王穎杰　伍小杰　文炳林

摘 要 本文在分析電力拖動自動控制系統傳統教學方式不足之處的基礎上，分別針對課程教學與實踐教學兩方面分別闡述了相應的改革方案，從改革方案收到的實際效果來看，該方案不僅提高了學生在該課程的學習積極性與主動性，而且在分析和解決問題方面能舉一反三，達到課程改革需要的預期效果。

關鍵詞 電力拖動自動控制系統 課程教學改革 實踐教學改革

中圖分類號：G424文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.01.050

Discussion on Electric Drive Automatic Control System Course Reform

WANG Yingjie， WU Xiaojie， WEN Binglin

（School of Information and Electrical Engineering， China University of Mining and Technology， Xuzhou， Jiangsu 221116）

Abstract Based on the analysis on the shortcomings of traditional teaching methods of electric drive automatic control system course， this paper elaborates corresponding reform schemes directed at course teaching and practical teaching. From the effect of this reform， the scheme not only improves the students' enthusiasm and initiative when they learn the course， but also makes them draw differences about other case from one instance in analysis and problem solving， at the end， the course reform achieves the expected result.

Key words electric drive automatic control system; course teaching reform; practice teaching reform

0 引言

電力拖動自動控制系統是一門電氣工程自動化專業(yè)重點課程之一。具有知識點覆蓋面廣、綜合性強等特點，綜合了電路、自動控制原理、現代電力電子技術、電機拖動等相關知識;如今全國用電總量的80%均供給大型工礦企業(yè)的交流電動機，交流電機的控制是工礦企業(yè)自動化的重要基礎，電機的控制技術從經典的PI控制衍生到如今的模糊控制、智能控制以及如今技術比較成熟的直接轉矩控制。且控制器從模擬的運算放大電路演變到如今的全數字控制器時代，這些技術的進步使交流電機在大型工廠企業(yè)的應用越來越廣泛。

針對該課程在實際系統的強實用性，本文從分析我校在電力拖動自動控制系統課程教學方案的不足入手，分別就理論教學、實踐環(huán)節(jié)等兩個方面深入探討該課程的改革方案，并就改革方案的具體實施提出建設性的意見。

1 傳統教學方案存在的問題

我校從電氣工程專業(yè)成立之初就開設電力拖動自動控制系統這一課程，針對該課程的強綜合性、工程實用性等特點，從起初的純理論教學演變?yōu)槔碚撆c實踐相結合的教學方式，如今該課程理論教學實踐為60個學時，實踐環(huán)節(jié)的教學時間為24個學時?？偨Y多年來的教學實踐可以看出，該課程傳統教學方案中存在的不足主要有如下幾點：

一是課程所學的內容更新速度快。上世紀80年代，理論教學的主要內容集中在直流電機調速系統方面，其控制系統由一系列的運放搭建的模擬控制電路;到90年代交流調速系統日趨成熟，從半控型的晶閘管調速系統到基于全控型器件MOSFET、IGBT等組成的PWM調速系統逐漸占據了市場的主導地位，此時控制器已進入了全數字時代，由運放組成的模擬控制電路被完全取代。如今在課程教學中，直流調速與交流調速部分的教學部分各占50%，這使直流部分比較落后的技術在課程教學中占有比較重要的地位，理論教學的合理性值得探討。

二是本課程理論與實踐的聯系緊密，工程實用性強。電力拖動自動控制系統講授的交直流調速系統幾乎包含了所有的工業(yè)應用，傳統的教學方法一般是從系統組成、各個單元的作用、系統的工作原理、系統的參數設計與優(yōu)化等幾個方面進行;從教學后的實際效果反饋來看，學完整門課程后，大多數學生的思維仍局限于以電機轉速為控制對象的調速系統，對該課程教學意義的認識過于狹隘，不利于學生知識面的拓寬。

三是本課程的教學目標為培養(yǎng)學生分析、解決實際工程應用的能力。從我校電氣工程自動化專業(yè)近幾年的就業(yè)去向來看，大多數畢業(yè)生的就業(yè)去向為實際工業(yè)現場，實際工程應用中不僅需要相關人員懂得設備故障后的應急處理，而且需要工程人員具備分析原因、排除故障的能力。然而實際教學中對該方面的內容提及較少，學生缺乏對不同廠家提供的成套設備的共性認識即通用原理的認知，學校教學培養(yǎng)與實際工程應用有所脫節(jié)。

四是在課程理論教學的同時安排實驗課程，實驗課程的安排是對理論知識檢驗的最好方式。電力拖動自動控制系統共安排16學時，涵蓋整個交直流調速系統，每次實驗將3～4人分為一組，既鍛煉了學生的動手能力，又提高了學生之間的團隊協作能力。但由于實驗條件的限制，目前仍無法完成諸如基于矢量控制的交流調速等高性能的系統實驗，所以引進或自行研制能實現復雜控制算法的實驗平臺成為當前的必要工作之一。

2 課程教學方法的改革探討

如前文所述，由于電力電子技術以及數字控制器的發(fā)展，數字式交流調速系統已逐漸取代直流調速系統，相應的課程教學重點作相應的修改，例如在直流調速系統中重點介紹雙閉環(huán)直流調速系統及其控制器參數工程設計方法，對工業(yè)應用中已不常見的單閉環(huán)控制、邏輯無環(huán)流控制等部分內容只作簡要介紹或直接刪除，交流部分從數學模型的推到入手，重點介紹交流電機的矢量控制、直接轉矩控制等實際工程中經常采用的數字控制算法的原理及實現方法。

其次，在課程教學中適量穿插工程實例的講解。在學生掌握基本原理、控制策略等方面的內容后，結合老師的研究課題或國內外典型工程，講解整個系統的組成、各部分的工作原理、控制策略的實現方法、實際工程的注意事項等方面的內容，讓學生運用所學知識對實際系統參數設計、控制器設計等方面作理論分析，對系統的整體架構有感性的認識，同時加深了學生對所學知識的印象。

在現有的教學方案中，學生的思維似乎被禁錮在以轉速為控制對象的交流調速系統中，其實際應用并不僅限于此，諸如在數控機床等伺服控制系統應用也比較廣泛，且在控制學原理上與交流調速系統保持一致。在教學中應添加張力控制、位置控制等章節(jié)以增加學生的知識面。把電力拖動自動控制系統課程作為控制原理與計算機應用的典型實例擴大改課程的知識覆蓋面，這對課程改革和學科建設都具有重要的意義。

3 課程實踐方案的改進

驗證性實驗、設計性實驗與課程設計共同組成電力拖動自動控制系統的基本實踐環(huán)節(jié)，驗證性實驗主要包括單、雙閉環(huán)直流調速系統實驗、SPWM變頻調速系統等;設計性實驗主要是基于晶閘管的三相異步電機的調壓調速系統實驗;課程設計則是根據電子電工實驗教學中心的現有條件，自主擬定實驗方案，3～4周的開放性實驗條件完成課程設計的內容。針對我校的具體情況，提出如下改革意見：

實驗指導書為學生完成驗證性實驗提供必要的理論指導，實驗指導書的內容一般包括實驗目的、實驗系統組成及原理、實驗內容、預習要求、注意事項等幾部分內容。但實驗指導書只告訴學生該如何做實驗，沒有引導學生去思考為什么這么做以及除了此方法有沒有別的實現方法等問題，今后在更新實驗報告內容時，需要在實驗內容中重點步驟中添加2～3個思考題，且思考題的內容不僅要緊密結合實際系統，而且要引導學生獨立思考或通過資料的查詢了解其成因，這樣能使學生跳出所有情況都基于純理想狀態(tài)的思想禁錮，從而達到舉一反三的良好效果。

目前我校電力拖動自動控制系統的所有實驗均是在天煌GJK型教學實驗平臺上完成的，該實驗平臺配備OMRON變頻器，能完成諸如交直流SPWM變頻調速系統實驗、三相異步電機調壓調速系統實驗以及簡單的開放性實驗。但該平臺的變頻器是基于半控型電力電子器件—晶閘管，無法完成目前交流電機普遍采用的矢量控制、直接轉矩控制的復雜控制算法，實驗設備的跟新換代提上日程。目前正考慮引進的教學實驗儀器是美國國家儀器（National Instruments）的NI compact RIO嵌入式實驗教學平臺，該實驗平臺配備了實時處理器、現場可編程邏輯門陣列（FPGA）、模擬和數字I/O以及更多的內置外設，可用于實現自定制嵌入式控制和監(jiān)控應用。且基于LabVIEW的圖形化軟件編程使系統的軟件設計更加方便，該控制系統在電機控制、無功補償、雙饋風力發(fā)電系統的控制與實時仿真等多個領域不乏成功案例。通過引進該實驗平臺將極大地提高電工電子實驗教學中心的教學能力，使學生能在實驗平臺上完成諸如基于SVPWM變頻調速、直接轉矩控制等復雜控制算法，使學生的動手能力、分析解決問題的能力以及創(chuàng)新能力都得以提升。

為提高實驗教學質量，通常學生在做實驗之前都需要先寫預習報告，在完成實驗后需寫實驗報告，通過最后提交實驗報告的完成情況評定學生的實驗成績，這種評價方式對學生的能力判定不夠全面;在今后實驗成績評價體系中，需詳細記錄實驗過程中各個學生的具體表現與撰寫實驗報告綜合評定學生的實驗成績，這種評定方式綜合考慮了學生的動手能力與解決實際問題的能力，更具有合理性。

為充分運用新引進的實驗平臺，可結合老師具體的科研項目，給出與此相關的綜合性研究畢業(yè)設計課題，讓有攻讀碩士研究生的本科生提早進入研究課題，不僅提高了實驗設備的利用率，對學生學習內容的銜接也起了重大的作用。

4 結論

本文首先闡述了電力拖動與自動控制系統傳統教學方式所存在的問題，針對問題的所在分別從理論課程教學和課程實踐兩個方面提出相應的改革建議。就理論教學而言，給出諸如交流調速與直流調速的側重點調整、穿插工程實例、知識點擴展等方面的建設性意見。實踐方面從實驗指導書的更新、實驗設備的改造升級、實驗成績的評定等方面探討了提高學生動手能力、創(chuàng)新能力以及分析解決問題的能力的方法。通過學生的普遍反映來看，教學方式的改進使學生不再是被動地接受知識，而是主動地接受新知識，極大提高了學生的學習積極性，教學方式改革效果頗為明顯。

基金項目：中國礦業(yè)大學2015年學校教育教學改革與建設一般項目（2015YB13）

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