案例教學法在智能控制技術(shù)中的應(yīng)用

1、    案例教學法在智能控制技術(shù)中的應(yīng)用    劉莉摘 要：智能控制技術(shù)課程是本科電氣工程與智能控制專業(yè)開設(shè)的一門重要的必修專業(yè)課，本文針對傳統(tǒng)智能控制技術(shù)課程主要進行理論教學、課堂氣氛沉悶以及學生學習興趣不高等問題，提出了項目驅(qū)動式案例教學。通過案例教學，不僅加強了學生對教學內(nèi)容的理解，提高了學生的自主學習能力，而且提升了該課程的教學質(zhì)量。關(guān)鍵詞：智能控制技術(shù);案例教學;學習能力智能控制技術(shù)作為第三代新興控制技術(shù)，是自動控制發(fā)展的高級階段，也是當今國內(nèi)外自動化學科十分活躍而且具有很大挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域之一，它既包括抽象的理論知識，又具有較強的工程應(yīng)用性，主要

2、針對被控對象、環(huán)境、目標和任務(wù)的不確定性和復雜性而提出來的。目前國內(nèi)很多高校都已在本科教學中開設(shè)了這門課程，主要講授智能控制領(lǐng)域的幾個分支：模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、學習控制、基于規(guī)則的仿人智能控制、專家控制等，旨在培養(yǎng)智能制造應(yīng)用型人才。模糊控制作為智能控制領(lǐng)域的一個重要組成部分，理論性較強，在課堂上主要通過理論講授完成授課，學生難以理解，很難提高學生學習興趣。為了有效地提高教學質(zhì)量，本文以模糊控制為主要講授內(nèi)容，提出項目驅(qū)動式案例教學法，以加深學生基礎(chǔ)理論知識、培養(yǎng)學生實踐能力為目的，以matlab為工具，以現(xiàn)實生活中的典型案例為載體，以學生為中心，將模糊控制的教學內(nèi)容以形象生動的仿真實例展

3、示給學生。1 matlab軟件及其應(yīng)用在智能控制領(lǐng)域，matlab具有功能強大的模塊集和工具箱，例如：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、魯棒控制、優(yōu)化算法、模型預測等等，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學習、應(yīng)用和評估不同的方法而不需要自己編寫代碼。在智能控制技術(shù)課程中，可以通過matlab軟件進行輔助教學，通過應(yīng)用理論知識來實現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計，解決實際問題，加深學生對理論知識的理解，提高教學質(zhì)量。本文將單容水箱液位控制作為實際項目案例，以matlab仿真的形式，展現(xiàn)給學生，實現(xiàn)理論教學和實際應(yīng)用相結(jié)合。2 案例教學法在智能控制技術(shù)中的具體應(yīng)用案例的選擇對于教學效果具有直接的影響。結(jié)合智能

4、控制技術(shù)課程的教學模塊以及重點和難點，在選擇模糊控制的教學案例時，需要學生將理論知識應(yīng)用到實際，提高學生分析和解決問題的能力。在理論授課時，適當弱化純理論的內(nèi)容，而將其融于典型案例的分析之中，以案例組織知識點的講授，理論的具體應(yīng)用可幫助學生加深對智能控制基本原理的理解，并可激發(fā)學生的學習興趣及積極性。本文以matlab/simulink 軟件提供的水位模塊仿真系統(tǒng)進行單容水箱液位控制為實例，講述模糊邏輯控制器的設(shè)計方法、內(nèi)容及步驟。2.1 定義模糊控制器輸入與輸出變量在進行模糊控制器設(shè)計時，確定模糊邏輯控制系統(tǒng)的輸入和輸出變量是必要的。液位模糊控制系統(tǒng)是一個單輸入單輸出系統(tǒng)，控制的要求是設(shè)計一

5、個進水口閥門的控制器，能夠根據(jù)水箱水位的實時測量結(jié)果對進水閥門進行相應(yīng)控制，使水位滿足特定要求。在單容水箱液位控制中，以水位高度、水位變化率作為系統(tǒng)輸入，閥門的開度量作為輸出。因此是一個二維的模糊控制器。2.2 定義變量的模糊條件在軟件中定義模糊邏輯控制系統(tǒng)輸入與輸出變量的模糊條件，根據(jù)實際情況確定輸入和輸出變量的作用范圍，進一步確定每個變量的論域、語言值及其相應(yīng)的隸屬度函數(shù)。在本案例中，水位誤差的論域為-1 1，水位變化率的論域為-0.1 0.1，閥門開度量論域為-1 1;兩個輸入量均設(shè)定nb、ze、pb3個語言值，隸屬函數(shù)類型均為高斯函數(shù);輸出量設(shè)為五個等級：快關(guān)、慢關(guān)、不動、慢開、快開，

6、隸屬函數(shù)為三角形函數(shù)，具體結(jié)果如圖1所示。2.3 設(shè)計模糊控制規(guī)則，進行模糊推理所謂設(shè)計模糊控制規(guī)則，即用文字語言去表達專家經(jīng)驗，最終實現(xiàn)液位控制。本文采用“mamdani”推理模塊，液位控制仿真效果圖如圖2所示。3 結(jié)束語本文以以 matlab 為工具，以單容水箱液位控制作為實際項目案例進行教學，實現(xiàn)理論教學和實際應(yīng)用相結(jié)合，提高了學生的學習興趣，改善了課堂教學氣氛，通過案例教學，使學生不僅進一步掌握了matlab這一強大的學習工具，而且對智能控制技術(shù)中模糊邏輯控制系統(tǒng)的設(shè)計方法、步驟和過程理解更加透徹，能夠進一步獨立設(shè)計模糊邏輯控制器。參考文獻：1王龍，梅建偉，陳志楚.matlab在智能控制技術(shù)案例教學中的應(yīng)用j.知識文庫，2020（01）：200.2朱培逸，徐本連，施健.“智能控制”