《電氣傳動(dòng)》課程的探索與研究

宗劍 孫國(guó)琴 錢平 張伯澤 李冠一 盧建寧

【摘要】以電機(jī)控制為主線，以電力電子技術(shù)為依托，把電力電子術(shù)，運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)課程進(jìn)行有機(jī)地整合，構(gòu)建了以工程能力培養(yǎng)和理論與實(shí)踐相結(jié)合電氣傳動(dòng)課程體系，滿足解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力培養(yǎng)的課程體系要求。

【關(guān)鍵詞】課程整合?電氣傳動(dòng)?能力培養(yǎng)?工程應(yīng)用

一、引言

電氣傳動(dòng)作為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的主干課程，在電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)應(yīng)用型人才和工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)中始終占重要地位。為滿足電氣工程應(yīng)用型本科試點(diǎn)專業(yè)培養(yǎng)工程實(shí)踐能力強(qiáng)的人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，以工程應(yīng)用為導(dǎo)向?qū)㈦娏﹄娮诱n程內(nèi)容與運(yùn)動(dòng)控制課程內(nèi)容進(jìn)行重新梳理、整合形成電氣傳動(dòng)課程，進(jìn)而達(dá)到專業(yè)課程解決復(fù)雜工程問(wèn)題的人才培養(yǎng)目的。

二、課程建設(shè)的舉措

課程建設(shè)從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題，打破傳統(tǒng)的課本講授順序，把相關(guān)的專業(yè)課內(nèi)容進(jìn)行重新梳理，相互穿插，形成以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)和工程應(yīng)用為主導(dǎo)的新課程體系。完整、系統(tǒng)地講解電氣工程專業(yè)所需要的電氣傳動(dòng)基本理論和解決問(wèn)題的工程方法，課程內(nèi)容同時(shí)融合團(tuán)隊(duì)科研項(xiàng)目和中國(guó)智能制造“西門子杯”運(yùn)動(dòng)控制大賽及全國(guó)大學(xué)生電子競(jìng)賽電源部分相關(guān)內(nèi)容于教學(xué)中，體現(xiàn)創(chuàng)新理念。

1.課程整合的思路

以直、交流電機(jī)控制為目的，以如何獲取可控、可調(diào)的直流電源和交流電源為目標(biāo)，將電力電子技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容融入到直流電機(jī)和交流電機(jī)的控制中，將電氣傳動(dòng)的課程內(nèi)容分為五個(gè)理論模塊和一個(gè)實(shí)踐模塊進(jìn)行理論和實(shí)踐教學(xué)。

（1）電力電子器件部分。主要講授電力電子器件的發(fā)展及器件的特性及應(yīng)用等內(nèi)容，介紹電力電子器件的發(fā)展過(guò)程及應(yīng)用，使學(xué)生能夠?qū)﹄娏﹄娮蛹夹g(shù)有個(gè)整體的把握。

（2）以獲取可控、可調(diào)的直流電源以滿足直流電機(jī)調(diào)速需要為目的，分析整流電路分、斬波電路為直流電機(jī)調(diào)速做準(zhǔn)備。

（3）在獲取可控、可調(diào)的直流電源基礎(chǔ)上，分析直流電機(jī)控制部分，包括閉環(huán)系統(tǒng)和弱磁控制等。

（4）在獲取可控可調(diào)的交流電源以滿足交流電機(jī)調(diào)速需要的基礎(chǔ)上，分析逆變電路和PWM技術(shù)。

（5）在獲取可控可調(diào)的交流電源基礎(chǔ)上，分析交流電機(jī)控制，包括矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制等。

2.突出工程應(yīng)用整合教學(xué)內(nèi)容

以電機(jī)為控制對(duì)象，圍繞電機(jī)控制形成電氣傳動(dòng)課程體系。課程系統(tǒng)地介紹電氣傳動(dòng)課程相關(guān)學(xué)科的基本原理和解決實(shí)際問(wèn)題的工程方法，重點(diǎn)突出實(shí)際工程應(yīng)用，并融入中國(guó)制造“西門子杯”運(yùn)動(dòng)控制大賽及全國(guó)大學(xué)生電子競(jìng)賽電源部分相關(guān)內(nèi)容于教學(xué)中，體現(xiàn)創(chuàng)新理念。課程建設(shè)達(dá)到以下要求：

（1）注重工程應(yīng)用能力。以直流、交流電機(jī)調(diào)速、軌道交通牽引系統(tǒng)、高鐵牽引及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際工程應(yīng)用為主線，以如何獲取可控、可調(diào)的直流電源或交流電源為目標(biāo)，將電力電子的相關(guān)內(nèi)容以如何應(yīng)用于控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和力矩等為目的，融入到電氣傳動(dòng)課程體系中，緊扣行業(yè)和現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)際要求，充分體現(xiàn)先進(jìn)技術(shù)的工程應(yīng)用。

（2）注重系統(tǒng)性和能力培養(yǎng)。以電機(jī)控制為主線，將電氣傳動(dòng)課程中的電機(jī)調(diào)速的工作原理、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、控制的性能指標(biāo)及參數(shù)調(diào)節(jié)等內(nèi)容構(gòu)成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)的概念。在系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)過(guò)程中，如何達(dá)到系統(tǒng)控制性能指標(biāo)，如何調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制參數(shù)等引導(dǎo)學(xué)生工程設(shè)計(jì)的思路，以達(dá)到學(xué)生工程能力的培養(yǎng)。

（3）把握學(xué)科前沿，注重先進(jìn)性。將新能源轉(zhuǎn)換及電源技術(shù)融入課程體系中，開(kāi)展相關(guān)的專題講座和討論，使學(xué)生掌握電氣工程學(xué)科前沿的發(fā)展動(dòng)向。

3.改進(jìn)教學(xué)手段，提高教學(xué)質(zhì)量

在教學(xué)方法上結(jié)合課程特點(diǎn)，把MATLAB仿真教學(xué)融入課程之中，讓同學(xué)通過(guò)仿真加深理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，并鍛煉學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力。通過(guò)課程建設(shè)，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)：

（1）教學(xué)過(guò)程中為保證能掌握學(xué)科前沿和國(guó)際交往能力的培養(yǎng)，嘗試對(duì)該課程進(jìn)行雙語(yǔ)講授，選用英文教材并編制相應(yīng)的課件。在制作多媒體課件時(shí)，把關(guān)鍵的詞匯用于重點(diǎn)標(biāo)注，并付諸中文解釋，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)英語(yǔ)的積極性。課堂上教師精心設(shè)計(jì)有關(guān)重點(diǎn)、難點(diǎn)相關(guān)內(nèi)容相關(guān)的主題，并結(jié)合習(xí)題課進(jìn)行師生討論，較強(qiáng)學(xué)生主動(dòng)查閱英文資料的能力。

（2）充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。電氣傳動(dòng)課程教學(xué)充分利用校園網(wǎng)絡(luò)資源豐富，開(kāi)發(fā)課程的教學(xué)網(wǎng)絡(luò)，并借助學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，提供該課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)課件及教學(xué)資源發(fā)布與下載、難題發(fā)布、在線討論等師生互動(dòng)功能，使得對(duì)該課程的教學(xué)不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制。

（3）充分實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，提高學(xué)生動(dòng)手能力。實(shí)踐教學(xué)是促進(jìn)學(xué)生將課堂理論知識(shí)與工程實(shí)際問(wèn)題結(jié)合的重要途徑，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考及分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力有著重要的作用。利用電氣傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成相關(guān)課內(nèi)實(shí)踐環(huán)節(jié)外，利用機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、倒立擺裝置、磁懸浮模擬控制系統(tǒng)等實(shí)踐平臺(tái)拓展學(xué)生的實(shí)際操作能力。實(shí)踐平臺(tái)模擬訓(xùn)練要求學(xué)生編寫簡(jiǎn)單的程序，調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的參數(shù)等解決實(shí)際問(wèn)題。

三、課程的考核機(jī)制

考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定：電氣傳動(dòng)理論部分的考核方式采用過(guò)程化考核，筆試部分包括課堂小測(cè)試和期末考試部分，在整個(gè)教學(xué)與學(xué)習(xí)過(guò)程中考核學(xué)生的自主學(xué)習(xí)的能力、動(dòng)手能力等計(jì)入平時(shí)成績(jī)，平時(shí)成績(jī)可占總評(píng)成績(jī)的50%，期末考試成績(jī)占總評(píng)成績(jī)的50%，整個(gè)教學(xué)過(guò)程均注重學(xué)生能力的培養(yǎng)。

四、結(jié)論

在上海市教委電氣傳動(dòng)課程建設(shè)過(guò)程中，針對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題讓學(xué)生能從控制對(duì)象出發(fā)尋根剖源，進(jìn)而得到解決工程問(wèn)題的合理方案，體現(xiàn)了培養(yǎng)學(xué)生解決工程問(wèn)題的能力，通過(guò)幾年嘗試，學(xué)生普遍反應(yīng)課程整合條理清晰，容易接受，也達(dá)到了良好的教學(xué)效果。同時(shí)，通過(guò)課程整合建設(shè)，也提升了教師的教學(xué)能力。

本文系上海市教委重點(diǎn)建設(shè)課程，項(xiàng)目編號(hào)：39110M181003。