学习控制系统（精选12篇）
学习控制系统 篇1
《国家中长期教育改革和发展规划纲要 (2010~2020年) 》明确提出要“注重学思结合, 帮助学生学会学习;注重知行统一, 坚持教育教学与生产劳动、社会实践相结合;坚持能力为重, 着力提高学生的学习能力、实践能力、创新能力;坚持全面发展, 促进德育、智育、体育、美育有机融合, 提高学生综合素质, 使学生成为德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人”。基于系统论对学生进行系统学习法的学习方法指导, 对帮助学生学会学习、注重知行统一、提高能力以及促进学生全面发展有着重大意义。
一系统论与系统学习法
系统论是由美籍奥地利生物学家贝塔朗菲于1947年创立的, 是继相对论和量子力学之后, 又一次“改变了世界的科学图景和当代科学家的思维方式”的新理论。系统论是指以一般系统为研究对象的科学理论, 也称一般系统论。一般系统是指相互间既区别又联系的部分有机结合起来形成能够达到目的的相对独立的有机整体。每一个系统都是由许多相互联系、相互制约的子系统构成的整体, 每个子系统又都由各要素构成, 系统中的诸多要素必须相互影响、相互作用, 有机结合、和谐有序, 才能使整个系统保持正常运转。
系统论广泛应用在自然科学、人文科学和社会科学中, 使人们思维的角度发生了很大变化。运用系统论的基本观点进行学习的方法就是系统学习法。有学者把系统学习法定义为:所谓系统学习法是指从系统的角度出发, 把所学内容当成一个系统看待, 从整体上展开学习过程, 这样, 学生在学习和复习的时候, 不是按部就班地进行, 而是先定性概括, 了解知识框架, 再逐渐在大框架下明晰细节、完善结构, 针对缺失和不足予以专攻。笔者认为, 系统学习法是指从系统论的基本观点出发, 把学校所开设的课程看做一个大系统, 把各科课程看做这个大系统的一个子系统, 把课程中的模块或章节知识看做这个子系统的要素, 运用整体性原则整体把握学校开设的课程, 运用有序性原则建构完整的认知结构, 运用开放性原则构建符合素质教育要求的知识体系, 促进学生全面发展的学习方法。
二系统学习法的学习方法指导
学习方法指导简称学法指导, 是教育者通过一定的途径对学习者进行学习方法的传授、指导、诊治, 使学习者掌握科学的学习方法并灵活运用于学习之中, 逐步形成良好的自学能力和终身学习能力。学法指导体现了以学生为主体这一现代教育理念。对学生进行系统学习法的学法指导, 就是指导学生学会在系统论的指导下运用整体性原则整体把握学校开设的课程, 运用有序性原则建构完整的认知结构, 运用开放性原则构建符合素质教育要求的知识体系。
1. 运用整体性原则整体把握课程
整体性是系统论的核心思想, 任何事物都是整体与部分的统一。人们在认识事物时必须遵循这种辩证关系及其规律:首先, 在认识事物特性时, 应该坚持从整体出发去认识事物, 而不应从部分出发去认识事物, 否则就会陷于谬误;其次, 在认识事物和处理问题时, 又应努力通过部分去认识事物整体, 通过部分去改造事物整体。指导学生运用整体性原则进行学习, 就是指导学生学会运用整体与部分的这种辩证关系来整体把握学校开设的课程。具体要从所有课程和各科课程两个层次进行整体把握。
第一, 整体把握所有课程。如果把一门课程当做一个系统, 学校所开设的课程则是一个大系统, 人类文化则是一个更大的系统。《基础教育课程改革纲要 (试行) 》 (下文简称《改革纲要》) 中明确提出要“大力推进基础教育课程改革, 调整和改革基础教育的课程体系、结构、内容, 构建符合素质教育要求的新的基础教育课程体系”。《改革纲要》对制定各科课程标准提出了明确要求, 并指出教材内容的选择应符合课程标准的要求。因此, 在《改革纲要》指导下构建的新课程体系以及与之对应的教材体系都应是符合素质教育要求的新的基础教育知识体系。既然是“知识体系”, 则必然有着体系的整体性。指导学生整体把握学校开设的所有课程, 首先, 要指导学生学会认识学校开设的所有课程这个部分与人类文化这个整体之间的关系, 站在文化的高度认识学校开设的各科课程对促进自己全面发展的重大意义, 从思想上对各科课程的学习都重视起来, 为促进学生全面发展和提高综合素质打牢思想基础;其次, 要指导学生学会认识各科课程这个部分与所有课程这个整体之间的关系, 从整体上把握所要学习的符合素质教育要求的知识体系结构, 构建起符合素质教育要求的知识体系的框架结构。
第二, 整体把握各科课程。各科课程作为所有课程的一个子系统, 必然具备系统的整体性。各科课程标准对本门课程的地位和作用进行了阐述, 指出了开设本门课程的意义及本门课程与其他课程的关系, 指出了本门课程的性质、基本理念和设计思路。指导学生整体把握各科课程, 教师首先要在吃透课程标准的同时指导学生学会通过学习课程标准以及教材的绪言、引言等帮助学生理清本门课程在所有课程中的地位和作用, 认识本门课程与其他课程之间的关系;其次, 要指导学生学会通过分析课程设计思路以及整套教材和每本教材的设计特点从整体上了解、构建起该学科的知识框架。
2. 运用有序性原则建构认知结构
凡系统都是有序的, 它是系统有机联系的反映。系统是多层次、多等级的, 由横向联系、纵向联系、纵横联系构成立体交错的网络模式。系统内部之间稳定的联系构成系统的内部结构, 保障系统的有序性。指导学生运用有序性原则进行学习, 就是指导学生学会在整体把握课程的基础上从所有课程的有序性和各科课程的有序性两个层次注重运用知识的有机联系进行学习。
第一, 注重所有课程之间的有机联系。所有课程都是人类文化这个大系统中的子系统, 它们之间必然有着密切的联系, 在不断地进行着物质、能量和信息的交流。其实, 学校开设的各科课程的学科思想和方法都有很多相通甚至相同之处, 并且各学科知识之间也存在着非常广泛的联系。指导学生学会运用有序性原则注重所有课程之间的有机联系, 就是要指导学生学会在理清各科课程的学科思想和方法的相通、相同之处的同时注重发现和应用各学科知识之间广泛存在着的纵横联系, 使各学科知识体系之间建立起广泛而稳固的有机联系, 通过建立这种广泛而稳固的有机联系来构建起完整的认知结构。
第二, 注重各科课程知识体系的有机联系。各科课程作为学校所开设课程的一个子系统, 其各要素之间的有机联系更为紧密。注重各科课程知识体系的有机联系是对注重所有课程知识之间的有机联系的进一步拓展和深化。指导学生学会运用有序性原则注重各科课程知识体系的有机联系, 就是在要指导学生学会整体把握各科课程学科知识体系框架的基础上, 充分运用该课程学科知识体系层次和等级上的有序性, 通过从整体到部分的“逐渐分化”和从部分到整体的“意义建构”构建起完整的学科知识体系。
3. 运用开放性原则构建符合素质教育要求的知识体系
开放性是说一个系统如果与外界有物质、能量、信息等方面的变换, 它就不再是孤立的系统, 而是开放性的系统。任何系统都是开放性的, 即系统与环境之间、系统与系统之间、系统内部各子系统之间, 都必须不断进行物质、能量和信息的交流;否则, 就不能保证自身的正常运转和发展。无论是学校开设的所有课程这个大系统还是各科课程这个小系统都是开放的系统。为“保证自身的正常运转和发展”, 就不能将知识的意义与应用割裂开来加以理解, 知识的意义和用法是密不可分的, 知识的应用范围含有越多的因素越精确, 知识就会变得越灵活。这也是《改革纲要》明确提出要“加强课程内容与学生生活以及现代社会和科技发展的联系;从小学至高中设置综合实践活动并作为必修课程”的意义所在。加强课程内容与学生生活以及现代社会和科技发展的联系, 用所学知识解决实际问题是本次课程改革的亮点之一。指导学生运用开放性原则进行学习, 就是指导学生学会在整体把握课程、建构认知结构的同时注重所学知识与日常生活以及现代社会和科技发展的联系、注重用所学知识解决实际问题。在学习课程内容时要注重运用情境学习法将个体、社会以及环境等置于统一的整体中来进行学习。在综合实践活动中要注重实现学习与生产劳动、社会实践相结合, 增强探究和创新意识、学习科学研究的方法、发展综合运用知识的能力, 着力提高学习能力、实践能力、创新能力, 促进全面发展。
三结束语
系统论作为一种方法, 它的基本原理对教育科学研究同样具有指导意义。把系统论引入对学生的学习方法指导中, 对促进学习方法的改革和创新有着重大意义。对学生进行系统学习法的学法指导, 有利于帮助学生掌握并运用系统学习法构建起符合素质教育要求的知识体系, 进而帮助学生学会学习, 注重知行统一, 促进学生不断提高学习能力、实践能力、创新能力, 促进学生德智体美有机融合和全面发展, 促使学生成为德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人。
摘要：对学生进行系统学习法的学习方法指导, 就是指导学生在理解系统论和系统学习法的基础上运用整体性原则整体把握学校开设的课程, 运用有序性原则建构完整的认知结构, 运用开放性原则构建符合素质教育要求的知识体系, 促进学生全面发展。
关键词：系统论,系统学习法,学习方法指导
参考文献
[1]教育部.国家中长期教育改革和发展规划纲要 (2010～2020年) [S].北京:人民出版社, 2010
[2]李诚忠、王序荪.教育控制论[M].长春:东北师范大学出版社, 1986
[3]毛小丽、高峰.系统学习法在大学物理习题教学中的应用[J].合肥工业大学学报 (社会科学版) , 2006 (4) :65～67
[4]陈伟、王涛、谢铁丽.强化学习法的学习方法指导——基于行为主义学习理论的学习方法指导[J].新课程研究.基础教育, 2011 (6) :13～14
[5]常绍舜.从整体与部分的辩证关系看系统论与还原论的适用范围[J].系统科学学报, 2008 (1) :87～89
[6]教育部.基础教育课程改革纲要 (试行) [S].北京:人民教育出版社, 2001
[7]陈伟、杜喜保、王心东.整体学习法与部分学习法的学习方法指导——基于整体观和认知主义的学习方法指导[J].新课程研究.基础教育, 2011 (8) :136～137
[8]陈伟、李宏亮、王涛.情境学习法的学习方法指导——基于情境学习理论的学习方法指导[J].中学课程辅导.教师通讯, 2011 (7) :39～40
学习控制系统 篇2
学习了《控制系统仿真与CAD》这门课程。在这一过程中我学了很多东西，最直接的就是将控制理论和MATLAB软件联系起来，用计算机来仿真在《自动控制原理》中所学的内容，即利用MATLAB软件来对自动控制系统进行仿真，以验证所学的知识并且得到比较直观的结论。
控制系统是指由控制主体、控制客体和控制媒体组成的具有自身目标和功能的管理系统。控制系统意味着通过它可以按照所希望的方式保持和改变机器、机构或其他设备内任何感兴趣或可变化的量。控制系统同时是为了使被控制对象达到预定的理想状态而实施的。控制系统仿真是建立在控制系统模型基础之上的控制系统动态过程试验，目的是通过试验进行系统方案论证，选择系统结构和参数，验证系统的性能指标等。
MATLAB不仅仅是一门编程语言，还是一个集成的软件平台，它包含以下几个主要部分：MATLAB语言、集成工作环境、MATLAB图形系统、数学函数库、交互式仿真环境Simulink、编译器、应用程序接口API、工具箱、Notebook工具。而在控制系统CAD中我们较多的是使用MATLAB数学函数库中的函数来对控制系统进行仿真与处理。另外，也利用MATLAB交互式仿真环境Simulink来构建系统的结构框图，这样更直接的应用于不知道系统传递函数的情况下来得到系统的仿真结果，从而省去了计算传递函数的复杂计算。
MATLAB它具有丰富的可用于控制系统分析和设计的函数，MATLAB的控制系统工具箱提供对线性系统分析、设计和建模的各种算法；MATLAB的仿真工具箱(Simulink)提供了交互式操作的动态系统建模、仿真、分析集成环境。通过在传递函数的建立、绘制响应的曲线等方面谈了我学习的经历，以及整个对控制系统仿真的整体过程。
在学习过程中还有利用Simulink工具箱绘出系统的结构框图，再调用这个框图来产生出传递函数再进行仿真计算。这样的话可以更方便的对控制系统进行仿真与设计，而不用去通过复杂的方式去求去传递函数，然后再去计算响应，绘制响应曲线。MATLAB软件的强大的功能和优点以及MATLAB语言的特点，在控制系统仿真中带来了很大帮助，在实际中经常将控制系统的数学模型用零点、极点和增益来描述，在对于单神经元自适应PID控制，通过仿真定性的分析了单神经元PID控制中比例学习率、积分学习率、微分学习率和增益K等参数在控制中所起到的作用得出：
（1）在积分学习率、微分学习率不变的情况下，比例系数学习率越大则超调量越小，但是响应速度也会越慢；
（2）在比例学习率、微分学习率不变的情况下，积分系数学习率越大则响应会越快，但是超调量也会越大；
（3）在比例学习率、积分学习率不变的情况下，微分学习率对单神经元PID控制器的控制效果影响不大；
（4）K是系统最敏感的参数，K值增大、减小相当于P、I、D三项同时增加、减小，同时K 值过大会使系统发生振荡，导致系统发散，所以对于K值应合理选择。
通过本次学习，学习了薛教授的控制系统仿真课程，结合自己在教学工作中总结的经验教训，使我更进一步加深了怎样分析问题和解决问题，加强了对已学过知识的理解，增强了实际应用能力，同时也开阔了视野，使我对《控制系统仿真与CAD》有了新的理解。
首先，基于MATLAB仿真环境平台，尽量将控制系统理论的学习与实际应用结合在一起，用控制系统设计和试验结果为依据，加深学生对理论知识的形象理解，为学生提供了一种重要的数学建模的辅助工具。本课程具有很强的实践性，实践是一个必要的环节，学习该课程主要是为了将其应用于控制系统的分析与设计，因此培养学生的实践能力极为重要。
其次，要给学生具体的任务，同时注意知识点与实际模型的结合，让学生在完成任务和解决实际问题的过程中学习，增加学生的学习兴趣，提高学习效果。首先，教师讲课的水平必须提高，讲课方式必须有激情，才能保证学生得以继续学习提供最基本的学习兴趣；其次，在任何一门课开始之前，必须跟学生阐述此门课程与实际生活的相关性，并列举一二三实例最好加以演示，这样可大大提高学生学习此门课程的兴趣；然后，充分利用课程内实验环节，多设计几个与实际例子息息相关的课题，让学生独立或者分组去完成；最后，实时鼓励学生，给学生信心。
第三，重视发展学生的智力，主要包括观察能力，实验操作能力、思维能力、想象能力和记忆能力等．教学的根本任务是教会学生如何学习．只会传播真理的还不能算好教师，只有在传播真理的同时，又能传播发现真理方法的才是好教师。学习过程中，不仅要看到前人的科学结论，对于后人创造发展所起的巨大作用，而且还要看到前人在成功和失败中，曾经使用过的一些科学方法，他们对科学真理的执着追求的信念和百折不挠的坚强意志，对人类社会的发展所起的巨大影响。
最后，MALAB是一个作为仿真实验所用的强大软件，只有通过实验或仿真，才证明理论或方法的正确性和有效性。通过实验、仿真，提高学生对研究的兴趣，从而反过来激发学生对理论研究的热情，让学生通过MATLAB仿真彻底理解和掌握这些结论。
学习控制系统 篇3
【摘 要】集散控制系统运行维护是过程控制类自动化专业核心课程之一，以该课程为例，从课程开发理念、课程开发路径、课程教学实施等方面探讨学习领域课程的开发模式。
【关键词】高职 DCS 学习领域 课程开发
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2014）10C-0061-03
集散控制系统运行维护是过程自动化相关专业的一门核心专业课程。课程知识涉及自动控制原理、组态软件技术、过程控制技术等内容，其在人才培养中占据重要地位。但一直以来，课程教学过分重视基本原理，缺乏应用实践，缺少与现场工作相结合的实用知识，学生只会死记硬背书本上的原理和公式，无法掌握知识和技能，不能突出工作实践在课程体系中的逻辑主线地位。
我院电气自动化技术专业团队每年都深入合作企业开展人才需求调研，从企业的反馈信息分析，企业需要的过程自动化技术专业人才不仅能熟练地维护检测仪表、过程控制系统，而且要掌握生产工艺，具备集散控制系统组态、运行、维护的技能，并且企业还重视学生发现解决问题能力、团队合作能力以及敬业精神等方面的职业素养。因此，专业团队按学习领域课程理念对专业核心课程集散控制系统运行维护进行了重新设计。
一、课程开发理念
参照职业岗位任职要求和国家职业资格标准，在课程设计中把培养学生的技术应用能力放在首位，围绕职业岗位必需的知识和能力设置课程内容，以企业真实生产活动为背景设计课程训练项目，内容和过程都实现工学结合，从而实现教学情境对接工作情境，让学生通过完成具体项目来构建相关的理论知识、培养职业能力。使学生今天在学校掌握的知识和技能就是明天到企业从事岗位工作所需的知识和技能，为学生今后的职业生涯打下良好的基础。
二、课程开发路径
（一）工作岗位群调研
调研是课程开发的基础和依据，我们对广西华银铝业、广西南糖集团、北京燕化正邦检修公司等企业进行了调研，对专业面向的工作岗位群进行岗位调研和职业能力分析归纳。
（二）典型工作任务分析
召开企业专家、职教专家座谈会，对岗位（群）的典型工作任务、职业能力进行分析，典型工作任务的确定为课程体系的行动领域和学习领域建立奠定了基础。专业面向岗位（群）的典型工作任务如图1所示。
（三）课程体系构建
分析研究典型工作任务所对应的职业能力（行动能力），归纳培养这些职业能力所需的知识，建立起知识点对应的学习领域内容，再通过分析学习领域和行动领域之间的对应关系，从而确定学习领域的内容、数量，从而确定本专业学习领域课程体系。专业课程体系如图1所示。
图1
（四）专业人才培养方案制订
确定了专业的学习领域课程体系之后，以此为基础制订专业的人才培养方案，并经专业理事分会讨论确定。
（五）课程标准制定
课程标准是课程目标、课程内容、实施建议的教学指导性文件。包括以下内容：课程信息、课程定位、设计思路、课程目标、课程内容、要求与教学设计、实施建议等。
（六）核心课程开发
课程的开发涉及职教课程理论、专业技术、教学实践等各方面，因此我院成立了由专业教师、广西华银铝业公司工程师、高教研究室专家组成的课程开发团队。高教研究室专家提供职教理念、课程开发过程指导；企业工程师把关课程内容的技术先进性、项目代表性和理论正确性；专业教师则负责完成课程开发的主要任务。
三、课程的开发与实施
在课程体系中，集散控制系统运行维护是为培养专业核心能力而设置的主干课程，学时 120 课时，安排在毕业设计、顶岗实习之前开设。课程通过相关教学项目的训练，学习过程控制系统的理论知识，培养技术运用能力，为学生学习后续课程，胜任岗位工作，适应职业变换和继续学习打下一定的基础。
（一）课程的岗位与能力目标
集散控制系统运行维护课程参照过程控制系统维护员职业岗位任职要求和仪表维修工国家职业标准，充分考虑学生今后胜任职业所需的知识和技能，直接反映职业岗位或职业角色对从业者的能力要求，在课程项目的训练中培养学生的职业能力。相关的职业岗位典型工作任务与行动领域、专业行动能力分析如表1所示，此表内容为本课程学习领域能力目标确定、课程内容设计的重要依据。
表1 职业岗位行动领域分析表
（二）课程的内容设计
课程设计以项目为载体，任务为驱动，分为基础、专项、综合三大块，共设计有 2 个基础项目，3 个专项项目，1个综合项目。所有项目均来自生产一线，由浅入深设计课程项目内容和教学顺序，符合学生学习的认知规律。所设项目内容涵盖职业岗位能力要求，符合国家职业标准。如表2所示。
表2 课程项目化设计
（三）学习情境设计
所有在项目教学中使用的设备与生产一线同步；所有仿真环境应逼真地反映生产情境；教学现场应能开展理论和实践一体化的教学；所有的项目取自于实际工程，工学结合始终贯穿于整个教学过程，具体表现在以下几个方面：
项目训练中使用国内品牌、主流产品——和利时DCS，该系统已成为项目教学训练的主要设备。控制系统选择典型的检测、控制仪器仪表，采用成熟的控制方案，教学内容与工业实际应用相一致，实现教学内容全面“工学结合”。
模拟企业环境现场教学，课程的教学在实训室现场教学，教学环境贴近企业环境和氛围，教学过程按照实际岗位工作过程，模拟企业部门活动，分配教师和学生担当不同的角色，以典型工作任务为载体来设计活动、组织教学，从而实现理论与实践的有机结合，使学生能够直观地体验工作过程，激发学习的兴趣。
校外企业现场教学和校内教学的工学交替，根据课程教学要求，安排学生到实习基地观摩、见习，企业技术人员现场教学，使学生接触真实岗位，熟悉职业岗位能力的基本要求，激发学生的求知欲望和学习热情。
（四）课程实施设计
按实际工作过程和情境来组织教学，通过“教、学、做”一体化、“任务驱动、行动导向”的项目化教学，每个项目均按照实际的系统开发过程，即控制方案、设备选择、硬件组态、软件组态、系统调试投运的工作流程，分解项目任务，设计组织教学，提供完整工作过程的体验机会，逐步将角色由学习者向工作者过渡，如图2所示。
图2 课程教学的组织实施
（五）实施过程的校企“双教学监控”
企业参与课程实施过程的教学监控。聘请行业专家、企业管理人员与团队教师共同组建成立专业理事分会，企业派出专家全面参与制定质量监控标准与实践教学环节评价，有效监控学生理论教学和项目实训全过程，如图3所示。
图3 企业参与课程的教学监控
（六）教学效果的校企“双评价考核”
考核是对教学效果的直接检验，能激发学生的上进心和荣誉感。为确保考核的公正、合理，由承担课程的校企双方从课程项目学习、课外学习和理论考试三方面进行考核，如图4所示。
图4 企业参与、多层面考核
四、课程改革效果
经过近年来对课程结构、教学方法、教学模式等进行的一系列改革和实践，重点培养学生的岗位职业能力和岗位迁移能力，实现“教、学、做”的有机统一。按照职业岗位设置课程，依照工作任务重构课程，参照国家职业资格标准考核。学生在虚拟工厂接受职业训练，技能水平得到显著提高。
【参考文献】
[1]王秩卿，张堤，赵英凯.“集散控制系统”课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2009（1）
[2]刘占年. 基于工作过程的《集散控制系统应用技术》课程改革与探索[J]. 兰州石化职业技术学院学报，2009（12）
[3]周哲民，匡芬芳. 学习领域课程开发探析[J]. 职业教育研究，2010（11）
【作者简介】梁广瑞（1979- ），男，广西南宁人，广西机电职业技术学院讲师，硕士；李 宁（1978- ），男，广西南宁人，广西机电职业技术学院副教授，硕士。
（责编 丁 梦）endprint
【摘 要】集散控制系统运行维护是过程控制类自动化专业核心课程之一，以该课程为例，从课程开发理念、课程开发路径、课程教学实施等方面探讨学习领域课程的开发模式。
【关键词】高职 DCS 学习领域 课程开发
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2014）10C-0061-03
集散控制系统运行维护是过程自动化相关专业的一门核心专业课程。课程知识涉及自动控制原理、组态软件技术、过程控制技术等内容，其在人才培养中占据重要地位。但一直以来，课程教学过分重视基本原理，缺乏应用实践，缺少与现场工作相结合的实用知识，学生只会死记硬背书本上的原理和公式，无法掌握知识和技能，不能突出工作实践在课程体系中的逻辑主线地位。
我院电气自动化技术专业团队每年都深入合作企业开展人才需求调研，从企业的反馈信息分析，企业需要的过程自动化技术专业人才不仅能熟练地维护检测仪表、过程控制系统，而且要掌握生产工艺，具备集散控制系统组态、运行、维护的技能，并且企业还重视学生发现解决问题能力、团队合作能力以及敬业精神等方面的职业素养。因此，专业团队按学习领域课程理念对专业核心课程集散控制系统运行维护进行了重新设计。
一、课程开发理念
参照职业岗位任职要求和国家职业资格标准，在课程设计中把培养学生的技术应用能力放在首位，围绕职业岗位必需的知识和能力设置课程内容，以企业真实生产活动为背景设计课程训练项目，内容和过程都实现工学结合，从而实现教学情境对接工作情境，让学生通过完成具体项目来构建相关的理论知识、培养职业能力。使学生今天在学校掌握的知识和技能就是明天到企业从事岗位工作所需的知识和技能，为学生今后的职业生涯打下良好的基础。
二、课程开发路径
（一）工作岗位群调研
调研是课程开发的基础和依据，我们对广西华银铝业、广西南糖集团、北京燕化正邦检修公司等企业进行了调研，对专业面向的工作岗位群进行岗位调研和职业能力分析归纳。
（二）典型工作任务分析
召开企业专家、职教专家座谈会，对岗位（群）的典型工作任务、职业能力进行分析，典型工作任务的确定为课程体系的行动领域和学习领域建立奠定了基础。专业面向岗位（群）的典型工作任务如图1所示。
（三）课程体系构建
分析研究典型工作任务所对应的职业能力（行动能力），归纳培养这些职业能力所需的知识，建立起知识点对应的学习领域内容，再通过分析学习领域和行动领域之间的对应关系，从而确定学习领域的内容、数量，从而确定本专业学习领域课程体系。专业课程体系如图1所示。
图1
（四）专业人才培养方案制订
确定了专业的学习领域课程体系之后，以此为基础制订专业的人才培养方案，并经专业理事分会讨论确定。
（五）课程标准制定
课程标准是课程目标、课程内容、实施建议的教学指导性文件。包括以下内容：课程信息、课程定位、设计思路、课程目标、课程内容、要求与教学设计、实施建议等。
（六）核心课程开发
课程的开发涉及职教课程理论、专业技术、教学实践等各方面，因此我院成立了由专业教师、广西华银铝业公司工程师、高教研究室专家组成的课程开发团队。高教研究室专家提供职教理念、课程开发过程指导；企业工程师把关课程内容的技术先进性、项目代表性和理论正确性；专业教师则负责完成课程开发的主要任务。
三、课程的开发与实施
在课程体系中，集散控制系统运行维护是为培养专业核心能力而设置的主干课程，学时 120 课时，安排在毕业设计、顶岗实习之前开设。课程通过相关教学项目的训练，学习过程控制系统的理论知识，培养技术运用能力，为学生学习后续课程，胜任岗位工作，适应职业变换和继续学习打下一定的基础。
（一）课程的岗位与能力目标
集散控制系统运行维护课程参照过程控制系统维护员职业岗位任职要求和仪表维修工国家职业标准，充分考虑学生今后胜任职业所需的知识和技能，直接反映职业岗位或职业角色对从业者的能力要求，在课程项目的训练中培养学生的职业能力。相关的职业岗位典型工作任务与行动领域、专业行动能力分析如表1所示，此表内容为本课程学习领域能力目标确定、课程内容设计的重要依据。
表1 职业岗位行动领域分析表
（二）课程的内容设计
课程设计以项目为载体，任务为驱动，分为基础、专项、综合三大块，共设计有 2 个基础项目，3 个专项项目，1个综合项目。所有项目均来自生产一线，由浅入深设计课程项目内容和教学顺序，符合学生学习的认知规律。所设项目内容涵盖职业岗位能力要求，符合国家职业标准。如表2所示。
表2 课程项目化设计
（三）学习情境设计
所有在项目教学中使用的设备与生产一线同步；所有仿真环境应逼真地反映生产情境；教学现场应能开展理论和实践一体化的教学；所有的项目取自于实际工程，工学结合始终贯穿于整个教学过程，具体表现在以下几个方面：
项目训练中使用国内品牌、主流产品——和利时DCS，该系统已成为项目教学训练的主要设备。控制系统选择典型的检测、控制仪器仪表，采用成熟的控制方案，教学内容与工业实际应用相一致，实现教学内容全面“工学结合”。
模拟企业环境现场教学，课程的教学在实训室现场教学，教学环境贴近企业环境和氛围，教学过程按照实际岗位工作过程，模拟企业部门活动，分配教师和学生担当不同的角色，以典型工作任务为载体来设计活动、组织教学，从而实现理论与实践的有机结合，使学生能够直观地体验工作过程，激发学习的兴趣。
校外企业现场教学和校内教学的工学交替，根据课程教学要求，安排学生到实习基地观摩、见习，企业技术人员现场教学，使学生接触真实岗位，熟悉职业岗位能力的基本要求，激发学生的求知欲望和学习热情。
（四）课程实施设计
按实际工作过程和情境来组织教学，通过“教、学、做”一体化、“任务驱动、行动导向”的项目化教学，每个项目均按照实际的系统开发过程，即控制方案、设备选择、硬件组态、软件组态、系统调试投运的工作流程，分解项目任务，设计组织教学，提供完整工作过程的体验机会，逐步将角色由学习者向工作者过渡，如图2所示。
图2 课程教学的组织实施
（五）实施过程的校企“双教学监控”
企业参与课程实施过程的教学监控。聘请行业专家、企业管理人员与团队教师共同组建成立专业理事分会，企业派出专家全面参与制定质量监控标准与实践教学环节评价，有效监控学生理论教学和项目实训全过程，如图3所示。
图3 企业参与课程的教学监控
（六）教学效果的校企“双评价考核”
考核是对教学效果的直接检验，能激发学生的上进心和荣誉感。为确保考核的公正、合理，由承担课程的校企双方从课程项目学习、课外学习和理论考试三方面进行考核，如图4所示。
图4 企业参与、多层面考核
四、课程改革效果
经过近年来对课程结构、教学方法、教学模式等进行的一系列改革和实践，重点培养学生的岗位职业能力和岗位迁移能力，实现“教、学、做”的有机统一。按照职业岗位设置课程，依照工作任务重构课程，参照国家职业资格标准考核。学生在虚拟工厂接受职业训练，技能水平得到显著提高。
【参考文献】
[1]王秩卿，张堤，赵英凯.“集散控制系统”课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2009（1）
[2]刘占年. 基于工作过程的《集散控制系统应用技术》课程改革与探索[J]. 兰州石化职业技术学院学报，2009（12）
[3]周哲民，匡芬芳. 学习领域课程开发探析[J]. 职业教育研究，2010（11）
【作者简介】梁广瑞（1979- ），男，广西南宁人，广西机电职业技术学院讲师，硕士；李 宁（1978- ），男，广西南宁人，广西机电职业技术学院副教授，硕士。
（责编 丁 梦）endprint
【摘 要】集散控制系统运行维护是过程控制类自动化专业核心课程之一，以该课程为例，从课程开发理念、课程开发路径、课程教学实施等方面探讨学习领域课程的开发模式。
【关键词】高职 DCS 学习领域 课程开发
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2014）10C-0061-03
集散控制系统运行维护是过程自动化相关专业的一门核心专业课程。课程知识涉及自动控制原理、组态软件技术、过程控制技术等内容，其在人才培养中占据重要地位。但一直以来，课程教学过分重视基本原理，缺乏应用实践，缺少与现场工作相结合的实用知识，学生只会死记硬背书本上的原理和公式，无法掌握知识和技能，不能突出工作实践在课程体系中的逻辑主线地位。
我院电气自动化技术专业团队每年都深入合作企业开展人才需求调研，从企业的反馈信息分析，企业需要的过程自动化技术专业人才不仅能熟练地维护检测仪表、过程控制系统，而且要掌握生产工艺，具备集散控制系统组态、运行、维护的技能，并且企业还重视学生发现解决问题能力、团队合作能力以及敬业精神等方面的职业素养。因此，专业团队按学习领域课程理念对专业核心课程集散控制系统运行维护进行了重新设计。
一、课程开发理念
参照职业岗位任职要求和国家职业资格标准，在课程设计中把培养学生的技术应用能力放在首位，围绕职业岗位必需的知识和能力设置课程内容，以企业真实生产活动为背景设计课程训练项目，内容和过程都实现工学结合，从而实现教学情境对接工作情境，让学生通过完成具体项目来构建相关的理论知识、培养职业能力。使学生今天在学校掌握的知识和技能就是明天到企业从事岗位工作所需的知识和技能，为学生今后的职业生涯打下良好的基础。
二、课程开发路径
（一）工作岗位群调研
调研是课程开发的基础和依据，我们对广西华银铝业、广西南糖集团、北京燕化正邦检修公司等企业进行了调研，对专业面向的工作岗位群进行岗位调研和职业能力分析归纳。
（二）典型工作任务分析
召开企业专家、职教专家座谈会，对岗位（群）的典型工作任务、职业能力进行分析，典型工作任务的确定为课程体系的行动领域和学习领域建立奠定了基础。专业面向岗位（群）的典型工作任务如图1所示。
（三）课程体系构建
分析研究典型工作任务所对应的职业能力（行动能力），归纳培养这些职业能力所需的知识，建立起知识点对应的学习领域内容，再通过分析学习领域和行动领域之间的对应关系，从而确定学习领域的内容、数量，从而确定本专业学习领域课程体系。专业课程体系如图1所示。
图1
（四）专业人才培养方案制订
确定了专业的学习领域课程体系之后，以此为基础制订专业的人才培养方案，并经专业理事分会讨论确定。
（五）课程标准制定
课程标准是课程目标、课程内容、实施建议的教学指导性文件。包括以下内容：课程信息、课程定位、设计思路、课程目标、课程内容、要求与教学设计、实施建议等。
（六）核心课程开发
课程的开发涉及职教课程理论、专业技术、教学实践等各方面，因此我院成立了由专业教师、广西华银铝业公司工程师、高教研究室专家组成的课程开发团队。高教研究室专家提供职教理念、课程开发过程指导；企业工程师把关课程内容的技术先进性、项目代表性和理论正确性；专业教师则负责完成课程开发的主要任务。
三、课程的开发与实施
在课程体系中，集散控制系统运行维护是为培养专业核心能力而设置的主干课程，学时 120 课时，安排在毕业设计、顶岗实习之前开设。课程通过相关教学项目的训练，学习过程控制系统的理论知识，培养技术运用能力，为学生学习后续课程，胜任岗位工作，适应职业变换和继续学习打下一定的基础。
（一）课程的岗位与能力目标
集散控制系统运行维护课程参照过程控制系统维护员职业岗位任职要求和仪表维修工国家职业标准，充分考虑学生今后胜任职业所需的知识和技能，直接反映职业岗位或职业角色对从业者的能力要求，在课程项目的训练中培养学生的职业能力。相关的职业岗位典型工作任务与行动领域、专业行动能力分析如表1所示，此表内容为本课程学习领域能力目标确定、课程内容设计的重要依据。
表1 职业岗位行动领域分析表
（二）课程的内容设计
课程设计以项目为载体，任务为驱动，分为基础、专项、综合三大块，共设计有 2 个基础项目，3 个专项项目，1个综合项目。所有项目均来自生产一线，由浅入深设计课程项目内容和教学顺序，符合学生学习的认知规律。所设项目内容涵盖职业岗位能力要求，符合国家职业标准。如表2所示。
表2 课程项目化设计
（三）学习情境设计
所有在项目教学中使用的设备与生产一线同步；所有仿真环境应逼真地反映生产情境；教学现场应能开展理论和实践一体化的教学；所有的项目取自于实际工程，工学结合始终贯穿于整个教学过程，具体表现在以下几个方面：
项目训练中使用国内品牌、主流产品——和利时DCS，该系统已成为项目教学训练的主要设备。控制系统选择典型的检测、控制仪器仪表，采用成熟的控制方案，教学内容与工业实际应用相一致，实现教学内容全面“工学结合”。
模拟企业环境现场教学，课程的教学在实训室现场教学，教学环境贴近企业环境和氛围，教学过程按照实际岗位工作过程，模拟企业部门活动，分配教师和学生担当不同的角色，以典型工作任务为载体来设计活动、组织教学，从而实现理论与实践的有机结合，使学生能够直观地体验工作过程，激发学习的兴趣。
校外企业现场教学和校内教学的工学交替，根据课程教学要求，安排学生到实习基地观摩、见习，企业技术人员现场教学，使学生接触真实岗位，熟悉职业岗位能力的基本要求，激发学生的求知欲望和学习热情。
（四）课程实施设计
按实际工作过程和情境来组织教学，通过“教、学、做”一体化、“任务驱动、行动导向”的项目化教学，每个项目均按照实际的系统开发过程，即控制方案、设备选择、硬件组态、软件组态、系统调试投运的工作流程，分解项目任务，设计组织教学，提供完整工作过程的体验机会，逐步将角色由学习者向工作者过渡，如图2所示。
图2 课程教学的组织实施
（五）实施过程的校企“双教学监控”
企业参与课程实施过程的教学监控。聘请行业专家、企业管理人员与团队教师共同组建成立专业理事分会，企业派出专家全面参与制定质量监控标准与实践教学环节评价，有效监控学生理论教学和项目实训全过程，如图3所示。
图3 企业参与课程的教学监控
（六）教学效果的校企“双评价考核”
考核是对教学效果的直接检验，能激发学生的上进心和荣誉感。为确保考核的公正、合理，由承担课程的校企双方从课程项目学习、课外学习和理论考试三方面进行考核，如图4所示。
图4 企业参与、多层面考核
四、课程改革效果
经过近年来对课程结构、教学方法、教学模式等进行的一系列改革和实践，重点培养学生的岗位职业能力和岗位迁移能力，实现“教、学、做”的有机统一。按照职业岗位设置课程，依照工作任务重构课程，参照国家职业资格标准考核。学生在虚拟工厂接受职业训练，技能水平得到显著提高。
【参考文献】
[1]王秩卿，张堤，赵英凯.“集散控制系统”课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2009（1）
[2]刘占年. 基于工作过程的《集散控制系统应用技术》课程改革与探索[J]. 兰州石化职业技术学院学报，2009（12）
[3]周哲民，匡芬芳. 学习领域课程开发探析[J]. 职业教育研究，2010（11）
【作者简介】梁广瑞（1979- ），男，广西南宁人，广西机电职业技术学院讲师，硕士；李 宁（1978- ），男，广西南宁人，广西机电职业技术学院副教授，硕士。
虚拟学习社区的学习生态系统探究 篇4
关键词：虚拟学习社区,学习生态系统,学习共同体
1 学习生态系统基本理论
所谓“生态”, 本用于描述生物与自然环境的平衡、变化与发展的关系。它指一个开放的、多样化的、充满生机、相互依赖并具有适应性的体系。“生态学”是1866年由德国动物学家海克尔首次提出的。1979年, 美国教育家劳伦斯·克雷明在《公共教育》一书中提出“教育生态学”, 认为可以应运用生态学原理去研究教育在物质和精神环境中的发展规律。
随着教育理论的逐步发展, 新的学习理论的提出, 学习生态的观念慢慢出现, 而学习生态概念之所以晚于教育生态概念被提出, 原因主要是以下几方面:①教育理念的变化。当代的教育理念已经从“教师为中心”转移到“学生为中心”;②建构主义理论的提出并快速发展。建构主义强调以学习者为中心, 在一定的情境中进行意义的建构。
学习生态系统是指由学习共同体及其物理的和虚拟的学习环境构成的自成一体的实体。所以要研究学习生态系统就应该首先研究学习共同体。学习共同体是指一个由学习者及助学者共同组成的团体。成员彼此之间通常在学习过程中进行沟通、交流, 分享学习资源, 共同完成一项学习任务, 在成员之间形成相互影响、相互促进的人际关系。
2 学习生态系统的构成及特征
2.1 虚拟学习社区的学习生态系统构成
虚拟学习社区既是以建构主义学习理论为基础, 利用信息技术、网络技术和多媒体技术构建的新型远程教育网络教学平台, 同时也是一种新型学习组织。因此, 它不仅具有人机系统属性, 也具有社会学属性。虚拟学习社区学习生态系统是由学习共同体和虚拟学习环境构成的自成一体的实体。其中, 学习共同体包括以下几个方面:
2.1.1 学习者
随着建构主义理论的引入和发展, “学习者为中心”已经深入人心, 因此在虚拟学习社区中, 学习者的作用越来越得到重视。学习者日益增长的网上学习需求, 是网络技术发展的终极动因。在虚拟学习社区中, 学习者彼此之间的交互活动会对其认知活动产生促进作用。学习者之间的交流, 不仅可以丰富、扩充自己的知识, 并提高自己在学习解决问题活动中的自我效能感, 还可以深化学习者学习和反思活动的深度, 增强他们的学习需要以及学习活动的主人翁意识。
2.1.2 助学者
虚拟学习社区助学者包括教师、专家、学者等, 有的学习者经过学习或训练之后也可以成为助学者。在虚拟学习社区中, 教师可以为学生的学习活动提供反馈和引导, 促进他们的交流和反思活动。教师需要从单纯的“知识的提供者”变为“学习的促进者”, 与学习者开展深入的交互对话, 以此激发学习者对新旧知识的联系与反思, 促进知识在新情境中的迁移, 并建构新的知识。
2.1.3 信息流
虚拟学习社区中, 信息流主要包括结构化知识信息流和互动信息流两类, 其中结构化知识信息流是指虚拟学习社区中助学者提供的结构化的知识信息, 用于学习者自我理解学习。互动信息流则是指社区成员间交互学习的信息, 有助于加深学习者对特定知识或问题的理解和应用, 同时有助于加强社区成员间的情感交流和共同学习, 促进虚拟学习社区构建。
另一方面, 虚拟学习环境主要由物理环境和社会环境构成。物理环境是指虚拟学习社区中的各种学习资源, 主要由硬件资源、软件资源和信息资源构成。物理环境构成了网络学习环境的基本条件, 为网络学习提供了物质支持。社会环境是指虚拟学习社区中学习共同体各成员间形成的关系环境, 社会环境体现了学习者与学习同伴、助学者和管理者间的相互关系。
2.2 虚拟学习社区学习生态系统特征
2.2.1 整体性
整体性是系统最基本的性质。系统作为一个整体, 它所具有的性质和功能不同于它的元素或组成部分的性质和功能。虚拟学习社区学习生态系统是由人和学习环境共同组成的, 它作为一个整体按照一定的规律组织起来, 表现出系统整体性。
2.2.2 开放性
虚拟学习社区是由基于网络的学习平台, 所以其学习生态系统同生物生态系统一样都是开放系统。这个系统与外界每天都进行着信息的输入、输出。由于该系统的开放性, 所以虚拟学习社区具有比传统学习更大的资源优势, 使其能够满足多种类型学习者的学习需求。开放的学习社区使学习者方便地与他人交流沟通, 这样更能激发学生学习的需求和动力。
2.2.3 交互性
学习是学习者之间以及学习者与学习环境之间不断交互的过程。虚拟学习社区中的交互主要包括两个方面:学习者与学习环境间的交互和学习者之间的交互。
(1) 学习者与学习环境间的交互。
学习环境为学习者提供任务和反馈, 学习者据此采取某种反应并调节自己的学习行为。
(2) 学习者之间的交互。
虚拟学习社区中发生的人际交互有利于学习的开展。成员间的交互可以促进成员间智慧和经验的交流与共享, 这种情况下1+1的结果可能会大于2, 因为在思想的撞击中会产生创造的灵感, 从而促进个人认知活动能力的提高。
3 虚拟学习社区的生态危机及化解策略
3.1 虚拟学习社区的生态危机
对于生态危机, 目前并没有严格意义上的确切概念, 专家学者的共识是, 生态危机可分为显性状态和隐性状态。隐形状态的危机可以理解为潜在的危机, 可能并未对生态系统产生可见的破坏作用, 却存在着安全隐患;显性危机指对生态系统产生了破坏作用, 亟需解决的危机。了解生态危机的不同特征、危害性, 可为人们干预生态危机的隐性状态提供理论依据和实践依据。
虚拟学习社区中, 生态危机是指其生态系统中潜在威胁或者正在威胁社区学习生态系统安全和稳定的各种因素的总和, 严重时会对社区学习生态系统的功能和结构产生破坏作用。在虚拟学习社区中, 生态危机主要有以下两个方面:物理环境中的危机和社会环境中的危机。物理环境中的危机主要有信息资源环境危机和硬件软件资源危机;社会环境危机主要有情感缺失危机和网络伦理道德缺失危机。
3.2 解决策略
3.2.1 物理环境的设计
物理环境是虚拟学习社区存在的基础, 是虚拟学习活动得以开展的支撑条件。这就要求我们在设计物理环境时, 以网络学习者为中心, 根据学习者的需要选择适于学习者认知和情感发展的技术支持, 避免在物理环境的设计过程中采用将技术和学习者本末倒置的设计方法。对信息资源的设计是预防生态危机、保护社区生态环境的重要工作。在信息资源的设计上, 从总体上看应保持其内在的一致性和协调性。在一致性方面, 信息资源的设计应当和学习内容及学习活动的安排相一致, 互为支持, 注意整体功能的一致;在协调性方面, 应保持虚拟社区中信息资源的输入与输出协调。
3.2.2 社会环境的设计
社会环境设计的重点在于改变虚拟学习中只注重认知发展、知识掌握的传统观念, 加强网络学习设计的人文关怀。以“情感与认知交互层次塔”模型为理论指导, 将情感交互理论与“教学交互层次塔”理论二者合理融合, 如图1所示。借鉴此模型, 可以充分发挥助学者的作用, 使网络学习共同体情感交互的4个层次——本能层、行为层、会话层与反思层, 认知交互的3个层次——操作交互、信息交互、概念交互, 相互贯穿, 协同工作, 使认知和情感共同作用, 从而有效解决虚拟学习社区中的情感缺失危机, 促进学习者创新思维的发展和健康人格的塑造。
参考文献
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智慧系统学习感想 篇5
首先感谢公司老总给了我这次外出学习的机会。“学然后知不足”，此次广州之行，思八达老师们带给我们全新的思维观点，先进的思考理念，执着的工作热情。作为一名红帆的员工，我用激动的鼓掌感谢他们的精彩讲课，用感动的眼神表达我对他们的无限崇拜，此刻与大家共同分享我的学习感悟：
在这次学习中，给我印象最深的是应平老师的课程，作为一名身价上亿资产的老总，他还能不持艰辛为我们讲课，举很多真实的安例，他的课程实用性强，很多观点解决了我们实际工作中遇到的问题和困惑。
我最大的收获就是体验，我的生命我体验，不管对与错只有体验才是生命的全部，从我人生第一坐飞机，第一次走这么远，我发自内心的高兴，现在我发誓要感恩，感谢老总，感谢帮助过我的所有家人，感谢你们帮助我成长，我要把自己交给公司，交给老总，交给鱼洞分公司王总，交给我的团队家人们，我也要帮助更多的家人成长，不要太把自己当回事，在今后的工作中我想，不管遇到什么样的困难，我都会当成是一种体验来对待，把它当成是一种成长的机会。其实在培训一开始，老师就给我们造了一个场，给我们组建了自己的一个团队，选出了自己的领袖，又让我们自己给自己建立了机制，将我们带进那个即快乐，由兴奋，又有挑战的环境，期间不断在点燃我们的士气，我们自己又在解决问题时，不断的发生碰撞，让我们理解老师讲的追根思源的道理，不断帮助我们从中获得成长，到最后有输有赢的，然后各自履行了知己的承诺，当时在场的每个人都哭了，我想这并不是老师希望得到得结果，结果是让我们从中领悟其中道理，让我们带到现在的工作中，我们输不起，没有哭的机会。
接下来我对我的工作有以下几点安排：
1：在自己区域内打造一个好的场细分到店铺
2：以快乐的形式让大家一起建立对工作有帮助的机制
3：以后每一项工作分别选一个负责人，让更多的家人从中体验成长
学习控制系统 篇6
【关键词】 学习者；远程学习；学习支持服务
【中图分类号】 G434 【文献标识码】 A 【文章编号】 １００９—４５８ｘ（２０12）05—００76—０6伴随着知识经济时代的高速发展，构建全面学习、终身学习的学习型社会的理念已经成为众多国家的共识。远程学习区别于传统的教与学模式，以其网络化、开放性、交互性、自主性、协作性等独特优势，满足了信息化社会对终身教育的需求；人作为发展的中心，人的发展需要教育，教育是国家发展的基础，高等教育显然需要“以学生为中心”的新视角和新模式；学习支持服务是以学生为本的教育理念的具体体现，是远程教育的前提和基础，远程教育的教与学都离不开良好的学习支持服务的支撑。在这种背景下，研究以学习者为中心的远程学习支持服务系统有着现实意义。
一、远程学习支持服务系统构成要素
从20世纪90年代中期开始，个人电脑和互联网络在我国国民中迅速普及，远程教育革命方兴未艾，网络环境下的远程教学应运而生。自1999年教育部启动中央广播电视大学为现代远程教育试点以来，教育部已经批准了68所试点高校开展现代远程教育工作。学习支持服务是远程教育院校及其代表教师等为远程学生提供的以师生或学生之间的人际面授和基于技术媒体的双向通信交流为主的各种信息的、资源的、人员的和设施的支助服务的总和，其目的在于指导、帮助和促进学生的自主学习，提高远程学习的质量和效果。[1]因此，没有学习支持服务的保障，也就没有成功的远程教育质量。
关于学习支持服务系统的构成要素是什么，一直是仁者见仁、智者见智。有人认为构成要素是无限变化的，有人认为是二要素说（资源服务、学习过程服务），有人认为是三要素说（学术性质的支持、管理性质的支持和情感性质的支持），有人认为是四元素说（学习者、教师、服务资源和通信媒体）。笔者依照国内外学者对于学习支持服务的研究，认为远程学习支持服务系统是由一组共同特征要素构成的，包括：学习者、人员服务、服务资源、通讯媒体和服务环境。如图1所示。
1．人员服务是学习支持服务系统的提供者，包括教师、管理人员、咨询人员、技术支持人员等，他们根据学习者需求，提供相关的各种支持服务。
2．学习者是整个远程学习支持服务系统的核心，是获取多种支持服务的主体。
3．服务资源是丰富多样的，有信息服务、资源服务、设施服务等有形的或无形的资源。
4．通信媒体是保证支持服务运行的基本条件，通过通讯媒体进行同步或异步、真实或虚拟的互动交流，实现资源、人员合一的服务效果。
5．学习支持服务系统是社会系统的一个分支，只有为远程学习者提供良好的服务环境，才能满足不同学习者的学习需求，维持系统的正常运行。
二、“以学习者为中心”的教育
理念不断延伸
随着信息知识时代技术更新周期的缩短，学习者只有通过不断“充电”才能立足于社会发展，只有不断提高学习者的自主学习能力才能适应信息化社会。远程学习中“以学习者为中心”的理念伴随着技术革命实现了三个根本转变：以教师为中心向以学生为中心转变，以教材为中心向学生主动开拓学习资源和学习环境转变，以课堂集体面授向学生自主学习和协作学习转变。[2]
远程教育的教学和学习以学生为中心，学习资源和学习环境有了多样性选择。以学生为中心首先应该体现在远程教育的教学系统开发和多媒体课程材料的教学设计、开发和发送上，同时要贯穿在远程教学全过程中对学生学习的支持服务上。以学生为中心要求教师和教育院校机构转变角色，时刻调查了解学生对象的不同特征，并将满足学生多样化和个性化的需要放在首位。[3]
三、远程学习支持服务现状调查分析
我国试点高校网络教育学院目前普遍采用建立远程教育校外教学站点，即校外学习中心作为学习支持服务系统的基础。由于时间、人力、物力有限，无法针对全国的远程教育进行普查，根据实际能力和研究目的，本研究调查以徐州地区参加远程教育的学生和教师、管理员为研究对象，进行调查。根据问卷的内容，将调查问卷分成问卷一和问卷二。问卷一是学生卷，调查对象是徐州地区参加远程教育学习的学生；问卷二是教师管理员卷，调查对象是徐州地区参加远程教育授课的教师和远程教育管理人员。
（一）调查问卷的设计
对于学习支持服务项目的编制，本研究根据学习支持服务的定义和内涵，将调查问卷的项目细化为：学前的支持服务、课程学习的支持服务、创新能力培养的支持服务、辅导答疑的支持服务、情感的支持服务、作业测验与考试的支持服务、实验实践教学的支持服务和设施的支持服务等八项。而且，本研究利用系统分析方法，学习支持服务系统不仅仅只有八个项目，八个项目之间是不断联系、环环相扣的。接着，进行与教师、管理员和学生访谈，根据访谈内容总结编出近50道测试题，对测试题中内容相近的进行合并，整理出20项分支项目。再把这20项分支项目依次分类，作为远程学习者学习支持服务的需求项目，其中学前的支持服务3项；课程学习的支持服务4项；创新能力培养的支持服务3项；辅导答疑的支持服务2项；情感的支持服务1项；作业测验与服务的支持服务4项；实验实践教学的支持服务2项；设施的支持服务1项。
（二）调查问卷的回收与处理
本次调查问卷的发放选取了徐州地区3所试点高校的校外学习中心，包括徐州工程学院现代远程教育校外学习中心、徐州市广播电视大学学习中心和徐州工业职业技术学院现代远程教育学习中心。本次调查共发放问卷650份，其中教师管理员卷50份，学生卷600份。问卷采用四个等级的评定法，即同意、比较同意、不太同意、不同意或满意、比较满意、不太满意、不满意。收回教师管理员卷36份，其中有效问卷28份，有效率77.8%；收回学生卷485份，其中有效问卷394份，有效率81.2%。
问卷收回后，删除掉回答不完整和不完全符合研究规范的问卷，将有效问卷进行赋值编码，输入计算机，使用SPSS17.0统计分析结果，并采用态度量表的单向评等量表公式：
Fi=■
其中，量表中i=1,2,3，j=1,2,3,4,ai是各个等级分值，nij对应于每个问题达到每个等级的人数，N是总响应的人数（即总共的有效问卷数）。如表1所示。
如果Fi>0.75，说明学习者的满意程度较高；如果0.5 （三）调查结果的分析 1. 远程学习支持服务需求差异 （1）在对“学生需要哪些支持服务”的调查中，所有的学习者在入学前都需要注册、登记以及选课方面的支持；学习者对于知识体系的建构、学习方法的掌握也有特别的需求。 学习者认为对学习过程的支持尤为重要，只有2.03%的学习者不同意这种看法。学习过程是学习资源充分利用以及师生之间交互、信息不断传递的过程，课前的预习、学习策略的建议以及教学案例的支持都是课程学习过程的保证。自主学习能力、探究学习能力和合作学习能力的支持率达到97.2%，学习能力是学习的方法与技巧，有了娴熟的学习技巧，才能在学习过程中进入深度学习的状态；其次，显性知识和隐性知识的支持是学习者提高应变能力和创新能力的有效途径。 （2）在关于“辅导答疑的支持服务”调查中，学习者认为同步交互更为重要。因为远程学习本身处于准分离状态，为了保证有效的学习，除了组织面授环节之外，师生、生生之间应该实时通过QQ、MSN或组建学习小组、论坛等方式，把学习中遇到的问题及时解决。在远程学习中学习者存在一定的孤独感，给予他们更多的鼓励和激励很有必要，认同率达到94.67%。学习者认为作业的提交和反馈交流亦重要。布置作业是对所学知识的巩固，按时完成作业，及时得到老师的反馈，对于下一环节的学习非常重要。知识的积累过程也是实验实践过程，通过动手实践，在“做中学”，才能加深对知识的理解，学以致用。设施服务是校外学习中心有效开展的保障，调查对象中96.45%都认为非常重要。如表2所示。 （3）在对“学校提供了哪些支持服务”的调查中，学前的注册与登记基本满足了学习者的需求，教师关注于知识体系的构建、学习方法的指导，对学习者本身的特征、学习的需求以及学习的目的没有给予特别关注，大约40%的教师忽略了这一点。82.14%的教师同意在学习过程中给予大量的支持服务，他们认为，学前、学中、学后的三个过程是循序渐进的，过程的保障是取得高效率的基础。学习过程中学习方式很重要，培养学习者的自主学习能力、探究学习能力、合作学习能力是每一位教师应该做到的。在辅导答疑环节，85.72%的教师都能实现同步交互，与学生通过QQ、在线论坛等方式解决学习中遇到的难点、疑点。 远程学习在师生准分离的状态下，师生之间距离远，感情浅薄，因而作业的提交和及时反馈就显得尤为重要。校外学习中心提供的课外实践活动相对较少，有的学校在自己的实验基地开展，有的学校在网络虚拟实验室开展，有的学校租用其他高校的实验室、实验基地，总之，实践性教学开展还存在着一定的难度。如表3所示。 将师生的调查结果按“同意”和“比较同意”的总和进行统计，发现学生对于学习支持服务的需求程度与目前提供的学习支持服务存在着差异。通过表4分析，课程学习的支持服务、学习能力的支持服务、辅导答疑的支持服务、实验实践教学的支持服务等不能满足学习者的需求，特别是学前的支持服务中教师对于学习者取向的判断差异值最大。通过进一步了解，发现教师很少关注学习者个性特征，对于学习者的学习趋向把握不准；而对于学习支持，如表中差异栏负值项就证明了“供大于求”这一现状，教师给予了特别的关注点，但由于师生之间距离远、交流匮乏、互动少等原因，导致教师的“真情投入”得不到有效发挥。 2．学生对校外学习中心提供的支持服务满意度 （1）在对学生关于“入学咨询和注册、课程选择指导”的满意度调查中，我们先分析教师卷中 “关于招生、注册、选课、专业设置、考试等信息，贵校是如何发布的”，统计结果发现，学习中心每年的招生量逐年增加，学习中心通过网上发布、电话、信函及广播、电视台、报刊等形式发布信息；在对教师关于“远程学生在招生、注册、选课、专业设置、考试等信息方面有困惑时，贵校能否给予及时的解答和帮助”的调查中，85.71%教师都选择能及时给予解答和帮助。 利用态度量表的单向评等量表公式计算学生对入学咨询和注册的满意度F1=0.804>0.75，说明在学校及时提供帮助的前提下，学习者的入学咨询和注册得到有效支持服务，满意程度很高；课程选择指导的满意度F2=0.733≈0.75，说明学习中心的教师在选课指导方面起到了良好的引导作用。如表5所示。 （2）在对学生关于“学习辅导材料的开放性、教学信息服务”的满意度调查中，学生对学习辅导材料的开放性的满意度F3=0.672，说明学生对学习材料的及时发放、公共资源的可利用性和课件的下载满意程度一般；在对教师“关于网络课程和网络课件，贵校的制作和使用情况如何”调查中，大部分学校自己开发制作一些网络课程，大多数课件都是利用其他院校的或购买一些成品；在对教师“远程学生能否方便地使用贵校的数字图书馆（包括各种文献数据库）”调查中，由于技术设施及硬件设施的影响，有时候远程学习者并不能快捷方便地使用自己学习中心的图书馆；在对教师“远程学生能否方便地获取其他学校的数字图书馆或信息资源”的调查中，42.86%的教师认为学生不能方便地获取其他网络院校的数字信息资源。这都反映出学习辅导材料还不够开放，学习者利用起来还存在障碍。 学生对教学信息服务的满意度F4=0.689，说明校外学习中心对教学信息咨询服务逐步重视起来，能够保证学习者方便及时获取教学信息。如表 6所示。 （3）在对学生关于“定期面授辅导”的满意度调查中，我们先分析教师关于“贵校的远程教育所采取的学习辅导方式有哪些”的调查，发现辅导方式很多，包括：集中面授、E-mail、BBS论坛、双向视频会议系统等方式，而对教师关于“您认为最经济、而效率又高的辅导方式是什么”的调查中，89.29%的教师都认为集中面授最经济有效。而学生对“定期面授辅导”的满意度F5=0.496<0.5，说明现实条件下学生对定期面授辅导的支持服务不满意，原因有授课时间不集中、学生学习动机不强、课堂纪律太差，教师讲课语速太快、学生接受能力有限、学生在课堂上遇到的问题得不到及时解决等。如表7所示 （4）在“对作业的批改和反馈”的满意度调查中，学生的满意度F6=0.64，说明学生的满意程度一般，因工作原因不能参加面授，部分学生反映应多布置课外作业；而对“课下辅导答疑”的满意度F7=0.487<0.5，说明学生对辅导答疑的支持服务不满意，因为师生距离远，交流困乏，同步交互、异步交互都不能满足师生互动。应该加强师生沟通交流，确保学生及时得到教学反馈。如表8所示。 （5）在对学生关于“学习实践活动开展”的满意度调查中，学生的满意度F8=0.473<0.5，说明学生对校外学习中心提供的实践活动很不满意。课堂教育必不可少，但只有通过课外实践活动，才能进一步消化知识。通过对教师关于“贵校对远程学生的实践性教学活动是怎样开展的”的调查中得知，在本校的实验基地组织学生参与实践活动的很少，大多数都是通过租用其他院校的实习基地或网络虚拟实验室展开实践活动。因此校外学习中心有必要在满足课业学习的基础上，进一步加强课外实践活动。如表9所示。 （6）在学生关于“当有技术方面的问题时给予的及时帮助与支持”的满意度调查中，其满意度F9=0.663，说明校外学习中心在远程教育院校的支持下不断改进，规章制度不断健全，教师、管理员的网络应用能力不断加强，学习满意程度不断提高。如表10所示。 （7）在对学生关于“学习中心的软、硬件资源和网络建设情况”的满意度调查中，其满意度F10=0.669。学生普遍反映学校的网站有时打不开，课件传输速度不好，学校应该丰富网络教学形式的多样性，例如视频点播、多媒体点播、直播课堂、BBS论坛等。如表11所示。 （8）在对学生关于“考试形式的多样性和灵活性”的满意度调查中，其满意度F11=0.65<0.75，表明学生对于考试形式的满意度一般。通过分析教师关于“贵校对于远程学生的考试的方式是怎样进行的”的调查中发现：有些课程实行现场考试，有些课程实行网上考试，考试纪律很差，考试的成绩不呈正态分布。教师应积极采取措施，平时多布置课外作业，作业、考试尽量采用计算机提交的方式。如表 12所示。 （9）在对学生关于“帮助学生解决各种心理和情感的问题”的满意度调查中，其满意度F12=0.496。原因为学生面授环节的到课率低，师生面对面交流的机会少，课下的辅导互动答疑不频繁，师生之间的距离逐步疏远。因此，每个班级至少应建立一个固定的班级QQ群，加强师生之间的沟通交流。如表13所示。 （10）在对学生关于“毕业论文与答辩的指导”的满意度调查中，其满意度F13=0.477，说明学生很不满意现状。分析原因发现：有小部分学生报名注册后就再也没有来过学校，平时工作之余也很少主动自主学习；有些条件相对差的学生，定期组织他们网上学习也不方便，再加上家庭负担，导致不少学生中途辍学；学习中心是个开放性的教学组织，师生之间缺乏交流，如果学生再不主动联系教师进行论文指导，论文的质量就很低，毕业难度就加大了。如表14所示。 3．师生对学习支持服务开展的满意度 在对学生卷“您对目前远程教育学习支持服务的总体看法”的调查中发现：10.66%的学生表示“不满意”， 48.73%的学生表示“不太满意”， 32.23%的学生表示“比较满意”， 8.38%的学生表示“满意”，如图 2所示。 在对教师管理员卷“您对目前贵校远程教育学习支持服务的总体看法”的调查中发现：14.29的教师表示“不满意”，46.43%的教师表示“不太满意”， 28.57%的教师表示“比较满意”， 10.71%的教师表示“满意”，如图 3所示。 调查结果表明，师生对远程学习支持服务的开展情况表示一般满意，对于解决应用现状中存在的问题都表现出极大的兴趣。 现代远程教育是开放的，校外学习中心是远程教育院校在各地建设的保障学生学习支持服务的基础组织机构，远程学习者从入学注册到教学信息获取，直到论文答辩顺利毕业的整个过程都需要及时有效的支持服务；学习支持服务满意度是学习者对校外学习中心提供的学习支持服务的评价与反馈。通过调查学习者的满意度情况，可以了解学习支持服务各项目中存在的问题以及需要改进之处。总之，学习支持服务系统实施的目的是为了满足学习者的学习需求，只有以学习者为中心构建学习支持服务系统，才能有效地解决学习者遇到的各项问题。 四、总结 校外学习中心始终坚持“以学习者为中心”的理念，对学习者从入学到毕业，从工作到学习，从生活到情感都给予了全天候、全方位的支持服务。 远程学习支持服务系统蕴含了“以人为本”的理念，要求教师尊重学习者的个性特征、个性差异和学习取向差异，体现以学习者为中心的个性化服务。远程学习支持服务是为学习者提供的基于技术媒体的双向通信交流的各种信息的、资源的、人员的和设施的支持服务的总和，目的是满足学习者的各项学习需求，提高学习者自主学习和协作学习能力，提高远程学习质量，因此，学习者学习过程和学习目标的实现都是建立在学习支持服务基础之上的。 照明系统是人们日常生活中的基本系统,它的发展、变化会给人们的生活带来深刻的影响[1]。发光二极管( Light-Emitting Diode,LED) 是一种能发光的半导体器件,与原先的照明工具如白炽灯、节能灯等相比,LED具有体积小、发热少、亮度高、电光转化率高、寿命长、稳定性好、制作材料无污染、光束集中稳定等优点。随着电子技术的高速发展,LED已经从最初的指示灯、显示板等发展到被广泛应用于生活、工作、国防、科技等各个领域的相关设备仪器中。随着移动互联网、智能控制等技术的发展,智能LED不仅能方便用户的生活,而且还能为人们提供多姿多彩的工作和生活照明环境,给人们带来美好的感受,有益于人们的眼睛和身心健康。 随着移动互联网、智能家居的发展与普及[2,3,4],特别是智能终端的普及,使用智能终端控制LED灯成为新的研究热点[5,6]。本文针对现有智能LED灯控制系统的人性化程度不高的缺点,提出了一种基于深度学习算法的、具有自主适应能力的智能LED灯控制装置。通过有效的调光设计,在可视性照明上也能根据人眼的特性选择合适的亮度,从而保护人们的眼睛,有益于身心健康。 1 系统概述 本系统分为网关、控制节点与传感器接收模块三部分,通过Wi-Fi网络连接三种设备。其中控制节点上搭载LED灯的驱动电路,利用无线模块和网关通讯,当接收到来自网关的命令后,对LED亮度做相应调节。传感器接收模块上具有温湿度传感器、光敏传感器、红外传感器等多种传感器,从而感知周围环境。该类节点被安放在环境中的不同位置,采集传感器数据并发送给网关。网关是整个系统的中枢环节,负责接收传感器接收模块数据。网关上运行ANDROID平台,利用Java语言实现了深度学习算法。深度学习的概念来源于人工神经网络,是一种含有多隐层的感知器。深度学习通过将特征进行组合形成抽象表示,从而发现数据的高层特征。本系统使用限制波尔兹曼机( Restricted Boltzmann Machine,RBM) 算法进行训练,定时将传感器数据与用户决策输入到该算法中,从而实现训练样本。训练完毕后,通过传感器数据,并结合历史数据和用户设定,生成相应控制表,给出相应的决策。使系统能够学习人的行为习惯,结合用户设定,做出准确的决策,从而大大提高系统的灵活性,实现自适应智能控制。系统总体框图如图1 所示。 2 系统设计 2. 1 硬件设计 2. 1. 1 网关设计 网关起的是一个枢纽和运算的作用,它连接外部网络中的上位机和内部网络中的下位机,并在其上运行ANDROID软件。首先,在本系统中,网关外部联网的方式为以太网,内部则通过Wi-Fi与节点通信并工作在AP模式下。其次,网关通过Flash存储器保存一些配置信息和数据信息,比如,网关的节点信息、配置信息、工作数据等。除此之外,需要人机交互用的触摸屏。其硬件模块结构如图2所示。 2. 1. 2 模块设计 ( 1) 模块总体设计 由于模块需要与网关通信,为了设计方便采用了Wi-Fi无线通信模块并工作在STA模式下链接到网关的AP上。另外,节点分为LED控制模块和传感器接收模块两类。其中,LED控制模块通过PWM提供LED驱动信号,传感器接收模块则通过相应通讯协议获取传感器数据。 (2)具体电路设计 部分电路设计如下: ①MCU主控电路 MCU选用的MSP430F2122,具有16MHz的最高运行频率,运行模式下250μA的超低功耗以及支持多种通讯协议( 如UART、SPI、I2C等) 的特点。非常适合于作为本系统的节点主控使用。具体电路如图3 所示。 ②光照度传感器电路 采用BH1750 作为光照度传感器,它内置16 位的模数转换器,使用I2C通讯协议,采用贴片封装体积小巧。光照度传感器原理图如图4 所示。 ③LED驱动电路 采用LM3402 驱动LED灯,使用PWM对灯光亮度进行调节。LED驱动电路原理图如图5 所示。 2. 2 软件设计 2. 2. 1 网关软件设计 首先完成初始化操作,通过UDP协议获取所有传感器的IP,并通过IP地址与节点通讯,获取其上的设备信息。如果该节点为传感器接收模块则将新建一个线程,接收来自该节点的数据,将接收到的数据放入接收帧缓冲区,再利用包解析模块对数据进行解析,生成标准格式信息。将信息放入数据库中,系统将定时从数据库中取出信息作为样本,采用深度学习算法训练样本,当训练完毕后再根据传感器数据给出相应的决策,生成控制表,传递给装包模块。再将数据包通过发送模块放入发送缓冲区,发送给LED控制模块。网关自主学习与自动控制的运行流程如图6 所示。 2. 2. 2 模块软件设计 其中传感器接收模块,首先完成节点的初始化。然后节点将定时获取传感器数据,并检验数据有效性,如果有效则通过装包模块形成数据包,再利用发送处理模块发送给网关。LED控制模块,首先完成节点初始化。接着节点将不停地接收来自网关的数据,如果发现数据有效,则通过解析包模块,将数据解析成控制信息,传递给LED驱动,从而输出相应PWM波,控制LED灯的亮度。 2. 2. 3 深度学习算法设计 每个样本包括以下七个参数: x1代表事件发生的时刻。x2代表发生的事件,用户当前的行为,如看书,看报纸,看电视,使用电脑等。x3代表被视对象的光反射系数,模式,因为每种事件中物体本身的发光强度不相同。x4代表视力保护专家建议光照强度值或者工业标准规定的光照强度值,用户当前的行为,视力保护专家建议的光照强度值或者工业标准规定的光照强度值。x5代表当前环境的光照强度值。x6代表用户的视力,x7代表用户根据自己的感受调节LED的光照强度值,x7可能等于x4,x7也可能不等于x4,这取决于用户的感受。每个样本代表在x5自然光光照度条件下,具有x6视力的用户在x2时刻进行事件x1,x1事件的对象的发光强度为x3。专家建议LED灯的光照强度值或者工业标准规定的LED灯光照强度值为x4,用户实际将LED灯的光照度输出为x7。专家建议值: 下棋打牌的照度为150Lux,看小说约需250Lux,书写约需要500Lux,看电视约需30Lux。 本系统的深度学习方面使用Deep Belief Networks( DBN) 算法,具体每一层采用RBM算法来实施。在RBM算法中首先将上文提到的参数打包成总数为ns的样本集S,输入到训练程序中。接着随机初始化权值W、偏差值a和b,并利用CD - K算法进行吉布斯采样,获得参数变化量。最后修改相应参数,达到相应要求后保存参数并退出一层的训练。接着完成其他层的训练,利用反向传播算法调整相应参数。RBM的训练流程如图7 所示。 3 实验应用 根据设计方案,实现了一套原型系统,如图8 所示。在系统实例测试中,所处环境温度为12 摄氏度,湿度为78,光照度传感器周围光照强度为180流明。 测试过程中,控制参数包括: ( 1) 利用不同透明度的纸张遮盖光照度传感器,从而改变光照度强度数据。( 2) 人为设定视力、专家建议等固定参数。( 3)利用光照度传感器测量光源强度和反射光强并计算其比值,得出被视对象的反光系数。训练时人为地修改一个控制参数,模拟多种环境条件,并手动调整LED光亮度。训练完毕后,系统进入自动控制模式,通过改变控制参数,观察LED灯的亮度变化。 测试次数35 次,LED灯亮度变化符合预期次数33 次,正确率为94% 。 4 结束语 本文将深度学习引入智能LED控制系统,实现了LED模式控制和自主学习等功能,弥补了传统系统的不足。根据实例测试,方案达到了较高的正确率,使系统在人性化方面得到显著提高。但是本文实现条件相对简单,未能完全体现方案优势,需要对此进行进一步研究。 摘要：针对现有智能LED灯控制系统人性化程度不高的缺点,研究并设计了一种基于深度学习算法的、具有自适应能力的智能LED灯控制系统。系统分为网关、控制节点与传感器接收模块三部分,通过Wi-Fi网络连接三种设备。本系统使用限制波尔兹曼机算法进行样本训练。训练完毕后,通过传感器数据,并结合历史数据和用户设定,生成相应控制表,给出相应的决策。使系统能够学习用户的行为习惯,结合用户个性化参数设定,做出准确的决策,提高系统自适应智能控制能力,大大提高系统的人性化。测试表明,系统能不断学习用户的LED灯控制行为,达到了准确程度较高的、自适应智能控制LED灯的效果。 关键词：深度学习,智能控制,发光二极管 参考文献 [1]申中鸿,杨林,蒋春旭.LED照明智能控制系统研究[J].灯与照明,2013,37(4):17-19. [2]满莎,杨恢先,彭友,等.基于ARM9的嵌入式无线智能家居网关设计[J].计算机应用,2010,30(9):2541-2544. [3]莫太平,胡俊波,赵佩斯.基于Android的智能家居系统的设计与实现[J].自动化与仪表,2015(1):33-36. [4]吕芳芳,佟国香,谭健.基于CC2530的智能家居控制系统[J].信息技术,2014(6):110-112. [5]路秋生,程维东,王昭玲.LED调光与有关问题[J].电源学报,2012(6):113-122. 迭代学习控制不需要依赖动态系统的精确数学模型就可以使系统实际输出完全跟踪期望输出。少量的先验知识就可以使迭代学习控制得以实现,并且重复运行次数越多控制精度越高,因此在很多具有重复运行特性的被控对象中得到了应用[1,2,3]。PID迭代学习控制以其良好的可靠性、鲁棒性已成为迭代学习控制领域中最为常用的控制策略。为了使PID学习律达到更好的控制效果,常将其与其他一些智能控制方法相结合,以期对非线性、不确定的复杂控制系统达到更好的控制效果。模糊控制对解决不确定性高的复杂非线性系统表现出诸多优越之处,因此很多学者将模糊控制和迭代学习控制相结合,以求达到较为理想的控制效果。张航等[4]采用自整定模糊控制器作为迭代学习律,并对单臂机械手进行了仿真研究,取得了较好的控制效果;张丽萍等[5]运用并行分配补偿方法确定T-S模型的迭代学习控制器结构,并给出了误差收敛条件;蒋思中等[6]利用作为模糊控制器的输入,生成PD增益矩阵的调整因子,以达到提高收敛速度的目的。 本文提出一种模糊自适应PID迭代学习控制算法,利用模糊控制器对PID学习律的参数进行实时整定,可以提高系统的控制精度,使控制系统具有较好的稳定性和较强的鲁棒性,同时可以提高系统的收敛速度。 1 问题的提出 考虑如下形式的线性系统: 其中t∈[0,T],x(t)∈Rm为系统的状态,u(t)∈Rn为系统的输入,y(t)∈Rr为系统的输出,A、B、C为适当维数的矩阵。 迭代学习控制是对给定控制系统在时间区间t∈[0,T]内,利用被控对象的期望输出yd(t),通过迭代学习算法寻找优化的控制信号uk(t),使得系统响应yk(t)相对于y0(t)有所改善,寻找uk(t)的过程就是系统学习的过程,且使得当k趋于∞时,满足yk(t)与yd(t)的偏差为零,即系统实现实际输出完全跟踪期望输出[7]。 在第次运行时,系统的动态方程可表示为: 闭环PID型学习律如下: 式中Γ、Φ、Ψ为学习增益矩阵,ek+1(t)为实际输出与期望输出的偏差: 可见PID学习律中的参数是一成不变的,目前所需要的就是寻找到一种方法来对式中Γ、Φ、Ψ三个参数进行实时校正,实现系统的动态学习过程,以提高系统的控制精度和收敛速度。 2 模糊自适应PID迭代学习控制算法 2.1 控制系统基本结构 模糊自适应PID迭代学习控制算法结构如图1所示,控制系统采用闭环学习控制算法,利用传统的经验PID参数作为参考,通过模糊整定单元对经验PID参数进行实时校正,生成精确度更高的模糊PID学习律,提高系统收敛速度,加强抗干扰能力,最终实现系统的完全跟踪,即。 2.2 模糊自适应PID学习律 模糊控制器的输入选用系统输出误差e和输出误差的变化量ec,而模糊控制器的输出则为PID学习律的增益整定量,采用PID学习律时,Kp用于提高系统响应速度,调节系统控制精度,过大则导致系统不稳定,过小则导致系统响应速度缓慢;Ki用于消除系统稳态误差,过大则会导致积分饱和,超调量较大,过小则无法起到相应作用;Kd有助于提高系统的动态性能,模糊控制器生成的整定参数应以此为原则而确定,其控制规则形式如下: IF ek(t)is E and dek(t)is EC THEN Kpk(t)is Kp。 IF ek(t)is E and dek(t)is EC THEN Kik(t)is Ki。 IF ek(t)is E and dek(t)is EC THEN Kdk(t)is Kd。 定义模糊控制器的输入、输出量的模糊子集均为NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB,即负大,负中,负小,零,正小,正中,正大,其模糊论域均为[-E,E],同时可以建立如表1所示控制规则表: 通过模糊规则对其进行判定,并利用重心法对其进行解模糊处理,以Kp为例,可得模糊控制器输出的的PID参数分别为: 式中μKp为输出量的隶属度函数,Kpq为输出的模糊化变量,Kp为解模糊后的输出量。 由此可以得到模糊PID迭代学习律为: 其中Γ、Φ、Ψ为PID学习律的固定参数。 3 仿真研究 利用仿真对算法的有效性进行验证,选取如下形式LTI系统作为被控对象: 期望跟踪轨迹选用:。各模糊控制器的输入输出论域均选择在[-3,3]范围内,经验PID学习律参数为:Γ=30,Φ=2,Ψ=3。学习周期为T=6s。各变量均采用如图2形式的隶属度函数,其中ZE选用三角形隶属度函数,其余均选择梯形隶属度函数。 控制系统仿真框图如图3所示: 通过仿真可以得到如图4所示的第一次迭代学习下的跟踪轨迹,图5则为系统跟踪误差。 从仿真结果可以看出,系统具有较好的跟踪性能,并随学习次数的增加系统误差不断趋近于零,使得控制系统具有良好的动态性能,达到高精度趋近期望轨迹的控制目的,由此可见模糊自适应PID迭代学习控制系统对于轨迹跟踪具有较好的控制效果。 4 结语 现实问题中常常会遇到需要高精度轨迹跟踪的控制问题,针对这一问题本文提出一种模糊自适应PID迭代学习控制算法,利用模糊推理整定PID学习律的参数,以达到精确控制和快速收敛的目的,并通过仿真验证了方法的有效性,对同类控制对象的控制系统设计具有一定的参考价值。 参考文献 [1]王仲鸿,王强,张东霞,姜齐荣.电力系统暂态稳定问题和迭代学习控制的研究[J].电力系统自动化,1999,23(8):6～10. 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[6]蒋思中,朱芳来,王心开,王改云.模糊增益PD迭代学习算法及其应用[J].电光与控制,2009,16(8):72～74. 许多运动控制系统需进行沿某轨迹的重复运动,例如数控机床沿一定的轨迹重复加工零件,机械手重复执行某一运动过程。通常的控制算法并未考虑此类运动的重复特性,每一次运行跟随误差都重复产生,跟踪精度不高。而且由于控制对象存在非线性因素且模型具有不确定性,因而使得设计高性能的常规控制器较为困难。迭代学习控制是一种较新的智能控制方法,它首先由Arimoto[1]提出并应用于机械手的控制中。近年来迭代学习控制理论体系越来越成熟[2],应用日益广泛。 迭代学习控制的基本思想是,通过学习每次运动的误差,对控制量进行前馈修正,从而在下次运动时提高运动的精度。它不需要精确的系统模型,对系统的未建模特性具有一定的鲁棒性,实时计算量小,在一定的条件下可保证迭代收敛。迭代学习控制通常要求运动轨迹、初始条件和系统特性具有重复性,并要有足够的存储器来存储上次运动控制的信息[3,4]。 概率方法、模糊方法和区间方法是目前不确定性建模的三种主要方法。概率方法和模糊方法均需要有足够的数据来分别确定不确定结构参数的概率密度或隶属度函数,区间方法是把这些不确定性结构参数视为未知变量,并在具有已知边界的区间内取值。参数区间不确定性迭代学习控制系统收敛性的研究主要集中在稳定性(asymptotic stability)和单调收敛性(monotonic convergence)上。本文讨论了参数区间不确定性迭代学习控制系统(IILC)的单调收敛性问题。 1 迭代学习控制的单调收敛性 z传递函数描述的离散线性时不变系统为 Y(z)=H(z)U(z)=(h1z-1+h2z-2+h3z-3+…)U(z) (1) 其中,hi为H(z)的Markov参数,理想输出信号为yd(t),第k次迭代学习控制的输入、输出分别为uk(t)、yk(t),ek(t)=yd(t)-yk(t),t为离散时间变量,t∈[0,N]。 定义超向量(Supervectors)[5,6,7,8,9]: Uk=(uk(0),uk(1),…,uk(N-1))T Yk=(yk(1),yk(2),…,yk(N))T Yd=(yd(1),yd(2),…,yd(N))T Ek=(ek(1),ek(2),…,ek(N))T 则Yk=HpUk,其中Hp为由系统Markov参数组成的N×N矩阵: 迭代ILC算法的目标是根据第k次及以前的信息计算出第k+1次的控制输入uk+1,使其收敛至u*(t),并使得ek(t)=yd(t)-yk(t)收敛到零。超向量法(supervector)将二维(时间轴、迭代轴)问题转换为一维多输入多输出问题。超向量表达的一般迭代学习控制为 Uk+1=Uk+LEk (2) L=[γij]n×n 上述学习矩阵L的不同选择方法对应不同的ILC学习算法,显然,当γij=0(i≠j)、γij=γ(i=j)时为Arimoto算法。 定义T为列向量h=(h1,h2,…,hN)T到下三角阵Hp的Toeplitz变换,即Hp=T(h)。 设l=[k1,k2,…,km,0,0,…,0]T∈RN×1,m为ILC算法的阶次,取L=T(l)为ILC算法学习矩阵。 考虑离散高阶ILC算法(式(2)),则 Ek+1=Yd-HpUk+1=(I-HpL)Ek=HeEk=T(he)Ek He=I-HpLhe=vN-Hpl vN≜(1,0,…,0)T∈RN×1 因此,ILC单调收敛的充分必要条件为相应的范数小于1,即 ‖I-HpL‖i<1 (3) 2 区间鲁棒迭代学习控制的单调收敛性 对于区间矩阵集合: AI={A: 其顶点矩阵集合: Av={A: 其中, 对区间鲁棒迭代学习控制系统稳定性和单调收敛性的讨论即为对给定的HIp进行讨论。显然,对Arimoto型迭代学习控制,稳定性的充要条件为 对一般区间鲁棒迭代学习控制,设P=I-Hp⨂L,则其稳定性的充要条件为PI=I-HIp⨂L的谱半径小于1。而区间矩阵PI=I-HIp⨂L的谱半径为P∈Pv的某个谱半径。 根据定理(证明略):xi为具有区间不确定性的参数, 当xi为某顶点向量时,即 max (‖I-HpΓ‖∞,∀Hp∈HI)= max (‖I-HpΓ‖∞,∀Hp∈Hv)<1 (4) 时区间鲁棒迭代学习控制系统l∞范数意义单调收敛,其中,Hv为Markov顶点矩阵。对离散高阶ILC算法(式(2)),PD型ILC算法(m=2)为[6] uk+1(t)=uk(t)+k2ek(t)+k1ek(t+1)= uk(t)+kpek(t)+kd(ek(t+1)-ek(t)) (5) 其中,k1=kd,k2=kp-kd。则I-HpL各行为 (I-HpL)1=(1-h1k1,0,0,…,0) (I-HpL)2=(-(h2k1+h1k2),1-h1k1,0,0,…,0) (I-HpL)3=(-(h3k1+h2k2),-(h2k1+h1k2), 1-h1k1,0,0,…,0) ︙ (I-HpL)n=(-(hnk1+hn-1k2),-(hn-1k1+hn-2k2),1-h1k1,0,0,…,0) 因此,有 ‖I-HpL‖∞=max(‖(I-HpL)1‖1, ‖(I-HpL)2‖1,…,‖(I-HpL)n‖1) 对于 3 数字仿真研究 对离散线性系统z传递函数 对上述区间不确定系统a∈[0.55,0.80],采用式(5)离散二阶ILC算法: uk+1(t)=uk(t)+k1ek(t+1)+k2ek(t) (1)选取控制参数k1=0.90、k2=-0.59[6],当a=0.80(上界)时,‖I-HpL‖∞=0.28<1,其输出轨迹及轨迹误差范数如图4、图5所示。可见,迭代学习控制取得了良好的单调收敛性能。当a=0.72时,‖I-HpL‖∞=0.46<1,其轨迹误差范数如图6所示。当a=0.55(下界)时,‖I-HpL‖∞=1.07>1,其轨迹误差范数如图7所示。可见,当参数区间变化至下界时,不满足式(4)条件,迭代学习控制不满足单调收敛的要求。 (a=0.80,k1=0.90,k2=-0.59) (a=0.72,k1=0.90,k2=-0.59) (a=0.55,k1=0.90,k2=-0.59) (2)选取k1=0.80、k2=-0.59, 当a=0.80(上界)时,‖I-HpL‖∞=0.41<1,其输出轨迹及轨迹误差范数如图8、图9所示。当a=0.72,‖I-HpL‖∞=0.34<1,其输出轨迹及轨迹误差范数如图10所示。当a=0.55(下界)时,‖I-HpL‖∞=0.746<1,其轨迹误差范数如图11所示。可见,当参数取上下界时,均满足式(4)条件,迭代学习控制满足区间单调收敛的要求。 (a=0.80,k1=0.80,k2=-0.59) (a=0.80,k1=0.80,k2=-0.59) (a=0.72,k1=0.80,k2=-0.59) (a=0.55,k1=0.80,k2=-0.59) 4 结语 本文研究了区间不确定离散线性时不变系统的鲁棒迭代学习控制(IILC)算法的单调收敛性,并针对常见的离散PD型ILC算法,给出了在l∞范数意义下区间不确定性迭代学习控制系统单调收敛性的判断方法。仿真实例说明,当Markov参数组成的顶点矩阵满足单调收敛性条件时,区间不确定系统的迭代学习控制具有鲁棒单调收敛性。 参考文献 [1]Arimoto S,Kawamura S,Miyazaki F.Bettering Op-eration of Robots by Learning[J].Journal of Ro-botic Systems,1984,1(2):123-140. 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[8]Moore K L,Chen Yangquan.A Separative High-order Framework for Monotonic Convergent Itera-tive Learning Controller Design[C]//Proceedingsof the American Control Conference.Denver,Colo-rado,USA,2003:3644-3649. 笔者和同伴就开源学习管理系统在教育中的应用作了全方面的探讨研究，下面对所作的研究做一一论述。 一、开源学习管理系统的基本知识 1. 在教育领域中应用开源软件的必要性。 “开放源代码软件”(Open Source Software, OSS，简称“开源软件”)通常是指基于各种开放源代码许可证(如GPL、BSD等)而发布的软件。使用者可研究程序运行机制，并按需修改，亦可重新分发拷贝，以使其他人能共享软件、改进程序。与商业产品软件相比，开源软件有很多优势。第一，开源软件能节省资金。购买商业产品软件需要花费大量资金，通常还需要支付后续的升级费用。而教育机构普遍存在经费紧张的问题，这在很大程度上制约了网络教学的发展。开源软件可以免费从网上下载，以后还可免费升级，可有效地节约投资。第二，开源软件的开发途径决定了它比商业产品软件功能更强，可靠性和安全性更高。开源软件是集中很多开发人员的智慧而成的，开发过程处在大家的监督之下，漏洞能被很快发现并迅速排除，使得软件的可靠性更高;开放源码，允许第三方来找出源码中的错误并进行修正，所以开源软件的安全性能更高。第三，开源软件的使用也杜绝了学生的盗版行为。学生支付不起商业产品软件的购买费用，如果教学中使用商品软件，学生要在个人电脑上完成作业，就需要在电脑上安装商业软件的非法拷贝。相反，开源软件就没有这个限制，可以在任何计算机上自由地安装使用。第四，开源软件的使用给了学生一个研究学习高质量原始程序代码的机会，通过这种方式能有效提高教育质量。与之相反，商业产品软件只提供二进制形式的代码，源程序代码很少提供给用户。笔者认为将开源软件应用到教育中是非常必要的。 2. 学习管理系统。 学习管理系统(LMS:Learning Management System)是具有组织、跟踪、评估、发送、呈现、管理学习内容和学习活动，促进学习者之间交互等一系列功能的计算机(网络)系统，它的使用能辅助教师为中小学课堂建构一个将课内外教学连接的学习环境，将完全的面对面教学和完全的在线学习结合起来，使学生的学习成为一个互动的连续的即时反馈的动态过程，有利于学生知识的意义建构和深度学习的进行。 正是在开源软件和学习管理系统理论的基础上，众多专家开发了应用在教育中的开源学习管理系统，如美国的Sakai、澳大利亚的Moodle、英国的Bodinton、加拿大的Atutor、瑞士的Atutor、比利时的Dokeos等。下面笔者就这些开源学习管理系统的功能展开介绍。 二、开源学习管理系统功能 目前笔者和同伴主要对Eledge、Moodle、Dokeos、Atutor、OLAT、ClassWeb、Claroline、Bazaar、Sakai、Bodington、LRN等开源学习管理系统作了研究。在研究中，笔者采用了量表量化法、文献阅读法、行动研究法等，首先收集了目前在使用中相关开源学习管理系统的相关资料，研究的重点放在安装试用软件或者试用网站上的demo上，此后笔者在相关研究的基础上，设计合适的评价量表，以便达到最终的研究目的：(1)推荐出功能比较完善的开源学习管理系统，为教师和学生选择合适的开源学习管理系统提供参考;(2)通过分析开源学习管理系统的评价量表，展望其在教育中获得良好的发展应该具有的功能。 三、开源学习管理系统应该具备的基本功能 通过对开源学习管理系统的分析，笔者认为，开源学习管理系统要想长久地发展，并在教育中得到推广，必须具有如下的基本功能。 1. 多种交流方式。 系统应该为学生和教师之间的交流提供最大的方便，同时支持实时和非实时的交流;支持师生间、生生间的集体与私人的交流，公开与隐密的实时与非实时、同步与异步交流等;具有公共聊天室、讨论区、留言板;还可以通过呼叫和某人进行私聊，互发短消息或留言、视频交流，等等。 2. 易于使用的设计。 系统应最大限度地降低用户的使用难度，教师应能够随时编辑平台中的任何内容。系统内嵌了功能齐全的在线编辑器，方便用户创建内容，变换字体、排版，插入图片、表格、上传文件等均可实现所见即所得。同时导航和即时帮助功能的界面比较简单，除了可以设置界面风格外，系统还有导航功能和即时帮助功能，当教师和学生在使用中遇到系统方面的使用困难时，点击页面上的问号按扭，就可以得到针对该页面或功能的帮助信息，不用再在名目繁多的帮助信息中进行检索。 3. 权限角色管理。 系统应该支持系统管理员、课程管理员、教师、助教、学员等几种主要角色。 系统管理员负责管理控制整个站点，负责对教师、课程管理员等角色进行授权。课程管理员负责课程体系的建设与规划，教师负责课程内容建设、开展在线教学，教师可以授权助教及批准学生入学助教负责协助教师进行在线教学。每个角色都有自己的管理和访问权限，系统管理员作为整个系统的管理者和维护者，能访问和控制所有的页面，授权给课程教师，针对应用需求添加系统模块。课程教师负责每门课的管理和对选择本门课程的学生学习情况进行监督。 4. 良好的开放性。 开放源码平台最大的好处就是其开放性，用户可不必完全拘泥系统的形式和结构，可完全根据自己的需求做二次开发。很多用户还将开发的成果发布出来共享，更增加了平台功能的多样性。 5. 学习记录跟踪分析。 系统支持学习记录的跟踪，教师可以查看任何学生的学习报告，包括学生访问课程的次数、时间及场所;教师也可以查看某个教学模块的学生参与情况。报告可以以图表的形式动态生成，同时也支持下载，教师可通过Excel等工具对下载数据进行深入分析。 6. 班级、小组功能。 系统支持班级、小组功能，提供了方便易用的分组工具。小组支持公开和封闭属性，配合教学功能模块，教师可以组织小组为单位的教学活动。班级、小组功能增强网络学习者的学习兴趣。 7. 多种评价方式。 系统应该支持多种评价方式，如自评、组评等，能够全方面地评价学生。同时系统数据库应能统计课程的访问量、课程在线人数、学生的在线行为(如访问频度、进出停留时间、上线总时长、最后登入时间、阅读次数和张贴在网站上的文章和日志)等。除此之外，还应能进行问卷调查、线上考试及评分，能自动统计调查及考核结果。 8. 支持产业标准。 系统应支持IMS、SCORM、QTI等在线学习产业标准，以便扩大系统的通用性。 9. 可扩展性和不断更新。 系统应该跟上时代的潮流，不断地更新、扩展，这样才能保持其可用性。 四、结语 在教育中应用开源学习管理系统，不仅能节约学校开支，而且提供了一个探索最新技术的途径。学生能在他们的计算机上自由安装开源软件，不需要购买商品软件，减少了开支，也杜绝了盗版软件的使用。可以预见，开源学习管理系统在不久的将来会得到更多学校的接受与应用。不过在开源学习管理系统应用到我国中小学教育的过程中，需要开源学习管理系统自身进一步完善其功能，开发出具有中国特色的学习管理系统，并使其大众化通俗化，这样才能更好地在我国的各个学校中推广应用。 摘要：本文作者系统地研究了开源学习管理系统的基本知识、系统功能, 指出了开源学习管理系统应用于教学中应具备的基本功能。 关键词：开源学习管理系统,开源软件,基本功能 参考文献 [1]常金娥.开源软件在网络教育中的应用[J].科技情报开发与经济, 2007, (17) . [2]程浩侃.万源软件在电子政务中的应用研究[J].软件导刊, 2007, (11) .34-36. 作为中国最大的家电生产企业,海尔的生产制造模式、管理模式一直受到世界的关注,从90年代开始的OEC(日事日清,日清日高),到流程再造、战略事业单元(Strategical Business Unit, SBU)、“市场链”管理,海尔的管理模式不断创新。2005年12月,在“海尔集团创业21周年暨海尔全球化品牌战略研讨会”上,张瑞敏先生宣布启动“全球化品牌战略”,这是该集团继名牌战略、多元化战略、国际化战略之后进入的第四个发展战略阶段。如果说国际化战略阶段的特征还是“以中国为基地,向全世界辐射”的话,全球化品牌战略的特征则是“在每一个国家的市场创造本土化的海尔品牌”。战略重心的转移客观上需要海尔能够系统地解决如下紧密相关的三个关键问题:(1)如何提升产品竞争力和运营竞争力?(2)如何与分供方、客户实现共赢?(3)如何从单一文化转变到多元文化,实现持续发展? 为此,海尔探索实施了作为一种生产管理模式的“T模式”以及“人单合一”发展模式,这又一次引起了国际管理界的高度关注和研究讨论,“人单合一”更是被誉为“号准全球商业脉搏”的管理模式。张瑞敏曾明确指出,“海尔模式就是人单合一”,2009年,张瑞敏又再次强调了这一点。“人单合一”中的“人”就是“自主创新的SBU”;“单”不单纯指狭义的“市场订单”,还包括了“有竞争力的市场目标”;“人单合一”要求每个员工都有自己的订单并为之负责。T模式是海尔于2006年提出的一种生产管理模式,其中的“T”包含了四个含义,分别为:(1)Time,是时间,要准时;(2)Target,是目标,要有第一竞争力的市场目标;(3)Today,是日清,即每天的工作要日清日高;(4)Team,是团队,市场目标是由SBU团队来完成。简言之,T模式就是每个人、每个部门都把实现自身市场目标的时间定为“T”日,然后确定“T”日前要做哪些预算,T日后要进行哪些闭环优化。在人单合一的总模式下,可以认为T模式为人单合一的实现提供了相应的支撑,但在海尔的管理实践中,两者是如何耦合在一起的呢?是什么力量在推动和引导着人单合一模式的实施和完善从而推动海尔的持续发展的呢?为什么海尔在国际化战略阶段和全球化品牌战略阶段都能够不断地取得实践上的成功和管理模式上的创新呢? 对海尔进行深入的考察可以发现,每周六由主要干部(关键岗位人员)参加的“案例研讨会”在战略决策与管理系统运行中扮演了核心的角色。图1通过对海尔集团组织学习机制的研究探讨了海尔模式的系统耦合过程。 海尔的案例研讨(如图1中处于核心位置的椭圆所示)起因于最初统一推进流程再造时所遇到的一系列困难。张瑞敏再三强调“流程再造先要再造人,再造人先要再造观念”,为了达到这个目的,从2000年10月起,每逢星期六,按时举行由集团首席执行官张瑞敏和集团总裁杨绵绵以及中高级经理人参加的培训课,就成了海尔雷打不动的制度规定。由于教材不来自书本,而是取自集团各个事业部目前的主要问题或该周内在市场上遇到的“案例”,培训课就演变成了“案例研讨会”。研讨会由两个阶段构成:会上,张瑞敏提出阶段性的指导思想,再与集团的中高级经理人一起互动讨论;会后,研讨的内容就变成每个经理人下周的作业,在实践中进行实施、验证和完善。每一次,海尔的一个部门都要围绕企业的发展战略,结合自己部门的情况进行案例研讨来回答:(1)面对企业发展本部门要做什么?(2)理论上关于这些问题的最新成果是什么?标杆企业与竞争对手是怎么做的?自己的最佳做法是什么?(3)可能的难题及风险是什么?如何破解难题与防范风险?(4)须处理好与企业其他部门哪些协调关系?(5)需要哪些资源、如何整合等问题。张瑞敏经常亲自主持案例研讨会,除了各部门相互评论之外,张瑞敏还要亲自点评。因此,要准备好案例分析,各部门就必须吃透企业整体发展思路,了解理论界的最新动态,掌握竞争对手的状况,清楚自己的现状和应做的事情以及最佳做法,处理好各部门间的协调关系……而且,这不仅是一场模拟实战,各部门之间还存在着竞争。即使身为海尔集团副总裁这样的高层管理者,谈起案例研讨会,仍不约而同地将其作为最有压力的工作之一。由此可见,海尔能取得今天的业绩,和在张瑞敏的领导下所逐步形成的行之有效的组织学习机制是紧密相连的。 从组织层面来看,海尔的全球化品牌战略及其每一个阶段的核心任务的实现过程,也就是T模式和人单合一模式相互耦合并在动态中不断加以改进的过程。T模式(如图1中最右侧椭圆所示)的实施有三个关键点:首先,需要有相应的文化观念;其次,需要流程再造与信息化的支持与推动;最后,通过基于JIT的时间预算系统确定“T”日前要做哪些预算、通过基于OEC的目标管理体系确定T日后要进行哪些闭环优化。而这些也容易成为T模式实施时所遇到的问题与障碍。人单合一(如图1中最下方椭圆所示)的关键点就是“直销直发”、“正现金流”和“人人都是SBU”。其中,SBU经营的本质是将创新精神作为基因植入员工身上,在这个基础上创造更有竞争力的订单。在全球化品牌战略与人单合一模式的引导下,海尔把不同的SBU经营成可独立核算的“公司”,为每个员工提供了个性化的创新空间。SBU实施的要害在于以市场订单为中心和以SBU损益表为考核工具,由此员工之间也就以市场关系取代了上下级和同事关系。两者都以市场目标为导向,关注企业内外的变化并以市场化手段进行绩效考核,案例研讨式的组织学习使两者在动态演化的过程中不断加以改进(如图1中最左侧椭圆所示),从而更有利于海尔战略的实现。从组织学习机制化保障的角度来看,海尔的战略(全球化品牌)与和谐主题(比如本周内的核心问题)为案例研讨提供了目的导向(如图1中最上方椭圆所示),案例研讨则为其实现提供了知识动力;T模式与人单合一模式实施中的组织协同和全员协同程度成为案例研讨会的关注重点,而案例研讨的结果会有利于流程的优化,并对SBU经营进行激励诱导;动态改进有利于知识的积累与创新,案例研讨会有利于知识的共享与扩散,并推动全员学习。 不同于既有的研究,席酉民教授洞察到并在《管理学家》的“主编寄语”中(2007)分析了组织学习机制对于海尔的重要意义。更进一步,海尔的这种案例研讨过程不仅是一个知识共享与扩散的过程、学习和创新的过程,而且也是一个组织整合并付诸行动的过程。也就是说,各个员工、团队和部门都会有自己的目标、利益和相应的行为、努力,但在案例研讨的推(推动)、拉(引导)作用下,它们不会成为一个个的碎片,而是一副完整的、甚至还是一副美丽的图画。 海尔通过“案例研讨会”对战略和每一个阶段的发展主题、流程、文化进行了持续的、系统的整合,领导层成为坚定不移的组织学习的推动者。而“人人都是SBU”的经营理念以及以目标为导向、以SBU损益表为基础的绩效考核体系,增强了领导能力和全员领导的观念,保证了组织学习的效果。其中的组织知识积累,既因为有包括张瑞敏在内的高层领导者的参加而有利于使战略决策所需要的知识能够得以尽可能地集结,也因为S级事业单元和B级、U级事业单元的交流互动而有利于战略执行时的知识共享和传播,从而推动全公司的学习成长与整合创新。这种分析并不是说系统整合必然要通过“案例研讨”的方式进行,而是试图阐明,“案例研讨”因为“领导者-管理者-普通员工”在“自上而下”和“自下而上”的反复互动中,通过全员SBU和人单合一的具体操作模式,承担起了组织学习、系统协同的整合功能。 在海尔的案例研讨会中,体现了系统耦合对领导能力所存在的根本性的要求。例如,“面对企业发展本部门要做什么”其实表达了对领导(战略)判断能力的要求;如何防范风险则体现了领导的控制能力;“需要哪些资源?如何整合?”说明了领导整合能力的重要性;对“理论最新成果”和“竞争对手”竞争手段的关注表明了领导学习能力的重要性的进一步凸现。早在1620年,弗朗西斯·培根就认为:“人类的理解力一旦接受了一个观点……就会把所有的东西都搜集来支持和同意这个观点。”现代认知科学家们的研究也表明,人类的大脑其实是一个制造偏见的复杂机器。道格拉斯·诺斯(North, 1994)指出,包含于有意识的选择中的学习“有可能是错误的”,一个例证就是:“一旦你确信一种投资策略比另一个有利,你就不可能充分地注意那些表明这种策略存在缺陷的事实。”(Rabin, 1998)要避免这种系统的“偏见”或成功所带来的“自负”与“傲慢”,最可取的办法或许就是拓宽组织的视界,强调从实践中学习。任何人,包括领导者在内,都是有局限性的,一个人的大脑是有局限的,但大家的智慧则是无穷的。自上而下和自下而上的战略结合起来,最后再通过领导者及其高层管理团队的智慧,做出战略性的决策,将能更好地带领一个企业不断发展、不断前进。 数控机床正在向精密、高速和复合化的方向发展。轮廓精度和位置跟踪能力已成为多轴进给系统的两个重要指标[1]。传统数控机床的直线运动是由电动机的旋转运动通过机械设备转化而来, 然而由于机械设备在传动过程中不可避免的会产生摩擦和弹性形变等不利因素, 因此, 直线电机被应用到数控机床中[2]。但是, 由于直线电机是一个多变量和时变的非线性系统, 传统的PID控制器已经很难实现精确控制[3]。虽然自适应控制、鲁棒控制、神经网络控制和滑模控制等方法可以获得较好的输出效果, 但是它们都要求有精确的模型对象, 当模型不准确, 或者参数发生变化时, 就无法实现精确的位置跟踪[4~9]。而迭代学习控制器不仅不要求有精确的被控对象模型, 而且在模型参数变化时, 通过学习, 仍然可以实现高精度位置跟踪, 文献[10]实现了迭代学习控制直线电机的高精度位置跟踪。文献[11]在XY平台各轴上实现了迭代学习控制的应用, 但是没有考虑两轴的不匹配问题。 针对系统存在的负载扰动、XY轴动态响应不一致, 本文采用基于实时轮廓误差模型与迭代学习控制相结合的控制策略对XY平台进行轮廓和位置控制。为了提高系统响应速度, 使系统具有鲁棒性, 单轴采用IP与ILC控制器相结合的方法。现有的交叉耦合控制器和基于局部任务坐标系的轮廓运动控制器等都利用各轴的位置误差来估计轮廓误差, 这些方法成立的一个前提是位置误差远小于期望轮廓的曲率半径[12~14], 而在迭代学习初期, 各轴位置误差都比较大, 用轮廓误差来修正控制信号已经没有意义, 因此, 本文提出基于混合误差的迭代学习控制, 在迭代初期只用位置误差修正控制信号, 而当位置误差减小到一定程度后, 再用轮廓误差修正控制信号, 最终使系统达到轮廓加工的高精度要求。 1 双轴平台的实时轮廓误差模型 对于直线电机驱动XY平台, 由两台永磁直线同步电动机直接驱动两轴相互垂直的XY平台。其机械运动方程为: 其中, x (t) 为动子的位移, iq为动子q轴电流, Kf为推力系数, Fe为电磁推力, M为动子及所带负载的总质量, B为粘滞摩擦系数, F为外部扰动。 在连续轨迹控制系统中, XY双轴平台系统不仅对单个轴的运动速度和精度控制有严格要求, 而且在双轴联动时, 还要求各移动轴有很好的动态配合, 因此, 系统的单轴位置误差与轮廓误差对轮廓加工精度有较大的影响。而对于自由形态的跟踪任务中, 轮廓误差模型的精度将直接影响轮廓加工的性能。综上, 建立实时轮廓误差模型如图1所示。 其中, R1为指令路径, P1为实际路径, R1 (t) 为指令位置点, P1 (t) 为实际位置点, 而R2 (t) 是指令路径上距离P1 (t) 最近的一个点, L为当前跟踪误差Ep在点P1 (t) 处的切向投影, R2 (t) 点与R1 (t) 点的长度约等于L, 而轮廓误差定义为实际位置与给定指令位置的最短距离, 即为E'c, 因此, 自由形态轨迹跟踪任务中的轮廓误差可以利用P1 (t) 与R2 (t) 之间的距离来计算, 即: 其中, Ex与Ey分别为系统跟踪误差Ep在XY轴的分量, j为通过R2 (t) 与R1 (t) 的直线与X轴的夹角为: 其中, R2x (t) 和R2y (t) 分别为R2 (t) 在XY轴上的分量, R1x (t) 和R1y (t) 分别为R1 (t) 在XY轴的分量, R2 (t) 可计算为: 式中, V1x (t) , V1y (t) 分别为R1 (t) 点在XY轴的切向分量速度, V2x (t) , V2y (t) 分别为R2 (t) 点在XY轴的切向分量速度, Vx (t) 和Vy (t) 分别为系统X轴和Y轴的进给速度, 计算为: 通常平台系统的进给速度并不是常值, 所以, V2x (t) , V2y (t) 的值不能准确求出。那么假设R2 (t) 与P1 (t) 有相同的切向速度, 那么上述方程可以重新给出: 综上, 将式 (4) 、式 (5) 、式 (8) 和式 (9) 带入到式 (3) 中即为轮廓误差的数学模型。 2 单轴控制器设计 2.1 位置跟踪迭代学习控制器的设计 图2为XY平台系统单轴位置跟踪迭代学习控制框图。其中, Φ为迭代学习控制器学习增益, yr为y轴的期望位置, yj+1为系统进行第j+1次迭代时的位置输出, P为被控对象, uj和uj+1分别为第j次和第j+1迭代的控制信号。第j次的控制信号uj存到存储器里, 并在第j+1次迭代时, 构造出新的控制信号uj+1。系统的位置误差被ILC控制器处理后, 得到的新控制信号, 下一次迭代时, 再反馈给系统, 通过不断的学习, 位置误差得到不断的减小。 定义位置跟踪迭代学习的学习律为: 其中, f (z) 为学习增益, 为了突出系统的快速响应能力, 本文采用PD型闭环迭代学习控制律, φ (z) 为: 这里kp、kd和Ts分别是比例增益、微分增益和采样周期。 误差ej (10) 1定义为: 将跟踪误差和控制信号动态方程改写为: 由压缩原理得出, 系统收敛的条件为: 2.2 IP控制器设计 迭代学习控制器有一定的滞后性, 因此, 本文在XY平台的单轴位置控制器采用带速度前馈的IP控制器结构来提高系统的响应速度, 增强系统的抗扰动能力, 保证闭环系统具有较强的鲁棒性。设计单轴控制器如图3所示。 由图3可知速度环的传递函数为: 由式 (16) 可知, 增大ki可提高系统的响应速度, 由式 (17) 可以看出, 增大ki相当于增强系统抗扰动能力。为补偿时间延时对XY平台系统跟踪精度的影响, 加入速度前馈控制器降低系统的位置误差, 保证了系统响应的快速特性。 未加入速度前馈时, 单轴的传递函数为: 加入速度前馈后的传递函数为: 如式 (18) 和式 (19) , 加入速度前馈后, 系统增加了一个零点, 从而增加了系统的频宽, 提高了系统的响应速度。 3 轮廓控制器设计 轮廓误差迭代学习控制就是将迭代学习控制应用到轮廓误差模型中, 使系统在前一次的迭代中学习纠正系统中存在的负载扰动以及各轴响应速度不一致等各种不确定性。图4为轮廓误差迭代学习控制器。其中, ux, j+1、uy, j+1、ux, j和uy, j分别为X、Y轴在第j+1次和第j次迭代时的控制信号;xj+1、yj+1分别为X、Y轴在第j次迭代时的位置输出;Exc、Eyc分别为轮廓误差在X轴和Y轴的分量, 可以由式 (3) 、式 (4) 、式 (5) 、式 (8) 和式 (9) 得到。轮廓误差的学习律为: 由式 (21) 可以看出, 前一次迭代的控制信息和当次迭代的轮廓误差用来更新系统的控制信号, 式中: 如图4所示为直线电机XY平台的系统框图。 图中, k1、k2分别为混合误差迭代系统的转换开关;因此, 将轮廓-位置误差迭代学习律改写为如下形式: 式中wc、wt分别为开关k1、k2的转换因子, 其分别代表轮廓误差转换因子和位置误差转换因子, 其值可选为0或1。当转换开关k1闭合, k2断开, 即wc=0, wt=1时, 用各轴位置误差更新控制信号;当转换开关k2闭合, k1断开, 即wc=0, wt=1时, 则用轮廓误差更新控制信号。本文用每次迭代的位置误差来判断用哪种误差更新控制信号, 当位置误差小于10μm时用轮廓误差更新控制信号, 反之用位置误差更新控制信号。 4 仿真与分析 本文仿真采用日本Yokogawa LM110系列直线电机驱动XY平台进行仿真研究, 其参数分别为M1=4.4kg, M2=1.4kg, Kf1=10.9794N/A, Kf2=8.526N/A, B1=244.3192Ns/m, B2=82.0176Ns/m。指令路径为长轴长为a=0.05, 短轴长为b=0.04的椭圆形, 即两轴输入指令为 前馈控制器系数kv1、kv2为1;X轴的IP控制器的积分、比例增益分别为125、20.523, 迭代学习控制学习增益Kp、Kd分别为30.21、9.32;Y轴的IP控制器的积分、比例增益分别为100、39.354, 迭代学习控制学习增益Kp、Kd分别为50.698、10.324。为了验证系统的抗干扰能力, 在t=2.5s时突加50N的干扰力, 采样时间设为0.001s。通过Matlab7.10进行仿真, 得到仿真曲线如下。 图5为外部扰动和系统不确定性均存在时, XY平台的期望输入与实际输出轨迹曲线, 可以看出, 在本文提出的控制策略作用下, 指令轨迹与实际轨迹基本重合。图6为X、Y轴的在迭代轴上的位置误差曲线, 随着迭代次数的增加, 迭代学习控制器不断修正控制信号, 实际输出位置不断接近期望位置, 在迭代到第九次的时候, 位置误差达到稳定状态。图7为外加扰动作用, 跟踪各轴位置误差和混合误差情况下, XY平台迭代15次后的轮廓误差曲线, 可以看出, 无论在有无扰动情况下, 跟踪混合误差时的轮廓误差均小于跟踪位置误差情况下的轮廓误差, 跟踪混合误差时, 轮廓精度有明显提高。 5 结论 本文采用适用多轴轮廓控制的轮廓误差计算法则计算轮廓误差, 对XY平台系统进行控制。通过在单轴上结合IP控制器与跟踪位置误差迭代学习控制器有效地抑制了负载扰动对系统的影响, 保证了系统的鲁棒性, 速度前馈控制提高了响应速度, 提高了系统的跟踪性能。轮廓控制采用基于实时轮廓误差模型的混合误差迭代学习控制器, 削弱了由于双轴速度不匹配对轮廓精度的影响。仿真结果表明所设计的控制系统有效地提高了XY平台的轮廓加工精度。 摘要：永磁直线同步电动机直接驱动XY平台系统时, 负载扰动及各轴动态响应速度不同等不确定性因素对轮廓加工精度有很大影响, 本文提出一种将实时轮廓误差模型与混合误差迭代学习控制器相结合的控制策略。在单轴上, 基于IP控制器的位置跟踪迭代学习控制器可以有效地抑制负载扰动的影响, 保证了系统的鲁棒性, 但是并不能有效地改善由于系统各轴动态响应速度不同对轮廓精度的影响, 为此, 利用实时轮廓误差模型, 设计混合误差迭代学习控制器来使轮廓误差趋近于零。仿真结果表明, 该方案能够有效地提高系统的轮廓精度和鲁棒性能, 并且控制器结构简单。学习控制系统 篇7
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