机电系统智能控制技术网络教学整体设计方案

机电系统智能控制技术网络教学整体设计方案中央电大理工部冼健生2006年11月10日一、课程的性质和任务《机电系统智能控制技术》是机械设计制造及其自动化专业智能控制方向学生必修的一门专业课。本课程涉及机电控制、人工智能、自动控制等众多相关技术，其内容由模糊控制、神经网络控制、专家控制、遗传算法和智能控制系统设计等部分组成。通过这些内容的学习，使学生了解机电系统智能控制的基本结构、各类主要智能控制方法的基本知识；掌握模糊控制与神经网络控制的基本理论、算法和基本设计方法，为今后从事机电智能控制系统的控制、设计和产品开发工作打下一定基础。本课程的课内学时为72学时，在第六学期开设，一学期授完。它的先修课程有电工电子技术、机电控制工程基础等。二、教学内容1．绪论（1）智能控制概述智能控制的应用对象和主要特点；（2）智能控制系统的主要类型典型的智能控制系统的特点与结构；（3）智能控制的产生和发展2．模糊控制及应用（1）普通集合基础普通集合及其运算，关系与映射；（2）模糊集合基础模糊集合及其运算，隶属度函数及其确定，模糊关系，模糊语言变量与模糊语句，模糊推理；（3）模糊控制器的工作原理模糊控制概述，模糊控制系统的组成，确定量的模糊化，模糊控制算法的设计，模糊推理与输出信息的模糊判决，基本模糊控制器的设计，模糊模型的建立；（4）模糊控制系统设计与应用实例全自动洗衣机、地铁机车模糊控制，模糊控制在交流伺服系统中的应用。3．神经网络控制及应用（1）神经网络基础神经网络的基本特征与功能，生物神经元及其信息处理机制，人工神经元模型以及神经网络模型，多层前馈神经网络，反馈神经网络，小脑模型神经网络；（2）神经网络系统辨识神经网络系统辨识原理，系统正模型及逆模型的辨识；（3）神经网络控制神经网络控制系统结构，神经网络PID控制，神经网络内模控制，神经网络非线性预测控制；（4）神经网络控制系统设计与应用实例冰柜温度控制系统，石灰炉窑的内模控制系统，机器人手臂控制。4．专家控制与仿人控制简介（1）专家系统基础专家系统的定义与组成结构，专家系统的知识表示、推理机制，专家系统的知识获取；（2）专家控制系统的结构与原理专家控制概述，专家控制的结构与原理，直接式专家控制（专家控制器），间接式专家控制；（3）专家控制系统的设计与应用实例造纸过程的专家智能控制，直流调速系统的专家协调控制；（4）仿人智能控制原理仿人智能控制的基本思想、特征变量；（5）仿人智能控制系统仿人智能开关控制、比例控制、积分控制，仿人分层递阶智能控制器，仿人智能控制系统的设计与应用实例。5．遗传算法及应用（1）遗传算法的原理与特点；（2）遗传算法的基本操作与模式理论；（3）遗传算法的实现与改进编码问题，初始种群的产生，适配度的设计，遗传算法的操作步骤，遗传算法中的参数选择，遗传算法的改进；（4）遗传算法在智能控制中的应用概述，遗传算法用于控制系统建模与设计，遗传算法在神经网络优化中的应用，遗传算法在模糊控制中的应用。6.智能控制系统设计及其应用软件（1）智能控制系统总体设计与需求分析方法；（2）模糊控制软件的开发环境；（3）神经网络控制软件开发基础；（4）专家系统的开发环境。三、课程多媒体资源情况1．文字教材本课程的教材为分立型，主教材是机械工业出版社出版的《机电系统智能控制技术》。教材为学习者提供了智能控制技术中最常用的三种主要智能控制技术的教学内容：模糊控制、神经网络控制和专家控制，对其基本概念、基本原理和基本设计方法进行了提炼，并分析了多种智能控制系统在机电系统中的应用实例。根据现代远程开放教育的特点和成人业余学习的实际情况，教材内容力求简明实用，深入浅出，便于自学和理解。辅导教材为《机电系统智能控制技术学习指导》，该教材对课程各章节的教学重点内容进行了更为详细的阐述，并针对各章的思考题与习题进行了解答。2．电视录像录像教材作为文字教材的强化媒体侧重表现教学内容的重点和难点，利用录像教材的形象化优势，讲述不宜于文字表述的内容、特别是涉及实践性教学环节的内容，可强化视听效果，是帮助学生学习的重要手段，有利于学生对基本教学内容的掌握和理解。本课程录像教材20讲，每讲50分钟。四、学生学习状况分析进入本专业学习的学生，大多数是广播电视大学机械类或机电类的专科毕业生。他们是在职的成人，主要特征是：学习的目的明确，他们或为提高自身的业务水平而学习，或为就业做准备而学习。因此要求所学内容针对性强，能够学以致用。他们实践经验丰富，自学能力较强，但工学矛盾突出、缺少必要的学习环境，负担较重，希望学习媒体具有方便、经济和高效的特点。此外，他们的基础和素质参差不齐，要求学习媒体能具备较低起点、做到因材施教。为使学生做到理论联系实际，提高分析问题和解决问题的能力。我们把导学的重点放在引导学生高质量地完成规定的习题作业，并给出更多的学习资料供学生选用。五、网上教学内容及表现形式设计本课程的网上教学媒体采用文本辅导材料,主要有辅导答疑、课程作业与自测习题。同时，在本课程网页上还将列出本课程的教学大纲、课程教学设计方案、参考书目录等栏目，供学生上网浏览查询。（一）文本辅导文本辅导主要是介绍本课程学习的思路和方法，课程教学内容的重点及教学要求，并对课程的重点难点作出必要的分析与说明。文本辅导具体内容的安排见附表。文本辅导内容安排表课程名称：机电系统智能控制技术序号文本辅导内容备注1智能控制概述；智能控制系统的主要类型和特点2模糊集合基础3模糊控制器的工作原理（1）4模糊控制器的工作原理（2）5神经网络基础6神经网络系统辨识7神经网络控制8专家控制与仿人控制9遗传算法及应用（二）课程作业按照教学进度要求分四次发布课程作业，学生课程作业的完成情况经教师评定后计入形考成绩，每期作业中较难的题目均给出必要的解题思路或提示。（三）网上讨论利用电大在线的课程讨论板进行网上讨论和答疑活动，解答学生的疑难问题，对学生的个体化、自主化学习提供支持；与各级辅导教师保持信息畅通，了解各地的教学情况。本课程每次实时文本答疑或教研活动的时间为2小时。网上教学进度安排见附表。网上教学进度实施表课程名称：机电系统智能控制技术栏目发布时间辅导文本IP课件作业与自测网上实时讨论网上联席教学网上教师研讨文本讨论视频讨论第一周√第二周第三周第四周√√第五周第六周第七周第八周√√第九周√√第十周第十一周√√第十二周第十三周第十四周第十五周√√√第十六周第十七周第十八周