《機電系統控制基礎》課程教學的應用與實踐

（哈爾濱工業大學 黑龍江 哈爾濱 150000）

摘要：機電系統控制基礎是一門以實踐性為主的基礎課程，通過課程改革來實現課程教學的實踐和應用，能夠使學生充分認識到機電系統控制基礎課程的內在含義。基于此，文章對《機電系統控制基礎》課程教學的應用與實踐進行了詳細分析，有利于教學質量的改善。

關鍵詞：《機電系統控制基礎》；課程教學；應用；實踐

【中圖分類號】TP1-4 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2016）34-0021-01

作為一門包含了多個學科的專業基礎課程，機電系統控制基礎中主要有離散數學、復變函數以及微積分等。學生對于這些知識不能進行充分的理解，由于這些數學內容具有較強的概括性，無法具體闡述工程與物理的意義。另外，機電系統控制基礎課程與其他課程之間的聯系比較少，其實踐環節基本上都是對數學理論知識的驗證，不利于學生實踐能力的提升。文章以學生的實踐能力為基礎，對機電系統控制基礎的課程教學實踐展開了具體分析，有利于提升學生的實踐能力。

一、機電系統控制基礎課程教學現狀分析

1.課程設計現狀

在大多數的機電系統控制基礎課程設計中，都會將模擬放大器、電容電阻作為控制對象，讓學生以實驗箱為基礎進行裝置參數和設計的計算校正，從而順利開展測試模擬實驗，在系統性能轉變的情況下對其進行認真觀察。于學生而言，系統中各個環節的控制對象基本上都是模擬電路，而系統性能即曲線與數據，在整個系統設計完成之后，仍然需要學生進行抽象的實驗體驗。

2.實驗課現狀

試驗箱控制在目前機電系統控制實驗課中是一個非常常見的形式，其模式具體為：實驗講解、實驗驗證、實踐應用，需要學生按照具體的步驟開展實驗。在實驗過程中，教師要對學生進行指導，要求學生按照實驗指導書一步一步進行，在設計好的實驗步驟和要求基礎上順利完成實驗，從而得到一定的實驗結果，并在機電系統控制原理、含義以及性質的基礎上對所得數據進行認真分析。該種實驗模式過于古板，不利于發散學生的邏輯思維核和創新能力，對學生的學習也造成了非常嚴重的影響[1]。

二、機電系統控制基礎實驗分析

1.實驗組成

對于機電系統控制基礎實驗的組成而言，如果按組成結構劃分，可以分為硬件部分和軟件部分；按實驗臺型號劃分，包括82sxy電機旋轉實驗臺、DBM200電機-磁粉制動器實驗臺以及DBM200電機旋轉實驗臺等。

2.實驗目的

開展相應實驗的目的主要包括：在實驗的基礎上對實驗臺硬件部分的功能進行掌握；通過實驗獲得電機的死區電壓；充分了解軟件的編程方法，做好程序的聲明、調用以及編寫等；檢測電機轉速與電樞電壓之間的關系，并求出正轉反轉的轉速電壓曲線斜率。

3.實驗原理

實驗原理為：首先，在直流電機中一直存在死區電壓，開展實驗時系統之間的摩擦轉矩就會產生死區電壓，即0v開始加載的電壓到電機開始轉動的電壓，都稱為死區電壓；其次，電機的標定就代表著輸出轉速與輸入電壓之間的關系。輸入電壓一般都是通過程序輸入得到，而輸出轉速即碼盤檢測轉角與程序計數器時間間隔的比值。我們一定要注意，在正轉和反轉時死區電壓與電機標定曲線是完全不同的。

4.實驗流程

在開展機電系統控制基礎課程的實驗時，要按照以下流程進行：首先，將實驗裝置的電源打開，點擊桌面上命名為實驗的文件夾，之后點擊文件正轉標定.vbp，之后雙擊frm文件，實現電壓輸入，隨后點擊電機的啟動按鈕，將電機開啟。當電機轉動1s之后，點擊停止按鈕，并記錄下電機的轉角與時間；其次，增加電機的電壓，并重復上面的步驟，直到輸入電壓增加到25v為止；再次，調整電機的正負極接線，并重復上面的步驟；最后，加大負載，重復上述步驟。

5.實驗報告

在完成實驗之后，繪制出電壓轉速曲線，并將死區電壓、曲線斜率標出，求出電壓的轉速函數。將負載前和負載后的曲線進行對比，探討負載增加后是否會對電機的轉速標定產生影響。

三、機電系統控制基礎實踐教學改革

1.開展演示性實驗

演示性試驗的開展方便學生掌握機電系統控制相關知識，并更好的理解控制系統的控制方式和構成。因此，在機電系統控制基礎課程改革時，要積極開展演示性實驗，并為其提供相對完整的硬件配置、軟件程度以及控制參數等，從而加強學生對曲線和數據的控制，并在分析系統調試的基礎上，更好的掌握機電系統控制中的工程含義以及分析方法，切實提高學生的實踐能力。

2.組織數字仿真實驗

在機電控制系統中MATLAB語言和Simulink仿真環境應用越來越廣泛的同時，MATLAB Simulink語言在國內外高校中成為了非常有效的計算機工具，能夠為高校學習提供內部函數、模型庫，方便控制系統詳細分析頻域、時域以及根軌跡等。因此，在實際的教學過程中，應該將數字仿真實驗融入到一些基礎課程中，使學生能夠應用現代技術對系統進行分析和計算。另外，如果將演示性實驗與數字仿真實驗結合在一起，取得的效果會更加好，能夠以傳遞函數模型為基礎的數字仿真設計根據位置的隨動系統而發生相應的變化，從而實現系統的有效運行[2]。

3.完善課程設計

機電系統控制基礎課程的設計目的為在實際系統的基礎上，對設計系統進行綜合的分析和校正，并有效利用控制理論和相關知識。而在進行課程設計時，應該以學生為主體，并充分發揮出學生的主體作用，要求學生以教師所提出的設計思路和要求為前提，利用演示性實驗、數字仿真實驗獲取相應知識，完成設計系統的有效分析。

4.轉變考核方式

考核方式的轉變是機電系統控制基礎課程改革的關鍵，要在機電系統控制基礎課程標準的基礎上，建立一個能夠充分調動學生積極性、主動性和創新能力的評價體系。而且，在實際的考核過程中，教師要對過程評價引起重視，將重點放在激發學生主動性、培養學生自信心上面，進而提高實踐教學的質量。

四、結束語：

綜上所述，要想實現機電系統控制基礎的實踐性教學，一定要充分調動學生的積極性和主動性，提高學生系統設計、系統調試的能力。因此，在教學過程中，教師可以通過數字仿真實驗、演示性試驗以及課程內容的設計來激發學生的學習興趣，培養學生分析系統、設計系統的能力，使學生的實踐能力和解決問題的能力得到有效提升。

參考文獻：

[1]何俊.機電系統控制基礎教學的實踐性路徑探索[J].產業與科技論壇，2016，14：127-128.

[2]胡志剛，陳偉卓.“機電控制系統調試與檢修”課程的情境式教學設計[J].紡織服裝教育，2014，03：230-232.