劉立衡+劉久斌

【摘要】“智能控制”是熱工自動化專業(yè)開設的一門重要的專業(yè)課。在授課過程中通常存在課程內(nèi)容繁雜、實例較少、學生重視不夠、以及考核成績比例不合理等問題。本文針對這些問題探討了相應的解決方法。

【關鍵詞】智能控制 熱工自動化 教學研究

【中圖分類號】G42 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）49-0239-01

1.智能控制課程特點

智能控制是一門新興學科。它將控制理論的方法和人工智能技術結(jié)合起來，適用于控制復雜和不確定的被控對象[1]。涉及到具體內(nèi)容又包含有如下幾個分支：專家控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)路控制以及遺傳算法等。其中，每個分支又是一門獨立學科?？傊?，智能控制是一門，包含內(nèi)容較多，難度較大，實踐性較強的課程。

2.智能控制當前教學中存在的問題

（1）學生重視不夠，學習效果不佳。

（2）現(xiàn)場實例較少，教學內(nèi)容相對偏理論。

（3）課程內(nèi)容復雜，學習過程難以把握重點，學生興趣不高。

（4）考試成績組成比例不合理。

3.對于當前熱自專業(yè)教學過程中相關問題的解決辦法

（1）針對學生重視程度不夠的問題，可考慮將課程安排提前。本課程通常安排在大四上學期進行，在本學期，學生為畢業(yè)工作、復習考研等問題所占精力較多，對課程重視不夠，從而學習效果不佳。因此，可以考慮將本課程安排在大三下學期進行。從而使學生能把更多精力放在本課程的學習上。此外，在授課過程中，要采取相應手段，讓學生增加對課程的認識和興趣，增強學習效果。

（2）增加現(xiàn)場實例，提升實例講解在課程中所占比重。對于熱工過程自動化專業(yè)來說，應當盡可能多的加入現(xiàn)場實例，針對具體實例，對比原來傳統(tǒng)的控制策略和智能控制方法的優(yōu)劣，讓學生真實體會到智能控制方法的優(yōu)勢所在，從而增加學習興趣。在實例選擇過程中，應盡可能選擇具有代表性的，簡明清晰的例子，而對過于復雜的實例應予以舍棄。

（3）針對具體內(nèi)容的教學，應做到注重概念，條理清晰，流程明確。對于本課程來說，主要內(nèi)容包含如下幾部分：緒論、專家控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制等幾部分。

①針對緒論部分的講解，應首先讓學生了解智能控制的概念，應用范圍，和傳統(tǒng)控制相比的優(yōu)勢所在，以及智能控制的組成和發(fā)展等，最后簡單概述智能控制的幾個分支。在此部分，通過動畫、圖片等多媒體方式，讓學生感性了解智能控制在現(xiàn)代科技中的一些應用，提高學生的學習興趣。對于本專業(yè)學生來說，還應通過一些現(xiàn)場實例，讓學生了解傳統(tǒng)控制在電廠應用中的不足之處，增加其學習動力。

②針對專家控制系統(tǒng)部分，首先應該使學生明確一些概念：如，專家系統(tǒng)、專家控制、直接型專家控制器、間接型專家控制器等。通過具體實例講解，從而能夠使學生了解這些概念的異同。其次，引導學生掌握專家控制的一般流程，如知識庫的設計，推理的過程等。最后，通過講授引導學生能掌握專家PID控制的一個實例，了解專家規(guī)則在控制中的實際應用，并能夠通過Matlab程序?qū)ζ渲械囊?guī)則針對不同的被控對象進行優(yōu)化。

③針對模糊控制部分的教學，首先應當使學生掌握模糊數(shù)學的基本內(nèi)容，主要有如下幾方面：模糊集合的相關概念以及運算，隸屬函數(shù)，模糊關系運算以及模糊推理。在模糊集合的講授過程中，應當注意加強對比，使學生明確模糊集合和普通集合之間的差別，從而掌握模糊集合的概念。在隸屬度函數(shù)的講授過程中，讓學生明確模糊隸屬度函數(shù)的種類及特點，以及如何用Matlab函數(shù)實現(xiàn)。在模糊關系運算和模糊推理講授過程中，明確模糊關系合成規(guī)則以及模糊推理的種類后，應通過合成的方法和削頂法的對比，讓學生充分體會到削頂法的優(yōu)勢所在。對于模糊關系方程求解部分來說，在學會模糊關系合成基礎上，可引導學生通過列舉法掌握。

其次，在掌握模糊數(shù)學基礎部分后，即進入模糊控制部分的講授。對于模糊控制部分來說，應通過一維、二維模糊控制器的設計，讓學生理解模糊控制的一般設計流程，并能通過Matlab編程實現(xiàn)。學習過程中通常應遵從由簡入難的一個過程，從而掌握觀測量與控制量的選擇、定義模糊集、設定模糊規(guī)則、建立模糊控制表、模糊推理以及反模糊化等這樣一個模糊控制設計的一般流程。此部分難點是模糊論域確定、模糊規(guī)則建立以及模糊推理和解模糊。模糊論域的確定和模糊規(guī)則的建立通常需要具有豐富的設計經(jīng)驗來確定合適的參數(shù)和規(guī)則。對于模糊推理和解模糊的過程，通過板書講解效果較好。之后通過模糊洗衣機以及模糊PID的兩個實例，讓學生加深對模糊控制認識。在講述兩個實例時，模糊洗衣機為開環(huán)控制，側(cè)重于讓學生鞏固模糊控制的設計流程，特別是模糊規(guī)則建立、推理及解模糊的內(nèi)容；而模糊PID控制則為閉環(huán)控制，在講述時，應讓學生明白模糊控制的本質(zhì)，以及和模糊PID控制的區(qū)別所在。

最后，簡單介紹模糊控制的發(fā)展方向如自適應模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡模糊控制等即可。

④對于神經(jīng)網(wǎng)絡控制部分的教學，首先應讓學生建立神經(jīng)網(wǎng)絡的一般概念。在這個過程中，主要包含：明確神經(jīng)網(wǎng)絡的意義，了解神經(jīng)網(wǎng)絡原理、分類及學習算法，以及典型神經(jīng)網(wǎng)絡詳解，如BP神經(jīng)網(wǎng)絡和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡。在典型神經(jīng)網(wǎng)絡講解過程中，通過逼近、模式識別的例子，讓學生掌握神經(jīng)網(wǎng)絡層次結(jié)構(gòu)設計、初始參數(shù)設置、梯度下降法權值調(diào)整策略，以及BP網(wǎng)絡和RBF網(wǎng)絡兩者的區(qū)別。

其次，學生建立神經(jīng)網(wǎng)絡一般概念后，即可進行神經(jīng)網(wǎng)絡控制部分的講授。本部分內(nèi)容主要包含神經(jīng)網(wǎng)絡監(jiān)督控制，神經(jīng)網(wǎng)絡直接逆控制，神經(jīng)網(wǎng)絡自適應控制，神經(jīng)網(wǎng)絡內(nèi)?？刂?、神經(jīng)網(wǎng)絡預測控制和神經(jīng)網(wǎng)絡自適應評判控制等。授課過程中，控制器設計推導部分用板書講解效果較好，而對于程序?qū)崿F(xiàn)及仿真建議采用多媒體技術，從而使學生在掌握理論部分內(nèi)容后，能對設計結(jié)果建立直觀認識，增加學生的動手實踐能力。

最后，本部分內(nèi)容的作業(yè)形式應以Matlab程序編制為主，通過參考課本實例，能夠獨立修改相關程序?qū)崿F(xiàn)對特定對象的控制。

（4）本課程相對來說實踐性較強，對于期末考核來說，若將考試筆試部分所占比例過高不甚合理，無法客觀反映出學生對所學知識的掌握。因此，應提高平時成績所占比例，特別是作業(yè)、實驗成績所占比例。

4.結(jié)語

智能控制是一門較新的、實踐性較強的學科。在我校熱自專業(yè)實際教學過程中，通常存在內(nèi)容繁雜、實例少、學生重視不夠以及考試方式不合理等問題。我校作為一所工科學校，側(cè)重于對學生動手實踐能力的培養(yǎng)，因此，教師應當在授課過程中，降低過于復雜的理論所占比重。課程講授重點應放在智能控制算法的設計流程、和傳統(tǒng)控制效果對比上。授課時還應協(xié)助學生理清知識脈絡，并盡可能多的搜集具有代表性的現(xiàn)場相關實例進行講解。在此過程中，應引導學生掌握Matlab這一強有力的輔助軟件。在實際授課過程中，教師還應當善于將復雜問題簡單化，尊重學生在教學中的主體地位，增加學生實際動手的機會，從而增強其實踐能力，讓學生在這個過程中獲得成就感，從而獲得較好的授課效果。針對學生重視不夠的問題，建議將課程安排提前。在期末考試時，應當增加平時成績，特別是實踐作業(yè)以及實驗成績所占比例，降低期末筆試考試所占比例，從而更能從客觀上掌握學生對課程知識的接受程度。

參考文獻：

[1]劉金琨.智能控制.北京： 電子工業(yè)出版社，2014.endprint