基于卓越工程師教育培養計劃的“運動控制系統”教學改革探索與實踐

摘 要：本文從培養卓越工程師的需求出發，對運動控制系統課程的教學改革進行探索。課堂教學采用以學生為主，以問題為導向的探究式教學模式，同時課堂教學和實驗、課程設計教學實踐環節相呼應，為畢業設計打下基礎。

關鍵詞：運動控制系統； 教學模式； 工程師培養； 工程應用性； MATLAB仿真

中圖分類號： G642.44 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2012）08-132-001

教育部提出的“卓越工程師培養計劃”是我國高等教育中長期發展規劃中的一個重要計劃，通過教育和行業、高校和企業的密切合作，以實際工程為背景，以工程技術為主線，使學生在走出校門后，具有分析問題、解決問題、將好的設想和概念轉化為現實的能力[1]。而現行的教學方法，在培養高素質綜合能力人才方面，還有著種種的不足，高校教育內容及方式方法的改革勢在必行。

運動控制系統是自動化專業的一門核心專業課程。該課程集電機及拖動基礎、檢測技術、電力電子技術、自動控制原理和計算機控制技術等課程相關基礎知識于一體，課程的理論性和實踐性都非常強，因此課程的教學難度較大，學生理解和接受知識困難多，不能很好地掌握和進行實際系統的設計，所以有必要從教學理念、教學內容、教學方式等方面進行改革，達到學以致用解決實際問題的目的。

一、課堂上建立探究式的教學模式

課堂教學由單純的教師講授方式轉化為以問題為導向的探究式、討論式的教學模式。講課中教師始終以學生為主體，激發學生學習的主動性。課程講授方式貫徹由淺入深、循序漸進的原則，如講矢量控制系統，首先給出靜止三相坐標系下異步電動機的動態數學模型，讓學生思考如何轉化為直流電動機物理模型，提出解決方法，引出坐標變換的方法。引導學生推導同步旋轉坐標系下異步電動機的動態數學模型，引出矢量控制系統原理。建立矢量控制系統結構，通過仿真實驗分析系統性能。使學生不斷的思考，思維緊緊跟著課程內容進行，參與到教師的講課中。

二、理論教學內容和教學方法的組織

1.合理安排與更新教學內容

隨著交流調速技術在實際中廣泛的應用，交流調速有取代直流調速的發展趨勢。因此，在教學安排上，交流調速內容應占主導地位，在學時上應占課程的60％以上。課程教學內容改革不僅要淘汰陳舊落后的調速方法，還要適當補充新的內容。例如在交流調速中，轉差功率消耗型系統只做簡要介紹，重點介紹高性能的異步電動機矢量控制和直接轉矩控制系統。

2.多媒體教學和板書教學相結合的教學手段

利用多媒體教學手段，一方面可加大課堂信息量，節省課堂現場畫圖時間。另一方面也可從網上下載實際案例的彩色實物圖片和原理圖進行講解[2]，使“運動控制系統”的抽象概念和復雜過程形象化，采用動畫技術可以生動地將概念和復雜過程講清楚。但多媒體課件在需要回顧前面內容時不太方便，這時可用板書來彌補，將一些關鍵公式寫在黑板上，與課件上內容相結合，有助于學生抓住重點、更好地銜接新內容。

3.充分發揮Matlab在教學中的作用

將Matlab/Simulink仿真軟件引入教學活動中，可增強教學效果。仿真實驗尤其是用于交流調速系統可起到事半功倍效果，如矢量變換仿真、轉差頻率控制的矢量控制系統仿真和直接轉矩控制系統仿真等，使學生對交流調速系統變頻控制內容感到不再抽象，容易理解。

三、實踐教學環節的探索

運動控制系統課程的實驗教學環節包括實驗教學、課程設計和畢業設計。實驗教學有助于增進學生對理論的理解。但是傳統的實驗多是驗證性的，為提高學生的創新能力，應引進開放實驗設備，適當增加綜合設計性實驗，培養學生動手能力和工程實踐能力。課程設計環節彌補了理論教學和實驗教學在系統設計方面的不足，使學生初步體驗運動控制系統的設計過程。課程設計的題目可有兩個方向：(1)分析設計：根據控制對象模型和性能指標要求進行方案確定、原理電路設計、元器件參數計算和選擇、控制電路圖等[3]，提高學生運用理論知識解決實際問題的能力；(2)仿真驗證：如交流調速系統的矢量控制和直接轉矩控制，建立仿真模型對控制算法進行仿真，加深對SVPWM控制技術和坐標變換的理解，提高學生計算機仿真能力。

畢業設計環節要求學生綜合運用本專業各課程的理論知識，通過查閱有關文獻，確定設計中計算機類型，選擇轉速、電流傳感器，設計數字PI調節器，完成調速系統硬件電路設計及元器件選型。在實驗室對調速系統關鍵部分進行調試，編制出調速系統程序并調試通過，最終獨立設計出一個符合實際生產需要的調速系統。注重校企合作，教師和企業工程師聯合指導畢業設計，與實際緊密結合，為工程應用性提供保障。

四、結語

運動控制系統課程涉及的專業基礎課多、綜合性強，實驗教學手段落后等實際情況，導致教與學的難度較大，本文針對傳統的教學模式存在的問題，在課程教學模式、課程內容、教學實踐環節、教學方法等方面做了一些探索，提出了一些有益的方法。

參考文獻：

[1]盧秉娟.運動控制系統課程教學突出工程實際應用性研究，洛陽理工學院學報（自然科學版）第21卷，第3期，2011年9月，pp88-90

[2]倪超，鄒紅艷.運動控制系統課程實驗教學改革探索，科技信息。2010年第31期，pp25

[3]鮑建宇，劉毅華，崔家林.運動控制課程群的實踐教學改革研究，合肥工業大學學報(社會科學版)第24卷第l期2010年2月pp113-115