電力拖動自動控制系統課程設計探索

摘要：主要探討了“電力拖動自動控制系統課程設計”在自動化專業教學中的地位，分析了該實踐教學環節對前面先修專業課程的總結以及對后面畢業設計環節的推進作用。該課程設計環節是電力電子技術和運動控制系統課程的后續實踐環節，可以鞏固和夯實本專業的主要電類課程理論基礎，優化專業知識結構。同時可以培養學生的綜合分析能力和設計能力，為畢業設計做好準備，對培養高素質的自動化專業人才起到積極的作用。

關鍵詞：課程設計；電力電子技術；運動控制系統；畢業設計

中圖分類號：G642.0#8195；#8195；#8195；#8195；#8195；文獻標識碼：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課程設計”是自動化專業主要專業課“電力電子技術”和“運動控制系統”的后續實踐性教學環節，是必修集中實踐教學環節。本課程設計可以幫助學生完成從專業理論到工程實踐的認識過程，是培養學生綜合運用“電力電子技術”和“運動控制系統”的有關理論和技術知識解決實際問題，進一步提高直流調速系統設計、參數計算、繪圖、元器件選型和查閱參考資料等能力的重要環節。

該課程設計在自動化專業教學中具有重要的地位和作用，通過課程設計，使學生進一步掌握運動控制系統設計的基本原理和基本的工程設計方法，使學生全面熟悉運動控制系統的主要內容和設計步驟，正確地選擇運動控制系統中的設備型號和控制、保護裝置，為今后從事本專業工作奠定基礎。

一、課程設計的主要內容和要求

針對長春工程學院（以下簡稱“我校”）對自動化專業的人才培養方案和課程建設的要求，電力拖動自動控制系統課程設計的題目選為“晶閘管控制直流電動機調速系統設計”。根據給定的四組不同功率的直流他勵電動機數據，將全班同學分為四個小組。設計要求的主要技術指標包括系統的調速范圍、電流和轉速超調量以及控制系統的相關技術參數。各組同學根據給定的要求和技術指標分別設計和計算直流調速系統的主電路、控制電路、觸發電路、保護電路和反饋電路，最后完成晶閘管—直流電動機調速系統的整體設計。

通過課程設計，學生能夠查閱資料，進行總體方案論證和確定，如圖1所示。熟悉所用的有關器件的功能，明確各電路參數的計算及元器件的選擇，繪制整體硬件電路連接圖。

二、課程設計與電力電子技術

“電力電子技術”課程是自動化專業非常重要的專業基礎課，該課程理論抽象、概念多、內容雜。教學內容里面的電力電子器件、基本整流電路、觸發電路是該課程的重點部分，也是后續電類專業課程的重要基礎。晶閘管控制直流電動機調速系統的主電路部分即整流電路環節，完全就是“電力電子技術”課程的應用和延伸。根據電動機所帶負載功率大小要求，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。然后學生再根據所選擇的具體電路形式進行參數計算和器件選擇，包括變壓器、晶閘管、保護電路、平波電抗器以及觸發電路。例如電動機功率如果是55kw，則主電路需要選擇三相橋式整流電路，觸發電路則選擇六脈沖的集成觸發電路，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”課程與“電力拖動自動控制系統課程設計”之間是緊密相連、相輔相成的。“電力電子技術”不僅是運動控制系統的先修課程，對該課程設計也具有非常重要的前導作用，而通過課程設計學生也能夯實課程里的理論知識，提高理論聯系實踐的能力。

三、課程設計與運動控制系統

“運動控制系統”課程是一門綜合性教強，覆蓋面大，內容更新快，理論與實際緊密結合的課程，綜合了電機拖動、模擬電子技術、自動控制原理、電力電子技術等課程的相關基礎知識，課程在工業現場的實際應用非常廣泛。其中直流調速系統部分是該課程的基礎和重點內容，主要講授轉速電流雙閉環直流調速系統的構成、轉速調節器（ASR）和電流調節器（ACR）的選擇計算、轉速反饋和電流反饋環節的選擇等內容。該課程設計的控制電路部分即轉速電流調節器環節，是“運動控制系統”課程的應用和延伸。學生可以根據給定的無靜差技術要求，選擇調節器為PI（比例-微分）形式。外環轉速反饋采用測速發電機，內環電流反饋采用交流互感器。

長春工程學院自動化專業的該課程設計環節在第七學期，而在上一學期剛剛結束運動控制系統課程的學習，所以兩者不僅在內容上相互承接，在時間上也具有一定的連貫性。通過課程設計學生能加深理解理論知識，對以后深入企業工作具有一定的作用。

四、課程設計與畢業設計

電力拖動自動控制系統課程設計即將結束的時候，自動化專業的畢業設計也拉開序幕。畢業設計是自動化專業本科培養復合型、創造性人才的重要過程，是培養學生綜合應用所學基礎知識、專門知識進行實踐的重要環節。針對這一特點，筆者主要從以下幾個方面對課程設計進行要求和規范，與畢業設計相銜接。

1.多種途徑獲取文獻，做好準備工作

要求學生大量查閱相關文獻，充分利用圖書館、知網、谷歌學術、百度等多種獲取資料的方式。學會整理并篩選與自己課程設計相關的文獻，做好課程設計的準備工作。為畢業設計的文獻閱讀和開題報告做好準備。

2.規范課程設計書寫格式

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

3.規范圖形和參數

要求學生在方案論證環節利用Word或Visio繪制系統總體框圖，同時能夠根據自己的設計利用Protel或DXP繪圖軟件繪制出完整的系統原理圖，系統原理圖上的每個元器件必須標有參數。元器件的型號和參數要有依據，器件、芯片可查閱相關手冊，也可以網上查詢。這部分內容也是自動化專業學生畢業設計論文的必要部分，所以規范課程設計實際上是縮小版的畢業設計。

五、課程設計的改革設想

目前我校自動化專業電力拖動自動控制系統課程設計環節存在設計周期短、設計內容較單一等問題，課題組成員經過研究準備除了增加一定的學時，還從以下方面進行改革設想。

1.增加實踐調試環節

由于學時和設備有限，目前課程設計主要是理論設計環節，沒有到實驗室進行調試，這樣不免脫離實踐。后面的學科改革中筆者計劃在設計任務中加入調試環節，讓學生走入實驗室，利用運動控制系統綜合實驗臺對設計的內容進行現場調試，同時也能提高學生的實驗動手能力。

2.與MATLAB仿真結合

利用MATLAB下的Simulink軟件進行系統仿真是十分簡單和直觀的，學生可以用圖形化的方法直接建立仿真系統模型，利用菜單欄啟動仿真過程，同時將結果顯示在示波器上。在設計任務中加入仿真環節，不會占用太多時間，學生在自己電腦上就可以完成，并且能讓學生更直觀地理解整個系統的結構和工作過程。

六、結束語

主要總結了電力拖動自動控制系統課程設計環節在自動化專業教學中的地位和作用，探討了該課程設計與電力電子技術、運動控制系統、畢業設計等課程和實踐的關系。通過課程設計夯實了學生專業理論基礎，提高了學生的創新能力和應用能力，對提升自動化專業人才培養水平起到了一定的作用。

參考文獻：

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[2]高林，陳鋒軍.電力電子技術與運動控制系統課程的優化整合[J].中國現代教育裝備，2011，（13）：71-73.

[3]高林，韓寧，劉文定.運動控制系統課程與畢業設計[J].中國林業教育，2009，（1）：12-14.

（責任編輯：王意琴）