《系统辨识与自适应控制》课程教学过程研究

王坤

摘要：《系统辨识与自适应控制》课程作为控制科学与工程专业研究生的学位课程，在今后的科研过程中具有重要的作用。针对课程教学过程中存在的一些问题，文中总结了改进措施。通过合理整合优化教学内容，将《系统辨识》与《自适应控制》两门课程融合；在授课过程中，采取启发式教学，提高学生学习主动性，通过多媒体手段的改进，使学生对各种算法有了形象的认识；鼓励学生将科研项目与课程内容相结合；采取互动的答辩方式进行课程考核，提高学生各方面的能力；在教学过程中，对教师提出更高的要求，使教师和学生在授课过程中共同提高，取得了较好的教学效果。

关键词：系统辨识；自适应控制；教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）14-0167-02

《系统辨识与自適应控制》是我校控制科学与工程专业研究生学位课程，具有重要的作用。“系统辨识”与“自适应控制”是20世纪后半叶发展起来，属于现代控制理论范畴的自动化学科的两个新学术方向，两者之间有着密切的联系。在系统的设计、分析和综合，以及对系统进行预测等问题中，都要知道系统的动态特性。系统辨识是将被研究的对象模型化，即建立描述系统动态特性的数学模型及论述建立模型的理论和方法。而自适应控制的研究对象是具有不确定性的系统，这些系统的被控对象或过程的动态特性是事先难以获知的，或者其数学模型是经常变化的，因此常规反馈控制的控制效果不佳，自适应控制则能够解决这些问题[1，2]。

《系统辨识与自适应控制》课程理论性和实用性比较强，内容算法繁多[3，4]，因此，如何通过本课程的学习使学生掌握系统辨识与自适应控制的基本理论、设计思路和主要算法，了解该学科的前沿和发展动向，通过实验初步采用系统辨识建立过程模型的方法，自适应控制的基本概念、系统的构成原理，掌握两类主要的自适应控制系统，即模型参考自适应和自校正自适应控制系统，并通过实例了解自适应控制在工艺过程控制的应用等，是该课程的重点。

在课程的教学过程中，从培养学生分析和解决问题的能力出发，授课过程中，有意识渗透系统科学与工程的思想，使学生在学习的过程中，提高其适应能力和创新能力，本文对课程教学过程中的问题及采取的措施进行的了总结。

一、教学内容整合

《系统辨识与自适应控制》是两门联系紧密的学科，在之前《系统辨识》课程的基础上，结合自适应控制形成一门新的课程，需要对课程内容进行优化整合。

《系统辨识》中主要包括的内容有：系统辨识的基本概念，动、静态系统的数学描述及相关的数学基础知识；静态过程参数估计的最小二乘法，递推最小二乘法，时变过程的参数估计等；动态模型的最小二乘法，广义最小二乘法，递推增广最小二乘法，辅助变量法，增广矩阵法，多级最小二乘法等；系统模型的定阶方法；非参数模型的辨识，M序列辨识；闭环系统辨识等。

《自适应控制》中主要包括的内容有：自适应控制的基本概念，两类重要的自适应控制及其最新进展；最小方差控制器，自校正调节器，广义最小方差控制与自校正控制器等；模型参考自适应控制，局部参数最优化的设计方法，基于李雅普诺夫稳定性理论的设计方法，基于波波夫超稳定理论的设计方法等。

将两者内容中相联系的部分重点强调，使学生在学习时思路清晰，对于所学内容有清楚的了解，有助于学生对该课程的理解和掌握。

二、教学方法和手段

坚持从问题出发的教学理念，抓住问题的关键点，在重要概念引入时，着重点在概念的来源和背景上，使学生学会研究问题的思想和方法，切实提高学生解决问题的能力，引入实例中应用的优化思想和算法，通过不断解决问题提高学生的创新能力[5]。

作为研究生来讲，和本科生授课要有区别，通过课堂的启发式教学来激发学生学习兴趣和主动性，教与学融合，改变原有的“老师讲，学生听”的教学方式，让学生积极主动地参与到教学中来，积极思考，提高教学效果。就某一个问题与学生进行课堂讨论，倾听学生的想法并对其想法进行补充或改进，提高学生对课程内容的认可度。

现代化的教学手段也可在课堂上起到非常大的作用。采用多媒体课件授课，克服理论的酷造型，调节教学节奏、活跃课堂起风。通过图像、视频等教学手段，播放一些工业现场的视频或照片，并通过Matlab仿真进行实例演示[6]，将系统建模、分析等过程现场进行演示，给学生形象的说明系统建模的过程，加深其对算法的理解，培养他们应用计算机辅助分析和设计的综合能力，从而激发学生的求知欲，开阔学生的思路和眼界。

三、结合科研项目培养学生实践能力

刚刚进入研究生阶段学习的学生，大多数缺乏系统的科研经验，因此，在课程学习过程中，与学生导师沟通联系，将科研课题内容与课程相结合，让学生在学习基本课程内容的同时提前进入课题组研究，通过具体的实际系统研究、分析和设计过程，对学生的系统设计能力、综合应用能力、分析和仿真能力、论文写作等进行全面的培养。

四、课程考核方式的改进

研究生考核在于其研究和学习能力的考察，因此，在课程考核中，除了平时授课中的问题讨论等之外，为了加深学生对该课程的理解，采取答辩的形式。给每个学生布置一篇论文，论文内容是与所研究课题相联系的针对某种辨识或控制方法的论文，答辩过程中，每个学生针对自己所写论文在课堂上进行15分钟左右的演讲，学生讲述完毕后，由大家和教师提问，最后由教师进行补充分析，这样，既培养了学生独立思考和自学能力，又加深了学生对课程的理解熟悉程度，培养了思维、应变、沟通等方面的能力，也锻炼了他们撰写学术论文的能力。

五、教师能力的提高

对学生培养过程其实也是对教师的锻炼过程，为适应实际教学过程中的要求，教师自身也要时刻注重对自身整体素质的提升。教师自身要跟踪掌握理论前沿，要学习和掌握系统的教学方法并自然的融合到教学中，积极参与科研项目，通过科研课题提高解决实际问题的能力。

六、结语

《系统辨识与自适应控制》课程是控制科学与工程研究生培养过程中重要的一门学位基础课，是学生今后学术研究的基础课程，在教学过程中，以学生为核心，互动式的教学方式等多方面对学生的学习过程进行引导，锻炼其分析、解决问题的能力，把已经学习的理论知识与最新技术相结合，提高其学术素养，为将来要从事的科研工作打下良好的基础。

参考文献：

[1]王建国.《系统辩识与自适应控制》课程教学改革探讨[J].科技信息，2010，36：11.

[2]史晓霞.系统辨识与建模课程教学探讨[J].高等建筑教育，2012，02：80-82.

[3]刘娣，朱松青，林健.应用型本科院校系统辨识课程教学改革探索[J].科技创新导报，2012，31：174+176.

[4]刘飞.研究生课程教学改革的实践与探讨[J].无锡教育学院学报，2002，03：48-50.

[5]都延丽，乔兵.航空航天院校“系统辨识”课程的教学改革探讨[J].科教文汇（下旬刊），2014，02：74-75+83.

[6]劉娣，许有熊，林健.基于MATLAB的“系统辨识”课程实验教学改革[J].中国电力教育，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