در کنترل بهینه، فقط مهم نیست که سیستم به هدف برسد؛ بلکه مهم است این کار با چه کیفیتی انجام شود. برای همین یک تابع هزینه یا تابع عملکرد تعریف میشود تا معیارهایی مثل مصرف انرژی، انحراف از مسیر مطلوب، زمان رسیدن به هدف و نرمی کنترل را کمینه یا بیشینه کند. سپس با استفاده از روشهای ریاضی مانند اصل بیشینه پونتریاگین، معادله هامیلتون-ژاکوبی-بلمن و برنامهریزی پویا بهترین قانون کنترل بهدست میآید. این درس در طراحی مسیر بهینه، کنترل رباتها، پرواز، سیستمهای صنعتی، اقتصاد و حتی مدیریت منابع کاربرد دارد.