《智能控制技术》教案 项目七 分析智能控制技术的典型应用.docx
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课题
分析智能控制技术的典型应用
课时
4课时（180min）
教学目标
知识技能目标：
（1）掌握电加热炉炉温智能控制系统的结构
（2）掌握倒立摆智能控制系统的结构
（3）掌握集装箱吊车智能控制系统的结构
（4）掌握洗衣机智能控制系统的结构及原理
素质目标：
（1）养成脚踏实地、认真负责、求真务实、团结协作的工作作风
（2）弘扬一丝不苟、精益求精的大国工匠精神
（3）激发科技报国的家国情怀和使命担当
教学重难点
教学重点：电加热炉炉温智能控制系统的结构、倒立摆智能控制系统的结构、集装箱吊车智能控制系统的结构、洗衣机智能控制系统的结构及原理
教学难点：正确分析典型的智能控制系统的应用实例，正确设计典型的智能控制系统
教学方法
案例分析法、问答法、讨论法、讲授法
教学用具
电脑、投影仪、多媒体课件、教材
教学过程
主要教学内容及步骤
课前任务
【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学通过APP或其他学习软件，下载项目七的“项目工单”，认识智能控制系统的应用，思考：“智能控制技术的广泛应用对我们的生活有哪些影响，对推动社会发展有什么作用？”，并让学生在学习平台上留言讨论
随着科技的飞速发展，智能控制技术作为自动化与人工智能领域的交叉产物，正逐步渗透到社会经济的各个角落，深刻改变着我们的生产生活方式。本文旨在通过一系列相关问题，探讨智能控制技术在“工业自动化控制”、“交通运输管理”、“智能家居系统”、“医疗健康辅助”、“能源管理优化”以及“农业精准作业”等领域的典型应用。
【学生】登录学习平台观看案例，思考并留言讨论
考勤
【教师】使用APP进行签到
【学生】按照老师要求签到
问题导入
【教师】讲述“智能控制技术在杭州亚运会中的重要应用”的内容（详见教材），并提出以下问题：
在杭州亚运会上智能控制系统都运用在了哪些场景中？谈一下你的感受。
【学生】聆听、思考、讨论、举手回答
传授新知
【教师】通过学生的回答，引入新知，讲解电加热炉炉温智能控制系统的相关知识
7.1电加热炉炉温的智能控制
电加热炉是轧钢生产线的重要能耗设备，它主要用于加热钢坯，使钢坯达到目标温度后将其送入轧机进行轧制。
特点：大滞后、多变量、强耦合、大惯性、非线性等特点
7.1.1电加热炉
【教师】利用多媒体展示“电加热炉的结构”图片，并进行讲解
组成：杠杆、砝码、平台、试件、电阻丝和热电偶
电阻丝：主要用于提供功率；
热电偶：主要用于检测炉温。
其中：、表示上下两组电阻丝的输入电压，、表示上下两组热电偶检测的温度值。
7.1.2电加热炉炉温智能控制系统
【教师】利用多媒体展示“电加热炉炉温智能控制系统的结构”图片，并进行讲解
组成：数据库、知识库、黑板、学习环节和修正环节等
1．数据库
数据库中存储了采样值、偏差、控制量，以及生成控制量所用的控制规则序号、每条控制规则的连接权重等。
2．知识库
【教师】利用多媒体展示“电加热炉闭环控制的结构”图片，并进行讲解
知识库中的知识由产生式规则组成，电加热炉的炉温一般采用闭环控制。
其中：表示温度设定值，表示被调整量，表示控制量，表示偏差。
依据偏差和偏差变化率进行恒温调节，故可把知识表达中可观测的状态空间分为个控制局势，每个控制局势用一个三元组表示，即
每个三元组均表示系统控制动作的一组产生式规则，即
3．黑板
黑板是求解问题的框架，它还能存储求解过程中的状态数据。
知识库的规则集都是按顺序排列的，当求得偏差和被调整量后，可借助黑板进行正向推理，从上到下搜索知识库中的匹配规则，一旦找到匹配规则就能求出控制量。黑板上的数据一旦产生就保持不变，直到下次求解才会被替换。黑板不仅减少了推理机对知识库的搜索量，还使控制器中各功能块之间的结构更加清晰合理。
4．学习环节
电加热炉炉温智能控制系统采用动态奖罚的学习方法，在线判断各时刻控制量的控制效果。动态奖罚是指通过在线调整控制规则的连接权重来修正控制效果，从而实现系统的自学习。
5．修正环节
电加热炉炉温智能控制的周期较长，采样的时间间隔也较长。因此，在间隔时间段内，受控对象可能受到内部参数变化或随机干扰的影响，导致在下一采样时刻的实际控制效果变差，影响系统的控制性能。
可根据控制特性和仿真分析，引入修正系数和，对电加热炉炉温的控制过程进行动态修正，即
电加热炉炉温智能控制系统的总输出控制量为
【师生互动】随机邀请学生回答以下问题：
当面临非线性或时变特性时，传统PID控制可能存在的局限性及改进策略是什么？
【学生】聆听、思考、回答
【教师】总结学生的回答
【学生】聆听、理解、记忆
问题导入
【教师】提出以下问题：
倒立摆系统由哪些基本组成部分构成？它们之间是如何相互作用的？
【学生