“直流调速系统”课程的教学改革

2014-08-15冯兴田胡慧慧

电气电子教学学报 2014年1期

冯兴田，王平，胡慧慧

(中国石油大学(华东)信息与控制工程学院，山东青岛 266580)

“直流调速系统”课程是电气工程专业的必修课程，也是自动化和机电一体化等专业的重要选修课程。该课程承上启下，既是“电机拖动”、“电力电子技术”和“自动控制原理”等课程的综合应用，又是“交流调速系统”和“电动钻机控制”等课程的基础［1，2］。本文针对该课程的特点和教学现状，提出了课程改革与实践的措施方法。

1 课程教学现状

控制部分的应用。我院课程组针对直流调速系统实验设备，编写了直流调速系统实验指导书，开设了直流调速系统的基本实验，改进开发现有设备，增设了基于PWM控制的直流调速系统的相应实验以及部分设计性的实验。

由于该课程知识综台性强，工程应用性强，学生中出现了厌学厌考等不良情绪，制约了这些学生的综合能力培养。我们认为，只有开展教学研究，进行课程教学改革，才能提高教学效果。

我校“直流调速系统”课程配套采用文献［3］作为教材。该教材第4版入选普通高等教育“十一五”国家级规划教材，重点突出了全控器件和数字

2 课程改革理念

“直流调速系统”课程集控制理论、控制规律、工程设计、仿真分析和实践实验为一体，高度强调理论和实际的结合。我们提出“以工程设计学理论、以模型仿真促实践、以科研案例析应用”的课程改革思路，培养学生的理论分析能力、实践动手能力和科研创新能力。

(1)以工程设计学理论

我们主要是针对课程第二章“转速电流双闭环直流调速系统”中介绍的工程设计方法，根据实际工程设计的需要和指标，结合各种系统的特点和适用范围等，选择系统的类型，确定相关参数。我们在整个设计过程中，融合了系统的组成结构、功能特点、指标分析、参数分析和控制规律等多方面的理论知识。学生进行实际工程问题的设计，完成设计报告或者大作业的同时，掌握与之相关的理论知识，将工程应用中最适用的工程设计法与相关理论知识融会贯通。

(2)以模型仿真促实践

我们将计算机仿真技术引入到课程理论教学或实验教学中，在计算机上搭建仿真模型进行仿真实验［4，5］。在仿真环境下反复修改参数，观察仿真结果和效果，确定相关设计参数，再通过实验进行验证性分析;学生通过仿真软件实现综合设计性实验和研究创新性实验，从解决工程设计、仿真分析到实验验证实际工程问题;他们可以在课下进行大量的仿真练习工作，既可以解决实验学时较少的问题，又可熟悉仿真技术在工程实践应用中发挥的作用。

(3)以科研案例析应用

教师结合自己的实际科研项目以及行业应用较为成熟的直流调速系统案例，介绍典型的直流调速系统在现场中的实际应用，通过分析直流调速系统的各种结构特点、指标需求、工作原理以及适用范围等。学生在认识到课程学习应用背景的同时，自己查阅资料，调研有关直流调速系统的现场应用情况，开展对于直流调速系统的研究现状和发展趋势等问题的研讨。

3 改革实施方案

3.1 教学内容改革

本课程重点结合现场广泛采用的数字控制系统，进行相关的原理与应用、控制规律和实现方法的分析。

(1)我们安排基础理论知识的内容，包括直流调速系统用的可控直流电源、基本的直流调速系统结构原理等，占课程内容的35%左右;

(2)基于工程设计的方法，重点针对转速电流双闭环的直流调速系统，通过理论分析、建立仿真模型进行系统仿真分析、实验调试验证等过程，让学生掌握一个实际的直流调速系统从设计开发到实际应用的完整的研究过程，再根据仿真实验的结果加强对理论知识的学习和理解，这部分占课程内容的25%左右;

(3)我们针对现在发展较快的计算机控制，引入数字的测速方法、数字控制方法，延用工程设计、建模仿真以及实验分析的研究思路，完成直流调速系统从模拟控制到数字控制(特别是PWM数字控制直流调速系统)的升级开发学习，这部分占课程内容的25%左右;

(4)我们结合科研经历，分析直流调速系统在电动钻机等工程实践的中应用。同时针对一些新兴的科研产业，如电动汽车和飞轮储能等，研讨直流调速系统的发展趋势，并要求学生查阅相关资料，完成相应的科研报告，这部分占课程内容的15%左右。

3.2 教学方法改革

针对调整后的教学内容，强调工程应用实践、重视仿真实验教学。理论课堂可融合小班课堂模式和研究生课堂模式，加强师生之间的互动;将习题和例题的讲解穿插在课堂中，并进行相应的课堂练习，两者结合，让学生及时掌握所学内容;每章内容结束后，教师提出综合应用问题或者实际工程问题留给学生课下解决，并要求上交分析解决方案报告;引入Matlab仿真软件，搭建直流调速系统的实例仿真模型，配合理论和实践教学，加强学生感性认识;结合科研项目，研讨课程知识的实际应用和发展趋势，让学生调研相应的内容，促进理论实践的结合。

3.3 考核方法改革

我们采取综合考核的方式，提高学生动手实践、探索钻研的意识，实现对学生知识、能力和素质的综合测评。考试成绩的评定主要分为:①针对双闭环直流调速系统的工程设计以及仿真分析的大作业占总成绩的20%;②提交一份针对调速系统实际应用和发展趋势的调研报告，并进行调研答辩，占总成绩的20%;③综合设计实验的分析以及参与教师的科研项目并有所成果，占总成绩的20%;④基础理论的闭卷考试占总成绩的40%。