Harry Trentelman Een diepe denker NAW 5/16 nr. 1 maart 2015 37

Harry Trentelman Johann Bernoulli Instituut voor Wiskunde en Informatica Rijksuniversiteit Groningen [email protected]

In Memoriam Jan Willems (1939–2013) Een diepe denker

Op 31 augustus 2013 is op 73-jarige leeftijd Jan Willems overleden in Brasschaat, België. het tekstboek The Analysis of Sys- Met het overlijden van Jan Willems heeft de internationale onderzoeksgemeenschap in de tems door MIT Press in 1971. Van 1968 tot wiskundige systeem- en regeltheorie een van zijn belangrijkste vertegenwoordigers verloren. 1973 werkte hij als assistant professor aan de Harry Trentelman, hoogleraar Systems and Control aan de Rijksuniversiteit Groningen, blikt afdeling van MIT. Zijn terug op leven en werk van deze inspirerende wetenschapper. onderzoek in deze periode was gericht op een aantal onderwerpen, waaronder het zoge- Jan Willems behoorde tot een selecte kern van ing aan de Universiteit van Rhode Island, en in naamde lineair-kwadratische regelprobleem, onderzoekers in de systeem- en regeltheorie 1968 zijn PhD in electrical engineering aan het de netwerksynthese van elektrische circuits, die het onderzoeksveld rond de jaren zeven- Massachusetts Institute of Technology (met en de algemene theorie van dissipativiteit tig van de vorige eeuw vorm gaven. Hij com- als promotor Roger W. Brockett). Zijn proef- van input-outputsystemen in toestandsruim- bineerde creativiteit, associatieve kracht, fy- schrift, over input-outputstabiliteit van open tevorm. Uit deze periode stammen zijn baan- sisch inzicht, en een enorm brede kennis, met dynamische systemen, werd gepubliceerd als brekende artikelen ‘Least squares stationa- energie, enthousiasme, perfectionisme en de wil om tot de essentie van problemen door te dringen. Daarbij was hij charismatisch, en had die speciale eigenschap die tegenwoor- dig wel de ‘X-factor’ wordt genoemd. Binnen de internationale systeem- en regeltheoriege- meenschap was hij een iconisch persoon. Een mooie eigenschap was dat dit hem niet echt scheen te interesseren: gedreven door de wil om tot de essentie van dingen door te drin- gen en ideeën over te dragen praatte hij net zo lief met jonge, beginnende PhD-studenten als met gearriveerde topwetenschappers. Bij Jan Willems ging het altijd om wetenschappe- lijke inhoud en nooit om status.

Promotieonderzoek Jan Willems werd geboren in Brugge, op 18 september 1939. Na zijn basisschooltijd in Maldegem en Gent, en zijn middelbareschool- tijd aan het Sint-Barbaracollege in Gent, stu- deerde hij ingenieurswetenschappen aan de Universiteit van Gent. In 1963 vertrok hij naar de Verenigde Staten. Hij behaalde daar in 1965 het MSc-diploma in electrical engineer- Jan Willems in Rome

1 1 38 NAW 5/16 nr. 1 maart 2015 Een diepe denker Harry Trentelman

ry optimal control and the algebraic Riccati het baanbrekende boek Linear Multivariable rende programma van colleges voor promo- equation’, verschenen in de IEEE Transactions Control: a Geometric Approach van W. Murray vendi in de systeem- en regeltheorie aan de on Automatic Control in 1971, ‘Dissipative dy- Wonham uit 1974, stortte hij zich aan het eind algemene en technische universiteiten in Ne- namical systems, General theory’ en ‘Dissipa- van de jaren zeventig op de zogenaamde ‘geo- derland. Hoewel het heden ten dage als van- tive dynamical systems, Linear systems with metrisch aanpak’ van de lineaire systeem- en zelfsprekend wordt gezien dat een dergelijk quadratic supply rates’, beide verschenen in regeltheorie, en het storingsontkoppelings- onderwijsprogramma enorm veel voordelen Archive for Rational Mechanics in 1972. In de- probleem. Dit onderzoeksonderwerp binnen biedt, waren veel oudere hoogleraren in de ze artikelen combineerde Jan Willems optima- de systeem- en regeltheorie trok enorm veel systeem- en regeltheorie het hier niet mee le regeltheorie en de daarmee geassocieerde aandacht in die tijd, en werd later ook uit- eens, en zagen het als een aanval op hun algebraïsche Riccati-vergelijking met het fy- gebreid tot niet-lineaire systemen met be- gezag. De jongere generatie was echter una- sische idee van dissipativiteit. Het belangrij- hulp van ideeën uit de differentiaalmeetkun- niem voor. Het kostte veel moeite en vele pitti- ke concept linear matrix inequality (LMI) werd de. Jan introduceerde aan het eind van de ja- ge vergaderingen om het idee van een lande- in deze artikelen geïntroduceerd. Later, vanaf ren zeventig de begrippen ‘bijna stuurinvari- lijk onderwijsprogramma aanvaard te krijgen. de jaren negentig van de vorige eeuw, werden ante deelruimte’ en ‘bijna conditioneel inva- Vooral Jan nam het voortouw in dit experiment dissipativiteit en LMI de centrale begrippen in riante deelruimte’, en paste deze concepten en zijn stijl van vergaderingen voorzitten en de theorie van robuuste regelsystemen, zowel toe in het oplossen van ‘bijna’ storingsont- grondige voorbereiding, gecombineerd met voor lineaire als niet-lineaire systemen. koppelingsproblemen: regelproblemen waar- zijn nimmer aflatende drang om mensen van bij wordt gezocht naar nodige en voldoende zijn standpunten te overtuigen, leidde uitein- Hoogleraar in Groningen voorwaarden voor het bestaan van regelaars delijk tot de oprichting van het Netwerk Sys- Op 1 februari 1973 werd Jan Willems benoemd die de input-output-operator van het closed teemtheorie met als ‘penvoerder’ de Rijksuni- tot hoogleraar aan het Mathematisch Insti- loop-systeem willekeurig klein maken. De the- versiteit Groningen en Jan als voorzitter (van tuut van de Rijksuniversiteit Groningen, om orie die hij hier ontwikkelde, paste hij in de 1986 tot 1996). Het Netwerk Systeemtheorie het nieuwe specialisme wiskundige systeem- jaren tachtig ook toe bij het vinden van een al- leidde uiteindelijk tot de oprichting van de en regeltheorie op te zetten. Al snel werden gemene oplossing van het singuliere lineair- landelijke onderzoeksschool DISC (Dutch In- de colleges lineaire systeemtheorie van Jan kwadratische regelprobleem. stitute for Systems and Control) die in 1995 populair bij de studenten. Jan bleek een in- werd opgericht. Ook hiervan was Jan voorzit- spirerende docent en werd ook erg gewaar- Systems and Control Letters ter tussen 1995 en 1999. deerd om zijn manier van omgaan met stu- In deze periode richtte hij ook samen met Ro- denten en promovendi. Hij verwachtte veel ger Brockett het tijdschrift Systems and Con- Behavioristische benadering van zijn studenten, en befaamd waren zijn trol Letters op, oorspronkelijk met name be- In de jaren tachtig werd Jan zich meer en meer ‘take home-examens’, verzamelingen van sys- stemd voor korte publicaties in de systeem- bewust van de beperkingen van het gangba- teemtheoretische problemen waar de studen- en regeltheorie, met als specifiek doel een re denken binnen de systeem- en regeltheo- ten thuis individueel aan moesten werken om korte doorlooptijd tussen opsturen van het rie in termen van inputs en outputs. Traditi- tot een eindcijfer te komen. Jan had ook veel manuscript en publicatie daarvan. De eerste oneel worden in de analyse en synthese van aandacht voor andere aspecten van de op- uitgave van het tijdschrift verscheen in 1981, open en geïnterconnecteerde systemen zoals leiding, en organiseerde regelmatig bij hem en op het moment van dit schrijven is het toe die worden bestudeerd in de systeem- en re- thuis borrels voor studenten en promoven- aan zijn 34ste jaargang, volume 75. In de be- geltheorie de externe variabelen opgesplitst di, waarbij hij het energieke middelpunt was ginperiode van Systems and Control Letters in twee soorten, namelijk de inputvariabelen van allerlei intellectuele en politieke discus- runde Jan het blad als een soort familiebedrijf, en de outputvariabelen. Deze traditionele op- sies. Ook meer prozaïsche onderwerpen zoals waarbij zijn toenmalige vrouw Margherita en splitsing komt eigenlijk voort uit de oorsprong de Vlaamse voorjaarswielerklassiekers ble- zijn kinderen Mark en Mia werden ingezet van het vakgebied, en vooral zoals het zich ven niet onbesproken. Jan vond het heerlijk voor de secretariële ondersteuning. Om het ontwikkelde in de jaren dertig van de vori- om eindeloos te discussiëren, en had dit ook doel van een snelle doorloop te bereiken werd ge eeuw rond de uitvinding van de feedback- nodig om zich emotioneel op te laden. Op het het meeste reviewing werk gedaan door de versterker door Harold Stephen Black bij Bell Mathematisch Instituut in Groningen trok hij beide managing editors Willems en Brockett. Laboratories in . Bij werk- veel knappe studenten aan als afstudeerders Daarbij moet worden opgemerkt dat het aan- te men aan het versterken van signalen in en promovendi, en zo stond hij aan de wieg tal ingezonden artikelen voor tijdschriften in de langeafstandstelefonie. Het probleem was van de ‘Groningse school’ in de systeem- en die tijd natuurlijk veel minder groot was dan dat de versterkingsfactor van de gebruikte regeltheorie. Veel van zijn promovendi uit die op dit moment in 2015. Van 1989 tot 1994 versterkers sterk afhankelijk was van de sterk- tijd kregen later vaste aanstellingen op ver- was Jan ook nog editor-in-chief van het het te van het inputsignaal, met vervorming van schillende universiteiten en werden zelf hoog- tijdschrift SIAM Journal on Control and Opti- het outputsignaal als gevolg. Harold Stephen leraar. Gedurende de dertig jaar dat hij hoog- mization. Ook dat was in die tijd bepaald geen Black kwam met een revolutionair ontwerp leraar was in Groningen begeleidde hij meer sinecure, aangezien alle correspondentie per van een feedback-versterker. De essentie van dan zestig afstudeerders en zo’n twintig pro- gewone post moest worden afgehandeld. zijn theorie is dat het outputsignaal via een movendi. terugkoppeling wordt teruggevoerd de ver- Gedurende de jaren zeventig in Groningen Netwerk Systeemtheorie sterker in. Hierdoor konden voortaan signa- wijdde Jan zich in zijn onderzoek aan de on- Rond 1986 was Jan Willems de drijvende len op stabiele wijze, zonder vervorming, wor- derwerpen differential games, realisatietheo- kracht achter het opzetten van het landelij- den versterkt. Dit fysische input-ouputdenken rie en fysische systemen. Geïnspireerd door ke Netwerk Systeemtheorie, met het bijbeho- in de context van versterking van signalen

2 2 Harry Trentelman Een diepe denker NAW 5/16 nr. 1 maart 2015 39

weten te halen. De traditie volgend was hij daarna voorzitter van de European Union Con- trol Association en wel van 1994 tot 1996. Van 1994 tot 1996 was hij ook de voorzit- ter van het Nederlands Wiskundig Genoot- schap. Dit zijn echter slechts hoogtepunten uit zijn carrière: hij was ook zeer actief in het politieke krachtenveld van onderwijs en on- derzoek aan het Mathematisch Instituut in Groningen, en was wetenschappelijk direc- teur van het toenmalige Onderzoeksinstituut voor Wiskunde en Informatica in Groningen van 1993 tot 1998.

Ook na zijn emeritaat actief In 2003 ging Jan Willems met emeritaat in Groningen en werd hij gasthoogleraar binnen de onderzoeksgroep Signals, Identification, Systems Theory and Automation (SISTA) van de afdeling Elektrotechniek aan de Katholie- ke Universiteit van Leuven. Twee jaar daar- voor waren zijn vrouw Doke en hij van hun stijlvolle appartement aan het Martini Kerk- Jan Willems met zijn vrouw Doke op de Great Ocean Road bij Adelaide in Australië hof in Groningen verhuisd naar Antwerpen. werd het overheersend paradigma binnen de dering wordt interconnectie van systemen be- Zijn officiële pensionering in Groningen bete- systeem- en regeltheorie toen ideeën en re- schouwd als het aannemen door de signalen kende absoluut niet dat hij het rustiger aan sultaten uit het vakgebied in een breder kader van gemeenschappelijke waarden, en rege- ging doen. Jan bleef actief als altijd, bleef sa- toepasbaar bleken. len van een systeem als het interconnecteren menwerken met collega’s, en bleef een actief Zoals gezegd, Jan Willems zette zich af te- van het systeem met een regelaar, met terug- bezoeker van internationale conferenties en gen dit gevestigde paradigma, en ontwikkel- koppeling als een belangrijk speciaal geval. workshops. Tot zeer recent was hij een vaste de wat wordt genoemd de ‘behavioral ap- De oorspronkelijke ideeën van de behavioris- deelnemer aan de IEEE Conference on Decisi- proach’. In de behavioristische benadering tische aanpak werden naar voren gebracht in on and Control, de belangrijkste jaarlijkste bij- van open systemen wordt een dynamisch sys- het artikel ‘System theoretic models for the eenkomst voor systeem- en regeltheorie. Daar teem, in plaats van met de wetten die het analysis of physical systems’ in het niet meer genoot hij niet alleen van het contact en de systeem beschrijven, geïdentificeerd met de bestaande tijdschrift Ricerche di Automatica gesprekken met oude vrienden en collega’s, verzameling van functies van tijd die aan de- in 1979. Een uitgebreidere behandeling werd maar bleef hij ook jonge onderzoekers inspi- ze wetten voldoen. Hiervoor is het niet nodig gepubliceerd in de serie van drie artikelen reren met suggesties en (meestal) positieve om de vector van systeemvariabelen (de zo- ‘From time series to linear system – Parts I, kritische opmerkingen. Zijn niet te remmen genaamde ‘manifeste variabelen’) te partitio- II and III’ in het tijdschrift Automatica in 1986 wetenschappelijke energie blijkt ook uit de neren in inputs en outputs. Sterker nog, bin- en 1987. In 1988 werd aan Jan de Automatica nog bijna honderd publicaties die hij na zijn nen deze theorie wordt een wiskundige defi- Best Paper Award toegekend voor deze serie officiële pensionering produceerde. Veel van nitie gegeven van het concept input: ruwweg van artikelen. Een belangrijke bron van infor- dit latere werk laat zien wat een diepe den- gezegd wordt een vector van variabelen ge- matie voor zijn behavioristische ideeën vormt ker hij was, en tonen een opmerkelijke we- definieerd als input indien deze ‘vrij’ is, in ook zijn boek Introduction to Mathematical tenschappelijke rijpheid en heldere visie op die zin dat de wetten van het systeem geen Systems Theory: A Behavioral Approach uit het vakgebied van de systeem- en regeltheo- restricties opleggen aan deze variabelen. De 1998 (samen met Jan Willem Polderman). In rie. Een voorbeeld hiervan is het overzichts- overblijvende variabelen worden vervolgens 1988 ontving Jan de prestigieuze IEEE Control artikel ‘The behavioral approach to open outputvariabelen genoemd. Zo kan het voor- Systems Award voor zijn gehele wetenschap- and interconnected systems’, dat verscheen komen dat de systeemvariabelen op meerde- pelijke oeuvre. In datzelfde jaar werd aan hem in het tijdschrift Control Systems Magazine re manieren opgesplitst kunnen worden in in- de IEEE Control Systems Magazine Outstandig in 2007. puts en outputs, en is het fysisch vaak niet Paper Award toegekend voor het artikel ‘300 De systeem- en regeltheorie zonder Jan a priori duidelijk welke van de systeemvari- years of optimal control, from the brachysto- Willems is moeilijk voor te stellen. De vruch- abelen het predicaat input of output verdie- chrone to the maximum principle’ (samen met ten van zijn wetenschappelijke activiteit, de nen. In de behavioristische benadering wordt Hector Sussmann). manier waarop hij met zijn fundamentele bij- ook een belangrijke rol gespeeld door zoge- dragen vorm heeft gegeven aan het vakge- naamde ‘latente variabelen’ in object geo- Bestuursfunctie bied, en de invloed die hij heeft gehad op de riënteerd modelleren (naast de ‘manifeste va- In 1993 was Jan de voorzitter van de organisa- wetenschappelijke smaak en het denken van riabelen’ wiens gedrag door het model wordt tiecommissie van de European Control Confe- zijn studenten en promovendi zullen echter gemodelleerd). In de behavioristische bena- rence, die hij in dat jaar naar Groningen had altijd blijven bestaan. k

3 3