“电力电子及运动控制”教学方法探讨

林 立，唐 杰，邱雄迩

(邵阳学院电气工程系，湖南 邵阳 422000)

“电力电子及运动控制”课程的知识面宽，综合性和实践性强，如何改革该课程的教学方法显得十分必要[1-2]。本课程集成了电力电力技术、电机学、电力拖动、信息电子技术、自动控制原理、程序设计、微处理器、传感器技术和计算机仿真等基础学科课程的内容[3-4]。其系统化和综合化程度比较高，涵盖了自动化专业最主要的知识点。

“电力电子及运动控制”课程分为“电力电子”和“运动控制”两个体系。“电力电子”体系内容一般讲述电力电子器件、驱动电路、四种基本电力电子电路及其组合应用电路和几种控制技术;“运动控制”体系内容包括直流调速部分、交流调速部分和伺服系统部分三大块。

1 以工程项目应用分析课程

实现对电动机的有效控制，对于提高动力系统的效率、产品质量和企业效益意义重大。现代电梯的控制采用PLC+变频器+电机+轿厢系统，用到交、直流调速的理论知识和实用技术;轨道交通都用到了高性能交流调速的知识;新能源电动汽车和电动摩托车的推广使用越来越普遍。新能源风力发电核心技术是双馈电机的串级调速;高档数控机床的关键部件-主轴电机和控制器，其核心技术为电机的控制;这些工程项目应用中涉及到的控制系统其本质都是电力电子及运动控制的具体应用。上述的诸多实例无一不在应用着“电力电子及运动控制”课程的精髓。我们通过对以上典型系统的分析，可使得学生清楚意识到我们生活中广泛应用着电力电子技术及运动控制系统的知识，从而增强学生的学习兴趣和求知愿望。

2 发挥Matlab在教学中的作用

1)课堂上建立仿真模型进行仿真分析

我们在课堂上利用Matlab/Simulink，搭建基本电力电子电路及其组合电路仿真模型、电机仿真模型、直流电机及异步电机开环调速系统仿真模型、直流电机单闭环及双闭环系统仿真模型、逆变器或变频器控制系统仿真模型、异步电机矢量控制系统及直接转矩控制系统仿真模型等。

然后，运行搭建的仿真模型，通过观察仿真曲线，一方面验证理论分析的正确性，另一方面加深对理论分析的理解和掌握，同时也为学生提供了一种重要的科研方法，也为课后布置大作业提供了示范。

2)课外布置仿真大作业

我们根据课堂上的理论分析、仿真模型建立和运行分析，针对课程中的难点和重点，联系工程项目实际背景提出一些研究专题，以仿真大作业的形式布置给学生。通过课上讲授与课外研究专题的有机结合，有效调动了学生自主学习和探索的主动性。

3)课程设计和毕业设计

我们将系统仿真技术引入到课程设计和毕业设计中来，不仅可以使设计质量得到提高，而且可以让学生检验自己的设计结果是否正确。

4)进行嵌入式系统开发

TMS320F2812 DSP是“电力电子及运动控制”很好的硬件支撑平台，但传统的DSP代码开发周期较长，效率不高。Matlab公司的Embedded Target for TI C2000 DSP可解决上述问题。用户通过使用该模块，不仅可以进行电路的系统级仿真，还可编译生成相应的C语言代码，进行算法的探索与设计思路的验证。我们在毕业设计时，结合通用型变频器设计，以三相异步电动机的VVVF结合SVPWM控制算法的开环控制系统为例，引导学生掌握Matlab/Simulink平台上DSP代码开发的设计流程。

3 丰富课程教学体系

很多教材在交流调速部分只介绍变频器的算法，很少提及变频器的设计和应用。我们在教学过程中介绍了几种当前比较先进的变频器，如ABB、西门子和三菱等公司的应用实例等。变频器与PLC的有机结合，可解决恒压供水系统、高楼电梯系统的控制难点，PLC也可以和直流电机组成闭环控制系统。同时，开展直流伺服驱动器、交流伺服驱动器和变频器的设计，可以扩充运动控制系统的教学体系和工程实际应用。

4 加强实验环节

理论分析使得学生掌握了基本原理，仿真实验深化了学生对知识的的进一步了解，但还必须增加实际硬件装置实验，以弥补理论教学和仿真教学的不足。通常在高校中采用DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置。该实验装置能按照不同实验内容更换附属的挂件箱，以搭建不同的实验系统，还可与电脑联机方便地观察各种实验曲线。学生在学过相应的知识点后，便可在实验装置上及时动手做与此内容相关的实验，实验线路搭建、调试与故障排查等。

为进一步提高教学质量，可以利用现有实验硬件平台，进行开放式综合实训。在实训中由教师出题目或者学生自拟题目，提供学生一些基本的实验器材，让学生进行电力电子技术及运动控制系统实际工程项目设计、Matlab仿真、搭建与调试相应的硬件电路。

4 结语

本文就“电力电子及运动控制”课程的特点、知识体系进行了分析，结合工程项目实际背景和现代教学手段，对该课程进行教学方法的探讨，并在实际的教学中不断改进和完善，取得了较好的教学效果。

[1]李新德，郝立，孟正大，等.电力拖动与运动控制系统课程教学方法探讨[J].南京:电气电子教学学报，2009，31(6):94-95

[2]杨静，黄江平，杨辉，等.“运动控制系统”课程虚拟实验室建设的探索[J].南京:电气电子教学学报，2009(9):62-64

[3]姬宣德.MATLAB在《运动控制系统》教学中的应用[J].天津:电力系统及其自动化学报，2010，22(3):156-158

[4]尚丽，淮文军.基于Matlab/Simulink和GUI的运动控制系统虚拟实验平台设计[J].上海:实验室研究与探索，2010.29(6):66-71