060415附件4：自动化专业知识体系.doc

附录1：自动化科学与技术业知识体系(含17个知识领域，123个知识单元) 简表 序知识领域(17个)代码核心学时（不含选修）知识单元（123个）总计核心知识单元数选修知识单元数1经典控制理论(包括线性 非线性 离散) CCT489632线性系统理论LST487703最优控制原理OCP165054最优估计与滤波OEF165055系统辨识SID165056计算机硬件技术CHW4810737程序设计与语言PAL485418计算机网络与通讯 CNC487079计算机控制技术CCT4897210控制系统数字仿真 CSS2277011信息获取与处理 SMP3265112电机原理EMP48 44013电力拖动原理MDP48 44014电力电子技术PET48 87115运动(电机)控制MCT48 85316自动化仪表 AUI3277017过程控制PCS40651 目 录1. 经典控制理论 CCT CCT 1 控制系统的基本概念(核心)CCT 2 控制系统的数学模型(核心)CCT 3 时域分析法(核心)CCT 4 根轨迹法(核心)CCT 5 频率响应法(核心)CCT 6 系统校正的设计方法(核心)CCT 7 采样系统分析(选修)CCT 8 非线性控制系统分析(选修)CCT 9 利用Matlab进行时域和频域分析(选修)2. 线性系统理论 LST LST1 线性系统的数学描述（核心）LST2 线性系统的运动分析（核心）LST3 稳定性（核心）LST4 能控性与能观测性（核心）LST5 最小实现（核心）LST6 反馈控制（核心）LST7 状态观测器 (核心)3. 最优控制原理 OPC （选修） OCP1 最优控制的一般表示OCP2 极小值原理OCP3 时间与燃料最优控制OCP4 二次型指标最优控制OCP5 动态规划4. 最优估计与滤波 EAF（选修） OEF1 估计问题概述OEF2 估计的一般方法OEF3 离散卡尔曼滤波OEF4 连续卡尔曼滤波OEF5 非线性滤波5. 系统辨识 SID（选修） SID1 系统辨识问题SID2 最小二乘理论SID3 权函数辨识SID4 线性模型参数辨识SID5 系统辨识 发展及其它：神经网络辨识 、模糊辨识、辨识模型验证等6. 计算机硬件技术 CHW CHW 1 数字计算机组成基本概述（核心）CHW 2 定点数/浮点数编码与运算（核心）CHW 3 存储器系统（核心）CHW 4 指令系统（核心）CHW 5 指令流水（核心）CHW 6总线技术（核心）CHW 7 输入/输出系统（核心）CHW 8 数字信号处理器（DSP）（选修）CHW 9 可编程逻辑器件（FPGA）（选修）CHW 10 嵌入式系统（选修）7. 程序设计基础(软件) PGB PGB 1 程序设计语言概论（核心）PGB 2 程序设计导论（核心）PGB 3 面向对象程序设计（核心）PGB 4 数据结构与算法（核心）PGB 5 数据库基础与应用（选修）8. 计算机网络与通讯 CNC （选修）CNC 1 网络的层次体系结构； CNC 2 数据通信基础物理层CNC 3 局域网的介质访问子层CNC 4 数据链路层CNC 5 网络层CNC 6 传输层CNC 7 应用层9. 计算机控制技术 CCTCCT1 计算机控制系统概述（核心）CCT2 通道与接口技术（核心）CCT3 数据采集及处理（核心）CCT4 线性离散系统的数学描述与分析（核心）CCT5 数字控制器的间接设计（核心）CCT6 数字控制器的直接设计（核心）CCT7 计算机控制系统的可靠性（选修）CCT8 计算机控制系统的工程实现（选修）CCT9 可编程控制器(PLC)10. 控制系统数字仿真 CSSCSS1仿真软件MATLAB（核心）CSS 2 控制系统的数学模型及其转换（核心）CSS 3 采样控制系统的数字仿真（核心）CSS 4 动态仿真集成环境-SIMULINK（核心）CSS 5 基于MATLAB工具箱的控制系统分析与设计（核心）11. 信息获取与处理 SMP SMP1 信息获取与处理的基本概念（核心）SMP2 测量不确定度与回归分析（核心）SMP3 检测系统的静、动态特性（核心）SMP4 检测变换原理与传感器（核心）SMP5 参数检测（选修）SMP6 自动检测系统设计初步（核心）12. 电机原理 EMPEMP1 直流电机（核心）EMP2 变压器（核心）EMP3 异步电动机（核心）EMP4 同步电机（核心）13. 电力拖动原理 MDPMDP1 电力拖动动力学基础（核心）MDP2 直流电机的电力拖动（核心）MDP3 交流电动机的电力拖动（核心）MDP4 电动机容量的选择（核心）14. 电力电子技术 PETPET0 绪论（核心）PET1 电力电子器件（核心）PET2 整流电路（核心）PET3 直流斩波电路（核心）PET4 交流电力控制电路（核心）PET5 逆变电路（核心）PET6 PWM控制技术(核心)PET7 软开关技术（核心）PET8 组合变流电路（选修）15. 运动(电机)控制技术 MCTMCT1 闭环控制的直流调速系统（核心）MCT2 双闭环直流调速系统（核心）MCT3 变压变频调速系统（核心）MCT4 矢量控制的变频调速系统（核心）MCT5 直接转矩控制系统 (核心)MCT6 串级调速系统(选修)MCT7 同步电动机的变频调速系统 (选修)MCT8 运动控制系统的计算机辅助设计 (选修)16. 自动化仪表 AUIAUI1 自动化仪表的基本概念（核心）AUI2 变送单元（核心）AUI3 控制单元（核心）AUI4 执行单元（核心）AUI5 显示记录单元（核心）AUI6 安全栅及辅助单元（核心）AUI7 虚拟仪器与现场总线仪表（核心）17. 过程控制 PCSPCS1 过程建模与过程特性（核心）PCS2 简单控制系统（核心）PCS3 复杂控制系统（核心）PCS4 先进控制技术（核心）PCS5 典型设备与工业过程控制（核心）PCS6 过程计算机控制系统(选修) 知识领域描述1.1 经典控制理论（CCT）1.1 经典控制理论（CCT）（核心内容学时数：48）备注内容简介经典控制理论是线性系统理论、最优控制原理等后续课程的基础，为控制系统提供了数学模型的建立、性能分析和系统设计的基本方法。包括单变量线性定常连续系统的微分方程、传递函数、方块图和信号流图等数学模型的建立；系统稳定性、动态性能、稳态性能的时域分析；频率响应法和根轨迹法；系统串联校正的设计方法；以及采样系统的稳定性分析和校正的基本方法；简单非线性控制系统分析的描述函数法及相平面法。知识单元CCT 1 控制系统的基本概念(核心)CCT 2 控制系统的数学模型(核心)CCT 3 时域分析法(核心)CCT 4 根轨迹法(核心)CCT 5 频率响应法(核心)CCT 6 系统校正的设计方法(核心)CCT 7 采样系统 (选修)CCT 8 非线性控制系统 (选修)CCT 9 利用Matlab进行时域和频域分析(选修)知识单元描述CCT1控制系统的基本概念（核心）参考课时2知识点 自动控制系统的定义、构成； 自动控制系统的基本控制方式：开环控制、闭环控制、复合控制； 自动控制系统的分类：恒值与随动系统、线性与非线性系统、定常与时变系统、连续与离散系统； 对控制系统的基本要求； 自动控制原理研究的内容。学习目标1掌握控制系统的组成和基本结构，熟悉各组成部分在控制系统中的作用；2掌握开环控制与闭环控制的基本特点；3通过用不同的方法对控制系统进行分类，了解各种类型的控制系统的特点；4明确本门课程的目的以及对控制系统的评价指标。CCT2控制系统的数学模型（核心）参考课时8知识点 微分方程：机械系统、电路系统（有源、无源）、机电系统微分方程的建立； 传递函数：传递函数的定义、性质及典型环节的传递函数； 方块图：方块图的组成、建立及简化； 信号流图：信号流图的组成、建立及梅森增益公式； 闭环系统的传递函数：输入量及扰动量作用下的传递函数、误差传递函数。学习目标1掌握建立控制系统微分方程的方法；2掌握传递函数的定义、性质和求取方法；3掌握用方块图简化建立系统传递函数的方法；4掌握梅森增益公式及其应用。CCT3时域分析法（核心）参考课时12知识点 典型一阶系统动态性能：数学模型和单位阶跃响应； 典型二阶系统的动态性能：典型二阶系统的数学模型、阶跃响应（欠阻尼和过阻尼）、二阶系统的动态性能指标、二阶系统性能的改善（包括比例微分控制；速度反馈控制；两者的比较）； 高阶系统的时域分析：高阶系统的动态响应、闭环主导极点； 控制系统的稳定性分析：渐近稳定性定义（结合物理系统给出定义）、稳定的充分必要条件、代数稳定判据； 控制系统的稳态性能分析：误差的定义（包括两种不同的定义方法：从输入端和输出端定义）、稳态误差的定义、系统类型、稳态误差分析与静态误差系数、减小或消除稳态误差的措施（包括PI控制和复合控制）、动态误差系数； 利用Matlab进行时域分析(选修)；学习目标1掌握一阶和二阶系统的数学模型及单位阶跃响应的形式；2掌握二阶系统欠阻尼情况下的性能指标以及改善二阶系统性能的方法（包括比例微分控制、速度反馈控制）；3掌握高阶系统的闭环主导极点概念及高阶系统性能的分析方法；4掌握分析系统渐近稳定性的方法；5掌握分析系统稳态性能的方法及改善系统稳态性能的措施；6掌握利用Matlab对系统进行时域分析的方法；CCT4根轨迹法（核心）参考课时7知识点 根轨迹方程：幅值条件和辐角条件； 根轨迹作图的一般规则、典型的零、极点分布及其相应的根轨迹； 参量根轨迹； 系统性能分析：稳定性分析、增加零、极点对根轨迹的影响（包括PID控制的影响）、利用主导极点估计系统的性能指标； 利用Matlab绘制根轨迹图；学习目标1掌握用手工绘制简略的常规和参量根轨迹以及用Matlab绘制精确根轨迹的方法；2掌握利用根轨迹分析系统稳定性、瞬态性能和稳态性能的方法。CCT5 频域分析法（核心）参考课时13知识点 频率特性的定义； 对数坐标图：对数坐标图的特点、典型环节的Bode图、绘制Bode图的一般步骤、非最小相位系统的Bode图； 极坐标图：典型环节的极坐标图、系统的极坐标图、非最小相位系统的极坐标图； 奈奎斯特稳定判据：辐角原理、奈奎斯特稳定判据、奈奎斯特稳定判据在开环系统含有积分环节时的应用、奈奎斯特判据在Bode图中的应用； 稳定裕量：幅值裕量及相位裕量； 闭环特性：等M和等N园； 利用Matlab进行频域分析。学习目标1掌握频率特性的基本概念；2掌握用手工绘制简略Bode图和极坐标以及用Matlab绘制精确的Bode图和极坐标图的方法；3掌握利用奈奎斯特稳定判据在Bode图和极坐标图分析系统稳定性的方法；4掌握稳定裕量的概念；5了解利用等M和等N园分析系统闭环性能的方法。CCT6系统校正的设计方法（核心）参考课时6知识点 校正装置：超前、滞后、滞后超前网络的特性； 系统校正的根轨迹法：超前、滞后、滞后超前校正设计； 系统校正的频率响应法：超前、滞后、滞后超前校正设计； PID控制器：控制法则及对系统性能的影响。学习目标1掌握超前、滞后、滞后超前网络的基本特性。2掌握利用根轨迹设计超前、滞后、滞后超前网络的方法。3掌握利用Bode图设计超前、滞后、滞后超前网络的方法。4掌握PID控制器对系统性能的影响。CCT7离散控制系统分析(选修)参考课时(8)知识点 信号采样和保持； 采样系统数学模型：差分方程和脉冲传递函数； 采样系统稳定性：s平面和z平面的映射关系、稳定性判据、劳斯稳定判据； 采样系统稳态误差及动态性能分析； 采样系统的校正：数字控制器的脉冲传递函数、最小拍系统设计。学习目标1 了解信号采样和保持的基本原理。2 能建立采样系统的脉冲传递函数。3 掌握采样系统稳定性、稳态误差及动态性能分析方法。4 掌握采样系统的最小拍系统设计方法。CCT8非线性控制系统分析(选修)参考课时(8)知识点 非线性控制系统的特点及研究方法； 常见的典型非线性特性； 相平面法基础：相轨迹作图方法、由相平面图求时间解； 相平面法分析：具有分段线性系统和继电器型系统的分析、速度反馈对非线性控制系统性能的影响； 描述函数法：描述函数的建立、自激振荡的确定；学习目标1 了解非线性控制系统的特点、研究方法及常见的典型非线性特性。2 能用相平面法分析系统性能。3 掌握利用描述函数分析系统性能的方法。1.2 线性系统理论（LST）2. 线性系统理论（LST）（核心内容学时数：48）备注内容简介线性系统理论是现代控制理论的基础内容，为控制系统提供有效的数学描述、特性分析和系统设计的基本方法。自动化科学与技术的许多领域都要用到线性系统理论中的概念、理论和方法，包括状态空间、状态方程、稳定性、能控性、能观测性、最小实现、反馈控制及观测器等重要内容。线性系统理论中的基本概念、方法和理论，广泛应用于现代控制理论的各个分支领域，是学习和研究现代控制理论的基础。知识单元LST1 线性系统的数学描述（核心）LST2 线性系统的运动分析（核心）LST3 稳定性（核心）LST4 能控性与能观测性（核心）LST5 最小实现（选修）LST6 反馈控制（核心）LST7 状态观测器 (核心)知识单元描述LST1系统数学描述（核心）参考课时6知识点 线性系统的常用描述; 状态、状态空间、状态空间描述; 物理系统状态空间描述的建立; 状态空间描述与其它描述的关系; 系统的等价变换及其应用.学习目标1 了解系统的常用描述：外部描述传递函数、脉冲响应函数与内部描述状态空间描述;2. 掌握状态、状态空间的概念和物理系统的状态方程和输出方程的建立方法；3. 掌握状态空间描述与其它描述的关系；4. 掌握状态转移矩阵的定义、性质及算法和状态方程的解;5. 掌握等价变换的定义、算法、性质和应用(化特征值标准型)。LST2 系统的运动分析（核心）参考课时6知识点连续时间系统状态方程的解连续时间系统状态转移矩阵离散时间系统的状态方程连续系统的离散化离散时间系统状态方程的解学习目标1. 掌握状态方程解的表达式及其意义;2. 掌握状态转移矩阵的定义、物理意义、性质及算法;3. 知道连续系统离散化的方法、精确算式及系统保持能控/能观性的条件;4. 知道连续系统离散化的近似算式;5. 掌握离散时间系统状态方程的求解。LST3 稳定性（核心）参考课时8知识点系统的BIBO(有界输入-有界输出)稳定性;渐近稳定性;李亚普诺夫(isL意义下的)稳定性;稳定分析的李亚普诺夫方法(李亚普诺夫函数法);李亚普诺夫函数的规则化构造方法：克拉索夫斯基法、变量梯度法。(选修)学习目标1.了解系统的平衡状态的定义、计算及稳定性的概念;2学习掌握BIBO稳定性的定义及判据;3.掌握渐近稳定性的定义及判据:特征值判据、李亚普诺夫方程判据、 李亚普诺夫函数判别法;4.掌握李亚普诺夫稳定性的定义及判据：特征值判据、李亚普诺夫函数判别法;5.了解李亚普诺夫函数的规则化构造方法。LST4 能控性与能观测性（核心）参考课时8知识点 能控性与能观测性的定义; 能控性与能观测性的判据; 单变量系统的标准型; 系统的结构分解; 对偶原理。学习目标1.能阐述能控性和能观测性的物理概念和定义；2.掌握能控性的判据：能控性矩阵秩判据、PBH判据、约当型判据。3.掌握能观测性的判据：能观性矩阵秩判据、PBH判据、约当型判据。4.掌握单变量系统的标准型及变换方法。5.掌握系统的结构分解: 能控性分解和能观性分解及了解能控性/能观性分解的结果;6.掌握对偶原理: 对偶系统、对偶关系及对偶原理的应用能观性判别、化能观标准型及能观性分解中的应用。以后章节还有更多的应用。LST5 最小实现(选修)参考课时（5）知识点 实现与最小实现 传递函数最小实现的性质 标量传递函数的最小实现 向量传递函数的最小实现 传递函数矩阵的实现和最小实现学习目标1.了解实现与最小实现；2.掌握传递函数最小实现的基本性质；3.掌握标量传递函数的最小实现；4.掌握向量传递函数的最小实现；5.了解传递函数矩阵的实现和最小实现。LST6 反馈控制（核心）参考课时12知识点 状态反馈与输出反馈; 反馈对能控性和能观测性的影响; 状态反馈极点配置; 系统的能镇定问题; 输出反馈极点配置问题(选修); 解耦控制 (选修)。学习目标1.了解两种反馈(状态反馈与输出反馈)的形式及作用；2.了解两种反馈对能控性和能观测性的影响;3.掌握状态反馈极点配置的原理、条件及算法：利用能控标准型的算法及基于Sylvester矩阵方程的算法；4.掌握系统的能镇定的定义、条件及方法；5.了解输出反馈极点配置的原理及条件；6. 了解解耦控制的原理、条件及算法。LST7 状态观测器 (核心)参考课时8知识点 渐近状态观测器(称状态观测器) 全阶(维) 状态观测器 降阶(维) 状态观测器 分离性原理 状态观测器特征值选择的经验公式学习目标1.掌握渐近观测器的工作原理、存在条件主要是征值能任意配置的条件。2.掌握全阶(维) 状态观测器的设计算法：化能观标准型的算法、基于Sylvester 矩阵方程的算法和利用对偶原理的设计方法。3.掌握降阶(维) 状态观测器的设计算法：主要是基于Sylvester 矩阵方程的算法。4.了解带观测器的反馈系统的性质，掌握系统设计的分离性原理。5. 了解状态观测器特征值选择的经验数据。1.3 最优控制原理（OCP）1.3 最优控制（OCP）（参考学时数：16） 选修备注内容简介最优控制是控制科学的主要内容，可以为控制系统提高有效地描述处理对象的模型及其控制。所以，控制科学与技术有关的许多领域都要用到最优控制中的概念。最优控制包括极小值原理、时间与燃料最优控制、二次型指标最优控制和动态规划等重要内容。最优控制分析与设计中含有大量最优控制的内容。例如： 在姿态控制，最优推力方向的研究与学习中要有理解形式证明的能力。极小值原理中的理论被用于自动控制、过程系统和随机系统等领域。随着控制科学与技术的日益成熟，越来越完善的分析技术被用于实践，为了理解将来的控制科学技术，学生需要对最优控制有深入的理解。知识单元OCP1 最优控制的一般表示OCP2 极小值原理OCP3 时间与燃料最优控制OCP4 二次型指标最优控制OCP5 动态规划知识单元描述OCP1最优控制的一般表示参考课时(3)知识点 举例（姿态控制，最优推理方向） 提法（模型，初始状态，性能指标，目标集，容许控制） 方法（变分，规划）学习目标1. 举例解释最优控制的基本概念；2. 说明与模型、指标和控制的关系；3. 说明最优控制的原理。OCP2极小值原理参考课时(4)知识点 变分法 伴随方程 状态方程 控制方程 控制约束 极小值原理学习目标1. 使用变分法到一般泛函的结果；2. 说明变分到一般无约束控制的规范方程；3. 用举例证明解决最优控制问题；4. 说明具有控制约束的极小值原理。OCP3时间与燃料最优控制参考课时(3)知识点 最短时间、最省燃料和时间与燃料综合指标的概念 Bang-Bang控制推导 奇异最优控制的概念 非奇异控制的条件 Bang-Coast-Bang最优控制 控制切换次数定理学习目标1. 以实例概述最短时间、最省燃料和时间与燃料综合指标；2. 论述对给定的问题Bang-Bang控制推导；3. 奇异最优控制的概念与非奇异控制的条件；4.给出相应的控制切换次数定理与应用实例。OCP4二次型指标最优控制 参考课时(3)知识点 二次性能指标 线性状态调节器 线性输出调节器 线性伺服系统 鲁棒调节器的概念学习目标1.解释二次性能指标的意义，包括有限时间和无限时间指标；2. 叙述线性状态调节器原理；3. 给出线性输出调节器的解法；4. 分析建立线性伺服系统方程和鲁棒调节器的概念。OCP5动态规划参考课时(3)知识点 多级决策 路线图 最优性原理 二次型规划学习目标1. 用实例解释多级决策情况；2. 用实例说明和路线图的问题；3. 控制问题最优性原理；4. 离散系统二次型动态规划。OCP6状态空间参考课时由基础课“现代控制理论”完成知识点 微分方程 状态方程、状态转移矩阵、标准型 能控和能观条件 标准型变换学习目标1. 动态系统的物理建模；2. 状态方程与状态转移矩阵的概念与建立；3. 完全能控性与完全能观性概念和判别条件；4. 采用线性代数方法进行标准型变换。（这部分内容由基础课“现代控制理论”完成，为使学习具有针对性，此处仍列出其知识点和学习目标）1.4 最优估计与卡尔曼滤波（OEF）1.4 最优估计与卡尔曼滤波（OEF）（参考学时数：16） 选修备注内容简介熟练掌握最优估计与卡尔曼滤波是学习控制科学与技术应用内容的需要，教学大纲应要求学生掌握如何使用最优估计与卡尔曼滤波。建议学生至少应熟练掌握离散卡尔曼滤波范例。最优估计与卡尔曼滤波的知识由估计的一般方法基本概念和卡尔曼滤波组成，这些概念和技术对于噪声系统卡尔曼滤波实践是重要的。这一领域包括的估计问题概述、估计的一般方法和卡尔曼滤波算法等，这些内容很好地覆盖了控制科学与技术专业的本科生必须了解和掌握整个滤波的知识范围。其他知识领域如随机最优控制也用到与卡尔曼滤波相关的知识单元，这些知识单元也是控制科学与技术专业的重要内容。知识单元OEF1 估计问题概述OEF2 估计的一般方法OEF3 离散卡尔曼滤波OEF4 连续卡尔曼滤波OEF5 非线性滤波知识单元描述OEF1估计问题概述参考课时(2)知识点 随机变量 随机噪声 随机模型 最小方差估计概念 极大似然估计概念学习目标1. 分析解释随机变量概念；2. 随机噪声概念；3. 举例说明不同的随机估计问题模型；4. 说明最小方差估计概念；5. 说明极大似然估计概念；OEF2估计的一般方法参考课时(4)知识点 最小方差估计策略 极大似然估计算法 线性最小方差估计策略 线性最小方差估计特性学习目标1. 了解最小方差估计策略的重要性；2. 了解极大似然估计算法特性；3. 给出简单问题线性最小方差估计算法；4. 给出线性最小方差估计特性；OEF3离散卡尔曼滤波参考课时(4)知识点 滤波器模型 卡尔曼滤波方程 滤波增益 方差递推计算 卡尔曼滤波性质学习目标1. 了解基本滤波器模型的表示和用法；2. 了解卡尔曼滤波方程；3. 掌握滤波增益应用；4. 掌握方差递推计算的方法；5. 了解卡尔曼滤波性质；6. 卡尔曼滤波程序框图；7. 了解卡尔曼滤波应用实例；OEF4连续卡尔曼滤波 参考课时(3)知识点 连续系统模型的概念 等效的离散系统 连续卡尔曼滤波算法 白噪声和有色噪声 连续卡尔曼滤波特点学习目标1. 解释连续系统模型的概念和应用实例；2. 识别等效的离散系统问题的情况；3. 以类似离散系统问题为例，建立连续卡尔曼滤波算法；4. 解释连续卡尔曼滤波特点；5. 解释白噪声和有色噪声的卡尔曼滤波；OEF5非线性滤波参考课时(3)知识点 非线性估计问题 连续线性化卡尔曼滤波 离散线性化卡尔曼滤波 推广卡尔曼滤波学习目标1. 解释非线性估计问题；2. 设计连续线性化卡尔曼滤波和离散线性化卡尔曼滤波；3. 推导推广卡尔曼滤波。OEF6状态空间参考课时由基础课“现代控制理论”完成知识点 微分方程 状态方程、状态转移矩阵、标准型 能控和能观条件 标准型变换学习目标1. 动态系统的物理建模；2. 状态方程与状态转移矩阵的概念与建立；3. 完全能控性与完全能观性概念和判别条件；4. 采用线性代数方法进行标准型变换。（这部分内容由基础课“现代控制理论”完成，为使学习具有针对性，此处仍列出其知识点和学习目标）1.5 系统辨识 （SID）1.5 系统辨识（SID）（参考学时数：16） 选修备注内容简介系统辨识是控制科学的主要内容，可以为控制系统处理对象的模型的建立提供方法。所以，控制科学与技术有关的许多领域都要用到系统辨识。系统辨识包括最小二乘理论、权函数辨识、线性模型参数辨识和广义最小二乘辨识等重要内容。系统辨识分析与设计中含有大量最小二乘辨识的内容。例如：最优输入信号，伪随机二位序列、在线最小二乘算法研究与学习中要有理解形式证明的能力。系统辨识原理中的理论被用于自动控制、过程系统和自适应系统等领域。随着控制科学与技术的日益成熟，越来越完善的系统辨识分析技术被用于实践，为了理解将来的控制科学技术，学生需要对最优控制有深入的理解。知识单元SID1 系统辨识问题SID2 最小二乘理论SID3 权函数辨识SID4 线性模型参数辨识SID5 广义最小二乘辨识SID6 系统辨识发展及其它：神经网络辨识 、模糊辨识、辨识模型验证等知识单元描述SID1系统辨识问题参考课时(3)知识点 系统辨识问题 系统辨识分类 参数估计方法 线性差分方程 脉冲响应与阶跃响应 状态方程学习目标1. 解释系统辨识问题；2. 用相应的方法对系统辨识进行分类；3. 对线型差分方程确定参数估计方法；4. 讨论脉冲和阶跃响应方程；5. 复习随机状态方程。SID2最小二乘理论参考课时(3)知识点 最小二乘理论 最小二乘估计的统计特征 序列最小二乘估计 多变量系统 实时最小二乘辨识学习目标1. 描述最小二乘理论；2. 对模型说明最小二乘解；3. 描述参数估计算法的统计特征；4. 建立在线最小二乘算法；5. 描述多变量系统辨识方法；6. 实时最小二乘辨识。SID3脉冲函数辨识参考课时(3)知识点 最小二乘估计 最优输入信号 伪随机二位序列 建立在线最小二乘算法 多变量系统辨识学习目标1. 实现最小二乘估计算法；2. 对一个应用问题设计一个最优输入信号；3. 在线最小二乘算法实现；4. 讨论伪随机二位序列；5. 讨论多变量系统辨识；SID4线性模型参数辨识 参考课时(4)知识点 基本辨识问题 最小二乘解 参数估计 在线最小二乘法 多变量系统 系统阶次 实时辨识学习目标1. 描述基本辨识问题；2. 对模型说明最小二乘解；3. 描述参数估计算法的特性；4. 实现解决一个合适问题的分治算法；5. 建立在线最小二乘算法；6. 描述多变量系统辨识方法；7. 系统阶次确定；8. 实时辨识。SID5广义最小二乘辨识参考课时(3)知识点噪声系统模型残差和有偏估计广义最小二乘问题广义最小二乘公式学习目标1. 讨论噪声系统模型概念；2. 解释残差和有偏估计；3. 广义最小二乘问题提出；4. 导出广义最小二乘公式；5. 举例广义最小二乘法。1.6 计算机硬件技术（CHW） 1.6 计算机硬件技术（CHW）（核心学时数：48）备注内容简介计算机硬件技术是学习计算机控制系统专业知识的基础，主要内容包括数字计算机组成基本概述、定点数/浮点数编码与运算、存储器系统、指令系统、指令流水、总线技术、输入/输出系统及DSP,FPGA,ARM等。知识单元CHW 1 数字计算机组成基本概述（核心）CHW 2 定点数/浮点数编码与运算（核心）CHW 3 存储器系统（核心）CHW 4 指令系统（核心）CHW 5 指令流水（核心）CHW 6总线技术（核心）CHW 7 输入/输出系统（核心）CHW 8 数字信号处理器（DSP）（选修）CHW 9 可编程逻辑器件（FPGA）（选修）CHW 10 嵌入式系统（ARM）（选修）知识单元描述CHW 1数字计算机组成基本概述（核心）参考课时6 知识点 RISC/CISC; 计算机软件/硬件/虚拟机； 冯诺依曼型计算机的五大基本组成部分； 计算机各部件的主要功能和相关概念：算逻单元(ALU)、存储器、字节、字、地址、指令、程序、CPU、主机、总线； 计算机系统性能评价的概念：内特性、外特性、响应时间、吞吐率、峰值性能、持续性能、MIPS、MFLOPS； 时钟周期、指令周期和总线周期； 存储器读/写时序、输入/输出时序和中断操作时序；学习目标1.了解RISC/CISC的差异;2.了解计算机软件/硬件/虚拟机；3.了解冯诺依曼型计算机的五大基本组成部分；4.了解计算机各部件的主要功能和相关概念；5.了解有关计算机系统性能评价的概念；6.了解时钟周期、指令周期和总线周期；7.掌握时序分析的基本方法，能读懂时序图；CHW 2定点数/浮点数编码与运算（核心）参考课时6知识点 原码/反码/补码； 数据的大数端和小数端表示方式； 数据对齐存储； 定点数的编码、存储与运算； 浮点数的编码、存储与运算； IEEE754；学习目标1.掌握原码/反码/补码；2.了解数据的大数端和小数端表示方式；3.了解数据对齐存储；4.掌握定点数的编码、存储与运算；5.掌握浮点数的编码、存储与运算；6.了解IEEE754；CHW 3存储器系统（核心）参考课时6知识点 存储器件类型及其工作原理； 存储器的延迟、工作周期、带宽提高和交叉存储技术； 层次化存储系统； 存储器的构成； 高速缓冲存储器（cache）； 虚拟存储器；学习目标1.了解静态存储器和动态存储器的存储原理和特征；2.了解各种只读存储器的概念和特征；3.了解层次化存储器在减少实际访存延迟上的应用；4.掌握存储器位扩展和字扩展的构成方法；5.掌握cache的功能、原理和基本概念；6.掌握cache中的各种地址映像方式，掌握各种替换策略和更新策略；7.掌握虚拟存储器的功能、原理和基本概念；8.了解三种虚拟存储器的特征；CHW 4指令系统（核心）参考课时12知识点 指令格式的概念、分类和特征； 操作码的编码方法； MIPS指令与助记符； 指令的执行过程； 指令控制器与中断，有关概念：硬连线逻辑、微程序、微指令、微地址、控制存储器、多级中断、多重中断、中断屏蔽、中断向量、软件中断、微操作；学习目标1.掌握指令格式的概念、分类和特征；2.掌握操作码的编码方法；3.熟悉常见指令的助记符，掌握MIPS指令的含义；4.了解CPU的结构，了解运算指令、访存指令和转移指令的执行过程；5.了解三种指令控制器的设计原理和特征；6.掌握中断和异常的概念、中断的过程及其分类、作用；CHW 5指令流水（核心）参考课时4知识点 指令流水概念； 相关性概念； 指令流水线时空图与分析； 静态/动态指令调度的基本概念和分类； 分支预测的有关概念、分类和原理； 多重指令启动的基本概念和分类；学习目标1.了解指令流水的基本概念，了解相关性的概念；2.掌握指令流水线时空图的绘制方法，掌握指令流水线的基本分析方法；3.了解静态/动态指令调度的基本概念和分类；4.了解分支预测的有关概念、分类和原理；5.了解多重指令启动的基本概念和分类；CHW 6总线技术（核心）参考课时 8知识点 总线的各种传输方式、同步方式、裁决方式及其特点； 系统总线的操作过程； 总线接口的概念和功能； 总线波特率、比特率、传输带宽的计算方法； 有关概念：握手信号、链式查询、计数器定时查询、独立请求、猝发方式、全互锁、四边沿协议、半同步方式；学习目标1.了解总线的各种传输方式、同步方式、裁决方式及其特点；2.了解系统总线的操作过程；3.了解总线接口的概念和功能；4.掌握总线波特率、比特率、传输带宽的计算方法；CHW 7输入/输出系统(核心)参考课时6知识点 外围设备的两种寻址方法； 两种程序控制输入输出方法的原理和特点； DMA控制方式的原理和特点；学习目标1.了解外围设备的两种寻址方法；2.掌握两种程序控制输入输出方法的原理和特点；3.掌握DMA控制方式的原理和特点；1.7 程序设计基础(软件)（PGB）1.7程序设计基础（PGB）（核心学时数：48）备注内容简介程序设计语言是程序员与计算机之间“对话”的媒介。一个程序员不仅需要掌握至少一门语言，更应该了解各种程序设计语言的特点。对于工科非计算机类专业而言需要较宽泛地了解或掌握基本程序设计方法、面向对象程序设计思想、基本的数据结构知识、数据处理和基本实现算法，也需要了解一些与操作系统、编译原理、网络、软件工程等方面相关的基本概念和框架。 本课程主要目的是使工科非计算机类专业学生能在需要时具备程序编制与调试的基本能力，并且能否知道需要从何处入手扩展知识来解决具体应用问题。知识单元PGB 1 程序设计语言概论（核心）PGB 2 程序设计导论（核心）PGB 3 面向对象程序设计（核心）PGB 4 数据结构与算法（核心）PGB 5 数据库基础与应用（选修）知识单元描述PGB1程序设计语言概论（核心）参考课时4知识点 程序设计语言的历史 程序设计语言范型概述过程式语言面向对象语言函数语言说明性及非算法式语言脚本式语言 程序设计语言的基本语法和语义学习目标1. 概述几种程序设计语言，说明它们对语言发展史的重要影响；2. 了解几种不同语言范型的特点。PGB 2 程序设计基本结构（核心）参考课时14知识点 变量、类型、表达式和语句 顺序、条件和循环控制结构 函数定义、函数调用和参数传递 输入和输出基础 结构化程序设计方法学习目标1.分析解释由基本程序结构组成的简单程序（含基本计算、简单输入输出、条件与重复结构和函数）；2.修改和扩充简单程序；3.掌握结构化程序设计方法，按给定的程序设计任务，逐步求精，进行系统的设计、编码、测试、查错和实施；PGB 3面向对象程序设计（核心）参考课时14知识点 面向对象设计 封装与信息隐藏 行为与实现的分离 类和子类与类层次 继承与多态性学习目标1. 理解面向对象程序设计思想和封装、抽象、继承和多态性的特点；2. 用一种面向对象（C/C+或java）的程序设计语言进行简单程序的设计、实现、测试和调试；3. 简单理解类机制是如何支持封装和信息隐藏的；4. 能够使用类层次、继承和重载进行用户类库设计、实现、测试和调试。PGB 4数据结构与算法（核心）参考课时16知识点 队列、链表与堆栈 树与二叉树 图的表示与遍历 查找与排序学习目标1. 基本队列/循环队列、单向链表/双向链表、堆栈与递归；2. 树/二叉树建立、存储与遍历；3. 用基本的图算法解决问题，包括深度优先遍历和广度优先遍历，单源最短路径，最小生成树；4. 基本查找与排序算法概述与比较。PGB 5 数据库基础与应用（选修）参考课时(32)知识点 关系模型和关系代数 关系数据库标准语言SQL 关系数据库理论 数据库设计 数据库管理学习目标1. 关系的定义、操作及完整性，关系代数的运算，运用关系代数进行数据查询；2. SQL的数据定义、数据操纵和数据控制，视图、索引的定义和运用；嵌入式SQL语言的数据互连（可选）； 3. 函数依赖和多值依赖，规范化和范式；Armstrong公理和模式分解（可选）；4. E-R模型设计、E-R模型向关系模式转换，物理设计和实施；5. 数据库的完整性、安全性、并发性控制和恢复技术。1.8 计算机网络与通讯 (CNC) 1.8 计算机网络与通讯 (CNC) （核心内容学时数：48）备注内容简介计算机网络是计算机技术和通信技术密切结合的产物，正成为在自动控制技术中得到广泛应用的一门专业知识。本门知识以OSI参考模型为线索，分层次讨论物理层、介质访问子层、数据链路层、网络层、传输层的功能和协议。为学生在自动化技术中应用网络打下基础。知识单元CNC 1 网络的层次体系结构；（核心）CNC 2 数据通信基础物理层（核心）CNC 3 局域网的介质访问子层（核心）CNC 4 数据链路层（核心）CNC 5 网络层(核心)CNC 6 传输层(核心)CNC 7 应用层(选修)知识单元描述CNC1网络的层次体系结构（核心）参考课时4知识点 网络硬件 网络软件 OSI参考模型学习目标1. 掌握网络的分类