自動化學科概論-第2.ppt

自動化學科概論,第5章 自動化學科、專業(yè)的 知識體系與課程體系,自動化學科概論,5.1 自動化學科的知識結構與知識體系 5.2 自動化專業(yè)的知識結構與知識體系 5.3 自動化專業(yè)人才的知識、素質與能力 5.4 自動化專業(yè)的課程結構與課程體系,第5章 自動化學科專業(yè)的知識體系與課程體系,5.1.1 自動化學科的研究內容 5.1.2 自動化學科的知識結構 5.1.3 自動化學科的知識體系,第5章 自動化學科專業(yè)的知識體系與課程體系,5.1自動化學科的知識結構與知識體系,5.1.1 自動化學科的研究內容,自動化科學與技術學科的結構框架圖,維納給出的負反饋閉環(huán)控制結構圖,5.1.2 自動化學科的知識結構,采用計算機控制的典型自動化系統(tǒng),從“反饋”與“控制”的角度看負反饋閉環(huán)控制結構, 從信息與物質、能量的角度 來看基本的負反饋閉環(huán)控制結構,用信息與物質、能量轉換關系 來表示的負反饋閉環(huán)控制結構, 從數字量與模擬量的角度 看負反饋閉環(huán)控制結構, 從子系統(tǒng)的角度 來看基本的負反饋閉環(huán)控制結構 及其等效圖,小結： 典型的負反饋閉環(huán)控制中，包含了 “反饋”與“控制”的概念； “信息” 與“物質、能量” 的概念及其關系； 數字量與模擬量的概念及其關系； 系統(tǒng)、子系統(tǒng)的概念及其關系。 即包含了自動化學科中的各個重要概念,同時不難發(fā)現，幾乎所有的與自動化科學與技術學科有關的知識都能從上圖所示的典型負反饋閉環(huán)控制中反映出來， 換句話說，完成一個基本系統(tǒng)的反饋控制需要用到幾乎全部自動化學科知識域中的知識（雖然只是每個知識域中的部分知識）。,負反饋閉環(huán)控制中的各部分與相應的知識領域的對應關系,自動化學科的整個知識結構框架,自動化學科的整個知識結構框架,自動化科學與技術學科的三層知識結構簡圖,知識體系由三層知識構成，包括十個知識領域： 基礎知識層：三個知識領域， 數理基礎、機電基礎、計算機基礎 控制知識層：含六個知識領域，分別為 傳感與檢測（或信息獲?。?、 網絡與通信（或信息傳輸）、 計算與處理（或信息處理）、 控制與智能（或信息控制）、 執(zhí)行與驅動（或信息應用）、 對象與建模； 系統(tǒng)知識層：含一個知識領域，系統(tǒng)與工程,5.1.3 自動化學科的知識體系,十個知識領域中， 反映自動化學科特點的五個知識領域是： 控制與智能、 傳感與檢測、 執(zhí)行與驅動、 對象與建模、 系統(tǒng)與工程等； 而控制與智能、對象與建模、系統(tǒng)與工程等三個知識領域則可視為自動化學科知識體系的核心知識，也是自動化學科與其它學科的最大區(qū)別。,知識體系中各個知識領域包含的知識單元 列舉如下： 1） “傳感與檢測”知識領域， 包含的知識單元有：理化生等傳感器、檢測與診斷、遙測、遙感、抗干擾技術、測量信號處理、機器人感知等等；,2）“網絡與通信”知識領域， 包含的知識單元有：通信原理、計算機網絡、多媒體、遙技術等等； 3） “計算與處理”知識領域， 包含的知識單元有：數字信號處理、圖像處理、模式識別、數據結構、操作系統(tǒng)、計算算法基礎、并行處理、分布處理、軟件工程、搜索與推理等等；,4） “控制與智能”知識領域， 包含的知識單元有：控制理論、穩(wěn)定性與魯棒性、可靠性與容錯、最優(yōu)控制、自適應控制、自學習控制、人工智能、智能控制、人機控制等等； 5）“執(zhí)行與驅動”知識領域， 包含的知識單元有：機電汽液驅動與控制、自動化儀表、光機電一體化、各種遙控器、電力電子等等；,6）“對象與建模”知識領域， 包含的知識單元有：系統(tǒng)辨識與參數估計、各類系統(tǒng)建模技術、CAD仿真技術、電機原理與傳動、機械原理與結構、 機器人原理等等； 7）“系統(tǒng)與工程”知識領域， 包含的知識單元有：多變量系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、分布參數系統(tǒng)、離散事件系統(tǒng)、大系統(tǒng)、復雜系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、集成自動化系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)、系統(tǒng)工程、運籌學、最優(yōu)化、智能系統(tǒng)、機器人系統(tǒng)、多智能體等等。,5.2.1 不同類型的知識結構與體系的劃分 5.2.2 “實體控制”類知識結構與體系 5.2.3 “信息控制”類知識結構與體系 5.2.4 “模型控制”類知識結構與體系,第5章 自動化學科專業(yè)的知識體系與課程體系,5.2 自動化專業(yè)的知識結構與知識體系,三類不同的知識結構與知識體系 指導思想： 針從不同的人才需求、不同的培養(yǎng)目標，對同一專業(yè)劃分三類各有不同（各有側重、各有特色）的知識結構與知識體系。,5.2.1 不同類型的知識結構與體系的劃分,自動化學科研究的不同層次，分別為： “模型控制”，突出學科的數學特征； “信息控制”，突出學科的信息特征； “實體控制”，突出學科的工程特征。 學科研究的不同層次反映了研究工作者不同的研究角度，將學科劃分為不同的研究層次可吸引更多的工作者從不同的研究角度來進行研究。,對于本科自動化專業(yè)教育，把不同的培養(yǎng)目標與不同的研究層次聯系起來，從而得到適應不同院校、不同專業(yè)設置需要的不同類型的知識結構與體系，分別為： “模型控制”類知識結構與知識體系 “信息控制”類知識結構與知識體系 “實體控制”類知識結構與知識體系,不同類的知識結構體系 與不同型的自動化專業(yè)之間的關系,“實體控制”類知識結構與體系特點： 工程的特點 專門自動化的特點： 如商業(yè)自動化、化工自動化、 交通自動化，建筑自動化、電力自動化。,5.2.2 實體控制類知識結構與體系,“信息控制”類知識結構與體系特點： 信息的特點。學習信息科學技術的許多內容，重點在信息的控制應用上； 通識自動化的特點。帶有一定普遍性或共性的對象（機器、系統(tǒng)）的信息控制問題； 系統(tǒng)的特點。通過“綜合”與“集成”的方法，學習從系統(tǒng)的觀點研究信息的控制； 學科分類的特點。很大部分學生將讀研究生，因而在本科階段的后半期按研究生教育的學科分開設一些（二級）學科課程（稱之為專業(yè)方向課程）是通常的做法。,5.2.3 信息控制類知識結構與體系,“模型控制”類知識結構與體系特點： 突出堅實的數學基礎、 堅實的控制理論基礎； 突出對典型的控制系統(tǒng)進行抽象、加工、 改造（使具有普適性）和分析的能力。,5.2.4 模型控制類知識結構與體系,5.3.1 自動化專業(yè)人才培養(yǎng)目標 5.3.2 自動化專業(yè)人才的完整知識結構 5.3.3 自動化專業(yè)人才的素質、能力要求,第5章 自動化學科專業(yè)的知識體系與課程體系,5.3自動化專業(yè)人才的知識、素質與能力,自動化專業(yè)對本科生的培養(yǎng)目標是： 自動化工程師或科學家的“雛形”或“毛坯”。 包含了兩重意思，或者說可分解成近期目標與長遠目標兩部分： 長遠目標：使每一位學生將來都能成為自動化工程師或科學家； 近期目標：通過四年自動化專業(yè)教育的培養(yǎng)，使每一位學生都具備自動化工程師或科學家的基本素質、基本能力和基本完整的知識結構。,5.3.1 自動化專業(yè)人才培養(yǎng)目標,對自動化專業(yè)人才的 知識、素質與能力要求綜合表,5.4.1 自動化專業(yè)的課程結構 5.4.2 “實體控制”類課程體系 5.4.3 “信息控制”類課程體系 5.4.4 “模型控制”類課程體系,第5章 自動化學科專業(yè)的知識體系與課程體系,5.4 自動化專業(yè)的課程結構與課程體系,5.4.1 自動化專業(yè)的課程結構,5.4.2 “實體控制”類課程體系,針對生產過程自動化的參考課程結構與體系 注：考慮到生源與培養(yǎng)目標的差異和制訂教學計劃的見仁見智，課程結構與