控制工程——攻读硕士学位研究生培养方案
发布人:高宏霞  发布时间:2016-10-08   浏览次数:1035


控制工程 (代码085210

攻读硕士学位研究生培养方案

一.学科专业简介

控制工程专业领域是一门涉及自动控制技术、传感检测技术、仪器仪表技术、计算机技术等多学科交叉的新型学科,在工程和科学技术发展过程中,起着非常重要的作用。本专业领域的培养以掌握现代控制工程基础理论、方法和技术为基础,培养智能控制技术、机器人技术、自动控制与自动化装置、过程控制与优化、现代传感技术、智能检测与信息处理等技术方面的应用研究与技术开发能力。培养现代工业、农业、国防自动化设备中控制系统和装置研究、设计、开发、管理、维修的高级工程技术人才。

.研究方向

1.检测技术与自动化装置

主要开展工业过程参数检测技术与方法研究,包括工业流量、液位等参数检测技术研究与自动化仪表设计;电力参数检测与故障诊断;工业与民用三表及其远程抄表技术研究;工业机器人与智能系统应用研究;铀资源勘查与核辐射环境监测技术及仪器设计。

2.控制理论及应用

主要开展面向运动与工业过程控制技术与方法的研究,包括复杂控制系统控制算法研究;机电一体化设备优化控制;工业生产过程的建模与仿真,面向大型企业信息化技术与应用;工业与民用大型设备的智能控制技术与方法;计算机视觉及机器学习。

3.核地学探测与现代传感技术

主要开展核辐射探测技术及方法研究,包括核辐射探测器件、核地学深部探测方法及相关应用系统研究;紫外、可见与近红外光电探测器件及应用系统的研发;基于微电子工艺的微纳传感器件、执行部件与新能源器件及应用系统的研发。

三.培养目标

1.热爱祖国,遵纪守法,品德高尚,学风严谨,具有强的事业心和团结协作精神,积极为国家建设服务,有社会责任感

2.以行业对控制工程高层次应用型人才特殊需求为导向,坚持面向地方经济社会和控制工程领域重大实际应用,以职业素养和工程实践能力的提高为主线与企业共建人才培养体系;依托工程项目,确定工程硕士研究生研究方向,侧重培养检测技术与自动化装置、控制理论及应用、核地学探测与现代传感技术等方向的高层次应用型人才;逐步形成以实际工程项目或技术研发项目为载体,工学结合、校企联合的高层次应用型人才培养特色。

3.具有良好的素质、严谨的科学态度、实事求是的学风和理论联系实际的工作作风。

4.身心健康状况良好。


  1. 课程设置

(另附)


五.课程简介

(一)数值分析

1.课程目标:

要求学生牢固掌握数学分析、高等代数等基础数学中常用的、行之有效的数值计算方法;

掌握从实际问题出发,建立数学模型,将数学模型问题转换成数值问题,进而研究求解数值问题的数值方法,并设计出相应的数值算法。

了解以计算机和数学软件为工具,以数学模型为基础进行模拟计算研究的工作方法。

2.课程内容:《数值分析》是电子科学技术专业的一门重要基础课程,属核心必修课。其任务在于研究用计算机求解各种数学问题的数值方法及其理论,是程序设计和对数值结果进行分析的依据。本课程理论严谨,实用性强。为学生毕业后从事与电路系统理论分析及系统设计等相关工作提供一定的数理分析和方法基础。

本课程主要包括:绝对误差、相对误差和有效数字的概念及其对数值计算的影响;拉格朗日、三次样条、正交多项式、曲线拟合的最小二乘法等多种插值与逼近计算;数值积分与数值微分;非线性方程的数值解法;线性代数方程组的数值解法以及蒙特卡罗模拟方法等。

要求理论学习与实验教学相结合,插值法、函数逼近、数值积分与数值微分、常微分方程初值问题的数值解法、方程求根、解线性方程组的直接方法、解线性方程组的迭代法、矩阵的特征值与特征向量计算、蒙特卡罗模拟等环节开设上机编程实验。

3.教学方式:集中授课+上机实验+讨论。

4.考核方式:闭卷考试+实验报告。

5.预修课程:《高等数学》、《线性代数》、《C语言程序设计》

6.教材及参考书目:

[1]沈剑华编.2006.数值计算基础.上海:同济大学出版社.

[2]白峰杉编.2004.数值计算引论.北京:高等教育出版社.

[3]丁丽娟编.1997.数值计算方法.北京:北京理工大学出版社.

(二)微弱信号检测与处理

1.课程目标:

学习微弱信号与噪声的基本概念;掌握噪声源和噪声特性分析;

学习微弱信号检测方法,学习干扰抑制方法、微弱信号处理电路、相关检测方法、自适应抵消方法。

学习随机信号与参数估计基础理论;

学习现代谱估计、自适应滤波、高阶信号分析、时频信号分析的线性变换与非线性变换方法等现代信号处理方法。

2.课程内容:

学习微弱信号检测与随机噪声基础知识,放大器的噪声源和噪声特性分析;学习干扰噪声及其抑制方法、锁定放大器的设计、取样积分与数字式平均处理方法、相关检测方法、自适应噪声抵消方法。学习随机信号、参数估计理论、现代谱估计、自适应滤波、高阶信号分析、时频信号分析的线性变换与非线性变换方法。

3.教学方式:集中授课(36学时)+课堂讨论(4学时)。

4.考核方式:闭卷考试+读书报告(或小论文)。

5.预修课程:《随机过程》、《信号与系统》、《数字信号处理》

6.教材及参考书目:

[1]高晋占译著.微弱信号检测,北京:清华大学出版社,2004.

[2]张贤达著.现代信号处理.北京:清华大学出版社,2002

(三)现代控制工程基础

1.课程目标:

1)掌握自适应控制、神经网络控制的基本原理;

2)掌握用MATLAB编自适应控制、神经网络控制计算程序的方法,以及仿真验证方法;

3)掌握用嵌入式系统等实现自适应控制器和神经网络控制器的方法。

2.课程内容:

本课程主要讲解自适应控制的三种主要类型:模型参考控制、自校正控制和预测控制;讲解智能控制的主要分支—神经网络控制的基本原理和方法。讲述RBF神经网络、BP神经网络和小脑神经网络在PID控制、内模控制和多变量控制的应用,介绍先进控制技术在机器人,智能设备,交通工具,化工生产过程等行业的典型应用。先进控制技术主要解决复杂的非线性、不确定、不确知、时滞、时变系统的控制问题,开发用FPGAARMDSP、智能仪表等工具实现的先进控制器的硬件和软件产品。修课的研究生应掌握自适应控制、神经网络控制的基本原理与推导过程,掌握选用控制系统结构的方法,整定控制器参数的方法,用MATLAB对先进控制算法进行仿真验证和参数优化的方法,了解开发基于嵌入式系统的先进控制器的实验手段。

3.教学方式:集中授课+课程设计+讨论。

4.考核方式:闭卷考试。

5.预修课程:《自动控制原理》、《控制系统MATLAB仿真》。

6.教材及参考书目:

[1] 毛志忠、常玉清. 先进控制技术(2012年第一版). 北京:科学出版社。

[2] 俞金寿. 工业过程先进控制技术(工程硕士专业规划教材, 2008年第一版).上海:华东理工大学出版社.

[3]徐丽娜. 神经网络控制(十一五国家级规划教材,2009年第一版)北京:电子工业出版社.

[4]蔡自兴, 余伶俐, 肖晓明. 智能控制原理与应用(第2版)北京:清华大学出版社. 2013

[5]刘豹,唐万生. 现代控制理论(第3版).北京:机械工业出版社.

[6] Cecil L. Smith. Advanced process control Hoboken (New Jersey, U.S.A): Wiley, 2010.

[7](美)Karl Johan Astrom,Bjorn Wittenmark. 自适应控制(2版英文影印版) (国外高校电子信息类优秀教材) 北京:科学出版社. 2003.

[8]H.S.Tsien(钱学森).Engineering cybernetics . s,n press. 1954.

(四)嵌入式系统原理及应用

1.课程目标:

学习和掌握主流的几种嵌入式系统的基本概念、构成原理、操作系统等内容;

ARM体系结构为主了解32位嵌入式系统内核硬件及指令系统,并掌握一般ARM应用系统开发技术与开发方法;

2.课程内容:ARM框架是目前嵌入式系统应用中占主导地位的32位微处理器/微控制器的框架。本课程主要以32ARM系统结构为主讲授嵌入式系统概念、嵌入式系统硬件结构、指令系统,嵌入式系统硬件设计、嵌入式系统硬件协同开发技术、基于ARM嵌入式系统的开发实践与开发环境。重点为各种嵌入式处理器的工作原理、硬件系统构成、软件设计方法和设计实例。

要求学生掌握嵌入式系统的基本概念与应用发展,掌握典型嵌入式系统芯片的结构、性能和指令系统,了解典型嵌入式操作系统的机理与软硬件裁减方法,在嵌入式操作开发环境的支撑下,掌握开发嵌入式系统的基本方法与实践手段。

3.教学方式:集中授课+实验+讨论。

4.考核方式:考试+设计报告。

5.预修课程:《单片及原理及应用》、《微机原理与接口技术》、《C语言程序设计》

6.教材及参考书目:

[1]桑楠.2002.嵌入式系统原理及应用开发技术.北京:北京航空航天大学出版社.

[2]周立功.2005.ARM嵌入式系统基础教程.北京:北京航空航天大学出版社.

[3]许海燕.2002.嵌入式系统技术与应用.北京:机械工业出版社.

[4]陈向群译.2005.嵌入式系统软件教程.北京:机械工业出版社.


(五)控制工程学科前沿

1.课程目标:
了解控制工程及相关学科发展历史、重大科技创新、相关产业发展过程等内容;

了解控制工程学科在科学研究、技术发展和产业领域等方面的最新进展。

课程内容:

概述性地讲述控制工程学科概况、内涵、控制系统理论与应用研究基础等内容;按专题介绍工业流量检测新技术、工业与民用三表(或四表)远程抄表新技术;介绍冶金参数检测与连铸中间包钢水液位测量方法;高压电晕放电的氡子体采样新方法及装置;非线性关联复杂系统的仿生态模型和协调性优化;钢铁企业能源管理系统与优化控制技术;基于非同阶多模型切换的AUV运动控制模型集在线优化;航拍SAR图像处理与图像分割方法;核辐射探测器件与紫外、可见与近红外光电探测器件及应用;核脉冲信号的最优化数字滤波成形方法与高速实现技术。
3.
教学方式:集中授课(
36学时)+课堂讨论(4学时)。

4.考核方式:闭卷考试+读书报告(或小论文)。

5.预修课程:《检测与传感器技术》、《自动控制原理》、《控制系统仿真》

6.教材及参考书目:

[1] 中国科学技术协会.控制科学与工程学科发展报告2012-2013.北京:中国科学技术出版社,2014.

[2]中国科学技术协会.控制科学与工程学科发展报告2007-2008.北京:中国科学技术出版社,2008.


(六)系统建模与仿真

1.课程目标:

该课程有助于硕士研究生增加过程工业原理知识与实践知识的理解,可以用于毕业论文阶段进行仿真建模和仿真实验的技术指导。通过本课程的学习可使研究生熟悉MATLAB编程、掌握系统如何建模、如何辨别所建立模型的好坏,掌握如何进行系统仿真、系统建模与判断系统模型间误差等。

2 课程内容:

1)系统建模部分包括:数学模型与系统建模; 数学建模的基本方法;数学模型常用的表述形式工程系统常用的数学模型;数学模型之间的转换;常用系统建模方法等;(2)系统仿真方法(MATLAB仿真)主要包括:系统仿真概述; 数字仿真算法; 稳定性分析与计算步长的选择;仿真算法的选择; 建模与仿真的可信度评估;(3) 非线性系统的建模与仿真主要内容包括: 非线性系统的数学模型; 非线性系统的数字仿真; 非线性系统自由振动的建模与仿真;非线性系统强迫振动的建模与仿真;(4)分布参数系统的建模与仿真,内容包括: 分布参数系统的数学描述; 典型的分布参数系统实例;(5) 随机系统的建模与仿真,主要内容包括: 随机系统基本知识; 随机系统模型简介;随机变量的分布参数估计; 随机系统的仿真方法;几种常见的模型;系统辨识; 随机系统建模与仿真实例。

3.教学方式:集中授课(34学时)+专题介绍(6学时)。

4.考核方式:根据结课要求每人提交一份指定系统建模与仿真节的研究报告。

5.预修课程:矩阵论;自动控制原理、机电学、MATLAB编程等

6.教材及参考书目:

[1] 齐欢,王小平.系统建模与仿真(2版)(全国工程硕士专业学位教育指导委员会推荐教材),清华大学出版社,201312

[2] 刘思峰方志耕朱建军沈洋.系统建模与仿真.科学出版社,20126月。

[3] 于群. MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真. 机械工业出版社,20115.

(七)机器人技术与应用

1.课程目标:

本门课程是培养学生具有机器人设计和使用方面基础知识的专业选修课,主要研究机器人的结构设计与基本理论。通过本课程的学习,可使学生掌握机器人基本概念、机器人运动学理论、机器人机械系统设计、机器人控制等方面的知识。其主要任务是培养学生:

  1. 掌握机器人运动系统设计方法,具有进行总体设计的能力;

  2. 掌握机器人整体性能、主要部件性能的分析方法;

  3. 掌握机器人常用的控制理论与方法,具有进行工业机器人控制系统设计的能力;

  4. 了解机器人的新理论,新方法及发展趋向。

2.课程内容:

机器人的定义和分类;机器人的应用;机器人的坐标形式及其各自的优缺点;机器人外形结构;机器人内部机构及原理和设计要求;机器人机身和臂部的作用及设计应注意的问题;机器人的驱动方式及特点;机器人手爪设计的注意事项及夹钳式手部传动机构的设计内容;机器人关节的驱动、传动和减速器的特点、结构、工作原理;机器人常用的几种直流电机及其优缺点;步进电机的工作原理;齐次坐标;齐次变换及其几何意义;向量的平移、旋转变换;构件空间位置与姿态的描述;构件坐标系的确定;机器人坐标系的建立;机器人机构运动学;机器人的控制特点和策略;伺服系统的基本概念;机器人控制的硬件系统;、单自由度机器人的控制等。

3.教学方式:集中授课(36学时)+课堂讨论(4学时)。

4.考核方式:根据结课要求每人提交一份有关机器人设计的研究报告。

5.预修课程:线性代数;自动控制原理、机电学、控制电机等

6.教材及参考书目:

[1]朱世强.2001.机器人技术及应用.杭州:浙江大学出版社.

[2]蔡自兴.2009.机器人学基础.机械工业出版社.

[3]萨哈. 2010,机器人导论,机械工业出版社.

(八)神经网络及应用

1.课程目标:通过本课程的教学,使学生了解人工神经网络的发展和应用前景,理解人工神经网络的基本概念、原理和方法,初步掌握人工神经网络的设计及软件应用方法,能够结合专业实际设计运用人工神经网络软件模型解决具体问题。

2.课程内容:1)神经网络模型的基本理论;2)神经网络的结构设计﹑实现算法;3)基于MATLAB的神经网络实现技术平台;4)神经网络在工程中的应用背景和实例;5)神经网络理论的发展与前沿问题。

3.教学方式:集中授课(28学时)+课堂讨论(4学时)。

4.考核方式:开卷考试+读书报告(或小论文)。

5.预修课程:《高等数学》、《离散数学》、《计算方法》《线性代数》

6.教材及参考书目:

[1]朱大奇等. 2006.人工神经网络原理及应用.北京:科学出版社.

[2]张立明编著. 1993.人工神经网络的模型及其应用.上海:复旦大学出版社.

[3]韩立群. 2006.人工神经网络教程.北京:北京邮电大学出版社.

[4]高隽. 2007.人工神经网络原理及仿真实例.北京:机械工业出版社

(九)智能仪器原理与设计

1.课程目标:学习智能仪器中数字量的输入、输出;智能仪器中模拟量的输入、输出;智能仪器的人机对话通道;智能技术;智能仪器中的通信技术;智能仪器的抗干扰技术;智能仪器的系统设计。

2.课程内容:学习智能仪器的基本工作原理和各部分的设计方法,内容包括:智能仪器的组成结构、原理与设计方法;基于Keil CC51编程技术;开关量信号输入/输出设计及应用举例、模拟信号输入/输出接口电路就程序设计及其应用举例;微处理器系统设计;人机接口设计;实时时钟设计;通信接口设计;监控程序设计;数据处理程序设计;智能仪器应用设计举例及其可靠性设计等。。

3.教学方式:集中授课(28学时)+课堂讨论(4学时)+实验与实践(8学时)。

4.考核方式:闭卷考试+读书报告(或小论文)。

5.预修课程:《电子技术基础》、《传感器原理与应用》、《微机原理与接口技术》

6.教材及参考书目:

[1]朱欣华等.2011.智能仪器原理与设计.北京:中国计量出版社.

[2]李昌禧.2005.智能仪表原理与设计.北京:化学工业出版社.

(十)现代检测技术

1、课程目标:

了解检测系统的基本构成、传感器的基本特性、测量误差和数据处理等基本概念和要点。通过学习基本传感器与现代传感器原理的组成、结构,掌握传感器及检测系统的原理、结构和应用的一般规律。

2、课程内容:

学习现代检测技术的数字化、微型化、智能化、集成化、网络化。了解检测系统的基本构成、传感器的基本特性、测量误差和数据处理等基本概念,熟悉先进传感器的基础效应和敏感原理;基于先进传感基础效应与机理的先进传感器,掌握集成式传感器、谐振式传感器、光电传感器、纳米传感器、智能化传感器、MEMS传感器、移动机器人传感器、流量传感器、核辐射传感器、电磁传感器等;掌握现代传感与检测技术在工业领域及核地学探测领域的典型应用,熟悉多源传感器信息融合技术及无线传感器网络技术。

3.教学方式:集中授课(36学时)+课堂讨论(4学时)

4.考核方式:闭卷考试+读书报告(或小论文)

5.预修课程:电子技术基础、大学物理、单片机原理及应用、C语言程序设计

6.教材及参考书目:

[1]徐兰英主编.2015.《现代传感与检测技术》. 国防工业出版社.

[2]林玉池.2009.现代传感器技术与系统.北京:机械工业出版社.

[3]樊尚春.2011.现代传感技术.北京:北京航空航天大学出版社.

[4]孙传友、张一主编.2012.《现代检测技术及仪表》.高等教育出版社.

[5]余成波、陶红艳编著.2014.《传感器与现代检测技术》.清华大学出版社.

(十一)过程控制

1.课程目标:

1)掌握过程控制系统的基本概念和基本原理

2)掌握典型过程控制环节的建模方法与模型验证方法

3)掌握常用过程控制系统结构与设计要领

4)了解新型复杂过程控制系统的结构、特点

2.课程内容:

本课程主要讲解过程控制的三个模块:控制仪表与装置、过程控制系统模型与过程控制方法、计算机控制系统等。着重介绍面向企业生产过程控制常用设备原理、控制方法和具体实现。介绍过程控制的基本概念、过程控制常用的检测仪表包括温度、压力、流量和液位检测仪表的原理;过程通道的信号处理及调节仪表,包括各种变送器和调节器;过程控制系统常见的执行器原理及其应用,如电动执行器、气动执行器等;过程控制对象的动态特性与数学模型建立。针对常见的储液槽、加热炉、换热器等工业设备,引导学生思考过程建模的方法;常见的典型过程控制系统及常见算法,学习单回路、串级、前馈、比例、大时延等系统的构建方法和使用原则;计算机控制系统的构成及其实现,复杂控制系统。采用计算机实现过程控制的方法,工厂级集散控制与现场总线控制系统的概念与方法等;过程控制系统的应用实例。通过本课程的学习,使研究生掌握过程控制领域常用工业过程系统分析、设备选型和系统设计的技能,并初步掌握系统建模、系统优化和系统实施等方面的思路和方法,培养研究生积累扎实的专业基础知识和一定水平的科研能力。

3.教学方式:集中授课+课程设计+讨论。

4.考核方式:平时考核+读书报告。

5.预修课程:《电路》《电子技术基础》《自动控制原理》。

6.教材及参考书目:

[1] 俞金寿、蒋慰孙,过程控制工程(3),北京:电子工业出版社,2007

[2] 牛培峰,过程控制系统,北京:电子工业出版社,2011

[3] 施仁,自动化仪表与过程控制,北京:电子工业出版社,2011

[4] 张井冈,过程控制与自动化仪表,北京:北京大学出版社,2007

[5] 毛志忠、常玉清. 先进控制技术(2012年第一版). 北京:科学出版社。

[6] 俞金寿. 工业过程先进控制技术(工程硕士专业规划教材, 2008年第一版).上海:华东理工大学出版社.

[7] Katsuhiko OgataModern Control Engineering,北京:电子工业出版社,2015

[8](美)Karl Johan Astrom,Bjorn Wittenmark. 自适应控制(2版英文影印版) (国外高校电子信息类优秀教材) 北京:科学出版社. 2003.

(十二)计算机控制系统

1 课程目标:

通过本门课程的学习,有助于学生将所学的计算机、控制理论、自动化仪表、模拟电路和数字电路等专业知识综合起来,构成完整的计算机控制系统。

2课程内容简介

本课程主要内容包括:直接数字控制系统(DDC)、集散控制系统(DCS)、现场总线控制系统(FCS)和可编程控制器系统(PCSPLC)。这4类典型系统代表了当今计算机控制系统的精华。课程内容:(1DDC系统的概述,包括:DDC系统的形成和发展,DDC系统的体系结构。(2DDC系统的算法,包括:常规DDC算法,即数字PID算法和现代DDC算法,即最优控制算法和预测控制算法。(3DDO系统的硬件,包括DDC系统的主机单元,DDC系统的输入输出单元,DDC系统的人机接口单元及DDC系统的抗干扰技术。(4DDC系统的软件,包括DDC系统的控制运算软件,输入输出软件,人机接口软件及监控组态软件。(5)集散控制系统(DCS),包括DCS的概述DCS的控制站,DCS的操作员站,DCS的工程师站及DCS的应用设计。(6)现场总线控制系统(FCS),包括FCS的概述,FCS的现场总线,FCS的现场控制层及FCS的应用设计。(7)可编程控制器系统(PCS),包括PCS的概述,PCS的指令系统及PCS的应用设计。

3 教学方式:集中授课(36学时)+课堂讨论(4学时)。

4.考核方式:闭卷考试+读书报告(或小论文)。

5.预修课程:《自动控制原理》、《PLC技术及其应用》、《过程控制》

6.教材及参考书目:

[1]计算机控制系统,王锦标著。清华大学出版社,20089.

[2]微机控制系统及其应用,薛钧义著。西安交通大学出版社,2003.









附.课程设置

类别

课程编号

课程名称

学时

学分

学期

备注

学位课程

公共基础课

中国特色社会主义理论与实践研究

36

2

必修5个学分

英语(Ⅰ、Ⅱ)

144

3

专业必修课

数值分析

40

2

4门课

必修8个学分

12060104

微弱信号检测与处理

40

2

12060301

现代控制工程基础

40

2

12060302

嵌入式系统原理及应用

40

2

非学位课程

专业选修课

12060303

控制工程学科前沿

40

2

原则上提供不超过10门课程供学生选择

学生根据研究方向选修至少10个学分

5-6门课)

(学制为2

6个学分)

12060103

系统建模与仿真

40

2

12060108

机器人技术与应用

40

2

12060202

智能仪器原理与设计

40

2

12060113

现代检测技术

40

2

12060304

过程控制

40

2

12020301

计算机控制系统

40

2

12060108

神经网络及应用

40

2

公共选修课

素质教育课(第二外国语60学时2学分;科研技能类、人文素养类课程为20学时1学分;体育30学时1学分)和跨学科选修课(30学时1学分)

至少4学分

补修课程

针对跨专业录取的研究生,由研究生指导教师指定

不计学分

必修培养环节

生产实践

6

任一环节未完成将不能申请答辩

至少8个学分

文献综述

1

开题报告

1

毕业总学分

35