地方高校模糊控制课程的开设条件与利弊分析

龙祖强　伍小青　许岳兵　朱亚培

摘要：模糊控制因它具有不要精确数学模型且易于设计的优点，在自动控制领域内受到了广大技术人员青睐。通过该门课的学习，学生能够综合训练各种专业知识，对提高就业竞争力很有帮助。因此，在地方高校亦有必要开设这门课程。然而，模糊控制课程相对一般选修课程，它有较高的开课条件，同时还应根据学校与学生的实际情况，合理选购教材或自编讲义，在综合评估利弊得失的基础上，才能做出是否开课的决定。

关键词：模糊控制；模糊推理；解模糊方法；模糊规则库

一、 课程性质

模糊控制理论起源于美国，兴起于日本。上世纪90年代末期，模糊控制理论获得了中国学者高度重视，并取得了大量的研究成果。模糊控制理论相对于经典控制理论，它的优点在于，在设计控制器的过程中，设计者不需要了解被控对象的数学模型。尽管PID控制器的设计过程中也不需要被控对象的数学模型，但是PID的参数整定至今没有一个完美的解决方案，严重地依赖实际工作经验。这对控制工程师来说，仍是一个挑战性的工作。然而，模糊控制器虽然有比例因子需要设计，但是只要知道各个环节的数量放大关系或增益大小，比例因子在设计过程中就能确定下来。因此，模糊控制器的设计难点不在于参数整定，而是在于模糊规则的获取。PID控制器尽管结构简单，看似只有参数整定的问题，实则不易。对于模糊控制器的规则获取问题，通常有如下三条途径：1. 现场对操作工人进行问卷调查；2. 咨询领域内的专家以汇集各种操作命令；3. 查阅参考资料，在符合逻辑的条件下，结合实际问题进行编辑与调整。尽管模糊控制理论还不成熟，但是其实用性很强，可以解决很多传统控制方法无法解决的问题。学习好模糊控制技术是相关专业的毕业生提高职场技能的一条有效途径。进入新世纪，对于控制专业研究生，模糊控制技术通常是一门选修课。令人欣慰的是，很多地方高校对本科生也开设这门选修课。

二、 课程开设条件

在地方高校对本科生开设模糊控制技术课程有重要意义。然而，并不是每所地方高校都具备开设这门课的条件。如果要使这门课真正落实下来，我们认为应该具备如下条件：1. 至少1～2名从事模糊控制研究的教师，教师在攻读硕士或博士期间应从事过与模糊控制相关的研究工作。由于专业的特殊性，通过临时自学方式来承担模糊控制技术的课程有较大的难度。其原因在于，模糊控制理论是基于模糊数学的，绝大多数教师没有这方面的基础，这给自学模糊控制理论造成了很大的障碍。其次，模糊控制理论的学习和工程实践同样重要，需要在理论学习与工程实践方面均有一定的积累，才能真正透彻理解模糊控制器的工作原理，才能对基础较差的二本学生开展有效的教学工作。2. 應该具备一定实验条件，仿真实验是必须的，若能有硬件实验配合，学习效果会更好。3. 应该选好适当的教材。我们的教学经验显示，目前出版的关于模糊控制的教材质量普遍不高，数理知识罗列过多，关于各种高级模糊控制器的内容太多，对于基本模糊控制的工作原理（即模糊推理的详细过程）的阐述往往比较简单，缺乏详细论述和具体数值例子。这给学生理解模糊控制造成了较大的障碍。在这种情况下，教师自编讲义不失为一种比较有效的方法。

三、 利弊得失分析

模糊控制技术课程在地方院校的开设情况目前处于试探阶段。这个现象主要是由于师资力量、实验条件、教材等方面条件限制造成的。在开课之前，我们应该搞清楚开设该课程能给学生带来何种益处。一般而言，开设模糊控制技术课程，带来的益处有：1. 可使学生掌握一种新的算法工具，即模糊推理算法。这种算法与经典数学有很大区别，可把人类的自然语言融入数学推理算法之中。2. 基于语言规则的模糊推理算法，可让学生开拓知识视野，对毕业之后从事相关技术工作，提供了一种新思路和解决问题的方案。3. 可使学生把大学四年所学的核心专业课程串联起来，为解决实际问题提供了一个综合性的训练平台。这不仅可以巩固以前所学的专业知识，而且可以提高学生综合应用能力，增强毕业生的就业竞争力。但是，开设这门课也存在一定的弊端。首先，师资力量和实验条件往往比较紧张，对开设该课程的教学效果带来了潜在风险；其次，二本学校的学生的基本素质和能力较低，在短时内

要把这门课学好存在较大困难；最后，这门课是建立在学生先选修了自动控制原理的基础之上的，如果学生没有修完自动控制原理，直接选修该课程，很难取得成功。这样既浪费时间，又影响课堂上的学习气氛。因此，在地方院校开设模糊控制技术课程，应该首先评估各种有利和不利的因素，然后再决定是否开设该门课程。

四、 总结

模糊控制理论兴起于20世纪80年代，现在已经成长为一个前途良好的自动控制技术分支。它具有不需要被控对象精确数学模型的优点，且控制规则可从操作工人或领域专家那里获取，它的这种简便性得到了控制工程界的技术人员的青睐。在地方高校，若具备足够的师资条件、实验条件和合适的教材或教学讲义，同时把控各种不利因素，则对本科生来说是一门实用价值极高的选修课，对提高毕业生的就业竞争力有很大的帮助。

参考文献：

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作者简介：龙祖强，湖南省衡阳市，衡阳师范学院；

伍小青，湖南省耒阳市，耒阳市第二中学；

许岳兵，湖南省衡阳市，衡阳师范学院；

朱亚培，湖南省衡阳市，衡阳师范学院。