原文：我博士科研經(jīng)歷中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn) 朱亮 中國(guó)民用航空上海航空器適航審定中心

一個(gè)偶然的觸動(dòng)，引發(fā)我反思自己博士期間的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。我想鄭重的聲明：寫(xiě)此博文，只是希望和朋友一起分享一下我的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，而不是想吹噓自己。因?yàn)?#xff0c;我覺(jué)得只有自己的切身體會(huì)，才最深刻，才最有發(fā)言權(quán)。

從另外一個(gè)側(cè)面，我也想與年輕朋友分享一個(gè)我的經(jīng)驗(yàn)：當(dāng)我們?cè)谙蛩?#xff0c;特別是領(lǐng)導(dǎo)、導(dǎo)師匯報(bào)時(shí)，絕不要打無(wú)準(zhǔn)備之仗。中國(guó)人往往會(huì)將得不到支持的原因歸結(jié)為別人不理解自己的想法，而不去檢討自己是否準(zhǔn)備充分，是否以他人可以接受的方式、可以理解的方式闡述自己的觀點(diǎn)。在我看來(lái)，因?yàn)樽约簺](méi)有把工作做實(shí)而喪失發(fā)展的機(jī)會(huì)，也是一大缺憾。

我當(dāng)時(shí)面臨的第二個(gè)困難：補(bǔ)充大量的新知識(shí)。為了理解軌跡線性化控制方法，我不得不從它的理論基礎(chǔ)開(kāi)始補(bǔ)起，主要包括兩大部分：線性時(shí)變系統(tǒng)理論和非線性控制理論。特別是線性時(shí)變理論，我找了所有能夠找到的朱建朝教授和他導(dǎo)師發(fā)表的論文，從頭讀起。只能說(shuō)，朱建朝教授的數(shù)學(xué)功底著實(shí)厲害。也是在這段時(shí)間里，我慢慢養(yǎng)成了整理好每個(gè)論文、整理好讀書(shū)筆記的習(xí)慣。因?yàn)橄螺d的論文很多，有些論文也不是一遍就能夠理解的，可能需要讀很多遍。所以，為了在最短的時(shí)間找到最需要讀的資料，為了將我不同時(shí)期撰寫(xiě)的注釋都能夠在一個(gè)論文之上，我不斷強(qiáng)化自己的資料管理。下圖是我讀朱建朝教授的一篇經(jīng)典綜述性論文時(shí)，不同時(shí)期寫(xiě)下的注釋。

時(shí)至今日，盡管我已經(jīng)遠(yuǎn)離理論研究，但我能夠理解民機(jī)開(kāi)發(fā)規(guī)范性的重要性、文件體系架構(gòu)的重要性、數(shù)據(jù)管理的重要性，都得益于當(dāng)時(shí)自己再研讀論文時(shí)養(yǎng)成的好習(xí)慣。我也很懷念那段心無(wú)旁騖，一心讀書(shū)的美好時(shí)光。

我當(dāng)時(shí)面臨的第三個(gè)困難：如何創(chuàng)新？軌跡線性化控制方法不是我的原創(chuàng)，對(duì)于朱建朝教授來(lái)說(shuō)，他可以用同樣的方法，針對(duì)不同的被控對(duì)象開(kāi)展研究，驗(yàn)證其方法有效性的同時(shí)，不斷的發(fā)表論文。而我，則不能只停留在這個(gè)層次之上，原因：一是從科學(xué)進(jìn)步的角度，這種重復(fù)性的工作毫無(wú)意義；二是我很難發(fā)表文章，沒(méi)有文章也就無(wú)法畢業(yè)。于是，一個(gè)艱巨的任務(wù)擺在我的面前：找出軌跡線性化的弱點(diǎn)，然后想辦法改進(jìn)。通過(guò)理論分析和仿真試驗(yàn)，我發(fā)現(xiàn)軌跡線性化控制方法盡管有效，但是當(dāng)實(shí)際的被控對(duì)象與用于控制器設(shè)計(jì)的對(duì)象模型存在差異時(shí)，利用軌跡線性化控制方法實(shí)現(xiàn)的控制律，穩(wěn)定性會(huì)越來(lái)越差，直至差別足夠大時(shí)，整個(gè)控制系統(tǒng)從穩(wěn)定系統(tǒng)變成不穩(wěn)定的系統(tǒng)。這個(gè)所謂的“差別”就是控制理論專業(yè)所說(shuō)的“不確定性”。找到問(wèn)題的根源，也就奠定了我解決問(wèn)題的基礎(chǔ)，此時(shí)，整個(gè)理論研究就很自然的轉(zhuǎn)化為：如何消除不確定性對(duì)原有控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，改善整個(gè)控制系統(tǒng)的性能。于是乎，我又再一次踏上不斷學(xué)習(xí)，不斷尋找的道路。在整個(gè)控制理論發(fā)展的許多年來(lái)，一個(gè)重要的消除不確定性思想和方法就是自適應(yīng)控制方法，也即設(shè)計(jì)一個(gè)自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)的機(jī)制，其產(chǎn)生一個(gè)與系統(tǒng)不確定相反的值，該值可與不確定兩兩抵消，從而達(dá)到改善原有控制系統(tǒng)在不確定存在情況下的性能。就這樣一個(gè)思想，演化出很多具體的技術(shù)，比如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)技術(shù)，模糊自適應(yīng)技術(shù)，干擾觀測(cè)器技術(shù)等等。經(jīng)過(guò)研究后，我準(zhǔn)備采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)技術(shù)，即將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)技術(shù)與軌跡線性化控制方法相結(jié)合，產(chǎn)生新的、穩(wěn)定性能更好的魯棒自適應(yīng)軌跡線性化控制方法。第三個(gè)困難看似得到有效的解決。

至此，我的研究一切都看似非常的順利，當(dāng)時(shí)的時(shí)間大約已經(jīng)到了2005年九月份，沒(méi)有想到我真正的挑戰(zhàn)便從此開(kāi)始。

我面臨的第四個(gè)困難是：當(dāng)我經(jīng)過(guò)一系列的公式推導(dǎo)得到完整的魯棒自適應(yīng)軌跡線性化控制算法，并利用該算法針對(duì)空天飛行器這一被控對(duì)象搭建起完整的仿真系統(tǒng)，一經(jīng)運(yùn)行時(shí)卻發(fā)現(xiàn)，整個(gè)控制系統(tǒng)是發(fā)散的！我做了無(wú)數(shù)次的仿真，修改了無(wú)數(shù)次的參數(shù)，整個(gè)控制系統(tǒng)仍然是發(fā)散的，我?guī)缀醣罎ⅰ?/p>

這篇博文寫(xiě)到這里才是我最想與大家分享的，我想知道大家在遇到類似的情況時(shí)，你們會(huì)怎么做？

我當(dāng)時(shí)確實(shí)動(dòng)搖過(guò)信心，想放棄軌跡線性化控制方法，這是因?yàn)橛捎谌狈ψ銐蛐畔?#xff0c;研究經(jīng)驗(yàn)也不足，我無(wú)法定位造成控制系統(tǒng)發(fā)散的準(zhǔn)確原因：(1)我用來(lái)控制器設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，并不是一個(gè)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格驗(yàn)證的模型，我無(wú)法肯定是不是數(shù)學(xué)模型本身出的問(wèn)題，我當(dāng)時(shí)的想法是：假如我采用成熟的自適應(yīng)控制理論和方法，至少可以降低因?yàn)閯?chuàng)新帶來(lái)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)；(2)我確實(shí)對(duì)我的思路產(chǎn)生懷疑，因?yàn)閷⑸窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)技術(shù)與軌跡線性化控制方法相結(jié)合，誰(shuí)都沒(méi)有做過(guò)，包括朱建朝教授和他的團(tuán)隊(duì)也沒(méi)有做過(guò)；(3)我給自己定的博士畢業(yè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)是2006年年底，而當(dāng)時(shí)已經(jīng)是2005年9月，時(shí)間相當(dāng)、相當(dāng)緊迫。

對(duì)于我來(lái)說(shuō)：假如我放棄軌跡線性化控制方法，重新改其它的控制理論方法，不是不可以，但帶來(lái)的后果是博士畢業(yè)時(shí)間拉長(zhǎng)，同時(shí)，從研究思路上講，我覺(jué)得整個(gè)思路是沒(méi)有錯(cuò)誤的，因此把眼看到手的成功輕易放棄，確實(shí)不甘心。

當(dāng)時(shí)為了突破這個(gè)難題，我做了如下幾件事：

第一，我將相關(guān)的非線性控制理論、軌跡線性化理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制理論教材和論文，重新閱讀了一遍。我做此事的目的，是確認(rèn)我的思路和我的方向是正確的。我想強(qiáng)調(diào)的是：現(xiàn)在中國(guó)人一聽(tīng)到“方法論”這個(gè)詞就有些頭疼，就有些排斥，可能和我們整個(gè)國(guó)家、整個(gè)民族習(xí)慣只講理念、不重視實(shí)際操作有很大的關(guān)系，最終造成的后果就是大家排斥理論、排斥方法論。但以我個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，我非常重視理論研究，因?yàn)槔碚撗芯靠梢蕴峁┖暧^的方向，保證不會(huì)出現(xiàn)方向性的錯(cuò)誤。所以我當(dāng)時(shí)重讀論文，就為證明我的思路是正確的。

第二，我開(kāi)始和國(guó)內(nèi)國(guó)外的很多專家討論。包括朱建朝教授在內(nèi)，我給國(guó)內(nèi)外眾多研究非線性系統(tǒng)自適應(yīng)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制的專家寫(xiě)過(guò)信。我這么干，完全是被逼的，因?yàn)槲覒?yīng)當(dāng)在軌跡線性化控制方法上算是“全世界第二，全中國(guó)第一”，但在魯棒自適應(yīng)軌跡線性化控制方法上算是“全世界第一”，所以在身邊周圍找不到可以討論的人。但現(xiàn)在回想起來(lái)，我想和大家分享的經(jīng)驗(yàn)是：(1)勇氣。很多年輕的朋友遇到問(wèn)題時(shí)，總喜歡自己埋頭苦干，這當(dāng)然并不錯(cuò)誤，但我分析中國(guó)人不愿意與專家交流、向?qū)＜易稍兊囊粋€(gè)重要原因是勇氣不足。我建議年輕人不要怕給專家寫(xiě)信，我可以很負(fù)責(zé)的對(duì)大家說(shuō)：越是國(guó)外的專家，越是大的教授，越是非常樂(lè)意討論技術(shù)問(wèn)題，他們的很多建議都是非常具有建設(shè)性的。我本著臉皮厚的心態(tài)給這些專家學(xué)者交流，他們給我回信，我就賺了；他們不回，我也不會(huì)去找他們算賬；(2)提問(wèn)的方法。當(dāng)我們給別人闡述問(wèn)題的時(shí)候，一定要闡述清楚問(wèn)題的背景和遇到的情況，這樣才能讓專家?guī)椭闳ヅ袛唷Ｎ覀兲釂?wèn)的越簡(jiǎn)單，得到的回答也越簡(jiǎn)單！所以，我現(xiàn)在不贊同某些公司習(xí)慣性的想法和做法，即什么事情都指望供應(yīng)商、什么事情都推給咨詢公司，認(rèn)為只要花錢(qián)就能解決問(wèn)題。要知道，即便面對(duì)的是真有水平的專家，如果我們自己無(wú)法描述清楚問(wèn)題的背景和狀況，專家是不可能對(duì)癥下藥幫助我們找到答案的。

第三，我還是會(huì)和實(shí)驗(yàn)室的兄弟姐們不斷的討論。在討論的過(guò)程中，我得到很多精神上的安慰，我與同門(mén)的深厚友誼就是這樣建立的。他們也會(huì)把他們的研究心得貢獻(xiàn)出來(lái)，給我很多專業(yè)上的建議。這里我想強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)：中國(guó)人一直說(shuō)不恥下問(wèn)，但并不是所有人都能夠真正做到。比如，作為博士，大家是否會(huì)拉下面子向碩士生、甚至本科生求教？事實(shí)上當(dāng)時(shí)給我啟發(fā)最大的是我的一個(gè)碩士師弟，此人叫陳海通。盡管他是碩士，但此人的學(xué)術(shù)造詣極高，畢業(yè)后沒(méi)能出國(guó)繼續(xù)深造，確實(shí)一大遺憾。他點(diǎn)撥我的幾句話，讓我有很大的收獲，堅(jiān)定了我解決難題的決心。所以，真正想解決技術(shù)問(wèn)題，一定要有顆平常心：對(duì)于領(lǐng)導(dǎo)，院士，教授，不要過(guò)分自卑，盲從盲信；對(duì)于學(xué)歷低，經(jīng)驗(yàn)少的，也不要過(guò)分自傲，而要不恥下問(wèn)。

第四，我暫時(shí)放棄了空天飛行器模型，而轉(zhuǎn)用簡(jiǎn)單可靠的數(shù)學(xué)模型作為研究對(duì)象。這樣做的好處是可以避免因空天飛行器數(shù)學(xué)模型本身帶來(lái)的研究不確定。

第五，我用同樣的研究思路，采用不同不確定消除技術(shù)，即非線性干擾觀測(cè)器技術(shù)，重新進(jìn)行理論推導(dǎo)、重新進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)。我驚奇的發(fā)現(xiàn)，對(duì)于非線性干擾觀測(cè)器技術(shù)，由于干擾觀測(cè)器構(gòu)造簡(jiǎn)單，不僅理論證明很容易，仿真實(shí)現(xiàn)也很容易，整個(gè)仿真過(guò)程不僅很容易通過(guò)，而且性能表現(xiàn)非常優(yōu)異！所以，這大大增加了我最終解決自適應(yīng)控制難題的信心，同時(shí)，無(wú)意中，我又多發(fā)明了一項(xiàng)新的非線性控制技術(shù)。

第六，我說(shuō)服自己的師弟和師妹，為自己建立一個(gè)小的研究團(tuán)隊(duì)。這個(gè)事情可能是我干的最經(jīng)典的一件事情，我從實(shí)驗(yàn)室新進(jìn)的人中，挑選了三個(gè)人：一個(gè)博士，兩個(gè)碩士。我向他們充分闡明了當(dāng)時(shí)的狀態(tài)，請(qǐng)他們考慮幫助我一起攻克難題。我對(duì)他們說(shuō)的是：這是一個(gè)新的方向，只要問(wèn)題解決，形成理論突破，他們畢業(yè)是非常簡(jiǎn)單的事情。也許是我的真誠(chéng)感動(dòng)了他們，他們自愿加入我的研究團(tuán)隊(duì)。在這三個(gè)人中，對(duì)我?guī)椭畲蟮氖敲袕埓河甑拇T士生，這個(gè)小伙子的領(lǐng)悟能力極強(qiáng)、動(dòng)手能力極高。他聽(tīng)明白我的研究思路后自主的使用模糊自適應(yīng)技術(shù)，形成了模糊自適應(yīng)魯棒軌跡線性化控制，并且仿真一下子就獲得成功。事實(shí)上，他做的模糊方法，先于我做干擾觀測(cè)器的方法，也正是因?yàn)樗某晒o了我很大的啟示，我才暫時(shí)放心神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)的道路，轉(zhuǎn)向用干擾觀測(cè)器來(lái)驗(yàn)證我的思路。同時(shí)，張春雨在仿真中獲得的數(shù)據(jù)，成為我分析的依據(jù)，對(duì)于我最終解決問(wèn)題起到很大作用。最后，我的這個(gè)團(tuán)隊(duì)都正如我預(yù)想的那樣，不僅順利畢業(yè)，而且在形成理論突破之后，張春雨奇跡般的在碩士期間發(fā)表了7,8篇EI檢索論文，也就是按照南航博士的標(biāo)準(zhǔn)，他完全可以申請(qǐng)博士論文答辯。我從此也在實(shí)驗(yàn)室落得“博導(dǎo)”的外號(hào)。

做完上述這些事情，我真正的回頭收拾我的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軌跡線性化控制。我重新推導(dǎo)了所有公式，而且不再用紙和筆推導(dǎo)公式，改用word里面的公式編輯器。利用word，我可以把所有的推導(dǎo)過(guò)程保留，并且可以用不同的顏色表明因式分解，合并同類項(xiàng)等等，使得整個(gè)推導(dǎo)過(guò)程非常清晰，避免人為差錯(cuò)。也正因?yàn)槿绱?#xff0c;多年之后的今天，我的這些推導(dǎo)過(guò)程和結(jié)果仍然得以保留。我也重新編寫(xiě)了程序，并苛求程序干凈、規(guī)范。下面兩幅圖是我當(dāng)時(shí)推導(dǎo)公式的示例，和我編程的示例。

最終，我發(fā)現(xiàn)我的錯(cuò)誤：真讓我哭笑不得，就僅僅錯(cuò)了一個(gè)正負(fù)號(hào)！我在引入別人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制思想的同時(shí)，想當(dāng)然的也將別人的自適應(yīng)調(diào)節(jié)律也引用過(guò)來(lái)，也就是，我做了大量的公式推演，但在最后一步上，我放松了警惕。而恰恰在自適應(yīng)調(diào)節(jié)律問(wèn)題上，我的自適應(yīng)調(diào)節(jié)律剛剛和別人符號(hào)相反。所以，別人是收斂的，我是發(fā)散的。

邁過(guò)最后這個(gè)坎，我在2006年的5月基本達(dá)到南航博士畢業(yè)的要求，進(jìn)入最后的博士論文撰寫(xiě)，2006年7月份完成初稿，9月份完成修改稿并送外審，12月7日正式答辯并順利通過(guò)。

后記

至此，我整個(gè)博士經(jīng)歷算是基本介紹完畢了。有時(shí)候想想，我是不是很悲催？如果一開(kāi)始就把公式推導(dǎo)正確，我也不會(huì)繞如此之大的一個(gè)彎兒，也許能夠更快、更輕松、更順利的畢業(yè)。我是不是運(yùn)氣差了一點(diǎn)？時(shí)隔八年之久，我仍然對(duì)當(dāng)時(shí)的情形歷歷在目，確實(shí)映像太過(guò)深刻。

教訓(xùn)

第一，我本人確實(shí)有粗心大意和急躁的不足。這是打小兒就存在毛病，2005年9月份至2006年5月，是我備受煎熬的9個(gè)月，這樣的一個(gè)教訓(xùn)對(duì)于我來(lái)說(shuō)，足夠的慘痛。但是，這樣一個(gè)教訓(xùn)的背后，我理解了這樣一個(gè)道理：人，是不可避免會(huì)犯錯(cuò)誤的。

第二，我在破解難題的思路一開(kāi)始就存在問(wèn)題。其實(shí)最簡(jiǎn)單和最直接的解決方案是請(qǐng)一個(gè)足夠細(xì)心的師妹，請(qǐng)她幫我把公式重新推導(dǎo)一遍，我只需付出半天時(shí)間外加請(qǐng)吃一頓飯，就可以把問(wèn)題輕松搞定。由于沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，我當(dāng)時(shí)想當(dāng)然的分析可能是模型導(dǎo)致的錯(cuò)誤、可能是創(chuàng)新帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，這些思路都不對(duì)路。

經(jīng)驗(yàn)

古人云：失之東隅，收之桑榆。真的是這樣。我經(jīng)歷了這樣的慘痛教訓(xùn)，也收獲了意想不到的東西：

第一，沒(méi)有這個(gè)慘痛教訓(xùn)，我不會(huì)去訓(xùn)練自己用word推導(dǎo)公式，當(dāng)前我對(duì)設(shè)計(jì)文檔規(guī)范性的理解、對(duì)駕駛艙設(shè)計(jì)的理解、對(duì)人為差錯(cuò)的理解、對(duì)軟件編程規(guī)范性的理解、對(duì)民機(jī)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)強(qiáng)調(diào)過(guò)程保證的理解，等等，等等，都得益于這樣的教訓(xùn)；

第二，我比較扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，得益于當(dāng)時(shí)反復(fù)的理論學(xué)習(xí)和理論推導(dǎo)。而且我的切身體會(huì)也令我重視理論、相信理論，我認(rèn)為理論的重要性就在于它能夠在宏觀層面指引正確的方向；

第三，盡管我是被逼的，但是我的主觀能動(dòng)性被充分的調(diào)動(dòng)起來(lái)，為了能夠按照預(yù)想的時(shí)間達(dá)到畢業(yè)的目標(biāo)，我盡力把我當(dāng)時(shí)能想到的和能做的事情都做到極致；

第四，我也在解決問(wèn)題的過(guò)程中，結(jié)識(shí)了一大批的專家教授，并和實(shí)驗(yàn)室的師弟師妹結(jié)下深厚的友情，我想這是比我取得博士學(xué)位更寶貴的東西；

第五，我認(rèn)為最重要的是博士經(jīng)歷對(duì)我的性格也有極大的改變。初中和高中，性格內(nèi)向、老實(shí)穩(wěn)重是大多數(shù)人對(duì)我的評(píng)價(jià)。然而，因?yàn)樽x博士，因?yàn)橛龅降睦щy，我不得不變得更加主動(dòng)。從博士畢業(yè)至今，我逐漸習(xí)慣于建設(shè)性的思維和積極的行動(dòng)，而不是無(wú)休止的抱怨或者停滯不前。所以，當(dāng)人生第一次給學(xué)生講座，分享我的求學(xué)經(jīng)歷之時(shí)，我仔細(xì)的想了想，寫(xiě)下三句話：思路決定出路，細(xì)節(jié)決定成敗，狹路相逢勇者勝！

第六，我深深體會(huì)，能力提升是以解決問(wèn)題為導(dǎo)向的。當(dāng)前中國(guó)的教育是填鴨式的功利性教育，大家一方面在抱怨教育體制存在的問(wèn)題，一方面又在給自己的孩子施加巨大的壓力。填鴨式的教育將孩子自主思考的時(shí)間全部占據(jù)，沒(méi)有教會(huì)孩子分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。其實(shí)讀博士并沒(méi)有想象的困難，我認(rèn)為一般智力的人，只要掌握合適的方法，然后舍得花上數(shù)年的時(shí)間，持之以恒，都可以拿到博士學(xué)位。因?yàn)樽x博士，無(wú)非就是給一個(gè)題目，或者一個(gè)方向，并且不告訴他正確答案，然后讓這個(gè)人自主去尋找答案。對(duì)于這樣一件事情，在美國(guó)，從幼年起便開(kāi)始訓(xùn)練，而在中國(guó)至少在碩士畢業(yè)之前，少有人完成。所以，我呼吁那些天天逼著孩子學(xué)這學(xué)那的父親母親，給孩子充分自主思考的時(shí)間，哪怕孩子只是在玩兒，只要他專心致志，就不要去過(guò)多的干擾，陪著就好。

總之，無(wú)論教訓(xùn)也罷，經(jīng)驗(yàn)也好，人真的只有經(jīng)歷過(guò)才能變得成熟，而經(jīng)歷往往都是要付出慘痛的代價(jià)的。所以，不必抱怨太多，靜待時(shí)光就好。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的我博士科研经历中的经验和教训的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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