《智能控制》教學(xué)大綱

《智能控制》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：05156201課程性質(zhì)：專業(yè)選修課學(xué)分：2學(xué)分學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí)（理論32學(xué)時(shí)）先修課程：線性代數(shù)、自動(dòng)控制原理后續(xù)課程：畢業(yè)設(shè)計(jì)適用專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化開課單位：電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院一、課程說明《智能控制》是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)選修課。智能控制是自動(dòng)控制發(fā)展的高級(jí)階段，它理論性強(qiáng)、涉及面廣，涵蓋專家系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、智能優(yōu)化算法等前沿學(xué)科的理論與方法。通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生熟悉各類智能控制方法的基本原理，掌握典型控制方法的算法實(shí)現(xiàn)，提高學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行控制算法仿真的能力，課程重在拓寬學(xué)生的學(xué)術(shù)視野，同時(shí)為分析解決復(fù)雜非線性、時(shí)變、不確定系統(tǒng)的控制問題奠定基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：能夠?qū)⒅悄芸刂频募夹g(shù)、方法、原理用于研究分析一些復(fù)雜的實(shí)際工程問題，提出解決方案。課程目標(biāo)2：能夠使用MATLAB等仿真軟件對(duì)典型的模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法與群智能優(yōu)化算法進(jìn)行模型仿真，分析復(fù)雜電氣工程問題的特性，獲得解決方案。課程目標(biāo)3：了解控制領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的前沿動(dòng)態(tài)，拓展學(xué)生的學(xué)術(shù)視野，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)探索能力，樹立終身學(xué)習(xí)意識(shí)，積極思考，大膽創(chuàng)新。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《智能控制》課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識(shí)1.4能夠?qū)㈦姎夤こ碳捌渥詣?dòng)化專業(yè)知識(shí)用于復(fù)雜電氣工程問題解決方案的比較與優(yōu)化。課程目標(biāo)1：能夠?qū)⒅悄芸刂频募夹g(shù)、方法、原理用于研究分析一些復(fù)雜的實(shí)際工程問題，提出解決方案。H2.問題分析2.2能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，分析并表達(dá)復(fù)雜電氣工程問題的特性，獲得多種解決方案。課程目標(biāo)2：能夠使用MATLAB等仿真軟件對(duì)典型的模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法與群智能優(yōu)化算法進(jìn)行模型仿真，分析復(fù)雜電氣工程問題的特性，獲得解決方案。M3.設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案3.1能夠掌握工程設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開發(fā)全周期、全流程的基本方法和技術(shù)，了解影響設(shè)計(jì)目標(biāo)和技術(shù)方案的各種因素。課程目標(biāo)3：了解控制領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)，掌握工程設(shè)計(jì)、產(chǎn)品開發(fā)的基本方法和技術(shù)，了解影響技術(shù)方案的因素，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)探索能力。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配智能控制課程教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.智能控制概述1.1智能控制的發(fā)展與應(yīng)用1.2智能控制的特點(diǎn)1.3智能控制的重要分支教學(xué)要求：使學(xué)生了解智能控制的概念及發(fā)展過程；熟悉智能控制的分支特點(diǎn)；了解智能控制的研究工具及應(yīng)用領(lǐng)域。重點(diǎn)：智能控制的分支特點(diǎn)及應(yīng)用。難點(diǎn)：智能控制的應(yīng)用。232.專家控制2.1專家系統(tǒng)2.2專家控制2.3專家PID控制教學(xué)要求：使學(xué)生熟悉專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與專家控制原理；掌握專家PID的仿真實(shí)現(xiàn)。重點(diǎn)：專家控制結(jié)構(gòu)原理與應(yīng)用仿真難點(diǎn)：專家控制的應(yīng)用仿真41、23.模糊控制3.1模糊控制理論基礎(chǔ)3.2模糊運(yùn)算與模糊關(guān)系推理3.3模糊控制基本原理與設(shè)計(jì)方法3.4模糊PID與T-S模糊控制3.5自適應(yīng)模糊控制教學(xué)要求：使學(xué)生了解模糊集合與隸屬函數(shù)的概念；掌握模糊矩陣運(yùn)算與模糊關(guān)系合成推理方法；熟悉模糊PID、T-S模糊控制器原理與設(shè)計(jì)方法；了解模糊逼近概念與自適應(yīng)模糊控制原理。重點(diǎn)：隸屬函數(shù)、模糊矩陣運(yùn)算、模糊控制器設(shè)計(jì)及應(yīng)用仿真。難點(diǎn)：模糊矩陣運(yùn)算與模糊關(guān)系合成推理方；模糊控制器設(shè)計(jì)與應(yīng)用仿真。101、24.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制4.1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的基礎(chǔ)4.2BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)4.3RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)4.4高級(jí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)4.5神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制教學(xué)要求：使學(xué)生了解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的概念、原理、分類及學(xué)習(xí)規(guī)則；掌握BP、RBF等典型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)方法；了解模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、Hopfield等高級(jí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)原理；熟悉神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制的原理。重點(diǎn)：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)規(guī)則，BP、RBF網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)方法。難點(diǎn)：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)原理與仿真實(shí)現(xiàn)101、35.智能優(yōu)化算法5.1遺傳算法基礎(chǔ)5.2遺傳算法應(yīng)用5.3粒子群優(yōu)化算法5.4差分進(jìn)化算法教學(xué)要求：使學(xué)生熟悉遺傳算法的概念、原理與仿真實(shí)現(xiàn)過程；了解遺傳算法的應(yīng)用與改進(jìn)；了解粒子群優(yōu)化算法、差分進(jìn)化算法的原理與應(yīng)用。61、2合計(jì)32五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，利用網(wǎng)絡(luò)課程、教學(xué)視頻、習(xí)題案例與仿真程序等資源，進(jìn)行啟發(fā)式、討論式教學(xué)和案例教學(xué)，促使學(xué)生學(xué)生全面了解智能控制的理論體系與技術(shù)方法。在此基礎(chǔ)上，精選典型案例與仿真程序，通過模擬仿真，舉一反三，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、積極思考、大膽實(shí)踐，開發(fā)學(xué)生的潛能，提高學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)及利用智能控制方法分析解決實(shí)際工程問題的能力。六、課程資源1.推薦教材：（1）劉金琨.智能控制(第五版)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2021.2.參考書：（1）劉金琨.智能控制-理論基礎(chǔ)、算法設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2019.（2）蔡自興.智能控制導(dǎo)論(第三版)[M].北京:水利水電出版社,2019.（3）韋巍.智能控制技術(shù)(第二版)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2015.3.期刊：（1）孫長(zhǎng)銀,吳國(guó)政,王志衡,叢楊,穆朝絮,賀威.自動(dòng)化學(xué)科面臨的挑戰(zhàn)[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào),2021,47(02):464-474.（2）王飛躍,魏慶來.智能控制:從學(xué)習(xí)控制到平行控制[J].控制理論與應(yīng)用,2018,35(07):939-948.（3）包為民,祁振強(qiáng),張玉.智能控制技術(shù)發(fā)展的思考[J].中國(guó)科學(xué):信息科學(xué),2020,50(08):1267-1272.（4）黃琳,楊瑩,李忠奎.關(guān)于智能控制的幾個(gè)問題[J].中國(guó)科學(xué):信息科學(xué),2018,48(08):1112-1120.（5）DerongLiu.Adaptivecriticnonlinearrobustcontrol:asurvey[J].IEEETransactionsonCybernetics,2017,47(10):3429-3451.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）網(wǎng)絡(luò)資源(視頻講座)./courseHome/1000006524#resourse（2）網(wǎng)絡(luò)資源(學(xué)習(xí)論壇)./forum-78-1.html七、課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐課程成績(jī)由過程性考核成績(jī)和期末考核成績(jī)兩部分構(gòu)成，具體考核/評(píng)價(jià)細(xì)則及對(duì)課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表3。表3課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評(píng)價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核課堂表現(xiàn)10（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問題情況進(jìn)行考核，滿分100分；（2）以平時(shí)考核成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭?5線上學(xué)習(xí)10（1）根據(jù)線上教學(xué)視頻、單元練習(xí)的完成質(zhì)量評(píng)分，線上學(xué)習(xí)成績(jī)滿分100分；（2）學(xué)習(xí)通會(huì)根據(jù)學(xué)生教學(xué)視頻與單元練習(xí)的數(shù)量與學(xué)生的完成質(zhì)量，統(tǒng)計(jì)出學(xué)生線上學(xué)習(xí)的成績(jī)；（3）以線上學(xué)習(xí)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭?5習(xí)題作業(yè)10（1）主要考核學(xué)生對(duì)智能控制方法原理的理解、掌握的程度，作業(yè)以綜合仿真為主，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨(dú)評(píng)分，取各次成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)；（3）以作業(yè)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭?5綜合仿真10（1）主要考核運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行智能控制技術(shù)程序設(shè)計(jì)與仿真的能力；（2）每次仿真單獨(dú)評(píng)分，取各次成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)；（3）以仿真成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！?0期末考核60（1）期末大作業(yè)成績(jī)?yōu)?00分，以該成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)；（2）主要考核學(xué)生對(duì)模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)和優(yōu)化算法方法原理的理解和掌握情況。√√√351015合計(jì)：100分502030八、考核與成績(jī)?cè)u(píng)定1.考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、線上學(xué)習(xí)、習(xí)題作業(yè)、綜合仿真、期末大作業(yè)等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核評(píng)價(jià)?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽?jī)由期期末考核成績(jī)和過程性考核成績(jī)組成。其中：期末大作業(yè)成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重60%），大作業(yè)以綜合分析應(yīng)用題目為主，全面考查學(xué)生對(duì)人工智能重點(diǎn)內(nèi)容的理解掌握情況；課堂表現(xiàn)、線上學(xué)習(xí)、習(xí)題作業(yè)、綜合仿真等過程性考核成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重40%）；過程性考核和大作業(yè)分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時(shí)基本成比例。2.過程性考核成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表4。表4過程性考核方式評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)25按時(shí)出勤，認(rèn)真聽講；積極參與教學(xué)活動(dòng)，踴躍回答問題，準(zhǔn)確率大于90%。按時(shí)出勤，認(rèn)真聽講；經(jīng)常參與教學(xué)活動(dòng)，回答問題準(zhǔn)確率大于80%。按時(shí)出勤，偶爾參與教學(xué)活動(dòng)，回答問題準(zhǔn)確率大于70%。偶爾上課遲到，聽講不認(rèn)真，回答問題準(zhǔn)確性一般。上課不認(rèn)真聽課，提問不回答，活動(dòng)不參與。線上學(xué)習(xí)25積極參與線上學(xué)習(xí)，教學(xué)視頻學(xué)習(xí)率與單元練習(xí)準(zhǔn)確率均大于90%。較好參與線上學(xué)習(xí)，視頻學(xué)習(xí)率與單元練習(xí)準(zhǔn)確率大于80%。參與線上學(xué)習(xí)，教學(xué)視頻學(xué)習(xí)率與單元練習(xí)準(zhǔn)確率大于70%。偶爾參與教學(xué)視頻學(xué)習(xí)與單元練習(xí)答題。幾乎未參與教學(xué)視頻學(xué)習(xí)與單元練習(xí)答題。習(xí)題作業(yè)25作業(yè)干凈整潔，程序設(shè)計(jì)合理與仿真效果可靠性大于90%