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    29 February

    在NTH做课题研究(II—过程) -留挪散记(9b)

    在NTH做课题研究(II—过程) -留挪散记(9b)

    为何选择锅炉过程模型化作为研究的主攻方向? 有三方面的原因:

    一、笔者此前对船用锅炉有一定的接触与了解,设计、投入、维护过双冲量水位控制系统,亲自做过锅炉“水位动态飞升试验”…,因之可以说对此方向有一点偏爱。

    二、NSFI(挪威船舶研究所,NTH的姐妹组织)中Brembo等研究人员在锅炉模型化与控制领域做了非常好的工作,来挪前已看过他们在Automatica杂志上发表的文章,对我的启发很大。现彼此在一个大楼里工作,有机会向他们学习,开展交流讨论,难得。我曾问过Brembo和他的同事Tysso:“你们是学电子和自控的,怎么搞起锅炉数学模型来了,而且取得很大成功?” 你猜人家怎么说:“那有什么奇怪的,数学模型不外乎是一些方程式,处理数学公式的方法我们掌握,那还有什么难的?” 实际上我倒觉得这个说法并不完全对,如果对物理过程缺乏深刻理解,只注重公式的推导、变换,那所建立的数学模型是否经得起各种仿真条件的考验,是值得怀疑的。

    举个例子,Brembo与Tysso做的锅炉非线性数学模型,经线性化后进行仿真(线性化模型是进行最优控制器设计的基础),结果与现实严重不符,没办法,只好把汽鼓的体积比真实数据无端地加大10立方米,才勉强好使,原因却说不清。而笔者的模型就不存在类似问题,线性化模型与非线性模型的仿真结果相差不大。为什么?别忘了,笔者的轮机工程背景此时不无用处,而那两个Norwegian young man 这方面的知识还嫩了点。

    、导师Engja 教授也倾向于让我搞这方面的研究。但他恐怕并没想到,这工作越做问题越多,长期看不到一点成功的曙光,有一阵子,我好像已经精疲力竭、趋于崩溃了。但Engja却从未表现出着急上火的样子,从来不问:“Hi,Jia, How are things going on?”之类的话给我施加压力,这对我无疑就是一种有力的支持,使我有勇气最终冲破难关,得出满意的研究结果。当我将大量优美仿真曲线拿给他看,并做出合理解释时,他才有点兴奋地说:“Ha! Now we′ve got it!”这才够得上大家风度。故此我在研究报告的“致谢”部分,特别强调了对Engja教授的感激之情:“The author is deeply indebted to Professor Hallvard Engja for his elegant and sincere guidance …”。

    至于具体的研究客体,我建议,就选取Brembo 用过的由瑞典 SUNROD公司(以前称为(Svensk Maskinverken 公司)生产的 C-E V2M9-13船用主锅炉,这样便于日后的结果比较,此意见得到Engja的同意。该锅炉的技术数据:Normal evaporation—29.2㎏/sec(105ton/hr); Outlet pressure—66.0 kgf/c㎡;Outlet temperature—513℃。为了做细致的建模工作,我给SUNROD公司发一份有关该锅炉的设计图纸、结构数据、计算参数等的“调研清单”,请予帮助,光这份清单本身就有好几页。多少有些出乎我的意外:没几天,由该公司技术负责人Wester先生签字的回函就来了,免费提供的资料完整详尽,一切按我的要求(见下面附照,左为锅炉外形图,右为数据和设计兰图)。这就是发达社会,人们在竞争的同时,讲究信息的交流与互动,我的心被深深地触动了。

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    用键图法进行锅炉模型化难点何在?

    ·分块 锅炉内涉及水(饱和水,不饱和水)、蒸汽(饱和蒸汽,过热蒸汽)、水汽混合体、燃油、空气、燃烧产生的烟气等连续介质的流动,在动态模型建立过程中,不可能(也不必要)像三维流体力学或气象预报那样处理每一个“流体微团”的运动,而是要采用“分块(Lumping)”策略,将整个流动分为:水鼓、汽鼓、上升管、下降管,过热器、降温器,炉膛、经济器,…等“块(Lump)”,这才符合人们处理工程问题的哲学和方法论,并使基于常微分方程的数字仿真计算成为可能。分块过程要兼顾物理本质、模型精度、计算负担诸方面,取其折衷,这可说是一种技术和艺术的综合,处理得当与否,突显研究者的水平。

    ·状态变量的选取      键图建模在状态变量的选取上,相对于常规建模而言,是“倒着来的”,就拿我们的锅炉系统来说,人们最关心的是“0-节点”上各个Lump中那些压强(p)、温度(T)等参数(即所说的Effort)的动态变化规律,照理说应直截了当选这些参数作状态变量,可事实上并非如此简单—Bond Graph理论遵循的是能量/质量不灭定律,故而它选的必需是那些Lump中所存储的总能量(E)、总质量(M)(即前述的Displacement),然后再经由结构定律反求p,T…。这样不但计算工作量大增,且有可能导至刚性(Stiff)系统的出现——当不同lump中能量值相差达几个数量级(意味着各分块的时间常数相差同样的数量级)时,当积分采样间隔取得小来照顾“小块”时,仿真进行很慢,机时甚长;而当积分采样间隔取得大以加快仿真进度时,那些快速的系统动态根本就“看不到”,此时仿真计算是否收敛都成了问题。因而在键图建模与仿真中应力求避免此类现象的发生。

    ·强迫因果关系(Forded Causality)的处理     何谓“强迫因果关系”呢?举例来说,在烟道上某些“块”的C效应(质量与能量蓄积)被省略后,就会出现这样的情况:按Bong graph确定因果关系的一般准则,有些键上的因果关系棒就是无法确定,只好人为地规定(即强迫)其中某些键上的“因果棒”,才能完成系统键图的因果关系的确定工作。在那些具有强迫“因果棒”的“0结点”上,因为不存在“当地状态变量”,因而该节点的劲变量(温度)须用临近有独立状态变量节点的劲变量(温度)来表达,这个表达式是个超越方程,待求的量(劲变量)同时出现于方程的两端—-此即所谓“Loop(环)”现象,要求用Newton-Raphson迭代求根法解这一问题。仿真中每一步(1sec),每个环都得进行这个过程,而完成这个过程一般需迭代数百次到1000次,大家想想,如果整个系统仿真5min (300sec),光是解那几个“Loop” ,就得进行~1500000次迭代,在25年前,这可是个可观的计算负担哪-不用大型的Computer是玩不转的。

    ·并行工作      在实际工作中,键图的绘制、各种方程与公式的推 演、程序设计及仿真计算要齐头并进,交叉进行,互相印证;物理、工程考虑 与数学处理要有机结合。直到获得最后的结果。下图示出笔者最后给出的系统的完整键图。它是经过反复修改、仿真之后确定下来的。我的师弟、上海海运学院留挪访问学者李杰仁提醒我说:“老贾,你得多加小心哪,如果这张图出了问题,你的工作就全完了。”好在这张图经受住了考验,即使以今天的标准去衡量,它还是相当优美的。

    具体工做中让笔者头痛的几个问题 clip_image006

    ·锅炉物理过程的复杂性:   汽鼓内的流动现象为例,此前笔者一直认为,汽鼓内的水和蒸汽均处于饱和状态,实际上问题要复杂得多:由上升管进入汽鼓的汽水混合流在此产生汽水分离,分离出去的蒸汽一部分重新凝结,落入鼓内水中,结果鼓内蒸汽为饱和状态,水却处于非饱和(过冷)状态,它的温度较饱和 值低了那么几度,但其影响不容小视。对于此种未饱和水的热力学参数(比容v,内能i,焓h)与温度、压力之关系的数字化,笔者做了较出色的处理。在此基础上,考虑到汽鼓内蒸汽与水的体积在动态过程中当受“气鼓总体积不变”之约束,从而得出结论:汽鼓这一块对应有3个状态变量:①水的总质量;②水的总能量; ③蒸汽总质量。鼓内压力只有一个值:饱和蒸汽压力。开始时取4个状态变量(除上述3个之外,还加上④蒸汽总能量),结果仿真发散,这才逼迫笔者做更进深入的思考。

    再谈一下上升管与下降管的 Lumping过程     实际结构中上升管是由几千根管子组成的,外有高温烟气流过,水在管子里面受热而部分蒸发,此种汽水混合二相流因重力作用而上升至“汽鼓”,在那里产生分离,蒸汽流去做功,水再沿“下降管”流至“水鼓”,从而形成自然循环。下降管也是由好多根直径稍大的管子构成。在模型化时,只能将它们按过流面积不变的原则简化为一根“上升管”和一根“下降管”,管中的“流速”只能以某种平均概念代表实际的流场。

    ·数学模型的精简     最初的数学模型取为28阶,一股脑儿地拿去仿真,结果无情地发散。经过精简,使模型降阶,深入研究了汽鼓内的过程,发现了循环子系统的重要性,于是先仿真后者(7阶),再扩展包括过热蒸汽部份(12阶),最后组成完整的系统,获得了18阶的数学模型。该模型涉及18个状态变量,120多个流动、换热物理量,24个结构参数,7个物性参数,18个阻力系数,20个换热系数,11个强迫因果关系(键图中用空心“棒”表示),47个数据拟合与转换参数。整个研究报告包含466个独立计算公式。

    ·各种数据处理程序的编制     笔者关于FORTRAN程序设计语言的深入学习,是结合多种基本的数据处理算法,边做课题边编程,最终达到熟练水平,具体情况不赘。

    ·多元一次非线性方程组求根的数值算法     我们习惯于处理线性系统的人都知道,仿真时各变量的初值均是“0”。非线性系统绝对不是这样。十几阶系统状态变量的初值可不是那么好求的,那相当于确定系统的平衡点。笔者自行设计了一个基于Newton-Raphson算法的程序,获得令人满意结果,访挪学者中多人曾借用该程序。详见笔者的博客“我与好友老谢”一文,那里叙述了我的奋斗和老谢的有力指点。

    24 February

    在NTH做课题研究(I-起步)-留挪散记(9a)

         

      在 NTH做课题研究(I-起步)
                           -留挪散记(9a)

          “留挪散记”文章系列,过去稀稀拉拉地已经写了10多篇了,重点是介绍了一些笔者在那个遥远国度经历的“生活浪花”,没有谈到什么学术问题,本篇涉及研究课题开展情况的文章拖到现在才动笔。我一直在想,四分之一世纪都过去了,今日再谈当时在NTH做课题的情况,还有什么意思呢?那点事抖落出来,除了贻笑大方之外,恐怕再没有别的作用了。里面有些工作,现在连一个大学毕业生在其学位论文中都可以处理得很好。但有一点,我觉得可以提一提的是,这项工作,就其完整性来说,从立项、取定具体研究客体、确定模型规模及其流程、键图模型的建立、全部模型和数字仿真程序设计、参数数据获取、与研究所、制造厂、学校有关专家接触并请教,……,都是笔者一人主动、全部完成的。导师的作用主要在于提供研究环境和经济支持。

          那段时间笔者所经历的从失败、奋斗到成功的历练,对自己的心理承受能力是一次极好的考验,对我后来的学术与事业的发展,真地是起了加油站、助推器的作用。对一个能人,那点事儿连雕虫小技都算不上,但对我这个控制界的“New comer”而言,可是费了九牛二虎之力才得到的一些真实的本领。客观点说,在那个时候,依我那点水平,能做到那个程度,还真是不容易哩,多亏了笔者的万金油功夫。所以还是想在这里花点笔墨谈一谈,可能要浪费读者朋友不少的时间了,为歉。

    导师Engja教授:Bond Graph的“传教士”    Bond Graph是在20世纪70年代中期发展起来的一种动力学系统建模技术,在80年代初,它还算是时髦的东西。数学模型建立(Mathematical Modelling)与数字仿真(Digital Simulation)是伴随着高性能(高速、大存储量)计算机的出现而蓬勃兴起的研究动力学系统性态的“新”方法。用这样的手段,在一个动力学系统制造出来之前,人们就可以事先研究它的某些重要性能,在一个自动控制系统组成之前,就可以看看应用某种控制策略能达到怎样的闭环控制指标,…。如同大家都知道的,在进行数字仿真的时候系统的数学模型必须表述为状态空间方程(一阶微分方程式组)的型式,而Bond Graph恰恰有这样的本事,不仅如此,它甚至能把Bond Graph自动“翻译”成所需的数学模型格式,这样一路下去,仿真的进行及其结果的获取,可全部自动由计算机实现—关键是只要你知道如何“画”出该动力学系统的Bond Graph。

           Engja教授是在他回返美国进行学术休假期间(Sabbatical year)学到Bond Graph技术的,甫一接触,他就被深深地吸引了。此后他就拿这个吸引别人。无论什么时候,只要觉得场合适当,他都要“宣传”一下Bond Graph的优越性,为此,他将自己比喻为Bond Graph的传教士(Missionary of Bond Graph)。故而在他与我第一次见面的时候就给我一本书:Karnopp的《System Dynamics: a Unified Approach》,让我尽快把它看完。 那是一本关于Bond Graph(键图)的经典著作,我明白,今后的研究课题就得跟Bond Graph挂钩了,不管你愿不愿意。

    键图的基本思想      一个动力学系统中发生的现象,都可归结为能量的流动,在有源情况下,能量总是由高能量端流向低能量端,过程中将流经系统的各组成部分。这些组成部分(称之为组件)有的耗散能量,有的存储(释放)能量。前者称之为R组件,例如电气系统(“E”)中的电阻,机械系统(“M”)的阻尼器,流动系统(“H”)中管路的粘性摩擦效应;后者称之为C或I组件,如“E”系统中的存储能量的电容(C)或电感线圈(I),“M”系统中存储势能的弹簧(C)或存储动能的物体质量(I)。

          为表示能量流动的方向,Bong Graph引入了带箭头的能量键;为表述能量流动的功率水平,采用劲变量e(Effort)及流变量f(Flow),分别置于能量键的上下,且e与f之乘积即为传递的功率;为说明流动过程中相邻组件的输入输出之间的相互关系,采用因果关系杠(Causal Stroke),参见下图。对此点以下将给出进一步的阐述。 

          这些R组件、C或I组件的特性都C元件用“结构定律(Constitutive Law)”来描述,后者实际上就是基于实验所得的物理定律,如表征电阻之电压与电流关系的欧姆定律,电容器的电压与极板电荷之间关系的公式,电感线圈的磁通量与激磁电流之间关系的公式,描述物体机械运动的力与动量之间关系的牛顿定律,等等。

    在Bond Graph结构定律中出现的是e,f,P,Q共 4类变量。其中:e称为劲变量(Effort):如电压u(E)、压强差△p(H)、作用力p(M);f 称为流变量(Flow):如电流i(E)、体积流率v(H)、速度s(M);P称为动量 (Momentum),它实际上是劲变量e对时间t的积极参加分:P=∫e•dt;Q称为位移 (Displacement),它实际上是流变量f 对时间t的积分:Q=∫f•dt。

          对于R组件,结构定律表现为e作为f 的函数,或者反过来,f 作为e的函数,对线性系统,就是e=r•f,或f=e/r (r为常量,在“E”系统中r即电阻值)。对于C组件,结构定律表述为 ①e=Q/c (c是常量,在“E”系统中 c即是电容值,Q则是电容器上的电荷值,e为跨接的电压) 或② f=c•de/dt;对I组件,结构定律则表述为 ③f=P/l (l是常量,在“E”系统中l即导磁率,P则为磁通量,f 是通过线圈的电流),或④ e=l•df/dt。以上示出的均为线性的结构定律,一般情况下,结构定律为非线性函数。


         R、C、I组件的这种结构定律给出了两方面的信息,一、变量之间的数量依存关系;二、变量之间的“因果关系”,也即“输入~输出关系”。对指定组件来说,输入即是因,为结构定律等号右端的变量;输出即是果,是位于结构定律等号左边的变量。象 ①、③两式的情况,称之为积分因果关系,因为Q和P分别是 f与e的时间积分;②、④那样的情况则是微分因果关系。返回上图:Bond Graph 规定,“因果关系杠示出的是‘e’的指向”。可见该图中的第一种情况(上)C组件的输入变量是e,输出变量为f,后者也即是该C组件对其环境的反作用,此处适用结构定律②(微分因果关系);该图第二种情况(下)C组件的输出变量为e,输入变量则是 f,适用结构定律①(积分因果关系)。

        在Bond Graph技术中,积分因果关系容易处理,微分因果关系则会造成某些麻烦。这可能与“大自然不喜欢微分”的说法不无关系。至于说,一个能量存储元件(C或I)何时使用积分因果关系,何时需要用微分因果关系,那是由整个动力学系统内在的性态决定的,建立系统完整键图的过程,也就是系统模型化的过程,其最主要之点就是确定每一根键上的因果关系棒。当人们改变建模策略时(例如要求进一步简化模型,以降低系统阶数),系统完整键图将随之变动,因果关系也会有所不同,某些积分因果关系将变为微分关系,这在程序上要求特别处理。
    节点
          还要说一下两种节点(Junction)问题。在Bond Graph 中,“0-Junction”相当于电路的并联,在该节点上,各个键上的e变量相同,其中一个键上的f 为余下各键之f 的总和;“1=junction”相当于电路的串联,各个键上的f 变量相同,其中一个键上的e为余下各键之e的总和。参见右图。综合考虑上述各点,经试探滚动方式,将可获得系统的键图。

     
          复杂动力学系统的特点在于,多种能量流发生于系统内各子系统之间。特别是对于可压缩流体的动力学/热力学流动,“单键”键图已无法应用,必须代之以“双键”键图(通称Pseudo Bond Graph),此时,实线键的f 表示质量流,e表示压强;虚线键的f 表示能量流,e表示温度。

          笔者的工作中将上述两种键图结合,给出了一种复杂的船舶锅炉系统的键图模型,由此导出了一阶微分方程组型式的仿真模型。

    21 February

    一本书主义-胡吹乱嗙话读书(下)

     

    一本书主义(下)

                              —胡吹乱嗙话读书

     

     

    1972年始,经过上船、下乡、我转而改行搞自动控制。从入门知识学起,笔者慢慢地进入控制论的“核心地区”,所看的书也逐步有些层次了,1980年止,我看的控制论与控制系统方面的书有:

     

    ·绪方胜彦—《现代控制工程》1976

    ·Kuo—《Automatic Control Systems,1975

    ·Shinners—《Modern Control Theory and Application,1972

    ·Kailath—《Linear Systems,1968

    ·蔡尚峰—《自动控制理论》,1980

     

    19801982NTH做课题期间,并没时间看多少书,且集中注意力ModelingProgrammingSimulation等方面:

     

    ·Karnopp—《System Dynamics: A Unified Approach,1975

    ·Nicholson—《Modelling of Dynamic Systems, Vol.I/II,1980

    ·Harrington—《Marine Engineering,1977

    ·Dorn—《Numerical Methods  with FORTRAN Case Studies,1972

    ·Kreith—《Principle of Heat Transfer,1968

     

    1984年在WMU(世界海事大学)任访问教授时,用作教材的是:

     

    ·Johnson—《Process Control Instrumentation Technology,1978

     

    1982NTH访问研究回来~2001退休,我的学术兴趣不断变化,为什么哪?为了赶时髦,为了跟上控制界发展变化的势头呗。结果是疲于奔命,总是被人家牵着鼻子走。这就是“小学者”的悲哀,那些大学者们呢,主动而自由,成天琢磨着新玩艺儿,每隔个12年就有新学说、新理论、新观点问世,我等平庸而浅薄之辈就得卖力气追着跑,不然这研究生可怎么带呀?所以,这段时间里,我读过系统辩识、自适应控制、鲁棒控制、变结构控制、模糊控制、神经网络控制、混合智能控制……等多方面的书,特别是199420017年,可说是我最用功的时间段了,真有点越老越来劲儿的意思,算是最后一搏吧。请看:

     

    模型化与仿真方面的书籍

    ·Karnopp—《System Dynamics: A Unified Approach,1975

    ·Rosko—《Digital Simulations of Physical Systems,1972

    ·Smith—《Mathematical Modelling and Didital Simulation for Engineers and Scientists,1977

    ·Newland—《An Introduction to Random Vibrations and Spectral Analysis,1975

    ·Fossen—《Guidance and Control of Ocean Vehicles,1994

     

    最优估计(Karman滤波)方面的书籍

    ·Meditch—《Stochastic Optimal Linear Estimation and Control,1969

    ·Gelb—《Applied Optimal Estimation,1974

     

    系统辩识与自适应控制方面的书籍

    ·方崇智—《过程辩识》,1988

    ·Ljung—《Systems Identification, Theory for the User,1987

    ·Astrom—《Adaptive Control,1989

    ·Astrom—《Computer Controlled SystemsTheory and Design,1984

     

    鲁棒控制方面的书籍

    ·Frances—《A Course in H Control Theory, Lecture Notes on Control and Information Sciences ,1987

    ·McFarlane—《Robust Controller Design using Normalized Comprime Factor Plant Description,1990

    ·Skogestad—《Multivariable Feedback Control, Analysis and Design,1996

    ·高为炳—《变结构理论基础》,1990

     

    模糊控制方面的书籍

    ·Wang—《A Course in Fuzzy Systems and Control,1997

     

    神经网逻与神经网络控制方面的书籍

    ·Haykin—《Neural Networks,1999

     

    混合智能控制方面的书籍

    ·Jang—《Neuro-Fuzzy and Soft Computing,1997

    · Lin—《Neuro-fuzzy SytemsA Neuro-Fuzzy Synergism to Intelligent Systems,1996

    · Lin-《Neural Fuzzy Systems with Structures and Parameter Learning,1994

    ·Rosko—《Neural Networks and Fuzzy Systems, A Dynamical Systems Approach to Machine Intelligence,1992

    ·Medsker—《Hybrid Intelligent Control,1995

     

    一般性问题的书籍

    ·冯卡曼—《空气动力学历史发展(译自:von Kármán Aerodynamics - Selected Topics in the Light of their Historical Development ) 1954

    冯卡曼被公认为“超音速航行之父(the father of supersonic flight)”我国著名科学家、“中国导弹之父”钱学森先生的导师。这本书可说是既写了空气动力学的发展史,有写了他本人的奋斗史,50年前笔者读该书时,受到的感染与激励,一直延续至今。

     

    ·卢侃等—《混沌学传奇》(译自:GleickChaos, Making a new Sceince,1988

    这是一本综述性~科普性非常强的报告文学书,我觉得非常好,对什么是混沌,给出了十分生动形象的说明,同时对相关领域的学者的工作,也做了很出色的报导。

    20 February

    一本书主义(上)

     

     

    一本书主义(上)

                              —胡吹乱嗙话读书

     

    干什么事情都有窍门,读书、搞学问尤其如此。经过多年的磨练,我逐步明白了一个道理:在您进入一个新领域、研究一个新问题的时候,如能找到一本好书,仔细阅读,细心玩味,那您对该事项的理解与掌控将事半功倍,水到渠成。这可称之为《一本书主义》,其实呢,说是《一本好书主义》应该来得更确切。

     

    当然,这样的好书并不多。无论涉及哪方面的问题,有关的书籍您都可以找到一堆,有时真是达到了“汗牛充栋”的地步。可是您仔细一对照,很容易发现,那些书中的重要论点、重要数据…甚至连语句都几乎完全相同。特别是当对某一问题的阐述存在着模糊不清、模棱两可的时候,所有同类的书都惊人地“保持一致”,不越雷池半步。你道为何?缺乏个人见解,互相抄袭呗。因之,要读那种有开创性见解的好书,特别是名家的著作。好书难寻,不过,费点心思,总能找到,尤其在当前internet畅通、信息共享条件下,事情更好办多了。

     

    下面我想举些例子,说明一本书主义在我本人身上体现的情况,及其给我带来的好处。

     

    大学刚毕业时(19551957),我被分配在DMU力学教研组工作,为王桂荪教授辅导理论力学课程,后又为朱绍庐老师辅导水力学/流体力学。那时主要看下面两种教材,还是很有帮助的:

     

    ·伏龙科夫—《理论力学

    具有苏联教材论述严谨的特点,但理论深度不大,适于普通工科高校学生学习。

    我边听课、边辅导,较好地掌握了全书的内容,并做了大量习题,收益良多。

     

    ·阿尔热尼科夫—《空气动力学

    该书适于初学者掌握空气动力学的基本概念与基本理论,论述相当完整,经过自学,我掌握了其基本点,给我的印象相当不错。经历浅,见识短,那时以为这就够了,其实当时我连空气动力学的门还没入呢。

     

    19571959在清华工程力学研究班学习期间我主要的参考书是:

     

    ·钱伟长—《工程数学讲义

          钱先生为给大家上这门工程数学,花了大量精力,他的教学风采,我已在“清华园杂忆”的博客文章系列里详述了,此处不赘。只谈谈这门课程讲义的内容特点:一开头就介绍误差分析与近似计算,然后是量纲分析方法(定理)和相似理论,再接下来是弹性体微幅振动,……,总之,是高起点、深层次地讨论工程设计与计算当中的普遍性技术问题,无论对教学人员、研究人员还是设计人员,都十分实用。

     

    ·郭永怀译:Prandtl—《Essentials of Fluid Mechanics》,1958

          Prandtl被公认为是“现代空气力学之父(the father of modern aerodynamics”。由这位大科学家所著的《流体力学概论》,可以说是高屋建瓴,深入浅出,被郭永怀先生誉为“世界上最好的流体力学著作”。可我当时不但心存疑虑,还斗胆贴大字报(1957反右期间):“建议郭老师学点俄语,俄文书也有很好的,例如:阿尔热尼科夫的空气动力学”,云云,真是不知天高地厚了。

     

    ·ЛойцянскийМеханика Жидкости и Газа》,1957

         Лойцянский是苏联著名力学家,此前还曾出版了高水平的《理论力学》著作,我珍藏了一套,后来作为礼物送给我的好友吴老师了。这本《流体力学(液体与气体力学)》引用了相当高深、复杂的数学工具来处理任意形状的物体在理想流体(考虑了可压缩性)中作任意运动时所产生的力与力矩的计算问题。它是当时潘良儒教授给我们上《理论流体力学》时最好的第二参考书(我如此认为,其它同学并非都买了该书)。以它为基础,我在最后考试时得满分,全班交头卷。    

       

    ·Schlichting—《Boundary Layer Theory》,1955

          Schlichting是德国Gottingen学派著名学者,Prandtl的高徒(?),他的这本书Boundary Layer Theory可说是对当时边界层理论的现代发展作了深刻全面的总结。我看的是英译本,那也是我在清华读的第一本英文参考书,一边读一边心里高兴:不但学术上长进了,看外文书跟看中文书差不多一样顺畅,这还靠王文佳老师英文课上得有水平。

         

    ·钱伟长等-《弹性力学》,1958

          本书是钱先生和他的4位弟子合着的,由科学出版社出版的精装本,学术价值甚高。说来有些反常:我班的弹性力学课是由杜庆华先生上课,而钱先生只上应用数学课。钱先生的书在反右中有一阵子被批有剽窃之嫌,此说后来不攻自破。

     

    ·Stocker—《Nonlinear Oscillation

          非线性系统理论是很难的学科领域,虽有郑哲敏先生这样的大家给我们上课,可我的理解仍是相当差劲。该书当时只发给我们一部分重要章节的翻译稿,尽管读起来困难重重,我还是努力学了,今天只记得那根“主轴”向一边歪的共振曲线。

     

    清华毕业后回DMU工作的19591966期间,我从事水力学/流体力学/气体动力学/波浪理论/边界层理论/空泡(Cavitation)等方面的教学与科研,所看的书与论文不在少数,但下面所列是我最热衷看的书,直到1966年文化大革命开始,学校停课时为止:

     

    ·ЛойцянскийМеханика Жидкости и Газа》,1957

          19621963期间,我受DMU造船系吴秀恒主任赏识,任流体力学教研室主任。当年我们全室开展了读书报告学术活动,选定此书,大家轮流主讲,全室人静听,然后进行讨论。该书从头到尾,大家几乎学了个遍。从中受益菲浅是一方面,同时还发现了多处印刷错误甚至作者笔误。周光庭院长对此事相当重视,认为是提高师资水平的一个可行的活动方式,并让我写成文章加以总结。文章是写出来了,但不久院系调整,造船系整个儿迁至武汉水运工程学院,留在DMU的几人被并入热工教研室,DMU的流体力学黄金时代一去不返。然而“一本书主义”在我的心中已扎下了根,陪伴了我的一生。

     

    ·Schlichting—《Boundary Layer Theory》,1955

          1962年,笔者在DMU造船系为力学师资班流体力学专业讲授边界层理论,主要依据的就是这本书。

     

    ·Shapiro—《The Dynamics and Thermodynamics of Compressible Fluid Flow,1954

            本书内容丰富,学术层次高,总结了到20世纪50年代中期为止,气体动力学的新发展。特别是同时考虑可压缩性、粘性、传热的管道流动,特征线方法用于亚音速流,高亚音速机翼绕流的Karman-Tsien公式,跨音速流,超音速流,等等,都得到了深入的讨论。在我们教研室的学术活动讲演中,我没少引用本书的内容。19621963年吧,高孝洪在导师朱国伟指导下做研究生,搞的是用特征线法解柴油机内的亚音速流动问题,我把自己的这本藏书推荐给高,他见了如获至宝,在其努力下,高最后终于顺利通过论文答辩,笔者还提供了一份专家评论。      

     

    ·Liepmann—《Elements of Gasdynamics,1957

           这本书特别在对理想气体一元流动问题的处理上匠心独到。以该书的内容为基础,笔者在DMU 轮机系范围内作了一个《Laval喷管内的流动》的讲座,对亚音速流到超音速流的过渡,阻塞问题,冲波形成机理等,作了系统的讲解。最后还做了一个十分简单的实验:空气从高压瓶中经Laval喷管喷出时,超音速气流中出现冲波,采用碳精棒通电燃烧产生的强光作点光源,将流场投射到白色墙壁上,非常形象地示出该现象;同时气流温度降至水蒸汽的冰点以下,因而在喷管口结成冰凌,用肉眼都可清楚看到,从而说明了难于单纯用理论解释的许多东西。

     

    ·КочинТеоретическая  Гидромеханика》,1948        

    本书的特点是理论深刻、深奥,我在给“流体师资班”上波浪理论时,素材全部取自该书。

    ·СедовМетоды Подобия и Размерности вМеханике,1957

              在我的印象中,Седов是苏联科学院院士。他的这本关于相似论和量纲论的书我只看了一部分。

    ·GoldsteinModern Developments in Fluid Dynamics,1952    

    我在给“流体师资班”讲流体力学概论课时,关于粘性流的许多实验结果均取自该书。

    13 February

    我的转行-文革之后(3)

    我的转行—从流体力学到自动控制

                                            —文革之后(3)

     

         “文化大革命”接近尾声时,大学里搞起了“复课闹革命”,1970年我被派上船(15000tdw油轮)接受工人阶级“再教育”,1971年下乡劳动,接受贫下中农再教育,1972年又回校参加教学。这时DMU轮机系某领导预感到我国船舶自动化水平将有进一步的大提高,而当时系里该领域的人力储备不足。他突发奇想:“何不叫贾欣乐搞这方面的工作呢?他的数理基础好。”唯此偶然的一句话,就改变了我的教学生涯的轨迹:我的“专业”从流体力学、热工学转向了船舶自动化。我时年已40开外了,这个年纪再换一个学术方向可不是闹着玩的,但我当时还真没拿它太当回事儿。为什么?我喜欢追求新事物,再说了,觉着自己脑子功能还没退化,肯学习、能吃苦的劲头还在,那还怕什么呀。

          

          无论如何,咱得说干就干,光说不干肯定没有任何出路,一切从头做起。在控制原理上,我从什么是PID控制学起,长期不得要领,说实在的,周围也没什么明白人好问的。后来看到一本好书:绪方胜彦著、科学出版社1976年版《现代控制工程》,是它把我的思维引上了正路。我此生迷信于“一本书主义” ,由此获益不少。在仪器、仪表方面则由QDZ I型、QDZ II型、DDZ II型单元组合仪表学起,动手拆装、测控、使用。并不断出差天津、北京、上海,到各种自动化仪表厂、电器元件厂、远洋运输公司、交通部上海船舶运输科学研究所自动化室……请教问题,搜集资料,积累经验,为自己打下迟到的基础。

     

         1973年吧,我开始到在大连造船厂船研所(即设计科)参加我国第一艘24000吨大型油轮锅炉自动控制系统的设计与投产工作。那是我把短期内所学的理论和掌握的动手能力用之于实践的绝好机会。当时我的“师傅”是该所四室的G.L.工程师,我的室级上司是C.高工,所级上司是W.所长。在厂里干活可不像在学校里工作那么松散自由,你画的每一张图纸都得经过师傅与各位上司的审核、批准。而这些领导的每一关都不是那么好过的。您别看“G.工”是中专毕业,可他在造船厂摸爬滚打数十年,对厂里的生产标准、设计、施工等一整套流程那真是成竹在胸,和工人、各级干部又可说是熟的不行,他设计的锅炉确实好用、“抗造”,他的本领让我肃然起敬。特别是他对我又使用又控制的功夫,真是拿捏得恰到好处,叫我佩服得五体投地。后来我发现,厂里许多技术人员都有类似G.工那样的本事,从学校来的人,跟他们相处,你需加倍谦虚谨慎,小心侍候,否则……。

     

         我从系统设计做起,画出所有有关图纸(包括“控制台”),然后依次进行仪表调试,系统总装,重载试航(大连~上海)。结果系统一次投入就取得完全的成功,在位于浦东高桥附近的上海炼油厂卸油时,“双冲量”锅炉给水控制系统的工作得到船检、造船厂方、海运局各位代表的一致认可。这给了我以巨大的鼓舞。

         以后我又应海运局船技处的邀请,多次上船(大庆祝61轮,62轮,63轮…)进行锅炉控制系统的调试与维护,都获得圆满成功。其中有一次,上海自动化仪表一厂军品部的一些设计人员还特地上船来看他们所生产的II型气动仪表在实际中是如何应用的,我给他们介绍了自己设计的系统的功能与特点,双方借此机会进行了简短的交流。他们之中的张泰山,后来与我还成了很好的朋友。系里有同事开玩笑说,我已经成了这方面的小专家了,他们恐怕也知道,我为此付出了大量的精力和间。至此,我的改行,总算走上了无法逆转的道路。

     

    可这一改行,说到底,是对还是错,时到今天,俺也没有真正弄明白,没事我仍在寻思:您看看周围那些真有成就的学问家(就比方说在大连“科学家公寓”住着的那几位院士邻居吧),人家一生只在一个相对固定的领域、在一个较为专门的问题上做极为深入的研究,所以人到中年时已是功成名就了。此后人家每动一下脑筋,就能开辟一个新领域,每眨巴一下眼睛,就能提出一个新课题,其势如破竹,一路呼啸不可阻挡。再看看咱自己个儿,东一耙子、西一扫帚的,结果你弄的东西越多、越杂,你的学问就越松、越浅—这不就是万金油吗?再没别的出路了。

    01 February

    受宠若惊

     

    受宠若惊

     

     

      2008.01.31这一天,随意上网浏览,发现笔者的两篇自传体的博客《万金油博导的50年奋斗(1)》、《万金油博导的50年奋斗(2)》被载入民大(中南民族大学)论坛自动化版  >> 自动化博览 >> 人物 >> 之中,其简介为:本文是大连海事大学(DMU)博士生导师贾欣乐教授两篇博客的集合,2007-03-25 15:02:19  作者:贾欣乐  来源:75岁翁贾欣乐的博客  浏览次数:258 载入网址为:

    http://www.scuec.edu.cn/jsj/zidonghua/article/2007/0325/article_430.html

     

    在这个〉〉人物 栏目中,2007.03.25共载入了34篇文章,分别介绍了我国控制界的泰斗、大师级人物的主要贡献,下表给出了各篇文章的标题。

     

    万金油博导50年奋斗                                                              2007-03-25

    自动控制学科教育开拓者 钟士模                                                     2007-01-20

    我国过程控制学科创始者 方崇智                                                  2007-01-06

    自动机理论与人工智能研究开拓者——王湘浩                                    2006-11-04  

    工程热物理和自动化专家——钱钟韩                                                2006-10-25

    我国自动化科学技术开拓者之一——陆元九                                       2006-10-23

    戴汝为:中国复杂性科学的先驱                                                      2006-10-20

    怀念刘豹老先生                                                                           2006-08-20

    自动化仪表专业和系统工程学的开创者——刘豹                                 2006-08-20

    他是一颗星——杨嘉墀院士的功勋                                                   2006-06-28

    杨嘉墀:一位伟大科学家的平凡人生                                                2006-06-20

    杨嘉墀院士照片集                                                                        2006-06-20

    专访杨嘉墀:一生情系九天                                                            2006-03-26

    【大家】杨嘉墀                                                                           2006-03-26

    自动控制技术专家——屠善澄                                                         2006-03-26

    中国飞行器制导与仿真领域开拓者——文传源                                    2006-03-26

    我国现代控制理论的创建者——关肇直                                             2006-03-26

    我国自动检测学的奠基者——杨嘉墀                                                2006-03-26

    我国自动控制、系统工程教育研究的开拓者之一——张钟俊                  2006-03-26

    宋健:坚守底线是一个人应有的情怀                                                  2006-03-26

    专访宋健:从小八路到大科学家                                                      2006-03-26

    方届不惑忆而立——记郭雷院士...                                                   2006-03-26

    郭雷:中国控制理论的骄傲                                                            2006-03-26

    听戴汝为讲钱学森的故事                                                               2006-03-20

    戴汝为                                                                                       2006-03-13

    陈翰馥                                                                                       2006-03-13

    冯纯伯                                                                                       2006-03-13

    杨嘉墀简介                                                                                 2006-03-13

    关肇直                                                                                       2006-03-13

    蒋新松                                                                                       2006-03-13

    张钟俊                                                                                       2006-03-13

    宋健                                                                                          2006-03-13

    钱学森                                                                                       2006-03-13

    维纳                                                                                         2006-03-13

     

     

     

          笔者的“事迹”置身于该表中的最后一项,可心里不但没觉得怎么光彩,相反却感到异常的汗颜,因为与别人相比,自己不在同一个量级上,连滥竽充数都够不上。何况,这个网站也不具备什么权威性和广泛性,它爱怎么说由它说去,咱不为所动,不必当真,以一颗平常心去对待,才是正道。

     

              可是话又说回来,初初一看这张表,自己还真高兴了那末几分钟,好心情油然而生。接下去才有上面说的那点理智的分析与判断。春节快到了,借着这片“南柯一梦”的彩云,让鼠年多点吉祥,少点麻烦,是为所盼。