電力拖動自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計探索

摘要：主要探討了“電力拖動自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計”在自動化專業(yè)教學(xué)中的地位，分析了該實踐教學(xué)環(huán)節(jié)對前面先修專業(yè)課程的總結(jié)以及對后面畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)的推進(jìn)作用。該課程設(shè)計環(huán)節(jié)是電力電子技術(shù)和運(yùn)動控制系統(tǒng)課程的后續(xù)實踐環(huán)節(jié)，可以鞏固和夯實本專業(yè)的主要電類課程理論基礎(chǔ)，優(yōu)化專業(yè)知識結(jié)構(gòu)。同時可以培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力和設(shè)計能力，為畢業(yè)設(shè)計做好準(zhǔn)備，對培養(yǎng)高素質(zhì)的自動化專業(yè)人才起到積極的作用。

關(guān)鍵詞：課程設(shè)計；電力電子技術(shù)；運(yùn)動控制系統(tǒng)；畢業(yè)設(shè)計

中圖分類號：G642.0#8195；#8195；#8195；#8195；#8195；文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A#8195；#8195；#8195；#8195；#8195；文章編號：1007-0079（2014）18-0057-02

“電力拖動自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計”是自動化專業(yè)主要專業(yè)課“電力電子技術(shù)”和“運(yùn)動控制系統(tǒng)”的后續(xù)實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是必修集中實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。本課程設(shè)計可以幫助學(xué)生完成從專業(yè)理論到工程實踐的認(rèn)識過程，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用“電力電子技術(shù)”和“運(yùn)動控制系統(tǒng)”的有關(guān)理論和技術(shù)知識解決實際問題，進(jìn)一步提高直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計、參數(shù)計算、繪圖、元器件選型和查閱參考資料等能力的重要環(huán)節(jié)。

該課程設(shè)計在自動化專業(yè)教學(xué)中具有重要的地位和作用，通過課程設(shè)計，使學(xué)生進(jìn)一步掌握運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原理和基本的工程設(shè)計方法，使學(xué)生全面熟悉運(yùn)動控制系統(tǒng)的主要內(nèi)容和設(shè)計步驟，正確地選擇運(yùn)動控制系統(tǒng)中的設(shè)備型號和控制、保護(hù)裝置，為今后從事本專業(yè)工作奠定基礎(chǔ)。

一、課程設(shè)計的主要內(nèi)容和要求

針對長春工程學(xué)院（以下簡稱“我校”）對自動化專業(yè)的人才培養(yǎng)方案和課程建設(shè)的要求，電力拖動自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計的題目選為“晶閘管控制直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計”。根據(jù)給定的四組不同功率的直流他勵電動機(jī)數(shù)據(jù)，將全班同學(xué)分為四個小組。設(shè)計要求的主要技術(shù)指標(biāo)包括系統(tǒng)的調(diào)速范圍、電流和轉(zhuǎn)速超調(diào)量以及控制系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)。各組同學(xué)根據(jù)給定的要求和技術(shù)指標(biāo)分別設(shè)計和計算直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路、控制電路、觸發(fā)電路、保護(hù)電路和反饋電路，最后完成晶閘管—直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的整體設(shè)計。

通過課程設(shè)計，學(xué)生能夠查閱資料，進(jìn)行總體方案論證和確定，如圖1所示。熟悉所用的有關(guān)器件的功能，明確各電路參數(shù)的計算及元器件的選擇，繪制整體硬件電路連接圖。

二、課程設(shè)計與電力電子技術(shù)

“電力電子技術(shù)”課程是自動化專業(yè)非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程理論抽象、概念多、內(nèi)容雜。教學(xué)內(nèi)容里面的電力電子器件、基本整流電路、觸發(fā)電路是該課程的重點(diǎn)部分，也是后續(xù)電類專業(yè)課程的重要基礎(chǔ)。晶閘管控制直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的主電路部分即整流電路環(huán)節(jié)，完全就是“電力電子技術(shù)”課程的應(yīng)用和延伸。根據(jù)電動機(jī)所帶負(fù)載功率大小要求，整流電路可以選擇單相橋式電路、三相半波電路、三相橋式電路和雙反星形電路等形式。然后學(xué)生再根據(jù)所選擇的具體電路形式進(jìn)行參數(shù)計算和器件選擇，包括變壓器、晶閘管、保護(hù)電路、平波電抗器以及觸發(fā)電路。例如電動機(jī)功率如果是55kw，則主電路需要選擇三相橋式整流電路，觸發(fā)電路則選擇六脈沖的集成觸發(fā)電路，通過計算電路的額定電流和額定電壓選擇晶閘管器件。

可見，“電力電子技術(shù)”課程與“電力拖動自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計”之間是緊密相連、相輔相成的?！半娏﹄娮蛹夹g(shù)”不僅是運(yùn)動控制系統(tǒng)的先修課程，對該課程設(shè)計也具有非常重要的前導(dǎo)作用，而通過課程設(shè)計學(xué)生也能夯實課程里的理論知識，提高理論聯(lián)系實踐的能力。

三、課程設(shè)計與運(yùn)動控制系統(tǒng)

“運(yùn)動控制系統(tǒng)”課程是一門綜合性教強(qiáng)，覆蓋面大，內(nèi)容更新快，理論與實際緊密結(jié)合的課程，綜合了電機(jī)拖動、模擬電子技術(shù)、自動控制原理、電力電子技術(shù)等課程的相關(guān)基礎(chǔ)知識，課程在工業(yè)現(xiàn)場的實際應(yīng)用非常廣泛。其中直流調(diào)速系統(tǒng)部分是該課程的基礎(chǔ)和重點(diǎn)內(nèi)容，主要講授轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）和電流調(diào)節(jié)器（ACR）的選擇計算、轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋環(huán)節(jié)的選擇等內(nèi)容。該課程設(shè)計的控制電路部分即轉(zhuǎn)速電流調(diào)節(jié)器環(huán)節(jié)，是“運(yùn)動控制系統(tǒng)”課程的應(yīng)用和延伸。學(xué)生可以根據(jù)給定的無靜差技術(shù)要求，選擇調(diào)節(jié)器為PI（比例-微分）形式。外環(huán)轉(zhuǎn)速反饋采用測速發(fā)電機(jī)，內(nèi)環(huán)電流反饋采用交流互感器。

長春工程學(xué)院自動化專業(yè)的該課程設(shè)計環(huán)節(jié)在第七學(xué)期，而在上一學(xué)期剛剛結(jié)束運(yùn)動控制系統(tǒng)課程的學(xué)習(xí)，所以兩者不僅在內(nèi)容上相互承接，在時間上也具有一定的連貫性。通過課程設(shè)計學(xué)生能加深理解理論知識，對以后深入企業(yè)工作具有一定的作用。

四、課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計

電力拖動自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計即將結(jié)束的時候，自動化專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計也拉開序幕。畢業(yè)設(shè)計是自動化專業(yè)本科培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)造性人才的重要過程，是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)基礎(chǔ)知識、專門知識進(jìn)行實踐的重要環(huán)節(jié)。針對這一特點(diǎn)，筆者主要從以下幾個方面對課程設(shè)計進(jìn)行要求和規(guī)范，與畢業(yè)設(shè)計相銜接。

1.多種途徑獲取文獻(xiàn)，做好準(zhǔn)備工作

要求學(xué)生大量查閱相關(guān)文獻(xiàn)，充分利用圖書館、知網(wǎng)、谷歌學(xué)術(shù)、百度等多種獲取資料的方式。學(xué)會整理并篩選與自己課程設(shè)計相關(guān)的文獻(xiàn)，做好課程設(shè)計的準(zhǔn)備工作。為畢業(yè)設(shè)計的文獻(xiàn)閱讀和開題報告做好準(zhǔn)備。

2.規(guī)范課程設(shè)計書寫格式

在下達(dá)課程設(shè)計任務(wù)書的同時，筆者要求最后提交的課程設(shè)計說明書參考按照畢業(yè)設(shè)計的格式。完整的包括目錄、緒論、總體方案論證和確定、主電路設(shè)計、控制電路設(shè)計、其他電路設(shè)計、總結(jié)、致謝、參考文獻(xiàn)、附錄等幾部分。這樣不僅使課程設(shè)計說明書更加規(guī)范，也為即將開始的畢業(yè)設(shè)計做好充足的準(zhǔn)備。

3.規(guī)范圖形和參數(shù)

要求學(xué)生在方案論證環(huán)節(jié)利用Word或Visio繪制系統(tǒng)總體框圖，同時能夠根據(jù)自己的設(shè)計利用Protel或DXP繪圖軟件繪制出完整的系統(tǒng)原理圖，系統(tǒng)原理圖上的每個元器件必須標(biāo)有參數(shù)。元器件的型號和參數(shù)要有依據(jù)，器件、芯片可查閱相關(guān)手冊，也可以網(wǎng)上查詢。這部分內(nèi)容也是自動化專業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計論文的必要部分，所以規(guī)范課程設(shè)計實際上是縮小版的畢業(yè)設(shè)計。

五、課程設(shè)計的改革設(shè)想

目前我校自動化專業(yè)電力拖動自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計環(huán)節(jié)存在設(shè)計周期短、設(shè)計內(nèi)容較單一等問題，課題組成員經(jīng)過研究準(zhǔn)備除了增加一定的學(xué)時，還從以下方面進(jìn)行改革設(shè)想。

1.增加實踐調(diào)試環(huán)節(jié)

由于學(xué)時和設(shè)備有限，目前課程設(shè)計主要是理論設(shè)計環(huán)節(jié)，沒有到實驗室進(jìn)行調(diào)試，這樣不免脫離實踐。后面的學(xué)科改革中筆者計劃在設(shè)計任務(wù)中加入調(diào)試環(huán)節(jié)，讓學(xué)生走入實驗室，利用運(yùn)動控制系統(tǒng)綜合實驗臺對設(shè)計的內(nèi)容進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，同時也能提高學(xué)生的實驗動手能力。

2.與MATLAB仿真結(jié)合

利用MATLAB下的Simulink軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真是十分簡單和直觀的，學(xué)生可以用圖形化的方法直接建立仿真系統(tǒng)模型，利用菜單欄啟動仿真過程，同時將結(jié)果顯示在示波器上。在設(shè)計任務(wù)中加入仿真環(huán)節(jié)，不會占用太多時間，學(xué)生在自己電腦上就可以完成，并且能讓學(xué)生更直觀地理解整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作過程。

六、結(jié)束語

主要總結(jié)了電力拖動自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計環(huán)節(jié)在自動化專業(yè)教學(xué)中的地位和作用，探討了該課程設(shè)計與電力電子技術(shù)、運(yùn)動控制系統(tǒng)、畢業(yè)設(shè)計等課程和實踐的關(guān)系。通過課程設(shè)計夯實了學(xué)生專業(yè)理論基礎(chǔ)，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力，對提升自動化專業(yè)人才培養(yǎng)水平起到了一定的作用。

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（責(zé)任編輯：王意琴）