《模糊控制》课程教学改革研究与实践

《模糊控制》课程教学改革研究与实践?含糊控制》课程教学改革研究与实践

中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324〔2022〕25-0177-02

一、引言

控制理论经历了经典控制和现代控制两大重大阶段后，已经相当完善。然而，当遇到系统规模庞大化、结构复杂化及参数随机性等情况，传统控制理论的纯正数学解析结构就难以获得了。因此，无法采用常规的控制理论进行定量分析。此时，出现了某些仿人工智能的项目控制与信息处理系统，智能控制应运而生。其中，含糊控制是智能控制中适应面宽广且容易遍及的一个重要分支，它在一些非线性或难以建立系统数学模型的项目控制中，发挥着重要的作用。含糊控制把含糊汇合理论和含糊逻辑推理作为根底，通过含糊理论转换成数学函数，再利用计算机进行处理。伴随控制对象的复杂性、非线性、滞后性和耦合性逐步增加，人们获得精确知识量的能力相对减少了，随之运用传统精确控制的可能性也相伴减小。所以，“含糊概念〞更适合于人们的察看、思维、理解与决策。含糊控制是一种基于语言规那么与含糊推理的高级控制策略和新颖技术，它被广泛应用于各种复杂的控制系统中，并发挥其独特的优势。含糊控制技术是一项新兴的技术，如何能在有限的教学学时内获得最好的教学效果，如何使学生熟练地掌握课程所学内容，并培养学生的项目实践和科研创新能力，是一个亟需解决的问题，其关键是在教学过程中的教学办法上要与时俱进，不断创新。笔者结合自身对?含糊控制》课程的教学实践，分析了课程特性及存在的关键问题，并从教学内容、教学办法、教学伎俩、实践教学研究等几方面阐述了教学改革的措施。

二、课程特性分析

1.?含糊控制》理论性强，内容抽象。含糊控制技术首要特性是其理论性强，波及面广，尤其是运用数学的力度较大，抽象性强，逻辑运算复杂。首先，?含糊控制》主要以含糊数学为根底，课程的学习要求具备扎实的数学功底。?含糊数学》是一门新的学科分支，其理论深奥、概念抽象。所以，想要学好?含糊控制》，必须在学习前掌握含糊数学的理论知识，特别是对含糊汇合论的隶属函数概念、含糊关系及其运算等的熟练掌握。此外，含糊控制是基于含糊汇合理论和含糊逻辑推理，用以模拟人类思维方式的一种计算机数字控制办法，其核心是含糊规那么和含糊逻辑推理。因此，必须熟练掌握含糊规那么并进行含糊逻辑推理，最终才能实现自动控制。

2.隶属度与概率的概念完全不同。隶属函数反映的是含糊性，而概率反映的是随机性。“概率论〞针对的现象均是随机现象，事件发生与否完全取决于条件是否充沛，事件的发生结果只能有“是〞或“否〞两种可能性，属于一种精确逻辑。然而，含糊汇合研究和处理的是含糊现象，事件的发生满足含糊逻辑。含糊逻辑认为事物在形态和类属上具有亦此亦彼、模棱两可性，相邻中介之间是相互交叉和彼此渗透的，其中介状态之间的界限也是不清楚的、含糊不清的。因此，只能用附属于某概念的程度即隶属度来表示。

3.含糊控制与传统控制紧密联系、相辅相成。含糊控制虽然有它自己的特殊应用领域，但它与其他的传统控制伎俩也是相互依存的。所以在进行课程学习时，不能只偏重其中一种，更不能无视经典控制理论的学习，比方含糊PID控制器的应用就比拟广泛。另外，智能控制系统是由含糊控制与专家系统、神经网络控制共同构成的，它们之间相互促进、渗透，但学生学习时容易被本门课程外表的繁杂所迷惑，甚至感到无所适从，而且本门课程实践性很强，学生在课程学习时应将所学知识与实践相结合。

三、教学中存在的关键问题解析

1.由于含糊控制与常规控制理论的数学根底不同，所以在讲述含糊控制时，应着重比照普通汇合与含糊汇合的异同、特征函数与隶属度函数的异同、普通二元关系与含糊二元关系的区别等。

2.含糊控制是以人对被控对象的操作经验为依据而设计控制器的，故无须知道被控对象的内部结构及其数学模型，这对于传统控制无法实现自动化的复杂系统进行自动控制非常有利。但这并不代表运用含糊控制就可以不论被控对象如何。在运用含糊控制之前，必须采用含糊统计法、专家经验法或典型函数法等来确定隶属函数；正确构造隶属函数是能否用好含糊汇合的关键，这一点在教学时必须引起高度重视。

3.要注意理论和实际应用的均衡介绍。含糊控制中有许多的新概念、新原理，在讲授实际应用前必须有针对性地介绍相关概念、原理。也只有打好理论根底，才能深入学习和研究控制的办法和伎俩，否那么无法进行设计和实验应用。但也不能只偏重于纯正的理论教学，那样会影响学生的积极主动性，让学生恶感理论学习。

4.要注意含糊控制与传统控制的相辅相成。实践说明，与传统PID控制相比，含糊控制器具有更好的动态品质，且能够克服非线性因素的影响。但由于其有限的控制等级，限制了控制精度的提高。常规的二维含糊控制器通常以误差和误差变化为输入变量，仅具有比例和微分作用，而短少积分作用。为了更好地打消静态误差，在教学过程中，要注重含糊控制与传统控制相结合，示例采用含糊PI控制器可大大改善上述问题。

四、教学改革措施初探

1.《《化教学内容，培养学生的积极主动性。教学改革的重要一环就是教学内容的优化。因此，针对?含糊控制》课程教学中存在的关键问题，对教学内容的优化是重中之重。首先，必须考虑理论教学的进度及其知识的重难点，随时关注学生对根本理论的掌握情况，对课程内容及时进行更新、充实和调整。此外，含糊控制是一项新兴的技术，在教学过程中，应适当引入含糊控制领域的最新开展方向和进展，通过大量生动的实例，讲述含糊控制的多种应用，增强学生的兴趣，加强理论与实际的紧密结合。讲授时要随时关注学生的反应信息，对于重难点内容要重复强调，吸引学生的注意力，提高课堂的教学效率。2.改《M教学办法和教学伎俩，优化教学效果。深入改革教学办法，从过去“填鸭式〞的教学方式逐步转化成以“启发式〞为主的教学方式，并融入讨论课、专题讲座课等多形态的教学方式。课后要求查阅含糊控制应用领域的文献资料，随时记录自己学习的知识点，加深对含糊控制器实际应用的理解，这样有利于帮忙学生克服“填鸭式〞教学的依赖性，增加学生学习的自信。此外，充沛利用现代化多媒体教学伎俩，发挥计算机教学的辅助优势，把多媒体教学引入课堂，优化含糊控制技术及Matlab实践的教学课件。利用Matlab仿真软件，建立?含糊控制》网络课程教学体系，优化教学效果。

3.加强实践环节，提升创新实践能力。长期以来，实践教学是培养学生动手能力、拓宽学生思路、提高学生创新能力的重要途径。但实践教学中仍然存在重知识传授而轻动手能力的现象，因此，实践教学改革势在必行。在?含糊控制》课程学习中，必须加强根本技能的训练，让学生熟练掌握Matlab/Simulink在含糊控制中的仿真与应用，着重强调含糊控制工具箱的应用。此外，增设一些综合性及设计性的实验，在掌握含糊控制器设计办法后，进一步完善基于Matlab平台的实际控制系统的含糊控制实验，逐步提升学生的操作能力、创新能力和解决实际问题的能力。

五、结语

随着自动化技术的迅猛开展，社会对高素质人才的需求日益迫切。因此，知识的更新、教学伎