記得是十幾年前了，我們實驗室的Radhika Kotina同學(xué)根據(jù)自抗擾原理,設(shè)計人體姿態(tài)的控制機制,并在一個生物力學(xué)會議上介紹這個工作。要知道人體姿態(tài)的動態(tài)特性屬于強非線性而且只能分段定義，建模不僅困難而且復(fù)雜，一寫就是好幾頁，有可能還是分數(shù)階的。Kotina這個來自東亞的小丫頭鬼精鬼精的，不光功課好還特別好奇，特別有心計。她先是到一個生物力學(xué)實驗室做志愿者，學(xué)習有關(guān)的生物力學(xué)知識和問題；然后又到我們實驗室學(xué)習解決控制問題的方法，真是如魚得水。能夠這樣充分地發(fā)現(xiàn)和利用資源的研究生還真不多見。畢業(yè)后她去了一家大公司，搞得是飛機控制，同樣是游刃有余。

其實Kotina的研究開始做得并不順利：問題太復(fù)雜了，摸不著頭緒，六個月不出東西，急得還真掉眼淚?？墒翘て畦F鞋無覓處，得來全不費工夫。當她掌握了自抗擾的設(shè)計原理，把模型問題轉(zhuǎn)化為抗擾問題，解決方案很快就找到了，而且很漂亮?？啾M甜來，可把她高興壞了。她的算法簡單有效，突破了復(fù)雜性的瓶頸口,在生物力學(xué)會議引起了關(guān)注。一位老師與Kotina反復(fù)論后說，“自抗擾”也許是生物控制的基本原理。

這十幾年我一直在琢磨這個事兒。生命，即使是最簡單的單細胞生命，都能夠與外界環(huán)境交流信息，這在細胞生物學(xué)里叫signaling，是細胞趨利避害的看家本領(lǐng)。這個信息驅(qū)動的生物機制經(jīng)過了幾十億年的進化后早已爐火純青，它的秘密何在？工程控制與生物控制相比不過是小巫見大巫；我們的自控原理也許還處于認知的初級階段，也許還只能算是雕蟲小技；控制科學(xué)的問題更是認知問題，包括對生物控制甚至生命的認知。不知不覺，工程研究就悄悄地進入了科學(xué)甚至哲學(xué)的范疇。

工程控制與生物控制不同，不管是發(fā)明創(chuàng)造還是數(shù)學(xué)推導(dǎo)，都受限于人類的想象力?？茖W(xué)家們看到蒸汽機中的飛錘控制器就想用數(shù)學(xué)語言描述它，抽象地分析它，證明它的穩(wěn)定性，尋找它的最優(yōu)性。這樣產(chǎn)生的控制理論就理所當然地成為應(yīng)用數(shù)學(xué)的一個分支，成為形而上學(xué)?？墒且粋€揮之不去的問題是：這樣的純理論能夠指導(dǎo)工程實踐嗎？宋健先生說這要看“它的前提是否正確，命題本身是否反映了工程實踐中的客觀需要，是否抓住了主要矛盾”。一言概之，就是要看它是否準確地抓住了工程問題的本質(zhì)。Karl Astrom教授2012年在美國控制會議上借用倫敦建筑史上的一個事件形象地告誡人們，要關(guān)注控制理論的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)如果不牢整個大廈都可能坍塌。就是不知道他為何憂心忡忡。

一門學(xué)科的建立始于基本概念的嚴格定義，特別是學(xué)科本身的定義。定義的作用有如圈地劃界，意在分清里外。兩千多年前亞里士多德把對世界的認知分為物理學(xué)(physics)和形而上學(xué)(metaphysics)。后來生物學(xué)從前者中獨立出來，專門研究有生命的機體?？墒侨藗儼l(fā)現(xiàn)，生物學(xué)中一些基本概念之間的區(qū)別并不容易說清楚，譬如動物和植物。著名學(xué)者Herbert Spencer在1864年的《生物學(xué)原理》一書中說，自然科學(xué)中的分類往往是主觀上的一廂情愿，自然界中并沒有與其一一對應(yīng)的嚴格界限，就連生命這樣最基本的概念都有爭議。不管是否情愿，Spencer還是給出了一個定義：

Life: The continuous adjustment of internal relations to external relations。

Spencer這是說，生命的基本特征是“不斷地通過內(nèi)部的調(diào)整來適應(yīng)外部的變化”。這個見解給我震耳欲聾的感覺：生命總是處于充滿未知和變化的環(huán)境中，外部環(huán)境的變化是對生命本體的擾動，所以生命必須不斷地調(diào)整自己、適應(yīng)環(huán)境。所謂"適者生存"(survival of the fittest)，“適”就是生命抗拒擾動的能力，是生命與生俱來、自然而然的固有特性，即“自抗擾性”。當然這個能力有高低之分，表現(xiàn)為進化中的優(yōu)勝劣敗，(更)適者生存。所以“自抗擾性”是生命得以延續(xù)的本質(zhì)特性。

Spencer的見解還讓我想起，距今300萬年的第四紀冰期恰好是人類的出現(xiàn)和快速進化的時期。在這期間，“外部的變化”反映在氣候的劇烈變化，是對人類生存能力的極大考驗，也是對人類進化的極大刺激。這時“內(nèi)部的調(diào)整”反映在人類智力快速、大幅度的提高和各種對策和工具的出現(xiàn)。從遠古的鉆木取火到近代的蒸汽機和現(xiàn)代的人工智能，可能都是這個道理。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類駕馭自然的能力大大提高，工程系統(tǒng)的設(shè)計、制造和操作越來越復(fù)雜。但是不管設(shè)計的多么巧妙和精細，這些系統(tǒng)都要在充滿未知和變化的環(huán)境中運行。這樣，我們對生物世界優(yōu)勝劣敗、適者生存機制的認知就具有現(xiàn)實意義了。維納先生1948年的《控制論》開啟了對生物控制和工程控制共性的探討。錢學(xué)森先生1954年的《工程控制論》提出了如何在內(nèi)擾和外擾影響下保持系統(tǒng)運行穩(wěn)定的關(guān)鍵問題。韓京清先生2008年的《自抗擾控制技術(shù)》建立了自抗擾的設(shè)計理念和實施手段，在技術(shù)層面上全面地回答了錢學(xué)森提出的問題，大大地拓寬了自動控制系統(tǒng)的工作范圍，開啟了工業(yè)控制技術(shù)從PID到ADRC的過渡。今天，自抗擾的理念正在滲透到工程技術(shù)的各個角落，也正在應(yīng)驗著我們的古訓(xùn)：“君子務(wù)本，本立而道生”！

紀念韓京清先生逝世十周年，第12屆自抗擾控制研討會將于2018年7月19-21日在北京中國科學(xué)院數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究院舉行，面向科研人員、工程師和學(xué)生，并且免注冊費。歡迎大家關(guān)注自抗擾控制公眾號將會發(fā)布的細節(jié)信息。