地方高校模糊控制課程的開設條件與利弊分析

龍祖強　伍小青　許岳兵　朱亞培

摘要：模糊控制因它具有不要精確數學模型且易于設計的優點，在自動控制領域內受到了廣大技術人員青睞。通過該門課的學習，學生能夠綜合訓練各種專業知識，對提高就業競爭力很有幫助。因此，在地方高校亦有必要開設這門課程。然而，模糊控制課程相對一般選修課程，它有較高的開課條件，同時還應根據學校與學生的實際情況，合理選購教材或自編講義，在綜合評估利弊得失的基礎上，才能做出是否開課的決定。

關鍵詞：模糊控制；模糊推理；解模糊方法；模糊規則庫

一、 課程性質

模糊控制理論起源于美國，興起于日本。上世紀90年代末期，模糊控制理論獲得了中國學者高度重視，并取得了大量的研究成果。模糊控制理論相對于經典控制理論，它的優點在于，在設計控制器的過程中，設計者不需要了解被控對象的數學模型。盡管PID控制器的設計過程中也不需要被控對象的數學模型，但是PID的參數整定至今沒有一個完美的解決方案，嚴重地依賴實際工作經驗。這對控制工程師來說，仍是一個挑戰性的工作。然而，模糊控制器雖然有比例因子需要設計，但是只要知道各個環節的數量放大關系或增益大小，比例因子在設計過程中就能確定下來。因此，模糊控制器的設計難點不在于參數整定，而是在于模糊規則的獲取。PID控制器盡管結構簡單，看似只有參數整定的問題，實則不易。對于模糊控制器的規則獲取問題，通常有如下三條途徑：1. 現場對操作工人進行問卷調查；2. 咨詢領域內的專家以匯集各種操作命令；3. 查閱參考資料，在符合邏輯的條件下，結合實際問題進行編輯與調整。盡管模糊控制理論還不成熟，但是其實用性很強，可以解決很多傳統控制方法無法解決的問題。學習好模糊控制技術是相關專業的畢業生提高職場技能的一條有效途徑。進入新世紀，對于控制專業研究生，模糊控制技術通常是一門選修課。令人欣慰的是，很多地方高校對本科生也開設這門選修課。

二、 課程開設條件

在地方高校對本科生開設模糊控制技術課程有重要意義。然而，并不是每所地方高校都具備開設這門課的條件。如果要使這門課真正落實下來，我們認為應該具備如下條件：1. 至少1～2名從事模糊控制研究的教師，教師在攻讀碩士或博士期間應從事過與模糊控制相關的研究工作。由于專業的特殊性，通過臨時自學方式來承擔模糊控制技術的課程有較大的難度。其原因在于，模糊控制理論是基于模糊數學的，絕大多數教師沒有這方面的基礎，這給自學模糊控制理論造成了很大的障礙。其次，模糊控制理論的學習和工程實踐同樣重要，需要在理論學習與工程實踐方面均有一定的積累，才能真正透徹理解模糊控制器的工作原理，才能對基礎較差的二本學生開展有效的教學工作。2. 應該具備一定實驗條件，仿真實驗是必須的，若能有硬件實驗配合，學習效果會更好。3. 應該選好適當的教材。我們的教學經驗顯示，目前出版的關于模糊控制的教材質量普遍不高，數理知識羅列過多，關于各種高級模糊控制器的內容太多，對于基本模糊控制的工作原理（即模糊推理的詳細過程）的闡述往往比較簡單，缺乏詳細論述和具體數值例子。這給學生理解模糊控制造成了較大的障礙。在這種情況下，教師自編講義不失為一種比較有效的方法。

三、 利弊得失分析

模糊控制技術課程在地方院校的開設情況目前處于試探階段。這個現象主要是由于師資力量、實驗條件、教材等方面條件限制造成的。在開課之前，我們應該搞清楚開設該課程能給學生帶來何種益處。一般而言，開設模糊控制技術課程，帶來的益處有：1. 可使學生掌握一種新的算法工具，即模糊推理算法。這種算法與經典數學有很大區別，可把人類的自然語言融入數學推理算法之中。2. 基于語言規則的模糊推理算法，可讓學生開拓知識視野，對畢業之后從事相關技術工作，提供了一種新思路和解決問題的方案。3. 可使學生把大學四年所學的核心專業課程串聯起來，為解決實際問題提供了一個綜合性的訓練平臺。這不僅可以鞏固以前所學的專業知識，而且可以提高學生綜合應用能力，增強畢業生的就業競爭力。但是，開設這門課也存在一定的弊端。首先，師資力量和實驗條件往往比較緊張，對開設該課程的教學效果帶來了潛在風險；其次，二本學校的學生的基本素質和能力較低，在短時內

要把這門課學好存在較大困難；最后，這門課是建立在學生先選修了自動控制原理的基礎之上的，如果學生沒有修完自動控制原理，直接選修該課程，很難取得成功。這樣既浪費時間，又影響課堂上的學習氣氛。因此，在地方院校開設模糊控制技術課程，應該首先評估各種有利和不利的因素，然后再決定是否開設該門課程。

四、 總結

模糊控制理論興起于20世紀80年代，現在已經成長為一個前途良好的自動控制技術分支。它具有不需要被控對象精確數學模型的優點，且控制規則可從操作工人或領域專家那里獲取，它的這種簡便性得到了控制工程界的技術人員的青睞。在地方高校，若具備足夠的師資條件、實驗條件和合適的教材或教學講義，同時把控各種不利因素，則對本科生來說是一門實用價值極高的選修課，對提高畢業生的就業競爭力有很大的幫助。

參考文獻：

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作者簡介：龍祖強，湖南省衡陽市，衡陽師范學院；

伍小青，湖南省耒陽市，耒陽市第二中學；

許岳兵，湖南省衡陽市，衡陽師范學院；

朱亞培，湖南省衡陽市，衡陽師范學院。