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摘 要 结合教学实践，针对智能控制课程中有关模糊控制相关知识点理论比较抽象，学生难以理解掌握的问题，提出一种模糊控制的教学方法，由理论到实践，设计相关的软件仿真和硬件调试相结合，从而使得抽象难懂的模糊控制变得直观，激发学生的学习兴趣，提高学生的动手能力和理论应用能力。
关键词 智能控制;模糊控制;MATALAB;软件仿真;测控专业;实践性课程
中图分类号：G642.0 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2019）01-0069-02
1 引言
随着智能控制的发展，越来越多的高校在相关专业开设智能控制课程。智能控制课程内容非常丰富，理论分支较多，主要阐述控制理论的最新发展，其涉及的内容涵盖人工智能与专家控制、学习控制、模糊数学与模糊控制、人工神经网络与神经网络控制以及智能优化算法等前沿学科理论[1-2]。
中原工学院的测控专业也开通了这门课程。结合本专业的实际情况，本课程主要要求学生掌握模糊控制、神经网络控制以及智能优化算法这三部分内容。但是由于课程内容比较偏理论，比较抽象和艰深，本科生往往不易理解。特别是模糊控制方面的相关知识点，由于没有学习过模糊数学相关方面的知识，对模糊数学相关知识理解比较困难，对于模糊逻辑、模糊推理更是不知其所以然。如果单纯地进行理论教学，学生对模糊控制很难理解，更谈不上掌握，学完之后基本上也就忘了。
为了避免这种情况，可以在理论教学之后引入相应的实践教学，通过相应的实践教学使学生理解、掌握并且会应用模糊控制系统。实践课程的引入课可以提高学生的动手能力、理论应用能力，同时能充分调动学生的积极性、主动性和创造性。
实践课程的重要性已有很多文献提及[3-5]。笔者在实际的模糊控制教学中尝试引入相应的实践课程来达到上述目的。结合本专业的特点以及本专业其他课程的知识，提出一种利用MATLAB软件仿真以及硬件电路设计实现模糊控制系統的方法来加深学生的理解，提高学生学习的积极性，同时提高学生的实践能力。
2 模糊控制的相关理论知识
模糊控制的主要理论部分包括模糊控制的数学基础以及模糊控制系统[1-2]。模糊控制的数学基础主要包括模糊集合及其运算、模糊关系、模糊逻辑与模糊推理。模糊控制系统主要包括模糊控制系统结构、模糊控制系统的工作原理、模糊控制系统的特点、模糊控制器的设计、模糊控制的应用。模糊控制系统的原理框图如图1所示。
这些理论知识点比较枯燥难懂，尤其是模糊数学的相关理论知识，学生理解它们还是有些困难。如果单纯进行理论教学，学生普遍反映学习比较困难。同时，为了加深理解，一般本门课程都会有相应的上机课，就是利用MATLAB
软件制作相应的仿真，并且MATLAB软件自带的函数可以演示相应的模糊控制系统。但是单纯的软件仿真并不足以提高学生的兴趣以及实践能力，因此，引入实践性课程是很有必要的。
3 模糊控制的相关实践性课程
软件仿真 在进行完模糊控制的相关理论教学后，首先进行相应的软件仿真。通过软件仿真，可以对模糊控制系统的整个过程一目了然。通常利用水位的控制来讲述模糊控制系统的工作原理。如图2所示，设有一个水箱，通过调节阀可向内注水和向外抽水。设计一个模糊控制器，通过调节阀门将水位稳定在固定点附近。
结合图1的原理框图以及图2，对于这个水箱水位的模糊控制主要有以下几部分：
模糊规则的建立→确定观测量和控制量，进行A/D采样，并且使之模糊化→采用“IF A THEN B”形式来描述模糊规则→模糊决策→非模糊化（清晰化）输出，通过D/A传到执行机构。
MATLAB软件自带的函数可以动态地演示水位与阀门控制的关系。通过让学生编写相应的程序，同时得到输出，然后与MATLAB自带的程序相对比。这样一则可以提高对模糊控制的理解，使学生对模糊系统整体结构有个大致了解;二则通过学生自己动手编写相应的程序，利用软件来仿真水位模糊控制系统，可以提高学生的学习兴趣。由于学生之前学过MATLAB计算仿真以及MALAB上机实习，这样可以加深对以前所学课程的印象，同时可以提高学生对MATLAB软件的应用能力。
通过MATLAB软件仿真，虽然学生对模糊控制系统有一个大致的了解，但是对于模糊系统具体怎么应用还是不太清楚。因为纯软件仿真还是不够直观。为了能使学生明白模糊控制具体在实际中的应用，特别设计相关实践性内容。
硬件设计 作为测控专业学生，在学习智能控制之前，已经学过电路原理、模拟电路、数字电子电路、电机控制、传感器原理、单片机原理及其应用、控制原理以及检测电路等课程。因此，为了使学生直观地明白模糊控制系统的具体应用，加深学生对模糊控制的理解，同时为了培养学生的动手能力和实践能力，要把模糊控制系统的硬件电路设计出来。
还是以水箱水位的模糊控制为例。这个模糊系统包含水位的高低、阀门的控制以及模糊推理等相关内容，这些都可以让学生将以前所学知识加以运用来解决。
1）水位的测量。利用学生以前学过的传感器原理，让学生自己选择一个合适的传感器来测量水箱的液位。确定合适的液位传感器后，设计相应的传感器检测电路，并设计相应的放大电路和滤波电路。针对实际问题，让学生自己找出解决问题的方法，这样有利于提高学生的动手能力以及解决问题的能力。
2）利用传感器测得液位，通过传感器检测电路以及相应的放大电路和滤波电路，然后单片机进行A/D采样。单片机对相应的A/D型号进行模糊化处理，根据所建立的模糊规则进行相应的模糊判决，得到结果，进行反模糊化，输出相应的信号，然后控制阀门。学生学过单片机相关课程，通过设计相关单片机电路，并且利用C语言编写相应程序，这些对他们来说应该不是难事。这部分相关的工作可以提高学生的电路设计能力、C语言编程能力以及单片机应用能力。
3）阀门的控制。利用电机或者步进电机来控制阀门的大小，相当于控制电机，利用单片机控制电机转过的角度就可以达到目的。学生学过电机控制，在这里得到应用。
通过这个实践，学生利用以前所学过的课程来解决问题，同时完成模糊控制系统的设计，并且能够动手设计出相应的电路，不再局限于软件仿真。通过自己动手实践，自己设计电路，自己调试，对于模糊控制系统理解加深，并能掌握模糊系统的应用。同时可以让学生查找市场上关于模糊洗衣机的资料，利用自己在设计、调试模糊控制电路中所掌握的知识，思考模糊洗衣机的控制系统的电路。
4 结语
通过MATLAB软件仿真，使学生明白模糊控制系统的构成以及原理，对模糊系统的输入、模糊化、模糊推理以及模糊系统的输出有清醒的认识。同时，通过电路设计、C语言编程以及电路调试，提高学生的动手能力，让学生对模糊控制系统的认识不再停留在理论层面上。并且在设计和调试电路过程中，利用以前所学的各门课的知识来解决问题，提高综合利用知识的能力。软件仿真为上机实习，在课堂上完成并验收。而硬件调试在测控专业的开放实验室进行，在课下时间完成，这样学生有更多的时间可以完成电路。但是硬件调试在课堂上验收，并且计入期末成绩，以促进学生重视起来。这种实践性课程的引入，能极大地提高学生的学习兴趣，对他们而言，模糊控制不再是枯燥的理论，通过软件仿真、硬件设计，都能极大地提高学习兴趣，同时对学生的实践能力和综合运用能力有很大的提高。■
参考文献
[1]李少远，王景成.智能控制[M].2版.北京：机械工业出版社，2009.
[2]梁景凯，曲延滨.智能控制技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2016.
[3]雷小波，亓路路.施瓦布实践性课程思想的启示[J].职业，2013（33）：91-93.
[4]郭向明.实践性课程观下的学科案例教学的研究与实践[J].淄博师专学报，2010（1）：14-16.
[5]刘旭健.实践性课程与理论性课程之间的教学关系[J].电子世界，2014（10）：425-426.
