基于MATLAB仿真技術(shù)的項(xiàng)目化教學(xué)應(yīng)用*

周雪會(huì)

（廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣西 南寧 530001）

一、項(xiàng)目教學(xué)法的可行性分析

為了更新教育理念，創(chuàng)新教學(xué)方法，為學(xué)生提供更加有效的學(xué)習(xí)環(huán)境，本課題在《電力電子技術(shù)》課程中引入了項(xiàng)目化教學(xué)法[1]。項(xiàng)目教學(xué)法是一種以學(xué)生為主教師為輔的教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在教學(xué)中的主觀能動(dòng)作用，教師和學(xué)生之間是一種互動(dòng)式的教學(xué)形式；通過老師的引導(dǎo)讓學(xué)生通過自己的探索獲取理論知識，這樣更激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)；同時(shí)項(xiàng)目教學(xué)法在很大程度上提高了學(xué)生的參與程度，教師在授課過程中，借助多媒體和仿真軟件等學(xué)習(xí)載體使教學(xué)內(nèi)容更加活潑和豐富，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過項(xiàng)目化教學(xué)，學(xué)生的主體作用得到了充分發(fā)揮，求知欲得到了激發(fā)；同時(shí)，有效地提高了學(xué)生的專業(yè)能力、社會(huì)能力和素質(zhì)能力，提高了學(xué)生的知識轉(zhuǎn)化能力和動(dòng)手操作能力，鍛煉了他們自主分析問題和解決問題的能力，發(fā)展和培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，為他們下一階段的畢業(yè)設(shè)計(jì)以及就業(yè)、創(chuàng)業(yè)奠定了良好基礎(chǔ)，教學(xué)效果顯著。

二、MATLAB仿真技術(shù)在項(xiàng)目化教學(xué)中的優(yōu)勢

在電力電子這門課程的教學(xué)過程中，我們引入了MATLAB仿真軟件技術(shù)，在教學(xué)中采用仿真教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的方法，變枯燥的理論教學(xué)為靈活的項(xiàng)目一體化教學(xué)，能有效地提高學(xué)生對系統(tǒng)模型的理解，提高學(xué)習(xí)的興趣，提升教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)專業(yè)教學(xué)改革與創(chuàng)新[2]。

教師在課程準(zhǔn)備過程中，利用MATLAB軟件的Simulink搭建電力電子仿真電路，可以對工作過程及原理進(jìn)行模擬演示，直觀方便的展現(xiàn)運(yùn)動(dòng)過程，最主要的是還可以在演示過程中邊發(fā)現(xiàn)問題邊修改。這樣就有效解決了傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式枯燥，抽象不易理解的尷尬局面，提升了學(xué)生對該課程知識的理解程度，加深了學(xué)習(xí)印象，提升了學(xué)習(xí)興趣。

三、MATLAB仿真技術(shù)在電力電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

本文以同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)控制仿真為例進(jìn)行實(shí)踐案例設(shè)計(jì)，搭建了仿真模型并給出仿真結(jié)果。

（一）構(gòu)建仿真模型。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及并網(wǎng)控制仿真系統(tǒng)共有四個(gè)部分組成，分別是永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)、升壓斬波、DC-AC并網(wǎng)逆變器和不可控整流器。我們將根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行的2.5MW直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)參數(shù)，對該系統(tǒng)中的逆變模塊進(jìn)行仿真研究。并網(wǎng)逆變器仿真指的是主要研究在給定輸入直流電壓后，該系統(tǒng)并網(wǎng)逆變部分對應(yīng)的輸出電壓-電流特性，從而得出帶三相負(fù)載的逆變器離網(wǎng)運(yùn)行特性[3]。仿真模型如圖1所示：

圖1 并網(wǎng)逆變器仿真模型

（二）仿真電路參數(shù)。發(fā)電機(jī)額定參數(shù)：功率2750kW，頻率16Hz，電壓700V，功率因數(shù)0.95，電流2270A，電阻R＝5.97m-Ohm，速度 16rpm，電感 Ld=Lq=1.0757mH，極對數(shù) 2p＝120。

（三）仿真結(jié)果。本文通過對并網(wǎng)控制系統(tǒng)逆變模塊進(jìn)行MATLAB仿真研究，得出了永磁同步發(fā)電機(jī)在16rpm的速度驅(qū)動(dòng)下，其并網(wǎng)逆變器的電壓-電流輸出特性，仿真波形見圖2。從圖中我們可以清晰的看出，逆變器輸出電壓在濾波前為脈沖調(diào)制波形，經(jīng)部分濾波后，調(diào)整為正弦波電壓；同理，當(dāng)經(jīng)過一定的濾波作用，并取得合適的電阻值時(shí)，逆變器輸出電流也能調(diào)整為正弦波。

圖2 并網(wǎng)逆變器輸出波形（電壓、電流）

此案例的仿真結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的效果。利用仿真模型，教師可以直觀展示各種參數(shù)變化對電路圖波形的影響，能使學(xué)生直觀的觀察電路關(guān)鍵點(diǎn)和整個(gè)工作過程的參數(shù)變化和演變經(jīng)過，學(xué)生改變器件參數(shù)值，可以自己對比分析不同參數(shù)設(shè)計(jì)下的仿真結(jié)果，能在仿真過程中發(fā)現(xiàn)問題，提出問題并解決問題，從而可以讓學(xué)生可以更深入直觀地理解“電力電子技術(shù)技術(shù)”這門課程。這種交互性非常適合于高校相關(guān)課程的教學(xué)科研，學(xué)生通過這種交互性加強(qiáng)對理論知識的理解和掌握，也可以用來完成實(shí)驗(yàn)和作業(yè)[4]。

本文通過對電力電子技術(shù)課程的授課方法和教學(xué)模式的探討，將MATLAB技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)中，提出了電力電子技術(shù)理論教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合的項(xiàng)目化教學(xué)模式，取代了傳統(tǒng)的教師為主的理論授課方式，讓學(xué)生在更加靈活的教學(xué)過程中占據(jù)學(xué)習(xí)的主導(dǎo)地位，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)手段和教學(xué)方法的創(chuàng)新。MATLAB教學(xué)軟件使教和學(xué)都變得直觀生動(dòng)、簡單易懂，學(xué)生理解新知識不再靠抽象的想象，而是能通過仿真波形觀察電路運(yùn)行動(dòng)向，結(jié)合理論知識，可更好的理解含義。因此對于電力電子技術(shù)這類較枯燥的專業(yè)基礎(chǔ)課程，引入MATLAB仿真技術(shù)對于改善整個(gè)課程的教學(xué)質(zhì)量會(huì)有很大的推動(dòng)作用。