本系列我们来介绍国内控制科学与工程学科几大分支的建立与基本含义

主要包括五大基本学科分支和三大新兴衍生分支

五大基本学科分支包括控制理论与控制工程，系统工程，模式识别与智能系统，导航制导与控制，检测技术与自动化装置

三大衍生分支分别为系统仿真生物信息学和机器人学，由于三大衍生分支的设置高校并不多，本文主要侧重于介绍五大基本学科分支

首先是第一个控制理论与控制工程，控制理论是学科的重要基础和核心内容，学科内涵包括大系统理论，智能控制理论，预测控制理论，鲁棒控制理论

大系统理论的主要内容和方法是在多变量控制，最优控制，稳定性理论、线性规划，非线性规划等概念的基础上，采用多级多层多段结构方案，按照分解协调的思路，推广发展的成果，是把控制理论与控制理论与运筹学相结合的产物

智能控制理论代表了控制理论与控制工程最新发展阶段，也是应用人工智能实现人脑力劳动和体力劳动自动化的一个重要领域，智能控制领域首先出现于20世纪60年代，美籍华裔科学家傅京孙等首先把人工智能启发式推理规则用于学习控制系统，随后的研究当中专家系统开发获得成功，在世界范围内取得可观的经济效益。中国学者先后提出一些新的智能控制理论方法与技术，比如仿人控制，航天器变结构智能控制方法，进化控制系统和免疫控制系统等等

预测控制是一种基于模型的计算机控制算法最早建立在以脉冲响应模型为基础的模型预测启发式控制或模型算法控制，以及以及响应模型为基础的动态矩阵控制，这些算法被称为基于非参数模型的预测控制，后来在研究自适应控制的基础上，出现了基于参数模型的预测控制，目前，在理论和实践方面都取得了显著的进展

鲁棒控制的主要目的是寻求某种反馈控制律，使得闭环系统的特征不受模型和信号不确定性的明显影响，主要的鲁棒控制设计方法有特征结构配置法，李亚普诺夫稳定性理论，h无穷最优理论，回路传递再生技术以及代数方法

当然还有很多的具体控制理论在这里没有介绍，具体可以参考之前所发布的文章图解控制理论一文

第二个是系统工程方向，系统工程是组织与管理系统的规划研究，设计实验，制造与使用的科学方法与技术，这里需要特别注意的是系统工程与系统科学以及复杂性科学的关系，系统科学与复杂性科学侧重于揭示系统的本质特征，而不仅只考虑系统的调控，系统工程则更倾向于组织与管理，目前，国内在系统工程学科主要关注流程工业自动化，智能交通系统与网络信息服务等领域，当然，也有一些关注系统理论与方法的学者被划分到了该二级学科

既然提到了系统工程，那么这里再稍微扩展一下，提一下这个复杂系统理论的研究，对于复杂系统理论的研究领域，包括复杂系统结构与功能涌现机制及其演化进化规律，复杂群体系统的行为机制建模，模拟调控复杂网络的结构，功能性质及其应用复杂性研究方法及方法论，复杂系统的计算机仿真与模拟，大型集成系统的体系结构，面向复杂任务的规划调度决策的理论及方法，复杂供应链系统的理论与应用研究累

接下来是模式识别与智能系统，它包含了大家经常接触到的，比如图像识别，视频识别等，一些人工智能领域的方向，目前，国内在模式识别与智能系统学科主要关注计算机视觉，多媒体分析，智能楼宇等领域，随着机器学习技术的广泛应用，该二级学科目前也成为控制科学与工程领域最热门的二级学科之一

这里多提一点，大家可能有这样一个感觉，就是模式识别与智能系统这个方向，为什么要划到这个控制科学里面去？我们可以看到，目前在人工智能领域，中科院自动化所的实力是相当突出的，而关于中科院自动化所与中科院数学与系统所之间的演变，在文献资料当中也略有提及，如果简单理解的话，因为控制科学与工程本身理论与实践并重的特点，系列文章一里面介绍的各种研究机构的主要成员，在一开始设立研究机构的时候，体现出了高度的交叉学科特色，而在长期的发展和融合之后，在保留一些交叉学科特色的基础上，逐渐形成了分流，(这里边的一些故事可以参考系统与控制纵横这本期刊刊登过的一些回忆文章，下一期会提到)，数学等理学出身的研究者往往集中于数学与系统所等理论研究重地，而电子学、通信学，机械学等工科出身的研究者往往则集中于自动化所等工程领域的科研中心

作为工程领域的一个代表性进展，计算机的产生与研究，首先受到了工程领域科研院所的重视，而像文字识别，图像识别，专家系统，学习系统这类研究，属于计算机科学与实际工程实践相结合的产物，也同时受到了工程领域科研院所的高度重视，在相关的进程当中，我们也能够看到像自动化所的身影，更不用提目前已经作为控制理论重要组成部分的借鉴了生物学信息学最新进展的智能控制理论

当然导致大家可能有疑问的一个主要原因，主要是名字的问题，目前提到自动化，大家的第一印象往往就是这个工业流程自动化，无人生产线，机械臂那种画面，而如果我们对这个词更加深入的理解就能够知道，凡是用部件代替人去完成一些操作的，无论是工程上的操作还是生活当中的操作，还是管理上的操作，都可以被分到这个领域，有了这么一个理解，再去看控制科学与工程这几大分支，就变得顺理成章

接下来是导航制导与控制学科，该学科研究航天，航空，航海，路行，各类运动体的位置，方向轨迹姿态的检测控制及其仿真，我国的导航制导控制学科的建立，最初由钱学森提出，伴随着我国航空航天事业的发展而不断推进，取得了辉煌的成果，主要包括飞行器的导航制导与控制，惯性导航技术，卫星导航系统等方向

接下来是检测技术与自动化装置二级学科，目前主要关注系统故障，诊断与容错控制发电自动化技术，分布式能源并网，智慧城市等领域的研究，包括无损检测技术机械自动化技术仪表，智能化技术现场总线技术

除了以上介绍的五大基本分支，在控制科学在中国的发展过程中，也衍生出了三个新的学科分支，他们是系统仿真学科、生物信息学和机器人学，仿真是研究复杂系统的一个有力的工具，机器人学是目前综合性最高的工科学科，基本上能够涉及到所有的工科专业，生物信息学则是模式识别与智能系统方向，与生物学和计算机科学的高度交叉

上篇文章介绍了控制科学在中国的发展历程和研究机构的建立，本篇文章介绍了五大基本分支和三大衍生分支的基本情况，以及这些学科当前的主要关注点，有了这些简单介绍，对于控制科学与工程，目前的大体情况是有了了解，而对于具体的细节问题，我们下一章将采取整理回忆文章的形式，从各位前辈的视角出发，对这一出来的框架进行细致的勾勒，从而把这个学科史的简介内容变得更加的饱满。