独立学院运动控制系统课程教学改革探讨

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摘要 为了进一步提高教学质量，适应独立学院的培养目标，结合运动控制系统课程建设，就教学内容、教学方法及手段进行一系列的教学改革。教学实践表明，有助于增强教学效果，培养高素质的工程应用型人才。

关键词 运动控制系统；独立学院；教学改革

中图分类号：G642.0文献标识码：B文章编号：1671-489X(2012)15-0066-02

近年来，独立学院在我国各地蓬勃发展，它们是从普通高校衍生出来，具有民办机制的本科院校。独立学院坚持应用型本科人才的培养目标，即理论教学与普通高校相当，实践教学与高职高专相当，已经成为高等教育中一支重要的组成力量。

运动控制系统是独立学院电类专业一门重要的专业课，它将电机学、电力电子技术、微电子技术、计算机控制技术、控制理论、信号检测与处理技术等专业基础课的相关知识综合运用。课程具有内容覆盖面广、知识和技术更新快、综合性和应用实践性强的特点。随着科学技术的迅猛发展以及社会对独立学院人才培养提出的更高要求，如何在有限学时内获得最好的教学效果，培养学生的工程实践能力和创新精神，已成为独立学院运动控制系统课程教学任务中急需解决的重要课题。为此，从教学内容的安排、教学方法和手段两方面对运动控制系统课程进行一系列改革，开创出一条适合独立学院人才培养的教学模式。

1 合理安排教学内容

运动控制系统课程内容主要包括直流调速控制系统和交流调速控制系统两大块。根据课程的特点及针对独立学院的办学层次，教学内容必须精心选择和重新组织，在安排上要注意以下几点。

1.1 体现知识与技术的更新

电力电子技术和微电子技术的快速发展，带动了新一代交流调速的兴起与发展，逐渐打破直流调速系统一统高性能拖动天下的格局，使得交流调速系统取代直流调速系统已成为一个不争的事实。根据这一现状，在教学学时的安排上逐渐增加交流调速控制系统的比重，目前占总学时的60%。

知识与技术的发展主要体现在以下几个方面[1]：

1）就电力电子变换器来说，以晶闸管为主的半控型器件已经基本上被MOSFET、IGBT等各种全控型功率器件所取代，变换技术由相位控制转变成脉宽调制；

2）就控制来说，模拟电子控制让位于数字电子控制，在控制系统的实现上，重点放在基于微处理器的数字控制系统而不放在由运放构成的分立元件的控制系统；

3）就交流调速控制技术本身来说，从基于稳态模型的变压变频控制到基于动态数学模型的矢量控制、直接转矩控制。

在教学内容的安排上与时俱进，体现这些知识与技术的发展。

1.2 处理好与前期课程的衔接

运动控制系统课程和前期课程紧密联系，在教学过程中，要处理好与前期课程的关系。其中重要一门前期课程是电机学，部分学生该课程没有学好，对学习运动控制系统没有信心，甚至产生厌学心理。所以必须重视第一堂绪论课，在讲绪论时必须和学生交代清楚电动机是本课程的控制对象，主要涉及电动机的运行特性，不涉及电机内部绕组及磁场等问题，帮助学生建立学好本课程的信心。当运动控制系统涉及前期课程中的知识点时，例如用到的各种电力电子器件、整流电路、触发电路、逆变电路等已经在电力电子课程中详细介绍，尽量避免简单的重复，引导学生综合利用前期所学的基础知识，分析与解决问题。而对在运动控制系统课程中要用到的一些重要的知识点，前期课程没有具体展开的，可以重新介绍，如脉宽调制技术、变压变频原理等。

1.3 增加工程实例介绍

独立学院电类专业的学生毕业后将有相当一部分成为生产一线的技术人员，他们的主要任务是维护和运行系统，当碰到故障能迅速作出准确判断并排除之。因此，培养学生分析与解决工程实际问题能力是运动控制系统课程的一个重要教学环节。实际的运动控制系统五花八门、功能各异，在教学过程中不可能做到面面俱到，所以应着眼于共同原理部分，并穿插介绍工程典型实例，使学生将来能学以致用，快速胜任工作岗位。如在讲授交流变压变频调速内容时，结合实验室设备，重点讲解西门子MM440通用变频器的使用。通过增加工程实例教学，可以大大增加学生的见识，充分调动学生的积极性，提高学生工程实践能力。

2 教学方法和手段改进

2.1 传统板书教学与多媒体教学相结合

针对运动控制系统课程中系统框图多、公式推导多、波形分析多的特点，在教学过程中，使用多媒体教学可以将枯燥的知识特别是复杂的过程变得具体化、形象化，调动学生的学习兴趣，加深学生对所讲内容的理解。同时还可增加课堂的信息容量，提高教学效率。但是在实际多媒体使用过程中，往往学生感觉跟不上课堂节奏，并没有取得预期的教学效果。

传统教学方式就是“黑板+粉笔”的板书教学，上课时，板书教学便于学生记笔记，掌握教学重点和难点，理解和记忆教学内容。同时板书教学有利于教师控制教学现场，引导学生跟着他的教学思路，能够加强师生之间的互动。但是传统板书教学面对复杂的原理图、专业图像及特性曲线时，只能依靠教师花费很多时间在黑板上复现，这样板书教学就显得难于满足现代教学要求。

在实际教学过程中，可以交替使用传统板书教学与多媒体教学。例如在介绍转速电流反馈控制的直流调速系统起动过程的转速和电流波形时采用多媒体教学，将复杂的波形按阶段分解，然后用动画分阶段呈现，再配合口头讲述，既节省时间，又清晰明了。在分析建立数学模型或进行公式推导时若采用多媒体教学，容易使学生注意力不集中；若采用传统板书教学，在黑板上一步一步推导分析，可以抓住学生思维，教学内容变得简单易懂。把传统板书教学与多媒体教学相结合，取长补短，可以达到更好的教学效果。

2.2 抓住主线，循序渐进

运动控制系统是一门学习难度较大的课程，讲课时要抓住主线，循序渐进。比如在讲授直流调速控制系统时，可以以“开环直流调速——转速反馈控制的直流调速——转速电流反馈控制的直流调速”为主线，首先以一个简单的具体实例计算，引出开环直流调速系统所存在的问题；其次，根据自动控制原理负反馈概念，引出转速负反馈直流调速系统，分析转速反馈控制的直流调速系统的作用和抑制扰动的物理过程；最后分析转速反馈控制的直流调速系统并不能充分按照理想要求控制电流的动态过程，引出转速电流反馈控制的直流调速系统。这样由简入繁、由低及高地循序渐进地介绍直流调速系统，有利于学生整体理解和掌握直流调速控制系统。

2.3 增加MATLAB在课程中的应用

运动控制系统是一门理论与实践并重的课程。课堂教学一般只能从理论上进行分析，教学内容抽象、难以理解，不能让学生获得感性认识。而在有限的实验条件下，学生在实验环节上难以了解到各种因素变化带给控制系统的具体影响。为此可以引入MATLAB仿真技术作为辅助教学工具。

课前，教师在MATLAB/Simulink环境中搭建转速反馈直流调速系统、转速电流反馈直流调速系统、VVVF系统、矢量控制系统和直接转矩控制系统等。课堂上在理论分析之后，在MATLAB/Simulink环境下进行仿真分析，学生直观地看到系统在空载、负载及各种扰动下的运行情况及各种信号的仿真波形。特别在讲授双闭环系统中转速环和电流环的工程设计方法时，根据独立学院电类专业对该课程的培养计划，教学中建议讲清楚基本概念、设计规则，让学生掌握最终的数学表达式，推导过程省略不讲。在MATLAB/Simulink环境中建立转速电流反馈控制的直流调速系统，通过大量的仿真调试，选择更科学、更准确的系统参数。课后布置仿真作业，让学生自己观测与分析调速系统在设计错误或各种故障条件下的运行情况。教学实践表明，将MATLAB仿真技术引入教学过程中，使课堂教学与仿真实验相结合，将抽象的理论教学直观化，激发了学生学习兴趣，培养了学生应用知识能力与解决问题的能力。

3 结论

经过这几年对运动控制系统课程的教学实践，表明围绕教学内容、教学方法和手段等方面的教学改革是符合运动控制系统课程教学特点和教学要求的，有利于提高运动控制系统课程的教学质量，有利于培养既有理论基础又有较强工程实践能力的电类专业人才，满足独立院校学生的培养目标要求。

参考文献

[1]陈伯时.电力拖动自动控制系:运动控制系统[M].3版.北京:机械工业出版社,2010.

[2]李智强,任胜杰.“运动控制系统”课程教学探讨[J].科教文汇,2010(21):46,48.

[3]韦寿祺.《电力拖动自动控制系统》课程的案例教学[J].大众科技,2008(8):9-10.