自动化学科概论-第2.ppt

自动化学科概论,第5章 自动化学科、专业的 知识体系与课程体系,自动化学科概论,5.1 自动化学科的知识结构与知识体系 5.2 自动化专业的知识结构与知识体系 5.3 自动化专业人才的知识、素质与能力 5.4 自动化专业的课程结构与课程体系,第5章 自动化学科专业的知识体系与课程体系,5.1.1 自动化学科的研究内容 5.1.2 自动化学科的知识结构 5.1.3 自动化学科的知识体系,第5章 自动化学科专业的知识体系与课程体系,5.1自动化学科的知识结构与知识体系,5.1.1 自动化学科的研究内容,自动化科学与技术学科的结构框架图,维纳给出的负反馈闭环控制结构图,5.1.2 自动化学科的知识结构,采用计算机控制的典型自动化系统,从“反馈”与“控制”的角度看负反馈闭环控制结构, 从信息与物质、能量的角度 来看基本的负反馈闭环控制结构,用信息与物质、能量转换关系 来表示的负反馈闭环控制结构, 从数字量与模拟量的角度 看负反馈闭环控制结构, 从子系统的角度 来看基本的负反馈闭环控制结构 及其等效图,小结： 典型的负反馈闭环控制中，包含了 “反馈”与“控制”的概念； “信息” 与“物质、能量” 的概念及其关系； 数字量与模拟量的概念及其关系； 系统、子系统的概念及其关系。 即包含了自动化学科中的各个重要概念,同时不难发现，几乎所有的与自动化科学与技术学科有关的知识都能从上图所示的典型负反馈闭环控制中反映出来， 换句话说，完成一个基本系统的反馈控制需要用到几乎全部自动化学科知识域中的知识（虽然只是每个知识域中的部分知识）。,负反馈闭环控制中的各部分与相应的知识领域的对应关系,自动化学科的整个知识结构框架,自动化学科的整个知识结构框架,自动化科学与技术学科的三层知识结构简图,知识体系由三层知识构成，包括十个知识领域： 基础知识层：三个知识领域， 数理基础、机电基础、计算机基础 控制知识层：含六个知识领域，分别为 传感与检测（或信息获取）、 网络与通信（或信息传输）、 计算与处理（或信息处理）、 控制与智能（或信息控制）、 执行与驱动（或信息应用）、 对象与建模； 系统知识层：含一个知识领域，系统与工程,5.1.3 自动化学科的知识体系,十个知识领域中， 反映自动化学科特点的五个知识领域是： 控制与智能、 传感与检测、 执行与驱动、 对象与建模、 系统与工程等； 而控制与智能、对象与建模、系统与工程等三个知识领域则可视为自动化学科知识体系的核心知识，也是自动化学科与其它学科的最大区别。,知识体系中各个知识领域包含的知识单元 列举如下： 1） “传感与检测”知识领域， 包含的知识单元有：理化生等传感器、检测与诊断、遥测、遥感、抗干扰技术、测量信号处理、机器人感知等等；,2）“网络与通信”知识领域， 包含的知识单元有：通信原理、计算机网络、多媒体、遥技术等等； 3） “计算与处理”知识领域， 包含的知识单元有：数字信号处理、图像处理、模式识别、数据结构、操作系统、计算算法基础、并行处理、分布处理、软件工程、搜索与推理等等；,4） “控制与智能”知识领域， 包含的知识单元有：控制理论、稳定性与鲁棒性、可靠性与容错、最优控制、自适应控制、自学习控制、人工智能、智能控制、人机控制等等； 5）“执行与驱动”知识领域， 包含的知识单元有：机电汽液驱动与控制、自动化仪表、光机电一体化、各种遥控器、电力电子等等；,6）“对象与建模”知识领域， 包含的知识单元有：系统辨识与参数估计、各类系统建模技术、CAD仿真技术、电机原理与传动、机械原理与结构、 机器人原理等等； 7）“系统与工程”知识领域， 包含的知识单元有：多变量系统、非线性系统、分布参数系统、离散事件系统、大系统、复杂系统、运动控制系统、过程控制系统、集成自动化系统、管理信息系统、系统工程、运筹学、最优化、智能系统、机器人系统、多智能体等等。,5.2.1 不同类型的知识结构与体系的划分 5.2.2 “实体控制”类知识结构与体系 5.2.3 “信息控制”类知识结构与体系 5.2.4 “模型控制”类知识结构与体系,第5章 自动化学科专业的知识体系与课程体系,5.2 自动化专业的知识结构与知识体系,三类不同的知识结构与知识体系 指导思想： 针从不同的人才需求、不同的培养目标，对同一专业划分三类各有不同（各有侧重、各有特色）的知识结构与知识体系。,5.2.1 不同类型的知识结构与体系的划分,自动化学科研究的不同层次，分别为： “模型控制”，突出学科的数学特征； “信息控制”，突出学科的信息特征； “实体控制”，突出学科的工程特征。 学科研究的不同层次反映了研究工作者不同的研究角度，将学科划分为不同的研究层次可吸引更多的工作者从不同的研究角度来进行研究。,对于本科自动化专业教育，把不同的培养目标与不同的研究层次联系起来，从而得到适应不同院校、不同专业设置需要的不同类型的知识结构与体系，分别为： “模型控制”类知识结构与知识体系 “信息控制”类知识结构与知识体系 “实体控制”类知识结构与知识体系,不同类的知识结构体系 与不同型的自动化专业之间的关系,“实体控制”类知识结构与体系特点： 工程的特点 专门自动化的特点： 如商业自动化、化工自动化、 交通自动化，建筑自动化、电力自动化。,5.2.2 实体控制类知识结构与体系,“信息控制”类知识结构与体系特点： 信息的特点。学习信息科学技术的许多内容，重点在信息的控制应用上； 通识自动化的特点。带有一定普遍性或共性的对象（机器、系统）的信息控制问题； 系统的特点。通过“综合”与“集成”的方法，学习从系统的观点研究信息的控制； 学科分类的特点。很大部分学生将读研究生，因而在本科阶段的后半期按研究生教育的学科分开设一些（二级）学科课程（称之为专业方向课程）是通常的做法。,5.2.3 信息控制类知识结构与体系,“模型控制”类知识结构与体系特点： 突出坚实的数学基础、 坚实的控制理论基础； 突出对典型的控制系统进行抽象、加工、 改造（使具有普适性）和分析的能力。,5.2.4 模型控制类知识结构与体系,5.3.1 自动化专业人才培养目标 5.3.2 自动化专业人才的完整知识结构 5.3.3 自动化专业人才的素质、能力要求,第5章 自动化学科专业的知识体系与课程体系,5.3自动化专业人才的知识、素质与能力,自动化专业对本科生的培养目标是： 自动化工程师或科学家的“雏形”或“毛坯”。 包含了两重意思，或者说可分解成近期目标与长远目标两部分： 长远目标：使每一位学生将来都能成为自动化工程师或科学家； 近期目标：通过四年自动化专业教育的培养，使每一位学生都具备自动化工程师或科学家的基本素质、基本能力和基本完整的知识结构。,5.3.1 自动化专业人才培养目标,对自动化专业人才的 知识、素质与能力要求综合表,5.4.1 自动化专业的课程结构 5.4.2 “实体控制”类课程体系 5.4.3 “信息控制”类课程体系 5.4.4 “模型控制”类课程体系,第5章 自动化学科专业的知识体系与课程体系,5.4 自动化专业的课程结构与课程体系,5.4.1 自动化专业的课程结构,5.4.2 “实体控制”类课程体系,针对生产过程自动化的参考课程结构与体系 注：考虑到生源与培养目标的差异和制订教学计划的见仁见智，课程结构与