《電氣傳動》課程的探索與研究

宗劍 孫國琴 錢平 張伯澤 李冠一 盧建寧

【摘要】以電機控制為主線，以電力電子技術(shù)為依托，把電力電子術(shù)，運動控制技術(shù)課程進行有機地整合，構(gòu)建了以工程能力培養(yǎng)和理論與實踐相結(jié)合電氣傳動課程體系，滿足解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)的課程體系要求。

【關(guān)鍵詞】課程整合?電氣傳動?能力培養(yǎng)?工程應(yīng)用

一、引言

電氣傳動作為電氣工程及其自動化專業(yè)的主干課程，在電氣工程及其自動化專業(yè)應(yīng)用型人才和工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)中始終占重要地位。為滿足電氣工程應(yīng)用型本科試點專業(yè)培養(yǎng)工程實踐能力強的人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，以工程應(yīng)用為導(dǎo)向?qū)㈦娏﹄娮诱n程內(nèi)容與運動控制課程內(nèi)容進行重新梳理、整合形成電氣傳動課程，進而達到專業(yè)課程解決復(fù)雜工程問題的人才培養(yǎng)目的。

二、課程建設(shè)的舉措

課程建設(shè)從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題，打破傳統(tǒng)的課本講授順序，把相關(guān)的專業(yè)課內(nèi)容進行重新梳理，相互穿插，形成以項目驅(qū)動和工程應(yīng)用為主導(dǎo)的新課程體系。完整、系統(tǒng)地講解電氣工程專業(yè)所需要的電氣傳動基本理論和解決問題的工程方法，課程內(nèi)容同時融合團隊科研項目和中國智能制造“西門子杯”運動控制大賽及全國大學(xué)生電子競賽電源部分相關(guān)內(nèi)容于教學(xué)中，體現(xiàn)創(chuàng)新理念。

1.課程整合的思路

以直、交流電機控制為目的，以如何獲取可控、可調(diào)的直流電源和交流電源為目標(biāo)，將電力電子技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容融入到直流電機和交流電機的控制中，將電氣傳動的課程內(nèi)容分為五個理論模塊和一個實踐模塊進行理論和實踐教學(xué)。

（1）電力電子器件部分。主要講授電力電子器件的發(fā)展及器件的特性及應(yīng)用等內(nèi)容，介紹電力電子器件的發(fā)展過程及應(yīng)用，使學(xué)生能夠?qū)﹄娏﹄娮蛹夹g(shù)有個整體的把握。

（2）以獲取可控、可調(diào)的直流電源以滿足直流電機調(diào)速需要為目的，分析整流電路分、斬波電路為直流電機調(diào)速做準(zhǔn)備。

（3）在獲取可控、可調(diào)的直流電源基礎(chǔ)上，分析直流電機控制部分，包括閉環(huán)系統(tǒng)和弱磁控制等。

（4）在獲取可控可調(diào)的交流電源以滿足交流電機調(diào)速需要的基礎(chǔ)上，分析逆變電路和PWM技術(shù)。

（5）在獲取可控可調(diào)的交流電源基礎(chǔ)上，分析交流電機控制，包括矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制等。

2.突出工程應(yīng)用整合教學(xué)內(nèi)容

以電機為控制對象，圍繞電機控制形成電氣傳動課程體系。課程系統(tǒng)地介紹電氣傳動課程相關(guān)學(xué)科的基本原理和解決實際問題的工程方法，重點突出實際工程應(yīng)用，并融入中國制造“西門子杯”運動控制大賽及全國大學(xué)生電子競賽電源部分相關(guān)內(nèi)容于教學(xué)中，體現(xiàn)創(chuàng)新理念。課程建設(shè)達到以下要求：

（1）注重工程應(yīng)用能力。以直流、交流電機調(diào)速、軌道交通牽引系統(tǒng)、高鐵牽引及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的實際工程應(yīng)用為主線，以如何獲取可控、可調(diào)的直流電源或交流電源為目標(biāo)，將電力電子的相關(guān)內(nèi)容以如何應(yīng)用于控制電機轉(zhuǎn)速和力矩等為目的，融入到電氣傳動課程體系中，緊扣行業(yè)和現(xiàn)場工程實際要求，充分體現(xiàn)先進技術(shù)的工程應(yīng)用。

（2）注重系統(tǒng)性和能力培養(yǎng)。以電機控制為主線，將電氣傳動課程中的電機調(diào)速的工作原理、控制系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)、控制的性能指標(biāo)及參數(shù)調(diào)節(jié)等內(nèi)容構(gòu)成一個完整的控制系統(tǒng)，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)的概念。在系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計和調(diào)節(jié)過程中，如何達到系統(tǒng)控制性能指標(biāo)，如何調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制參數(shù)等引導(dǎo)學(xué)生工程設(shè)計的思路，以達到學(xué)生工程能力的培養(yǎng)。

（3）把握學(xué)科前沿，注重先進性。將新能源轉(zhuǎn)換及電源技術(shù)融入課程體系中，開展相關(guān)的專題講座和討論，使學(xué)生掌握電氣工程學(xué)科前沿的發(fā)展動向。

3.改進教學(xué)手段，提高教學(xué)質(zhì)量

在教學(xué)方法上結(jié)合課程特點，把MATLAB仿真教學(xué)融入課程之中，讓同學(xué)通過仿真加深理論知識的學(xué)習(xí)，并鍛煉學(xué)生的計算機應(yīng)用能力。通過課程建設(shè)，我們已經(jīng)實現(xiàn)：

（1）教學(xué)過程中為保證能掌握學(xué)科前沿和國際交往能力的培養(yǎng)，嘗試對該課程進行雙語講授，選用英文教材并編制相應(yīng)的課件。在制作多媒體課件時，把關(guān)鍵的詞匯用于重點標(biāo)注，并付諸中文解釋，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)英語的積極性。課堂上教師精心設(shè)計有關(guān)重點、難點相關(guān)內(nèi)容相關(guān)的主題，并結(jié)合習(xí)題課進行師生討論，較強學(xué)生主動查閱英文資料的能力。

（2）充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。電氣傳動課程教學(xué)充分利用校園網(wǎng)絡(luò)資源豐富，開發(fā)課程的教學(xué)網(wǎng)絡(luò)，并借助學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，提供該課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，實現(xiàn)課件及教學(xué)資源發(fā)布與下載、難題發(fā)布、在線討論等師生互動功能，使得對該課程的教學(xué)不受時間、地點的限制。

（3）充分實踐教學(xué)平臺，提高學(xué)生動手能力。實踐教學(xué)是促進學(xué)生將課堂理論知識與工程實際問題結(jié)合的重要途徑，對培養(yǎng)學(xué)生獨立思考及分析問題和解決問題的能力有著重要的作用。利用電氣傳動實驗平臺完成相關(guān)課內(nèi)實踐環(huán)節(jié)外，利用機器人運動控制系統(tǒng)、倒立擺裝置、磁懸浮模擬控制系統(tǒng)等實踐平臺拓展學(xué)生的實際操作能力。實踐平臺模擬訓(xùn)練要求學(xué)生編寫簡單的程序，調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的參數(shù)等解決實際問題。

三、課程的考核機制

考核方式及成績評定：電氣傳動理論部分的考核方式采用過程化考核，筆試部分包括課堂小測試和期末考試部分，在整個教學(xué)與學(xué)習(xí)過程中考核學(xué)生的自主學(xué)習(xí)的能力、動手能力等計入平時成績，平時成績可占總評成績的50%，期末考試成績占總評成績的50%，整個教學(xué)過程均注重學(xué)生能力的培養(yǎng)。

四、結(jié)論

在上海市教委電氣傳動課程建設(shè)過程中，針對復(fù)雜工程問題讓學(xué)生能從控制對象出發(fā)尋根剖源，進而得到解決工程問題的合理方案，體現(xiàn)了培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題的能力，通過幾年嘗試，學(xué)生普遍反應(yīng)課程整合條理清晰，容易接受，也達到了良好的教學(xué)效果。同時，通過課程整合建設(shè)，也提升了教師的教學(xué)能力。

本文系上海市教委重點建設(shè)課程，項目編號：39110M181003。