案例教学法在智能控制技术中的应用

刘莉

摘 要：《智能控制技术》课程是本科电气工程与智能控制专业开设的一门重要的必修专业课，本文针对传统《智能控制技术》课程主要进行理论教学、课堂气氛沉闷以及学生学习兴趣不高等问题，提出了项目驱动式案例教学。通过案例教学，不仅加强了学生对教学内容的理解，提高了学生的自主學习能力，而且提升了该课程的教学质量。

关键词：智能控制技术;案例教学;学习能力

《智能控制技术》作为第三代新兴控制技术，是自动控制发展的高级阶段，也是当今国内外自动化学科十分活跃而且具有很大挑战性的领域之一，它既包括抽象的理论知识，又具有较强的工程应用性，主要针对被控对象、环境、目标和任务的不确定性和复杂性而提出来的。目前国内很多高校都已在本科教学中开设了这门课程，主要讲授智能控制领域的几个分支：模糊控制、神经网络控制、学习控制、基于规则的仿人智能控制、专家控制等，旨在培养智能制造应用型人才。模糊控制作为智能控制领域的一个重要组成部分，理论性较强，在课堂上主要通过理论讲授完成授课，学生难以理解，很难提高学生学习兴趣。为了有效地提高教学质量，本文以模糊控制为主要讲授内容，提出项目驱动式案例教学法，以加深学生基础理论知识、培养学生实践能力为目的，以Matlab为工具，以现实生活中的典型案例为载体，以学生为中心，将模糊控制的教学内容以形象生动的仿真实例展示给学生。

1 Matlab软件及其应用

在智能控制领域，Matlab具有功能强大的模块集和工具箱，例如：神经网络、模糊逻辑、鲁棒控制、优化算法、模型预测等等，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。在《智能控制技术》课程中，可以通过Matlab软件进行辅助教学，通过应用理论知识来实现系统的设计，解决实际问题，加深学生对理论知识的理解，提高教学质量。本文将单容水箱液位控制作为实际项目案例，以Matlab仿真的形式，展现给学生，实现理论教学和实际应用相结合。

2 案例教学法在《智能控制技术》中的具体应用

案例的选择对于教学效果具有直接的影响。结合《智能控制技术》课程的教学模块以及重点和难点，在选择模糊控制的教学案例时，需要学生将理论知识应用到实际，提高学生分析和解决问题的能力。在理论授课时，适当弱化纯理论的内容，而将其融于典型案例的分析之中，以案例组织知识点的讲授，理论的具体应用可帮助学生加深对智能控制基本原理的理解，并可激发学生的学习兴趣及积极性。本文以MATLAB/Simulink 软件提供的水位模块仿真系统进行单容水箱液位控制为实例，讲述模糊逻辑控制器的设计方法、内容及步骤。

2.1 定义模糊控制器输入与输出变量

在进行模糊控制器设计时，确定模糊逻辑控制系统的输入和输出变量是必要的。液位模糊控制系统是一个单输入单输出系统，控制的要求是设计一个进水口阀门的控制器，能够根据水箱水位的实时测量结果对进水阀门进行相应控制，使水位满足特定要求。在单容水箱液位控制中，以水位高度、水位变化率作为系统输入，阀门的开度量作为输出。因此是一个二维的模糊控制器。

2.2 定义变量的模糊条件

在软件中定义模糊逻辑控制系统输入与输出变量的模糊条件，根据实际情况确定输入和输出变量的作用范围，进一步确定每个变量的论域、语言值及其相应的隶属度函数。在本案例中，水位误差的论域为[-1 1]，水位变化率的论域为[-0.1 0.1]，阀门开度量论域为[-1 1];两个输入量均设定NB、ZE、PB3个语言值，隶属函数类型均为高斯函数;输出量设为五个等级：快关、慢关、不动、慢开、快开，隶属函数为三角形函数，具体结果如图1所示。

2.3 设计模糊控制规则，进行模糊推理

所谓设计模糊控制规则，即用文字语言去表达专家经验，最终实现液位控制。本文采用“Mamdani”推理模块，液位控制仿真效果图如图2所示。

3 结束语

本文以以 MATLAB 为工具，以单容水箱液位控制作为实际项目案例进行教学，实现理论教学和实际应用相结合，提高了学生的学习兴趣，改善了课堂教学气氛，通过案例教学，使学生不仅进一步掌握了Matlab这一强大的学习工具，而且对《智能控制技术》中模糊逻辑控制系统的设计方法、步骤和过程理解更加透彻，能够进一步独立设计模糊逻辑控制器。

参考文献：

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