“电力拖动自动控制系统”课程教学方法探索

“电力拖动自动控制系统”课程教学方法探索

陈璐

安徽省工业高级技工学校 安徽省淮南市 232001

摘要：《电力拖动自动控制系统》教材以其严谨的系统性和独特的非重复性内容，展现出广泛的教育示范价值，适于激发创新思维教育。融合众多教育者的教学策略和实践经验，本人在教学中强调理论与实践的交融，以探究式思考模式搭建课程的知识框架。通过梳理课程要点，简化学习复杂度，促进学生自我知识体系的建立。在实际操作中，着重提升学生对该课程的兴趣，提倡自主探索，以增强他们发现和解决难题的能力。这种方法在教学中已展现出显著的教学成效。

关键词：“电力拖动自动控制系统”课程；教学方法；改革

在“电力拖动自动控制系统”课程教学方法探索中，我们不仅要注重理论知识的传授，更要重视实践操作的训练。实践操作是学生将理论知识转化为具体技能的重要环节，也是检验学生学习效果的有效手段。因此，在课程教学中，我们应该充分利用实验室设备和仿真软件，让学生动手操作，亲身体会自动控制系统的工作原理和操作方法。除了实践操作，课程教学中还需要注重案例分析和解决问题的能力培养。自动控制系统的设计和应用往往涉及到复杂的工程实践，学生需要具备分析问题、解决问题的能力。因此，在课程中可以引入一些工程案例，让学生分析案例中的问题，并提出解决方案，从而培养学生的思维能力和创新能力。

1课程主要知识结构

探索有效的教学手段旨在提升教育质量及优化学生的学习成效。问题导向式教学法立足于知识结构，通过提出问题并引导解决，采取逐步深化的方式，帮助学生建立个人化的知识网络，从而在短时间内高效吸收新知识。

“电机拖动自动控制系统”课程共包括十个单元，内容涵盖直流和交流调速系统两大部分。直流调速系统部分涉及开环、单闭环、双闭环及数字控制。开环转速控制的直流系统部分由晶闸管整流器电机（简称V-M系统）、PWM转换器电机系统、性能指标及开环系统的问题构成。闭环转速控制的直流系统则涵盖有静差和无静差的转速闭环系统、限流保护及仿真技术。双闭环控制的直流系统部分包括系统特性、数学建模、动态过程分析、系统设计、弱磁控制和仿真。至于数字控制，涉及采样频率选择、转速数字化检测、PI控制器的数字化及数字控制器设计等多个方面。

交流调速部分主要由基于静态和动态模型的异步电机调速系统以及绕线转子异步电机的转子变频控制系统组成。静态模型的调速系统分析涵盖数学模型、调速策略、电压调整和变频调速，而动态模型的调速系统则深入探讨定子和转子坐标系上的动态数学模型以及坐标变换。

2“电力拖动自动控制系统”课程教学方法

2.1教学模式

鉴于《电力拖动与控制系统》课程侧重于直流和交流电机的调速系统实践，仅凭理论讲解往往难以满足教育需求。为此，理论教学与实验教学的融合至关重要，通过实操来检验理论知识的实效。然而，当前的实验平台虽然高度集成，但学生往往局限于执行预设步骤，对系统内部结构和参数变化对性能的影响理解不足，这使得理论与实践间存在显著脱节。在真实实验环境中，处理错误设计或故障情况对系统性能影响的模拟在现实中受限，而借助仿真软件则能弥补这一短板，提升《电力拖动与控制系统》的教学质量。

因此，我们提议实施理论学习-仿真模拟-实践操作的递进式教学模式。在理论教学中插入仿真环节，让学生在掌握理论知识后，通过虚拟演示深化理解，迅速习得关键调速系统建模技巧，并能对其作深度分析，验证控制系统的特性和性能，从而为后续实验奠定坚实基础。在实验阶段，学生可将所学的仿真与实际操作相比较，理解现实调速系统中各元件或模块的实际运用，从而增强他们的实践操作能力。

2.2基于OBE理念的课程优化路径

近年来，教育界普遍采纳了融合理论与实践的教学模式，以提升大学生的学习体验。然而，在实施过程中，我们发现了一些挑战。尽管实践环节是理论知识的有力验证，但在电力拖动自动控制系统的教学中，例如，理论部分可能依赖MATLAB模拟来验证，而实际操作中，如PI控制器的实现，实验室通常采用硬件电路，而这在现实中，尤其是软件应用领域，往往通过编程而非实体电路来实现。这种差异可能导致学生对理论与实际应用间的衔接产生混淆，误以为学校教育与社会需求脱节。因此，构建一个与课程理论紧密结合，并能贴合社会实际需求的实时互动实践平台，既能深化理论理解，又能培养学生的实际操作技能，已经成为教育改革的重要议题。这样的平台不仅能够弥补理论与实践之间的鸿沟，还能有效提升学生适应社会的能力。

尽管MATLAB和专用数字信号处理（DSP）实验环境可支持部分实体模拟，但它们对硬件资源的需求较高，特别是在移动设备如iPad等低配置平台上实现这一功能具有挑战性。为解决这一难题，我们构建了一种创新的运动控制教学平台，其核心在于利用MATLABMobile应用程序。这款应用巧妙地将用户的指令传输至MathWorks云端进行高效计算，然后实时反馈结果，使得无论何时何地只要有网络连接，都能轻松访问MATLAB的强大功能。在这样的课堂环境中，学生们得以亲自动手操作，通过实际操控电机，体验开环和闭环控制系统，从而逐步激发学习热情。这种方式不仅提升了学生的实践能力，也强化了他们的适应性。在这个过程中，教师的角色转变为引导者，鼓励学生主动探索和自我发现，这有助于挖掘他们的创新潜力和研究型学习习惯，最终提升学习效率和成果。

在排除非线性因素的前提下，该运动控制系统的分析揭示了以下要点：①四种不同的OLDCSRS展现出相似的机械性能；②面对等量的负荷增加，CLDCSRS能维持较高的运行速度，且在设定相同的速度误差率下，其调速区间更为广阔；③在控制器未达到饱和状态时，DCSRS可进行线性调整，直至调节器的输入误差电压归零，这时速度和电流均可实现无静差状态。然而，一旦控制器饱和，其输出将受限于最大值，速度环处于开环状态，除非输入信号反转才能解除饱和状态。总而言之，将实际操作融入课堂，针对性地对理论知识进行有目的的实验验证，能够激发学生的学习热情，增强他们的成就感，并提升应用知识的实际能力。

2.3仿真平台开发

为了在课堂环境中引入实践教学，预先借助MATLAB的仿真功能构建一个直观的虚拟实验环境至关重要。MATLAB的图形用户界面开发工具（GUIDE）为教师提供了便利，它鼓励用户进行定制化的视觉设计，创建易于操作的用户界面。通过将Simulink的仿真模型与GUI界面相结合，教师可以在GUI上灵活设定模型参数，并能即时查看仿真输出。这样，调整参数和查看结果的过程变得直观且高效，无需频繁切换到Simulink模型或重新运行，显著简化了教学过程，提升了教学效率，使学生能够更直观地理解动态过程。

在《电力拖动与控制系统》这门课程中，主要的仿真内容涵盖了直流和交流两种类型的调速系统。在直流调速部分，研究对象包括基本的开环速度控制、闭环速度控制以及结合速度和电流双闭环的复杂系统；而在交流调速方面，探讨了异步电机的电压调节、变频调速、矢量控制以及直接转矩控制等多种调控策略，这些都是理论与实践紧密结合的重要环节。

结论

"电力拖动自动控制系统"课程的教学策略可有效融合理论与实践。该方法强调以问题为导向的研究型学习，建立全面的课程知识框架。在实践中，激励学生独立开展探索性学习，自主面对并解决难题，以培养他们的创新思维和独立思考能力。此外，它也致力于提升学生的工程理解力，并养成自我学习的习惯，为学生的长远发展和未来的持续成功奠定基础。

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