《电气传动》课程的探索与研究

    宗剑 孙国琴 钱平 张伯泽 李冠一 卢建宁

    【摘要】以电机控制为主线，以电力电子技术为依托，把电力电子术，运动控制技术课程进行有机地整合，构建了以工程能力培养和理论与实践相结合电气传动课程体系，满足解决复杂工程问题能力培养的课程体系要求。

    【关键词】课程整合?电气传动?能力培养?工程应用

    一、引言

    电气传动作为电气工程及其自动化专业的主干课程，在电气工程及其自动化专业应用型人才和工程应用能力的培养中始终占重要地位。为满足电气工程应用型本科试点专业培养工程实践能力强的人才培养目标的要求，以工程应用为导向将电力电子课程内容与运动控制课程内容进行重新梳理、整合形成电气传动课程，进而达到专业课程解决复杂工程问题的人才培养目的。

    二、课程建设的举措

    课程建设从工程应用的角度出发，以培养学生解决复杂工程问题，打破传统的课本讲授顺序，把相关的专业课内容进行重新梳理，相互穿插，形成以项目驱动和工程应用为主导的新课程体系。完整、系统地讲解电气工程专业所需要的电气传动基本理论和解决问题的工程方法，课程内容同时融合团队科研项目和中国智能制造“西门子杯”运动控制大赛及全国大学生电子竞赛电源部分相关内容于教学中，体现创新理念。

    1.课程整合的思路

    以直、交流电机控制为目的，以如何获取可控、可调的直流电源和交流电源为目标，将电力电子技术的相关内容融入到直流电机和交流电机的控制中，将电气传动的课程内容分为五个理论模块和一个实践模块进行理论和实践教学。

    （1）电力电子器件部分。主要讲授电力电子器件的发展及器件的特性及应用等内容，介绍电力电子器件的发展过程及应用，使学生能够对电力电子技术有个整体的把握。

    （2）以获取可控、可调的直流电源以满足直流电机调速需要为目的，分析整流电路分、斩波电路为直流电机调速做准备。

    （3）在获取可控、可调的直流电源基础上，分析直流电机控制部分，包括闭环系统和弱磁控制等。

    （4）在获取可控可调的交流电源以满足交流电机调速需要的基础上，分析逆变电路和PWM技术。

    （5）在获取可控可调的交流电源基础上，分析交流电机控制，包括矢量控制和直接转矩控制等。

    2.突出工程应用整合教学内容

    以电机为控制对象，围绕电机控制形成电气传动课程体系。课程系统地介绍电气传动课程相关学科的基本原理和解决实际问题的工程方法，重点突出实际工程应用，并融入中国制造“西门子杯”运动控制大赛及全国大学生电子竞赛电源部分相关内容于教学中，体现创新理念。课程建设达到以下要求：

    （1）注重工程应用能力。以直流、交流电机调速、轨道交通牵引系统、高铁牵引及工农业生产中的实际工程应用为主线，以如何获取可控、可调的直流电源或交流电源为目标，将电力电子的相关内容以如何应用于控制电机转速和力矩等为目的，融入到电气传动课程体系中，紧扣行业和现场工程实际要求，充分体现先进技术的工程应用。

    （2）注重系统性和能力培养。以电机控制为主线，将电气传动课程中的电机调速的工作原理、控制系统设计结构、控制的性能指标及参数调节等内容构成一个完整的控制系统，培养学生系统的概念。在系统参数设计和调节过程中，如何达到系统控制性能指标，如何调节系统控制参数等引导学生工程设计的思路，以达到学生工程能力的培养。

    （3）把握学科前沿，注重先进性。将新能源转换及电源技术融入课程体系中，开展相关的专题讲座和讨论，使学生掌握电气工程学科前沿的发展动向。

    3.改进教学手段，提高教学质量

    在教學方法上结合课程特点，把MATLAB仿真教学融入课程之中，让同学通过仿真加深理论知识的学习，并锻炼学生的计算机应用能力。通过课程建设，我们已经实现：

    （1）教学过程中为保证能掌握学科前沿和国际交往能力的培养，尝试对该课程进行双语讲授，选用英文教材并编制相应的课件。在制作多媒体课件时，把关键的词汇用于重点标注，并付诸中文解释，以激发学生学习专业英语的积极性。课堂上教师精心设计有关重点、难点相关内容相关的主题，并结合习题课进行师生讨论，较强学生主动查阅英文资料的能力。

    （2）充分利用网络教学。电气传动课程教学充分利用校园网络资源丰富，开发课程的教学网络，并借助学校网络教学平台，提供该课程的网络教学，实现课件及教学资源发布与下载、难题发布、在线讨论等师生互动功能，使得对该课程的教学不受时间、地点的限制。

    （3）充分实践教学平台，提高学生动手能力。实践教学是促进学生将课堂理论知识与工程实际问题结合的重要途径，对培养学生独立思考及分析问题和解决问题的能力有着重要的作用。利用电气传动实验平台完成相关课内实践环节外，利用机器人运动控制系统、倒立摆装置、磁悬浮模拟控制系统等实践平台拓展学生的实际操作能力。实践平台模拟训练要求学生编写简单的程序，调节控制系统的参数等解决实际问题。

    三、课程的考核机制

    考核方式及成绩评定：电气传动理论部分的考核方式采用过程化考核，笔试部分包括课堂小测试和期末考试部分，在整个教学与学习过程中考核学生的自主学习的能力、动手能力等计入平时成绩，平时成绩可占总评成绩的50%，期末考试成绩占总评成绩的50%，整个教学过程均注重学生能力的培养。

    四、结论

    在上海市教委电气传动课程建设过程中，针对复杂工程问题让学生能从控制对象出发寻根剖源，进而得到解决工程问题的合理方案，体现了培养学生解决工程问题的能力，通过几年尝试，学生普遍反应课程整合条理清晰，容易接受，也达到了良好的教学效果。同时，通过课程整合建设，也提升了教师的教学能力。

    本文系上海市教委重点建设课程，项目编号：39110M181003。