電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)探索

摘要：主要探討了“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”在自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)中的地位，分析了該實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)前面先修專業(yè)課程的總結(jié)以及對(duì)后面畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的推進(jìn)作用。該課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是電力電子技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程的后續(xù)實(shí)踐環(huán)節(jié)，可以鞏固和夯實(shí)本專業(yè)的主要電類課程理論基礎(chǔ)，優(yōu)化專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)。同時(shí)可以培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力和設(shè)計(jì)能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備，對(duì)培養(yǎng)高素質(zhì)的自動(dòng)化專業(yè)人才起到積極的作用。

關(guān)鍵詞：課程設(shè)計(jì)；電力電子技術(shù)；運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；畢業(yè)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642.0#8195；#8195；#8195；#8195；#8195；文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A#8195；#8195；#8195；#8195；#8195；文章編號(hào)：1007-0079（2014）18-0057-02

“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”是自動(dòng)化專業(yè)主要專業(yè)課“電力電子技術(shù)”和“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”的后續(xù)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是必修集中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。本課程設(shè)計(jì)可以幫助學(xué)生完成從專業(yè)理論到工程實(shí)踐的認(rèn)識(shí)過(guò)程，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用“電力電子技術(shù)”和“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”的有關(guān)理論和技術(shù)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，進(jìn)一步提高直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、繪圖、元器件選型和查閱參考資料等能力的重要環(huán)節(jié)。

該課程設(shè)計(jì)在自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)中具有重要的地位和作用，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生進(jìn)一步掌握運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理和基本的工程設(shè)計(jì)方法，使學(xué)生全面熟悉運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的主要內(nèi)容和設(shè)計(jì)步驟，正確地選擇運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的設(shè)備型號(hào)和控制、保護(hù)裝置，為今后從事本專業(yè)工作奠定基礎(chǔ)。

一、課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和要求

針對(duì)長(zhǎng)春工程學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱“我校”）對(duì)自動(dòng)化專業(yè)的人才培養(yǎng)方案和課程建設(shè)的要求，電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的題目選為“晶閘管控制直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)”。根據(jù)給定的四組不同功率的直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，將全班同學(xué)分為四個(gè)小組。設(shè)計(jì)要求的主要技術(shù)指標(biāo)包括系統(tǒng)的調(diào)速范圍、電流和轉(zhuǎn)速超調(diào)量以及控制系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)。各組同學(xué)根據(jù)給定的要求和技術(shù)指標(biāo)分別設(shè)計(jì)和計(jì)算直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路、控制電路、觸發(fā)電路、保護(hù)電路和反饋電路，最后完成晶閘管—直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。

通過(guò)課程設(shè)計(jì)，學(xué)生能夠查閱資料，進(jìn)行總體方案論證和確定，如圖1所示。熟悉所用的有關(guān)器件的功能，明確各電路參數(shù)的計(jì)算及元器件的選擇，繪制整體硬件電路連接圖。

二、課程設(shè)計(jì)與電力電子技術(shù)

“電力電子技術(shù)”課程是自動(dòng)化專業(yè)非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程理論抽象、概念多、內(nèi)容雜。教學(xué)內(nèi)容里面的電力電子器件、基本整流電路、觸發(fā)電路是該課程的重點(diǎn)部分，也是后續(xù)電類專業(yè)課程的重要基礎(chǔ)。晶閘管控制直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的主電路部分即整流電路環(huán)節(jié)，完全就是“電力電子技術(shù)”課程的應(yīng)用和延伸。根據(jù)電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)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(xué)生再根據(jù)所選擇的具體電路形式進(jìn)行參數(shù)計(jì)算和器件選擇，包括變壓器、晶閘管、保護(hù)電路、平波電抗器以及觸發(fā)電路。例如電動(dòng)機(jī)功率如果是55kw，則主電路需要選擇三相橋式整流電路，觸發(fā)電路則選擇六脈沖的集成觸發(fā)電路，通過(guò)計(jì)算電路的額定電流和額定電壓選擇晶閘管器件。

可見(jiàn)，“電力電子技術(shù)”課程與“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”之間是緊密相連、相輔相成的。“電力電子技術(shù)”不僅是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的先修課程，對(duì)該課程設(shè)計(jì)也具有非常重要的前導(dǎo)作用，而通過(guò)課程設(shè)計(jì)學(xué)生也能夯實(shí)課程里的理論知識(shí)，提高理論聯(lián)系實(shí)踐的能力。

三、課程設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”課程是一門綜合性教強(qiáng)，覆蓋面大，內(nèi)容更新快，理論與實(shí)際緊密結(jié)合的課程，綜合了電機(jī)拖動(dòng)、模擬電子技術(shù)、自動(dòng)控制原理、電力電子技術(shù)等課程的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，課程在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用非常廣泛。其中直流調(diào)速系統(tǒng)部分是該課程的基礎(chǔ)和重點(diǎn)內(nèi)容，主要講授轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）和電流調(diào)節(jié)器（ACR）的選擇計(jì)算、轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋環(huán)節(jié)的選擇等內(nèi)容。該課程設(shè)計(jì)的控制電路部分即轉(zhuǎn)速電流調(diào)節(jié)器環(huán)節(jié)，是“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”課程的應(yīng)用和延伸。學(xué)生可以根據(jù)給定的無(wú)靜差技術(shù)要求，選擇調(diào)節(jié)器為PI（比例-微分）形式。外環(huán)轉(zhuǎn)速反饋采用測(cè)速發(fā)電機(jī)，內(nèi)環(huán)電流反饋采用交流互感器。

長(zhǎng)春工程學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)的該課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)在第七學(xué)期，而在上一學(xué)期剛剛結(jié)束運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程的學(xué)習(xí)，所以兩者不僅在內(nèi)容上相互承接，在時(shí)間上也具有一定的連貫性。通過(guò)課程設(shè)計(jì)學(xué)生能加深理解理論知識(shí)，對(duì)以后深入企業(yè)工作具有一定的作用。

四、課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)

電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束的時(shí)候，自動(dòng)化專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)也拉開(kāi)序幕。畢業(yè)設(shè)計(jì)是自動(dòng)化專業(yè)本科培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)造性人才的重要過(guò)程，是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、專門知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐的重要環(huán)節(jié)。針對(duì)這一特點(diǎn)，筆者主要從以下幾個(gè)方面對(duì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行要求和規(guī)范，與畢業(yè)設(shè)計(jì)相銜接。

1.多種途徑獲取文獻(xiàn)，做好準(zhǔn)備工作

要求學(xué)生大量查閱相關(guān)文獻(xiàn)，充分利用圖書(shū)館、知網(wǎng)、谷歌學(xué)術(shù)、百度等多種獲取資料的方式。學(xué)會(huì)整理并篩選與自己課程設(shè)計(jì)相關(guān)的文獻(xiàn)，做好課程設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備工作。為畢業(yè)設(shè)計(jì)的文獻(xiàn)閱讀和開(kāi)題報(bào)告做好準(zhǔn)備。

2.規(guī)范課程設(shè)計(jì)書(shū)寫格式

在下達(dá)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的同時(shí)，筆者要求最后提交的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)參考按照畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)、控制電路設(shè)計(jì)、其他電路設(shè)計(jì)、總結(jié)、致謝、參考文獻(xiàn)、附錄等幾部分。這樣不僅使課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)更加規(guī)范，也為即將開(kāi)始的畢業(yè)設(shè)計(jì)做好充足的準(zhǔn)備。

3.規(guī)范圖形和參數(shù)

要求學(xué)生在方案論證環(huán)節(jié)利用Word或Visio繪制系統(tǒng)總體框圖，同時(shí)能夠根據(jù)自己的設(shè)計(jì)利用Protel或DXP繪圖軟件繪制出完整的系統(tǒng)原理圖，系統(tǒng)原理圖上的每個(gè)元器件必須標(biāo)有參數(shù)。元器件的型號(hào)和參數(shù)要有依據(jù)，器件、芯片可查閱相關(guān)手冊(cè)，也可以網(wǎng)上查詢。這部分內(nèi)容也是自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的必要部分，所以規(guī)范課程設(shè)計(jì)實(shí)際上是縮小版的畢業(yè)設(shè)計(jì)。

五、課程設(shè)計(jì)的改革設(shè)想

目前我校自動(dòng)化專業(yè)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)存在設(shè)計(jì)周期短、設(shè)計(jì)內(nèi)容較單一等問(wèn)題，課題組成員經(jīng)過(guò)研究準(zhǔn)備除了增加一定的學(xué)時(shí)，還從以下方面進(jìn)行改革設(shè)想。

1.增加實(shí)踐調(diào)試環(huán)節(jié)

由于學(xué)時(shí)和設(shè)備有限，目前課程設(shè)計(jì)主要是理論設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，沒(méi)有到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行調(diào)試，這樣不免脫離實(shí)踐。后面的學(xué)科改革中筆者計(jì)劃在設(shè)計(jì)任務(wù)中加入調(diào)試環(huán)節(jié)，讓學(xué)生走入實(shí)驗(yàn)室，利用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，同時(shí)也能提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。

2.與MATLAB仿真結(jié)合

利用MATLAB下的Simulink軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真是十分簡(jiǎn)單和直觀的，學(xué)生可以用圖形化的方法直接建立仿真系統(tǒng)模型，利用菜單欄啟動(dòng)仿真過(guò)程，同時(shí)將結(jié)果顯示在示波器上。在設(shè)計(jì)任務(wù)中加入仿真環(huán)節(jié)，不會(huì)占用太多時(shí)間，學(xué)生在自己電腦上就可以完成，并且能讓學(xué)生更直觀地理解整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程。

六、結(jié)束語(yǔ)

主要總結(jié)了電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)在自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)中的地位和作用，探討了該課程設(shè)計(jì)與電力電子技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等課程和實(shí)踐的關(guān)系。通過(guò)課程設(shè)計(jì)夯實(shí)了學(xué)生專業(yè)理論基礎(chǔ)，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力，對(duì)提升自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)水平起到了一定的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]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].中國(guó)電力教育，2013，（2）：76，89.

[2]高林，陳鋒軍.電力電子技術(shù)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程的優(yōu)化整合[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2011，（13）：71-73.

[3]高林，韓寧，劉文定.運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程與畢業(yè)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)林業(yè)教育，2009，（1）：12-14.

（責(zé)任編輯：王意琴）