山东农业大学：机械与电子工程学院《模糊控制理论及应用》课程教学大纲

《模糊控制理论及应用》课程教学大纲学分：2总学时：36理论学时：36面向专业：电气工程及其自动化大纲执笔人：王冉冉大纲审定人：李有安一、说明1.课程的性质、地位和任务《模糊控制理论及应用》是电气工程及自动化专业的选修课。主要任务是模糊控制技术作为现代工业与新产品开发的高新技术之一，受到国内外普遍重视。通过本课程的学习掌握模糊控制技术的一般原理和方法，尤其是模糊推理技术与模糊系统模型的建模技术。2.课程教学的基本要求先修课程：《高等数学》，《线性代数》，《自动控制理论基础》，《模糊数学》等。在这些课程中注意讲授：模糊数学的定义，计算方法，控制的基本概念和基本方法等。由于模糊控制理论内容抽象，国内大部分模糊课程都是面向研究生教学的，同学理解起来较困难。同时保证课程内容的稳定性，讲课力求突出重点，突出基本原理和基本内容，同时尽量列举应用了模糊系统的实际例子，使同学们理解起来更加容易。本课程的教学环节包括：课堂讲授、课外作业等。通过本课程各个教学环节的学习，重点培养学生应用自动控制理论分析和设计调速系统方法的掌握。注重培养学生的自学能力、动手能力、分析问题、解决问题的能力，培养学习设计计算以及利用已掌握的知识分析实际问题的能力。3.课程教学改革总体设想：为解决授课学时少授课内容多的矛盾，在有限的教学时间里较好的完成授课任务，必须做到重点突出、精讲多练，尽量使用现代教学手段如多媒体教学等，在增加信息量的前提下也能保证教学质量。采用启发式教学，对重点内容讲深、讲透，鼓励学生自学和课上讨论，调动学生的学习主动性，通过讲解应用实例，提高学生的学习兴趣，扩大学生在本学科领域的知识面。二、教学大纲内容第一章模糊控制系统的结构（讲课8学时）S1-1模糊控制系统产生的背景介绍模糊控制系统产生的背景、目前的应用情况和以后的发展展望等。S1-2自然语言与模糊集合通过对自然语言的介绍，认识模糊集合的概念。S1-3模糊控制系统的基本结构根据几个例子，介绍了模糊控制系统的基本结构，模糊控制系统的一般模型和模型各个方框的含义

《模糊控制理论及应用》课程教学大纲 学分：2 总学时：36 理论学时：36 面向专业：电气工程及其自动化 大纲执笔人：王冉冉 大纲审定人：李有安 一、说明 1.课程的性质、地位和任务 《模糊控制理论及应用》是电气工程及自动化专业的选修课。主要任务是模糊控制技术作为 现代工业与新产品开发的高新技术之一，受到国内外普遍重视。通过本课程的学习掌握模糊 控制技术的一般原理和方法，尤其是模糊推理技术与模糊系统模型的建模技术。 2.课程教学的基本要求 先修课程：《高等数学》，《线性代数》，《自动控制理论基础》,《模糊数学》等。在这些 课程中注意讲授：模糊数学的定义，计算方法，控制的基本概念和基本方法等。 由于模糊控制理论内容抽象，国内大部分模糊课程都是面向研究生教学的，同学理解起 来较困难。同时保证课程内容的稳定性，讲课力求突出重点，突出基本原理和基本内容，同 时尽量列举应用了模糊系统的实际例子，使同学们理解起来更加容易。 本课程的教学环节包括：课堂讲授、课外作业等。通过本课程各个教学环节的学习，重 点培养学生应用自动控制理论分析和设计调速系统方法的掌握。注重培养学生的自学能力、 动手能力、分析问题、解决问题的能力，培养学习设计计算以及利用已掌握的知识分析实际 问题的能力。 3.课程教学改革 总体设想：为解决授课学时少授课内容多的矛盾，在有限的教学时间里较好的完成授课 任务，必须做到重点突出、精讲多练，尽量使用现代教学手段如多媒体教学等，在增加信息 量的前提下也能保证教学质量。采用启发式教学，对重点内容讲深、讲透，鼓励学生自学和 课上讨论，调动学生的学习主动性，通过讲解应用实例，提高学生的学习兴趣，扩大学生在 本学科领域的知识面。 二、教学大纲内容 第一章 模糊控制系统的结构（讲课 8 学时） §1-1 模糊控制系统产生的背景 介绍模糊控制系统产生的背景、目前的应用情况和以后的发展展望等。 §1-2 自然语言与模糊集合 通过对自然语言的介绍，认识模糊集合的概念。 §1-3 模糊控制系统的基本结构 根据几个例子，介绍了模糊控制系统的基本结构，模糊控制系统的一般模型和模型各 个方框的含义

S1-4模糊控制系统的特点根据隶属函数和模糊推理的概念，介绍了模糊的含义和模糊系统的特点。区别了模糊控制系统和经典PID控制系统、现代控制系统。81-5模糊系统的应用与发展前景学习要求：了解模糊控制系统产生的背景。了解自然语言与模糊集合。掌握模糊控制系统的基本结构和模糊控制系统的特点。知道模糊系统的基本应用和发展前景。本章重点：模糊控制系统的特点。建议：本章内容主要是对模糊相关概念的介绍，授课时应当注重关于模糊概念与其他数学概念和自然语言概念的区别，通过对头，使学生掌握模糊系统的基本结构和模糊系统的特点。第二章模糊集合的概念与预算（讲课8学时）S2-1模糊集合的运算及其性质介绍经典集合来认识模糊集合的概念，通过定义掌握模糊集合的概念等。S2-2模糊集合的基本定理S2-3模糊关系与模糊关系方程模糊关系的定义，模糊关系方程的列写和求解，模糊关系方程的性质。S2-4模糊测度与模糊积分分别介绍概率测度和模糊测度，引入模糊积分的概念。S2-5模糊度与相似度介绍模糊度与相似度的有关定义，概念，公式和性质。S2-6模糊集及其运算的扩充通过经典子集的性质介绍模糊集，介绍模糊集运算的扩充。要求：掌握模糊集合的运算及其性质，熟练掌握模糊集合的基本定理，掌握模糊关系与模糊关系方程，掌握模糊测度与模糊积分，通过前面的内容，掌握模糊度与相似度、模糊集及其运算的扩充。本章重点：掌握好模糊集和模糊关系和模糊度。本章难点：各种模糊运算的方法。建议：模糊基本概念使本章的主要内容，由于在本章首次接触模糊的基本内容，同学接受可能比较困难，建议减慢讲课速度，必要时候可以通过大量例子，重复讲授，本章是本课程的基础，一定要打好。第三章模糊推理的基本原理（讲课4学时）83-1.模糊推理的基本思想$3-2模糊推理的Mamdani算法介绍模糊推理Mamdani算法的关系生成规则与推理合成规则。s3-3多段模糊推理的Mamdani算法

§1-4 模糊控制系统的特点 根据隶属函数和模糊推理的概念，介绍了模糊的含义和模糊系统的特点。区别了模糊 控制系统和经典 PID 控制系统、现代控制系统。 §1-5 模糊系统的应用与发展前景 学习要求：了解模糊控制系统产生的背景。了解自然语言与模糊集合。掌握模糊控制 系统的基本结构和模糊控制系统的特点。知道模糊系统的基本应用和发展前景。 本章重点：模糊控制系统的特点。 建议：本章内容主要是对模糊相关概念的介绍，授课时应当注重关于模糊概念与其他 数学概念和自然语言概念的区别，通过对头，使学生掌握模糊系统的基本结构和模糊系统的 特点。 第二章 模糊集合的概念与预算（讲课 8 学时） §2-1 模糊集合的运算及其性质 介绍经典集合来认识模糊集合的概念，通过定义掌握模糊集合的概念等。 §2-2 模糊集合的基本定理 §2-3 模糊关系与模糊关系方程 模糊关系的定义，模糊关系方程的列写和求解，模糊关系方程的性质。 §2-4 模糊测度与模糊积分 分别介绍概率测度和模糊测度，引入模糊积分的概念。 §2-5 模糊度与相似度 介绍模糊度与相似度的有关定义，概念，公式和性质。 §2-6 模糊集及其运算的扩充 通过经典子集的性质介绍模糊集，介绍模糊集运算的扩充。 要求：掌握模糊集合的运算及其性质，熟练掌握模糊集合的基本定理，掌握模糊关系与 模糊关系方程，掌握模糊测度与模糊积分，通过前面的内容，掌握模糊度与相似度、模糊集 及其运算的扩充。 本章重点：掌握好模糊集和模糊关系和模糊度。 本章难点：各种模糊运算的方法。 建议：模糊基本概念使本章的主要内容，由于在本章首次接触模糊的基本内容，同学接 受可能比较困难，建议减慢讲课速度，必要时候可以通过大量例子，重复讲授，本章是本课 程的基础，一定要打好。 第三章 模糊推理的基本原理 (讲课 4 学时) §3-1 模糊推理的基本思想 §3-2 模糊推理的 Mamdani 算法 介绍模糊推理 Mamdani 算法的关系生成规则与推理合成规则。 §3-3 多段模糊推理的 Mamdani 算法

S3-4模糊推理算法的生成方法S3-5模糊推理的规则再现算法$3-6模糊值推理$3-7包含度推理S3-8可能性推理学习要求：了解模糊推理的基本思想。掌握模糊推理的Mamdani算法，掌握多段模糊推理的Mamdani算法。掌握模糊推理算法的生成方法，掌握模糊推理的规则再现算法，掌握模糊值推理和可能性推理，掌握包含度理论。本章重点：模糊推理的算法。本章难点：Mamdani算法和规则再现算法。建议：本章的内容计算的方面比较多，也比较难。因此，教学过程中，结合实际和实例进行讲授，通过典型例题来理解概念。应该至少布置两个作业题，通过作业，使学生掌握本章关于计算的内容。第四章模糊控制器的设计（讲课4学时）S4-1模糊控制器的设计原理介绍模糊控制器的设计原理。S4-2模糊控制与PID控制的比较介绍模糊控制与PID控制，并通过实际的例子，对两种控制方式进行了比较，介绍了目前比较常用的控制方法。S4-3汽车驾驶系统的模糊控制通过对汽车驾驶系统的模糊控制的介绍，说明了模糊控制系统的设计方法设计步骤和模糊控制的优点。S4-4目标跟踪系统的模糊控制S4-5模糊控制器的完备性S4-6模糊控制器的相容性S4-7模糊控制器的稳健性S4-8模糊控制器设计的进展学习要求：了解模糊控制器的设计原理和模糊控制与PID控制的区别。掌握汽车驾驶系统和目标自动跟踪系统的模糊控制方法。了解模糊控制系统的完备性、相容性、稳健性，了解模糊控制器设计的进展。本章重点：汽车驾驶系统和目标跟踪系统的模糊控制。本章难点：汽车驾驶系统和目标跟踪系统的模糊控制。建议：本章内容是本课程的重点，通过几个模糊控制器的设计，介绍了一般的模糊控制器的设计方法、步骤。然后讨论了模糊控制器的几个特点。在这些内容中，需要花较大部分

§3-4 模糊推理算法的生成方法 §3-5 模糊推理的规则再现算法 §3-6 模糊值推理 §3-7 包含度推理 §3-8 可能性推理 学习要求：了解模糊推理的基本思想。掌握模糊推理的 Mamdani 算法，掌握多段模糊推 理的 Mamdani 算法。掌握模糊推理算法的生成方法，掌握模糊推理的规则再现算法，掌握模 糊值推理和可能性推理，掌握包含度理论。 本章重点：模糊推理的算法。 本章难点：Mamdani 算法和规则再现算法。 建议：本章的内容计算的方面比较多，也比较难。因此，教学过程中，结合实际和实例 进行讲授，通过典型例题来理解概念。应该至少布置两个作业题，通过作业，使学生掌握本 章关于计算的内容。 第四章 模糊控制器的设计（讲课 4 学时） §4-1 模糊控制器的设计原理 介绍模糊控制器的设计原理。 §4-2 模糊控制与 PID 控制的比较 介绍模糊控制与 PID 控制，并通过实际的例子，对两种控制方式进行了比较，介绍了 目前比较常用的控制方法。 §4-3 汽车驾驶系统的模糊控制 通过对汽车驾驶系统的模糊控制的介绍，说明了模糊控制系统的设计方法设计步骤和 模糊控制的优点。 §4-4 目标跟踪系统的模糊控制 §4-5 模糊控制器的完备性 §4-6 模糊控制器的相容性 §4-7 模糊控制器的稳健性 §4-8 模糊控制器设计的进展 学习要求：了解模糊控制器的设计原理和模糊控制与 PID 控制的区别。掌握汽车驾驶 系统和目标自动跟踪系统的模糊控制方法。了解模糊控制系统的完备性、相容性、稳健性， 了解模糊控制器设计的进展。 本章重点：汽车驾驶系统和目标跟踪系统的模糊控制。 本章难点：汽车驾驶系统和目标跟踪系统的模糊控制。 建议：本章内容是本课程的重点，通过几个模糊控制器的设计，介绍了一般的模糊控制 器的设计方法、步骤。然后讨论了模糊控制器的几个特点。在这些内容中，需要花较大部分

时间介绍模糊控制器的设计部分。通过对这部分内容的详细介绍，使同学掌握模糊控制器的设计思路和入门方法。第五章模糊系统模型（讲课4学时）S5-1模糊系统模型的模糊性介绍复杂系统中，模糊系统设计中与模糊控制相关部分的概念，85-2模糊系统模型的辨识模糊关系方程式的性质，模糊系统模型辨识的三个步骤。S5-3模糊系统模型辨识的强力方法模糊系统模型辨识的强力方法的概念，模糊系统模型辨识的强力方法的具体实施步骤。通过。例题对模糊系统模型辨识的强力方法进行详细介绍。S5-4模糊系统模型辨识的逼近方法模糊系统模型辨识的逼近方法的概念，模糊系统模型辨识的逼近方法的具体实施步骤。通过。例题对模糊系统模型辨识的逼近方法进行详细介绍。S5-5模糊系统模型辨识的代数方法模糊系统模型辨识的代数方法的概念，模糊系统模型辨识的代数方法的具体实施步骤。通过。例题对模糊系统模型辨识的代数方法进行详细介绍。S5-6神经网络与模糊系统的等价性比较神经网络与模糊系统。S5-7模糊系统模型辨识的神经网络方法学习要求：了解模糊系统模型的模糊性，掌握模糊系统模型的辨识及其三种方法。了解神经网络与模糊系统的等价性，了解模糊系统模型辨识的神经网络方法。本章重点：模糊系统模型辨识的三种方法。本章难点：模糊系统模型辨识的神经网络方法。建议：本章主要为各种算法。需要结合实际和实例进行教学，通过典型例题来理解方法和思路，突出概念。不但要掌握算法的原理，各种算法的实现方法也要在教学过程中加以介绍。第六章模糊专家系统（讲课2学时）s6-1专家系统与模糊性介绍专家系统的概念、组成和分类。专家系统中许多模糊性的来源等。S6-2模糊专家系统什么是模糊专家系统，模糊专家系统的建立需要包含的步骤。86-3相似度在专家系统中的应用S6-4专家系统中证据的合成、传播与修正s6-5关系数据库上的知识获取

时间介绍模糊控制器的设计部分。通过对这部分内容的详细介绍，使同学掌握模糊控制器的 设计思路和入门方法。 第五章 模糊系统模型（讲课 4 学时） §5-1 模糊系统模型的模糊性 介绍复杂系统中，模糊系统设计中与模糊控制相关部分的概念。 §5-2 模糊系统模型的辨识 模糊关系方程式的性质，模糊系统模型辨识的三个步骤。 §5-3 模糊系统模型辨识的强力方法 模糊系统模型辨识的强力方法的概念，模糊系统模型辨识的强力方法的具体实施步骤。 通过。例题对模糊系统模型辨识的强力方法进行详细介绍。 §5-4 模糊系统模型辨识的逼近方法 模糊系统模型辨识的逼近方法的概念，模糊系统模型辨识的逼近方法的具体实施步骤。 通过。例题对模糊系统模型辨识的逼近方法进行详细介绍。 §5-5 模糊系统模型辨识的代数方法 模糊系统模型辨识的代数方法的概念，模糊系统模型辨识的代数方法的具体实施步骤。 通过。例题对模糊系统模型辨识的代数方法进行详细介绍。 §5-6 神经网络与模糊系统的等价性 比较神经网络与模糊系统。 §5-7 模糊系统模型辨识的神经网络方法 学习要求：了解模糊系统模型的模糊性，掌握模糊系统模型的辨识及其三种方法。了解 神经网络与模糊系统的等价性，了解模糊系统模型辨识的神经网络方法。 本章重点：模糊系统模型辨识的三种方法。 本章难点：模糊系统模型辨识的神经网络方法。 建议：本章主要为各种算法。需要结合实际和实例进行教学，通过典型例题来理解方法 和思路，突出概念。不但要掌握算法的原理，各种算法的实现方法也要在教学过程中加以介 绍。 第六章 模糊专家系统（讲课 2 学时） §6-1 专家系统与模糊性 介绍专家系统的概念、组成和分类。专家系统中许多模糊性的来源等。 §6-2 模糊专家系统 什么是模糊专家系统，模糊专家系统的建立需要包含的步骤。 §6-3 相似度在专家系统中的应用 §6-4 专家系统中证据的合成、传播与修正 §6-5 关系数据库上的知识获取

S6-6蕴含度与专家系统中的不确定性推理学习要求：了解什么是专家系统及其与模糊性的关系。掌握模糊专家系统的概念。掌握相似度及其在专家系统中的应用。掌握专家系统中证据的合成、传播、与修正。了解关系数据库上的知识的获取。了解蕴含度与专家系统中的不确定性推理。本章重点：相似度及其在专家系统中的应用。本章难点：专家系统中的不确定性推理建议：本章内容为措施的介绍，应该适当结合实际和实例进行教学，通过介绍典型措施和目前比较先进方法来理解概念。三、考核方式、方法考试形式采用闭卷笔试，题型有：填空、选择题、问答题、计算题四、建议教材及教学参考书教材：张文修主编，《模糊控制与系统》西安交通大学出版社参考书：[1]张文修，合情推理与计算机思维，西安：西安交通大学出版社，1988[2]】张文修，包含度及其在专家系统中的应用，工程数学学报，1994[3】张文修，模糊控制系统发展前景，西北高新科技，1993[4] Zadeh LA. Fuzzy Sets. Information and Control, 1965

§6-6 蕴含度与专家系统中的不确定性推理 学习要求：了解什么是专家系统及其与模糊性的关系。掌握模糊专家系统的概念。掌握 相似度及其在专家系统中的应用。掌握专家系统中证据的合成、传播、与修正。了解关系数 据库上的知识的获取。了解蕴含度与专家系统中的不确定性推理。 本章重点：相似度及其在专家系统中的应用。 本章难点：专家系统中的不确定性推理 建议：本章内容为措施的介绍，应该适当结合实际和实例进行教学，通过介绍典型措施 和目前比较先进方法来理解概念。 三、考核方式、方法 考试形式采用闭卷笔试，题型有：填空、选择题、问答题、计算题 四、建议教材及教学参考书 教材：张文修主编，《模糊控制与系统》 西安交通大学出版社 参考书： [1] 张文修，合情推理与计算机思维，西安：西安交通大学出版社，1988 [2] 张文修，包含度及其在专家系统中的应用，工程数学学报，1994 [3] 张文修，模糊控制系统发展前景，西北高新科技，1993 [4] Zadeh L A. Fuzzy Sets. Information and Control, 1965