機(jī)電傳動(dòng)與控制開放式綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開發(fā)及實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用

許 明， 倪 敬， 孫 珺， 陳國(guó)金

(杭州電子科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，杭州 310018)

機(jī)電傳動(dòng)與控制開放式綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開發(fā)及實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用

許 明， 倪 敬， 孫 珺， 陳國(guó)金

(杭州電子科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，杭州 310018)

針對(duì)機(jī)電傳動(dòng)與控制課實(shí)踐教學(xué)中普遍存在的課程知識(shí)體系樹不明晰，課程部分理論及實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)與工程實(shí)際聯(lián)系不緊密，課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性不明顯，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開放和利用效率不夠高等問題，將CDIO工程教育模式融入課程實(shí)踐教學(xué)，開發(fā)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)突出“一個(gè)核心、兩個(gè)要素和三層次實(shí)踐”，即以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力為核心，以電機(jī)和控制為兩個(gè)要素，以基本實(shí)驗(yàn)(“看中學(xué)”)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)(“做中學(xué)”)和開放型實(shí)驗(yàn)(“用中學(xué)”)構(gòu)成三層次實(shí)踐。該綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具備開放性、模塊化、易集成擴(kuò)展等特點(diǎn)，不僅能為本科生的課程實(shí)驗(yàn)服務(wù)，還能滿足本科生競(jìng)賽、研究生工程設(shè)計(jì)能力實(shí)踐學(xué)習(xí)等需求。實(shí)踐證明該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深對(duì)機(jī)電傳動(dòng)與控制的理解和掌握程度，與工程實(shí)際有較好的對(duì)接，鍛煉了學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及綜合應(yīng)用開發(fā)的能力。

實(shí)踐教學(xué)； 機(jī)電傳動(dòng)； 綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)； 三層次實(shí)踐； 工程教育

0 引 言

機(jī)電傳動(dòng)與控制課程是工科院校機(jī)械類本科專業(yè)中培養(yǎng)學(xué)生機(jī)電一體化設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力的一門重要專業(yè)課，是大學(xué)生從事機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主干技術(shù)課程，該課程的突出特點(diǎn)是非常強(qiáng)調(diào)動(dòng)手實(shí)踐進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研發(fā)[1-5]，整個(gè)實(shí)踐教學(xué)是本課程教學(xué)中的重要一環(huán)，是促進(jìn)學(xué)習(xí)興趣、加深知識(shí)點(diǎn)理解、鍛煉動(dòng)手能力和提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)能力的有效載體。但在課程的多年教學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)普遍存在課程知識(shí)體系樹不明晰，課程理論和部分實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)與工程實(shí)際聯(lián)系不緊密，課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性不明顯，課程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開放和利用效率不夠高等問題[1-11]。① 課程的知識(shí)體系樹不明晰，實(shí)踐教學(xué)重點(diǎn)不突出。傳統(tǒng)教學(xué)及實(shí)踐基本從機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程開始，然后直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)、控制電動(dòng)機(jī)、繼電接觸控制、PLC控制等，學(xué)生在學(xué)習(xí)及實(shí)踐過程中抓不住有效溝通各塊內(nèi)容的主線，從而孤立學(xué)習(xí)，沒有有效連接各知識(shí)點(diǎn)而形成系統(tǒng)概念；② 課程部分理論及實(shí)踐內(nèi)容與工程實(shí)際脫節(jié)，例如交流電動(dòng)機(jī)的改變轉(zhuǎn)子回路電阻調(diào)速等，但為追求理論體系的完備性，課程實(shí)驗(yàn)不僅包括這些脫節(jié)內(nèi)容，還將其作為重點(diǎn)，學(xué)生的工程實(shí)踐應(yīng)用能力得不到提升；③ 課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目側(cè)重驗(yàn)證性而輕設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性，該課程實(shí)驗(yàn)一般由專職實(shí)驗(yàn)教師負(fù)責(zé)，在教學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)僅需按規(guī)定的步驟操作，簡(jiǎn)單接線及驗(yàn)證即可，未能有效結(jié)合各內(nèi)容模塊，從而導(dǎo)致為實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)，沒有培養(yǎng)起系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)際工程應(yīng)用的能力；④ 現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)一般僅針對(duì)本科生課程實(shí)驗(yàn)，利用效率不高，而且不具備開放性，不能完成課程之外的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)要求。

針對(duì)上述實(shí)踐教學(xué)中存在的問題，本文將CDIO(Conceive-Design-Implement-Operate，構(gòu)想-設(shè)計(jì)-實(shí)施-操作)工程教學(xué)模式滲透到課程實(shí)踐教學(xué)中，開發(fā)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，突出“一個(gè)核心、兩個(gè)要素和三層次實(shí)踐”，即以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力為核心，以機(jī)電傳動(dòng)與控制課程的電機(jī)和控制為兩個(gè)要素，以基本實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和開放型實(shí)驗(yàn)構(gòu)成三層次實(shí)踐。該綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具備開放、易集成擴(kuò)展等特點(diǎn)，不僅能為本科生的課程實(shí)驗(yàn)服務(wù)，還能滿足本科生競(jìng)賽、研究生工程設(shè)計(jì)能力實(shí)踐學(xué)習(xí)等需求。該綜合平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)方案、組成原理以及相關(guān)實(shí)踐教學(xué)組織情況及其效果如下。

1 綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的總體方案

根據(jù)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)近10年的教學(xué)實(shí)踐與經(jīng)歷，以及對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容的精煉，總結(jié)得到了符合課程大綱要求的知識(shí)樹體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示[1]。

圖1 機(jī)電傳動(dòng)與控制知識(shí)樹體系結(jié)構(gòu)

課程圍繞電動(dòng)機(jī)及其傳動(dòng)控制，從基本動(dòng)力學(xué)方程出發(fā)引申出機(jī)電傳動(dòng)方程，即電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系方程。然后從電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性出發(fā)，引出目前在工程實(shí)際中廣泛使用的直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以及伺服電動(dòng)機(jī)，說明它們的工作原理，以及啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)特性。最后，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)中的主流控制方式——繼電接觸控制和PLC控制，對(duì)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制。從上述分析可以看出，課程知識(shí)點(diǎn)已經(jīng)能夠有機(jī)聯(lián)系起來，從機(jī)電傳動(dòng)方程的基礎(chǔ)理論出發(fā)，到兩大要素——電動(dòng)機(jī)(直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī))和控制(繼電接觸控制、PLC控制)的原理及工作特性方式，最后運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用開發(fā)?？梢钥吹?，上述知識(shí)體系結(jié)構(gòu)將課程各知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了有機(jī)銜接，便于學(xué)生在實(shí)踐學(xué)習(xí)中抓住主線，培養(yǎng)系統(tǒng)意識(shí)。

按照功能特性劃分，可將該綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)劃分為圖2所示的5個(gè)功能模塊：4個(gè)電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K、1個(gè)基于PLC和繼電接觸控制的控制模塊，4個(gè)電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K與控制模塊之間僅有線纜連接，這樣既便于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的集成及擴(kuò)展，又符合機(jī)電傳動(dòng)控制領(lǐng)域的技術(shù)要求。

圖2 綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)原理

圖3所示為本綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的三層次實(shí)踐組成，基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)——“看中學(xué)”，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)——“做中學(xué)”，開放型實(shí)驗(yàn)——“用中學(xué)”。該綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)不僅將CDIO的教學(xué)理念科學(xué)合理的融入到實(shí)踐教學(xué)中，提升本科生課程實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性，還能夠?yàn)楸究粕?jìng)賽、研究生工程能力培養(yǎng)服務(wù)。在教學(xué)方式上，三層次實(shí)踐環(huán)節(jié)以實(shí)踐小組的形式進(jìn)行研討式實(shí)踐，通過小組研討，調(diào)動(dòng)每位同學(xué)的參與性[13]。

圖3 綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的三層次實(shí)踐

2 綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的具體構(gòu)成

綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括5個(gè)功能模塊。

(1) 控制模塊。控制模塊采用PLC為主控制器，結(jié)合空氣開關(guān)、接觸器、繼電器等繼電接觸控制元件，對(duì)各電機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K進(jìn)行控制及運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視，是綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的核心。

PLC是可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)的簡(jiǎn)稱，在工程自動(dòng)化方面應(yīng)用極其廣泛?？紤]到目前國(guó)內(nèi)工程實(shí)際中采用西門子PLC的較多，所以綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以西門子S7 200系列PLC中的CPU224XP為例，通過實(shí)驗(yàn)來讓學(xué)生接觸PLC在機(jī)電傳動(dòng)控制中的應(yīng)用。CPU224XP 是西門子公司的小型CPU，該機(jī)集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，2輸入/1輸出共3個(gè)模擬量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或38路模擬量I/O點(diǎn)，滿足一般小型自動(dòng)控制系統(tǒng)的需求[12]。部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如表1所示。

表1 控制模塊部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

控制模塊采用工程應(yīng)用廣泛且功能完備的西門子CPU224XP為主控制器，并結(jié)合繼電接觸控制系統(tǒng)，構(gòu)成機(jī)電裝備、產(chǎn)品生產(chǎn)線等工程實(shí)踐中典型的控制系統(tǒng)，通過該控制模塊的三層次實(shí)踐，加深了學(xué)生的電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用能力，復(fù)雜工業(yè)控制問題的分析及實(shí)現(xiàn)能力等。

(2) 直流電動(dòng)機(jī)模塊。直流電動(dòng)機(jī)以其調(diào)速性能好和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)制造、交通牽引、電動(dòng)玩具等各個(gè)方面。結(jié)合直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的直流電動(dòng)機(jī)模塊不僅包括傳統(tǒng)的有刷直流電動(dòng)機(jī)，還包括日益發(fā)展的無刷直流電動(dòng)機(jī)。通過滾珠絲桿滑臺(tái)負(fù)載的連接，不僅可進(jìn)行直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)等基本實(shí)驗(yàn)。還針對(duì)自動(dòng)化設(shè)備及生產(chǎn)線中重要的基礎(chǔ)部件——多自由度機(jī)械臂，利用直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。此外，開發(fā)一些開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，來鍛煉學(xué)生的知識(shí)綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維。表2為直流電動(dòng)機(jī)模塊部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

表2 直流電動(dòng)機(jī)模塊部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

(3) 交流電動(dòng)機(jī)模塊。交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、容量大，已經(jīng)成為工業(yè)企業(yè)最廣泛使用的電動(dòng)機(jī)。結(jié)合繼電接觸控制或PLC控制，進(jìn)行交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速、制動(dòng)等實(shí)驗(yàn)?？紤]到工程實(shí)際中基本采用變頻器來對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，因此綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)也通過變頻器來對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速實(shí)驗(yàn)，擯棄簡(jiǎn)單的接線及驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑诰C合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，學(xué)生要從負(fù)載形式及要求開始，進(jìn)行相關(guān)計(jì)算、元件(變頻器、交流電動(dòng)機(jī))選型及電氣接線圖設(shè)計(jì)并接線，并在PLC上編程實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速要求。此外，設(shè)計(jì)了一些開放性創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，例如如何制作簡(jiǎn)易型的變頻器等。交流電動(dòng)機(jī)模塊部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如表3所示。

表3 交流電動(dòng)機(jī)模塊部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

(4) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)模塊。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有快速啟停，無需閉環(huán)控制就能實(shí)現(xiàn)高精度定位，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在需要精確定位的自動(dòng)化生產(chǎn)線、精密機(jī)械等場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)模塊包括步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，負(fù)載對(duì)象是滾珠絲桿滑臺(tái)，進(jìn)行步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速、反轉(zhuǎn)、定位等實(shí)驗(yàn)。除此之外，設(shè)計(jì)一些開放性創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，例如如何制作步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器等。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)模塊部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如表4所示。

表4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)模塊部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

(5) 伺服電動(dòng)機(jī)模塊。伺服電動(dòng)機(jī)由于其調(diào)速性能好、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，更適合應(yīng)用于精密驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域。結(jié)合PLC控制模塊，進(jìn)行伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速實(shí)驗(yàn)。鑒于三菱的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用較多，因此擬采用三菱的伺服電動(dòng)機(jī)及伺服驅(qū)動(dòng)器。除此之外，設(shè)計(jì)了一些開放性創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，例如如何設(shè)計(jì)伺服驅(qū)動(dòng)器等，還可引導(dǎo)學(xué)生了解并熟悉機(jī)器人中廣泛使用的舵機(jī)，并比較舵機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)等的相同和不同點(diǎn)。表5為伺服電動(dòng)機(jī)模塊部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

表5 伺服電動(dòng)機(jī)模塊部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

上述4個(gè)電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K都采用技術(shù)成熟且廣泛使用的電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)部件，與工程實(shí)踐的聯(lián)系十分緊密，并通過三層次綜合實(shí)踐的體系架構(gòu)，使得學(xué)生不僅能夠掌握常用電動(dòng)機(jī)的原理、使用方法，還可以通過CDIO工程教育理念滲透式的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生接觸并逐步提高機(jī)電系統(tǒng)的構(gòu)思能力、設(shè)計(jì)能力、實(shí)施能力、調(diào)試能力、文檔撰寫能力等，并通過開放型實(shí)驗(yàn)，鍛煉知識(shí)綜合運(yùn)用能力及創(chuàng)新思維。

3 綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)踐教學(xué)組織

本文所開發(fā)的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)定位為教學(xué)科研開放式平臺(tái)，具備模塊化、開放性、易集成擴(kuò)展等特點(diǎn)，不僅能為本科生的課程實(shí)驗(yàn)服務(wù)，還能滿足本科生競(jìng)賽、研究生工程設(shè)計(jì)能力實(shí)踐學(xué)習(xí)等需求。下面從這3個(gè)方面來簡(jiǎn)要說明該綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)踐教學(xué)組織及利用情況。

(1) 本科生課程實(shí)驗(yàn)。課程實(shí)驗(yàn)依據(jù)“工程實(shí)際應(yīng)用、工程電氣圖紙和工程項(xiàng)目管理模式”的三進(jìn)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)和安排，采取小班化分組型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，將一個(gè)教學(xué)班級(jí)30～40人分為8組，每組3～5人，設(shè)組長(zhǎng)1名，分組分人在綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行課程實(shí)驗(yàn)。在綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，從學(xué)生和教師的角度分別進(jìn)行課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織(如圖4所示)。并且將研討式教學(xué)方式貫穿于實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理的全過程中，注重理論知識(shí)與工程相結(jié)合的研討，注重自學(xué)和互學(xué)，實(shí)施主講、補(bǔ)充、相互提問和教師補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)研討教學(xué)模式。

圖4 綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織

(2) 學(xué)生競(jìng)賽的開放式平臺(tái)。該綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)涉及到機(jī)電傳動(dòng)及控制領(lǐng)域的多個(gè)方面，在本科生實(shí)踐教學(xué)之外的時(shí)間，可作為學(xué)生競(jìng)賽的開放式平臺(tái)。預(yù)約使用后，在指導(dǎo)教師的協(xié)助下，進(jìn)行競(jìng)賽相關(guān)的機(jī)電傳動(dòng)及控制方面的實(shí)驗(yàn)?；谠摼C合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，作者指導(dǎo)的學(xué)生連續(xù)在第十三屆和第十四屆挑戰(zhàn)杯全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中獲得國(guó)賽一等獎(jiǎng)。

(3) 研究生工程能力培訓(xùn)。由于研究生的生源多樣化，各本科學(xué)校、各專業(yè)在機(jī)電傳動(dòng)控制課程的實(shí)踐教學(xué)方面有種種差異，從而使得有些研究生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前，缺少機(jī)電傳動(dòng)控制相關(guān)的讀圖能力、設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐能力等[14-15]。為此，針對(duì)研究生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的需求，基于綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)及開放型實(shí)驗(yàn)，提高研究生的綜合分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程調(diào)試能力等。

4 結(jié) 語

該綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由專業(yè)教師基于機(jī)電傳動(dòng)的工程實(shí)踐能力培養(yǎng)而開發(fā)，涵蓋課程主要知識(shí)和技能，并減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，加大設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和開放型實(shí)驗(yàn)的比例。通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和開放型實(shí)驗(yàn)，鍛煉學(xué)生的綜合分析能力、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力和在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題、分析和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、探索創(chuàng)新、團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。在該綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)推出的近4年里，對(duì)本科生和研究生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)起到了良好的促進(jìn)作用：在讀本科生及研究生普遍認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的功能完備，通過綜合實(shí)踐使得對(duì)機(jī)電傳動(dòng)控制的理解和掌握更為深入，設(shè)計(jì)能力和綜合應(yīng)用能力得到了鍛煉；已畢業(yè)學(xué)生及用人單位普遍認(rèn)為該綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與工程實(shí)踐緊密對(duì)接，通過在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的實(shí)踐和鍛煉，學(xué)生進(jìn)入企業(yè)后在較短時(shí)間內(nèi)都能適應(yīng)和勝任機(jī)電裝備、生產(chǎn)線等的機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試等任務(wù)。

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Design of an Open Comprehensive Experimental Platform of the Electromechanical Transmission Control Course and Its Practical Teaching Applications

XUMing,NIJing,SUNJun，CHENGuojin

(School of Mechanical Engineering, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, China)

The practical teaching of electromechanical transmission control course exists several common problems, such as indistinct curriculum knowledge tree, loose connection of some theoretical and experimental contents with the practical engineering, inconspicuous design and innovation training in course experiments, less openness and utilization efficiency of the experimental platform. This paper discusses the design and implementation open comprehensive experimental platform based on CDIO (conceive-design-implement-operate). The novel platform highlights “one core, two elements, and three-level practices”. The core is the student’s application ability, the two elements are electrical motor and control, and the three level practices are fundamental experiments (learning from observation), design experiments (learning from designing) and innovation experiments (learning from utilizing). In addition, the novel platform has some advanced features: openness, modularization, easy integration and extension etc. It can not only be used in course experiments for undergraduate students, but also serve undergraduate in competitions and graduate engineering design. The platform has been proven that it can stimulate students learning interests effectively, deepen the understanding and mastering of electromechanical transmission control course, connect with the engineering practices compactly, train the ability of system design and integrated application for undergraduates and graduates effectively.

practice teaching; electromechanical transmission; comprehensive experimental platform; three-level practice; engineering education

TP 273

A

1006-7167(2017)06-0196-05

2016-06-15

杭州電子科技大學(xué)高等教育研究資助項(xiàng)目(ZD201505)；杭州電子科技大學(xué)基于MOOCS/SPOC的“翻轉(zhuǎn)課堂”改革項(xiàng)目(液壓與氣動(dòng)(甲))

許 明(1982-)，男，湖北黃梅人，博士，副教授，主要研究方向：機(jī)電傳動(dòng)控制。Tel.: 13819170630；E-mail: xumzju@163.com