“直流調(diào)速系統(tǒng)”課程的教學(xué)改革

馮興田，王 平，胡慧慧

(中國石油大學(xué)(華東)信息與控制工程學(xué)院，山東青島 266580)

“直流調(diào)速系統(tǒng)”課程是電氣工程專業(yè)的必修課程，也是自動(dòng)化和機(jī)電一體化等專業(yè)的重要選修課程。該課程承上啟下，既是“電機(jī)拖動(dòng)”、“電力電子技術(shù)”和“自動(dòng)控制原理”等課程的綜合應(yīng)用，又是“交流調(diào)速系統(tǒng)”和“電動(dòng)鉆機(jī)控制”等課程的基礎(chǔ)［1，2］。本文針對(duì)該課程的特點(diǎn)和教學(xué)現(xiàn)狀，提出了課程改革與實(shí)踐的措施方法。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀

控制部分的應(yīng)用。我院課程組針對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，編寫了直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，開設(shè)了直流調(diào)速系統(tǒng)的基本實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)開發(fā)現(xiàn)有設(shè)備，增設(shè)了基于PWM控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)以及部分設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)。

由于該課程知識(shí)綜臺(tái)性強(qiáng)，工程應(yīng)用性強(qiáng)，學(xué)生中出現(xiàn)了厭學(xué)厭考等不良情緒，制約了這些學(xué)生的綜合能力培養(yǎng)。我們認(rèn)為，只有開展教學(xué)研究，進(jìn)行課程教學(xué)改革，才能提高教學(xué)效果。

我?！爸绷髡{(diào)速系統(tǒng)”課程配套采用文獻(xiàn)［3］作為教材。該教材第4版入選普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材，重點(diǎn)突出了全控器件和數(shù)字

2 課程改革理念

“直流調(diào)速系統(tǒng)”課程集控制理論、控制規(guī)律、工程設(shè)計(jì)、仿真分析和實(shí)踐實(shí)驗(yàn)為一體，高度強(qiáng)調(diào)理論和實(shí)際的結(jié)合。我們提出“以工程設(shè)計(jì)學(xué)理論、以模型仿真促實(shí)踐、以科研案例析應(yīng)用”的課程改革思路，培養(yǎng)學(xué)生的理論分析能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和科研創(chuàng)新能力。

(1)以工程設(shè)計(jì)學(xué)理論

我們主要是針對(duì)課程第二章“轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)”中介紹的工程設(shè)計(jì)方法，根據(jù)實(shí)際工程設(shè)計(jì)的需要和指標(biāo)，結(jié)合各種系統(tǒng)的特點(diǎn)和適用范圍等，選擇系統(tǒng)的類型，確定相關(guān)參數(shù)。我們?cè)谡麄€(gè)設(shè)計(jì)過程中，融合了系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)、指標(biāo)分析、參數(shù)分析和控制規(guī)律等多方面的理論知識(shí)。學(xué)生進(jìn)行實(shí)際工程問題的設(shè)計(jì)，完成設(shè)計(jì)報(bào)告或者大作業(yè)的同時(shí)，掌握與之相關(guān)的理論知識(shí)，將工程應(yīng)用中最適用的工程設(shè)計(jì)法與相關(guān)理論知識(shí)融會(huì)貫通。

(2)以模型仿真促實(shí)踐

我們將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引入到課程理論教學(xué)或?qū)嶒?yàn)教學(xué)中，在計(jì)算機(jī)上搭建仿真模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)［4，5］。在仿真環(huán)境下反復(fù)修改參數(shù)，觀察仿真結(jié)果和效果，確定相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，再通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證性分析;學(xué)生通過仿真軟件實(shí)現(xiàn)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，從解決工程設(shè)計(jì)、仿真分析到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)際工程問題;他們可以在課下進(jìn)行大量的仿真練習(xí)工作，既可以解決實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)較少的問題，又可熟悉仿真技術(shù)在工程實(shí)踐應(yīng)用中發(fā)揮的作用。

(3)以科研案例析應(yīng)用

教師結(jié)合自己的實(shí)際科研項(xiàng)目以及行業(yè)應(yīng)用較為成熟的直流調(diào)速系統(tǒng)案例，介紹典型的直流調(diào)速系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)中的實(shí)際應(yīng)用，通過分析直流調(diào)速系統(tǒng)的各種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、指標(biāo)需求、工作原理以及適用范圍等。學(xué)生在認(rèn)識(shí)到課程學(xué)習(xí)應(yīng)用背景的同時(shí)，自己查閱資料，調(diào)研有關(guān)直流調(diào)速系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，開展對(duì)于直流調(diào)速系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)等問題的研討。

3 改革實(shí)施方案

3.1 教學(xué)內(nèi)容改革

本課程重點(diǎn)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)廣泛采用的數(shù)字控制系統(tǒng)，進(jìn)行相關(guān)的原理與應(yīng)用、控制規(guī)律和實(shí)現(xiàn)方法的分析。

(1)我們安排基礎(chǔ)理論知識(shí)的內(nèi)容，包括直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源、基本的直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理等，占課程內(nèi)容的35%左右;

(2)基于工程設(shè)計(jì)的方法，重點(diǎn)針對(duì)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)，通過理論分析、建立仿真模型進(jìn)行系統(tǒng)仿真分析、實(shí)驗(yàn)調(diào)試驗(yàn)證等過程，讓學(xué)生掌握一個(gè)實(shí)際的直流調(diào)速系統(tǒng)從設(shè)計(jì)開發(fā)到實(shí)際應(yīng)用的完整的研究過程，再根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果加強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和理解，這部分占課程內(nèi)容的25%左右;

(3)我們針對(duì)現(xiàn)在發(fā)展較快的計(jì)算機(jī)控制，引入數(shù)字的測(cè)速方法、數(shù)字控制方法，延用工程設(shè)計(jì)、建模仿真以及實(shí)驗(yàn)分析的研究思路，完成直流調(diào)速系統(tǒng)從模擬控制到數(shù)字控制(特別是PWM數(shù)字控制直流調(diào)速系統(tǒng))的升級(jí)開發(fā)學(xué)習(xí)，這部分占課程內(nèi)容的25%左右;

(4)我們結(jié)合科研經(jīng)歷，分析直流調(diào)速系統(tǒng)在電動(dòng)鉆機(jī)等工程實(shí)踐的中應(yīng)用。同時(shí)針對(duì)一些新興的科研產(chǎn)業(yè)，如電動(dòng)汽車和飛輪儲(chǔ)能等，研討直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，并要求學(xué)生查閱相關(guān)資料，完成相應(yīng)的科研報(bào)告，這部分占課程內(nèi)容的15%左右。

3.2 教學(xué)方法改革

針對(duì)調(diào)整后的教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)工程應(yīng)用實(shí)踐、重視仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。理論課堂可融合小班課堂模式和研究生課堂模式，加強(qiáng)師生之間的互動(dòng);將習(xí)題和例題的講解穿插在課堂中，并進(jìn)行相應(yīng)的課堂練習(xí)，兩者結(jié)合，讓學(xué)生及時(shí)掌握所學(xué)內(nèi)容;每章內(nèi)容結(jié)束后，教師提出綜合應(yīng)用問題或者實(shí)際工程問題留給學(xué)生課下解決，并要求上交分析解決方案報(bào)告;引入Matlab仿真軟件，搭建直流調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)例仿真模型，配合理論和實(shí)踐教學(xué)，加強(qiáng)學(xué)生感性認(rèn)識(shí);結(jié)合科研項(xiàng)目，研討課程知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)，讓學(xué)生調(diào)研相應(yīng)的內(nèi)容，促進(jìn)理論實(shí)踐的結(jié)合。

3.3 考核方法改革

我們采取綜合考核的方式，提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐、探索鉆研的意識(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生知識(shí)、能力和素質(zhì)的綜合測(cè)評(píng)?？荚嚦煽兊脑u(píng)定主要分為:①針對(duì)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)以及仿真分析的大作業(yè)占總成績的20%;②提交一份針對(duì)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)的調(diào)研報(bào)告，并進(jìn)行調(diào)研答辯，占總成績的20%;③綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的分析以及參與教師的科研項(xiàng)目并有所成果，占總成績的20%;④基礎(chǔ)理論的閉卷考試占總成績的40%。

4 結(jié)語

我們通過“直流調(diào)速系統(tǒng)”課程的教學(xué)改革，在2010級(jí)電氣專業(yè)進(jìn)行試點(diǎn)，取得了以下效果。

(1)完善了課程的教學(xué)資料:包括授課計(jì)劃、教案、分析報(bào)告、學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)作品和仿真教學(xué)設(shè)計(jì)等資料以及課堂習(xí)題、工程設(shè)計(jì)問題和仿真實(shí)訓(xùn)課題等研討課題集。

(2)調(diào)動(dòng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，讓學(xué)生參與科研項(xiàng)目。

(3)增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，他們初步掌握了直流調(diào)速系統(tǒng)開發(fā)研究的一系列過程。

(4)提高了學(xué)生的寫作能力;

(5)避免了期末突擊復(fù)習(xí)考試的現(xiàn)象。

［1］ 李新德，郝立，孟正大等.電力拖動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程教學(xué)方法探討［J］.南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31(6):94-95.

［2］ 楊青，黨選舉，趙學(xué)軍.“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”課程建設(shè)的改革與實(shí)踐［J］.北京:中國電力教育，2013，(2):76.

［3］ 陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［4］ 洪乃剛.電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的Matlab仿真［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［5］ 張敬南.電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的仿真教學(xué)［J］.南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32(4):110-112.