控制科學(xué)與工程

　　一、簡介

　　控制科學(xué)與工程是一門研究控制的理論、方法、技術(shù)及其工程應(yīng)用的學(xué)科。它是20世紀(jì)最重要的科學(xué)理論和成就之一，它的各階段的理論發(fā)展及技術(shù)進(jìn)步都與生產(chǎn)和社會(huì)實(shí)踐需求密切相關(guān)。11世紀(jì)我國北宋時(shí)代發(fā)明的水運(yùn)儀象臺(tái)就體現(xiàn)了閉環(huán)控制的思想。到18世紀(jì)，近代工業(yè)采用了蒸汽機(jī)調(diào)速器。但直到20世紀(jì)20年代逐步建立了以頻域法為主的經(jīng)典控制理論并在工業(yè)中獲得成功應(yīng)用，才開始形成一門新興的學(xué)科——控制科學(xué)與工程。

　　此后，經(jīng)典控制理論繼續(xù)發(fā)展并在工業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。在空間技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，50年代又出現(xiàn)了以狀態(tài)空間法為主的現(xiàn)代控制理論，并相繼發(fā)展了若干相對(duì)獨(dú)立的學(xué)科分支，使本學(xué)科的理論和研究方法更加豐富。60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，許多新方法和技術(shù)進(jìn)入工程化、產(chǎn)品化階段，顯著加快了工業(yè)技術(shù)更新的步伐。

　　在控制科學(xué)發(fā)展的過程中，模式識(shí)別和人工智能與控制相結(jié)合的研究變得更加活躍；由于對(duì)大系統(tǒng)的研究和控制學(xué)科向社會(huì)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的滲透，形成了系統(tǒng)工程學(xué)科。特別是近20年來，非線性及具有不確定性的復(fù)雜系統(tǒng)向“控制科學(xué)與工程”提出了新的挑戰(zhàn)，進(jìn)一步促進(jìn)了本學(xué)科的迅速發(fā)展。本學(xué)科的應(yīng)用已經(jīng)遍及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、環(huán)境、軍事、生物、醫(yī)學(xué)、經(jīng)濟(jì)、金融、人口和社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，從日常生活到社會(huì)經(jīng)濟(jì)無不體現(xiàn)本學(xué)科的作用。

　　控制科學(xué)以控制論、信息論、系統(tǒng)論為基礎(chǔ)，研究各領(lǐng)域內(nèi)獨(dú)立于具體對(duì)象的共性問題，即為了實(shí)現(xiàn)某些目標(biāo)，應(yīng)該如何描述與分析對(duì)象與環(huán)境信息，采取何種控制與決策行為。它對(duì)于各具體應(yīng)用領(lǐng)域具有一般方法論的意義，而與各領(lǐng)域具體問題的結(jié)合，又形成了控制工程豐富多樣的內(nèi)容。

　　本學(xué)科的這一特點(diǎn)，使它對(duì)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展起到了有力的推動(dòng)作用，并在學(xué)科交叉與滲透中表現(xiàn)出突出的活力。例如：它與信息科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的結(jié)合開拓了知識(shí)工程和智能機(jī)器人領(lǐng)域。與社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)的結(jié)合使研究的對(duì)象進(jìn)入到社會(huì)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的范疇中。與生物學(xué)、醫(yī)學(xué)的結(jié)合更有力地推動(dòng)了生物控制論的發(fā)展。同時(shí)，相鄰學(xué)科如計(jì)算機(jī)、通信、微電子學(xué)和認(rèn)知科學(xué)的發(fā)展也促進(jìn)了控制科學(xué)與工程的新發(fā)展，使本學(xué)科所涉及的研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

　　二、學(xué)科關(guān)系

　　本學(xué)科在本科階段叫自動(dòng)化，研究生階段叫控制科學(xué)與工程，本學(xué)科下設(shè)的七個(gè)二級(jí)學(xué)科：“控制理論與控制工程”、“檢測技術(shù)與自動(dòng)裝置”、“系統(tǒng)工程”、“模式識(shí)別與智能系統(tǒng)”、“導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制”、“企業(yè)信息化系統(tǒng)與工程”和“生物信息學(xué)”。各二級(jí)學(xué)科的主要研究范疇及相互聯(lián)系如下。

　　控制理論與控制工程

　　“控制理論與控制工程”學(xué)科以工程領(lǐng)域內(nèi)的控制系統(tǒng)為主要對(duì)象，以數(shù)學(xué)方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)為主要工具，研究各種控制策略及控制系統(tǒng)的建模、分析、綜合、優(yōu)化、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的理論、方法和技術(shù)。本學(xué)科培養(yǎng)從事控制理論與控制工程領(lǐng)域的研究、設(shè)計(jì)、開發(fā)和系統(tǒng)集成等方面的高級(jí)專門人才。

　　本專業(yè)方向主要研究線性與非線性控制、自適應(yīng)控制、變結(jié)構(gòu)控制、魯棒控制、智能控制、模糊控制、神經(jīng)元控制、預(yù)測控制、推理控制、容錯(cuò)控制、多變量控制、量子控制、系統(tǒng)辨識(shí)、過程建模與優(yōu)化、故障診斷與預(yù)報(bào)、離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)的優(yōu)化與調(diào)度、智能優(yōu)化與智能維護(hù)、復(fù)雜性理論研究、高性能調(diào)速與伺服、運(yùn)動(dòng)體導(dǎo)航與制導(dǎo)、機(jī)器人與機(jī)器視覺、多傳感器集成與融合，多自主體合作與對(duì)抗、嵌入式系統(tǒng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、軟測量技術(shù)、電力電子技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)控制與流媒體技術(shù)，以及將上述技術(shù)與方法加以集成的綜合自動(dòng)化技術(shù)等。

　　模式識(shí)別與智能系統(tǒng)

　　“模式識(shí)別與智能系統(tǒng)”是六十年代以來在信號(hào)處理、人工智能、控制論、計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型學(xué)科。本學(xué)科培養(yǎng)從事模式識(shí)別與智能系統(tǒng)的研究、開發(fā)、設(shè)計(jì)等方面工作的高級(jí)專門人才。

　　主要研究信息的采集、處理與特征提取，模式識(shí)別與分析，人工智能以及智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。它的研究領(lǐng)域包括信號(hào)處理與分析，模式識(shí)別，圖象處理與計(jì)算機(jī)視覺，智能控制與智能機(jī)器人，智能信息處理，以及認(rèn)知、自組織與學(xué)習(xí)理論等。智能控制與智能系統(tǒng)；專家系統(tǒng)與智能決策；模式識(shí)別理論與應(yīng)用；智能信息處理與計(jì)算機(jī)視覺；生物信息學(xué)。模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)器智能的理論及應(yīng)用；信號(hào)處理的理論及應(yīng)用；基于信息理論和技術(shù)的生物信息學(xué)和中醫(yī)藥現(xiàn)代化；智能控制與智能系統(tǒng)的理論與應(yīng)用；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論及其在信息處理、識(shí)別與控制中的應(yīng)用。

　　導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制

　　“導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制”是以數(shù)學(xué)、力學(xué)、控制理論與工程、信息科學(xué)與技術(shù)、系統(tǒng)科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感與測量技術(shù)、建模與仿真技術(shù)為基礎(chǔ)的綜合性應(yīng)用技術(shù)學(xué)科。該學(xué)科研究航空、航天、航海、陸行各類運(yùn)動(dòng)體的位置。方向、軌跡、姿態(tài)的檢測、控制及其仿真，是國防武器系統(tǒng)和民用運(yùn)輸系統(tǒng)的重要核心技術(shù)之一。慣性定位導(dǎo)航技術(shù)；組合導(dǎo)航及智能導(dǎo)航技術(shù)；飛行器制導(dǎo)、控制與仿真技術(shù)；慣性器件及系統(tǒng)測試技術(shù)；火力控制技術(shù)。

　　本專業(yè)方向主要研究：

　　1、運(yùn)動(dòng)體的精密制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制的理論與技術(shù)；

　　2、空間探測及飛行器在軌技術(shù)研究；

　　3、天地一體化信息交互與處理技術(shù)；

　　4、智能控制及主動(dòng)控制技術(shù)在飛機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用；

　　5、機(jī)載（星載，彈載）計(jì)算機(jī)及嵌入式系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件；6.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在航天仿真的應(yīng)用研究；7.水聲對(duì)抗及水下航行器的制導(dǎo)與控制。

　　檢測技術(shù)與自動(dòng)化裝置

　　“檢測技術(shù)與自動(dòng)化裝置”是研究被控對(duì)象的信息提取、轉(zhuǎn)換、傳遞與處理的理論、方法和技術(shù)的一門學(xué)科。它的理論基礎(chǔ)涉及現(xiàn)代物理、控制理論、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和計(jì)量科學(xué)等，主要研究領(lǐng)域包括新的檢測理論和方法，新型傳感器，自動(dòng)化儀表和自動(dòng)檢測系統(tǒng)，以及它們的集成化、智能化和可靠性技術(shù)。先進(jìn)傳感與檢測技術(shù)；新型執(zhí)行機(jī)構(gòu)與自動(dòng)化裝置；智能儀表及控制器；測控系統(tǒng)集成與網(wǎng)絡(luò)化；測控系統(tǒng)的故障診斷與容錯(cuò)技術(shù)。檢測技術(shù)研究如何將各種反映被測對(duì)象特征的參數(shù)按照一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換為易于傳遞的信號(hào)，并提供給自動(dòng)控制系統(tǒng)；自動(dòng)化裝置涉及控制系統(tǒng)中的傳感器、變送器、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，包括他們的集成化、智能化技術(shù)和可靠性技術(shù)。本學(xué)科培養(yǎng)從事各種檢測技術(shù)與自動(dòng)化裝置的研究、開發(fā)、設(shè)計(jì)等方面工作的高級(jí)專門人才。

　　本專業(yè)方向主要研究工業(yè)自動(dòng)控制裝置，系統(tǒng)可靠性評(píng)估及設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)的自動(dòng)測試方法，數(shù)據(jù)信息采集、傳輸、處理、轉(zhuǎn)換方法和相應(yīng)設(shè)備，新型傳感器和儀表，傳感器數(shù)據(jù)融合理論及應(yīng)用，動(dòng)態(tài)系統(tǒng)故障診斷技術(shù)，工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)，高速企業(yè)網(wǎng)絡(luò)組成及安全技術(shù)，新型大功率電子器件及應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)的研究及相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)。

　　系統(tǒng)工程

　　“系統(tǒng)工程”是為了解決日益復(fù)雜的社會(huì)實(shí)踐問題而形成的從整體出發(fā)合理組織、控制和管理各類系統(tǒng)的綜合性的工程技術(shù)學(xué)科。系統(tǒng)工程以工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、軍事、資源。環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等領(lǐng)域中的各種復(fù)雜系統(tǒng)為主要對(duì)象，以系統(tǒng)科學(xué)、控制科學(xué)、信息科學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)為理論基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基本工具，以優(yōu)化為主要目的，采用定量分析為主、定性定量相結(jié)合的綜合集成方法，研究解決帶有一般性的系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)、控制和管理問題。系統(tǒng)工程理2論及應(yīng)用；系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)與集成；系統(tǒng)預(yù)測、決策、仿真與性能評(píng)估；網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、火控與指控系統(tǒng)技術(shù)；復(fù)雜系統(tǒng)信息處理、控制與應(yīng)用技術(shù)。

　　自動(dòng)控制已經(jīng)成為高技術(shù)的重要組成部分。當(dāng)前，我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)正在蓬勃發(fā)展，各行各業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益提高和技術(shù)的進(jìn)步都與本學(xué)科密切相關(guān)。因此，加強(qiáng)本學(xué)科的建設(shè)，更多更好地培養(yǎng)本學(xué)科高層次綜合型人才，是我國社會(huì)主義建設(shè)的迫切需要。

　　企業(yè)信息化系統(tǒng)與工程

　　為“控制學(xué)科與工程”一級(jí)學(xué)科下清華大學(xué)自主設(shè)置的二級(jí)學(xué)科。企業(yè)信息化系統(tǒng)與工程專業(yè)方向以工業(yè)社會(huì)形成的經(jīng)濟(jì)載體—企業(yè)為對(duì)象，研究應(yīng)用信息技術(shù)為其管理模式、經(jīng)營模式、產(chǎn)品設(shè)計(jì)模式、生產(chǎn)制造模式改造的相關(guān)理論、技術(shù)、方法。因此本專業(yè)方向是在綜合控制、計(jì)算機(jī)、管理與機(jī)械等學(xué)科基礎(chǔ)上產(chǎn)生的交叉學(xué)科。

　　生物信息學(xué)

　　生物信息學(xué)（Bioinformatics）是在生命科學(xué)的研究中，以計(jì)算機(jī)為工具對(duì)生物信息進(jìn)行儲(chǔ)存、檢索和分析的科學(xué)。它是當(dāng)今生命科學(xué)和自然科學(xué)的重大前沿領(lǐng)域之一，同時(shí)也將是21世紀(jì)自然科學(xué)的核心領(lǐng)域之一。其研究重點(diǎn)主要體現(xiàn)在基因組學(xué)（Genomics）和蛋白質(zhì)組學(xué)（Proteomics）兩方面，具體說就是從核酸和蛋白質(zhì)序列出發(fā)，分析序列中表達(dá)的結(jié)構(gòu)功能的生物信息。

　　三、重點(diǎn)名單

　　擁有控制學(xué)科與工程國家一級(jí)重點(diǎn)學(xué)科的高校：

　　清華大學(xué)，北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院－清華大學(xué)醫(yī)學(xué)部

　　北京航空航天大學(xué)

　　東北大學(xué)

　　哈爾濱工業(yè)大學(xué)

　　上海交通大學(xué)

　　浙江大學(xué)

　　華中科技大學(xué)

　　西安交通大學(xué)

　　國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)

　　擁有控制科學(xué)與工程國家二級(jí)重點(diǎn)學(xué)科的高校（不含已擁有控制科學(xué)與工程國家一級(jí)重點(diǎn)學(xué)科的高校）：