教改論文運動控制課程教學(xué)改革

　　運動控制是自動化課程之一，本篇教改論文研究運動控制課程教學(xué)改革，在現(xiàn)有的傳統(tǒng)運動控制課程教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)上，專業(yè)教師只有從規(guī)劃建設(shè)運動控制課程的角度出發(fā)，探討如何順應(yīng)時展、改變運動控制課程的授課重點，做好相關(guān)專業(yè)課程之間的整合和融會貫通，才能為進(jìn)一步推進(jìn)運動控制課程的建設(shè)和發(fā)展提供新思路。

　　《化工自動化及儀表》(月刊)創(chuàng)刊于1965年，由天華化工機械及自動化研究設(shè)計院主辦。是經(jīng)國家科委批準(zhǔn)，國內(nèi)外公開發(fā)行的工業(yè)應(yīng)用性科技期刊。幾十年來，本著求是創(chuàng)新、啟迪思想、指導(dǎo)實踐的辦刊宗旨，始終跟隨科技發(fā)展的步伐，全面、及時、準(zhǔn)確地報道國內(nèi)外自動化及儀表技術(shù)的發(fā)展動態(tài)及科研成果，已成為廣大科研人員日常工作和學(xué)習(xí)的良師宜友。

　　運動控制是自動化專業(yè)重要專業(yè)主干課程，也是一門工程實踐應(yīng)用性很強的綜合性課程。該門課程融合了自動控制理論、電力電子技術(shù)、模擬電子、單片機等多門自動化專業(yè)核心課程內(nèi)容，涵蓋了幾乎自動化專業(yè)所有專業(yè)知識，該課程不僅要求學(xué)生具有動手能力強、綜合知識扎實的特點，對教師的授課形式、教學(xué)方法也提出了更高的要求，所以有必要對“運動控制”課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、改革考核評價方式等幾個方面進(jìn)行改革。

　　運動控制課程的課程體系

　　以浙江大學(xué)城市學(xué)院為例，運動控制目前是該學(xué)院自動化專業(yè)電氣控制技術(shù)方向的重要方向課程，授課時數(shù)34學(xué)時。傳統(tǒng)的授課內(nèi)容包括兩大塊：直流拖動控制系統(tǒng)和交流拖動控制系統(tǒng)。其中，直流拖動控制系統(tǒng)中包括閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法、直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制、可逆直流調(diào)速系統(tǒng)和為止隨動系統(tǒng)等;交流拖動控制系統(tǒng)包括閉環(huán)控制的異步電動機變壓調(diào)速系統(tǒng)、籠型異步電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)、繞線轉(zhuǎn)子異步電機調(diào)速系統(tǒng)、同步電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)等。然而，這樣的教學(xué)內(nèi)容多，理論性強，按照浙江大學(xué)城市學(xué)院目前的課時安排，無法完成全部的教學(xué)內(nèi)容。

　　為適應(yīng)在學(xué)時壓縮情況下保證培養(yǎng)質(zhì)量的要求，課程組教師在講授內(nèi)容、講授重點等方面進(jìn)行了大膽改革。改變過去授課“大而全”的方式，改為“少而精”，不再求全，只要學(xué)生將所講授內(nèi)容充分消化理解就達(dá)到了授課目的。所以，在授課內(nèi)容上面，只重點講解直流拖動控制系統(tǒng)，先介紹直流調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成，要求學(xué)生掌握開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)特性的不同，了解不同結(jié)構(gòu)控制對控制性能的影響;再介紹雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法;最后介紹數(shù)字控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。在理論教學(xué)的同時，配合MATLAB建模仿真和實驗課程，幫助同學(xué)更好地理解和掌握理論授課內(nèi)容。由于MATLAB仿真的加入，使得授課內(nèi)容更加形象化，在課堂上就可以使同學(xué)對所學(xué)習(xí)知識有了感性認(rèn)識，提高了學(xué)生掌握和理解的效率，教學(xué)效果及學(xué)生反映都很好。

　　運動控制課程建設(shè)思路

　　綜合運用多種教學(xué)手段，引導(dǎo)學(xué)生思路主動、連續(xù)地融入課堂學(xué)習(xí)。在教學(xué)方法與教學(xué)手段上，采用啟發(fā)式、討論式、對比式、互動式相結(jié)合的教學(xué)方法，注重理論聯(lián)系實際，注重學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，將課堂講授、習(xí)題討論、實驗教學(xué)、參觀教學(xué)相結(jié)合，充分利用多媒體平臺，采取計算機、模型、典型實物等多種教學(xué)手段，使傳統(tǒng)的教學(xué)手段和現(xiàn)代教育技術(shù)之間協(xié)調(diào)應(yīng)用，收到了很好的教學(xué)效果。

　　近年來，隨著計算機技術(shù)和多媒體技術(shù)的發(fā)展，浙江大學(xué)城市學(xué)院積極穩(wěn)妥地大力推進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革，研究人才培養(yǎng)模式、課程體系和教學(xué)內(nèi)容改革的思路，積極倡導(dǎo)使用現(xiàn)代化教學(xué)手段，鼓勵教師申報現(xiàn)代教育技術(shù)理論研究課題和制作多媒體課件以及網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)。

　　突出啟發(fā)學(xué)生思維的教學(xué)理念，融綜合能力的培養(yǎng)于課程教學(xué)。大學(xué)課程教學(xué)的最重要思想，應(yīng)是培養(yǎng)和開啟學(xué)生的思維方法，在新的問題與原有知識之間，搭建分析、解決問題的橋梁。探索和實踐以開啟學(xué)生思維、提高學(xué)生綜合能力為主旨的課程教學(xué)思想，把學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)融入到課程教學(xué)中就顯得尤為重要。從結(jié)合工程實際問題的引入，到問題的分析、歸類、解決，再回到實際工程的應(yīng)用，每個環(huán)節(jié)都讓學(xué)生真正理解和領(lǐng)會問題的來龍去脈，使學(xué)生形成一條脈絡(luò)清晰的主線。

　　直流電機雙閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)計貫穿整個教學(xué)過程。采用項目驅(qū)動式教學(xué)方法，將直流電機雙閉環(huán)系統(tǒng)建模仿真貫穿整個教學(xué)過程。雙閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)有較好性能，因而得到較為廣泛應(yīng)用。在實際應(yīng)用中，可以通過改變雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)環(huán)電流調(diào)節(jié)器和外環(huán)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)來提高整個系統(tǒng)的性能。讓學(xué)生在學(xué)習(xí)理論內(nèi)容基礎(chǔ)上，建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，分別按二階最佳和三階最佳設(shè)計方案，采用 PI控制算法，對電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器進(jìn)行設(shè)計，對所建立的模型在Matlab7的環(huán)境下進(jìn)行仿真。

　　如圖所示，先將積分作用有限幅功能的PI控制器集成為一個子系統(tǒng)用作主要的控制器，再依據(jù)電機的具體參數(shù)以及相適應(yīng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行建模，得到上圖模型。學(xué)生們可以根據(jù)仿真結(jié)果，形象地看出直流電機啟動過程動態(tài)過程的3個階段：

　　第一階段是電流上升階段，轉(zhuǎn)速環(huán)輸入很大，其輸出很快達(dá)到限幅值，電流也很快上升，接近其最大值;

　　第二階段，轉(zhuǎn)速環(huán)飽和，相當(dāng)于開路狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電流基本不變，系統(tǒng)恒加速，轉(zhuǎn)速線性增長;

　　第三階段，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)給定值后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給點值與反饋值相等，輸入偏差等于零，但由于積分作用，其輸出還是很大，出現(xiàn)超調(diào)，此時轉(zhuǎn)速環(huán)輸入端出現(xiàn)負(fù)偏電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進(jìn)入線性調(diào)節(jié)階段，使速度保持恒定。

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