“现代交直流调速技术”课程教学的探索与实践【摘要】“现代交直流调速技术”课程是电气工程及其自动化专业一门难度较大的主干课程，针对其综合性、实践性强的特点，在发挥传统教学优势的基础上，进行了matlab仿真辅助教学的探索与实践，为课程教学改革提供新的思路和方法。

通过调整教学内容，注重专题教学，利用综合性实验和虚拟仿真设计相结合的手段，以此提高学生的实际工程设计能力。

实践表明，该教学模式有效提高了教学水平，在培养应用型、创新型的人才方面取得了较好的效果。

【关键词】现代交直流调速技术教学方法虚拟仿真实践教学abstract： modern ac and dc speed control technology is a main course to the professional of electrical engineering and automation. in the light of its comprehensive and practical features， the exploration and practice of matlab simulation auxiliary teaching is performed on the basis of traditional teaching advantages. in order to improve students？蒺practical ability of engineering design， the means of adjusting the teaching content， paying attention to the special teaching and combining the comprehensive experiments with virtual simulation are explored. the practice shows that the teaching mode has increased the teaching effects， and has better effects in the culture of the application and creative talents.key words： modern ac and dc speed control technology，virtual simulation， practice teaching【中图分类号】g42 【文献标识码】a 【文章编号】2095-3089（2013）06-0254-02“现代交直流调速技术”课程主要讲授交、直流电机的调速原理、系统分析方法及其控制等内容。

它既有完整的理论体系，又有很强的实践性，是一门把理论基础和工具应用到工程实践中去的典范课程。

它不但能培养学生的系统概念，还能培养学生运用基本理论与方法进行工程设计的能力，而且有利于学生建立系统的观念、工程的观念、科技进步的观念和创新的观念。

这些观念的培养，为学生今后的学习铺平道路，而且培养了他们科学的思维方式和不断进取的精神。

该课程具有较强的理论性和实践性，对学生学习来说属于较难掌握的课程之一，对教师的教学也提出了更高的要求，因此如何将该课程教好是一个值得深入探讨的课题。

为此，笔者从教学内容、教学方法及实践应用等方面进行摸索与改革，不断积累加改进，总结出一套行之有效的教学模式。

1.课程的结构、内容优化整合本课程是电力电子技术的后续课程，控制对象是交直流电机。

通过自动控制原理中学到的知识对其系统性能进行分析和设计。

通过对电力电子器件的开通和关断，从而控制改变电机转速。

可知，此课程应用到《电力电子技术》、《电机学》、《自动控制原理》、《模拟电路基础》、《数字电路基础》和《单片机原理》等课程的相关知识。

在长期的教学实践中已经建立起完整的课程体系，并形成了较为成熟的教学大纲和课程实施标准。

1.1 增加专题教学为了激发和引导学生的个体兴趣，将教学内容切分、整合，以模块化的专题形式进行课堂讲授。

比如：围绕主线“直流电动机调速”，可将教学内容切分为“单闭环直流调速系统的缺点和改进”、“双闭环直流调速系统的稳态和动态性能”、“调速系统的工程设计方法”、“直流调速系统的数字控制技术”等。

专题不同于专业基础课程教学的广而泛，无论是原理讲述还是应用实例都紧密结合“现代交直流调速技术”课程涉及的相关内容，高度凝练而有针对性，每个专题大约4学时。

在专题讲授前安排课程总论，使学生首先从全局把握该课程的体系构架、主要内容、实践手段、应用场合，帮助他们在课程体系下进行兴趣定位。

1.2 不断更新补充授课内容近些年来，交流调速系统得以广泛应用，调速精度不断提高，打破了以前调速系统中，直流调速占统治地位的局面，因此，在授课内容安排上，交流调速部分的比重有所调整，目前已占课程总学时的60%。

同时，随着新型电力电子器件的出现、调速控制理论的发展，要求学生不但掌握调速系统的基本知识，还要在有限的课时里，帮助学生了解最新的发展情况和技术的发展趋势。

2.多元化的教学方法在近几年的课堂教学中，采取板书、多媒体、计算机仿真三位一体的教学方法，取得了较好的教学效果。

2.1 强化传统的教学方法在传统的课堂教学中，一般采取教师口授、板书和多媒体课件相结合的方式，通过图文并茂的多媒体技术，帮助学生形象地理解通过书本或教师讲授难以理解的内容。

上课前把课件拷贝给学生，便于他们自学和复习。

大量图片和动画素材可以化枯燥为生动有趣，但是基本概念、基本原理讲解、公式推导还是采取传统板书为主，多媒体为辅助的方式进行，例如调速系统中数学模型推导、调节器的工程设计方法等。

在理论教学过程中，提倡与学生的互动实施，以学生为主体，充分调动学生的主观能动性，让学生积极参与到教学过程中。

那么，有什么方法能让互动教学达到较好的效果呢？比如，事先给学生布置好预习任务，并把多媒体课件提前拷给学生，上课时鼓励学生走上讲台讲授部分内容，然后对学生所讲的内容进行点评，并展开讨论，这样学生作为课堂的主体，可以充分调动其学习的积极性。

再如，讲授交流电机的变频调速原理这部分内容时，可以先让学生提前上网查找资料，了解现代变频调速技术的发展、应用以及实际产品等，主观上意识到学好该部分内容的重要性，学生就有主动学习的兴趣。

这样，学生对知识的获取由既定内容的被动接收转为兴趣内容的自主探索。

2.2 增加计算机仿真辅助教学另一方面，该课程是一门综合性很强的专业课程，在内容安排上应减少理论公式的推导，通过定性分析系统的工作原理，可以省去复杂公式的推导，使学生从数学推导的疑惑中解脱出来。

简化公式推导可能使学生对系统的分析和理解产生一定影响，但复杂公式的推导又使得学生纠缠在数学的验证，而忽略了物理量的意义。

因此，在教学过程中，我们引入计算机仿真技术。

目前比较流行的仿真软件是matlab，应用matlab/simulink中电力系统模块库中的功能模块能够很方便地建立起交直流调速系统，而且通过工具箱中的示波器，方便地观察系统中各个参数的变化情况。

通过对交、直流调速系统的仿真，将数学公式的计算交由计算机来完成，通过改变数学模型中的参数，反映出系统其他参数的变化。

例如，在讲解按工程设计方法设计双闭环控制系统的调节器时，一方面利用多媒体课件讲解两个调节器设计的理论方法，可以减少因绘制系统结构原理图所花的时间，提高教学效率；另一方面，利用在matlab/simulink 环境下搭建系统的仿真模型，不仅可以验证所设计的调节器能否使系统满足指标要求，还可以直观地观察转速和电流的变化波形，进一步加深学生对双闭环调速系统工作原理的理解；同时，还可以改变指标的参数，让学生进行调节器的设计，并进行设计结果的现场验证，改变单纯教与学的教学方式，真正在课堂上实现教学互动。

教学实践表明：利用新的教学方法和教学手段，不但能增加学生的感性认识，激发学习的兴趣，而且增强课堂教学的感染力，实现教学效果的显著提高。

3.重视实践性教学环节在教学中注重加强理论与实践的结合。

实践教学的出发点是加深课程基本理论知识的理解，从而达到培养学生观察问题、分析问题、解决问题的能力的目的。

为了达到实验目的，提高实验质量，要求学生实验前按照实验指导书进行预习、实验后写实验报告。

3.1 注重计算机虚拟仿真训练在实验教学过程中，安排了近20学时计算机虚拟仿真实验。

仿真训练不仅巩固了学生对课程知识点的理解，而且使学生了解一种工程设计和应用的重要手段和工具。

虽然在课堂教学中采用仿真软件matlab作为辅助的教学工具，通过仿真教学演示，使艰涩难懂的理论直观化，但是系统中的模型和参数选取都是由教师事先完成，学生并没有参与设计。

而在计算机虚拟仿真实验过程中，学生通过独立完成仿真模型的搭建，并通过参数反复调试才能获得理想的系统输出，这样不仅能够熟练操作matlab仿真工具，而且掌握了一个系统的建立过程，对整个系统有更清晰的认识，对实验室装置上手快，对参数调整方向了然于胸，同时也促进了实验教学。

matlab仿真软件是本课程必需掌握的工具，因此在本课程开始之前，专门开设了matlab的操作与使用课程。

同时，为了检查学生对调速系统原理知识的掌握和综合应用情况，在课程考核时，仿真考试成绩占总成绩的30%。

3.2 增加综合性课程设计环节，提高学生的应用和创新能力本课程结束后，为学生安排二周的综合性较强的课程设计，使学生不仅具备从事电力拖动自动控制系统设计、调试、运行的能力，能够针对不同的控制对象及要求，选择合适的控制规律、系统结构、单元部件和系统参数，在软、硬件上对学生的学习效果进行全面考核。

基本要求为：根据给定的电机参数和调速系统性能指标，分别设计一直流电机双闭环调速系统和一异步电机转子磁场定向的矢量控制系统。

在设计过程中，学生自发组成设计组，查阅资料、器件选型、计算、设计并最终连接硬件电路。

各设计组之间相互切磋，资源共享，在协作中获得综合知识的提高。

最后由教师检查指导不断调试，绝大部分学生可以顺利的完成任务，也为后续的毕业设计环节打好基础。

4.结语总之，“现代交直流调速技术”是一门重要的专业基础课，应用性和实践性较强。

以上所述教学模式的实践方案揉合了理论教学、仿真教学、课程设计等多个环节，以充分调动学生自主学习的积极性，增强教学趣味，提高教学效率和改善教学效果。

目前，该课程的教学改革还在不断实践中，还有很多地方需要进一步的改进和完善。

参考文献：[1]电力电子和电力拖动控制系统的matlab仿真. 洪乃刚. 北京：机械工业出版社，2006.05.[2]阮毅，陈伯时.电力拖动自动控制系统——运动控制系统. 北京：机械工业出版社，2009.08.[3]李华德.电力拖动自动控制系统.北京：机械工业出版社，2008.09.作者简介：魏永清（1979-），女，博士，讲师，任职于海军工程大学电气工程学院，主要研究方向为电力电子与电力传动。