全驱系统控制理论
今天控制工程界的繁荣不代表控制理论和技术正在蓬勃发展。因为早期提出的一些理论方法，如PID调节、线性系统设计方法等，还有很大的应用空间。
那么今天的控制理论发展究竟如何呢？全驱系统理论又是如何诞生的、现状如何呢？
现代控制理论已陷入困境
今天的整个现代控制理论体系有一个共同的基石，那就是状态空间方法。从1750年欧拉的系统响应分析（微分方程求解）到1892年李亚普诺夫的运动稳定性理论，再到上世纪60年代的卡尔曼滤波和庞特里亚金极大值原理，以至于后来的许多成果都是建立在状态空间模型的基础之上的。
上世纪60年代，状态空间方法在处理线性问题上发挥了重要作用。然而，进入上世纪80年代，当人们开始处理非线性问题时，这种方法便显得无能为力了：
John Casti在其1982年的综述论文中说（高为炳院士译）：“寻找一个完全通用的非线性系统理论有点类似于寻找圣杯，是相对无害的活动，充满了许多愉快的意外和轻微的失望，而最终则是白费力气。”
德国人的一部著作《机器崛起：遗失的控制论历史》中说：“这一新领域在科学界的流行度于1969年左右达到巅峰。20世纪80年代，控制论开始失去其学术地位。正如《连线》杂志的凯文·凯利令人难忘的话语所言，它‘就此枯萎消亡。’”
欧洲控制杂志1995年第一卷第一期的第一篇综述论文引用了加拿大工程院院士、国际著名控制学者Edward Davison的说法：“非线性控制领域中几乎所有的问题都还没有解决。”
非线性控制领域权威Alberto. Isidori在一次公开讲演中说：“从1990年中期开始，关于多变量非线性系统反馈设计问题的研究就几乎出现了完全的停滞。”他为此发出呐喊：“Why was this the case?”
2010年，国际上还出现了“控制死亡论”（Control is dead）。哈佛大学教授、美国工程院院士、中国两院院士何毓琦先生说：“控制已死，要重生就要等待类似于耶稣使拉萨路复活的那种奇迹发生。”
全驱系统控制理论的诞生
众所周知，物理的全驱系统具有其他系统无与伦比的控制特性。但不幸的是，这一巨大优势在过去的一个世纪里没有得到足够的重视。其背后的一个重要原因是：受物理概念的影响，全驱系统被认为是控制系统的一个很小的部分，不值得广泛研究，因为这个世界上还存在着更多的欠驱系统，如柔性机械臂和挠性卫星等。
如何才能改变这种局面呢？
当几乎所有人都在将描述一个物理系统的数学方程化成一阶状态空间模型的时候，当几乎所有人都沉浸在状态空间方法的深入研究的时候，我们破天荒地提出了下述两个问题。
问题1. 全驱系统这一物理概念是否可以在数学层面进行推广，且推广后的全驱系统仍然具有与物理全驱系统同样的控制特性？
问题2. 欠驱系统是否可以在一定意义下等价地转化成一个数学意义下的全驱系统，从而可以方便地实现镇定？
幸运的是，我们得到了关于上述问题的肯定答案。就在现代控制理论前景渺茫的时候，受物理上全驱系统的启发，我们于2020年提出了一种颠覆性的新理论，即全驱系统控制理论[1-22]。这种理论方法以全驱系统模型为基础，彻底摆脱了状态空间模型的束缚，在处理非线性、时变性、滞后特性等一系列复杂问题上显示了极其强大的优越性。
围绕全驱系统控制理论研究，我们还开展了下述工作：
于2021年获得基金委基础科学中心项目的资助（项目名称：高阶全驱系统理论与航天器控制技术；核心参研单位：哈尔滨工业大学、南方科技大学、航天科技集团）。
成立了中国自动化学会全驱系统理论与应用专业委员会，在专委会的成立大会上，中国自动化学会副理事长桂卫华院士在讲话中说：“该专委会应该是自动化学会诸多专委会中唯一一个以中国学者原创性方法命名的专委会。”
开办了“全驱系统理论与应用” 年会，其第一届年会于2022年8月在哈尔滨召开；第二届年会，2023 Conference on Fully Actuated System Theory and Applications (FASTA 2023, https://cfasta2023. sdust.edu.cn), 于2023年7月14-16日在青岛召开，由IEEE协办，会议论文集进入IEEE Xplore数据库。
全驱系统控制理论发展现状
继我们提出全驱系统控制理论[1-22]的短短两年时间里，全驱系统控制理论便得到了众多控制界学者的密切关注。自2022年开始，除我们团队之外的许多以全驱系统为主题的学术论文也相继问世。
特别指出的是，下述几个国内的学术团队都在全驱系统控制理论方面做出了非常深入的开创性工作。
南方科技大学刘国平教授团队 在基于全驱系统方法的预测控制和多智能体协同控制等方面开展了深入研究，在IEEE TMech、IEEE TSG、IEEE TSMCA、IEEE JAS等刊物上已发表论文15篇。
清华大学周东华教授团队 针对高阶全驱系统方法的故障诊断等问题开展了深入研究，在Automatica上发表了长文，同时在IEEE Cybernetics、IEEE TSMCA等刊物上发表论文5篇。
燕山大学华长春教授团队 围绕基于高阶全驱系统方法的自适应控制、事件触发及预设时间控制等问题开展了深入的研究，在IEEE TCAS II、Nonlinear Dynamics、IJRNC等刊物上发表论文6篇。
另外，国内的许多其他团队也都开展了全驱系统控制理论与应用方面的研究，其中已经在这方面公开发表论文的单位有南京航空航天大学姜斌教授团队、南方科技大学林志赟教授团队、东北大学刘腾飞教授团队、中山大学刘万泉教授团队、西北工业大学贺亮教授团队、哈尔滨工业大学高会军教授团队、哈尔滨工业大学深圳分校陈立群教授团队、四川大学李彬教授团队、航天集团张烽研究员团队、……
可喜的是，一些国外大学的团队也加入了全驱系统控制技术的研究行列。加拿大 Lakehead University刘晓平教授团队在基于高阶全驱系统方法的故障诊断、自适应控制和干扰解耦方面做出了出色的工作，在Int. J. Fuzzy Systems、Int. J. Robust and Nonlinear Control、J. Systems Science and Complexity、Int. J. Adaptive Control and Signal Processing等刊物上发表了论文。另外，Arizona State University团队（Lu, Tsakalis & Chen）、Louisiana State University团队（Yan & Gu）和土耳其Istanbul University团队（Adiguzel & Yalcin）也都公开发表了关于全驱系统控制理论方面的论文。
除上述公开发表的论文外，全驱系统理论与应用第二届年会（FASTA 2023）录用相关论文219篇。
结束语
全驱系统控制理论彻底颠覆了现代控制理论的基石——状态空间模型。从本质上来说，状态空间方法以状态变量为主角，以控制变量为配角。1750年欧拉的微分方程求解是状态的定量分析，1892年李雅普诺夫的稳定性是状态的定性分析。利用状态空间方法求解系统的状态及其估计问题是顺畅的，但是利用它来求解控制问题却是扭曲的（处理线性问题还可以，处理非线性问题便无能为力了）。控制问题需要求取的是控制变量，不再是系统状态。而我们提出的全驱系统方法则以控制变量为主角，以状态变量为配角，允许解析地求出其控制变量，用来求解控制问题自然是简单、方便的。
针对控制死亡论，何毓琦先生还说：“我们也可以说控制没死，而只是在等待另一个黄金时代的再次出现。但这种机会不会来自对现有成熟理论的拓展。”
全驱系统理论解除了对于现代控制理论底层的状态空间模型的依赖，不再是状态空间方法的拓展，是一种全新的方法论。它将从此开启控制理论界的另一个黄金时代，进而引发自动化和人工智能领域的一次新的技术进步。
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