さ緦ν隙實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)裝置開發(fā)與應(yīng)用

趙越

摘要：《電力拖動》是機(jī)電一體化技術(shù)等專業(yè)課程學(xué)習(xí)中的重要內(nèi)容，在《電力拖動》實(shí)訓(xùn)教學(xué)當(dāng)中，傳統(tǒng)的教學(xué)模式存在一定的弊病，突出表現(xiàn)在專業(yè)化教學(xué)設(shè)備缺乏上，在這種情況下一些學(xué)校開始著手開發(fā)電力拖動實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)裝置。本文根據(jù)現(xiàn)有的研究資料，結(jié)合自身在《電力拖動》實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的一些經(jīng)驗(yàn)，對計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在電力拖動實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用闡述了自己的意見，著重分析了電力拖動實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)裝置開發(fā)及應(yīng)用及仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方案設(shè)計(jì)，希望能夠?qū)Ξ?dāng)前的電力拖動實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)裝置開發(fā)提供一些思路。

關(guān)鍵詞： 電力拖動；實(shí)訓(xùn)；仿真；開發(fā)

在傳統(tǒng)的《電力拖動》實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，一般都是采用灌輸式教學(xué)方式，教師講解實(shí)訓(xùn)內(nèi)容、演示實(shí)訓(xùn)過程，學(xué)生根據(jù)教師的指點(diǎn)完成實(shí)驗(yàn)工作，得出已經(jīng)確定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這種教學(xué)模式與電力拖動實(shí)驗(yàn)設(shè)備缺乏有密切的關(guān)系，但是大型的電力推動實(shí)驗(yàn)設(shè)備的價(jià)格比較高，并且需要經(jīng)常性的更新，所以多數(shù)院校并不愿意購置這些設(shè)備，所以電力拖動實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)裝置的開發(fā)就成為了推動《電力拖動》課程改革的重要步驟。

一、電力拖動實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)裝置開發(fā)

《電力拖動》實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)裝置開發(fā)就是需要根據(jù)《電力拖動》實(shí)訓(xùn)教學(xué)的需要開發(fā)的專門的電力拖動實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)裝置，滿足電力拖動實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要。就目前來說，電力拖動實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)裝置開發(fā)當(dāng)中，有兩種設(shè)計(jì)開發(fā)的思路。

（一）電力拖動實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)設(shè)備的開發(fā)

這種設(shè)備是運(yùn)用PLC控制軟件、變頻調(diào)速設(shè)備等基礎(chǔ)上，來開發(fā)電力拖動實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)設(shè)備，其與真實(shí)的電力拖動幾乎是完全一致，其中用PLC控制軟件安裝在控制芯片組當(dāng)中，變頻調(diào)速設(shè)備主要是為了適應(yīng)不同的實(shí)驗(yàn)需要，在功能和操作方式上與實(shí)際電力拖動操作也基本一樣，是目前進(jìn)行電力拖動實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)最適合的設(shè)備。從目前來看，市場上已經(jīng)出現(xiàn)了這樣的設(shè)備，但是所開發(fā)的這種設(shè)備雖然具有一定的升級空間，但是升級的空間非常有限，在應(yīng)用以后需要升級和更換，其成本比較高。

（二）電力拖動實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)軟件的開發(fā)

這種集成了計(jì)算機(jī)功能與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)開發(fā)的裝置與實(shí)際電力拖動操作功能基本一致，滿足學(xué)生的電力拖動實(shí)訓(xùn)的主要，目前在開發(fā)當(dāng)中所使用的軟件系統(tǒng)比較多，其中MATLAB軟件是應(yīng)用最為廣泛的方針軟件。

二、電力拖動實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)裝置的應(yīng)用

電力拖動實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)的內(nèi)容有很多，電力拖動實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)裝置的應(yīng)用過程中應(yīng)用的范圍比較廣泛，在這里簡單的說明在幾個實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用情況。

（一）電力拖動實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)裝置開發(fā)應(yīng)用產(chǎn)品

伴隨著技術(shù)的進(jìn)步，目前很多企業(yè)開始生產(chǎn)電力拖動實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)裝置，當(dāng)然不同的企業(yè)所生產(chǎn)的產(chǎn)品是不同的。目前，在電力拖動實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)裝置主要包括兩種類型，也就是電力拖動實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)設(shè)備和仿真教學(xué)軟件，產(chǎn)品的銷售情況來看，前者的在市場上的產(chǎn)品比較多，市場接受度也比較好。比如說上海上益教育設(shè)備制造有限公司，所生產(chǎn)的SYJND888T電力拖動·PLC·變頻調(diào)速技能實(shí)訓(xùn)裝置，是一款專門針對職業(yè)教育的和就業(yè)人員的實(shí)際操作、培訓(xùn)和鑒定需要的電力拖動實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)設(shè)備，這種設(shè)備的可以滿足《電力拖動控制線路與技能訓(xùn)練》《工廠電氣控制技術(shù)》《繼電接觸控制技術(shù)》《PLC原理及應(yīng)用技術(shù)》等相關(guān)科目的實(shí)驗(yàn)及實(shí)訓(xùn)教學(xué)需要。同時(shí)，為了滿足設(shè)備的擴(kuò)張需要，在設(shè)計(jì)上采用掛箱結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)功能變化對其進(jìn)行擴(kuò)展，包括電工技能和變頻調(diào)速癷時(shí)序項(xiàng)目都可以在此設(shè)備上完成。在設(shè)計(jì)上采用的元器件通過導(dǎo)線接入接線端的設(shè)計(jì)方法，這樣在使用的過程中既可以滿足實(shí)訓(xùn)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的，又能保護(hù)元器件不受損害。

此外，電力拖動實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)軟件也有很多，比如說大連通科應(yīng)用技術(shù)有限公司就專門開發(fā)了一款電力拖動仿真實(shí)訓(xùn)軟件，該軟件安裝在計(jì)算機(jī)當(dāng)中，可以模擬電力拖動的運(yùn)行環(huán)境及過程，學(xué)生通過電腦就可以完成實(shí)訓(xùn)、實(shí)驗(yàn)。

（二）雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是電力拖動實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中的一個比較重要的實(shí)驗(yàn)，在應(yīng)用電力拖動實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，可以使用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行模擬，在模擬實(shí)驗(yàn)的過程中當(dāng)中，先構(gòu)建起 Matlab/Simulink仿真環(huán)境，然后完成電動機(jī)的電流與轉(zhuǎn)速的反饋控制。在具體的實(shí)驗(yàn)當(dāng)中可以采用晶閘管供電直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，使用三相橋式電路作為整流裝置。相關(guān)的設(shè)備及系統(tǒng)參有：直流電動機(jī)：220V，136A，1460r/min，Ce=0.132Vmin/r，允許過載倍數(shù)λ=1.5，晶閘管裝置的放大系數(shù)：Ks=40，電樞回路總電阻：R=0.5Ω，時(shí)間常數(shù)是：Ti=0.03，Tm=0.18s。電流反饋系數(shù)為：β=0.05V/A（≈10V/15IN）；轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：α=0.007Vmin/r（≈10V/nN）。

考慮到雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)速及電流反饋控制功能的實(shí)現(xiàn)，需要借助于采用的電流調(diào)節(jié)器。目前電力拖動實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)裝置當(dāng)中，主要采用的是ACR電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為Wacr=Ki（τis+1）τus，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)可以表示為：Wacr=Kn（τns+1）τus，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中需要先選擇確定ASR與ACR調(diào)機(jī)器的PI參數(shù)。從理論上來講解決這一問題有一定的難度，但是并非是不可能的，可以使用調(diào)機(jī)器的工程設(shè)計(jì)方法，在使用以Matlab仿真技術(shù)為基礎(chǔ)的仿真軟件進(jìn)行仿真，然后將仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)參與進(jìn)行對照，對相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)經(jīng)進(jìn)行修正和調(diào)整。根據(jù)前期仿真設(shè)計(jì)，可以得出各個模塊的參數(shù)。比如說假定得出的各個模塊的參數(shù)計(jì)算結(jié)果：給定電流信號Ui=10V，電流鋁箔時(shí)間常數(shù)Toi=0.03s等，當(dāng)然在這些參數(shù)只是建議，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能存在一定的差異，但是能夠反映出其應(yīng)用的過程。從應(yīng)用的效果來看，即使采用仿真軟件，也能較好的滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要。

總之，電力拖動實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)裝置開發(fā)與應(yīng)用的過程中，應(yīng)該將開發(fā)與電力拖動實(shí)訓(xùn)教學(xué)有效的結(jié)合起來，所設(shè)計(jì)的電力拖動實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)裝置必須能夠滿足實(shí)訓(xùn)教學(xué)的需要，同時(shí)具有良好的可擴(kuò)展性。

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