自動化學(xué)科概論-第2.ppt

自動化學(xué)科概論,第5章 自動化學(xué)科、專業(yè)的 知識體系與課程體系,自動化學(xué)科概論,5.1 自動化學(xué)科的知識結(jié)構(gòu)與知識體系 5.2 自動化專業(yè)的知識結(jié)構(gòu)與知識體系 5.3 自動化專業(yè)人才的知識、素質(zhì)與能力 5.4 自動化專業(yè)的課程結(jié)構(gòu)與課程體系,第5章 自動化學(xué)科專業(yè)的知識體系與課程體系,5.1.1 自動化學(xué)科的研究內(nèi)容 5.1.2 自動化學(xué)科的知識結(jié)構(gòu) 5.1.3 自動化學(xué)科的知識體系,第5章 自動化學(xué)科專業(yè)的知識體系與課程體系,5.1自動化學(xué)科的知識結(jié)構(gòu)與知識體系,5.1.1 自動化學(xué)科的研究內(nèi)容,自動化科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的結(jié)構(gòu)框架圖,維納給出的負(fù)反饋閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖,5.1.2 自動化學(xué)科的知識結(jié)構(gòu),采用計算機(jī)控制的典型自動化系統(tǒng),從“反饋”與“控制”的角度看負(fù)反饋閉環(huán)控制結(jié)構(gòu), 從信息與物質(zhì)、能量的角度 來看基本的負(fù)反饋閉環(huán)控制結(jié)構(gòu),用信息與物質(zhì)、能量轉(zhuǎn)換關(guān)系 來表示的負(fù)反饋閉環(huán)控制結(jié)構(gòu), 從數(shù)字量與模擬量的角度 看負(fù)反饋閉環(huán)控制結(jié)構(gòu), 從子系統(tǒng)的角度 來看基本的負(fù)反饋閉環(huán)控制結(jié)構(gòu) 及其等效圖,小結(jié)： 典型的負(fù)反饋閉環(huán)控制中，包含了 “反饋”與“控制”的概念； “信息” 與“物質(zhì)、能量” 的概念及其關(guān)系； 數(shù)字量與模擬量的概念及其關(guān)系； 系統(tǒng)、子系統(tǒng)的概念及其關(guān)系。 即包含了自動化學(xué)科中的各個重要概念,同時不難發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的與自動化科學(xué)與技術(shù)學(xué)科有關(guān)的知識都能從上圖所示的典型負(fù)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(xué)科知識域中的知識（雖然只是每個知識域中的部分知識）。,負(fù)反饋閉環(huán)控制中的各部分與相應(yīng)的知識領(lǐng)域的對應(yīng)關(guān)系,自動化學(xué)科的整個知識結(jié)構(gòu)框架,自動化學(xué)科的整個知識結(jié)構(gòu)框架,自動化科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的三層知識結(jié)構(gòu)簡圖,知識體系由三層知識構(gòu)成，包括十個知識領(lǐng)域： 基礎(chǔ)知識層：三個知識領(lǐng)域， 數(shù)理基礎(chǔ)、機(jī)電基礎(chǔ)、計算機(jī)基礎(chǔ) 控制知識層：含六個知識領(lǐng)域，分別為 傳感與檢測（或信息獲取）、 網(wǎng)絡(luò)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(qū)動（或信息應(yīng)用）、 對象與建模； 系統(tǒng)知識層：含一個知識領(lǐng)域，系統(tǒng)與工程,5.1.3 自動化學(xué)科的知識體系,十個知識領(lǐng)域中， 反映自動化學(xué)科特點的五個知識領(lǐng)域是： 控制與智能、 傳感與檢測、 執(zhí)行與驅(qū)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(lǐng)域則可視為自動化學(xué)科知識體系的核心知識，也是自動化學(xué)科與其它學(xué)科的最大區(qū)別。,知識體系中各個知識領(lǐng)域包含的知識單元 列舉如下： 1） “傳感與檢測”知識領(lǐng)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(shù)、測量信號處理、機(jī)器人感知等等；,2）“網(wǎng)絡(luò)與通信”知識領(lǐng)域， 包含的知識單元有：通信原理、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多媒體、遙技術(shù)等等； 3） “計算與處理”知識領(lǐng)域， 包含的知識單元有：數(shù)字信號處理、圖像處理、模式識別、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、計算算法基礎(chǔ)、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(lǐng)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(yīng)控制、自學(xué)習(xí)控制、人工智能、智能控制、人機(jī)控制等等； 5）“執(zhí)行與驅(qū)動”知識領(lǐng)域， 包含的知識單元有：機(jī)電汽液驅(qū)動與控制、自動化儀表、光機(jī)電一體化、各種遙控器、電力電子等等；,6）“對象與建?！敝R領(lǐng)域， 包含的知識單元有：系統(tǒng)辨識與參數(shù)估計、各類系統(tǒng)建模技術(shù)、CAD仿真技術(shù)、電機(jī)原理與傳動、機(jī)械原理與結(jié)構(gòu)、 機(jī)器人原理等等； 7）“系統(tǒng)與工程”知識領(lǐng)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(shù)系統(tǒng)、離散事件系統(tǒng)、大系統(tǒng)、復(fù)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(xué)、最優(yōu)化、智能系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)、多智能體等等。,5.2.1 不同類型的知識結(jié)構(gòu)與體系的劃分 5.2.2 “實體控制”類知識結(jié)構(gòu)與體系 5.2.3 “信息控制”類知識結(jié)構(gòu)與體系 5.2.4 “模型控制”類知識結(jié)構(gòu)與體系,第5章 自動化學(xué)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(jié)構(gòu)與知識體系,三類不同的知識結(jié)構(gòu)與知識體系 指導(dǎo)思想： 針從不同的人才需求、不同的培養(yǎng)目標(biāo)，對同一專業(yè)劃分三類各有不同（各有側(cè)重、各有特色）的知識結(jié)構(gòu)與知識體系。,5.2.1 不同類型的知識結(jié)構(gòu)與體系的劃分,自動化學(xué)科研究的不同層次，分別為： “模型控制”，突出學(xué)科的數(shù)學(xué)特征； “信息控制”，突出學(xué)科的信息特征； “實體控制”，突出學(xué)科的工程特征。 學(xué)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(xué)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(jìn)行研究。,對于本科自動化專業(yè)教育，把不同的培養(yǎng)目標(biāo)與不同的研究層次聯(lián)系起來，從而得到適應(yīng)不同院校、不同專業(yè)設(shè)置需要的不同類型的知識結(jié)構(gòu)與體系，分別為： “模型控制”類知識結(jié)構(gòu)與知識體系 “信息控制”類知識結(jié)構(gòu)與知識體系 “實體控制”類知識結(jié)構(gòu)與知識體系,不同類的知識結(jié)構(gòu)體系 與不同型的自動化專業(yè)之間的關(guān)系,“實體控制”類知識結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)與體系,“信息控制”類知識結(jié)構(gòu)與體系特點： 信息的特點。學(xué)習(xí)信息科學(xué)技術(shù)的許多內(nèi)容，重點在信息的控制應(yīng)用上； 通識自動化的特點。帶有一定普遍性或共性的對象（機(jī)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(xué)習(xí)從系統(tǒng)的觀點研究信息的控制； 學(xué)科分類的特點。很大部分學(xué)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(xué)科分開設(shè)一些（二級）學(xué)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(jié)構(gòu)與體系,“模型控制”類知識結(jié)構(gòu)與體系特點： 突出堅實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、 堅實的控制理論基礎(chǔ)； 突出對典型的控制系統(tǒng)進(jìn)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(jié)構(gòu)與體系,5.3.1 自動化專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo) 5.3.2 自動化專業(yè)人才的完整知識結(jié)構(gòu) 5.3.3 自動化專業(yè)人才的素質(zhì)、能力要求,第5章 自動化學(xué)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(zhì)與能力,自動化專業(yè)對本科生的培養(yǎng)目標(biāo)是： 自動化工程師或科學(xué)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(biāo)與長遠(yuǎn)目標(biāo)兩部分： 長遠(yuǎn)目標(biāo)：使每一位學(xué)生將來都能成為自動化工程師或科學(xué)家； 近期目標(biāo)：通過四年自動化專業(yè)教育的培養(yǎng)，使每一位學(xué)生都具備自動化工程師或科學(xué)家的基本素質(zhì)、基本能力和基本完整的知識結(jié)構(gòu)。,5.3.1 自動化專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo),對自動化專業(yè)人才的 知識、素質(zhì)與能力要求綜合表,5.4.1 自動化專業(yè)的課程結(jié)構(gòu) 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(xué)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(jié)構(gòu)與課程體系,5.4.1 自動化專業(yè)的課程結(jié)構(gòu),5.4.2 “實體控制”類課程體系,針對生產(chǎn)過程自動化的參考課程結(jié)構(gòu)與體系 注：考慮到生源與培養(yǎng)目標(biāo)的差異和制訂教學(xué)計劃的見仁見智，課程結(jié)構(gòu)與