基于卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的運(yùn)動控制系統(tǒng)論文
關(guān)鍵詞：運(yùn)動控制系統(tǒng) 教學(xué)模式 工程師培養(yǎng) 工程應(yīng)用性 MATLAB仿真
摘 要：本文從培養(yǎng)卓越工程師的需求出發(fā)，對運(yùn)動控制系統(tǒng)課程的教學(xué)改革進(jìn)行探索。課堂教學(xué)采用以學(xué)生為主，以問題為導(dǎo)向的探究式教學(xué)模式，同時課堂教學(xué)和實驗、課程設(shè)計教學(xué)實踐環(huán)節(jié)相呼應(yīng)，為畢業(yè)設(shè)計打下基礎(chǔ)。
教育部提出的“卓越工程師培養(yǎng)計劃”是我國高等教育中長期發(fā)展規(guī)劃中的一個重要計劃，通過教育和行業(yè)、高校和企業(yè)的密切合作，以實際工程為背景，以工程技術(shù)為主線，使學(xué)生在走出校門后，具有分析問題、解決問題、將好的設(shè)想和概念轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實的能力[1]。而現(xiàn)行的教學(xué)方法，在培養(yǎng)高素質(zhì)綜合能力人才方面，還有著種種的不足，高校教育內(nèi)容及方式方法的改革勢在必行。
運(yùn)動控制系統(tǒng)是自動化專業(yè)的一門核心專業(yè)課程。該課程集電機(jī)及拖動基礎(chǔ)、檢測技術(shù)、電力電子技術(shù)、自動控制原理和計算機(jī)控制技術(shù)等課程相關(guān)基礎(chǔ)知識于一體，課程的理論性和實踐性都非常強(qiáng)，因此課程的教學(xué)難度較大，學(xué)生理解和接受知識困難多，不能很好地掌握和進(jìn)行實際系統(tǒng)的設(shè)計，所以有必要從教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等方面進(jìn)行改革，達(dá)到學(xué)以致用解決實際問題的目的。
一、課堂上建立探究式的教學(xué)模式
課堂教學(xué)由單純的教師講授方式轉(zhuǎn)化為以問題為導(dǎo)向的探究式、討論式的教學(xué)模式。講課中教師始終以學(xué)生為主體，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。課程講授方式貫徹由淺入深、循序漸進(jìn)的原則，如講矢量控制系統(tǒng)，首先給出靜止三相坐標(biāo)系下異步電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，讓學(xué)生思考如何轉(zhuǎn)化為直流電動機(jī)物理模型，提出解決方法，引出坐標(biāo)變換的方法。引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下異步電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，引出矢量控制系統(tǒng)原理。建立矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過仿真實驗分析系統(tǒng)性能。使學(xué)生不斷的思考，思維緊緊跟著課程內(nèi)容進(jìn)行，參與到教師的講課中。
二、理論教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的組織
1.合理安排與更新教學(xué)內(nèi)容
隨著交流調(diào)速技術(shù)在實際中廣泛的應(yīng)用，交流調(diào)速有取代直流調(diào)速的發(fā)展趨勢。因此，在教學(xué)安排上，交流調(diào)速內(nèi)容應(yīng)占主導(dǎo)地位，在學(xué)時上應(yīng)占課程的60％以上。課程教學(xué)內(nèi)容改革不僅要淘汰陳舊落后的調(diào)速方法，還要適當(dāng)補(bǔ)充新的內(nèi)容。例如在交流調(diào)速中，轉(zhuǎn)差功率消耗型系統(tǒng)只做簡要介紹，重點介紹高性能的異步電動機(jī)矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。
2.多媒體教學(xué)和板書教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)手段
利用多媒體教學(xué)手段，一方面可加大課堂信息量，節(jié)省課堂現(xiàn)場畫圖時間。另一方面也可從網(wǎng)上下載實際案例的`彩色實物圖片和原理圖進(jìn)行講解[2]，使“運(yùn)動控制系統(tǒng)”的抽象概念和復(fù)雜過程形象化，采用動畫技術(shù)可以生動地將概念和復(fù)雜過程講清楚。但多媒體課件在需要回顧前面內(nèi)容時不太方便，這時可用板書來彌補(bǔ)，將一些關(guān)鍵公式寫在黑板上，與課件上內(nèi)容相結(jié)合，有助于學(xué)生抓住重點、更好地銜接新內(nèi)容。
3.充分發(fā)揮Matlab在教學(xué)中的作用
將Matlab/Simulink仿真軟件引入教學(xué)活動中，可增強(qiáng)教學(xué)效果。仿真實驗尤其是用于交流調(diào)速系統(tǒng)可起到事半功倍效果，如矢量變換仿真、轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制系統(tǒng)仿真和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真等，使學(xué)生對交流調(diào)速系統(tǒng)變頻控制內(nèi)容感到不再抽象，容易理解。
三、實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的探索
運(yùn)動控制系統(tǒng)課程的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)包括實驗教學(xué)、課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計。實驗教學(xué)有助于增進(jìn)學(xué)生對理論的理解。但是傳統(tǒng)的實驗多是驗證性的，為提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，應(yīng)引進(jìn)開放實驗設(shè)備，適當(dāng)增加綜合設(shè)計性實驗，培養(yǎng)學(xué)生動手能力和工程實踐能力。課程設(shè)計環(huán)節(jié)彌補(bǔ)了理論教學(xué)和實驗教學(xué)在系統(tǒng)設(shè)計方面的不足，使學(xué)生初步體驗運(yùn)動控制系統(tǒng)的設(shè)計過程。課程設(shè)計的題目可有兩個方向：(1)分析設(shè)計：根據(jù)控制對象模型和性能指標(biāo)要求進(jìn)行方案確定、原理電路設(shè)計、元器件參數(shù)計算和選擇、控制電路圖等[3]，提高學(xué)生運(yùn)用理論知識解決實際問題的能力；(2)仿真驗證：如交流調(diào)速系統(tǒng)的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制，建立仿真模型對控制算法進(jìn)行仿真，加深對SVPWM控制技術(shù)和坐標(biāo)變換的理解，提高學(xué)生計算機(jī)仿真能力。
畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)要求學(xué)生綜合運(yùn)用本專業(yè)各課程的理論知識，通過查閱有關(guān)文獻(xiàn)，確定設(shè)計中計算機(jī)類型，選擇轉(zhuǎn)速、電流傳感器，設(shè)計數(shù)字PI調(diào)節(jié)器，完成調(diào)速系統(tǒng)硬件電路設(shè)計及元器件選型。在實驗室對調(diào)速系統(tǒng)關(guān)鍵部分進(jìn)行調(diào)試，編制出調(diào)速系統(tǒng)程序并調(diào)試通過，最終獨立設(shè)計出一個符合實際生產(chǎn)需要的調(diào)速系統(tǒng)。注重校企合作，教師和企業(yè)工程師聯(lián)合指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計，與實際緊密結(jié)合，為工程應(yīng)用性提供保障。
四、結(jié)語
運(yùn)動控制系統(tǒng)課程涉及的專業(yè)基礎(chǔ)課多、綜合性強(qiáng)，實驗教學(xué)手段落后等實際情況，導(dǎo)致教與學(xué)的難度較大，本文針對傳統(tǒng)的教學(xué)模式存在的問題，在課程教學(xué)模式、課程內(nèi)容、教學(xué)實踐環(huán)節(jié)、教學(xué)方法等方面做了一些探索，提出了一些有益的方法。
參考文獻(xiàn)：
[1]盧秉娟.運(yùn)動控制系統(tǒng)課程教學(xué)突出工程實際應(yīng)用性研究，洛陽理工學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）第21卷，第3期，2011年9月，pp88-90
[2]倪超，鄒紅艷.運(yùn)動控制系統(tǒng)課程實驗教學(xué)改革探索，科技信息。2010年第31期，pp25
[3]鮑建宇，劉毅華，崔家林.運(yùn)動控制課程群的實踐教學(xué)改革研究，合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版)第24卷第l期2010年2月pp113-115
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