導語：如何才能寫好一篇數(shù)學建模經典算法，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關鍵詞：MATLAB　仿真　應用

中圖分類號：TP2　文獻標識碼：A　文章編號：1007-3973(2011)004-102-02

在當今自動控制系統(tǒng)已經滲透到各個領域，但隨著生產工藝和生產要求的不斷提高，這樣對自動控制技術也有著相應的提高，傳統(tǒng)的方法已經不在滿足其現(xiàn)代生產的要求，這樣MATALAB仿真技術相應產生，而且越來越多的應用在自動控制系統(tǒng)中。下面從以下幾個方面去介紹其在控制系統(tǒng)的應用。

1　在經典控制的應用

我們知道雖然現(xiàn)代控制方法和控制技術不斷的發(fā)展，但是我國的很多廠家的生產中均采用的是經典PID的控制方法，經典PID有著控制簡單，快速等優(yōu)點，但是要想采用PID算法必須要先確定控制對象的數(shù)學模型，而確定數(shù)學模型有兩種方法：一種是機理建模而另外一種是實驗建模，但是第一種方法雖然建立數(shù)學模型比較準確，但是在實際工況中機理建模實際很難用到的，因為實際工況中工藝很復雜，并且被控對象會隨著環(huán)境的改變而改變，通常會才用第二種實驗建模，實驗建模是要描繪出被控對象的輸出曲線，以前被控對象的輸出曲線很難描繪，隨著MATLAB仿真技術的應用這種問題迎刃而解了，比如在電阻爐溫度控制中，就得用MATLAB仿真技術建立電阻爐的數(shù)學模型。電阻爐是一純滯后一階對象，其傳遞函數(shù)為W0(s)=Y(s)／C(s)=Ketos／I+TS其飛升曲線如圖所示：

K=輸出穩(wěn)態(tài)值，初始值／240=158-13／240=0.6

TO與τ按工程計算法求得取

tl=τ+T0／3

t2=τ+TO

其中t1、t2分別對應階躍響應的穩(wěn)態(tài)值的28％和 63％的時間

t1=24　τ=5 t2=62　TO=57

這樣確定電阻爐的數(shù)學模型就迎刃而解了。

2　在經典控制理論計算的應用

在經典控制系統(tǒng)中，頻率分析和時域分析對系統(tǒng)都很重要。但對于二階的系統(tǒng)人手算的工作量還不大，但超過二階以上的系統(tǒng)用人工計算就非常繁復了，這樣必須通過MATA，LB仿真來完成例如：

某系統(tǒng)的開環(huán)傳函為G(S)=20／S3+8S3+36S+40求該系統(tǒng)的響應和波特圖。

綜上所述，隨著MATALB仿真技術的不斷發(fā)展，會大大促進控制系統(tǒng)的發(fā)展并上一個新的臺階的。

參考文獻：

篇2

關鍵詞：兩輪自平衡機器人；牛頓力學分析；動力學模型

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）07-0232-02

Analysis and Establishment of Two-wheeled Self-balancing Robot Dynamic Model

GU Peng-cheng，LI Bing， CHENG Jing

（College of Information Technology Engineering， Tianjin University of Technology and Education， Tianjin 300222， China）

Abstract：According to the design of two two-wheeled self-balancing robot， used the method of Newton's classical mechanics. The dynamic model of two-wheeled self-balancing robot was established. Calculated and verified in Matlab. The research provides the foundation for subsequent controllers.

Key words：two two-wheeled self-balancing robot； Newton's classical mechanics； dynamic model

1 概述

兩輪自平衡自機器人擁有極強的靈活性，便捷性，一直受到國內外機器人領域的研究的高度重視。兩輪自平衡機器人，是一種同軸平行的結構布置，它的兩個車輪的輪軸連接在一根軸線上，而它的重心位置則在支點的上方。兩輪自平衡機器人的行走的機構是一個不穩(wěn)定體，是一種非線性、強耦合、多變量和自然不穩(wěn)定的系統(tǒng)。

兩輪自平衡機器人的研究可以參考倒立擺系統(tǒng)。在控制過程中倒立擺系統(tǒng)能有效地反應諸如穩(wěn)定性、魯棒性、隨動性一級跟蹤性等許多控制中的關鍵問題。兩輪自平衡機器人相比一級倒立擺系統(tǒng)，由于其兩輪分別驅動，增加了控制的難度，而且使用了小型工控主板作為處理器，使其可以脫離實驗室的導軌在普通路面上巡航。反過來說，兩輪自平衡機器人也可以稱為移動式倒立擺。與倒立擺類似，兩輪自平衡機器人在垂直位置，即傾角小于10°時，可以近似認為是線性系統(tǒng)，在這里我們將進行分析研究并進行數(shù)學模型的建立。

2 數(shù)學模型的建立與分析

數(shù)學模型作為系統(tǒng)的精確描述，是對系統(tǒng)進行特性分析的最主要的依據(jù)，也是決定系統(tǒng)的控制設計方案的基礎。確定系統(tǒng)的控制器的設計方案，在仿真實驗中進行驗證，最終設計出較為理想的控制器。

對于兩輪自平衡機器人進行數(shù)學建模以及動力學分析是描述和理解整個系統(tǒng)的基礎，也是實施平衡控制的基礎。機器人的數(shù)學模型主要分為兩種，分別是運動學模型和動力學模型。運動學模型是描述物體或者系統(tǒng)運動學特性的數(shù)學表達式，只研究機器人的空間位置和速度，而動力學模型是描述物理或者系統(tǒng)動力學特性的數(shù)學關系式，研究機器人的受力和運動之間的關系。因為后期主要研究兩輪自平衡機器人的動態(tài)平衡問題，所以要建立兩輪自平衡機器人的動力學模型。

在機器人動力學建模方法中，最具代表性的建模方法主要包括拉格朗日建模法和牛頓經典力學建模法。前者主要分析系統(tǒng)能量的變化，不需要考慮系統(tǒng)內部之間各個力之間的相互作用，只確定能量項對于系統(tǒng)變量和時間的關系，從而得到系統(tǒng)的動力學方程。而后者主要分析相鄰剛體之間的相互作用力，求解系統(tǒng)的動力學方程。本文采取牛頓經典力學建模法進行系統(tǒng)的動力學建模。

3 結論

本文主要描述了兩輪自平衡自機器人的動力學模型的建模和相關動力學特性的分析。根據(jù)兩輪自平衡自機器人的實際運行過程，采用牛頓法對系統(tǒng)進行動力學建模，動力學模型最終以狀態(tài)方程的形式確立，并通過系統(tǒng)階躍響應仿真實驗驗證了所建立的動力學模型的正確性。該模型適合于控制器的設計及其仿真的研究，其動力學特性的相關分析也對兩輪自平衡自機器人的控制設計提供了理論基礎。

參考文獻：

[1] 阮曉鋼， 趙建偉. 基于PWM伺服控制及LQR的兩輪自平衡移動機器人[J]. 控制工程，2009，16（3）：363-366.

[2] PATHAK K，F(xiàn)RANCH J，AGRAWAL S K.Velocity and position control of a wheeled inverted pendulum by partial feedback linearization[J]. IEEE Transaction on Robotics，2005，21（ 3） ： 505-513.

篇3

關鍵詞：計算機圖形學 教學改革 教學模式 案例材料

1. 引言

計算機圖形學是研究如何在計算機中生成、顯示和處理圖形的一門學科。計算機圖形學具有較高的實用價值，掌握它需要較深的理論基礎，國內高等院校均設置了相關的本科課程。但是，由于各學校以及學校各專業(yè)之間培養(yǎng)目的、學生基礎、師資配備以及課程安排等方面的差異，加之計算機圖形學本身既需要較高的數(shù)學基礎且需要很好的實際編程能力，使得學生在學習過程中普遍感到枯燥無味、無法吸收，難以達到應有的教學效果。本文分析了計算機圖形學的課程特點及教學中存在的問題，對計算機圖形學的教學改革進行了一些有益探討。

2. 課程教學中存在的問題

計算機圖形學是一門理論和實踐兼顧、綜合性很強的交叉學科，涉及內容和應用領域都很廣泛。以下筆者根據(jù)自身的教學實踐來闡述該課程教學過程中存在的一些問題。

（一）學習的積極性

對于接觸計算機較多的學生而言，對計算機圖形學的應用感受較為深刻，例如賞心悅目的動畫、逼真的游戲場面等。學生初學本課程時，一般均有較高的興趣，但隨著課程學習的持續(xù)深入，發(fā)現(xiàn)課程理論艱深、晦澀難學，與期望值偏差較大，會逐漸影響學習的積極性。

（二）先修課程

先修課程內容的掌握情況直接影響著學生對計算機圖形學課程的學習，先修課包括高等數(shù)學、線性代數(shù)、數(shù)據(jù)結構和程序設計課程。由于開課多安排在大學四年級，因而數(shù)學知識對學生學習該課程已經夠用。本門課程實踐性很強，程序設計課程知識對學生理解圖形學算法并進行實驗非常重要，掌握不好會使學生做實驗時處處碰壁。 數(shù)據(jù)結構則用于描述圖形內部結構，使用得當可由基本形體構建復雜圖形。

（三）授課偏重理論

圖形學課程內容龐雜，理論內涵豐富，數(shù)學公式繁多。要給學生講清楚一個算法，需要從算法來源、圖形實現(xiàn)建模到算法推導等方面著手。老師的很多精力放在了課程內容的講授上，學生則被動灌輸了大量知識，然而由于學時有限，學生不能全面動手進行實踐鞏固所學，因此最后對于課程的理解就只限于泛泛的概念了。計算機圖形學是一門實踐性很強的學科，上機實踐是學好這門課的必要手段。但是，由于學時的限制，使原本很重要的實踐活動變成了搭配，上機平臺采用的多是目前已不作為主流平臺的Turbo C，致使學生無法在實驗中學到將來就業(yè)時需要掌握的編程知識，大幅降低學生的上機興趣。

3. 教學改革

（一）科學使用教學模式

在計算機圖形學課程教學中， 教學內容的選擇是核心，其次是教學模式的選用。加強可視化多媒體教學，運用PPT、flash制作經典算法的仿真演示。該措施一方面可以使學生形象直觀地理解教學內容，另一方面還可以增加教學的信息量，由此對教學帶來的好處是顯而易見的。電子課件制作應盡可能生動有趣、富有創(chuàng)意，盡可能多的準備與教學內容有關的多媒體素材。通過 flash 動畫演示，把復雜枯燥的數(shù)學推導和算法描述成生動有趣的動畫，激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的感性認識。傳統(tǒng)的“粉筆＋黑板”講課模式也有優(yōu)勢，教師教授起來有聲有色，可通過肢體語言感染學生，提高教師與學生之間的互動性。對于需要嚴謹邏輯推導證明以及需要學生思考的教學內容，采用傳統(tǒng)教學模式的效果會更好一些。 比如，在講解經典圖形生成算法時，對數(shù)學推導過程，可以采用傳統(tǒng)教學模式，這樣便于學生理解，并能給學生留出足夠的思考時間。面向教學的網(wǎng)絡教學平臺的使用，則為師生之間的課下交流提供了便利條件。為此，根據(jù)學校的實際教學條件，可采取以多媒體教學模式為主，輔之以傳統(tǒng)教學模式，并注重利用課下網(wǎng)絡教學平臺模式。

（二）案例材料設計

為了培養(yǎng)學生的實踐能力，有必要編寫一套與教學內容、教學進度相適宜、與教材相配套的教學案例材料。該案例教材可以設計一個游戲場景為目標，貫穿整門課程從基本經典圖形生成算法到高級光照渲染等內容，使得學生一步步通過編程實踐，從易到難，有針對性的掌握教學內容。

（三）調整授課內容和方法

由于課程學時短，內容多，算法推導繁瑣，因此可在教學過程中對于基本經典內容重點講授，而相似性內容泛講。如針對直線 Bresenham 光柵掃描算法的教授，可選擇從算法的來源、數(shù)學建模、原理算法推導及實現(xiàn)等過程詳細講，而針對圓和橢圓等其它相似圖形，則只講清原理和關鍵技術點，讓學生自己推導。這樣的教學方式，不僅有助于學生掌握知識，有效的縮短學時，而且有助于培養(yǎng)學生獨立學習的能力。圖形學高級主題部分如真實感圖形學等均有一定的深度和廣度，每一個相關部分都可看做一個獨立的研究分支，如果全部面面俱到，重點教授，不但學時不允許，學生接受難度大，也超出了一般教學大綱范圍。對這部分內容，可選擇少量內容深入講，而對其它內容采用專題講座的形式。比如對于經典的 Phong 光照模型，由于不是很復雜，只要講授方法得當，學生不難理解。因此，可給學生講清其原理、推導及應用局限性，并把它作為學生實驗的一部分。考慮到部分學生對實驗過程所依賴的內容如點積實現(xiàn)可能會有難度，因此應事先為學生準備好這些實驗條件。 對于其它的高級主題，可采用講座形式，并給出最新搜集的演示圖片或視頻，幫助學生擴大知識面，以備將來應用之需。針對高級主題，采用這樣的教學方法，可以做到有點有面，適當?shù)丶哟笊疃?，確保教學任務的高效完成。學生不僅學到了必要的知識和方法，開闊了視野，體會到基本原理的應用過程和樂趣。

4. 結語

經過這些年的教學實踐和探索，從教學反饋結果看，本文所提出的方法和措施學生普遍能夠接受，明顯地提高了學生學習的積極性，使得他們發(fā)自內心地意識到抽象理論學習的重要性。同時，在學習過程中學生們也主動加強鍛煉自己的實踐能力，大幅度的提高了綜合能力水平。但是，應該看到，計算機圖形學學科發(fā)展日新月異，如何科學合理地將最新的研究成果納入到教學內容中，還需要在今后的教學和科研工作中不斷的實踐和探索。

作者簡介

篇4

假設以index<domain>表示domain區(qū)域內的多重索引結構數(shù)據(jù)，var<depth,domain>表示domain區(qū)域、深度為depth的實際變量數(shù)據(jù)。并行FDTD建模包括兩個模塊：(1）并行建立多重索引結構；(2）基于多重索引結構的影像區(qū)填充。以下分別作具體描述。

1.1并行建立多重索引結構與串行算法不同的是，在并行建立多重索引結構中，單個進程僅對其擁有的本地變量數(shù)據(jù)建立多重索引。圖1給出了并行建立多重索引結構的示意圖，其中索引深度n為1。后面的圖中均以索引深度為1作為示例。圖中下面部分是網(wǎng)格數(shù)據(jù)，它是一個索引，指向一個表格中的某一項。不同網(wǎng)格數(shù)據(jù)可能指向表中的同一項。不同處理器維護不同的表。當索引深度n大于1時，每個處理器將包含多個表，網(wǎng)格數(shù)據(jù)代表指向第1個表的索引，第1個表中的某一列又指向第2個表，另一列又指向第3個表，第2個表的某一列又指向第4個表，等等。網(wǎng)格數(shù)據(jù)和這些表就組成了復雜的索引結構。這里，索引深度是從網(wǎng)格數(shù)據(jù)開始計數(shù)并實現(xiàn)所有表的間接尋址中的最大深度。

1.2基于多重索引結構的影像區(qū)填充這里，index<*>中，boundary表示本進程擁有的網(wǎng)格區(qū)域邊界，ghost表示影像區(qū)，tmp表示用于存放臨時數(shù)據(jù)的臨時開辟的內存區(qū)域。算法第一步，是實現(xiàn)鄰居間通信，填充影像區(qū)數(shù)據(jù)。對于發(fā)送方，首先排查出邊界（包括物理邊界和人工邊界）不同索引值所對應的索引結構，并將它記錄于緩沖區(qū)diffbuf中，然后將diffbuf和對應的變量值一起發(fā)送給鄰居進程。作為接收方，它先接收信息，將其存儲于index<tmp>、diffbuf、var<depth,tmp>中，然后遍歷索引表，根據(jù)內容更新對應的索引結構和變量數(shù)據(jù)。圖2和圖3給出了算法兩個步驟的示意圖。在基于多重網(wǎng)格索引結構的影像區(qū)填充算法中，主要包含三個部分：預處理、通信和后處理。在預處理部分，發(fā)送方將記錄相異網(wǎng)格值對應的索引結構，并存儲相關數(shù)據(jù)到diffbuf數(shù)據(jù)結構中。通信部分將邊界對應的多重索引結構、diffbuf數(shù)據(jù)進行發(fā)送和接收。后處理中，接收方將更新邊界對應的多重索引結構。通信部分的執(zhí)行時間可用如下經典公式來描述。其中L為兩個計算節(jié)點之間的延遲，o為兩個節(jié)點之間傳輸單位字節(jié)數(shù)據(jù)的開銷，d為實際傳輸數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。預處理和后處理的執(zhí)行時間與內存訪問速度、以及相異網(wǎng)格值對應的多重索引結構相關，即與應用密切相關。

2性能測試

并行測試平臺如下：由186個四核IntelXeon64微處理器組成，它們之間由InfinibandDDR高速互聯(lián)連接，內存5.95TB，磁盤容量4.8TB.我們在該平臺上首先測試了五組數(shù)據(jù)，網(wǎng)格規(guī)模從100100100變化到500500500，處理器規(guī)模從8變化到1024。性能測試如圖4所示。顯然，隨著網(wǎng)格規(guī)模和處理器規(guī)模的增加，通信時間增加。同時，在兩種網(wǎng)格規(guī)模400400400和500500500情況下，比較了新算法與常規(guī)的影像區(qū)填充方法的性能。如圖5所示。常規(guī)方法就是鄰居之間交換相交邊界信息。可以發(fā)現(xiàn)，隨著處理器規(guī)模的增加，兩種方法的執(zhí)行時間都隨之增長。同時，比較了新算法與常規(guī)的影像區(qū)填充方法的性能，如圖5所示。常規(guī)方法就是鄰居之間交換相交邊界信息，這里用阻塞式send和receive成組來交換邊界網(wǎng)格數(shù)據(jù)?？梢园l(fā)現(xiàn)，當網(wǎng)格規(guī)模從64M增加到125M時，相對于常規(guī)方法，基于多重索引的影像區(qū)填充方法的并行執(zhí)行時間的增長幅度較為顯著，且隨著處理器個數(shù)的增長，差距更加增大。這是由于新算法在進行通信之前，需要進行預處理工作，即從邊界數(shù)據(jù)中查找到相異網(wǎng)格值，并將相應索引結構對應的間接數(shù)據(jù)找出并存儲到臨時空間。當網(wǎng)格規(guī)模增大時，查找范圍增大，同時相異網(wǎng)格值的個數(shù)也可能增加，使得執(zhí)行時間增加。另外，網(wǎng)格規(guī)模為64M時，當處理器核數(shù)增長到一定規(guī)模（64），基于多重索引的影像區(qū)填充算法的并行執(zhí)行時間小于常規(guī)方法，這有可能是由于分散到更多處理器核之后，測試數(shù)據(jù)中涉及到邊界的表中數(shù)據(jù)量較少，也就是diff_buf的計算較少，且需要打包的數(shù)據(jù)量也少，同時由于采用了異步發(fā)送和接收操作，相對于常規(guī)方法可以減少部分時間。圖6給出了采用上述的并行FDTD建模后，一典型微波源器件的幾何結構示意圖。在FDTD建模中，其索引深度為5，表的寬度基本固定，長度隨模型的不同而變化。由上可知，基于多重索引結構的影像區(qū)填充算法仍然屬于鄰居間通信。該算法與傳統(tǒng)的影像區(qū)填充算法的區(qū)別在于需要作計算和重組織工作。其通信量依賴于相鄰進程間相異網(wǎng)格值的個數(shù)、索引深度、各表中與相異網(wǎng)格值對應的表項面積。本文給出了該算法能夠有效實現(xiàn)并行FDTD建模的性能測試結果。進一步詳細地測試將在下一步工作中完成。

3結束語

篇5

（石河子大學信息科學與技術學院，新疆 石河子 832003）

【摘要】本文從運籌學教學內容出發(fā)，結合信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)特點，分析當前實驗教學中存在的主要問題，根據(jù)多位老師的經驗進行實驗教學方式和方法的改進，以及考核方式的配套分析，希望能夠促進課程教學質量的提高。

關鍵詞 運籌學；實驗教學；信息管理與信息系統(tǒng)

作者簡介：常浩娟（1979—），女，江蘇徐州人，經濟學博士，石河子大學信息科學與技術學院，講師，研究方向為信息管理與信息系統(tǒng)。

運籌學是將數(shù)學建模方法與工程思想和管理思想相結合，通過建模、檢驗和求解數(shù)學模型等定量分析方法，研究和解決管理、經濟和工程技術中的實際問題，從而為決策者提供科學決策方法和量化工具的一門較為綜合的學科。隨著運籌學應用的廣泛性逐漸增強，無論在理工類還是經濟管理類專業(yè)教學中，運籌學都呈現(xiàn)出重要的地位。《運籌學》課程的屬性決定了其教學活動既要重視運籌學的基本理論和方法，提高學生運用運籌學方法構建優(yōu)化決策模型的能力，又要培養(yǎng)學生具備解決優(yōu)化問題的實踐能力。

1運籌學教學內容

《運籌學》是信息管理與信息系統(tǒng)及相關專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課，是一門跨學科、多分枝、理論與實際緊密聯(lián)系的課程。運籌學的分支包括線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、非線性規(guī)劃、目標規(guī)劃、圖與網(wǎng)絡模型、存儲論、排隊論、對策論、排序與統(tǒng)籌方法、決策分析、動態(tài)規(guī)劃、預測、搜索論、隨機服務理論和可靠性理論等。它具有定量分析、最優(yōu)性、實用性、多分支性和以計算機為工具的求解問題。其教學目標是：通過本課程的學習，培養(yǎng)學生的優(yōu)化思想和邏輯思維能力；掌握管理過程中的相關建模、求解以及最優(yōu)解或滿意解的運用等優(yōu)化技術；通過實驗教學，培養(yǎng)學生的動手能力和解決實際問題的能力。

2運籌學實驗教學不足之處

目前，多數(shù)專業(yè)《運籌學》課程的教學以理論教學為主，主要要求學生掌握包括線性規(guī)劃、圖論與網(wǎng)絡分析、博弈論、決策分析等分枝的經典理論部分，強調要求學生掌握數(shù)學理論知識，及手動計算解題的技巧能力。實驗和實踐教學環(huán)節(jié)相對薄弱，不能夠使學生很好的遵循學以致用的，應用運籌學的技術和方法可以解決越來越多的實際問題，諸如信息系統(tǒng)的設計與管理、生產計劃、市場營銷以及各種應急服務系統(tǒng)的設計與管理等問題。

我院信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)《運籌學》的實驗教學普遍存在的問題主要有以下幾個方面：

（1）實驗教學方式單一，不能充分調動學生學習的積極性，非常不利于創(chuàng)新思維培養(yǎng)。目前運籌學實驗教學模式主要以演示性和基礎實驗教學為主。演示性實驗主要是教師介紹電子表格軟件如EXCEL或者WINQSB軟件中各個算法模塊的基本應用方法；并且采用以驗證性實驗為主的基礎實驗法，給學生提供算法模型和實驗指導，實驗結果是確定和已知的，學生在實驗內容與實驗方法設定好的條件下做“完形填空”，機械地按照實驗步驟完成實驗內容。這種教學方法還是過去的填鴨式的，學生學習被動，沒有什么創(chuàng)新的過程和內容，對部分理解能力和動手能力強的學生來說，過于簡單，打擊了他們的積極性，導致他們逐漸產生倦怠和厭煩。如此一來，既沒有達到教學目的，也不利于提升學生的自主學習能力與創(chuàng)新能力。

（2）實驗手段不合理，沒有體現(xiàn)信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)的特色，同時沒有充分挖掘學生的學習自主性。實驗課程中采用的主要實驗手段是借助EXCEL或者WINQSB軟件進行模型的分析。信管專業(yè)是一個交叉學科，目前在信息科學與技術學院這個大環(huán)境中，有部分經濟管理類的課程，此外計算機科學的專業(yè)知識占較大比重，對于部分學生來說EXCEL或者WINQSB軟件的應用相對簡單，學生的計算機專業(yè)知識沒有充分發(fā)揮和利用，比如編寫程序進行算法的代碼實現(xiàn)等。

（3）實驗教學考核困難，形式單一。受到目前實驗教學方式和方法的限制，實驗內容采取的考核方式主要是通過筆試的試卷中10-15分的實驗操作方法的試題進行測試，這對于實驗效果的考核完全沒有代表性，并且對教學效果的考核沒有什么價值和參考意義。

3對策建議

針對當前信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)《運籌學》實驗教學中存在的主要問題，我們從以下幾個方面進行改進：

（1）理論教學內容、方法的補充和完善。為了提高實驗教學質量，理論教學在內容和方法上也要做出調整和補充。在理論課堂教學中，除了經典運籌方法和理論模型的講解外，從實際問題出發(fā)，精選具有充分的代表性、源于實際問題的典型案例，通過案例分析過程：提出問題、找到合適的解決方法，運用方法切實解決問題，并作結論和總結等，引導學生對實際問題的分析。通過詳實和完整的案例分析，讓學生掌握的運籌學分析問題和處理問題的方式方法，構建從理論學習到實踐應用的完整思路和框架。

（2）實驗方法和手段的多樣化和靈活性。采取靈活多變的實踐教學方式，這里根據(jù)學生的情況，主要考慮采用兩種方式，第一種是對于傾向于喜歡計算機技術的學生，注重培養(yǎng)使用LINDO/INGO/MATLAB或C語言等軟件來解決計算問題，進行算法的代碼實現(xiàn)和應用。利用這些軟件工具，把教材上的重要算法、經典案例，通過編程加以實現(xiàn)，并進行實際操作訓練。同時也注重鼓勵學生不要拘泥于課本上的算法與思維，努力嘗試新方法，開拓新思路，提高自己的創(chuàng)造性思維能力。第二種是對于傾向于方法應用的學生，考慮從實際問題的解決入手。在基本的運算方法和工具如WINQSB熟練掌握的情況下，結合一些實際問題進行應用，從問題的發(fā)現(xiàn)、分析、解決和總結等各個環(huán)節(jié)逐步展開研究，最終形成一個完整的案例分析報告。整個過程可以培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力，促進理論應用于實踐，使學生更全面的掌握和運用運籌學知識。

從學科特點和學生的差異性著手，進行分類實驗教學，不僅可以激發(fā)學生的學習熱情和積極性，同時也可以提高學生的創(chuàng)新意識和思維。

（3）鼓勵學生參加數(shù)學建模大賽、SRP項目或大學生創(chuàng)業(yè)等實踐活動，給學生提供指導，提高學生實踐能力。鼓勵和支持學生參加校內外相關的實踐活動，可以讓學生更深入的掌握運籌學理論和方法。在運籌學的學習過程中，信管專業(yè)的學生根據(jù)專業(yè)知識結合我校圖書館現(xiàn)狀，申報《基于數(shù)據(jù)包絡分析（DEA）的高校圖書館績效評價及研究》的SRP項目獲得立項。項目從高校圖書館服務教學科研的角度，運用運籌學中經典的線性規(guī)劃方法：數(shù)據(jù)包絡分析方法（DEA）對大學圖書館投入產出情況進行評價，分析圖書館資源配置效率，對如何促進資源優(yōu)化，提高資源使用效率起到積極作用。在項目的申報和執(zhí)行過程中，學生的積極性和主動性很高。通過類似的活動，能夠使學生綜合應用多種專業(yè)知識，激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)造思維，同時也對學生的團隊意識、協(xié)調和溝通能力起到積極作用。

（4）考核方式的完善和補充。鑒于實驗方法和手段的變化，在課程考核過程中，一方面加大實驗考核比重，另一方面注重過程和結果的共同考核。過程考核主要是階段性的研究進展、質量的考評，結果考核注重內容的完整性和總體質量的評價。對于算法實現(xiàn)和編碼的同學，主要看算法編碼能否使用，參數(shù)變化的適應性和穩(wěn)定性；對于應用性的報告分析類的考核，注重研究報告的完整性，可行性和有效性。綜合來說，考核的目的是起到檢測學生知識掌握和應用的能力，同時反饋教學效果和質量，此外也可以提高學生的綜合素質，如協(xié)作精神，創(chuàng)新思維等。

4結語（下轉第262頁）

（上接第202頁）《運籌學》是信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)的核心課程之一，應用范圍廣泛，是現(xiàn)代科學計算和管理學科中的基礎理論和不可缺少的方法、手段與工具。運籌學作為一門用來解決實際問題的學科，在處理千差萬別的各種問題時，一般有以下幾個步驟：確定目標、制定方案、建立模型、制定解法，所以實驗和實踐環(huán)節(jié)是課程的重要組成部分，是相關理論方法能否掌握的關鍵，并有重要的現(xiàn)實意義。本文結合多位老師的教學經驗，信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)的特點，以及運籌學理論和實驗教學現(xiàn)狀，分析了運籌學實驗教學的不足，提出了實驗教學的改革思路與改革措施，為全面提高運籌學的教學水平與教學質量提供參考。

參考文獻

［1］林亮,王遠清,賈貞.運籌學實驗的瓶頸解讀[J].黑龍江高教研究,2011(2).

［2］王翊.項目化教學在“運籌學”課程改革中的實踐[J].牡丹江大學學報,2012,21(8).

［3］胡發(fā)勝,劉桂真.國家精品課程運籌學的教學改革與實踐[J].中國大學教育, 2006(7).

［4］王勤.關于運籌學實驗教學方法探討[J].中國科教創(chuàng)新導刊,2009,26.

篇6

【論文摘 要】本文分析了信息管理與信息系統(tǒng)的專業(yè)特點和運籌學的學科特點，探索了適應信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)運籌學教學方式，從運籌學的教學目的、教學內容、教學方式以及與專業(yè)相結合等方面對運籌學課程的教學改革進行思考和嘗試，并對改革效果進行了一定的分析總結。

一、引言

運籌學是20 世紀新興的學科之一，近年來，運籌學作為一門學科，在理論和應用方面，無論就廣度還是深度來說都發(fā)展很快。1998年教育部頒布的《本科專業(yè)目錄和專業(yè)介紹》中，將運籌學課程列為經濟管理專業(yè)的主干課程。

信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)（以下簡稱信管專業(yè)）是管理科學與工程下的一個二級學科，我校的信管專業(yè)隸屬于信息工程學院，運籌學一直被定為專業(yè)基礎必修課列入培養(yǎng)方案，有多年的教學歷史。我在運籌學課程的教學過程中，探索適應信管專業(yè)培養(yǎng)目標和學生特點的教學方法，積累了一些想法并進行了嘗試，取得了初步的效果。

二、信管專業(yè)和運籌學的特點及關系

信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)培養(yǎng)具備現(xiàn)代管理學理論基礎、計算機科學技術知識及應用能力，掌握系統(tǒng)思想和信息系統(tǒng)分析與設計方法以及信息管理等方面的知識與能力，能在國家各級管理部門、工商企業(yè)、金融機構、科研單位等部門從事信息管理以及信息系統(tǒng)分析、設計、實施管理和評價等方面的高級專門人才。本校的信管專業(yè)學生的培養(yǎng)目標是成為既懂技術又懂管理的企事業(yè)單位信息化建設急需的復合人才。

運籌學的基本特點是：多學科交叉性、應用性、最優(yōu)性和多分支。

（1）多學科交叉性。運籌學具有多學科交叉性的特點，綜合應用經濟學、管理學、數(shù)學、物理學、化學等學科的科學方法，這些學科相互滲透，綜合應用。

（2）應用性。運籌學是一門應用科學，它起源于二戰(zhàn)期間的軍事問題，二戰(zhàn)以后應用于經濟管理領域。

（3）最優(yōu)性。運籌學強調最優(yōu)決策。運籌學則提供了以數(shù)量化為基礎的方法，尋求各種實際問題的最優(yōu)方案，大大提高了信息管理的水平，增強了決策的科學性。

（4）多分支。運籌學包括各個分支，主要有：線性規(guī)劃、目標規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、圖論與網(wǎng)絡分析、存貯論、排隊論、對策論等。

結合本校的信管專業(yè)特點及上述運籌學特點，我認為信管專業(yè)學生學習運籌學的目的是綜合各學科的知識，利用運籌學的方法來對實際問題進行定量的分析和建模，掌握一定的算法，并能運用計算機工具對問題進行求解，以達到使生活、生產和管理等方面的各類問題獲得最優(yōu)解決。

三、傳統(tǒng)教學中存在的問題及改進措施

從前面的分析可以看出，運籌學作為信管專業(yè)的基礎課程，能夠為信管專業(yè)的培養(yǎng)目標提供有效支持。但是實際教學效果，有時卻達不到預期的水平，下面針對傳統(tǒng)教學過程中存在的問題提出了一些改進的想法。

1.教學目的的改進

傳統(tǒng)的運籌學教學，仍然存在重理論、輕應用的傾向，教學的目的在于讓學生理解和掌握運籌學的各類算法。結果是過分偏重數(shù)學，而不是應用，加上信管專業(yè)學生本身數(shù)學功底不深，致使很多同學在學習過程中產生畏懼心理，甚至放棄學習。

我認為運籌學的教學應該是理論和實踐相結合，算法是運籌學的重要組成部分，是運籌學思想的精髓，完全放棄算法學習不可取，完全將運籌學變成算法課也不可取，應該使學生在熟悉運籌學各類問題的基礎上，重點培養(yǎng)學生分析問題，根據(jù)問題類型建立數(shù)學模型的能力，能用一些經典算法求解簡單問題，并能用運籌學的軟件求解復雜問題。用經典算法的思想來開拓學生的思維，用運籌學軟件的使用來提高學生的應用能力，最大限度地發(fā)揮運籌學對學生各方面素質和能力提升的作用。

2.教學內容的改進

傳統(tǒng)的運籌學教學內容以典型問題為依據(jù)來引出運籌學的各類問題的模型，并著重分析數(shù)學模型的形式，算法和模型中參數(shù)的變化。這些內容的學習需要具備相當?shù)臄?shù)學基礎，對于本身數(shù)學基礎不佳的我校信管學生來說很容易產生畏難情緒，時間一長會產生厭學心理，進而導致學習效果不佳。

根據(jù)上面教學目的的改進措施，我在運籌學的教學過程中將教學重點放在問題的分析和建模中。在講解算法時，我也突出講解算法的設計思路，并積極引導學生來改進經典算法。在理論學習之余，我校的運籌學課程還安排了專門的實踐教學內容，在實踐課中，學生通過學習運籌學軟件的使用，例如excel的規(guī)劃求解工具、winqsb、lingo，使學生能靈活運用計算機工具來解決一些復雜的運籌學問題，真正提升學生的運籌學的應用能力。

3.教學方法改進

運籌學以數(shù)學為主要工具，一些理論和算法比較復雜，講解難度較大，如果教師按部就班，平鋪直敘，較少結合案例，就會讓學生覺得枯燥乏味，晦澀難懂，從而喪失學習動力，影響教學效果。

針對上述情況，我在運籌學的教學過程中，對運籌學的教學方法進行了如下的嘗試：

（1）加強了加強案例教學。給出大量經濟管理中的問題，引導學生用運籌學的理論和方法去解決，提高學生學習的興趣，培養(yǎng)學生的思維能力。

（2）加強互動，鼓勵學生參與教學，發(fā)表自己的觀點與想法。

（3）在實踐教學環(huán)節(jié)，我組織學生以小組為單位，自行選擇實際問題作為研究課題，并通過小組成員的合作完成問題的數(shù)據(jù)收集，問題的詳細描述，以及選擇合適的運籌學方法來建立問題的模型，并用運籌學軟件來求解問題。這樣，讓學生真正體驗到運籌學在實際中應用的完整過程，并且培養(yǎng)了學生的團隊合作能力。

（4）通過建立運籌學的課程網(wǎng)站，為學生提供了良好的課余學習環(huán)境，以及豐富了學生和老師之間的課外交流渠道。在課程網(wǎng)站中為學生提供了豐富的教學資源，并且設置專門的學生在線答疑功能，老師或其他同學都可以回答。通過課程網(wǎng)站的使用還可以完成課后作業(yè)的布置和在線批改，豐富了學生完成課后作業(yè)的途徑。

4.與相關專業(yè)課的結合

國內院校在設計信管專業(yè)課程體系時，一般是在傳統(tǒng)的經濟管理課程基礎上，拼合統(tǒng)計、運籌和信息技術等課程?，F(xiàn)實情況就是許多課程簡單堆砌，缺乏緊密配合，運籌學的教學也經常會與相關專業(yè)課脫節(jié)。

所以應注意在教學內容上使運籌學與相關專業(yè)課的有效銜接，將運籌學的教學自然地融入整個專業(yè)課程體系。如運籌學中圖論的教學，要和數(shù)據(jù)結構、離散數(shù)學中的有關章節(jié)相結合；網(wǎng)絡計劃中的關鍵路線法，對后繼課程項目管理有很大的價值；網(wǎng)絡計劃的優(yōu)化部分討論有限資源的合理分配，這一思想在生產管理課程中也有所體現(xiàn)；存貯論直接指導erp中庫存訂貨點的管理。總之要把運籌學和各相關專業(yè)課有機結合起來，才能促進運籌學的教學和信管專業(yè)的建設。

四、改革效果分析和總結

經過近一年的運籌學教學改革，初步取得了一定的成果，學生對運籌學的學習興趣逐漸提高，學習效果也有所改進，從學生完成的作業(yè)和考試情況來看都有所提高。在以后的教學過程中，我還將對課程的考核方式，學生的課外興趣小組的組織以及學生競賽方面進行積極的探索和嘗試。爭取使運籌學在信管專業(yè)的學生中成為一門受歡迎的課程。

參考文獻：

[1]胡運權.運籌學教程[m].北京：清華大學出版社，2003

[2]胡運權.運籌學基礎及應用[m].北京：高等教育出版社，2011

[3]歐陽瑞，陳春華.在運籌學教學中要體現(xiàn)數(shù)學建模思想[j].長春教育學院學報，2011（27）

篇7

關鍵詞：PID；單閉環(huán)控制；MATLAB

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A

0.引言

PID控制理論是工業(yè)自動化控制領域經典、成熟的控制思想，是理工科專業(yè)學生重要的學習內容。PID控制是比例（P）、積分（I）、微分（D）三部作用的數(shù)學綜合。因此，弄清P、I、D各自作用規(guī)律及對系統(tǒng)控制所貢獻的比重（參數(shù)整定）是掌握PID控制思想的關鍵。本文將以單容水箱液位為控制目標，以PID反饋控制為策略，借助matlab軟件，仿真PID控制的作用、調節(jié)規(guī)律。

1.總體設計方案

PID單容水箱液位控制由控制器、執(zhí)行調節(jié)器、被控對象、測量變送等部分構成閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。本文將matlab軟件工具與PID控制理論相結合，著重討論了PID控制在matlab軟件里的建模、仿真及參數(shù)整定方法；同時通過參數(shù)的調整仿真結果，認識P、PI、PD、PID控制作用的規(guī)律。

2.單容水箱液位控制系統(tǒng)建模

本文探討的是單容水箱的液位控制問題。為了能更好地選取控制方法和參數(shù)，有必要知道被控對象―上水箱的結構和特性。由圖1可以知道，單容水箱的流量特性：水箱的出水量與水壓有關，而水壓又與水位高度近乎成正比。這樣，當水箱水位升高時，其出水量也在不斷增大。所以，若閥V開度適當，在不溢出的情況下，當水箱的進水量恒定不變時，水位的上升速度將逐漸變慢，最終達到平衡。由此可見，單容水箱系統(tǒng)是一個自衡系統(tǒng)。

設液位H，擾動為U，水箱底面積為F，現(xiàn)分析在擾動液位H在U下的動態(tài)特性，分析過程如圖1所示。

3.仿真及參數(shù)整定

擴充臨界比例度法是簡易工程整定方法之一。這種方法的優(yōu)點是整定參數(shù)時不必依賴被控對象的數(shù)學模型，故本次設計選用此方法。首先選擇一個足夠短的采樣周期Tmin=1；然后求出臨界比例度得他和臨界振蕩周期Tu=1/Kp，得Kp=5.6，Tu=1/5.6=0.18；Tu=0.5/2.5=0.2；其次選擇控制度，此次設計的控制度選用為1.05；最后根據(jù)選定的控制度，查表，得出T、Kp、Ti、TD，進而求出T、Kp、Ki、KD；參數(shù)整定此次設計選擇的是PID算法，查表Kp=0.63；δu=0.63×0.18=0.11

Ti=0.49Tu=0.49×0.2=0.098

TD=0.14Tu=0.14×0.2=0.028

圖4為kp=0.11，ki=0.56，kd=0.006的仿真結。系統(tǒng)超調量24%，穩(wěn)態(tài)誤差為0，調節(jié)時間6s。該結果反映出系統(tǒng)調節(jié)過程較長，并且含有振蕩?？商岣邽槲⒎謪?shù)，增強系統(tǒng)的快速響應性能。圖5為微分參數(shù)為0.5的仿真結，系統(tǒng)調節(jié)時間為2s。該結果反映出靈敏性增強，但是從控制效果來看，可能不是最優(yōu)效果，可以參考擴充臨界比例度法的整定計算結果適當調整。

結語

本文通過matlab仿真設計，實現(xiàn)單容水箱的液位PID控制，理解了P、PI、PD、PID控制規(guī)律；同時，通過系統(tǒng)建模及參數(shù)整定，掌握了pid控制的實現(xiàn)方法及過實現(xiàn)過程。對PID控制的實際工程應用做了較好的基礎積累。

篇8

關鍵詞：大數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)挖掘；多數(shù)據(jù)

中圖分類號：TP311.13 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）01-0108-02

目前，數(shù)據(jù)挖掘技術融合了多項學科內容，不僅包含數(shù)據(jù)庫技術，而且也包含有人工智能以及統(tǒng)計學的相關內容，數(shù)據(jù)挖掘技術在當前大數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)處理方面貢獻了非常大的力量，數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)處理過程中作為一個獨立模塊而存在，有效的協(xié)調了不同模塊之間的工作，下面我們首先來看一下大數(shù)據(jù)時代之下的數(shù)據(jù)挖掘信息概括。

1 大數(shù)據(jù)時代下的數(shù)據(jù)挖掘相關內容概述

1.1 數(shù)據(jù)挖掘技術的基本概念

數(shù)據(jù)挖掘技術主要就是指在數(shù)據(jù)庫的信息處理過程中，通過特定的方式和特定的手段來進行數(shù)據(jù)信息的搜索。換句話說數(shù)據(jù)挖掘技術是基于當前大數(shù)據(jù)時代而存在的，在海量數(shù)據(jù)信息處理的過程中，數(shù)據(jù)挖掘技術能夠大大提升數(shù)據(jù)處理的效率。數(shù)據(jù)挖掘技術需要從當前海量數(shù)據(jù)庫中不同形式，不同結構不同內容的數(shù)據(jù)通過特定方式搜尋出來，其中包含了大量不同領域的學科，通過數(shù)據(jù)挖掘技術我們能夠做出歸納性的分析和總結，對于企業(yè)來說，數(shù)據(jù)挖掘技術能夠有效的對市場進行預測和評估，同時也能夠有效的根據(jù)客戶的信息預測其未來的動向等。需要注意的是數(shù)據(jù)挖掘技術在實際的應用當中最重要的一門學科技術就是人工智能。

1.2 數(shù)據(jù)挖掘的特點以及應用

數(shù)據(jù)挖掘技術主要有以下幾個特點：

（1）數(shù)據(jù)挖掘的模型是非常復雜的，數(shù)據(jù)挖掘技術主要重視的就是數(shù)據(jù)庫中信息的建模過程，通過對相關數(shù)據(jù)關系進行有效的建模，把數(shù)學問題通過模型來表示出來從而有效地解決復雜的數(shù)據(jù)關系。（2）數(shù)據(jù)挖掘技術是基于當前大數(shù)據(jù)庫而存在的，因此在處理數(shù)據(jù)信息上其基本的數(shù)據(jù)量是非常大的，數(shù)據(jù)挖掘主要就是從海量數(shù)據(jù)庫中提出相關信息，海量數(shù)據(jù)庫中的信息數(shù)據(jù)的格式結構以及內容都是具有一定差的?？偟膩碚f，數(shù)據(jù)挖掘技術在具體實施的過程中需要有效的注意這幾個方面的問題，從而保證數(shù)據(jù)挖掘的有效性和時效性。（3）數(shù)據(jù)挖掘技術跟隨用戶的實際需求出發(fā)，如果用戶無法給出具體的要求，那么數(shù)據(jù)挖掘就會將用戶所提出的有關信息進行提取，將用戶所感興趣的所有數(shù)據(jù)信息都進行反映，也就是說數(shù)據(jù)挖掘的規(guī)則性并不是唯一的，而是隨著用戶要求的準確性而發(fā)生變化的。（4）數(shù)據(jù)挖掘最關鍵的一個特點是其不同的算法最優(yōu)化是不同的，評判數(shù)據(jù)挖掘技術優(yōu)劣的一個關鍵主要就是判斷數(shù)據(jù)挖掘技術的有效性而不是最優(yōu)性。

1.3 數(shù)據(jù)挖掘任務探究

數(shù)據(jù)挖掘可以有以下幾種不同的分類：

第一分類分析，即數(shù)據(jù)挖掘通過將一個特定的任務進行分類，通過用戶所提出的具體要求，將某些特征數(shù)據(jù)信息反映到特定的類別上。分類分析的過程主要是建立一棵樹，通過枝葉來向下進行逐級劃分，將滿足數(shù)據(jù)要求的類別進行下設，最終建立一棵樹與規(guī)范要求的樹。第二就是關聯(lián)規(guī)則，在關聯(lián)規(guī)則中比較經典的方式有Apriori算法、Sampling算法等，關聯(lián)規(guī)則主要是根據(jù)用戶的這一信息數(shù)據(jù)來推算出其他方面的信息數(shù)據(jù)，比如說用戶在數(shù)字化圖書館借閱書籍的過程中，關聯(lián)規(guī)則可以根據(jù)用戶在借閱書籍的種類以及根據(jù)用戶的年齡、學歷等信息來推算出用戶的實際工作階層，工作內容等，通過這種方式，企業(yè)可以有效發(fā)現(xiàn)潛在的市場等。第三是聚類分析，聚類分析主要是指在數(shù)據(jù)信息處理的過程中，將屬于同一類別的數(shù)據(jù)信息存儲到一個特定的數(shù)據(jù)庫當中，聚類分析與數(shù)據(jù)信息的自身結構形式有關，它會根據(jù)系統(tǒng)所給定的相關性能指標來直接確定數(shù)據(jù)信息的類別，當前聚類分析比較經典的算法有分解法、動態(tài)聚類法等。

2 大型數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)

前面我們對當前大數(shù)據(jù)庫時代下的挖掘技術的相關概念以及分類進行了簡單的分析和概述，下面我們主要來看一下挖掘技術中關聯(lián)規(guī)則、聚類以及分類三種不同算法的相關內容。

2.1 關聯(lián)規(guī)則挖掘

篇9

關鍵詞：現(xiàn)代控制理論；教學改革；Matlab工具

作者簡介：王斌（1974-），男，江蘇淮安人，重慶大學自動化學院，副教授；李斌（1958-），男，重慶人，重慶大學自動化學院，副教授。（重慶 400044）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）10-0061-02

“現(xiàn)代控制理論”是自動化專業(yè)開設的專業(yè)基礎課程之一，也是研究生最優(yōu)控制理論等學位課程的基礎。該課程以矩陣理論為數(shù)學基礎，講述的狀態(tài)空間設計法適用于線性、非線性、時變等系統(tǒng)。[1]因此，“現(xiàn)代控制理論”的學習對于復雜控制系統(tǒng)的設計有著重要意義。但該課程理論性強，包含了大量的數(shù)學公式和抽象的概念，在課堂教學和實驗環(huán)節(jié)上難以和工程背景相結合。為此，重慶大學自動化學院自動控制原理課程組在多年的教學和實踐的基礎上對“現(xiàn)代控制理論”課程的教學內容、教學模式、實驗教學等進行了改革和實踐，建立了理論結合實際的教學模式，對課程的先進教學體系建設做了有效的探索。

一、理論教學改革

1.強調理論體系的教學

通過緒論內容的學習，學生了解現(xiàn)代控制理論的發(fā)展史。現(xiàn)代控制理論是在經典控制理論的基礎上，應多輸入多輸出復雜系統(tǒng)的控制需求而產生的。現(xiàn)代控制理論以狀態(tài)空間法為核心，建立的系統(tǒng)狀態(tài)空間方程很適合使用計算機程序求解，因此在現(xiàn)代大型計算機控制系統(tǒng)中得到廣泛應用。[2]

現(xiàn)代控制理論的主要內容包括：狀態(tài)空間建模、狀態(tài)方程求解、能控能觀性、穩(wěn)定性分析、狀態(tài)反饋設計和最優(yōu)控制等。在教學過程中引導學生建立系統(tǒng)的理論學習體系，首先是控制對象的數(shù)學建模，基于狀態(tài)空間法建立系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，掌握狀態(tài)變量、狀態(tài)空間方程、狀態(tài)空間的線性變換等重要概念；得到系統(tǒng)的數(shù)學模型后進行定量分析，即對狀態(tài)空間模型求解，定量地分析系統(tǒng)的自由運動響應和一般運動響應；對系統(tǒng)進行定性分析，即主要分析對決定系統(tǒng)行為和研究系統(tǒng)結構具有重要意義的幾個關鍵特性，如能控性、能觀性、穩(wěn)定性等，掌握能控能觀性概念、能控能觀結構分解、李雅普諾夫穩(wěn)定性理論等基礎知識；在系統(tǒng)定量和定性分析的基礎上進行狀態(tài)反饋和觀測器設計，掌握狀態(tài)反饋設計的不同結構、極點配置方法、狀態(tài)觀測器設計等重點內容。通過以上內容的系統(tǒng)學習，學生可以循序漸進地掌握現(xiàn)代控制理論的關鍵知識點，建立相應的理論知識體系。

2.重視理論知識和工程案例的結合

“現(xiàn)代控制理論”課程教學內容多，包含了大量的理論概念和矩陣方程，學生在課堂上容易感到枯燥，甚至將理論知識錯誤地等同于數(shù)學公式的計算，不能聯(lián)系實際的工程應用背景。為此，在教學中引入倒立擺系統(tǒng)的工程案例。倒立擺設備是典型的非線性、多變量、高階次的復雜系統(tǒng)，綜合了控制理論、機器人技術、飛行器理論等多個學科的理論知識，已經成為控制理論研究的重要手段，可以檢驗先進控制算法處理多變量復雜系統(tǒng)的能力。[3]

倒立擺系統(tǒng)有很多種類，如直線倒立擺、環(huán)形倒立擺、平面倒立擺等，根據(jù)擺桿的數(shù)量又可分為一級、二級、三級倒立擺等。采用直線一級倒立擺作為貫穿整個課程教學的工程案例，在各章節(jié)的理論教學完成后，針對倒立擺系統(tǒng)進行相應的研究分析，如倒立擺系統(tǒng)的狀態(tài)空間建模、倒立擺的能控能觀性分析、倒立擺的穩(wěn)定性分析、倒立擺的狀態(tài)反饋控制器設計等。通過倒立擺系統(tǒng)的工程案例，學生在課堂教學中不再感覺枯燥，對現(xiàn)代控制理論方法的實際應用有了深刻的認識，將理論知識概念和實際物理對象結合起來，提高了自身的工程應用能力。

3.課堂教學引入Matlab仿真工具

Matlab是美國MathWorks公司開發(fā)的用于數(shù)值計算和可視化圖形處理的工程語言，集成了強大的數(shù)值分析、矩陣計算、圖形圖像處理、信號分析仿真等功能，已經成為多學科領域中計算機輔助分析和算法研究的重要平臺?，F(xiàn)代控制理論的數(shù)學基礎是矩陣理論，需要對矩陣方程進行大量的計算，因此Matlab工具非常適用于現(xiàn)代控制理論的計算機輔助分析。[4]國外經典的現(xiàn)代控制理論教材，如《現(xiàn)代控制工程》（第四版）等都融入了Matlab工具用于計算、分析和仿真。

在課堂教學中將理論分析和Matlab工具有機地結合。每章內容的理論知識講解完后，簡單介紹Matlab工具箱中對應的相關函數(shù)，詳細的函數(shù)使用語法要求學生自學。課后作業(yè)要求學生通過手工計算和Matlab工具求解，手工計算可以加深學生對理論概念的理解，并和Matlab求解結果做對比。課程學習完畢后，學生就能夠掌握在系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析和設計整個過程中如何應用Matlab工具，利用Matlab強大的矩陣計算功能對狀態(tài)空間方程求解，使用控制系統(tǒng)工具箱提供的眾多函數(shù)進行數(shù)據(jù)分析并繪制系統(tǒng)的各種響應曲線，采用Simulink工具箱進行系統(tǒng)的狀態(tài)反饋設計和仿真等。通過Matlab工具的應用，學生不但可以加深理論知識的理解，而且對現(xiàn)代控制理論和計算機系統(tǒng)的結合有著更深入的認識，從而鍛煉學生應用計算機輔助工具分析和設計系統(tǒng)的能力。

二、實驗教學改革

目前在教學實踐中，很多高校開設的現(xiàn)代控制理論實驗課程還是基于Matlab軟件進行仿真實驗。學生通過仿真實驗雖然可以學習控制算法設計和軟件的編程，但是無法開展軟硬件的聯(lián)合調試，不能檢驗控制算法的有效性，不能鍛煉理論知識的實際應用能力，而且學生參與實驗主動性差，束縛了學習的積極性和探索性。[5]

為此設計的現(xiàn)代控制理論實驗教學內容采取由簡單系統(tǒng)到復雜系統(tǒng)的方式，完全基于硬件實驗平成。對于簡單線性或非線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間實驗，采用硬件模擬實驗平臺。模擬實驗平臺提供了階躍信號、方波信號、正弦波信號、斜坡信號等典型的信號源和模擬電路單元、數(shù)字電路單元、驅動電機等，能夠搭建簡單系統(tǒng)的實物電路模型。在實驗過程中，學生首先應用Matlab工具對研究對象進行編程模擬，記錄理論仿真結果；然后在硬件平臺上搭建實驗對象的模型電路，施加階躍、方波等典型輸入信號，在示波器上記錄輸出響應波形。通過對比分析電路測試波形和理論仿真結果的差異現(xiàn)象，學生可以深入理解理論概念和實際物理參數(shù)的對應關系，了解仿真分析的理想環(huán)境和實際應用的干擾環(huán)境之間的區(qū)別。

復雜系統(tǒng)的實驗對象采用經典的倒立擺非線性系統(tǒng)。實驗主要研究倒立擺系統(tǒng)的狀態(tài)空間建模和狀態(tài)反饋設計方法。首先建立直線一級倒立擺系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，基于Matlab工具分析系統(tǒng)的能控能觀性，根據(jù)給定的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)參數(shù)要求設計系統(tǒng)的狀態(tài)反饋矩陣。然后基于倒立擺實驗平臺檢驗得到的理論計算結果，在倒立擺控制工具軟件包里輸入狀態(tài)反饋控制器的參數(shù)，記錄小車和擺桿的振動幅度和倒立擺的實時控制波形。通過倒立擺系統(tǒng)的實驗，學生可以和課堂教學工程案例的分析結果進行對比，進一步理解復雜系統(tǒng)的狀態(tài)空間設計方法，提高對復雜對象的分析和控制設計的能力，對現(xiàn)代控制理論知識在機器人的穩(wěn)定控制、飛行器的姿態(tài)控制等領域的應用有著更深的認識。

三、結論

“現(xiàn)代控制理論”是一門理論性很強的學科，一個好的理論和實驗教學體系對于學生掌握理論知識在工程實踐中的應用非常重要。為此，從課堂教學和實驗教學兩方面做了有效的探索。在理論教學方面注意引入工程案例，將理論知識和物理對象有機地結合起來；在實驗教學方面結合硬件實驗平臺和Matlab仿真工具，提高了學生的動手能力和實踐創(chuàng)新能力。雖然教學改革措施已經取得了良好的教學效果，但還需要根據(jù)學生的反饋意見進行不斷地完善，以進一步提高現(xiàn)代控制理論課程的教學質量。

參考文獻：

[1]劉豹，唐萬生.現(xiàn)代控制理論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[2]王從慶，丁勇.現(xiàn)代控制理論課程教學改革的實踐與探討[J].南京航空航天大學學報（社會科學版），2004，6（1）：72-75.

[3]李艷杰，于艷秋.“現(xiàn)代控制理論”課程研究型教學實踐與探討[J].中國電力教育，2010，（15）：53-54.

篇10

【關鍵詞】數(shù)學建模 Floyd算法 計算機

我們知道在工程、信息系統(tǒng)、通信和軍事等領域,最短路作為圖的一個經典問題一直有著廣泛的應用。 頂點對之間的最短路徑是指:對于給定的有向,要對題目中任意一對頂點有序,找出到的最短距離和到的最短距離。

一、Floyd算法在交巡警平臺的設置的應用

在未來的幾年發(fā)展中,在中國的所有地區(qū)的交通路口和重要路段都將設置交巡警服務平臺。這些交巡警服務平臺將會更有效的處理交通事故。但是因為警察是忙不過來的,如何在各個城市合理地設置交巡警服務平臺、分配各平臺的管轄范圍呢？ 為了解決這個問題,我們首先要建立了交通網(wǎng)絡的數(shù)學模型,將交通網(wǎng)絡的相關數(shù)據(jù)轉化為一個帶權即有具體數(shù)字的鄰接矩陣。

建立數(shù)學模（1）基本符號：表示出模型中第i個交巡警平臺，表示模型中第j個路口，表示模型中平臺的總數(shù)，表示模型中路口的總數(shù)（2）配置矩陣：我們用一個矩陣來為各交巡警平臺分配管轄范圍。表示平臺管轄路口。由于一個路口被一個平臺管轄,所以應當滿足條件。（3）平臺工作量計算公式，其中為配置矩陣,為發(fā)案率列向量,在此問題中,平臺個數(shù)路口個數(shù)。決策變量為配置矩陣。由快速出警的原則,配置矩陣應當是在服務半徑為3km的預配置矩陣的基礎上進行配置。即：約束條件可由預配置矩給出,由于一個路口只能由一個平臺管轄。目標函數(shù)即工作量均衡性指標 。

由假設汽車速度為60km/h或10m/min,計算得3分鐘內距離為3000m。

通過計算得到A區(qū)任意兩點到達的最短時間矩陣T。

交巡警服務平臺管轄范圍（由僅考慮時間的T2矩陣得到）

為求得服務平臺工作的均衡,建立動態(tài)規(guī)劃模型。運用Floyd 算法構造距Floyd最短路徑算法在配送中心選址中的應用

現(xiàn)在隨著網(wǎng)購的流行,買家對送貨的質量和時間要求越來越高,這樣就出現(xiàn)了問題。怎么樣以最少物流費用達到最好的服務目標,是現(xiàn)在需要解決的問題。當中自然少不了Floyd算法的應用。具體在計算機中：

第一步,輸入帶權鄰接矩陣,賦初值：對所有 與的取值；第二步,更新原矩陣；

第三步,若原矩陣停止．否則繼續(xù)下一步．

（2）計算各頂點作為配送中心時的總費用。第一步賦初值：對所有矩陣都進行賦值 ，第二步更新矩陣： 第三步若運算停止．否則繼續(xù),轉第二步 （3）求出頂點,則該點就是最優(yōu)的配送中心頂點．

二、Floyd在校車安排與站點優(yōu)化方面的應用

該問題中涉及到求解最短距離以及教師及其他工作人員對這種安排的滿意度等問題。關于這些問題的解決,可以利用計算機求解結果,然后統(tǒng)一實施安排。

現(xiàn)在的大學也許都會建造新的校區(qū),這樣的話,大學一般會把以前的大學里的教師和工作人員通過校車接送到新校區(qū)。為了使得人們更加舒適的乘車,怎么樣安排校車的時間和站牌的位置才更合理呢？下面給出一個問題：如果建立n個乘車點,為使各區(qū)人員到最近乘車點的距離是最小的,我們會通過建立數(shù)學模型,通過對數(shù)據(jù)的仔細認真的分析,利用Floyd 算法,求出最短路程。問題要求建立個乘車點,使各區(qū)人員到最近乘車點的距離最小。我們就可以利用Floyd算法求得任意兩點之間最短距離；

其次在50個區(qū)域中任意選取個區(qū)域作為乘車點,,找出每個區(qū)域所對應的最近乘車點；

最后以50個區(qū)域到各自最近乘車點的最短距離和的最小值為目標函數(shù)建立模型。并對設立2個和3個乘車點時的校車安排問題進行求解。

下面我們可以看出本算法在這里面的應用。

首先,我們在50個區(qū)域中選取n個區(qū)域當作乘車點。其次,因為每個地方的乘客都會理所應當?shù)倪x距離本區(qū)最近的乘車點乘車,隨即引入變量,表示第個k區(qū)域到最近乘車點的距離。求出50個區(qū)域到各自最近乘車點的最短距離之和，建立針對問題1所述的數(shù)學模型。最佳乘車點是使得50個區(qū)域到各自最近乘車點的距離之和最小的點,基于此建立目標函數(shù)，其中所取點為選出的個最佳乘車點所在的區(qū)域號。依據(jù)模型,利用MATLAB軟件求得結果：當時：乘車點設立在18區(qū)和31區(qū),各個區(qū)域到各自最近乘車點的最短距離之和為Z=24492米。

選21區(qū)域有:1、2、3、4、19、20、21、22、23、24、44、45、46、47、48、49。

由結果可看出當乘車點越多時,Z值越小。

在當今日益復雜的社會形態(tài)下,利用Floyd算法的地方非常之多,比如在工程、地理信息、通信和軍事等方面均有重要的體現(xiàn)。

參考文獻：

[1］劉智勇,智能交通控制理論及其應用［M］． 北京: 科學出版社, 2003．

[2] 繆成,許維勝,吳啟迪,等. 大規(guī)模應急物資運輸問題的研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向［J］. 新疆職業(yè)大學學報,2007,15(3):35 38.

[3] 唐邦民,謝晗昕.數(shù)據(jù)結構與算法分析[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.