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2002年8月11日，在北京师范大学数学系一个被称为“三楼半”的临建棚里，世界上第一台四级倒立摆实物控制试验成功。在8月28日教育部组织的成果鉴定会上，由包括3位院士在内的12位著名专家组成的鉴定委员会一致认为，该成果是一项“原创性的具有国际领先水平的重大科研成果”。
就在这一刻，一个理论和一个人——变论域自适应模糊控制理论和北京师范大学李洪兴教授走入了我们的视野。
模糊其实不模糊
所谓模糊概念就是类属边界不清晰、具亦此亦彼现象的事物在人们头脑中的反映。
学术的语言似乎离我们较远，其实模糊现象就在我们身边。李洪兴教授介绍道，我们每天时时刻刻都在和模糊打着交道，人类本身其实自觉不自觉地充当一个模糊专家。例如，人们在描述雨下的程度时经常使用大雨、中雨、小雨这样的字眼，然而什么样的雨是大雨、中雨或小雨，人们又是说不清的。这就是模糊现象。根据雨下的程度大小，你又会得出“今年可能会旱还是会涝”的结论，这就是模糊推理了。
随着社会的进步，人们要处理的对象越来越复杂，而复杂性的特点之一就是模糊性。对模糊性的处理，传统的数学工具会遇到困难。在这样的背景下，1965年美国控制论专家扎德(L.A.Zadeh)教授提出了模糊集合的概念，使得用数学描述模糊性成为可能。在这之后的近40年中模糊集合渗透到许多领域，出现了一些十分引人注目的新兴交叉学科，其中之一就是模糊控制。
所谓模糊控制就是利用模糊数学方法实施的控制。模糊控制理论的第一次成功使用是1974年马达尼(E.H.Mamdani)教授成功地实现了对发动机组的模糊控制实验。模糊控制的核心在于使用一系列带有模糊性判断语句作为控制规则进行控制。在制定这一规则的过程中，人们会忽略一些次要的东西，把建立在对事物较为深刻了解基础上的经验改写成模糊规则，从这个意义上讲，模糊控制实际上是一种专家控制。
正如李洪兴教授所说，模糊不是糊涂，更不是跟着感觉走，而是为了更高层次的精确。它通过智能化，把以往硬性的划分软化，使得原来表示方法中的跳跃变化变得平滑了，更加合理了。
从这个意义上讲，模糊数学似乎应了中国的一句老话，“难得糊涂”。
我们中国的科学家是在1974年开始这一领域的研究的，中国科学院院士关肇直先生当时在参加一个国际数学大会的时候听到有这样一个学科，带回了一批资料，开始组织大家翻译和学习，由此形成了中国第一批模糊理论研究人员。李教授本人80年代师从汪培庄教授，进入了第二代模糊理论研究者的行列。
世界第一的四级倒立摆
在一个被实验室的人们称为“三楼半”的临建棚里，放着李教授和他的学生们几个月来日日夜夜的心血的结晶——四级倒立摆实物控制系统。这是世界上第一台四级倒立摆实物控制系统。它正是通过运用李洪兴教授提出的“变论域自适应模糊控制理论”实现的。
说到倒立摆，李教授和它打交道已经将近20年了。钟摆大家都见过，然而，你见过竖起来的钟摆吗？如果那样的话就是倒立摆了。如果再在上面接上一节或者两节，就成了二级或者三级倒立摆了，而要使摆能稳定地树立起来，就要解决一个如何控制的问题。讲到与倒立摆相关的研究和故事，李教授如数家珍。他介绍说，倒立摆实验是验证控制理论的一种经典实验，它起源于50年代，MIT（麻省理工学院）的控制理论专家根据火箭发射助推器原理设计出一级倒立摆试验设备，也就是一个摆杆垂直树立。而后人们参照双足机器人的控制设计出了二级摆，到了背景复杂的三级摆的时候，它的实物控制系统已经是世界难题了。
在2001年6月实现四级倒立摆控制仿真和2001年9月实现了三级倒立摆实物控制系统之后，李洪兴教授领导的科研团队，就投入了对四级倒立摆实物控制系统的研究。经过10个月的努力，克服了重重困难，在2002年8月11日四级倒立摆终于站起来了。随后，经过紧张的改造和调试，四级倒立摆实物系统取得了令人满意的实验结果。
消息传出后，中国模糊学界的另一位著名科学家，陕西师范大学王国俊教授给李教授打电话说：“你给我们中国模糊界争了光！”
8月28日，教育部组织了包括3位院士在内的12名著名专家组成的鉴定委员会对“变论域自适应模糊控制理论及其在四级倒立摆控制中的应用”这项成果进行了鉴定。在整个成果汇报过程中，鉴定委员会主任，中国工程院院士，国防科工委秘书长，总装备部科技委副主任郭桂蓉中将一直神情严肃，但当他见到四级倒立摆站立起来的时候，郭中将脸上流露出一丝笑容，对周围的专家连声说道：“你们看看，非常好，相当不错。”
最终，鉴定委员会认为，该成果是“一项原创性的具有国际领先水平的重大科研成果”。这也是我国自己培养的学者站在中国的土地上采用自己提出的控制理论完成的一项世界领先水平的科研成果。得到同行和社会的肯定是幸福的，但是回想起研制的过程，那些难忘的情景也历历在目，“当时压力很大，我们的实验室是一个临时搭建的临建棚，条件很艰苦。当我见到四级倒立摆第一次站起来的时候，尽管它只站住了几秒钟，但我意识到，我们成功了，那时我流泪了”，说到这里，李教授的眼圈湿润了，原先实验室里几个相互说笑的研究生也沉默了，也许只有他们自己才能体会得到这种成功真正的味道。
广阔的应用前景
倒立摆试验成功了，它的意义何在呢？仅仅是世界第一是不够的。“任何一个科学研究都应该有它的社会应用背景，否则，它的意义就不很明显了”，当谈到四级倒立摆试验成功的应用价值的时候，李教授这样说。
模糊控制在实际生活中是很普遍的现象，比如说，现在大家在市场上见到的洗衣机，10台里面有三四台是模糊控制的，而它们通常也会贵一些。为什么呢？因为通过模糊控制这样一种柔性控制，它会根据衣服脏的程度自动地调节运转功率和水的用量等参数，不但节约用水，而且可以减少机器的满负荷运转从而减少磨损，增加寿命。
四级倒立摆实物控制系统的试验成功说明变论域自适应模糊控制理论及相应方法的控制能力和效果。这一理论和方法在实际应用中的前景也是非常广阔的。精密仪器加工和机器人领域可能成为这种理论和方法广阔的用武天地。在半导体加工行业中，对于半导体材料表面的处理过程对自动控制要求非常高，不但响应速度要快，还不能有超调和震荡，而变论域自适应模糊控制的优点恰好满足这些要求；现在在机器人领域中的一个难点就是快速准确的柔性控制，如快速准确地抓起一块豆腐而豆腐不散、快速准确地抓起一个鸡蛋而鸡蛋不破，变论域自适应模糊控制所具有的优点可能会满足这些要求。如果变论域自适应模糊控制和对策控制相结合，则可能在军事领域中有重要应用。航空器对接控制技术的某些要求正好与变论域自适应模糊控制的功能所吻和，这意味着它也可能用于航空领域之中。
虽然应用前景广阔，但是，李教授对现在科研与产业脱节的现象也表现出了一个科学家的忧虑。他说，在美国，模糊控制是源于工业生产中的，所以它的每一个研究课题都有着深刻的应用背景，做模糊控制的人多数是控制论专家。而在我国，由于最早的起源是数学家对这一问题进行研究，再加上我们国家的工业基础较为薄弱，因而理论研究的应用背景比较淡薄，而且研究队伍中数学家占了很大的比例，这就使得科研和产业结合得不是很紧密。因此也出现了一个国外没有的称呼，模糊数学，这个称呼只有中国才有。
科学家的期望
“希望能够形成一个科学共同体，加速产业和科研的相互沟通，缩短合作者之间相互寻找的过程。能够打破现有的“小圈子”，相互联合形成“大圈子”，作出更多的更高水平的成果为国家的经济建设服务。”这就是李教授对将来朴素的愿望。
走出李洪兴教授简单的实验室，记者想到一句他在鉴定会上自然流露出来的话：“我做科研的目的就是想为国家做点事情。”
李洪兴教授，理学博士，北京师范大学模糊系统与模糊信息研究中心主任，国家有突出贡献的中青年专家，主要研究领域为模糊数学和人工智能。