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關于智能控制課程的地位和作用論文
摘 要：根據智能科學與技術交叉學科的特性和該交叉學科各專業方向的發展特點，闡述智能控制課程在智能科學與技術各專業課程體系中的地位和重要作用，說明智能控制課程所應包括的主要內容。
智能科學與技術是一門由腦科學、認知科學、人工智能、信息科學技術等共同研究智能行為的基本理論和應用技術的交叉學科。它以自然智能（腦科學和認知科學）的研究成果為基礎，以人工智能理論和方法為核心，研究如何用計算機去模擬、延伸和擴展人類的自然智能，從而建立機器智能。當前，對智能科學與技術的重要性認識已上升到國家科技發展戰略的高度 [1]，大力發展智能科學與技術專業教育是搶占未來科技發展制高點的時代需求。
自2003年北京大學在全國首次招收智能科學與技術專業本科生以來，全國已有北京郵電大學、中南大學、廈門大學等30多所高校開辦了智能科學與技術本科專業，優化發展智能科學與技術專業人才教育己成為社會與高校的共同期待。然而，智能科學與技術的內涵發展還很不成熟，智能科學與技術專業的知識體系與課程設置還未確定，一直在討論之中，中國人工智能學會教育工作委員會針對該專業的知識體系與課程設置，在2014年專門給出了征求意見稿[2]。目前，各高校智能科學與技術專業的建立時間都很短，大部分是在計算機科學與技術學科的基礎上建立，造成智能科學與技術專業教學中計算機科學與技術課程色彩過于濃厚，亟待根據征求意見稿[2]優化智能科學與技術專業的課程體系。
2智能科學與技術專業的課程體系
正如鐘義信先生指出的那樣，智能科學與技術學科既不是計算機科學與技術的分支學科，又不應該是從理工到人文和社會幾乎無所不包的綜合學科[3]。各高校應該根據智能科學與技術的專業方向，合理并有特色地設置不同的專業課程體系。根據2017年6月中國人工智能學會提交的《智能科學與技術一級學科論證報告》[4]，智能科學與技術成為一級學科后，建議下設腦認知、機器感知和模式識別、自然語言處理與理解、知識工程、機器人與智能系統5個二級學科。各高校在這些二級學科的統領下，可形成不同的智能科學與技術的本科與碩士專業方向，不同專業方向的教學大綱或課程體系既要有共同的骨干課程，以體現智能科學與技術學科的根，如智能科學與技術導論、腦與認知科學、人工智能、機器學習等，又要配置不同的專業方向標識課程以區分專業方向特色。從智能技術的角度或者機器智能實現的角度來講，智能學科涉及檢測技術、控制技術、電子通信技術、計算機技術、網絡技術、軟件技術等，因此基于計算機、互聯網、電子、通信、自動化等技術的智能技術課程，如智能控制、智能駕駛、智能交通、智能物聯網、服務機器人、無人機等課程，都可被選擇作為各高校智能科學與技術不同專業方向或軌道方向的特色課程。
以中山大學2015年修訂的智能科學與技術專業課程體系為例，其在專業基礎課程和專業主干課程的基礎上，設置了豐富的選修課程，引導學生朝著智能科學與技術專業不同的軌道方向發展，包括模式識別軌道方向課程，如數字圖像處理、人工神經網絡原理、數據挖掘、多媒體信息處理、機器學習、計算機視覺等；機器人與智能系統軌道方向課程，如機器人導論、自動控制原理、數字圖像處理、智能控制與智能計算、人機交互技術、計算機視覺等；智能傳感網絡軌道方向課程，如傳感器與檢測技術、嵌入式系統設計與實踐、機器人導論、無線傳感器網絡、無線射頻識別技術、物聯網導論等。
3智能科學與技術專業智能控制課程的地位和重要作用
智能控制是傳統自動控制理論和應用進一步發展的成果，是在無人干預的情況下自主驅動智能機器，實現控制目標的自動控制技術。許多復雜的被控系統難以建立有效的數學模型，也難以用常規的控制理論進行定量計算和分析，必須采用定量方法與定性方法相結合的智能控制形式。定量方法與定性方法相結合的目的在于要由機器用類似于人的智慧和經驗引導求解過程，該求解過程與人腦的思維過程有一定的相似性，即具有一定程度的“智能”。因此，智能控制的關鍵問題不是設計常規控制器，而是研制智能機器的模型。
智能控制課程在智能科學與技術專業的知識結構和課程體系中有著重要的地位和作用，至少應在機器人與智能系統這個中國人工智能學會建議的二級學科專業方向中，配置智能控制課程作為必修課程，其他專業方向可作為選修課程，原因如下：
（1）人工智能（Artificial Intelligence， AI）與自動化有著天然的聯系，控制論對人工智能的誕生起到決定性作用。人工智能之父約翰·麥卡錫和同事尼爾斯·尼爾森曾經為人工智能提出另外一種解釋：AI=Automation of Intelligence（智能的自動化），即從工程的角度看，人工智能的實質就是知識的自動化[5]。因此，人工智能屬于控制論的范疇，學生具備自動化知識，對于更好地理解與發展人工智能具有重要的意義。
（2）智能科學與技術屬于交叉學科，智能信息處理過程一般包括智能感知（信息獲取）、智能傳輸（通信）、智能數據處理（計算）、智能控制（策略執行）等步驟。智能科學與技術的落地應用往往最終體現在對智能系統的控制上，機器智能的實現涉及計算機技術、電子通信技術、自動控制技術等，因此，智能科學與技術專業的學生必須具備“全科”復合型的基本素質，掌握一定的自動控制課程知識，這在機器人與智能系統等專業方向上顯得尤為必要。自動控制課程是進一步學習智能交通、智能駕駛、智能制造、服務機器人等智能技術課程的基礎。
（3）智能科學與技術的發展為傳統自動控制理論注入了新的內容，智能科學已經與控制科學深度融合，形成了許多具有學習、推理等功能的智能控制方法，如神經網絡控制、專家控制、自學習控制等。這些智能控制方法反過來又極大地豐富了智能科學與技術的內容，成為智能科學與技術的一部分。學習智能控制課程，有助于學生更完整地掌握智能科學與技術的學科體系。然而，受到高校專業學分總數及學分性質分配的限制，可在智能科學與技術的某些非機器人與智能系統專業方向上，將智能控制課程設置為選修課程。endprint
4智能科學與技術專業智能控制課程的主要內容
鑒于當前智能控制專業方向的發展，智能科學與技術專業的智能控制課程應包括神經網絡控制、模糊控制、專家控制、仿人控制、學習控制等部分，各部分含義如下：
神經網絡控制指在控制系統中，應用神經網絡技術，對難以精確建模的復雜非線性對象進行神經網絡模型辨識。神經網絡可具備控制器、優化計算、推理、故障診斷等功能，或者同時兼有上述多種功能。
模糊控制是以模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎的一種計算機數字控制技術。模糊控制器主要包括對控制器輸入量的模糊化、根據人類專家的控制經驗建立模糊規則庫、模糊推理、將推理得到的控制量解模糊轉化為控制輸出4部分。
專家控制系統是一個具有大量專門知識與經驗的程序系統，通過應用人工智能和計算機技術，根據某領域一個或多個專家提供的知識和經驗，進行推理和判斷，模擬人類專家的決策控制過程，以便解決那些需要人類專家才能處理的復雜問題。
仿人控制以人的思維方式、控制經驗、行為和直覺推理為基礎進行控制，避開求解繁瑣的對象模型或建立腦模型時遇到的多種難題。
學習控制系統利用系統運行的重復性，靠自身的學習功能認識控制對象和外界環境的特性，并相應地改變自身特性以改善控制性能。這種系統具有一定的識別、判斷、記憶和自行調整能力。
高校可根據課時數選擇適量的智能控制內容進行教學，有條件的高校還可配置相應的實驗實習環節。值得說明的是，為保證智能控制課程教學能順利實施，有必要讓學生學習先修課程自動控制原理（含經典控制理論與現代控制理論）。
5結 語
高校應該根據本校所設智能科學與技術的專業方向，合理、有特色地設置不同的專業課程體系。智能控制課程在智能科學與技術專業的課程體系中起著舉足輕重的作用，從工程的角度看，人工智能的實質就是知識的自動化。在機器人和智能系統等專業方向，往往涉及決策執行、系統控制等，讓學生掌握必要的自動控制專業知識，對于智能系統的實現和應用是非常重要的；另一方面，智能控制的發展已經使其成為智能科學與技術學科的重要組成部分，要完整地了解并把握智能科學與技術的整個學科體系，智能科學與技術專業的學生學習智能控制的有關知識是完全有必要的。
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