【自动化学科科普手册】第十章中国控制学科发展简史-

第十章中国控制学科发展简史

10.1控制学科在中国的建立

控制科学的一些方法当中的基本思想，因为其广泛的适用性，诸如反馈、优化、累加等，在中国古代典籍当中往往有所体现，这些先贤的珍贵思想和遗产，为控制科学在中国的传播和发展提供了基础

钱学森先生在回顾控制科学的发展时，曾经这样说过，控制理论的发展，在很大程度上得益于数学理论与方法，自1868年麦克斯韦开辟了用数学方法研究控制系统问题的途径以来，数学在控制理论中越来越重要。

控制理论这个名词作为一个科学名词，诞生于西方的科学体系之下，因此，要讨论控制科学在中国的发展，首先从西方科学体系的传入开始。

晚清时期，传教士和洋务派通过开办新式学堂学习西方科学技术，比如，1842年以后，教会学校在香港，广州，厦门，福州，宁波和上海竞相成立到1860年，开设各类学校50余所，培养学生1000余人，其中，马礼逊学校最早将近代工程学的知识纳入了课程的体系当中，开设初等机械学课程，熟悉控制理论发展史的读者都清楚，控制理论前期几个代表性的成果，基本上都是从机械学演变而来的，因此，这也算是控制理论在中国教学体系当中比较早的出现点

这些新式学堂着重强调数学课程的作用，并且在理论课程之外，也开设诸如机械，土木，法律，采矿，冶金，电器等课程，除了开办新式学堂，还通过派遣留学生，翻译书籍，创办报纸，共同促进了控制科学相关知识在国内的传播

有了这些作为基础，创办大学教育成为可能，随着多所大学的陆续建立，控制科学在高等教育领域产生了萌芽和发展

这里我们介绍几位代表性人物，用这些代表性人物的事迹，去重温那个萌芽的时代

首先要提到的是控制论创始人维纳的合作者李郁荣，他于1924年赴美国麻省理工学院留学，在该校相继取得本硕博学历在控制论之父维纳的指导下，完成博士论文，1932年回国，在清华大学任教担任电工系教授，讲授电工原理，电工数学，电力传输与配电工程，电讯网络等课程，1946年，因战事影响返回麻省理工学院任教，参与完善经典控制论频域方法，他在麻省理工学院为研究生开设的最优线性系统课程，被维纳认为是控制论的基础之一。

1947年到1948年，美国相继出版两本关于伺服机件原理的教材，建立了现在广泛使用的频率法，在中国，萨本栋和张钟俊是较早传播此理论的学者，1946年，萨本栋在中国电机工程师学会第九届年会上作了关于伺服机件的讲座，讨论了一些数理定义和伺服机件的管制方法，这里提到的管制即后来所称为的控制

受该讲座影响，时任电信研究所的张钟俊先生转向自动控制，在国内开辟了这个领域研究，1948年开设课程，向研究生讲授控制理论，1950年，在中国科学院长春机电研究所再次讲授课程，至此，中华大地上开始了控制理论的教学和研究工作

当然，提到自动控制在中国的发展，不能缺少的是钱学森先生，1947年夏，钱学森先生在浙江大学，交通大学，清华大学发表题为工程与工程科学的学术讲演吸引国内学者对该领域的重视，进而大力发展工程科学，迅速改变落后面貌，受时局影响，钱学森先生对于工程科学的首次传播努力并未取得显著效果，国内此时并不具备发展工程科学的基本条件，还需要等待时机。

控制理论是来自于工程技术的总结和系统性的归纳，上面介绍的是理论的发展，而随着近代工业的建立，机械与电气设备的广泛应用，中国的工程技术也取得了显著的发展，形成了一系列的机械制造基地和初步的制造技术标准，这些进展都为新中国成立后控制科学的建制化发展提供了理论基础和物质准备

新中国成立后，这个时机终于来了，随着国家建设与发展的需要，控制科学在中国的建制化发展历程正式开启，除了最早在中国讲授控制理论课程的张钟俊以外，早期领军人物还有，将工程控制论引入国内并创设相关研究机构的钱学森，在清华大学主持建立工业企业自动化专业，并筹建全国第一个自动控制系担任系主任的钟士模，在东北工学院主持创办工业电气化与自动化专业的朗世俊，创立了中国最早的过程控制专业的方崇智，以及第一本在中国出版的控制科学领域的著作《自动控制原理》的作者刘豹。以上各位前辈都为控制科学在中国的建制化做出了卓越贡献

除了卓越人物，控制科学在国内的发展还离不开各类研究机构，高等院校，学术组织等的共同努力。

这里按照时间顺序简单的理一下国内控制科学一些机构的成立时间，20世纪50年代曾举办过自动化专业的研究生班，并以公派的形式派遣相当数量的留学生，1954年，天津电气传动设计研究所成立，1955年，北京机械工程与自动化研究所成立，1956年，上海工业自动化仪表研究所成立，1956年十月，中科院自动化所成立，同年，中科院力学所成立了由许国志主持的运筹学组，1957年五月，在钱学森等人的倡议下，开始筹备中国自动化学会，1961年，中国自动化学会在天津正式成立，同年，在钱学森的建议下，中科院数学所成立了由关肇直主持的控制论研究室，该研究室组织了现代控制理论的讨论班，并特别鼓励青年研究人员关注现代控制工程实际问题，积极跟踪控制论发展的新动向，1967年，北京控制工程研究所成立，1973年，冶金自动化研究所成立，以上的研究机构都为中国控制科学的发展做出了突出贡献

中国的控制科学代表性的应用在于航天领域，特别是卫星的发展，1970年4月24日，我国第一颗人造卫星东方红一号发射成功见证了新中国国防科技工作者的坚韧与坚辛，控制科学与技术真正的在中国土地上生根发芽。

自1979年起，每年召开一次全国性的中国控制会议，自动控制理论与技术研究逐步走向正轨，自20世纪80年代以来，在工业过程控制，国防，工业等社会发展需求的强劲推动下，自动控制领域的研究机构增多，学术交流活动增多，高等教育体系日趋完善，下面简单列一下国内具有代表性的高校自动化相关专业所在学院或者系，按拼音首字母为序

北京大学工学院，北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京理工大学自动化学院，北京科技大学自动化学院，北京邮电大学自动化学院，北京工业大学人工智能与自动化学院，北京化工大学自动化系，渤海大学，重庆大学自动化学院，东北大学信息科学与工程学院，东南大学自动化学院，东华大学自动化系，电子科技大学自动化工程学院，大连理工大学控制科学与工程学院，广东工业大学自动化学院，国防科学技术大学，哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨工程大学自动化学院，杭州电子科技大学自动化学院，湖南大学自动化系，华南理工大学自动化科学与工程学院，华东理工大学信息科学与工程学院，华东交通大学电子与自动化工程学院，华中科技大学，华北电力大学控制与计算机工程学院，吉林大学，江南大学物联网工程学院，江苏大学，兰州大学，兰州理工大学，辽宁大学，辽宁工业大学，南昌大学，南京理工大学自动化学院，南京航空航天大学自动化学院，南开大学自动化系，清华大学自动化系，上海交通大学自动化系，上海大学自动化系，山东大学控制科学与工程学院，山东科技大学电气与自动化工程学院，同济大学控制科学与工程系，天津大学电气自动化与信息工程学院，武汉科技大学自动化系，西安交通大学电子与信息工程学院，西安电子科技大学自动化系，西北工业大学自动化学院，西安理工大学自动化与信息工程学院，西南交通大学电气工程学院，西南科技大学信息工程学院，燕山大学自动化系，中南大学自动化学院，中国海洋大学，中国科学技术大学自动化系，郑州大学自动化系，浙江大学控制科学与工程学院，浙江工业大学信息工程学院等等等。到今天为止，自动化专业已在国内到处开花，无论上边提到还是因为篇幅有限没专门提到的研究机构与高等院校，都为控制科学在中国的发展作出了自己的贡献。

在研究机构和高等院校的共同努力下，在各界学者的辛苦探索下，中国的控制科学发展取得了卓越的进步，发展成为了具有多个分支的综合性学科。

10.2自动化专业在中国的设立

相信许多填报过理科志愿的学生，翻开志愿书浏览后感觉都是这样一句：这么多自动化是啥意思，我到底选哪个自动化，要不选个最少字的？（滑稽）。

大致理一理，主要有机械设计制造及其自动化、电气工程及其自动化、农业机械化及其自动化。我们有个说法，万物皆可自动化。

不过这些一切的一切都有一个最初的问题，自动化这三个字是怎么进入中国大学的？它又是怎么发展到今天的。

所有的所有，要归到这个起点。

新中国成立前，国内有电气工程，机械工程等学科，学习的是欧美的专业设置。并没有自动化这个词，也没有类似专业。

解放后，新中国通过自身建设及苏联援助，建立了许多工业企业，比较著名的就是苏联援建的156项工程。

156项工程是苏联对于中国的大型工业体系援助项目，然而，由于多种原因，里面缺少了仪器仪表与自动化技术的相关援助。针对这个情况，国家成立了相关技术领导小组，开始着手自己建立相关产业，培养相关人才。

1952年，在全面学习苏联的背景下，高等教育也开始了转变，参考苏联教育体系改革专业设置，拉开了院校调整的大幕，经过调整后，基于工业实际需求，设立了工业企业电气化专业。

1955年苏联相关专家来到中国，在哈尔滨工业大学正式设立了自动控制专业，因此哈尔滨工业大学作为国内自动控制专业的发源地是有着一定理由的，而由于苏联援助的性质，我国的自动化专业起源于苏联的自动学与远动学专业也是可以确定的。

这里多说一句，很多同学认为自动化专业是中国和前苏联独有的，事实上除了中俄，自动化类专业在欧洲、南美等地区也广泛分布。

除了工业企业电气化和自动控制外，一些相关专业也相继出现，比如化工自动化，热工自动化等，它们也赋予了自动化专业重视实践的优点。

1956年，国家召开知识分子工作会议，发出了向科学进军的号召，随后组织了一些专家学者制定了我国第一个十二年科学规划，在规划中，钱学森前辈作为综合组的组长，将自动化技术作为六大核心任务写入了规划。自动化事业的发展得益于这一决定。

为了加快人才培养进程，同年，中科院组织了自动化进修班，对相关产业人员进行技术培训，自动控制专业和相关专业也在全国重点院校迅速铺开。

1961年中国自动化学会成立，这标志着中国自动化事业的正式形成。

60年代中期，工业企业电气化专业更名为工业电气化与自动化

1977年为了适应发展需要，将工业电气化与自动化专业又改名为工业电气自动化，而自动控制专业保持不变。

1977年到1982年，自动化类专业快速发展，五年间有四十多所学校设立了自动化类专业，就像这几年全国各地设立人工智能专业一样，是实打实的热门专业。

1993年，国家教委颁布了本科专业目录，从此开启了专业大合并的序幕。

首先，1993年，国家教委将工业电气自动化与生产过程自动化合并，称为工业自动化，归于电工类，由机械工业部管理。自动控制专业名称不变，归为电子信息类，归于电子工业部管理。

仅仅隔了两年之后，国家教委发布工科专业引导目录，首次将工业自动化与自动控制专业合并，两大分支合流，自动化专业这个概念正式提出。但是由于此次是引导性，并不是强制性的专业目录。

1998年，为了适应宽领域发展的需要，在新修订的专业目录中，正式将工业自动化、自动控制专业、部分液压控制专业、部分电气技术专业、部分飞行器制导专业合并，自动化专业正式创立。同时将电工类与电子信息类合并为电气信息类。沿用至今。

值得注意的是，在1998年目录中，将电工类剩余专业合并成立电气工程及其自动化专业，因此自动化与电气工程及其自动化是同时诞生的。

理清这个历程，对于理解不同学校的自动化含义不同是有帮助的，因为工业自动化专业是偏向强电，自动控制偏向弱电，举个例子，如果这个学校是由工业自动化改为自动化的，它一定带有强电背景，课程体系也会偏向电自动化。

上面提到的历程是大多数学校的发展历程，当然，一些学校存在着特例，比如浙江大学，浙江大学的自动化专业来自于化学生产操纵及检验仪器（化工自动化）专业，不做赘述。

10.3中国控制学科的几个分支

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，具体可以参考之前图解控制理论一章

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类

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)，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。

拓展阅读1：控制科学的一些漫画和梗图