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控制科學(xué)與工程 又名:控制科學(xué)與工程

  控制科學(xué)與工程是研究控制的理論、方法、技術(shù)及其工程應(yīng)用的學(xué)科??刂瓶茖W(xué)以控制論、系統(tǒng)論、信息論為基礎(chǔ),研究各應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的共性問題,即為了實現(xiàn)控制目標(biāo),應(yīng)如何建立系統(tǒng)的模型,分析其內(nèi)部與環(huán)境信息,采取何種控制與決策行為;而與各應(yīng)用領(lǐng)域的密切結(jié)合,又形成了控制工程豐富多樣的內(nèi)容。本學(xué)科點在理論研究與工程實踐相結(jié)合、學(xué)科交叉和軍民結(jié)合等方面具有明顯的特色與優(yōu)勢,對我國國民經(jīng)濟發(fā)展和國家安全發(fā)揮了重大作用。

  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)進步都與生產(chǎn)和社會實踐需求密切相關(guān)。11世紀(jì)我國北宋時代發(fā)明的水運儀象臺就體現(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)展了若干相對獨立的學(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,隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,許多新方法和技術(shù)進入工程化、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;由于對大系統(tǒng)的研究和控制學(xué)科向社會、經(jīng)濟系統(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),進一步促進了本學(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、金融、人口和社會各個領(lǐng)域,從日常生活到社會經(jīng)濟無不體現(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)獨立于具體對象的共性問題,即為了實現(xiàn)某些目標(biāo),應(yīng)該如何描述與分析對象與環(huán)境信息,采取何種控制與決策行為。它對于各具體應(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,使它對相關(guān)學(xué)科的發(fā)展起到了有力的推動作用,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)和計算機科學(xué)的結(jié)合開拓了知識工程和智能機器人領(lǐng)域。與社會學(xué)、經(jīng)濟學(xué)的結(jié)合使研究的對象進入到社會系統(tǒng)和經(jīng)濟系統(tǒng)的范疇中。與生物學(xué)、醫(yī)學(xué)的結(jié)合更有力地推動了生物控制論的發(fā)展。同時,相鄰學(xué)科如計算機、通信、微電子學(xué)和認知科學(xué)的發(fā)展也促進了控制科學(xué)與工程的新發(fā)展,使本學(xué)科所涉及的研究領(lǐng)域不斷擴大。

  二、學(xué)科關(guān)系

  本學(xué)科在本科階段叫自動化,研究生階段叫控制科學(xué)與工程,本學(xué)科下設(shè)的七個二級學(xué)科:“控制理論與控制工程”、“檢測技術(shù)與自動裝置”、“系統(tǒng)工程”、“模式識別與智能系統(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)為主要對象,以數(shù)學(xué)方法和計算機技術(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)計和實現(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、開發(fā)和系統(tǒng)集成等方面的高級專門人才。

  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、容錯控制、多變量控制、量子控制、系統(tǒng)辨識、過程建模與優(yōu)化、故障診斷與預(yù)報、離散事件動態(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、復(fù)雜性理論研究、高性能調(diào)速與伺服、運動體導(dǎo)航與制導(dǎo)、機器人機器視覺、多傳感器集成與融合,多自主體合作與對抗、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化技術(shù)等。

  模式識別與智能系統(tǒng)

  “模式識別與智能系統(tǒng)”是六十年代以來在信號處理、人工智能、控制論、計算機技術(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)從事模式識別與智能系統(tǒng)的研究、開發(fā)、設(shè)計等方面工作的高級專門人才。

  主要研究信息的采集、處理與特征提取,模式識別與分析,人工智能以及智能系統(tǒng)的設(shè)計。它的研究領(lǐng)域包括信號處理與分析,模式識別,圖象處理與計算機視覺,智能控制與智能機器人,智能信息處理,以及認知、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;模式識別理論與應(yīng)用;智能信息處理與計算機視覺;生物信息學(xué)。模式識別、計算機視覺、機器智能的理論及應(yīng)用;信號處理的理論及應(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)計學(xué)習(xí)理論及其在信息處理、識別與控制中的應(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)、計算機技術(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、陸行各類運動體的位置。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、運動體的精密制導(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、智能控制及主動控制技術(shù)在飛機設(shè)計中的應(yīng)用;

  5、機載(星載,彈載)計算機及嵌入式系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件;6.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在航天仿真的應(yīng)用研究;7.水聲對抗及水下航行器的制導(dǎo)與控制。

  檢測技術(shù)與自動化裝置

  “檢測技術(shù)與自動化裝置”是研究被控對象的信息提取、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)、計算機科學(xué)和計量科學(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,自動化儀表和自動檢測系統(tǒng),以及它們的集成化、智能化和可靠性技術(shù)。先進傳感與檢測技術(shù);新型執(zhí)行機構(gòu)與自動化裝置;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)的故障診斷與容錯技術(shù)。檢測技術(shù)研究如何將各種反映被測對象特征的參數(shù)按照一定的對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換為易于傳遞的信號,并提供給自動控制系統(tǒng);自動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)與自動化裝置的研究、開發(fā)、設(shè)計等方面工作的高級專門人才。

  本專業(yè)方向主要研究工業(yè)自動控制裝置,系統(tǒng)可靠性評估及設(shè)計,控制系統(tǒng)的自動測試方法,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)雜的社會實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、社會等領(lǐng)域中的各種復(fù)雜系統(tǒng)為主要對象,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),以計算機技術(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、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)計與集成;系統(tǒng)預(yù)測、決策、仿真與性能評估;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)濟建設(shè)正在蓬勃發(fā)展,各行各業(yè)的經(jīng)濟效益提高和技術(shù)的進步都與本學(xué)科密切相關(guān)。因此,加強本學(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”一級學(xué)科下清華大學(xué)自主設(shè)置的二級學(xué)科。企業(yè)信息化系統(tǒng)與工程專業(yè)方向以工業(yè)社會形成的經(jīng)濟載體—企業(yè)為對象,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、計算機、管理與機械等學(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,以計算機為工具對生物信息進行儲存、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),分析序列中表達的結(jié)構(gòu)功能的生物信息。

  三、重點名單

  擁有控制學(xué)科與工程國家一級重點學(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)與工程國家二級重點學(xué)科的高校(不含已擁有控制科學(xué)與工程國家一級重點學(xué)科的高校):


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