史敬灼

(河南科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院，河南洛陽471003)

對(duì)于工學(xué)碩士研究生的培養(yǎng)，不僅要求學(xué)生能夠具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)知識(shí)，還要具有獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力。課程教學(xué)過程與導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的科研工作過程，都是實(shí)現(xiàn)這一培養(yǎng)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)。

在課程教學(xué)過程中，為加強(qiáng)學(xué)以致用和聯(lián)系實(shí)際解決問題能力的培養(yǎng)，可以采用課程實(shí)驗(yàn)等多種手段。關(guān)于課程實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革，已有眾多文獻(xiàn)發(fā)表，給出了很好的經(jīng)驗(yàn)［1-3]。本文以“電機(jī)智能控制”課程為例，擬從課程教學(xué)內(nèi)容安排與課堂教學(xué)的角度，對(duì)如何加強(qiáng)學(xué)生解決問題能力培養(yǎng)進(jìn)行探討。

1 教學(xué)內(nèi)容安排

“電機(jī)智能控制”是電力電子與電力傳動(dòng)、控制理論與控制工程等專業(yè)碩士研究生的主干課程之一。其基本教學(xué)內(nèi)容包含專家系統(tǒng)、模糊邏輯和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等三類人工智能方法的原理，相應(yīng)的智能控制基本方法、設(shè)計(jì)步驟與基本控制結(jié)構(gòu)，以及這三類智能控制方法在電機(jī)控制領(lǐng)域的應(yīng)用等，課程學(xué)時(shí)為40。

我們知道上述的三類人工智能方法，經(jīng)過近二十年來的研究，都已形成豐富的內(nèi)容。為了培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，教學(xué)過程中就應(yīng)當(dāng)講授這三類人工智能理論的基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)用性強(qiáng)的具體技術(shù)方法。再通過實(shí)際應(yīng)用例子使學(xué)生領(lǐng)會(huì)這些智能控制方法的優(yōu)點(diǎn)，掌握實(shí)際應(yīng)用過程。

“電機(jī)智能控制”課程的教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配安排如表1所示。在40學(xué)時(shí)中，根據(jù)專家系統(tǒng)、模糊邏輯和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電機(jī)實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域的應(yīng)用程度，分別授課7、16和17學(xué)時(shí);其中實(shí)例教學(xué)學(xué)時(shí)安排22學(xué)時(shí)，占總學(xué)時(shí)數(shù)的55%。

表1 電機(jī)智能控制教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配

2 課堂教學(xué)過程組織

在“電機(jī)智能控制”課程第一次講課時(shí)，教師就由人工智能的概念引伸出可能實(shí)現(xiàn)人工智能的方法和途徑，指出模糊邏輯是在對(duì)人類思維過程進(jìn)行分析和思考的基礎(chǔ)上提出的，是在這個(gè)層面上對(duì)人類智能的模擬。第二章授課的一開始，使通過規(guī)則舉例，與已講過的專家系統(tǒng)的對(duì)比，并確切表述模糊的概念，使得學(xué)生對(duì)模糊的緣起、表現(xiàn)形式及可能具有的控制應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，有一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確的初步認(rèn)識(shí)。

我們，依次介紹模糊集合的三個(gè)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(gè)人所熟知的溫度感知例子來區(qū)分模糊集合與清晰集合的區(qū)別，進(jìn)一步說明模糊邏輯的模糊本質(zhì)。

我們?cè)谥v授這幾個(gè)基本概念及控制常用隸屬函數(shù)、模糊集合基本運(yùn)算的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步講授模糊推理系統(tǒng)。以直接舉例的方式來說明模糊推理系統(tǒng)的構(gòu)成及設(shè)計(jì)過程。例如以出國(guó)旅游時(shí)在國(guó)外餐館吃飯，該支付多少小費(fèi)為例，一步步設(shè)計(jì)了如圖1所示的“小費(fèi)模糊推理系統(tǒng)”。通過該例，學(xué)生不僅掌握了模糊推理系統(tǒng)的構(gòu)成及設(shè)計(jì)過程，而且對(duì)“經(jīng)驗(yàn)”在模糊推理系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中能夠起到的作用及表述方法也有了認(rèn)識(shí)。

圖1 模糊推理系統(tǒng)例

模糊邏輯講授完畢，學(xué)生已掌握模糊推理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟，為下面模糊邏輯在控制領(lǐng)域的應(yīng)用，即模糊控制的講授打下了良好基礎(chǔ)。

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(jié)構(gòu)開始，并通過對(duì)比分析，指出該控制器可類比為“具有非線性增益系數(shù)的PI控制器”。這樣做，一方面通過與學(xué)生熟知的PI對(duì)比，使學(xué)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(shù)非線性且是變化的，從而認(rèn)識(shí)到模糊控制為何對(duì)復(fù)雜對(duì)象有更好的適應(yīng)能力。緊接著介紹其它10種常用模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使學(xué)生對(duì)模糊控制全面的理解。

作為模糊控制理論介紹的結(jié)束，接著給出了模糊控制器的一般設(shè)計(jì)方法(步驟)，介紹DSP實(shí)時(shí)計(jì)算、查表等實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)方法其中重點(diǎn)講述設(shè)計(jì)完成后的仿真或?qū)嶒?yàn)調(diào)整。

隨后進(jìn)入實(shí)例教學(xué)。如表1的第二章共講四個(gè)實(shí)例。其中前三個(gè)例子前后依托，逐步深入，最后構(gòu)成了采用三個(gè)模糊控制器分別實(shí)現(xiàn)特定功能的一個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

在所用實(shí)例講解中，無論是理論教學(xué)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(dǎo)學(xué)生自己思考問題和嘗試解決問題，并注意適時(shí)給予鼓勵(lì)或引導(dǎo)。

3 結(jié)語

課程教學(xué)如何不斷適應(yīng)新時(shí)期研究生培養(yǎng)需要，是需要不斷研究和探索的課題。本文對(duì)“電機(jī)智能控制”課程教學(xué)改革進(jìn)行了嘗試，希共同推動(dòng)該課程教學(xué)水平的不斷提高。

［1] 何劍春，龍勝春.基于SOPC技術(shù)的電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)［J] .南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào).2010，32(2)

［2] 閆俊榮.“電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革的探索［J] .南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào).2009，31(6)

［3] 許家群，綦慧，等.“電機(jī)現(xiàn)代控制技術(shù)”課程教學(xué)方式探索［J] .南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào).2010，32(1)