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基于卓越工程师教育培养计划“运动控制系统”教学改革与实践论文

基于卓越工程师教育培养计划的“运动控制系统”教学改革探索 与实践 摘 要:本文从培养卓越工程师的需求出发,对运动控制系统课 程的教学改革进行探索。课堂教学采用以学生为主,以问题为导向 的探究式教学模式,同时课堂教学和实验、课程设计教学实践环节 相呼应,为毕业设计打下基础。 关键词:运动控制系统; 教学模式; 工程师培养; 工程应用 性; matlab 仿真 中图分类号: g642.44 文献标识码:a 文章编 号:1006-3315(2012)08-132-001 教育部提出的“卓越工程师培养计划”是我国高等教育中长期发 展规划中的一个重要计划,通过教育和行业、高校和企业的密切合 作,以实际工程为背景,以工程技术为主线,使学生在走出校门后, 具有分析问题、解决问题、将好的设想和概念转化为现实的能力 [1]。而现行的教学方法,在培养高素质综合能力人才方面,还有 着种种的不足,高校教育内容及方式方法的改革势在必行。 运动控制系统是自动化专业的一门核心专业课程。该课程集电机 及拖动基础、检测技术、电力电子技术、自动控制原理和计算机控 制技术等课程相关基础知识于一体,课程的理论性和实践性都非常 强,因此课程的教学难度较大,学生理解和接受知识困难多,不能 很好地掌握和进行实际系统的设计,所以有必要从教学理念、教学 内容、教学方式等方面进行改革,达到学以致用解决实际问题的目 的。 一、课堂上建立探究式的教学模式 课堂教学由单纯的教师讲授方式转化为以问题为导向的探究式、 讨论式的教学模式。讲课中教师始终以学生为主体,激发学生学习 的主动性。课程讲授方式贯彻由浅入深、循序渐进的原则,如讲矢 量控制系统,首先给出静止三相坐标系下异步电动机的动态数学模 型,让学生思考如何转化为直流电动机物理模型,提出解决方法, 引出坐标变换的方法。引导学生推导同步旋转坐标系下异步电动机 的动态数学模型,引出矢量控制系统原理。建立矢量控制系统结构, 通过仿真实验分析系统性能。使学生不断的思考,思维紧紧跟着课 程内容进行,参与到教师的讲课中。 二、理论教学内容和教学方法的组织 1.合理安排与更新教学内容 随着交流调速技术在实际中广泛的应用,交流调速有取代直流调 速的发展趋势。因此,在教学安排上,交流调速内容应占主导地位, 在学时上应占课程的 60%以上。课程教学内容改革不仅要淘汰陈旧 落后的调速方法,还要适当补充新的内容。例如在交流调速中,转 差功率消耗型系统只做简要介绍,重点介绍高性能的异步电动机矢 量控制和直接转矩控制系统。 2.多媒体教学和板书教学相结合的教学手段 利用多媒体教学手段,一方面可加大课堂信息量,节省课堂现场 画图时间。另一方面也可从网上下载实际案例的彩色实物图片和原 理图进行讲解[2],使“运动控制系统”的抽象概念和复杂过程形 象化,采用动画技术可以生动地将概念和复杂过程讲清楚。但多媒 体课件在需要回顾前面内容时不太方便,这时可用板书来弥补,将 一些关键公式写在黑板上,与课件上内容相结合,有助于学生抓住 重点、更好地衔接新内容。 3.充分发挥 matlab 在教学中的作用 将 matlab/simulink 仿真软件引入教学活动中,可增强教学效果。 仿真实验尤其是用于交流调速系统可起到事半功倍效果,如矢量变 换仿真、转差频率控制的矢量控制系统仿真和直接转矩控制系统仿 真等,使学生对交流调速系统变频控制内容感到不再抽象,容易理 解。 三、实践教学环节的探索 运动控制系统课程的实验教学环节包括实验教学、课程设计和毕 业设计。实验教学有助于增进学生对理论的理解。但是传统的实验 多是验证性的,为提高学生的创新能力,应引进开放实验设备,适 当增加综合设计性实验,培养学生动手能力和工程实践能力。课程 设计环节弥补了理论教学和实验教学在系统设计方面的不足,使学 生初步体验运动控制系统的设计过程。课程设计的题目可有两个方 向:(1)分析设计:根据控制对象模型和性能指标要求进行方案确 定、原理电路设计、元器件参数计算和选择、控制电路图等[3], 提高学生运用理论知识解决实际问题的能力;(2)仿真验证:如交 流调速系统的矢量控制和直接转矩控制,建立仿真模型对控制算法 进行仿真,加深对 svpwm 控制技术和坐标变换的理解,提高学生计 算机仿真能力。 毕业设计环节要求学生综合运用本专业各课程的理论知识,通过 查阅有关文献,确定设计中计算机类型,选择转速、电流传感器, 设计数字 pi 调节器,完成调速系统硬件电路设计及元器件选型。 在实验室对调速系统关键部分进行调试,编制出调速系统程序并调 试通过,最终独立设计出一个符合实际生产需要的调速系统。注重 校企合作,教师和企业工程师联合指导毕业设计,与实际紧密结合, 为工程应用性提供保障。 四、结语 运动控制系统课程涉及的专业基础课多、综合性强,实验教学手 段落后等实际情况,导致教与学的难度较大,本文针对传统的教学 模式存在的问题,在课程教学模式、课程内容、教学实践环节、教 学方法等方面做了一些探索,提出了一些有益的方法。 参考文献: [1]卢秉娟.运动控制系统课程教学突出工程实际应用性研究,洛 阳理工学院学报(自然科学版)第 21 卷,第 3 期,2011 年 9 月, pp88-90 [2]倪超,邹红艳.运动控制系统课程实验教学改革探索,科技信 息。2010 年第 31 期,pp25 [3]鲍建宇,刘毅华,崔家林.运动控制课程群的实践教学改革研 究,合肥工业大学学报(社会科学版)第 24 卷第 l 期 2010 年 2 月 pp113-115



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