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【研究成果速递】TAC：一类非线性时滞系统的最优反馈控制

理学院数学系胡洪晓副教授与英国曼彻斯特大学丁正桃教授合作在非线性时滞系统的最优反馈控制方面取得进展。相关成果以“Optimal Feedback Control for a Class of Nonlinear Time-Delay Systems”为题，发表于控制领域期刊《IEEE Transactions on Automatic Control》[IEEE Trans. Autom. Control, 70, 5568-5575, 2025]。该研究针对具有时滞的非线性系统，提出了一套面向无限时域、适用于非线性—非二次型性能指标的最优控制设计框架，为复杂动态系统的稳定与优化控制提供了新的理论工具。上海理工大学理学院是论文第一完成单位。论文第一作者胡洪晓副教授，通讯作者丁正桃教授（曼彻斯特大学），合作作者还有周梓昕博士（南京航空航天大学）和徐利光副教授（上海理工大学光电学院）。时滞广泛存在于工程系统中，如网络控制系统、电力系统、生物化学过程等，其非线性与滞后特性使得传统控制方法难以适用。本研究围绕这一难题展开：团队提出了一种新的分析与设计策略，实现了对非线性时滞系统最优反馈控制器的构造。研究首先基于Lyapunov泛函方法，建立了非线性时滞系统的稳定性判据。作者进一步证明，该Lyapunov泛函正是相应泛函哈密顿—雅可比—贝尔曼（HJB）方程的解。基于此，论文给出了最优性充分条件，并提出了稳态形式的泛函HJB方程，确保所设计的控制器同时满足稳定性和最优性要求。该成果为解决复杂非线性时滞系统的最优控制问题提供了新的思路，对智能制造、自动驾驶、电力系统运行优化等工程领域具有潜在应用价值。理论在带回流的化学级联反应器方面的应用论文链接：https://doi.org/10.1109/TAC.2025.3552022

2025-12-05
【研究成果速递】JDE：揭示时间周期反应扩散方程在变截面通道中的传播机制

近日，理学院数学系教师李林林在应用数学领域取得进展，相关成果以“Time periodic reaction-diffusion equations in funnel-shaped domains”为题，发表于数学领域期刊Journal of Differential Equation。在自然界与工程实际中，许多系统的空间结构是非均匀的，并且系统中可能会存在随时间周期性变化的反应，该研究聚焦于一端为直圆柱、另一端为扩张圆锥的“漏斗形”域，能更真实地模拟许多物理、生物系统中物质的变化情况。本研究通过构造在时间周期与空间变截面的非均匀条件下的整体解，建立完全传播（Complete Propagation）与传播阻塞（Blocking）的判别准则：当漏斗入口（圆柱部分）半径R足够大，且扩张角α在一定范围内时，来自左侧的周期性波能够完全传播。而当漏斗入口半径R足够小，扩张角α非常大时，波会被阻塞。这些研究成果不仅具有理论价值，在其他应用领域也具有实际指导意义。例如在环境科学中，污染物或化学物质在变截面河道或地下水层中的扩散与反应过程，可借助该模型评估其在空间非均匀结构中的传播行为等。漏斗形区域的截面图论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022039625007090

2025-12-05
我院成功举办2025沪江·优化与控制论坛

2025年11月22日，2025沪江·优化与控制论坛在勤业楼212室成功举办。本次会议旨在扩大上海理工大学理学院在“运筹学与控制论”领域的国内外影响力，搭建理学院的对外学术交流平台，促进优化与控制领域的学术交流，汇聚国内外专家学者，分享最新研究成果和创新技术，推动学术合作与进步。一、开幕仪式：共启学术交流新篇章会议伊始，章国庆副院长担任主持，孟宝全书记代表主办方致辞。孟书记对与会专家学者的到来表示热烈欢迎，并强调优化与控制在以数据和AI为驱动力的智能系统时代的重要性，他指出，驾驭新时代的智能系统的挑战迫在眉睫，需要更加重视优化与控制算法的创新能力建设，以及注重培养具有应用数学背景的复合型人才，并预祝本次论坛取得圆满成功。随后，全体参会人员在勤业楼前合影留念，定格这一学术交流的重要时刻。*图1 孟宝全书记开幕致辞**图2 全体参会人员合影*二、学术报告：聚焦前沿，共探领域新发展上午的学术报告由英国布鲁内尔大学讲席教授、欧洲科学院院士王子栋教授开篇，他深入探讨了“Distributed State Estimation Under Pull-Based Gossip Protocol: A Constrained Parameter Optimization Framework”，并分享了团队的最新研究进展。随后，在邹磊教授的主持下，安徽大学副校长何舒平教授围绕“复杂网络化系统安全控制与故障检测方法”展开报告。接着，华东理工大学的严怀成教授分享了题为“面向新型电力系统的智能无人系统技术及应用”的报告，展示了这一领域技术和应用的最新成果。*图3 王子栋教授报告现场**图4 何舒平教授报告现场**图5 严怀成教授报告现场*下午，广东工业大学任鸿儒教授分享了“基于云边协同的网络化动态系统控制与优化”的研究成果，开拓了云边协同的网络动态化系统控制新视角。南京邮电大学解相朋教授则在“可解释人工智能驱动的工业信息物理系统建模与优化控制”报告中，介绍了团队在人机共享驾驶等领域的初步应用探索和相关成果，展现了工业系统智能化升级的新思路。最后，浙江工业大学孙超副教授通过“重尾噪声影响下的分布式优化和博弈算法” 提出了分布式优化和博弈理论的新见解。*图6 任鸿儒教授报告现场**图7 解相朋教授报告现场**图8 孙超副教授报告现场*三、闭幕仪式：总结成果，共话未来合作经过一天的高水平学术交流，会议在系主任刘帅的闭幕致辞中落下帷幕。她对报告人分享的精彩内容以及与会者的积极参与给予了高度评价并表达了感谢，并希望此次论坛成为促进优化与控制领域进一步合作的重要平台。供稿：冯焱（多源数据融合与分析实验中心）图片拍摄：王鑫审核：孟宝全

2025-11-25
【研究成果速递】PRL: 超构材料设计新方法

在现代集成电路和高频通信等前沿科技领域，如何对狭小空间内的热量和电磁波进行高效、协同的管理，是决定设备性能与稳定性的关键。近日，上海理工大学理学院变换热学、统计物理与复杂系统研究中心庄鹏飞博士与合作者，提出了一种全新的“重标度Schwarz-Christoffel变换”方法，攻克了长期困扰多物理场超构材料设计的“界面失配”难题。相关研究成果以“Rescaled Schwarz-Christoffel Transformations for Isotropic, Polygon, and Multiphysics Metamaterials”为题，于2025年11月17日发表在物理学期刊《Physical Review Letters》[Phys. Rev. Lett. 135, 216901 (2025)]。上海理工大学理学院是论文第一完成单位。论文通讯作者包括戴高乐博士（南通大学）、须留钧博士（中国工程物理研究院研究生院）、黄吉平教授（复旦大学和上海理工大学）。长期以来，基于共形变换理论的超构材料设计虽然强大，但在应用结构简单的各向同性材料时，往往导致器件与环境界面处的能流（如热流和电磁波）发生扭曲和失配，这极大地限制了其实际应用。针对这一难题，团队提出的“重标度Schwarz-Christoffel变换”方法将两种数学变换巧妙结合：首先利用经典的Schwarz-Christoffel变换处理复杂的几何形状，引导能流的主体路径[图1(a)]，再独创性地引入重标度变换，对界面处的能流密度进行精确重构和校准[图1(b)]。该方法实现了理论上的“完美匹配”，使得能流能够平滑无损地进出功能器件。研究团队基于该理论成功设计并数值验证了热-电磁协同扩展器(expander)、引导器(guider)和隐身斗篷(cloak)等多种功能器件，展示了该理论的普适性和有效性。该研究突破了传统共形变换理论在多物理场应用中的内在局限，为仅使用各向同性材料设计高性能、多功能超构材料提供了一套普适的理论框架。图1：(a-b)基于重标度Schwarz-Christoffel变换实现多物理场协同调控的原理与(c)潜在应用。论文链接：https://doi.org/10.1103/nzvh-lxr8

2025-11-19
【研究成果速递】PRC：中子-质子有效质量劈裂的有效约束

近日，理学院物理系教师宋一丹指导研究生罗闽斯在中子–质子有效质量劈裂约束研究方面取得了进展，相关成果以题为“Constraining neutron-proton effective mass splitting from nuclear giant dipole resonance data within a transport approach”发表在物理学期刊 Physical Review C 上。本研究基于拓展的 LBUU 输运模型，选取了一系列具有代表性的 Skyrme 有效相互作用势，系统性地探究了饱和密度下“同位旋矢量单核子有效质量”及“核物质介质中核子–核子散射截面”对重核208Pb的同位旋矢量巨偶极共振观测量的影响。本研究创新性地引入了贝叶斯分析方法，揭示了巨偶极共振观测量与核物质相关性质之间的内在联系，从而提取出有效质量结果，并有效约束了饱和密度下中子–质子有效质量劈裂。在丰中子核物质中，中子–质子有效质量劈裂与核物质状态方程密切相关，在宇宙早期演化过程中的中子–质子比、中子星冷却、稀有同位素结构形成以及重离子碰撞的动力学演化等方面均发挥着重要作用。本研究通过原子核巨偶极共振观测量，有效地约束了中子–质子有效质量劈裂的性质，为理解核物质的微观结构和天体物理过程提供了新的理论支撑。图1: 贝叶斯分析中的先验分布与后验分布图图2: 不同方法得到的有效质量劈裂结果之间的比较论文链接：https://journals.aps.org/prc/abstract/10.1103/lhzf-93v1

2025-11-07
【研究成果速递】SIAM Journal on Applied Mathematics：揭示渔业崩溃新机制！

近日，理学院数学与生命科学交叉研究中心原三领教授团队在渔业生态系统动力学研究领域取得进展。该成果重新审视了人类活动（捕捞）对渔业生态系统的影响，对渔业资源管理与可持续发展具有重要意义，为管理实践提供了全新视角。相关成果以“Fast anthropogenic environmental change can cause the collapse of fishery ecosystems（快速人为环境变化可导致渔业生态系统崩溃）”为题，发表于应用数学领域国际期刊《SIAM Journal on Applied Mathematics》。博士研究生杨安计为论文第一作者，原三领教授为通讯作者，合作者为亚利桑那州立大学康云教授。该研究创新性地构建了包含食饵与捕食者种群的休闲渔业动力学模型，揭示了捕捞强度增加速度对生态系统稳定性的决定性作用。团队通过严格数学分析，量化了不同初始种群规模下引发系统稳态转换的捕捞压力增速的临界阈值，突破了传统静态管理模型的局限。基于临界阈值理论，该研究进一步建立了多级渔业崩溃预警指标体系，提出了渔业管理新范式。该理论为渔业资源管理提供了"速度管控"这一全新动态决策维度，对应对气候变化背景下日益频繁的人类活动干扰具有重要的实践意义。图1：捕鱼强度的不同增加速率会导致模型的解轨迹最终趋向不同。图2：捕鱼强度的不同增加速率下吸引域的形状变化过程。增加速率越快，低生物量平衡点的吸引域就越大。图3：食饵鱼类种群密度下降的警告级别。红色区域表示一级崩溃警告；红色加上橘色区域表示二级警告；红色、橘色和黄色区域表示三级警告；红色、橘色、黄色和蓝色区域表示四级警告。论文链接：https://epubs.siam.org/doi/full/10.1137/24M1693052

2025-10-15

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