《复杂机电系统的人工智能控制技术》研究生课程教学大纲

附件：1.教学大纲教学目的通过本课程的学习，研究生自觉传承优秀的中国文化，强化民族自尊心和自豪感，具备优良的家国情怀和担当精神。能熟练掌握工业4.0的核心思想、智能制造三个维度与十项关键技术、制造强国2025三步走和五个方针、创新意识思维与能力、智能工厂的三个基本构架、智能机器的三个基本要素、智能机器实施的三个途径、人工智能的基本概念、自动控制三个阶段、模糊控制技术、人工神经网络控制技术、代学习控制技术等知识。善手将人工智能、智能制造、智能控制技术三者有机结合在一起，以及将智能机器实施技术和实施只能开智能控制技术应用到解决实际科研问题的能力。具备发现问题、分析问题的能力，以及创新的激情、意识、思维，显著提升创新能力。教学要求第一，熟练掌握工业四次革命的历史、中国制造业现状、中国制造2025战略，以及国家创新战略规划，自觉传承优秀的中国文化，强化民族自尊心和自豪感，具备优良的家国情怀、担当精神和创新精神。第二，熟练掌握智能工厂的三个基本构架、智能机器的三个基本要素、智能机器实施的三个途径、人工智能的基本概念。第三，能够根据现代工程技术发展的需求及趋势，熟练掌握模糊控制技术、神经网络控制技术与选代学习控制技术三种应用最为广泛的智能控制技术。教学方法课堂讲授、案例教学、讨论教学、互动式教学、参与式教学、视频多媒体教学等。学生创新精神和实践能力培养方法通过对国际形势的分析，尤其当今的“卡脖子”难题的破解，以及国家创新发展战略的介绍，激发研究生的创新激情和担当精神。结合实际科研成果案例，系统论述创新的意识、创新思维和创新能力的理论体系，激发研究生的创新的激情，并提升其创新的能力。将任课教师赵升吨二级教授已经授权的国家发明专利400余件申请过程和“酸甜苦辣”进行言传身教，阐明创新过程规律以及需要“宝剑锋从磨砺出”的弘大刚毅意志。另一方面将教师指导的优秀研究生授权国家发明专利的重要性，以及研究生的硕士学位论文与博士学位论文围绕授权国家发明专利的好处等方面，启发研究生的创新动力、乐趣、创新的意识和思维。进一步以教师实际指导的硕士和博士进行创新的典型的案例进行教学，将教师已取得科研成果融入到课堂教学之中，用第三代锻压设备的交流伺服压力机、对轮主动旋压机、径向锻造机、智能飞轮电池、双电机冲击钻等大量的智能机器等案例论述创新意识、思维和能

附件：1.教学大纲 教学目的 通过本课程的学习，研究生自觉传承优秀的中国文化，强化民族自尊心和自豪感，具备 优良的家国情怀和担当精神。能熟练掌握工业 4.0 的核心思想、智能制造三个维度与十项关 键技术、制造强国 2025 三步走和五个方针、创新意识思维与能力、智能工厂的三个基本构架、 智能机器的三个基本要素、智能机器实施的三个途径、人工智能的基本概念、自动控制三个 阶段、模糊控制技术、人工神经网络控制技术、迭代学习控制技术等知识。善于将人工智能、 智能制造、智能控制技术三者有机结合在一起，以及将智能机器实施技术和实施只能开智能 控制技术应用到解决实际科研问题的能力。具备发现问题、分析问题的能力，以及创新的激 情、意识、思维，显著提升创新能力。 教学要求 第一，熟练掌握工业四次革命的历史、中国制造业现状、中国制造 2025 战略，以及国家 创新战略规划，自觉传承优秀的中国文化，强化民族自尊心和自豪感，具备优良的家国情怀、 担当精神和创新精神。 第二，熟练掌握智能工厂的三个基本构架、智能机器的三个基本要素、智能机器实施的 三个途径、人工智能的基本概念。 第三，能够根据现代工程技术发展的需求及趋势，熟练掌握模糊控制技术、神经网络控 制技术与迭代学习控制技术三种应用最为广泛的智能控制技术。 教学方法 课堂讲授、案例教学、讨论教学、互动式教学、参与式教学、视频多媒体教学等。 学生创新精神和实践能力培养方法 通过对国际形势的分析，尤其当今的“卡脖子”难题的破解，以及国家创新发展战略的 介绍，激发研究生的创新激情和担当精神。结合实际科研成果案例，系统论述创新的意识、 创新思维和创新能力的理论体系，激发研究生的创新的激情，并提升其创新的能力。 将任课教师赵升吨二级教授已经授权的国家发明专利 400 余件申请过程和“酸甜苦辣” 进行言传身教，阐明创新过程规律以及需要“宝剑锋从磨砺出”的弘大刚毅意志。另一方面 将教师指导的优秀研究生授权国家发明专利的重要性，以及研究生的硕士学位论文与博士学 位论文围绕授权国家发明专利的好处等方面，启发研究生的创新动力、乐趣、创新的意识和 思维。进一步以教师实际指导的硕士和博士进行创新的典型的案例进行教学，将教师已取得 科研成果融入到课堂教学之中，用第三代锻压设备的交流伺服压力机、对轮主动旋压机、径 向锻造机、智能飞轮电池、双电机冲击钻等大量的智能机器等案例论述创新意识、思维和能

力的创新三要素，引导、培养和激发研究生在课程学习过程中就养成了创新的优秀习惯。紧密结合课程教学中的“智能机器实施的三个途径”内容，要求在2020、2021、2022年的每年选修人数分别达190、337、355的每一位研究生撰写一项中国国家发明专利，并作为大作业，占课程总分的30%。使得每位研究生在本课程教学过程中的创新能力得到大幅度提升。并要求每位研究生学会在中国专利数据库，以及欧美日英等专利数据库检索，并实际撰写一项中国国家的发明专利，作为大作业交给老师，该大作业占课程成绩的30%，来提升研究生的创新能力。教材选用原则和特点教学团队使用的《复杂机电系统的人工智能控制技术》（西安交通大学出版社，2022.12）课程教材是由西安交通大学赵升吨教授根据多年教学经验编写，此教材具有一定的权威性和创新性特点，在总体结构和理论阐证方面皆优越于同类教材。国内外现有教材中要么只侧重复杂机电系统，要么只介绍人工智能或自动控制技术，而缺少将“智能制造技术”、“人工智能”及“控制技术”结合起来的教材。本书是在20年课程讲义的基础上，结合国内外最新发展和作者的科研成果编写而成。集中阐述了具有智能制造技术、人工智能和控制技术，具体包括如何构建先进的智能控制硬件系统和如何针对具体的智能机器开展智能控制的软件系统，涵盖人工智能及智能控制理论、智能制造的基本理论与技术、人工智能中的知识工程，以及模糊控制技术、人工神经网络控制和选代学习控制技术这三种常用的智能控制技术的含义、算法、实现过程。该教材可作为国内外机械工程、电子信息、电气工程、材料工程、航空航天、化工机械、能源动力、生物医学等学科的研究生教材和相关人员使用。考核方式考核内容分为平时考核和期末考试两部分。平时考核的内容由课堂考勤、课堂表现、作业完成和遵纪守法情况等组成。期未考核采用开卷考试形式，不再采取现有的标准试题的形式，而是采用填空题、分析题和计算题等形式，着重考查学生对所学理论的熟悉掌握程度，运用理论解答问题、分析问题的能力及逻辑思维能力。每一位研究生撰写一项中国国家发明专利，并作为大作业，占课程总分的30%。教学参考资料1.赵升吨，范淑琴，王永飞，李靖祥编著.复杂机电系统的人工智能控制技术.西安交通大学出版社，2022.122.蔡自兴编著.智能控制（第二版）：电子工业出版社，2004.83.李国勇编著。智能控制及其MATLAB实现。电子工业出版社，2005.54.李士勇，李研编著.智能控制：清华大学出版社，2016.6

力的创新三要素，引导、培养和激发研究生在课程学习过程中就养成了创新的优秀习惯。 紧密结合课程教学中的“智能机器实施的三个途径”内容，要求在 2020、2021、2022 年 的每年选修人数分别达 190、337、355 的每一位研究生撰写一项中国国家发明专利，并作为 大作业，占课程总分的 30%。使得每位研究生在本课程教学过程中的创新能力得到大幅度提 升。并要求每位研究生学会在中国专利数据库，以及欧美日英等专利数据库检索，并实际撰 写一项中国国家的发明专利，作为大作业交给老师，该大作业占课程成绩的 30%，来提升研 究生的创新能力。 教材选用原则和特点 教学团队使用的《复杂机电系统的人工智能控制技术》（西安交通大学出版社，2022.12） 课程教材是由西安交通大学赵升吨教授根据多年教学经验编写，此教材具有一定的权威性和 创新性特点，在总体结构和理论阐证方面皆优越于同类教材。 国内外现有教材中要么只侧重复杂机电系统，要么只介绍人工智能或自动控制技术，而 缺少将“智能制造技术”、“人工智能”及“控制技术”结合起来的教材。本书是在 20 年课 程讲义的基础上，结合国内外最新发展和作者的科研成果编写而成。集中阐述了具有智能制 造技术、人工智能和控制技术，具体包括如何构建先进的智能控制硬件系统和如何针对具体 的智能机器开展智能控制的软件系统，涵盖人工智能及智能控制理论、智能制造的基本理论 与技术、人工智能中的知识工程，以及模糊控制技术、人工神经网络控制和迭代学习控制技 术这三种常用的智能控制技术的含义、算法、实现过程。 该教材可作为国内外机械工程、电子信息、电气工程、材料工程、航空航天、化工机械、 能源动力、生物医学等学科的研究生教材和相关人员使用。 考核方式 考核内容分为平时考核和期末考试两部分。平时考核的内容由课堂考勤、课堂表现、作 业完成和遵纪守法情况等组成。期末考核采用开卷考试形式，不再采取现有的标准试题的形 式，而是采用填空题、分析题和计算题等形式，着重考查学生对所学理论的熟悉掌握程度， 运用理论解答问题、分析问题的能力及逻辑思维能力。每一位研究生撰写一项中国国家发明 专利，并作为大作业，占课程总分的 30%。 教学参考资料 1.赵升吨，范淑琴，王永飞，李靖祥编著.复杂机电系统的人工智能控制技术.西安交通 大学出版社,2022.12 2.蔡自兴编著.智能控制（第二版）. 电子工业出版社,2004.8 3.李国勇编著。智能控制及其 MATLAB 实现。电子工业出版社,2005.5 4.李士勇，李研编著.智能控制. 清华大学出版社,2016.6

教学进度安排和具体教案序号教学内容安排分配「教学教学要求学时方式（写明章、节、目）（知识要求及能力要求）第一章绪论1.1制造铸就华夏之强国梦1.2四次工业革命简介从现代机械装备驱动与传动的发1.3自动控制的基本原理及其授课展趋势，引出自动控制的基本原与6第一章发展的三个阶段理，介绍自动控制理论发展的三讨论个阶段、机电系统工程的发展方1.4智能控制简介向等。1.5讲授内容及教学计划1.6本课程预期达到的效果“百善孝为先”，给学生们分享学第二章智能制造技术授课习“智能控制室”的“抒情类歌曲2.1智能制造的内涵与外延第二章A5（《天边》、《梅花泪》及《胡2.2机器的基本组成讨论琴说》）”等歌曲，引出智能制造2.3智能机器及其实施途径的内涵与外延。第三章人工智能简介分享著名空气动力学家，中国载3.1人类的智能发展历程人航天莫基人，中国科学院及中3.2人的本质能力国工程院院士，中国两弹一星功3.3人类智能的特征勋奖章获得者，被誉为“中国航天3.4人工智能的发展历程授课之父”“中国导弹之父”“中国自动3.5中国的人工智能发展历第三章与6化控制之父”和“火箭之王”钱3.6人工智能的定义讨论学森在“精诚求学”、“艰难回国”3.7“强”“弱”人工智能对比以及“敢于担当”等先进事迹，给3.8人工智能的三个学派学生们树立学习的榜样，进而引3.9实现人工智能的技术路线出人工智能的发展历程，以及相3.10人工智能主要研究领城关的理论范畴。3.11人工智能发展方向第四章人工智能控制中的知识基础《大学》“三纲领”和“八条目”，4.1知识的基本概念强调修己是治人的前提，修已的4.2专家系统简介目的是为了治国平天下，说明治4.3知识的获取国平天下和个人道德修养的一致第四章授课4.4知识的语义网络表示法5性。“穷则独善其身，达则兼济天4.5知识的产生式表示法下”是读书人的宗旨。给学生们分4.6知识的框架表示法享处世三大奇书：《菜根谭》、4.7知识的一阶谓词逻辑方法《围炉夜话》和《小窗幽记》文4.8知识服务的智能学习体系学作品；引出智能学习系统等

教学进度安排和具体教案 序号 教 学 内 容 安 排 （写明章、节、目） 分配 学时 教学 方式 教学要求 （知识要求及能力要求） 第一章 第一章 绪论 1.1 制造铸就华夏之强国梦 1.2 四次工业革命简介 1.3 自动控制的基本原理及其 发展的三个阶段 1.4 智能控制简介 1.5 讲授内容及教学计划 1.6 本课程预期达到的效果 6 授课 与 讨论 从现代机械装备驱动与传动的发 展趋势，引出自动控制的基本原 理，介绍自动控制理论发展的三 个阶段、机电系统工程的发展方 向等。 第二章 第二章 智能制造技术 2.1 智能制造的内涵与外延 2.2 机器的基本组成 2.3 智能机器及其实施途径 5 授课 与 讨论 “百善孝为先”，给学生们分享学 习“智能控制室”的“抒情类歌曲 （《天边》、《梅花泪》及《胡 琴说》）”等歌曲，引出智能制造 的内涵与外延。 第三章 第三章 人工智能简介 3.1 人类的智能发展历程 3.2 人的本质能力 3.3 人类智能的特征 3.4 人工智能的发展历程 3.5 中国的人工智能发展历 3.6 人工智能的定义 3.7 “强”“弱”人工智能对比 3.8 人工智能的三个学派 3.9 实现人工智能的技术路线 3.10 人工智能主要研究领域 3.11 人工智能发展方向 6 授课 与 讨论 分享著名空气动力学家，中国载 人航天奠基人，中国科学院及中 国工程院院士，中国两弹一星功 勋奖章获得者，被誉为“中国航天 之父”“中国导弹之父”“中国自动 化控制之父”和“火箭之王”-钱 学森在“精诚求学”、“艰难回国” 以及“敢于担当”等先进事迹，给 学生们树立学习的榜样，进而引 出人工智能的发展历程，以及相 关的理论范畴。 第四章 第四章 人工智能控制中的知 识基础 4.1 知识的基本概念 4.2 专家系统简介 4.3 知识的获取 4.4 知识的语义网络表示法 4.5 知识的产生式表示法 4.6 知识的框架表示法 4.7 知识的一阶谓词逻辑方法 4.8 知识服务的智能学习体系 5 授课 《大学》“三纲领”和“八条目”， 强调修己是治人的前提，修己的 目的是为了治国平天下，说明治 国平天下和个人道德修养的一致 性。“穷则独善其身，达则兼济天 下”是读书人的宗旨。给学生们分 享处世三大奇书：《菜根谭》、 《围炉夜话》和《小窗幽记》文 学作品；引出智能学习系统等

第五章模糊控制技术关学大师-张载（宋）有云：“吾5.1模糊控制的简介辈读书之人，只求能：为天地立5.2模糊集合授课心，为生民立命，为往圣继绝学，第五章5.3模糊关系与6为万世开太平。”进一步让学生们讨论5.4模糊推理理解模糊控制技术的原理、控制5.5模糊控制原理器设计方法、模糊控制器设计等。介绍“梅兰竹菊"四君子高贵品质：傲、幽、坚、淡，梅高洁傲第六章人工神经网络控制系岸、兰曲雅空灵、竹虚心有节、统授课菊冷艳清贞，倡导学生们学习，6.1神经网络的基本概念与第六章并介绍相关的诗词，例如《卜算66.2典型神经网络的模型讨论子-咏梅》、《竹（清）郑板桥》6.3神经网络控制的基本思想以及《菊花（唐）元》等。进而引出人工神经网络的结构及工作方式，特性、学习方式等分析《论语·第八章·泰伯篇》子7.1机器学习及基本原理日：“笃信好学，守死善道；危邦不7.2选代学习控制概述入，乱邦不居；天下有道则现，无道7.3选代学习控制律授课则隐。邦有道，贫且贱爲,耻也,邦6与第七章7.4自学习控制系统无道，富且贵需，耻也”相关的内讨论 7.5选代学习控制简单实例容，向学生们介绍“创新、协调、7.6送代学习控制面临的挑战绿色、开放、共享”的发展理念，进而深入理解选代学科控制相关的理论

第五章 第五章 模糊控制技术 5.1 模糊控制的简介 5.2 模糊集合 5.3 模糊关系 5.4 模糊推理 5.5 模糊控制原理 6 授课 与 讨论 关学大师-张载（宋）有云：“吾 辈读书之人，只求能：为天地立 心，为生民立命，为往圣继绝学， 为万世开太平。”进一步让学生们 理解模糊控制技术的原理、控制 器设计方法、模糊控制器设计等。 第六章 第六章 人工神经网络控制系 统 6.1 神经网络的基本概念 6.2 典型神经网络的模型 6.3 神经网络控制的基本思想 6 授课 与 讨论 介绍“梅兰竹菊”四君子高贵品 质：傲、幽、坚、淡，梅高洁傲 岸、兰幽雅空灵、竹虚心有节、 菊冷艳清贞，倡导学生们学习， 并介绍相关的诗词，例如《卜算 子-咏梅》、《竹（清）郑板桥》 以及《菊花（唐）元稹》等。进 而引出人工神经网络的结构及工 作方式，特性、学习方式等 第七章 7.1 机器学习及基本原理 7.2 迭代学习控制概述 7.3 迭代学习控制律 7.4 自学习控制系统 7.5 迭代学习控制简单实例 7.6 迭代学习控制面临的挑战 6 授课 与 讨论 分析《论语ꞏ第八章ꞏ泰伯篇》子 曰:“笃信好学,守死善道;危邦不 入,乱邦不居;天下有道则现,无道 则隐。邦有道,贫且贱焉,耻也,邦 无道,富且贵焉,耻也”相关的内 容，向学生们介绍“创新、协调、 绿色、开放、共享”的发展理念， 进而深入理解迭代学科控制相关 的理论