自动化学科概论名师优质课赛课一等奖市公开课获奖课件

自动化学科概论第5章自动化学科、专业知识体系与课程体系第1页自动化学科概论5.1自动化学科知识结构与知识体系5.2自动化专业知识结构与知识体系5.3自动化专业人才知识、素质与能力5.4自动化专业课程结构与课程体系第5章自动化学科专业知识体系与课程体系第2页自动化学科研究内容5.1.2自动化学科知识结构自动化学科知识体系第5章自动化学科专业知识体系与课程体系5.1自动化学科知识结构与知识体系第3页5.1.1自动化学科研究内容自动化科学与技术学科结构框架图第4页

维纳给出负反馈闭环控制结构图

5.1.2自动化学科知识结构第5页采取计算机控制经典自动化系统

第6页⑴从“反馈”与“控制”角度看负反馈闭环控制结构

第7页

⑵从信息与物质、能量角度来看基本负反馈闭环控制结构

第8页

用信息与物质、能量转换关系来表示负反馈闭环控制结构

第9页

⑶从数字量与模拟量角度看负反馈闭环控制结构

第10页

⑷从子系统角度来看基本负反馈闭环控制结构及其等效图

第11页小结：经典负反馈闭环控制中，包含了“反馈”与“控制”概念；“信息”与“物质、能量”概念及其关系；数字量与模拟量概念及其关系；系统、子系统概念及其关系。即包含了自动化学科中各个主要概念第12页同时不难发觉，几乎全部与自动化科学与技术学科相关知识都能从上图所表示经典负反馈闭环控制中反应出来，换句话说，完成一个基本系统反馈控制需要用到几乎全部自动化学科知识域中知识（即使只是每个知识域中部分知识）。

第13页负反馈闭环控制中各部分与对应知识领域对应关系

第14页自动化学科整个知识结构框架自动化学科整个知识结构框架第15页自动化科学与技术学科三层知识结构简图

第16页知识体系由三层知识组成，包含十个知识领域：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自动化学科知识体系第17页

十个知识领域中，

反应自动化学科特点五个知识领域是：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关键知识，也是自动化学科与其它学科最大区分。第18页知识体系中各个知识领域包含知识单元列举以下：1）“传感与检测”知识领域，包含知识单元有：理化生等传感器、检测与诊疗、遥测、遥感、抗干扰技术、测量信号处理、机器人感知等等；

第19页2）“网络与通信”知识领域，包含知识单元有：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；第20页4）

“控制与智能”知识领域，包含知识单元有：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；

第21页6）“对象与建模”知识领域，包含知识单元有：系统辨识与参数预计、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。

第22页不一样类型知识结构与体系划分“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章自动化学科专业知识体系与课程体系5.2自动化专业知识结构与知识体系第23页

三类不一样知识结构与知识体系指导思想：针从不一样人才需求、不一样培养目标，对同一专业划分三类各有不一样（各有侧重、各有特色）知识结构与知识体系。

不一样类型知识结构与体系划分第24页

自动化学科研究不一样层次，分别为：

“模型控制”，突出学科数学特征；“信息控制”，突出学科信息特征；“实体控制”，突出学科工程特征。学科研究不一样层次反应了研究工作者不一样研究角度，将学科划分为不一样研究层次可吸引更多工作者从不一样研究角度来进行研究。

第25页

对于本科自动化专业教育，把不一样培养目标与不一样研究层次联络起来，从而得到适应不一样院校、不一样专业设置需要不一样类型知识结构与体系，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第26页不一样类知识结构体系与不一样型自动化专业之间关系

模型控制类知识结构体系信息控制类知识结构体系实体控制类知识结构体系研究主导型自动化专业研究应用型自动化专业应用主导型自动化专业第27页“实体控制”类知识结构与体系特点：工程特点专门自动化特点：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第28页“信息控制”类知识结构与体系特点：信息特点。学习信息科学技术许多内容，重点在信息控制应用上；

通识自动化特点。带有一定普遍性或共性对象（机器、系统）信息控制问题；系统特点。经过“综合”与“集成”方法，学习从系统观点研究信息控制；学科分类特点。很大部分学生将读硕士，因而在本科阶段后半期按硕士教育学科分开设一些（二级）学科课程（称之为专业方向课程）是通常做法。

5.2.3信息控制类知识结构与体系第29页

“模型控制”类知识结构与体系特点：突出坚实数学基础、坚实控制理论基础；突出对经典控制系统进行抽象、加工、改造（使含有普适性）和分析能力。

5.2.4模型控制类知识结构与体系第30页自动化专业人才培养目标5.3.2自动化专业人才完整知识结构自动化专业人才素质、能力要求第5章自动化学科专业知识体系与课程体系5.3自动化专业人才知识、素质与能力第31页自动化专业对本科生培养目标是：自动化工程师或科学家“雏形”或“毛坯”。

包含了两重意思，或者说可分解成近期目标与久远目标两部分：①久远目标：使每一位学生未来都能成为自动化工程师或科学家；②近期目标：经过四年自动化专业教育培养，使每一位学生都具备自动化工程师或科学家基本素质、基本能力和基本完整知识结构。5.3.1自动化专业人才培养目标第32页对自动化专业人才

知识、素质与能力要求综合表总要求具体要求知识要求工具性知识、人文社会科学基础知识、自然科学基础知识、工程技术基础知识、自动化专业知识。素质要求思想道德素质、科学素质、文化素质、身心素质。能力要求获取知识能力、应用知识能力、创造知识（科研创新）能力。第33页自动化专业课程结构“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章自动化学科专业知识体系与课程体系5.4自动化专业课程结构与课程体系第34页5.4.1自动化专业课程结构第35页5.4.2“实体控制”类课程体系

针对生产过程自动化参考课程结构与体系注：考虑到生源与培养目标差异和制订教学计划见仁见智，课程结构与体系间差异可能较大。当学生学习时发觉，自己所在学校、专业课程结构、体系与后面给出参考体系有较大差异，一点也不奇怪。第36页课程结构一年级二年级三年级四年级秋季学期春季学期秋季学期春季学期秋季学期春季学期秋季学期春季学期通识教育课自然科学高等数学大学物理高等数学线性代数大学物理复变函数概率统计大学化学*数值分析*随机过程*运筹学*信息基础计算机文化程序设计语言多媒体技术*其它组（略）专业基础课电工与电子电路模拟电子技术电磁场*数字电子技术信号与系统电力电子*机械与工程工程制图机械原理计算机原理软件技术微机原理工业计算机网络PLC技术*单片机原理*嵌入式系统*控制基础自动化概论自动控制原理当代控制理论检测与传感专业基础实践机械实习电路试验电子试验电子试验自动控制试验电力电子试验微机原理试验当代控制试验检测试验专业课业基本控制自动化仪表过程系统辨识控制电机过程控制系统计算机控制运动控制系统*专业方向控制系统设计*管理信息系统*集散控制系统现场总线技术仪表抗干扰人工智能*最优控制*专业前沿过程仿真*智能控制*专业实践电机拖动试验专业课试验生产实习课程设计毕业设计第37页5.4.3“信息控制”类课程体系“信息控制”类参考课程体系之1——分专业方向

（见书）之2——不分专业方向（见下表）第38页课程结构一年级二年级三年级四年级秋季学期春季学期秋季学期春季学期秋季学期春季学期秋季学期春季学期通识教育课自然科学工科数学分析大学物理工科数学分析线性代数大学物理复变函数概率统计大学化学*数值分析随机过程*运筹学信息基础计算机文化程序设计语言多媒体技术*其它组（略）专业基础课电工与电子电路模拟电子技术电磁场数字电子技术信号与系统电力电子*机械与工程工程制图机械原理计算机原理软件技术微机原理工业计算机网络PLC技术*单片机原理*嵌入式系统*DSP*控制基础自动化概论自动控制原理当代控制理论检测与传感控制系统仿真专业基础实践机械实习电路试验电子试验电子试验自动控制试验电力电子试验微机原理试验当代控制试验检测试验专业课基本控制电机与拖动运动控制系统过程控制系统计算机控制专业方向当代检测技术*数字信号处理*管理信息系统*系统工程*人工智能*最优控制*CIM系统*楼宇自动化*专业前沿智能控制*机器人控制*信息融合*专业实践电机拖动试验专业课试验生产实习课程设计毕业设计第39页5.4.4“模型控制”类课程体系“模型控制”类自动化专业参考课程体系第40页课程结构一年级二年级三年级四年级秋季学期春季学期秋季学期春季学期秋季学期春季学期秋季学期春季学期通识教育课自然科学数学分析大学物理数学分析线性代数大学物理复变函数概率统计数值分析当代生物学*数理方程近代物理*随机过程运筹学离散数学*泛函分析*信息基础计算机文化程序设计语言电子