“電機智能控制”課程的實例教學探索

史敬灼

(河南科技大學電子信息工程學院，河南洛陽471003)

對于工學碩士研究生的培養，不僅要求學生能夠具有扎實的理論基礎知識，還要具有獨立解決實際問題的能力。課程教學過程與導師指導下進行的科研工作過程，都是實現這一培養目標的重要環節。

在課程教學過程中，為加強學以致用和聯系實際解決問題能力的培養，可以采用課程實驗等多種手段。關于課程實驗的教學改革，已有眾多文獻發表，給出了很好的經驗［1-3]。本文以“電機智能控制”課程為例，擬從課程教學內容安排與課堂教學的角度，對如何加強學生解決問題能力培養進行探討。

1 教學內容安排

“電機智能控制”是電力電子與電力傳動、控制理論與控制工程等專業碩士研究生的主干課程之一。其基本教學內容包含專家系統、模糊邏輯和人工神經網絡等三類人工智能方法的原理，相應的智能控制基本方法、設計步驟與基本控制結構，以及這三類智能控制方法在電機控制領域的應用等，課程學時為40。

我們知道上述的三類人工智能方法，經過近二十年來的研究，都已形成豐富的內容。為了培養學生運用所學理論知識解決實際問題的能力，教學過程中就應當講授這三類人工智能理論的基礎知識和實用性強的具體技術方法。再通過實際應用例子使學生領會這些智能控制方法的優點，掌握實際應用過程。

“電機智能控制”課程的教學內容及學時分配安排如表1所示。在40學時中，根據專家系統、模糊邏輯和人工神經網絡在電機實時控制領域的應用程度，分別授課7、16和17學時;其中實例教學學時安排22學時，占總學時數的55%。

表1 電機智能控制教學內容及學時分配

2 課堂教學過程組織

在“電機智能控制”課程第一次講課時，教師就由人工智能的概念引伸出可能實現人工智能的方法和途徑，指出模糊邏輯是在對人類思維過程進行分析和思考的基礎上提出的，是在這個層面上對人類智能的模擬。第二章授課的一開始，使通過規則舉例，與已講過的專家系統的對比，并確切表述模糊的概念，使得學生對模糊的緣起、表現形式及可能具有的控制應用優勢，有一個相對準確的初步認識。

我們，依次介紹模糊集合的三個基本概念:模糊變量、語言變量和隸屬度。其中，隸屬度概念最重要，也不易理解，因而舉了一個人所熟知的溫度感知例子來區分模糊集合與清晰集合的區別，進一步說明模糊邏輯的模糊本質。

我們在講授這幾個基本概念及控制常用隸屬函數、模糊集合基本運算的基礎上，進一步講授模糊推理系統。以直接舉例的方式來說明模糊推理系統的構成及設計過程。例如以出國旅游時在國外餐館吃飯，該支付多少小費為例，一步步設計了如圖1所示的“小費模糊推理系統”。通過該例，學生不僅掌握了模糊推理系統的構成及設計過程，而且對“經驗”在模糊推理系統設計過程中能夠起到的作用及表述方法也有了認識。

圖1 模糊推理系統例

模糊邏輯講授完畢，學生已掌握模糊推理系統的設計方法與步驟，為下面模糊邏輯在控制領域的應用，即模糊控制的講授打下了良好基礎。

模糊控制的講授，直接從以誤差和誤差變化率為輸入、增量輸出的常用模糊控制器結構開始，并通過對比分析，指出該控制器可類比為“具有非線性增益系數的PI控制器”。這樣做，一方面通過與學生熟知的PI對比，使學生感到不陌生;另一方面，則指出了模糊與PI的不同在于控制參數非線性且是變化的，從而認識到模糊控制為何對復雜對象有更好的適應能力。緊接著介紹其它10種常用模糊控制系統結構，使學生對模糊控制全面的理解。

作為模糊控制理論介紹的結束，接著給出了模糊控制器的一般設計方法(步驟)，介紹DSP實時計算、查表等實時實現方法其中重點講述設計完成后的仿真或實驗調整。

隨后進入實例教學。如表1的第二章共講四個實例。其中前三個例子前后依托，逐步深入，最后構成了采用三個模糊控制器分別實現特定功能的一個風力發電系統。

在所用實例講解中，無論是理論教學過程中所舉的例子，還是每章最后安排的綜合性例子，都采用按照提出問題、分析問題和解決問題的思路來講授，引導學生自己思考問題和嘗試解決問題，并注意適時給予鼓勵或引導。

3 結語

課程教學如何不斷適應新時期研究生培養需要，是需要不斷研究和探索的課題。本文對“電機智能控制”課程教學改革進行了嘗試，希共同推動該課程教學水平的不斷提高。

［1] 何劍春，龍勝春.基于SOPC技術的電機控制實驗設計［J] .南京:電氣電子教學學報.2010，32(2)

［2] 閆俊榮.“電機與拖動基礎”課程教學改革的探索［J] .南京:電氣電子教學學報.2009，31(6)

［3] 許家群，綦慧，等.“電機現代控制技術”課程教學方式探索［J] .南京:電氣電子教學學報.2010，32(1)