《系統辨識與自適應控制》課程教學過程研究

王坤

摘要：《系統辨識與自適應控制》課程作為控制科學與工程專業研究生的學位課程，在今后的科研過程中具有重要的作用。針對課程教學過程中存在的一些問題，文中總結了改進措施。通過合理整合優化教學內容，將《系統辨識》與《自適應控制》兩門課程融合；在授課過程中，采取啟發式教學，提高學生學習主動性，通過多媒體手段的改進，使學生對各種算法有了形象的認識；鼓勵學生將科研項目與課程內容相結合；采取互動的答辯方式進行課程考核，提高學生各方面的能力；在教學過程中，對教師提出更高的要求，使教師和學生在授課過程中共同提高，取得了較好的教學效果。

關鍵詞：系統辨識；自適應控制；教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）14-0167-02

《系統辨識與自適應控制》是我校控制科學與工程專業研究生學位課程，具有重要的作用。“系統辨識”與“自適應控制”是20世紀后半葉發展起來，屬于現代控制理論范疇的自動化學科的兩個新學術方向，兩者之間有著密切的聯系。在系統的設計、分析和綜合，以及對系統進行預測等問題中，都要知道系統的動態特性。系統辨識是將被研究的對象模型化，即建立描述系統動態特性的數學模型及論述建立模型的理論和方法。而自適應控制的研究對象是具有不確定性的系統，這些系統的被控對象或過程的動態特性是事先難以獲知的，或者其數學模型是經常變化的，因此常規反饋控制的控制效果不佳，自適應控制則能夠解決這些問題[1，2]。

《系統辨識與自適應控制》課程理論性和實用性比較強，內容算法繁多[3，4]，因此，如何通過本課程的學習使學生掌握系統辨識與自適應控制的基本理論、設計思路和主要算法，了解該學科的前沿和發展動向，通過實驗初步采用系統辨識建立過程模型的方法，自適應控制的基本概念、系統的構成原理，掌握兩類主要的自適應控制系統，即模型參考自適應和自校正自適應控制系統，并通過實例了解自適應控制在工藝過程控制的應用等，是該課程的重點。

在課程的教學過程中，從培養學生分析和解決問題的能力出發，授課過程中，有意識滲透系統科學與工程的思想，使學生在學習的過程中，提高其適應能力和創新能力，本文對課程教學過程中的問題及采取的措施進行的了總結。

一、教學內容整合

《系統辨識與自適應控制》是兩門聯系緊密的學科，在之前《系統辨識》課程的基礎上，結合自適應控制形成一門新的課程，需要對課程內容進行優化整合。

《系統辨識》中主要包括的內容有：系統辨識的基本概念，動、靜態系統的數學描述及相關的數學基礎知識；靜態過程參數估計的最小二乘法，遞推最小二乘法，時變過程的參數估計等；動態模型的最小二乘法，廣義最小二乘法，遞推增廣最小二乘法，輔助變量法，增廣矩陣法，多級最小二乘法等；系統模型的定階方法；非參數模型的辨識，M序列辨識；閉環系統辨識等。

《自適應控制》中主要包括的內容有：自適應控制的基本概念，兩類重要的自適應控制及其最新進展；最小方差控制器，自校正調節器，廣義最小方差控制與自校正控制器等；模型參考自適應控制，局部參數最優化的設計方法，基于李雅普諾夫穩定性理論的設計方法，基于波波夫超穩定理論的設計方法等。

將兩者內容中相聯系的部分重點強調，使學生在學習時思路清晰，對于所學內容有清楚的了解，有助于學生對該課程的理解和掌握。

二、教學方法和手段

堅持從問題出發的教學理念，抓住問題的關鍵點，在重要概念引入時，著重點在概念的來源和背景上，使學生學會研究問題的思想和方法，切實提高學生解決問題的能力，引入實例中應用的優化思想和算法，通過不斷解決問題提高學生的創新能力[5]。

作為研究生來講，和本科生授課要有區別，通過課堂的啟發式教學來激發學生學習興趣和主動性，教與學融合，改變原有的“老師講，學生聽”的教學方式，讓學生積極主動地參與到教學中來，積極思考，提高教學效果。就某一個問題與學生進行課堂討論，傾聽學生的想法并對其想法進行補充或改進，提高學生對課程內容的認可度。

現代化的教學手段也可在課堂上起到非常大的作用。采用多媒體課件授課，克服理論的酷造型，調節教學節奏、活躍課堂起風。通過圖像、視頻等教學手段，播放一些工業現場的視頻或照片，并通過Matlab仿真進行實例演示[6]，將系統建模、分析等過程現場進行演示，給學生形象的說明系統建模的過程，加深其對算法的理解，培養他們應用計算機輔助分析和設計的綜合能力，從而激發學生的求知欲，開闊學生的思路和眼界。

三、結合科研項目培養學生實踐能力

剛剛進入研究生階段學習的學生，大多數缺乏系統的科研經驗，因此，在課程學習過程中，與學生導師溝通聯系，將科研課題內容與課程相結合，讓學生在學習基本課程內容的同時提前進入課題組研究，通過具體的實際系統研究、分析和設計過程，對學生的系統設計能力、綜合應用能力、分析和仿真能力、論文寫作等進行全面的培養。

四、課程考核方式的改進

研究生考核在于其研究和學習能力的考察，因此，在課程考核中，除了平時授課中的問題討論等之外，為了加深學生對該課程的理解，采取答辯的形式。給每個學生布置一篇論文，論文內容是與所研究課題相聯系的針對某種辨識或控制方法的論文，答辯過程中，每個學生針對自己所寫論文在課堂上進行15分鐘左右的演講，學生講述完畢后，由大家和教師提問，最后由教師進行補充分析，這樣，既培養了學生獨立思考和自學能力，又加深了學生對課程的理解熟悉程度，培養了思維、應變、溝通等方面的能力，也鍛煉了他們撰寫學術論文的能力。

五、教師能力的提高

對學生培養過程其實也是對教師的鍛煉過程，為適應實際教學過程中的要求，教師自身也要時刻注重對自身整體素質的提升。教師自身要跟蹤掌握理論前沿，要學習和掌握系統的教學方法并自然的融合到教學中，積極參與科研項目，通過科研課題提高解決實際問題的能力。

六、結語

《系統辨識與自適應控制》課程是控制科學與工程研究生培養過程中重要的一門學位基礎課，是學生今后學術研究的基礎課程，在教學過程中，以學生為核心，互動式的教學方式等多方面對學生的學習過程進行引導，鍛煉其分析、解決問題的能力，把已經學習的理論知識與最新技術相結合，提高其學術素養，為將來要從事的科研工作打下良好的基礎。

參考文獻：

[1]王建國.《系統辯識與自適應控制》課程教學改革探討[J].科技信息，2010，36：11.

[2]史曉霞.系統辨識與建模課程教學探討[J].高等建筑教育，2012，02：80-82.

[3]劉娣，朱松青，林健.應用型本科院校系統辨識課程教學改革探索[J].科技創新導報，2012，31：174+176.

[4]劉飛.研究生課程教學改革的實踐與探討[J].無錫教育學院學報，2002，03：48-50.

[5]都延麗，喬兵.航空航天院校“系統辨識”課程的教學改革探討[J].科教文匯（下旬刊），2014，02：74-75+83.

[6]劉娣，許有熊，林健.基于MATLAB的“系統辨識”課程實驗教學改革[J].中國電力教育，2013，01：139-140.

Abstract："System identification and adaptive control" is an important course in the future scientific research process as a graduate student in science and engineering. The paper summarizes the improvement measures in view of some problems in the course of teaching，. The "system identification" and "adaptive control" two courses are integrated through the rational integration and optimization of teaching content. In the course of teaching，taking the heuristic teaching，improve the learning initiative. Through the improvement of the multimedia means，the students have the image of a variety of algorithms. Encourage students to combine scientific research projects with curriculum content. To take an interactive approach to the examination of the course assessment，improve the ability of all aspects of the students. In the teaching process，the teacher put forward higher requirements，so that teachers and students in the teaching process to improve，and achieved good teaching results.

Key words：system identification；adaptive control；teaching