地方高校模糊控制課程的開設(shè)條件與利弊分析

龍祖強(qiáng)　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(jì)的優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)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(shí)，對(duì)提高就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)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(duì)一般選修課程，它有較高的開課條件，同時(shí)還應(yīng)根據(jù)學(xué)校與學(xué)生的實(shí)際情況，合理選購(gòu)教材或自編講義，在綜合評(píng)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(kù)

一、 課程性質(zhì)

模糊控制理論起源于美國(guó)，興起于日本。上世紀(jì)90年代末期，模糊控制理論獲得了中國(guó)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(duì)于經(jīng)典控制理論，它的優(yōu)點(diǎn)在于，在設(shè)計(jì)控制器的過程中，設(shè)計(jì)者不需要了解被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。盡管PID控制器的設(shè)計(jì)過程中也不需要被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，但是PID的參數(shù)整定至今沒有一個(gè)完美的解決方案，嚴(yán)重地依賴實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。這對(duì)控制工程師來說，仍是一個(gè)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(jì)，但是只要知道各個(gè)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(jì)過程中就能確定下來。因此，模糊控制器的設(shè)計(jì)難點(diǎn)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(jiǎn)單，看似只有參數(shù)整定的問題，實(shí)則不易。對(duì)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(chǎng)對(duì)操作工人進(jìn)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(shí)際問題進(jìn)行編輯與調(diào)整。盡管模糊控制理論還不成熟，但是其實(shí)用性很強(qiáng)，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(chǎng)技能的一條有效途徑。進(jìn)入新世紀(jì)，對(duì)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(duì)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(duì)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(shí)下來，我們認(rèn)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(shí)自學(xué)方式來承擔(dān)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(shí)踐同樣重要，需要在理論學(xué)習(xí)與工程實(shí)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(duì)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(shí)驗(yàn)條件，仿真實(shí)驗(yàn)是必須的，若能有硬件實(shí)驗(yàn)配合，學(xué)習(xí)效果會(huì)更好。3. 應(yīng)該選好適當(dāng)?shù)慕滩?。我們的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)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(shí)羅列過多，關(guān)于各種高級(jí)模糊控制器的內(nèi)容太多，對(duì)于基本模糊控制的工作原理（即模糊推理的詳細(xì)過程）的闡述往往比較簡(jiǎn)單，缺乏詳細(xì)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(gè)現(xiàn)象主要是由于師資力量、實(shí)驗(yàn)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(shí)視野，對(duì)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(shí)際問題提供了一個(gè)綜合性的訓(xùn)練平臺(tái)。這不僅可以鞏固以前所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，而且可以提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力，增強(qiáng)畢業(yè)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)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(shí)驗(yàn)條件往往比較緊張，對(duì)開設(shè)該課程的教學(xué)效果帶來了潛在風(fēng)險(xiǎn)；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(shí)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(dòng)控制原理的基礎(chǔ)之上的，如果學(xué)生沒有修完自動(dòng)控制原理，直接選修該課程，很難取得成功。這樣既浪費(fèi)時(shí)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(píng)估各種有利和不利的因素，然后再?zèng)Q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(jì)80年代，現(xiàn)在已經(jīng)成長(zhǎng)為一個(gè)前途良好的自動(dòng)控制技術(shù)分支。它具有不需要被控對(duì)象精確數(shù)學(xué)模型的優(yōu)點(diǎn)，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(jiǎn)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(shí)驗(yàn)條件和合適的教材或教學(xué)講義，同時(shí)把控各種不利因素，則對(duì)本科生來說是一門實(shí)用價(jià)值極高的選修課，對(duì)提高畢業(yè)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力有很大的幫助。

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作者簡(jiǎn)介：龍祖強(qiáng)，湖南省衡陽(yáng)市，衡陽(yáng)師范學(xué)院；

伍小青，湖南省耒陽(yáng)市，耒陽(yáng)市第二中學(xué)；

許岳兵，湖南省衡陽(yáng)市，衡陽(yáng)師范學(xué)院；

朱亞培，湖南省衡陽(yáng)市，衡陽(yáng)師范學(xué)院。