【五洲新语】段广仁院士：构建新的控制理论体系，推动自动化高水平长期发展
- 来源：
- 2023-10-18 09:25:17
导语
9月27日，由深圳工业总会创办的第十二届“五洲工业发展论坛”隆重举行。本届论坛以“人工智能浪潮下，制造业高质量发展之路”为主题，围绕“先进制造、智能制造、人工智能、大模型、3D视觉”等主要议题，22位嘉宾进行主旨、主题演讲，并展开巅峰对话。现在特别推出“五洲新语”专栏，分享业界大咖在论坛上的精彩观点。
论坛上，中国科学院院士、深圳工业总会首席科学家、南方科技大学系统设计与智能制造学院院长段广仁教授作了“构建新的控制理论体系，推动自动化高水平长期发展”的主旨演讲，从现代控制理论现状、全驱系统理论体系的诞生、全驱系统理论发展现状等方面进行了展开。
现代控制工程界的繁荣不代表控制理论和技术正在蓬勃发展，因早期提出的一些理论方法还有很大的应用空间，如：PID调节器、线性系统设计方法等。
现代控制理论发展现状如何，为什么要构建新的控制理论？
德国人著作的《机器崛起—遗失的控制论历史》书中提到，控制论的发展历程中出现了许多次警告，这个新领域在科学界的流行度于1969年左右达到巅峰，指出20世纪80年代控制论已经开始失去去学术地位。
美国数学家，动态规划创始人Richard Bellman的学生综述论文John Casti在一个论文中论述，提到目前所有的迹象都指向这样的一个结果：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；
1995年加拿大工程院院士，国际著名控制学者Edward Davison提出非线性系统理论，几乎所有的问题都没有解决；欧洲控制联合会前主席、国际自动控制联合会前主席、非线性控制领域著名科学家Alberto Isidori在2017年9月的公开报告中表示从1990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；
2010年出现了“控制死亡论”，澳大利亚科学院院士、瑞典皇家科学院外籍院士、国际控制理论界著名学者G.Goodwin公开在国际会议的大会报告讲演中提及并支持这一观点；
哈佛大学终身教授、美国工程院院士、中国科学院和工程院外籍院士、控制理论著名专家何毓琦院士说到控制已经到了成熟阶段，很难再有大的突破。
以上一系列的论据，充分说明了控制理论陷入了困境，这就是我们要构建新的体系的原因。
机械领域中的全驱系统，每个自由度都受有直接的驱动作用，如机械臂的每个关节都有电机控制，刚体卫星的每个旋转都有反作用飞轮，具有很好的控制特性：不用化成状态空间模型，可以直接设计控制律，实现系统的全局指数镇定。全驱系统如此之好，但太少，这个世界上还有很多的欠驱系统，如：柔性机械臂、挠性卫星、刚体飞行器的控制系统等都是欠驱系统。
面对欠驱系统就用状态空间法，经过近几年的研究，我们提出了控制系统设计的全驱系统方法。
针对全驱系统方法，在自动化学报、国际系统科学杂志、《中国科学》等刊发了大量论文，奠定了全驱系统理论的坚实基础。
全驱系统方法提出后得到了控制界的极大关注，许多团队也已经取得丰硕成果。如南科大刘国平教授团队，已发表了15篇论文；清华大学、燕山大学、上海大学、哈尔滨等学校团队都做了充分的工作。国外的团队也加入研究行业，加拿大刘晓平团队发表了多篇论文，包括土耳其伊斯坦布尔大学等，一场全驱系统理论的研究热潮已经形成。
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