对“现代调速技术”课程改革的几点思考

郝雯娟,陈传德

(南京航空航天大学金城学院,江苏南京211156)

“现代调速技术”作为高校电气工程与自动化专业一门重要专业课。通过本课程的学习,学生的分析问题和解决实际问题的能力可以得到提高[1],尤其是其动手和工程实践能力。

1 “现代调速技术”教学存在的问题

“现代调速技术”课程的主要内容为现代运动控制,它是电机学、电力电子技术、微电子技术、计算机控制技术、控制理论和信号检测与处理技术等多门学科相互交叉的综合性课程,其实践性较强。

我院的“现代调速技术”课程教学以前存在如下两个主要问题。

(1)课程教学方法单一

目前一般高校的“现代调速技术”课程教学侧重于理论教学,教学方式是根据课本采用多媒体课件讲解。由于“现代调速技术”属于实践性较强的一门课程,如果教师只通过课堂授课感到比较枯燥,不利于学生理解。比如在讲到闭环直流调速系统,相对于开环系统具有优越性时,学生可以说出优越的要点,并进行推导,但不清楚其在具体系统中的物理本质。

(2)实践教学缺乏灵活性

我院的“现代调速技术”实验教学与理论教学是分开进行的,实验教学内容一般安排6个实验。教师在实验课上详细讲解实验方法、实验步骤、操作示范、注意事项和实验故障处理等。学生则根据实验指导书操作一遍,测量规定的数据,写上实验报告,就完成任务[2]。但是,常规的实验教学在一定程度上限制了学生的创造思维和解决实际问题能力的提高。

通过以上分析可见,在这种传统教学模式和方法下,学生的实践机会较少,难以将理论与实践充分联系起来。

2 “现代调速技术”教学改革的探索

目前我院的现代调速技术专业实验室已初步建成。该实验室拥有多套高性能交直流调速技术实验平台。在实验设备较完善以及软件资源较充足的情况下,笔者采用一种软硬件结合的教学模式。

(1)采用Matlab仿真技术辅助教学

Matlab中的Simulink包括非常全面的模块库和工具箱,其中SimPowerSystems是电气工程类专业仿真中使用最多的工具箱。利用Simulink进行仿真的基本操作步骤为:①根据系统具体情况,建立等效电路模型;②新建一个空白模型编辑框窗口,拖放模块,建立电气仿真模型;③设置模块参数和仿真模型的系统参数;④运行仿真,查看仿真结果;⑤提取仿真数据,进一步处理和分析[3]。

由于课时较紧,学生可以通过课后的仿真作业,验证课堂所学的调速系统性能。学生通过搭建和调节控制系统,系统地掌握课程的基本理论,提高了分析问题的能力和创新意识。

(2)改革传统教学模式

我们打破了理论课和实验课分开教学的模式,将理论课放到实验室里进行,结合实际平台的演示性实验来讲解理论知识,用实验的形式验证理论。让学生在学习理论知识的同时,通过观察实际控制系统的运行状况来理解运行原理,从而加深其对理论知识的理解。同时,学生利用课堂练习时间还可在实验平台上借助Simulink仿真结果进行验证。

3 实践教学方法的运用实例

图1所示为晶闸管可控整流器供电的直流调速系统(V-M系统)的电气原理图。图中VT是晶闸管可控整流器,调节触发装置GT的控制电压Uc可以改变触发脉冲的相位,即可改变整流电压Ud,从而实现平滑调速[4]。

图1 晶闸管可控整流器直流调速系统

教师在课堂授课时,可以通过实验平台现场演示该调速系统的调速过程。学生可以搭建如图2所示的Simulink电气模型进行仿真验证调试。对比图1和图2可见,电气模型非常接近实际的调速系统。通过设计和搭建该电气模型,学生可以综合学习直流电机的基本特性以及晶闸管可控整流原理等知识,并且可以分析不同情况下的波形,其综合应用知识能力以及解决问题的能力得到提高。

图2 Matlab/Simulink电气模型

教师在每次课(2个学时)后,留出一定的时间(约为25分钟)在实验平台上进行实验操作。前几次课主要为教师演示实验,学生观察实验现象,分析结果。一旦学生逐渐熟悉了实验操作步骤后,此后的实验课可让学生自已动手操作,验证仿真模型。

4 结语

针对目前的人才培养目标,在分析“现代调速技术”课程教学存在问题的基础上,笔者提出了一种软硬件结合的教学模式,充分利用Matlab仿真软件,指导学生搭建调速模型的Simulink电气模型,进行仿真实验分析,提高学生的分析问题和解决问题的能力。采用理论课和实验课联合授课方式,利用电机调速实验室进行理论授课,在课堂上进行演示性实验。并且留出时间让学生动手操作,对仿真模型进行验证以及设计不同的调速系统,充分发挥学生的主观能动性。教学实践证明,该教学模式实用性较强,教学效果良好,学生在此后的毕业设计中表现优良。

[1] 陈艳宁,杨军.电机实验室建设的探索与实践[J].南京:电气电子教学学报,2001,23(1):67-68

[2] 单建奋,范华民.电机实验室改革的思路与实践[J].上海:实验室研究与探索,1996,2(2):115-117

[3] 方志,郝丽丽.Matlab/SIMU LINK在电气工程类专业毕业设计中的应用[J].秦皇岛:教学研究,2009,32(3):55-58

[4] 陈伯时.电力拖动自动控制系统—运动控制系统[M].北京:机械工业出版社,2006