地方高校模糊控制課程的開設(shè)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(shù)學(xué)模型且易于設(shè)計的優(yōu)點，在自動控制領(lǐng)域內(nèi)受到了廣大技術(shù)人員青睞。通過該門課的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠綜合訓(xùn)練各種專業(yè)知識，對提高就業(yè)競爭力很有幫助。因此，在地方高校亦有必要開設(shè)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(yīng)根據(jù)學(xué)校與學(xué)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(chǔ)上，才能做出是否開課的決定。

關(guān)鍵詞：模糊控制；模糊推理；解模糊方法；模糊規(guī)則庫

一、 課程性質(zhì)

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(xué)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(jīng)典控制理論，它的優(yōu)點在于，在設(shè)計控制器的過程中，設(shè)計者不需要了解被控對象的數(shù)學(xué)模型。盡管PID控制器的設(shè)計過程中也不需要被控對象的數(shù)學(xué)模型，但是PID的參數(shù)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(jīng)驗。這對控制工程師來說，仍是一個挑戰(zhàn)性的工作。然而，模糊控制器雖然有比例因子需要設(shè)計，但是只要知道各個環(huán)節(jié)的數(shù)量放大關(guān)系或增益大小，比例因子在設(shè)計過程中就能確定下來。因此，模糊控制器的設(shè)計難點不在于參數(shù)整定，而是在于模糊規(guī)則的獲取。PID控制器盡管結(jié)構(gòu)簡單，看似只有參數(shù)整定的問題，實則不易。對于模糊控制器的規(guī)則獲取問題，通常有如下三條途徑：1. 現(xiàn)場對操作工人進行問卷調(diào)查；2. 咨詢領(lǐng)域內(nèi)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(jié)合實際問題進行編輯與調(diào)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(tǒng)控制方法無法解決的問題。學(xué)習(xí)好模糊控制技術(shù)是相關(guān)專業(yè)的畢業(yè)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(yè)研究生，模糊控制技術(shù)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(shè)這門選修課。

二、 課程開設(shè)條件

在地方高校對本科生開設(shè)模糊控制技術(shù)課程有重要意義。然而，并不是每所地方高校都具備開設(shè)這門課的條件。如果要使這門課真正落實下來，我們認為應(yīng)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(yīng)從事過與模糊控制相關(guān)的研究工作。由于專業(yè)的特殊性，通過臨時自學(xué)方式來承擔模糊控制技術(shù)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(shù)學(xué)的，絕大多數(shù)教師沒有這方面的基礎(chǔ)，這給自學(xué)模糊控制理論造成了很大的障礙。其次，模糊控制理論的學(xué)習(xí)和工程實踐同樣重要，需要在理論學(xué)習(xí)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(chǔ)較差的二本學(xué)生開展有效的教學(xué)工作。2. 應(yīng)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(xué)習(xí)效果會更好。3. 應(yīng)該選好適當?shù)慕滩摹Ｎ覀兊慕虒W(xué)經(jīng)驗顯示，目前出版的關(guān)于模糊控制的教材質(zhì)量普遍不高，數(shù)理知識羅列過多，關(guān)于各種高級模糊控制器的內(nèi)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(shù)值例子。這給學(xué)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(shù)課程在地方院校的開設(shè)情況目前處于試探階段。這個現(xiàn)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(yīng)該搞清楚開設(shè)該課程能給學(xué)生帶來何種益處。一般而言，開設(shè)模糊控制技術(shù)課程，帶來的益處有：1. 可使學(xué)生掌握一種新的算法工具，即模糊推理算法。這種算法與經(jīng)典數(shù)學(xué)有很大區(qū)別，可把人類的自然語言融入數(shù)學(xué)推理算法之中。2. 基于語言規(guī)則的模糊推理算法，可讓學(xué)生開拓知識視野，對畢業(yè)之后從事相關(guān)技術(shù)工作，提供了一種新思路和解決問題的方案。3. 可使學(xué)生把大學(xué)四年所學(xué)的核心專業(yè)課程串聯(lián)起來，為解決實際問題提供了一個綜合性的訓(xùn)練平臺。這不僅可以鞏固以前所學(xué)的專業(yè)知識，而且可以提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力，增強畢業(yè)生的就業(yè)競爭力。但是，開設(shè)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(shè)該課程的教學(xué)效果帶來了潛在風(fēng)險；其次，二本學(xué)校的學(xué)生的基本素質(zhì)和能力較低，在短時內(nèi)

要把這門課學(xué)好存在較大困難；最后，這門課是建立在學(xué)生先選修了自動控制原理的基礎(chǔ)之上的，如果學(xué)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(xué)習(xí)氣氛。因此，在地方院校開設(shè)模糊控制技術(shù)課程，應(yīng)該首先評估各種有利和不利的因素，然后再決定是否開設(shè)該門課程。

四、 總結(jié)

模糊控制理論興起于20世紀80年代，現(xiàn)在已經(jīng)成長為一個前途良好的自動控制技術(shù)分支。它具有不需要被控對象精確數(shù)學(xué)模型的優(yōu)點，且控制規(guī)則可從操作工人或領(lǐng)域?qū)＜夷抢铽@取，它的這種簡便性得到了控制工程界的技術(shù)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(xué)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(yè)生的就業(yè)競爭力有很大的幫助。

參考文獻：

[1] 武強，佟紹成.基于區(qū)間二型模糊邏輯系統(tǒng)的非線性大系統(tǒng)模糊自適應(yīng)分散控制[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，31（2）：1-8.

[2] 生龍.二型模糊系統(tǒng)理論及應(yīng)用[D].成都：電子科技大學(xué)，2012.

[3] 侯一凡，劉鼎，秦萌.模糊控制課程教學(xué)改革研究與實踐[J].教育教學(xué)論壇，2017（25）：177-178.

[4] 曲延濱，夏志祥，高亞輝.基于模糊控制的計算機控制實驗平臺的設(shè)計[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2004（6）：88-90.

作者簡介：龍祖強，湖南省衡陽市，衡陽師范學(xué)院；

伍小青，湖南省耒陽市，耒陽市第二中學(xué)；

許岳兵，湖南省衡陽市，衡陽師范學(xué)院；

朱亞培，湖南省衡陽市，衡陽師范學(xué)院。