“電氣傳動控制系統”課程教學方法探討

摘要：在分析“電氣傳動控制系統”具有理論性強、系統集成程度高及專業性和實踐性都非常強的基礎上，針對學生普遍存在理論知識和實踐應用脫節的問題，重點從課程的教學方法上加以探討和改進。提出以實踐設計為導向，結合理論分析和系統仿真，最后進行實際實驗為脈絡的教學方法改革方案，以進一步提高課程的教學水平，使課程教學變得形象直觀，提高學生的學習積極性和學習效果。

關鍵詞：電氣傳動；系統仿真；實驗；教學方法改革

作者簡介：孫醒濤（1974-），男，天津人，天津工業大學電工電能新技術天津市重點實驗室，講師；蔡燕（1964-），女，天津人，天津工業大學電工電能新技術天津市重點實驗室，教授。（天津 300387）

基金項目：本文系普通高等學校本科教學質量與教學改革研究計劃（天津市重點項目）（項目編號：C03-0806）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）33-0099-02

“電氣傳動控制系統”是電氣工程與自動化專業的主要專業課程。這門專業課程內容涉及了本專業的多門基礎課和專業基礎課程，理論上比較抽象，偏重于自動控制原理和電機學，而在實踐應用上又需要學生有很強的動手能力，具有廣泛的應用背景。學好“電氣傳動控制系統”這門課程，無論是對學生以后的進一步學習深造還是就業，都具有很重要的意義。

“電氣傳動控制系統”理論性較強，如果在授課過程中，過分偏重于理論分析，學生會感到非常抽象，影響授課效果。而同時由于“電氣傳動控制系統”需要學生有較強的工程設計與調試能力，因此在課程教學中需要安排比較多的實驗教學內容，以加強學生對調速系統理論的學習效果和對實際應用的體會。但是實驗室的實驗條件與實際工業生產有很大的區別，企業又不愿接收學生實習，實習教學的效果難以令人滿意。而且目前各學校的實驗大部分是采用教學儀器生產廠家生產的教學實驗臺，一般都提供很詳細的實驗指導書，如果能嚴格按照實驗指導書來調試，一般都可以達到較好的實驗效果。但是也有很明顯的缺點，大多學生只是按照實驗指導書一步步連線和調試，嚴重限制了學生的自我學習和主動動手能力，不便于鍛煉學生發現問題，也不利于培養學生主動解決問題的能力。

如何更好地提高“電氣傳動控制系統”的教學和實驗效果，把理論分析和實踐應用能夠較好地結合起來，是目前需要解決的問題。經過反復探討和在實際中檢驗，在師資隊伍配置、課程理論部分講授和實驗內容、方式上進行了一些嘗試。在師資隊伍上更注重教師的科研能力和實際工程檢驗；在授課上以電氣傳動在紡織機械上的具體應用為實踐背景，結合實際工業需要，以實際應用為目標引導學生如何從理論分析到實際設計；在實驗設計上，除了傳統的電氣傳動控制實驗外，同時與紡織自動化實驗室聯合開展紡織機自控系統的相關實驗，進一步提高學生的實踐能力。

一、“電氣傳動控制系統”教學結構和教師隊伍的優化

目前的電氣傳動自動控制系統實驗，多采用廠家生產的定型的電氣傳動控制教學試驗臺，試驗臺以模擬-數字電路為主，控制方式相對現在技術發展和實際應用有較大的差距。學生對控制原理缺乏清晰的認識，只是簡單地按照步驟連線，觀察實驗結果，但是對實驗出現的各種現象和問題缺乏深入的分析，不利于學生的創新性能力的培養。創新能力培養的關鍵在于學生自主意識的復蘇和升華。因此，在授課和實驗內容上應以實際工程需要為引導，圍繞自動紡織機械的需要，以分批整經機的電氣控制系統設計為例，要滿足染色用經軸的生產要求以達到比較完美的圓整弧度、卷繞過程中沒有斷頭并且能夠確保得到要求的卷繞密度，這就需要在轉速控制、壓力控制上達到精確的定長控制。在設計上涉及到直流調速、交流異步電動機調速以及矢量控制等內容，與“電氣傳動控制系統”的授課內容基本相符，這樣從理論分析到電路設計上與實際緊密結合，使學生擺脫沒有目標的枯燥理論學習，貼近于實踐應用，更容易激發學生的學習興趣和學習動力。

為了從教師層面上提高課程的教學效果，“電氣傳動控制系統”課程組的主講教師一般都承擔國家和天津市相關的科研項目，而且與企業有緊密的合作，通過科研工作提高自己的學術水平。授課教師均具有很強的動手能力和實際工程項目設計能力，參與過自動紡織機械控制系統的開發與調試工作，并一直保持與生產企業的合作，對目前的自動控制技術的發展和新型自動紡織機械有清晰的了解，能夠根據實際生產和技術需要不斷地對授課內容和實驗內容進行改進。

為了培養學生的創新能力和實踐動手能力，有科研能力的教師和團隊在大二和大三的學生中選擇部分學生參加實際科研項目，雙方進行雙向選擇，以科研促進學生的學習熱情，同時提高學生的科研動手能力。積極鼓勵學生參加電動車等自動控制類電子競賽，并在全國比賽和天津市比賽中取得了優異的成績，獲得了多項一等獎和特等獎。

二、“電氣傳動控制系統”實驗平臺的建設

本課程設計的專業知識非常廣泛，模擬和數字電子基礎、自動控制原理、微機原理、C語言、單片機原理等，如果只依靠傳統教學模式，依靠黑板和書本，授課內容和知識量很有限。方法一是合理使用多媒體教學，同時可以利用電力拖動實際應用系統的工作和講解錄像以及現場實物參觀和實驗演示。采用虛擬仿真和實踐實驗相結合的方式，在實驗同時可以直觀地觀察到實驗過程中各種電氣參數的變化曲線，對系統性能的變化規律有直觀的認識。例如，在講解直流調速單閉環和雙閉環調節時，可以用Simulink搭建直流電機閉環驅動系統。這樣在采用工程設計方法設計雙閉環控制系統的調節器時，可以在Simulink搭建的模型上演示選擇不同調節器結構和參數對電機轉速的靜態和動態特性的影響。

方法二是利用天津工業大學（以下簡稱“我校”）剛批準成立的天津市重點實驗室電工電能新技術實驗中心現有和擬擴建的專業實驗室。現在本實驗中心已具備電工電子綜合實驗室、電力電子與電機控制實驗室、電機控制與拖動實驗室、電力系統與繼電保護實驗室和開關電器技術實驗室等幾個實驗室。現有儀器設備1100臺件，總值650余萬元，實驗室12間，總面積800余平方米，新校區實驗中心面積達2000m2。該實驗室的建成既有助于我校本科生對電氣學科課程體系的理解，又有助于新開設的電力系統前沿問題研究、智能化電氣設備、電力電子新技術及控制等課程的實驗開展。新開設的實驗將體現綜合性、設計性、創新性，改變了傳統的單一、以演示和驗證為主的驗證型實驗模式，可培養學生的動手能力與創新能力。電機控制與拖動實驗室引進了一批新的，同時更注重學生科研動手能力培養的更加先進的設備。如ACM大功率三相交流異步電機實驗系統、直流電動機變頻調速系統等，采用最新的基于DSP的矢量控制系統，采用虛擬仿真技術可以直觀地在計算機上觀察實驗波形，并可以在線對調速系統參數進行修改并觀察實驗電流、電壓、轉速、轉矩等參數的波形的變化，有利于學生進一步深入學習和對理論的掌握。此外，實驗中心還重新編寫了《電氣傳動控制系統實驗指導書》和《實驗預習報告的要求》等實驗教學管理文件及制度。

方法三是利用我校傳統的紡織方面的強項，通過與紡織自動化實驗室合作，開展一系列有關整經機的電氣控制系統實驗。實驗包括壓輥壓力控制、經軸傳動主電機三相異步電動機控制、永磁同步電動機的交流伺服系統等，涉及到直流調速、交流異步調速和交流同步調速、電機可逆控制、矢量控制等相關內容，通過更貼近于生產實踐的實驗，有利于學生能將所學的理論知識與實際需要相結合，并了解現代企業生產的實際需求。

考慮到“電氣傳動控制系統”的課時限制，而實驗內容又需要很多課時的要求，專門開設了“電氣傳動綜合實驗”，在課程內容講授結束以后，集中安排兩周時間專門讓學生做綜合性的電氣傳動控制實驗。通過集中系統的、有步驟且時間較長的實驗，進一步使學生所掌握的知識系統化、實踐化，提高學生的動手能力并拓展思維。

考慮到學生的興趣和能力的不同，除了開設驗證性實驗外，還為有興趣和具備一定專業能力的學生精心設計開發了多個綜合型實驗。針對“電氣傳動控制系統”課程實踐性強的特點，充分利用重點實驗室在時間和空間上的便利，專門為學生設立了創新實驗室。同時建立了多個興趣小組，由不同專長的老師負責，針對不同的方向，設計了不同的實驗，實驗部分內容需要學生自己去設計和完成。

三、結語

“電氣傳動控制系統”是電氣工程與自動化專業重要的核心專業課程，理論性和實踐性都非常強，而且對于學生的綜合應用能力有很高的要求。如果照本宣科，照搬教材，不但學生缺乏學習興趣而且學習效果很不好。針對這門課程實踐性強、技術發展迅速的特點，在師資隊伍配置和課程與實驗內容安排上，以實際工業生產需要為引導，同時注重基礎理論的掌握和應用，以提高學生的綜合學習能力為目的。特別是電子競賽、創新興趣小組的建設，開設綜合性實驗以及實驗室提供的便利的實驗條件，更進一步促進了學生學習的熱情和課程的教學效果。

參考文獻：

[1]王超，遲耀丹，王蓉暉，等.從大學生電子設計競賽談高校青年教師實踐能力的培養[J].吉林師范大學學報（自然科學版），2008，（2）：117-119.

[2]孫新柱，陳躍東.電力拖動控制系統課程教學改革探索[J].信息科技，2009，（5）：7-8.

[3]高林，韓寧，劉文定，等.運動控制系統課程多環節教學模式的探討[J].中國現代教育裝備，2008，（7）：78-79.

[4]許玉格，羅飛.《運動控制系統》精品課程建設與雙語教學的探討[J].教育理論與實踐，2007，（27）：123-124.

[5]厲虹，張巧杰，祁鯤.以創新能力培養為目標的“電機與拖動”教學改革研究[J].中國電力教育，2010，（4）：57-59.

[6]陳躍東，郎朗，孫新柱，等.《電力拖動控制系統》教學改革研究與實踐[J].寧波大學學報（教育科學版），2010，32（3）：98-101.