控制科学与工程专业介绍

（一）学科概况

控制科学与工程是研究系统与控制的理论、方法、技术及其工程应用的学科。控制科学与工程学科在我国的发展历史悠久辉煌，是钱学森等老一辈科学家为实现国家现代化和中华民族伟大复兴而创建的。半个多世纪以来，本学科形成了理论坚实、综合交叉性强、工程应用与时俱进、人才培养适应面宽的特点。

控制科学与工程学科在理论与实践相结合、学科交叉渗透以及军民融合发展等方面具有显著的特色与优势，对我国社会经济发展和国家安全发挥了不可替代的重大作用。以控制科学与工程学科为基础的自动化技术是人类文明和国家强盛的重要标志，极大地提高了生产效率和产品质量，减轻了人类脑体劳动强度，创造了前所未有的经济效益和社会财富。自动化技术对提升国家综合实力、改善生态环境和满足人民对美好生活的愿望具有不可或缺的作用。从工业、农业、交通、经济、社会、教育、医疗等各个行业，乃至家庭服务自动化技术在不断降低劳动强度、提高生产效率的同时，也使我们的生活变得更加美好。自动化技术发展水平已成为衡量一个国家现代化程度的重要指标。

智能、生物和网络等新技术赋予控制科学与工程学科新的内涵，使其超越了原来的时空限制，增强了学科所涉及的不确定性、多样性和复杂性，使学科发展既面临巨大挑战，也获得空前的发展机遇。

（二）学科内涵

控制科学与工程以控制论、系统论和信息论等为基础，是研究工程与社会经济系统的信息获取、建模、动静态特性分析、控制策略求解等理论与方法、以及各种控制和自动化系统的设计、实现和运行维护等技术的学科。本学科以数学、物理学、电子信息、计算机和人工智能的等科学与技术为基础，专业理论与相关技术主要包括自动控制原理、线性／非线性系统理论、多智能体理论、最优控制、自适应控制、智能控制、过程控制、运动控制、系统优化与调度、系统辨识与建模仿真、现代检测技术、多传感器信息融合、模式识别、智能系统、计算机视觉、机器智能与机器学习、生物信息学、导航与制导系统等。

本学科研究方法主要包括理论、方法分析与工程实践相结合，系统构建、系统认知与系统优化相结合，信息获取与系统反馈相结合，物理实验与仿真验证相结合，控制策略算法、软件与系统硬件相结合，性能评价与迭代优化相结合等。

（三）学科范围

控制科学与工程学科包括7个二级学科，分别是：控制理论与控制工程，检测技术与自动化装置，系统工程，模式识别与智能系统，导航、制导与控制，生物信息学，建模仿真理论与技术。现简要介绍如下：

1.控制理论与控制工程

以工程、经济、社会等系统为主要对象，以数学方法和计算机技术为主要工具，研究使受控系统自动运行并可实现预期目标的建模、分析、综合、优化、设计和实现的理论、方法和技术。在新能源、新材料、特别是在信息和人工智能技术快速发展的驱动下，网络化、多变量、强耦合、强非线性、高不确定性和动态约束等复杂系统属性相继融入了本学科的发展。主要研究方向包括：（1）复杂过程系统建模、控制与优化；（2）复杂运动系统建模、 控制与优化；（3）多智能体及其系统的分析、建模、优化与协同控制；（4）控制策略，包括自适应控制、变结构控制、预测控制、优化控制、容错控制、数据与知识驱动的控制、学习与智能控制等；（5）动态系统故障诊断、预报与智能维护、安全/环境监控与溯源诊断；（6）新型控制系统的构建，包括离散事件动态系统、工业互联网系统、、自主智能无人系统、软体机器人系统、网络化协同控制和量子控制系统等；（7）全驱系统理论与应用，包括全驱系统模型的建立，基于全驱系统方法的系统分析与设计以及基于全驱系统方法的实际控制系统设计应用。

2.检测技术与自动化装置

研究控制系统及其运行环境的信息获取、转换、处理与感知的理论、方法和技术，为控制系统的设计与实现提供信息基础和计算保障，其实物载体主要包括各类传感器、仪器仪表、现场总线、服务器与控制器等；研究基于检测信息的各种力、能量或物质传递与变送的机构或装置、以及相应的集成和可靠性技术等，实物载体主要包括各种变送器、作动器和执行机构等。其理论基础涉及物理学、信息科学和系统控制论等，主要运用物理学、数学、信息处理技术、计算机技术、网络与通信技术、传感器与仪器仪表技术等开展研究，体现应用基础研究为主、理论与实践紧密结合的特点。主要研究方向包括：（1）信息采集、转换、传输与处理技术，软测量技术，多传感器信息融合技术，新型传感器和仪表，传感器网络；（2）工业自动控制装置，嵌入式控制系统，分布式计算机控制系统；（3）工业现场总线，高速工业网络，各类控制协议和标准；
（4）控制系统的自动测试与故障诊断方法，系统可靠性评估及设计。

3.系统工程

从系统整体和全生命周期出发，应用现代数学、计算机、网络计算等工具和手段，对系统的构成要素、组织结构、信息交换、反馈控制等功能和行为进行分析、设计、制造和服务，充分调配各类资源，以达到系统的最优设计、最优控制、最优管理等目标。主要研究方向包括：（1）系统科学理论：复杂系统理论、复杂网络理论等；（2）系统建模与仿真：系统辨识、建模与仿真等；（3）系统分析与优化：非凸分析、数学规划、运筹学、智能优化与动态调度等；（4）决策理论与方法：决策论、博弈论与协同论等；（5）系统理论与方法的应用：系统工程理论与方法在包括工程、社会、 经济、军事、环境生态、能源、农业、教育、水资源、人口等领域的应用和系统集成技术。

4.模式识别与智能系统

以信息智能处理、认知科学与智能控制理论为基础，以数学方法、计算机技术等为主要途径，研究各种各类信息、包括图形图像视频语言文字等信息的处理、分类和理解的方法，并在此基础上分析、构建与完善智能系统，使其对外呈现出更高级的智能特性。主要研究方向包括：（1）计算机视觉与图像处理：图像和视频的获取、处理、分析、理解、辨识与应用，智能视觉系统；（2）模式识别：模式分析和识别理论，文字、语音、图像、视频等媒体的识别及应用；（3）智能计算与信息处理：机器学习、人工智能、集群智能等智能计算理论，大规模数据挖掘、 知识表达、处理与生成，复杂信息系统的优化；（4）智能控制与智能系统：拟人的智能推理、启发式智能、智能优化、集群智能等，智能系统的构建与组成，共性基本特征和演化机理，多智能体系统的自主协同控制与智能决策，智能系统的应用，生物群体的信息协同处理机制与模型等。

5.导航、制导与控制

以各种运动体（空天飞行器、水面舰船与水下航行器、无人驾驶车辆和移动机器人等）系统为主要对象，研究其位置、方向、轨迹、姿态的检测、导引与控制中的理论、方法和实现技术。导航、制导与控制以数学、力学、信息科学与技术、计算机技术、仿生感知技术、系统建模与仿真技术、以及系统控制论等为研究基础，是空间科学探测、海洋资源开发与利用、空天地交通运输和国防现代化等领域的核心支撑技术。主要研究方向包括：（1）运动体控制系统的分析和综合：运动体系统的组成、基本原理、运动学与动力学模型，位姿控制与航迹优化设计等；（2）导航与制导：运动体精密制导，导航理论与技术，导航与制导系统；（3）导航与制导系统的建模与仿真：运动控制系统的建模理论与方法，复杂制导控制系统的仿真理论与新技术；（4）导航、制导与控制系统集成：导航、制导与控制系统的综合集成方法与实现技术；（5）新型导航制导器件：新型惯性器件，仿生导航制导器件，量子导航制导器件，脉冲星导航制导器件等。

6.生物信息学

以信息科学与系统科学的观点、方法和技术研究生命与医学领域的科学与技术问题。分子生物学领域中的检测和操作技术，以及信息、计算机和人工智能技术的不断突破为生物信息学这一前沿交叉学科提供了难得的发展机遇。本学科将海量生物信息与生物分子网络相结合，研究生物分子的链接机制、生物分子网络的调控机制、生物信号的传导、转录、复制和动态编码机制，借以探索和揭示生命现象的本质并为生命科学提供系统性的分析方法和工具。本学科的理论和方法论基础涉及信息科学和生命科学两个方面：分子生物学，生物化学和遗传学等；生物信息系统，统计分析和因果关联分析方法，数据结构与算法，机器学习等。主要研究方向包括：（1）各种生物信息的采集、存储、处理、分析及相关的可视化方法与技术，实现对海量生物信息的解译和知识提取；（2）基因组学、转录组学、蛋白质组学、系统生物学、合成生物学、群体遗传学等领域中的数据处理与分析方法；（3）描述和分析复杂生命系统的信息科学理论与方法及其在生命与医学领域中的应用。

7.建模仿真理论与技术

是仿真系统构建、建立待研究系统（已有系统或拟构系统）或事物的数学物理模型，以及使用计算实验的方法评估验证已有系统是否满足设计要求、或已有认识是否符合客观规律的学科。建模仿真理论与技术已成为认识复杂事物、设计大规模复杂系统不可或缺的研究范式和技术保障。本学科的理论基础和方法论包括：基于相似理论（结构相似、功能相似或物理效应相似）的仿真系统建模；基于网络化、智能化、协同化和普适化的仿真系统构建；全系统、全寿命周期以及全方位的仿真应用等。主要研究方向包括：（1）建模仿真理论与方法：建模仿真理论，仿真相似理论，仿真可信性理论，仿真方法论；（2）仿真系统与技术：仿真系统理论，仿真系统支撑环境，仿真系统构建与运行技术；（3）仿真应用：仿真应用技术和软件，仿真应用共性技术和各领域的仿真应用技术等。

（四）培养目标

本学科培养遵纪守法，遵守学术道德和学术规范，具备系统思维和创新能力，适合从事控制科学理论与方法研究、控制工程领域各种控制和自动化技术与方法研究、控制系统或自动化系统研发设计与应用等方面的各类专门人才。

1.硕士学位

培养学生掌握自动控制理论、先进控制系统技术、信息获取与检测技术、系统工程、导航制导与控制、人工智能与模式识别、生物信息处理与分析、系统建模与仿真等方面的基础理论和专业知识，具有从事控制科学理论研究、系统设计与技术开发、解决实际工程控制问题的能力，具有科学责任感，遵守学术伦理规范，了解本学科最新研究成果和发展动向，能用一门外国语熟练阅读专业资料及撰写科技论文，成为控制科学与工程学科的专门人才。

2.博士学位

培养学生在控制理论及其应用、检测技术与自动化装置、系统工程、模式识别与智能系统、导航制导与控制、生物信息学、建模仿真理论与技术等方面掌握坚实宽广的基础理论和系统深入的专门知识，具有独立从事控制科学理论研究和解决控制工程实际问题的创新能力，具有组织科学研究、技术开发或专业教学的能力，具有良好的学术道德规范意识和知识产权保护意识，熟悉本学科最新研究成果和发展动态，能够熟练运用一门外国语撰写学术论文和交流，成为控制科学与工程学科的高级专门人才。

（五）相关学科

数学、物理学、系统科学、力学、计算机科学与技术、智能科学与技术、遥感科学与技术、信息与通信工程、电子科学与技术、电气工程、机械工程、动力工程及工程热物理、化学工程与技术、仪器科学与技术、航空宇航科学与技术、船舶与海洋工程、交通运输工程、光学工程、软件工程、管理科学与工程、生物学和临床医学等。

硕士学位基本要求

（一）获本一级学科硕士学位应掌握的基本知识

本学科硕士生应掌握控制科学与工程领域中的基础理论和专门知识；还要具备与数理方法、计算机科学、网络与通信技术、信息获取与信息处理、智能科学与技术等相结合的跨学科领域知识结构；同时，应掌握获得制科学与工程的国家重大需求和国际学术前沿等知识的方法。本学科硕士生的知识结构主要由基础理论知识、专业知识、工具性知识和跨学科知识构成。其中，专业知识由本学科核心理论和针对不同研究方向设置的选修课程组成。

本学科硕士生应掌握微积分、线性代数、数理统计、随机过程等。通过学习基础理论课程，提高科学思维和逻辑推理的能力，能够运用数学语言描述科学问题，建立适当的数学模型，并使用计算机工具进行科学分析和计算。

本学科硕士生应掌握英文，能熟练地阅读本专业的英文资料，能使用英文进行学术交流；掌握计算机程序设计；掌握控制科学与工程实验方法和系统仿真技术；能够熟练使用计算机和本学科相关的科学仪器设备。

（二）获本一级学科硕士学位应具备的基本素质

1.学术素养

本学科硕士生应具有从事本学科工作的才智、涵养和创新精神，应了解本学科相关的知识产权、研究伦理等方面的知识。
硕士生应努力学习本学科和相关研究方向的基础理论和系统的专业知识，做到融会贯通、学以致用，促进自身的知识积累和研究素质的提高。硕士生应努力培养和提高控制系统内信息提取、转换、传递与处理过程中的方法与技术、计算机应用技术和实验与仿真方法等实际动手能力。知识的补充和实际动手能力的培养不仅应通过选修课程的方式进行，而且应紧密结合学术报告、专题讲座、科研项目等多种形式，在科研实践活动中不断提高。

硕士生应掌握本学科相关知识产权的保护方法，熟悉国家对版权、专利权、软件著作权等知识产权保护的相关法律，了解知识产权保护中的社会公德，明白自己的责任、权利和义务，熟悉所在院校或科研机构为知识产权保护制订的相关规定。硕士生应自觉遵守社会公德，恪守学术道德规范，尊重他人的知识产权，承担自己学位论文和其他学术著作发表过程中的相应责任。硕士生应掌握本学科相关研究伦理的知识，在科研工作中遵循维护人的尊严、保护人的生命与健康、遵守伦理基本原则，应积极遵守国家相关法律、法规、规章和公认的生命伦理原则。

2.学术道德

本学科硕士生应恪守学术道德规范，遵纪守法。学术研究应具有严谨求实、科学创新的态度，从事学术活动应自觉遵守国家法律、社会公德和学术惯例；坚持做到一丝不苟、严谨为学、诚信为人，反对投机取巧、粗制滥造、急功近利；坚持科学的理性批判精神，维护科学研究的客观性，坚持实事求是，遵守诚实求真的原则；树立献身科学事业的崇高理想，正确对待科学研究的名誉和回报。要认真、严谨、客观、公正地进行学术评价，采取公开申报、回避等措施避免利益冲突。
学术规范是保障学术研究活动正常有序进行的一系列规则、制度和行为准则的总称。硕士生在各项科学研究和学术活动中，必须遵守国家颁布的相关保密规定、所在院校或科研机构制定的学术规范要求、学术界公认的学术道德以及本学科应共同遵守的科学研究、论文写作、学术引文、学术评价等规范。

（三）获本一级学科硕士学位应具备的基本学术能力

1.获取知识的能力

本学科硕士生应具有通过课程学习、阅读文献、参加报告会、实际调研等各种方式和渠道，有效地获取研究所需知识、研究方法的能力。

课程学习是硕士生系统、深入地学习和掌握本学科基础知识，拓宽知识领域，加深专业了解，提高分析问题和解决问题能力的重要环节。硕士生应努力学习控制科学与工程坚实的基础理论和系统的专业知识，做到融会贯通、学以致用，提高自身的知识积累和研究素质。

硕士生应在课程学习的基础上，通过阅读学术专著和学术论文、参加学术报告会等多种形式和渠道培养主动获取研究所需知识的自学能力。在阅读学术专著的过程中，硕士生应力求深入理解专著所表述的学术思想和知识体系。在阅读学术论文的过程中，硕士生应抓住论文所解决的科学问题，学习论文所表达的分析问题和解决问题的方式、方法。在参加学术报告会的过程中，硕士生应积极思考，多提问题，抓住学术报告所解决的科学问题和解决问题的核心思想。

2.科学研究能力

本学科硕士生应具有评价和利用已有研究成果的能力和解决实际问题的能力。

文献综述是培养硕士生评价和利用已有研究成果能力的重要环节。硕士生应在导师的指导下广泛阅读本学科的文献资料，及时了解本学科及相关研究领域的前沿动态和最新进展。文献阅读应以近年科学技术发展的最新成果和学术期刊的原始文献资料为主，体现本学科的前沿性、新颖性和交叉性。

硕士生应在导师的指导下制定详细的学位论文研究工作计划。论文工作计划应包括：研究方向、文献阅读、选题报告、课题研究、学术交流、学位论文及实践环节等方面的要求和进度。学位论文的研究应针对本学科有价值的科学或技术问题进行，所选课题应涉及本学科的前沿、热点、难点和重要理论或技术等问题，应具有理论意义或实际应用价值。学位论文研究工作应在导师的指导下由硕士生独立完成。研究过程中，硕士生应使用具有一定创新性的方法对所选课题进行深入研究并得出科学的实验数据和合理的分析结论。学位论文研究成果应得到本学科同行专家的认可。

3.实践能力

本学科硕士生应具有开展学术研究或技术开发的能力，开展科学技术实验的技能，与他人合作开展科研工作的实践能力。
硕士生应通过参加与本学科的科学研究、技术开发或工程设计等科研工作培养和锻炼自己的实践能力。

以科学研究为内容的科研工作主要包括：通过对本学科专业研究进展及现状的了解和掌握，分析并提出本学科专业方向科学研究问题；在学位论文研究工作中对所提出的问题的解决方案和方法进行深入的研究；熟悉科学实验中所涉及的对象特性、仪器设备工作原理和使用方法；并设计出合理的实验研究方案；通过理论分析和实验数据处理，得出相应的研究结论。

以技术开发或工程设计为内容的科研工作主要包括：通过对实际工程和生产过程现有技术进展及现状的了解和掌握，分析提出本学科基于工程和生产需要为背景的、旨在改进和提高现有工程和生产技术水平的研究问题；在学位论文研究工作中，对所提出的问题探讨新的技术方案和实现方法的可能性；熟悉实际工程和生产过程中所涉及的对象特性、仪器设备工作原理和使用方法；在比较、分析和实际应用的基础上，得出能够对改进和提高现有工程和生产技术水平有所借鉴的研究结论。

硕士生应在学位论文研究工作中与导师和其他研究人员积极合作，培养与他人合作进行科学研究或技术开发工作的能力。在课程学习阶段，硕士生应积极与授课教师和同学进行讨论，提高合作学习的能力。在学位论文研究阶段，硕士生应定期向导师主动汇报研究工作的进展，分析研究工作中所遇到的问题，讨论解决问题的技术路线，汇总研究工作的结果，梳理研究工作的成果。硕士生应在与他人合作进行学术研究或技术开发的过程中虚心学习、实事求是，应在研究过程中与合作者相互交流，应在研究结果总结中反映合作者的贡献。

4.学术交流能力

本学科硕士生应具备良好的学术表达和交流的能力。硕士生在学期间应积极参加学术论坛、学术报告会、学术专题讲座、学术会议等学术活动。在参加学术论坛的过程中，硕士生应积极争取机会就论文研究工作的阶段性成果进行口头报告；在参加学术报告会和专题讲座的过程中，硕士生应勤于思考、积极提问、主动交流。在参加学术会议时，硕士生应虚心学习国内外研究前沿的最新动态，善于归纳总结与论文研究工作相关的研究进展，积极与其他参会人员进行学术交流，锻炼与他人进行学术交流的能力，并及时总结参加学术活动的心得、体会和收获。硕士生在参加学术活动的过程中应遵守国家和所在单位关于保密管理的相关规定，对涉密项目及其研究成果在未解密或公开前不得泄露涉密内容。

5.其他能力

本学科硕士生应当具有将理论知识与实践结合的能力，应当积极观察工作中所遇到的具体问题，并将其凝练为相应的科学理论问题；进而选择合理的研究方法与技术路线，从而在更高视角对实际问题提出解决方案，提升研究的通用性与普适性。

（四）学位论文基本要求

1.规范性要求

硕士学位论文的撰写应在导师指导下由硕士生独立完成，论文的内容应与硕士生论文研究工作紧密相关。硕士生在进行论文研究工作和撰写学位论文的过程中应以严谨求实、科学创新的态度进行，应遵守国家法律法规、保密规定、社会公德和研究伦理，应恪守学术道德、学术规范和学术惯例。

硕士学位论文的撰写应符合学术作品的公共规范和格式要求。论文应有突出的主题，针对一个具体的控制科学与工程问题展开系统深入的研究，并得出有价值的科学技术研究结论。论文表述应具有系统性和逻辑性，应立论正确、观点鲜明、层次清楚、重点突出、表达准确、文字精练、图表规范、数据可靠、说明透彻、推理严谨，应避免使用文学性质或带感情色彩的非学术性语言，对专业常识应简写或不写。

硕士学位论文按顺序应包括：中文封面、英文封面、关于学位论文使用授权的声明、中文摘要、英文摘要、目录、主要符号对照表、引言、研究内容和结果、结论、参考文献、致谢、声明、必要的附录、个人科研工作经历、在学期间发表的学术论文和研究成果等。学位论文应使用规范简体汉字撰写（留学生论文可以使用中文或英文书写，但应使用中文封面）。

论文题目应简明扼要地反映论文工作的主要内容，切忌笼统。论文摘要是对研究内容的高度概括，应具有独立性、自明性，应是一篇简短但意义完整的文章，应包括：对问题及研究目的的描述、对使用方法和研究过程的简要介绍、对研究结论的简要概括等。论文引言应包含：问题的提出、选题背景及意义、文献综述、研究方法、论文结构安排等内容。研究内容和结果部分应具体介绍作者的研究工作和取得的成果，并与他人结果进行客观公平的对比以体现其有效性和局限性；对他人的研究成果一定要按照学术规范要求进行引用标注，并明确加以说明和区分。各章之间要存在有机联系，符合逻辑顺序。结论部分应对论文主要研究结果进行提炼和概括，主要阐述自己的创造性工作及所取得的研究成果在本学科中的地位、作用和意义，要严格区分自己取得的成果与导师及他人的科研工作成果，应准确、简明、完整、有条理、实事求是地评价自己的研究成果，并指出可能的进一步研究方向。

2.质量要求

硕士学位论文应对所研究的课题提出新见解或新方法，表明作者具有从事科学研究工作的能力。论文所研究的题目应涉及本学科的前沿和热点，应具有一定的理论意义或实际应用价值。论文应提出新见解或使用创新性的方法对所选课题进行研究，并得出科学的实验数据和合理的分析结论。论文研究成果的学术价值应得到本学科同行专家的认可。