基于MATLAB仿真技术的项目化教学应用*

周雪会

（广西工业职业技术学院 广西 南宁 530001）

一、项目教学法的可行性分析

为了更新教育理念，创新教学方法，为学生提供更加有效的学习环境，本课题在《电力电子技术》课程中引入了项目化教学法[1]。项目教学法是一种以学生为主教师为辅的教学模式，强调学生在教学中的主观能动作用，教师和学生之间是一种互动式的教学形式；通过老师的引导让学生通过自己的探索获取理论知识，这样更激发学生的学习动机；同时项目教学法在很大程度上提高了学生的参与程度，教师在授课过程中，借助多媒体和仿真软件等学习载体使教学内容更加活泼和丰富，提高了学生的学习兴趣。通过项目化教学，学生的主体作用得到了充分发挥，求知欲得到了激发；同时，有效地提高了学生的专业能力、社会能力和素质能力，提高了学生的知识转化能力和动手操作能力，锻炼了他们自主分析问题和解决问题的能力，发展和培养了学生的创新能力，为他们下一阶段的毕业设计以及就业、创业奠定了良好基础，教学效果显著。

二、MATLAB仿真技术在项目化教学中的优势

在电力电子这门课程的教学过程中，我们引入了MATLAB仿真软件技术，在教学中采用仿真教学与实验教学相结合的方法，变枯燥的理论教学为灵活的项目一体化教学，能有效地提高学生对系统模型的理解，提高学习的兴趣，提升教学质量，促进专业教学改革与创新[2]。

教师在课程准备过程中，利用MATLAB软件的Simulink搭建电力电子仿真电路，可以对工作过程及原理进行模拟演示，直观方便的展现运动过程，最主要的是还可以在演示过程中边发现问题边修改。这样就有效解决了传统学习方式枯燥，抽象不易理解的尴尬局面，提升了学生对该课程知识的理解程度，加深了学习印象，提升了学习兴趣。

三、MATLAB仿真技术在电力电子技术教学中的应用

本文以同步风力发电机并网控制仿真为例进行实践案例设计，搭建了仿真模型并给出仿真结果。

（一）构建仿真模型。风力发电系统中的永磁同步风力发电系统及并网控制仿真系统共有四个部分组成，分别是永磁同步风力发电机、升压斩波、DC-AC并网逆变器和不可控整流器。我们将根据现场运行的2.5MW直驱永磁同步风力发电机系统参数，对该系统中的逆变模块进行仿真研究。并网逆变器仿真指的是主要研究在给定输入直流电压后，该系统并网逆变部分对应的输出电压-电流特性，从而得出带三相负载的逆变器离网运行特性[3]。仿真模型如图1所示：

图1 并网逆变器仿真模型

（二）仿真电路参数。发电机额定参数：功率2750kW，频率16Hz，电压700V，功率因数0.95，电流2270A，电阻R＝5.97m-Ohm，速度 16rpm，电感 Ld=Lq=1.0757mH，极对数 2p＝120。

（三）仿真结果。本文通过对并网控制系统逆变模块进行MATLAB仿真研究，得出了永磁同步发电机在16rpm的速度驱动下，其并网逆变器的电压-电流输出特性，仿真波形见图2。从图中我们可以清晰的看出，逆变器输出电压在滤波前为脉冲调制波形，经部分滤波后，调整为正弦波电压；同理，当经过一定的滤波作用，并取得合适的电阻值时，逆变器输出电流也能调整为正弦波。

图2 并网逆变器输出波形（电压、电流）

此案例的仿真结果达到了预期的效果。利用仿真模型，教师可以直观展示各种参数变化对电路图波形的影响，能使学生直观的观察电路关键点和整个工作过程的参数变化和演变经过，学生改变器件参数值，可以自己对比分析不同参数设计下的仿真结果，能在仿真过程中发现问题，提出问题并解决问题，从而可以让学生可以更深入直观地理解“电力电子技术技术”这门课程。这种交互性非常适合于高校相关课程的教学科研，学生通过这种交互性加强对理论知识的理解和掌握，也可以用来完成实验和作业[4]。

本文通过对电力电子技术课程的授课方法和教学模式的探讨，将MATLAB技术应用于教学中，提出了电力电子技术理论教学与实践相结合的项目化教学模式，取代了传统的教师为主的理论授课方式，让学生在更加灵活的教学过程中占据学习的主导地位，实现了教学手段和教学方法的创新。MATLAB教学软件使教和学都变得直观生动、简单易懂，学生理解新知识不再靠抽象的想象，而是能通过仿真波形观察电路运行动向，结合理论知识，可更好的理解含义。因此对于电力电子技术这类较枯燥的专业基础课程，引入MATLAB仿真技术对于改善整个课程的教学质量会有很大的推动作用。