電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究反哺教學(xué)的方法與案例分析

基金項(xiàng)目：河南省本科高校精品在線開(kāi)放課程項(xiàng)目；項(xiàng)目名稱(chēng)：電機(jī)與拖動(dòng)；項(xiàng)目編號(hào)：教〔2021〕474號(hào)。河南省研究生教育改革與質(zhì)量提升工程項(xiàng)目（精品教學(xué)案例項(xiàng)目）；項(xiàng)目名稱(chēng)：線性系統(tǒng)理論；項(xiàng)目編號(hào)：YJS2024AL132。

作者簡(jiǎn)介：陳中顯（1984—），男，副教授，博士；研究方向：電機(jī)設(shè)計(jì)和控制。

摘要：高校科學(xué)研究與教學(xué)之間的關(guān)系是相輔相成的。為了增強(qiáng)應(yīng)用型本科高校在科學(xué)研究與教學(xué)之間的融合度，文章以自動(dòng)化等電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的電機(jī)技術(shù)教學(xué)為例，探討了高校科學(xué)研究反哺教學(xué)的基本原則，并通過(guò)案例分析，闡述了電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究應(yīng)用到教學(xué)的方法與成效。首先，文章基于電機(jī)技術(shù)的科學(xué)研究和教學(xué)的各自特點(diǎn)，分析了電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究反哺教學(xué)的基本原則。其次，以若干具體的教學(xué)方法為案例，提出了電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究反哺教學(xué)的方法。最后，總結(jié)了電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究反哺教學(xué)的成效。

關(guān)鍵詞：科學(xué)研究；教學(xué)方法；電機(jī)技術(shù)；案例分析

中圖分類(lèi)號(hào)：G6420文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

隨著越來(lái)越多的本科高校朝著應(yīng)用型辦學(xué)方向的發(fā)展，其教學(xué)方法在學(xué)生培養(yǎng)過(guò)程中顯得空前重要［1］。但是，作為本科學(xué)校可持續(xù)發(fā)展的重要支柱之一——科學(xué)研究，并不會(huì)因?yàn)楸究聘咝３鴳?yīng)用型辦學(xué)方向的發(fā)展而削弱。

從辯證統(tǒng)一的角度來(lái)講，科學(xué)研究與教學(xué)是相輔相成、互相促進(jìn)的。課程教學(xué)過(guò)程中，需要增加專(zhuān)業(yè)知識(shí)的難度、深度和廣度，這必然需要把相對(duì)應(yīng)的科學(xué)研究納入教學(xué)過(guò)程，從而使學(xué)生們既能掌握教學(xué)內(nèi)容的基本知識(shí)，也能理解專(zhuān)業(yè)知識(shí)在前沿技術(shù)之中的應(yīng)用概況，最終培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的興趣和信心。

事實(shí)上，科學(xué)研究不僅僅可以推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步和科技發(fā)展，也能反哺教學(xué)過(guò)程，從而豐富專(zhuān)業(yè)知識(shí)教學(xué)的資源、提高教學(xué)質(zhì)量、完善人才培養(yǎng)的模式。為了提高科學(xué)研究與教學(xué)之間的融合度，諸多高等學(xué)校教育者對(duì)此做了大量的研究工作，例如以科研方式進(jìn)行教學(xué)過(guò)程研究［2］、教學(xué)與科研的關(guān)系理念［3］，某些具體專(zhuān)業(yè)知識(shí)在教學(xué)過(guò)程中貫穿科學(xué)研究的方法等［4-6］。

本文以自動(dòng)化等電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的電機(jī)技術(shù)教學(xué)為例，探討了電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究融入教學(xué)的原則以及電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究應(yīng)用到教學(xué)的方法和成效。尤其是在具體的若干電機(jī)技術(shù)教學(xué)環(huán)節(jié)中（譬如電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理、電機(jī)的弱磁調(diào)速、電機(jī)的運(yùn)行控制等），使較為抽象、苦澀和難懂的電機(jī)電磁場(chǎng)知識(shí)，在經(jīng)過(guò)科學(xué)研究成果的融入和表述之后，得到較為理想的教學(xué)成效和教學(xué)目標(biāo)。

1電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究融入教學(xué)的基本原則

以黃淮學(xué)院自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的電機(jī)技術(shù)教學(xué)過(guò)程為例，該教學(xué)過(guò)程主要講述了直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩大部分，具體教學(xué)內(nèi)容包括這兩種電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行特性，以電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行工作的基本理論和方法。針對(duì)具體的電機(jī)技術(shù)知識(shí)點(diǎn)，其科學(xué)研究融入教學(xué)的基本原則主要有以下幾點(diǎn)。

11深刻認(rèn)識(shí)電機(jī)技術(shù)的教學(xué)目的

深刻認(rèn)識(shí)教學(xué)目的，并從基礎(chǔ)、拔高、創(chuàng)新、實(shí)踐和素質(zhì)等多維角度和逐次遞深的方式實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的是十分必要的。本文從電機(jī)技術(shù)教學(xué)過(guò)程的知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)3個(gè)角度，闡述了電機(jī)技術(shù)的教學(xué)目標(biāo)，如圖1所示。

知識(shí)目標(biāo)方面：可以通過(guò)三維結(jié)構(gòu)展示、動(dòng)畫(huà)視頻演示、實(shí)物結(jié)構(gòu)拆解、零部件加工和整體組裝等方式，促使學(xué)生對(duì)于電機(jī)結(jié)構(gòu)有一個(gè)深刻的認(rèn)知。在此基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生具備扎實(shí)的電機(jī)理論知識(shí)，能夠完成基本的電機(jī)理論公式推導(dǎo)和分析，進(jìn)而掌握電機(jī)的工作原理和運(yùn)行過(guò)程。

能力目標(biāo)方面：在上述知識(shí)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，使學(xué)生掌握電機(jī)啟動(dòng)（3種啟動(dòng)方法）、調(diào)速（4種調(diào)速方法）、制動(dòng)（2種制動(dòng)方法）的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐控制方法，進(jìn)而完成電機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的穩(wěn)定運(yùn)行。拓展與電機(jī)技術(shù)相關(guān)的實(shí)踐活動(dòng)，譬如選擇適當(dāng)型號(hào)的直流電機(jī)，制作科技作品，并積極參與大學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽活動(dòng)，也是一種非常有效的提高電機(jī)技術(shù)教學(xué)能力的方法。

素質(zhì)目標(biāo)方面：與電路原理、電子技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)等專(zhuān)業(yè)知識(shí)密切結(jié)合，通過(guò)實(shí)踐和技能訓(xùn)練，強(qiáng)化學(xué)生的電機(jī)技術(shù)應(yīng)用能力，提高學(xué)生的學(xué)科綜合和解決工程實(shí)踐的基本素養(yǎng)，進(jìn)而深入發(fā)掘電機(jī)技術(shù)知識(shí)與當(dāng)前軍工前沿技術(shù)（例如用于艦載機(jī)起飛的電磁彈射器）的密切關(guān)系，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于本專(zhuān)業(yè)技術(shù)知識(shí)學(xué)習(xí)的自豪感和使命感。

12細(xì)化教學(xué)內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)

電機(jī)技術(shù)的科學(xué)研究?jī)?nèi)容與方向，通常具有具體性、前沿性和創(chuàng)新性等特點(diǎn)。在具體性方面，包括電機(jī)的機(jī)械振動(dòng)、電機(jī)的溫升或熱力學(xué)、電機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、電機(jī)的優(yōu)化控制、電機(jī)的磁場(chǎng)優(yōu)化等；在前沿性和創(chuàng)新性方面，主要是結(jié)合電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化控制，研究適合于某一應(yīng)用領(lǐng)域的高性能電機(jī)，例如應(yīng)用于航空技術(shù)的高速電機(jī)、應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)的永磁電機(jī)、應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域的超聲電機(jī)，應(yīng)用于航母艦載機(jī)電磁彈射的直線電機(jī)等。

根據(jù)筆者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，若要把電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究有機(jī)地融入教學(xué)，最優(yōu)的方法是針對(duì)電機(jī)技術(shù)的某一知識(shí)點(diǎn)，擇取與之相對(duì)應(yīng)的電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究細(xì)節(jié)，進(jìn)行針對(duì)性和高效性的教學(xué)過(guò)程實(shí)施。否則，引入過(guò)多的電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究?jī)?nèi)容，不僅在一定程度上擠占了課堂教學(xué)時(shí)間，也增加了學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)的難度。更嚴(yán)重的是，假如引入過(guò)多的電機(jī)技術(shù)科研內(nèi)容，勢(shì)必出現(xiàn)與電機(jī)技術(shù)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)的情況，這不僅達(dá)不到科研與教學(xué)相融合的目標(biāo)，反而會(huì)增加學(xué)生對(duì)于電機(jī)技術(shù)知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)的困惑性。

因此，在電機(jī)技術(shù)的教學(xué)過(guò)程中，針對(duì)某一具體的教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，盡可能地選取電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究的具體問(wèn)題，進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)教學(xué)難度的提升和廣度的擴(kuò)展。在電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究和教學(xué)的混合教學(xué)模式過(guò)程中，總結(jié)得到的一些細(xì)化教學(xué)內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)原則如表1所示。

13把握電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究應(yīng)用于教學(xué)的深度

針對(duì)電機(jī)的某一結(jié)構(gòu)特性或運(yùn)行特性，其科學(xué)研究過(guò)程往往需要利用繪圖軟件、有限元計(jì)算軟件、數(shù)學(xué)解析表達(dá)式（含推導(dǎo)過(guò)程）、復(fù)雜控制算法等方式，進(jìn)行深入研究和分析。這些學(xué)術(shù)技能、軟件和控制算法，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了本科生的認(rèn)知水平。因此，非常有必要把握電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究應(yīng)用于教學(xué)的深度，使學(xué)生們既能掌握電機(jī)技術(shù)的知識(shí)點(diǎn)，也能通過(guò)相對(duì)應(yīng)的電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究?jī)?nèi)容實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)點(diǎn)掌握程度的進(jìn)一步深化。

例如，在“電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)”的知識(shí)點(diǎn)教學(xué)過(guò)程中，可以通過(guò)硬件實(shí)驗(yàn)（電機(jī)樣機(jī)）和儀器（轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x）測(cè)試，得出電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)存在的事實(shí)。然后，通過(guò)電機(jī)電磁場(chǎng)仿真軟件，動(dòng)畫(huà)形式地展示電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的理論仿真結(jié)果（無(wú)須介紹電磁場(chǎng)仿真軟件的算法過(guò)程等內(nèi)容）。最后，根據(jù)物理硬件實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和理論仿真結(jié)果綜合分析，得出降低電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的方法——增加電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子的齒槽數(shù)、優(yōu)化電機(jī)轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)和定子齒槽數(shù)的匹配，增加電機(jī)定子的永磁體極數(shù)。

特別地，在優(yōu)化電機(jī)轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)和定子齒槽數(shù)匹配方面，需要一系列的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)過(guò)程，但在教學(xué)過(guò)程中，只需展示和分析最終的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)結(jié)果即可。

再如，在“電機(jī)的起動(dòng)”這一知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)中，可以結(jié)合自動(dòng)控制理論，分析電機(jī)起動(dòng)過(guò)程的速度曲線，得出電機(jī)起動(dòng)的速度上升時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間和超調(diào)量等電機(jī)的起動(dòng)特性。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，任課教師團(tuán)隊(duì)帶領(lǐng)學(xué)生通過(guò)觀察直流電動(dòng)機(jī)在空載和負(fù)載情況下的起動(dòng)速度曲線，分析電機(jī)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速上升時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間和超調(diào)量。特別地，通過(guò)對(duì)比得出直流電機(jī)在空載起動(dòng)情況下沒(méi)有發(fā)生轉(zhuǎn)速超調(diào)的根本原因。至于如何提高電機(jī)的起動(dòng)性能，這需要電機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制算法的雙重結(jié)合，不宜在電機(jī)技術(shù)教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行深入講授。

14拓展電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究應(yīng)用于教學(xué)的寬度

拓展電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究在教學(xué)過(guò)程中的寬度是十分有益的。首先，這種混合式教學(xué)方法可以開(kāi)闊本科生的眼界，提高其動(dòng)腦思考和實(shí)踐應(yīng)用能力。譬如，2020—2021年，任課教師在直流電機(jī)的教學(xué)過(guò)程中，向本科生們展示了高速直流電動(dòng)機(jī)（36 000 r/min）的運(yùn)行控制過(guò)程。其次，在此高速直流電機(jī)的基礎(chǔ)上，帶領(lǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)和制作了基于該高速直流電動(dòng)機(jī)的便攜式智能呼吸機(jī)裝置，其間融合了單片機(jī)、自動(dòng)控制、藍(lán)牙無(wú)線通信等多種知識(shí)點(diǎn)，并在學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽中獲得了省級(jí)最高獎(jiǎng)。最后，利用直流電機(jī)，達(dá)到了各個(gè)專(zhuān)業(yè)知識(shí)點(diǎn)的融合，通過(guò)學(xué)科競(jìng)賽獲獎(jiǎng)提高了學(xué)生對(duì)于專(zhuān)業(yè)知識(shí)的應(yīng)用能力。

2電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究應(yīng)用到教學(xué)中的案例分析和成效

盡管電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究具有較強(qiáng)的前瞻性，但其進(jìn)行科學(xué)研究的過(guò)程和成果，還是源于基礎(chǔ)的電機(jī)理論。本文基于筆者多年的電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，闡述了電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究應(yīng)用到教學(xué)過(guò)程中的幾個(gè)案例及其成效。

21電機(jī)的普通結(jié)構(gòu)和新型結(jié)構(gòu)的比較學(xué)習(xí)法

筆者認(rèn)為，只有充分掌握了電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，才能為后續(xù)學(xué)習(xí)電機(jī)的工作原理和運(yùn)行特性奠定良好的基礎(chǔ)。因此，在電機(jī)技術(shù)的教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)三維繪圖軟件向?qū)W生們展示了普通電機(jī)的三維結(jié)構(gòu)，并帶領(lǐng)學(xué)生們拆解普通電機(jī)設(shè)備，從而使學(xué)生們對(duì)于電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)有一個(gè)清晰透徹的認(rèn)識(shí)。此外，為了提高學(xué)生們對(duì)于電機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，有必要基于筆者研究的新型永磁電機(jī)，并通過(guò)三維繪圖軟件、電磁場(chǎng)分析軟件以及加工制作的新型永磁電機(jī)的實(shí)物樣機(jī)，向?qū)W生們展示特殊結(jié)構(gòu)的新型電機(jī)，使學(xué)生們初步了解電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究的最新前沿狀況。在掌握普通電機(jī)結(jié)構(gòu)和新型電機(jī)結(jié)構(gòu)的情況下，假如在以后的工作中遇到其他特殊結(jié)構(gòu)的電機(jī)設(shè)備，學(xué)生們將會(huì)舉一反三，快速理解并掌握這些特殊結(jié)構(gòu)的新型電機(jī)。

圖2是任課教師團(tuán)隊(duì)結(jié)合電機(jī)部件的實(shí)物結(jié)構(gòu)，并通過(guò)三維繪圖軟件、電磁場(chǎng)分析軟件等計(jì)算機(jī)軟件，向?qū)W生們闡述電機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理的教學(xué)過(guò)程，并著重比較了普通電機(jī)和新型電機(jī)在結(jié)構(gòu)方面的差異性。

22電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性

在電機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中，通過(guò)眼睛觀察到的電機(jī)的轉(zhuǎn)速幾乎是勻速的（穩(wěn)定的），但實(shí)則不然。為了深刻認(rèn)識(shí)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的不平穩(wěn)性，筆者通過(guò)2極2槽電機(jī)實(shí)物模型，并在該模型電機(jī)轉(zhuǎn)子處于不同位置情況下（轉(zhuǎn)子繞組與定子磁極之間相互垂直、相互平行兩種狀態(tài)位置），觀察轉(zhuǎn)子起動(dòng)所受到的電磁轉(zhuǎn)矩，使學(xué)生們觀察并分析得到電機(jī)運(yùn)行一周的轉(zhuǎn)速不平穩(wěn)性。

基于上述實(shí)物演示和分析得到的電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速不平穩(wěn)性，可以引導(dǎo)學(xué)生們思考提高電機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)性的方法。與此同時(shí)，向?qū)W生們展示筆者在科學(xué)研究過(guò)程中，通過(guò)理論分析、仿真計(jì)算和物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出如何進(jìn)一步提高電機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)性的前沿技術(shù)和方法。如此循序漸進(jìn)、邊觀察邊思考的教學(xué)方法，必定能夠逐步提高學(xué)生們對(duì)于教學(xué)內(nèi)容和相關(guān)拓展知識(shí)的掌握程度。

特別地，可以基于當(dāng)前社會(huì)熱點(diǎn)——2022年6月開(kāi)始服役的我國(guó)福建號(hào)航母，向?qū)W生們介紹福建號(hào)航母的艦載機(jī)電磁彈射起飛過(guò)程：該電磁彈射起飛過(guò)程的基本原理與電機(jī)轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)矩）的基本原理是相同的（均是基于電磁力理論）。在這種情況下，可以以潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲的形式，達(dá)到提高學(xué)生綜合素質(zhì)的目的。

23電機(jī)的空載磁場(chǎng)和負(fù)載磁場(chǎng)

電機(jī)內(nèi)的磁場(chǎng)（空載磁場(chǎng)和負(fù)載磁場(chǎng)），是一個(gè)非常復(fù)雜和難以理解的知識(shí)點(diǎn)。在該知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)過(guò)程中，有必要通過(guò)3個(gè)步驟，向?qū)W生們介紹電機(jī)內(nèi)的各類(lèi)磁場(chǎng)及其作用。為此，任課教師團(tuán)隊(duì)分3個(gè)步驟，并利用電磁場(chǎng)仿真軟件，對(duì)電機(jī)的空載磁場(chǎng)和負(fù)載磁場(chǎng)進(jìn)行講授、分析和討論。

首先，通過(guò)電磁場(chǎng)分析軟件，向?qū)W生們展示電機(jī)內(nèi)的勵(lì)磁單元（永磁體或勵(lì)磁繞組）產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布情況，這就是電機(jī)的空載磁場(chǎng)（理想情況下，電樞電流為零）。

其次，在電機(jī)的空載磁場(chǎng)存在情況下，利用電磁場(chǎng)分析軟件，向電機(jī)的電樞繞組添加電壓信號(hào)（或電流信號(hào)），使電樞繞組產(chǎn)生磁場(chǎng)（稱(chēng)為電樞磁場(chǎng)）。

最后，疊加上述步驟中的電機(jī)空載磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)，就是電機(jī)的負(fù)載磁場(chǎng)。這樣分步驟的講解形式，可以使學(xué)生們逐步理解電機(jī)內(nèi)的磁場(chǎng)分類(lèi)以及電機(jī)內(nèi)各種磁場(chǎng)疊加后的效果。尤其是利用電磁場(chǎng)分析軟件，并在電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行的情況下，觀察得到電機(jī)內(nèi)各種磁場(chǎng)動(dòng)態(tài)疊加運(yùn)行的狀況，這對(duì)于學(xué)生們的眼睛視覺(jué)和思維分析過(guò)程是十分有益的。

24電機(jī)的弱磁調(diào)速

在直流電機(jī)的調(diào)速方法講解過(guò)程中，其常規(guī)調(diào)速方法有3種，分別是調(diào)節(jié)電樞電壓、調(diào)節(jié)電樞電阻和調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁通。其中，降低勵(lì)磁磁通，可以實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的弱磁調(diào)速。弱磁調(diào)速不僅存在于直流電機(jī)之中，也存在于交流電機(jī)之中，且該調(diào)速方法是當(dāng)前電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。因此，筆者可以基于電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究的成果（新型永磁記憶電機(jī)的調(diào)磁技術(shù)）以及知網(wǎng)最新收錄的與電機(jī)弱磁調(diào)速相關(guān)的論文，向?qū)W生們展示并講授電機(jī)的最新弱磁技術(shù)。尤其是在硬件科研實(shí)驗(yàn)和科研論文的雙重教學(xué)效果下，必然使學(xué)生們充分掌握電機(jī)弱磁調(diào)速的機(jī)理和最新前沿技術(shù)?；谏鲜鲭姍C(jī)弱磁的教學(xué)過(guò)程，學(xué)生們會(huì)發(fā)現(xiàn)無(wú)論是直流電機(jī)還是交流電機(jī)，均可以實(shí)現(xiàn)弱磁調(diào)速控制。

需要強(qiáng)調(diào)的是，若是引入科研論文和硬件科研實(shí)驗(yàn)到教學(xué)過(guò)程中，必然會(huì)增加或占用常規(guī)的教學(xué)時(shí)間。鑒于此，可以通過(guò)微信公眾號(hào)發(fā)布與教學(xué)知識(shí)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的科研論文內(nèi)容和硬件科研實(shí)驗(yàn)過(guò)程（含結(jié)果），并進(jìn)行課外研討。

25電機(jī)的閉環(huán)控制

電機(jī)的閉環(huán)控制，尤其是交流電機(jī)的閉環(huán)控制，是電機(jī)技術(shù)知識(shí)點(diǎn)教學(xué)過(guò)程的難點(diǎn)之一。若要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的閉環(huán)控制，不僅需要掌握電機(jī)的基本控制原理，更需要掌握自動(dòng)控制原理之中的經(jīng)典閉環(huán)控制方法以及基于該控制方法的硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù)（單片機(jī)軟件編程及其硬件電路搭建）。在這些基本控制原理、閉環(huán)控制方法、軟件編程和硬件電路的系統(tǒng)搭建情況下，通過(guò)硬件實(shí)驗(yàn)向?qū)W生們展示和講解電機(jī)控制過(guò)程中的各種參數(shù)調(diào)節(jié)方法（比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)等）以及參數(shù)調(diào)節(jié)對(duì)于電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的影響，使學(xué)生們?cè)谥鸩礁行缘卣J(rèn)識(shí)電機(jī)閉環(huán)控制理論知識(shí)與技術(shù)的基礎(chǔ)上，必然在腦海中分析、總結(jié)出電機(jī)閉環(huán)控制的系統(tǒng)性知識(shí)，最終實(shí)現(xiàn)了教學(xué)的目的和效果。此外，基于電機(jī)的閉環(huán)控制，學(xué)生們也必將更加深刻認(rèn)識(shí)并理解自動(dòng)控制原理、單片機(jī)編程與應(yīng)用等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)涵，最終使本專(zhuān)業(yè)的諸多知識(shí)點(diǎn)之間達(dá)到相互融合、共同實(shí)踐應(yīng)用的目的。

交流電機(jī)電流環(huán)的閉環(huán)控制框圖見(jiàn)圖3。圖3中，通過(guò)PI（比例-微分）調(diào)節(jié)器、abc至αβ的坐標(biāo)變換、αβ至dq的電流變換、減法運(yùn)算、數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換和顯示等功能，全面展現(xiàn)了交流電機(jī)電流環(huán)的閉環(huán)控制流程。基于該控制流程或框圖，可以利用計(jì)算機(jī)軟件編寫(xiě)交流電機(jī)電流環(huán)的閉環(huán)控制程序，實(shí)現(xiàn)理論仿真計(jì)算和分析。然后，在理論仿真計(jì)算和分析的基礎(chǔ)上，搭建硬件設(shè)備，并把計(jì)算機(jī)程序下載到硬件設(shè)備之中，完成交流電機(jī)電流環(huán)控制的硬件實(shí)驗(yàn)測(cè)試。最后，通過(guò)比較理論仿真結(jié)果與硬件試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果的相同性和差異性，得出理論仿真分析和硬件實(shí)驗(yàn)測(cè)試的各自?xún)?yōu)點(diǎn)。特別地，也可以通過(guò)比較理論仿真結(jié)果與硬件試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，啟發(fā)學(xué)生們認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識(shí)和計(jì)算機(jī)程序編程的重要性。

3結(jié)語(yǔ)

采用電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究反哺教學(xué)的方法，其目的是提高電機(jī)技術(shù)的教學(xué)成效，并拓展學(xué)生們對(duì)于電機(jī)技術(shù)知識(shí)掌握程度的外延，從而引起學(xué)生們對(duì)于電機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，增強(qiáng)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)技術(shù)自信。本文以自動(dòng)化等電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的電機(jī)技術(shù)教學(xué)為例，研究了電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究融入教學(xué)的基本原則，并通過(guò)電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究應(yīng)用到教學(xué)的幾個(gè)案例以及相關(guān)的圖片展示，闡述電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究反哺教學(xué)的方法和成效。綜上，在電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究和教學(xué)的雙重作用下，不僅可以提高教學(xué)的效果、深度和廣度，也可以積極推動(dòng)任課教師在電機(jī)技術(shù)科學(xué)研究方面的進(jìn)步。

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（編輯編輯李春燕）