战线耕耘一生，从50年代起就因课堂教学效果好而成为北航具有极高声誉的优秀教师，深受学生尊重和爱戴。“文化大革命”后他开始指导研究生。他对研究生一贯坚持高标准、严要求。他曾在讨论班上给研究生做了《科学研究与博士论文的典范》的报告，报告中给出的科学研究典范是现代控制理论的创始人卡尔曼，博士论文典范是稳定性理论的创始人李雅普诺夫。他认为只有敢于提出高标准，才可能在科研中有所突破，他激励研究生学习科学大师的治学态度和研究方法，树立起一生从事科学研究的榜样。尽管高为炳熟知世界自动控制学科发展动态，又有在随身携带的小本上记下许多待研究课题的习惯，但他从不给学生指定具体研究课题，而是要求研究生全面了解和仔细分析所从事研究方向的历史和现状，自己找出世界前沿课题。他说他指导研究生的原则是：可说可不说的不说，可多说可少说的少说，尽可能发挥学生的主动性和创造性。在他看来，导师“扶”出来的研究生在当今科技竞争十分激烈的时代是不会大有作为的，一定要培养起研究生的独立工作能力，这对学生一辈子都有好处。

自1987年以来，高为炳培养了50余名硕士、博士、博士后和国内外访问学者，许多人已成为各条战线的骨干。其中2人被原航空部授予“做出突出成绩的中国博士学位获得者”称号，1人获国家杰出青年基金资助，1人获教委跨世纪人才资助并获北京市“五四”奖章，3人获德国洪堡基金资助出国进行科研工作。高为炳为培养我国控制理论研究高层次科研人才做出了突出贡献。

所获奖项

变结构控制理论是50年代由苏联学者创立的一种控制系统设计方法，经典的变结构控制理论主要研究用相变量描述的单变量线性系统。进入80年代以来，受控对象、运行环境和所要完成的任务越来越复杂。如何设计控制器，使得受控系统对外部干扰及内部参数变化具有较强的鲁棒性成为自动控制领域的中心课题之一。在这一背景下，变结构控制理论由于其普遍适用性、对干扰的鲁棒性、控制形式的简单实用性等特点而引起人们的广泛研究和应用。用传统变结构控制理论设计多输入对象的变结构控制器时，会导致求解高阶联立不等式组，一般不能得到解析解，无法求出控制器。为克服这一困难，高为炳提出了“趋近律”方法。这一方法可将传统方法中求解高阶不等式组的问题简化为求解一个简单的代数方程，并通过适当选取方程中的函数和参数，可得到各种不同控制性能的变结构控制器。这一方法从全新的途径解决了多变量系统变结构控制器的设计问题，简明有效，易于设计，且可推广到多种类型的复杂系统，并提供了削弱系统抖振，保证控制过程品质的有效手段，成为变结构控制器设计的一种新的基本途径。“趋近律”方法现已被国内外学者广泛引用，据1998年底不完全统计，已被国内外30余种期刊和专著引用200余次。这一研究成果1997年获国家教委科技进步一等奖，1999年获国家自然科学三等奖。

随着变结构控制理论研究和工程应用的迅速发展，许多科研工作者迫切希望及时了解最新进展并投入到相关研究工作中，急需阅读有关专著，但由于研究正处于迅速发展之中，要系统论述最新研究成果有很大难度。在这一形势下，高为炳克服困难，以自己多年从事变结构控制研究的深刻体验及对其新发展和体系组成的新思考，于1990年出版了我国第一本有关专著《变结构控制理论基础》，该书详细介绍了变结构控制的基本数学理论，着重以独创的滑动模态分类和“趋近律”方法为线索，系统论述了多变量变结构控制系统的切换函数构造与控制器设计方法，深入探讨了不变性与鲁棒性以及新提出的品质控制等专门问题，并介绍了大量工程应用实例。该书的出版对中国变结构控制理论与应用研究起了极大的推动作用。据1999年对控制领域四个主要期刊《自动化学报》、《航空学报》、《控制与决策》和《控制理论及应用》的调查，自1992年以来，有关变结构控制的论文大幅度增长，其中有63%以上引用了此专著。变结构控制理论的创始人之一V.I.Utkin教授见到此书后专门写了书评，称它“是一部现代变结构控制理论基础的系统论著，它丰富和发展了变结构理论的思想和方法，对这一理论做出了重大贡献”，并将“趋近律”方法誉为“高为炳方法”，是“对现代变结构控制理论的根本功绩”。此专著1992年获全国优秀科技图书一等奖。1993年高为炳根据变结构控制理论研究的最新进展重新改写了此书，写成专著《变结构控制的理论及设计方法》，病逝后由科学出版社于1996年出版，1997年获国家优秀科技图书一等奖和第三届国家图书奖提名奖。