《系統(tǒng)辨識與自適應(yīng)控制》課程教學(xué)過程研究

王坤

摘要：《系統(tǒng)辨識與自適應(yīng)控制》課程作為控制科學(xué)與工程專業(yè)研究生的學(xué)位課程，在今后的科研過程中具有重要的作用。針對課程教學(xué)過程中存在的一些問題，文中總結(jié)了改進措施。通過合理整合優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，將《系統(tǒng)辨識》與《自適應(yīng)控制》兩門課程融合；在授課過程中，采取啟發(fā)式教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，通過多媒體手段的改進，使學(xué)生對各種算法有了形象的認識；鼓勵學(xué)生將科研項目與課程內(nèi)容相結(jié)合；采取互動的答辯方式進行課程考核，提高學(xué)生各方面的能力；在教學(xué)過程中，對教師提出更高的要求，使教師和學(xué)生在授課過程中共同提高，取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)辨識；自適應(yīng)控制；教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）14-0167-02

《系統(tǒng)辨識與自適應(yīng)控制》是我校控制科學(xué)與工程專業(yè)研究生學(xué)位課程，具有重要的作用?！跋到y(tǒng)辨識”與“自適應(yīng)控制”是20世紀(jì)后半葉發(fā)展起來，屬于現(xiàn)代控制理論范疇的自動化學(xué)科的兩個新學(xué)術(shù)方向，兩者之間有著密切的聯(lián)系。在系統(tǒng)的設(shè)計、分析和綜合，以及對系統(tǒng)進行預(yù)測等問題中，都要知道系統(tǒng)的動態(tài)特性。系統(tǒng)辨識是將被研究的對象模型化，即建立描述系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型及論述建立模型的理論和方法。而自適應(yīng)控制的研究對象是具有不確定性的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的被控對象或過程的動態(tài)特性是事先難以獲知的，或者其數(shù)學(xué)模型是經(jīng)常變化的，因此常規(guī)反饋控制的控制效果不佳，自適應(yīng)控制則能夠解決這些問題[1，2]。

《系統(tǒng)辨識與自適應(yīng)控制》課程理論性和實用性比較強，內(nèi)容算法繁多[3，4]，因此，如何通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握系統(tǒng)辨識與自適應(yīng)控制的基本理論、設(shè)計思路和主要算法，了解該學(xué)科的前沿和發(fā)展動向，通過實驗初步采用系統(tǒng)辨識建立過程模型的方法，自適應(yīng)控制的基本概念、系統(tǒng)的構(gòu)成原理，掌握兩類主要的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，即模型參考自適應(yīng)和自校正自適應(yīng)控制系統(tǒng)，并通過實例了解自適應(yīng)控制在工藝過程控制的應(yīng)用等，是該課程的重點。

在課程的教學(xué)過程中，從培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力出發(fā)，授課過程中，有意識滲透系統(tǒng)科學(xué)與工程的思想，使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，提高其適應(yīng)能力和創(chuàng)新能力，本文對課程教學(xué)過程中的問題及采取的措施進行的了總結(jié)。

一、教學(xué)內(nèi)容整合

《系統(tǒng)辨識與自適應(yīng)控制》是兩門聯(lián)系緊密的學(xué)科，在之前《系統(tǒng)辨識》課程的基礎(chǔ)上，結(jié)合自適應(yīng)控制形成一門新的課程，需要對課程內(nèi)容進行優(yōu)化整合。

《系統(tǒng)辨識》中主要包括的內(nèi)容有：系統(tǒng)辨識的基本概念，動、靜態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述及相關(guān)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識；靜態(tài)過程參數(shù)估計的最小二乘法，遞推最小二乘法，時變過程的參數(shù)估計等；動態(tài)模型的最小二乘法，廣義最小二乘法，遞推增廣最小二乘法，輔助變量法，增廣矩陣法，多級最小二乘法等；系統(tǒng)模型的定階方法；非參數(shù)模型的辨識，M序列辨識；閉環(huán)系統(tǒng)辨識等。

《自適應(yīng)控制》中主要包括的內(nèi)容有：自適應(yīng)控制的基本概念，兩類重要的自適應(yīng)控制及其最新進展；最小方差控制器，自校正調(diào)節(jié)器，廣義最小方差控制與自校正控制器等；模型參考自適應(yīng)控制，局部參數(shù)最優(yōu)化的設(shè)計方法，基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論的設(shè)計方法，基于波波夫超穩(wěn)定理論的設(shè)計方法等。

將兩者內(nèi)容中相聯(lián)系的部分重點強調(diào)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)時思路清晰，對于所學(xué)內(nèi)容有清楚的了解，有助于學(xué)生對該課程的理解和掌握。

二、教學(xué)方法和手段

堅持從問題出發(fā)的教學(xué)理念，抓住問題的關(guān)鍵點，在重要概念引入時，著重點在概念的來源和背景上，使學(xué)生學(xué)會研究問題的思想和方法，切實提高學(xué)生解決問題的能力，引入實例中應(yīng)用的優(yōu)化思想和算法，通過不斷解決問題提高學(xué)生的創(chuàng)新能力[5]。

作為研究生來講，和本科生授課要有區(qū)別，通過課堂的啟發(fā)式教學(xué)來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動性，教與學(xué)融合，改變原有的“老師講，學(xué)生聽”的教學(xué)方式，讓學(xué)生積極主動地參與到教學(xué)中來，積極思考，提高教學(xué)效果。就某一個問題與學(xué)生進行課堂討論，傾聽學(xué)生的想法并對其想法進行補充或改進，提高學(xué)生對課程內(nèi)容的認可度。

現(xiàn)代化的教學(xué)手段也可在課堂上起到非常大的作用。采用多媒體課件授課，克服理論的酷造型，調(diào)節(jié)教學(xué)節(jié)奏、活躍課堂起風(fēng)。通過圖像、視頻等教學(xué)手段，播放一些工業(yè)現(xiàn)場的視頻或照片，并通過Matlab仿真進行實例演示[6]，將系統(tǒng)建模、分析等過程現(xiàn)場進行演示，給學(xué)生形象的說明系統(tǒng)建模的過程，加深其對算法的理解，培養(yǎng)他們應(yīng)用計算機輔助分析和設(shè)計的綜合能力，從而激發(fā)學(xué)生的求知欲，開闊學(xué)生的思路和眼界。

三、結(jié)合科研項目培養(yǎng)學(xué)生實踐能力

剛剛進入研究生階段學(xué)習(xí)的學(xué)生，大多數(shù)缺乏系統(tǒng)的科研經(jīng)驗，因此，在課程學(xué)習(xí)過程中，與學(xué)生導(dǎo)師溝通聯(lián)系，將科研課題內(nèi)容與課程相結(jié)合，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)基本課程內(nèi)容的同時提前進入課題組研究，通過具體的實際系統(tǒng)研究、分析和設(shè)計過程，對學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計能力、綜合應(yīng)用能力、分析和仿真能力、論文寫作等進行全面的培養(yǎng)。

四、課程考核方式的改進

研究生考核在于其研究和學(xué)習(xí)能力的考察，因此，在課程考核中，除了平時授課中的問題討論等之外，為了加深學(xué)生對該課程的理解，采取答辯的形式。給每個學(xué)生布置一篇論文，論文內(nèi)容是與所研究課題相聯(lián)系的針對某種辨識或控制方法的論文，答辯過程中，每個學(xué)生針對自己所寫論文在課堂上進行15分鐘左右的演講，學(xué)生講述完畢后，由大家和教師提問，最后由教師進行補充分析，這樣，既培養(yǎng)了學(xué)生獨立思考和自學(xué)能力，又加深了學(xué)生對課程的理解熟悉程度，培養(yǎng)了思維、應(yīng)變、溝通等方面的能力，也鍛煉了他們撰寫學(xué)術(shù)論文的能力。

五、教師能力的提高

對學(xué)生培養(yǎng)過程其實也是對教師的鍛煉過程，為適應(yīng)實際教學(xué)過程中的要求，教師自身也要時刻注重對自身整體素質(zhì)的提升。教師自身要跟蹤掌握理論前沿，要學(xué)習(xí)和掌握系統(tǒng)的教學(xué)方法并自然的融合到教學(xué)中，積極參與科研項目，通過科研課題提高解決實際問題的能力。

六、結(jié)語

《系統(tǒng)辨識與自適應(yīng)控制》課程是控制科學(xué)與工程研究生培養(yǎng)過程中重要的一門學(xué)位基礎(chǔ)課，是學(xué)生今后學(xué)術(shù)研究的基礎(chǔ)課程，在教學(xué)過程中，以學(xué)生為核心，互動式的教學(xué)方式等多方面對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進行引導(dǎo)，鍛煉其分析、解決問題的能力，把已經(jīng)學(xué)習(xí)的理論知識與最新技術(shù)相結(jié)合，提高其學(xué)術(shù)素養(yǎng)，為將來要從事的科研工作打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]王建國.《系統(tǒng)辯識與自適應(yīng)控制》課程教學(xué)改革探討[J].科技信息，2010，36：11.

[2]史曉霞.系統(tǒng)辨識與建模課程教學(xué)探討[J].高等建筑教育，2012，02：80-82.

[3]劉娣，朱松青，林健.應(yīng)用型本科院校系統(tǒng)辨識課程教學(xué)改革探索[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012，31：174+176.

[4]劉飛.研究生課程教學(xué)改革的實踐與探討[J].無錫教育學(xué)院學(xué)報，2002，03：48-50.

[5]都延麗，喬兵.航空航天院校“系統(tǒng)辨識”課程的教學(xué)改革探討[J].科教文匯（下旬刊），2014，02：74-75+83.

[6]劉娣，許有熊，林健.基于MATLAB的“系統(tǒng)辨識”課程實驗教學(xué)改革[J].中國電力教育，2013，01：139-140.

Abstract："System identification and adaptive control" is an important course in the future scientific research process as a graduate student in science and engineering. The paper summarizes the improvement measures in view of some problems in the course of teaching，. The "system identification" and "adaptive control" two courses are integrated through the rational integration and optimization of teaching content. In the course of teaching，taking the heuristic teaching，improve the learning initiative. Through the improvement of the multimedia means，the students have the image of a variety of algorithms. Encourage students to combine scientific research projects with curriculum content. To take an interactive approach to the examination of the course assessment，improve the ability of all aspects of the students. In the teaching process，the teacher put forward higher requirements，so that teachers and students in the teaching process to improve，and achieved good teaching results.

Key words：system identification；adaptive control；teaching