電氣工程與智能控制專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)探討

常國(guó)祥　郭明良　姜艷秋

摘要：文章深入分析了電氣工程與智能控制專業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展前景，提出建立電氣工程與智能控制專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)室的方案，該實(shí)驗(yàn)室既能實(shí)現(xiàn)單機(jī)智能控制算法，又可以實(shí)現(xiàn)基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)控制，還可以實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制，并且配備了全套的儀器，為學(xué)生實(shí)踐鍛煉和創(chuàng)新型設(shè)計(jì)提供了物質(zhì)保障。幾年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，該實(shí)驗(yàn)室能夠完成理論課的驗(yàn)證，也為畢業(yè)生奠定了良好的實(shí)踐基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：智能控制；實(shí)驗(yàn)室建設(shè)；教學(xué)改革

智能是當(dāng)今社會(huì)的主流，從智能手機(jī)、智能家電到智能家居都在蓬勃發(fā)展。智能控制（intelligent control）是電氣工程領(lǐng)域的智能化發(fā)展方向，是在無(wú)人干預(yù)的情況下自主地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的自動(dòng)控制技術(shù)。智能控制理論的研究和應(yīng)用是現(xiàn)代控制理論在深度和廣度上的拓展。智能控制的高速發(fā)展急需大量的專業(yè)人才，教育部于2012年設(shè)立了電氣工程與智能控制專業(yè)，我校于2014年成功獲批了該專業(yè)，但如何設(shè)置專業(yè)課程、建立怎樣的實(shí)驗(yàn)室才能培養(yǎng)出符合社會(huì)需求的專業(yè)人才，是我們迫切需要解決的問(wèn)題。

1專業(yè)定位

精準(zhǔn)的專業(yè)定位是培養(yǎng)合格人才的前提條件。在制定專業(yè)培養(yǎng)方案時(shí)，我們首先對(duì)全國(guó)設(shè)立該專業(yè)的高校和相關(guān)企業(yè)進(jìn)行調(diào)研，在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，我們又邀請(qǐng)了其他高校的專家參與專業(yè)定位，最后確認(rèn)，電氣工程與智能控制應(yīng)該是電氣工程的智能控制，是基于電氣工程和高級(jí)自動(dòng)化的完美結(jié)合?；谶@種定位，我們制定了相應(yīng)的培養(yǎng)方案，開設(shè)了《智能控制基礎(chǔ)》《智能控制系統(tǒng)》等專業(yè)課和電氣工程方面的課程、網(wǎng)絡(luò)方面的課程；在實(shí)驗(yàn)室配置上，電氣工程的智能化重點(diǎn)在“智能”。智能應(yīng)該體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是設(shè)備本身是智能的，如采用模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能算法；二是設(shè)備可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制，設(shè)備接受上面“大腦”的統(tǒng)一指揮與調(diào)度。

2實(shí)驗(yàn)室配置

基于上面專業(yè)定位，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)具有如下功能：第一，可以通過(guò)MATLAB對(duì)各種智能控制算法進(jìn)行仿真；第二，可以用實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)算法進(jìn)行驗(yàn)證；第三，實(shí)驗(yàn)室具有網(wǎng)絡(luò)控制的功能；第四，實(shí)驗(yàn)室本身是智能的，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程的管理與控制；第五，實(shí)驗(yàn)室除基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)外，還可以讓學(xué)生做創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力；第六，實(shí)驗(yàn)室不僅能為本專業(yè)提供實(shí)驗(yàn)支撐，還可以為測(cè)控專業(yè)（比如CAN總線實(shí)驗(yàn)）、自動(dòng)化專業(yè)（智能控制，DCS）提供相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)支撐。

智能控制實(shí)驗(yàn)室可以完成以下三個(gè)方面的任務(wù)：一是能夠完成智能控制的基本算法，如模糊控制等；二是能夠完成網(wǎng)絡(luò)控制功能，如CAN網(wǎng)絡(luò)控制；三是能夠?qū)⒅悄芸刂婆c網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)合在一起，如實(shí)驗(yàn)室的監(jiān)控，門禁燈光等的控制。

為完成以上任務(wù)，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備進(jìn)行了仔細(xì)的配置，設(shè)備分三大塊：第一是一階倒立擺實(shí)驗(yàn)；第二是基于CAN的網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)驗(yàn)；第三是基于MATLAB的仿真實(shí)驗(yàn)。

3可開設(shè)實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)室建成后能夠開設(shè)《智能控制基礎(chǔ)》《智能控制系統(tǒng)》《集散控制系統(tǒng)》《網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》等課程的四大類近100個(gè)實(shí)驗(yàn)。

3.1《智能控制基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)

智能控制基礎(chǔ)課包括模糊控制基礎(chǔ)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)等基礎(chǔ)理論，其實(shí)驗(yàn)有遺傳算法在機(jī)器人路徑規(guī)劃中的應(yīng)用、基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自整定PID控制仿、 基于MATLAB的模糊PID參數(shù)自整定控制、用遺傳算法求解函數(shù)最優(yōu)化問(wèn)題等10多個(gè)實(shí)驗(yàn)。

3.2《智能控制系統(tǒng)》實(shí)驗(yàn)

智能控制系統(tǒng)是智能控制專業(yè)最核心的課程，和該課程配套的實(shí)驗(yàn)有一級(jí)倒立擺、二級(jí)倒立擺、球桿系統(tǒng)、磁懸浮系統(tǒng)等硬件。如直線一級(jí)擺實(shí)驗(yàn)、系統(tǒng)建模及穩(wěn)定性分析實(shí)驗(yàn)、根軌跡校正實(shí)驗(yàn)、頻率響應(yīng)校正實(shí)驗(yàn)、模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、狀態(tài)反饋控制實(shí)驗(yàn)等20余個(gè)實(shí)驗(yàn)。

3.3基于CAN 總線的實(shí)驗(yàn)

基于總線的控制是智能控制的重要組成部分，本實(shí)驗(yàn)室開設(shè)了基于CAN總線的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，如繼電器輸出基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、數(shù)字量輸入輸出實(shí)驗(yàn)、光電漫反射接近開關(guān)實(shí)驗(yàn)、計(jì)數(shù)測(cè)頻實(shí)驗(yàn)、測(cè)量實(shí)驗(yàn)、熱電偶檢測(cè)實(shí)驗(yàn)、電感式接近開關(guān)組態(tài)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、同步電機(jī)控制、異步電機(jī)控制以及閥門控制等幾十個(gè)實(shí)驗(yàn)。

3.4基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)

通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，能夠遠(yuǎn)程控制燈光、窗簾、投影儀、溫濕度，還可以遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室的狀態(tài)。

3.5學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)新能力培養(yǎng)

智能控制實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)綜合性的實(shí)驗(yàn)室，在需要做實(shí)驗(yàn)時(shí)做實(shí)驗(yàn)，在沒(méi)有實(shí)驗(yàn)課的時(shí)候?qū)W(xué)生開放，并且給學(xué)生配備必需的設(shè)備，比如示波器、萬(wàn)用表、信號(hào)發(fā)生器、電源等。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室可以鍛煉自己的動(dòng)手能力和培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

3.6學(xué)生課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)學(xué)生所學(xué)知識(shí)檢驗(yàn)和對(duì)四年所學(xué)知識(shí)的總結(jié)，通過(guò)這一環(huán)節(jié)的鍛煉，使學(xué)生更容易學(xué)以致用，本實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了網(wǎng)絡(luò)開發(fā)平臺(tái)，通過(guò)該平臺(tái)學(xué)生能將所學(xué)東西應(yīng)用到實(shí)際中去。

3.7教師團(tuán)隊(duì)建設(shè)和科研項(xiàng)目研發(fā)

教師團(tuán)隊(duì)的建設(shè)需要搭建相應(yīng)的平臺(tái)，而智能控制實(shí)驗(yàn)室即為理想的平臺(tái)，教師可以建立幾個(gè)研究方向，從理論到實(shí)踐做深入的研究。該綜合實(shí)驗(yàn)室不僅能為電氣工程與智能控制專業(yè)開設(shè)全方位的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也可為測(cè)控專業(yè)開設(shè)總線類課程，為自動(dòng)化專業(yè)開設(shè)智能控制相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

4運(yùn)行效果

經(jīng)過(guò)兩年的運(yùn)行，該實(shí)驗(yàn)室開出的實(shí)驗(yàn)完全能夠匹配所開設(shè)的理論課，并且很好地驗(yàn)證了理論內(nèi)容，同時(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和學(xué)生就業(yè)單位工作內(nèi)容一致，所培養(yǎng)的學(xué)生到工作單位得心應(yīng)手，受到用人單位的一致好評(píng)。

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編輯∕林懿冉