基於卓越工程師教育培養計劃的運動控制系統論文
基於卓越工程師教育培養計劃的運動控制系統論文
關鍵詞：運動控制系統 教學模式 工程師培養 工程應用性 MATLAB模擬
摘 要：本文從培養卓越工程師的需求出發，對運動控制系統課程的教學改革進行探索。課堂教學採用以學生為主，以問題為導向的探究式教學模式，同時課堂教學和實驗、課程設計教學實踐環節相呼應，為畢業設計打下基礎。
教育部提出的“卓越工程師培養計劃”是我國高等教育中長期發展規劃中的一個重要計劃，透過教育和行業、高校和企業的密切合作，以實際工程為背景，以工程技術為主線，使學生在走出校門後，具有分析問題、解決問題、將好的設想和概念轉化為現實的能力[1]。而現行的教學方法，在培養高素質綜合能力人才方面，還有著種種的不足，高校教育內容及方式方法的改革勢在必行。
運動控制系統是自動化專業的一門核心專業課程。該課程集電機及拖動基礎、檢測技術、電力電子技術、自動控制原理和計算機控制技術等課程相關基礎知識於一體，課程的理論性和實踐性都非常強，因此課程的教學難度較大，學生理解和接受知識困難多，不能很好地掌握和進行實際系統的設計，所以有必要從教學理念、教學內容、教學方式等方面進行改革，達到學以致用解決實際問題的目的。
一、課堂上建立探究式的教學模式
課堂教學由單純的教師講授方式轉化為以問題為導向的探究式、討論式的教學模式。講課中教師始終以學生為主體，激發學生學習的主動性。課程講授方式貫徹由淺入深、循序漸進的原則，如講向量控制系統，首先給出靜止三相座標系下非同步電動機的動態數學模型，讓學生思考如何轉化為直流電動機物理模型，提出解決方法，引出座標變換的方法。引導學生推導同步旋轉座標系下非同步電動機的動態數學模型，引出向量控制系統原理。建立向量控制系統結構，透過模擬實驗分析系統性能。使學生不斷的思考，思維緊緊跟著課程內容進行，參與到教師的講課中。
二、理論教學內容和教學方法的組織
1.合理安排與更新教學內容
隨著交流調速技術在實際中廣泛的應用，交流調速有取代直流調速的發展趨勢。因此，在教學安排上，交流調速內容應占主導地位，在學時上應占課程的60％以上。課程教學內容改革不僅要淘汰陳舊落後的調速方法，還要適當補充新的內容。例如在交流調速中，轉差功率消耗型系統只做簡要介紹，重點介紹高效能的非同步電動機向量控制和直接轉矩控制系統。
2.多媒體教學和板書教學相結合的教學手段
利用多媒體教學手段，一方面可加大課堂資訊量，節省課堂現場畫圖時間。另一方面也可從網上下載實際案例的`彩色實物圖片和原理圖進行講解[2]，使“運動控制系統”的抽象概念和複雜過程形象化，採用動畫技術可以生動地將概念和複雜過程講清楚。但多媒體課件在需要回顧前面內容時不太方便，這時可用板書來彌補，將一些關鍵公式寫在黑板上，與課件上內容相結合，有助於學生抓住重點、更好地銜接新內容。
3.充分發揮Matlab在教學中的作用
將Matlab/Simulink模擬軟體引入教學活動中，可增強教學效果。模擬實驗尤其是用於交流調速系統可起到事半功倍效果，如向量變換模擬、轉差頻率控制的向量控制系統模擬和直接轉矩控制系統模擬等，使學生對交流調速系統變頻控制內容感到不再抽象，容易理解。
三、實踐教學環節的探索
運動控制系統課程的實驗教學環節包括實驗教學、課程設計和畢業設計。實驗教學有助於增進學生對理論的理解。但是傳統的實驗多是驗證性的，為提高學生的創新能力，應引進開放實驗裝置，適當增加綜合設計性實驗，培養學生動手能力和工程實踐能力。課程設計環節彌補了理論教學和實驗教學在系統設計方面的不足，使學生初步體驗運動控制系統的設計過程。課程設計的題目可有兩個方向：(1)分析設計：根據控制物件模型和效能指標要求進行方案確定、原理電路設計、元器件引數計算和選擇、控制電路圖等[3]，提高學生運用理論知識解決實際問題的能力；(2)模擬驗證：如交流調速系統的向量控制和直接轉矩控制，建立模擬模型對控制演算法進行模擬，加深對SVPWM控制技術和座標變換的理解，提高學生計算機模擬能力。
畢業設計環節要求學生綜合運用本專業各課程的理論知識，透過查閱有關文獻，確定設計中計算機型別，選擇轉速、電流感測器，設計數字PI調節器，完成調速系統硬體電路設計及元器件選型。在實驗室對調速系統關鍵部分進行除錯，編制出調速系統程式並除錯透過，最終獨立設計出一個符合實際生產需要的調速系統。注重校企合作，教師和企業工程師聯合指導畢業設計，與實際緊密結合，為工程應用性提供保障。
四、結語
運動控制系統課程涉及的專業基礎課多、綜合性強，實驗教學手段落後等實際情況，導致教與學的難度較大，本文針對傳統的教學模式存在的問題，在課程教學模式、課程內容、教學實踐環節、教學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：
[1]盧秉娟.運動控制系統課程教學突出工程實際應用性研究，洛陽理工學院學報（自然科學版）第21卷，第3期，2011年9月，pp88-90
[2]倪超，鄒紅豔.運動控制系統課程實驗教學改革探索，科技資訊。2010年第31期，pp25
[3]鮑建宇，劉毅華，崔家林.運動控制課程群的實踐教學改革研究，合肥工業大學學報(社會科學版)第24卷第l期2010年2月pp113-115