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摘要:針對電力拖動基礎的課程特點和教學任務要求,開展了基于MATLAB的電力拖動基礎課程實踐教學研究,重點圍繞交直流電力拖動系統的起動、調速和制動的仿真建模實踐教學進行探討,并以“直流電動機調壓調速仿真研究”實驗為例對自主實驗研究進行了說明。教學實踐表明,仿真實驗能夠加深學生對理論知識的理解、提高學習效果并培養學生自主探索問題的能力。
關鍵詞:MATLAB;電力拖動基礎;仿真建模;實踐教學
電力拖動基礎是電氣工程及其自動化專業重要的專業基礎課,主要包括直流電力拖動系統、交流電力拖動系統以及電力拖動系統過渡過程等多方面內容,要求學生能夠熟練掌握和了解電力拖動系統的起動、調速和制動等方法的理論分析、計算和控制線路設計等知識,整體內容抽象且具有較強的理論性,學生不易理解。因此,為了提高學生對電力拖動基礎課程的理論分析能力,幫助學生理解和掌握課程理論知識,克服實驗室硬件條件不足的問題,引入基于MATLAB的電力拖動基礎課程實踐教學。此外,該種形式的實踐教學,要求學生課下進行自主性和探索性學習,能夠進一步培養學生的科學研究能力和水平。為此,很多理論課程特別是工程學科將MATLAB引入到課程實踐教學中。文獻[1]針對現代控制理論采用基于MATLAB的實驗教學進行了研究,給出了現代控制系統中6個教學仿真實驗的實驗目的、實驗原理和實驗步驟,獲得了較好的實驗效果。文獻[2]針對基于MATLAB的數字信號處理課程取樣定理實驗教學進行了研究,由于MATLAB具有高效的數值計算以及圖形處理等功能,通過對其進行編程和仿真,取得了滿意的授課效果。文獻[3]針對電子類課程采用MATLAB實驗教學與實踐進行了研究,指出通過該仿真軟件開展實驗教學,能夠節約教學成本,同時獲得較好的實驗效果。文獻[4]針對MATLAB軟件用于定積分實驗進行了設計,有助于學生理解定積分概念和幾何意義。文獻[5]針對Matlab和Labview軟件用于電力拖動虛實結合實驗系統設計進行了探討,該方法有助于提升學生的工程設計與開發能力。此外,文獻[6-7]針對MATLAB用于其他課程進行了分析與研究,均取得了較好的實驗效果。
1制訂課堂教學目標
根據電力拖動基礎課程總體培養目標,并結合本次課堂實踐教學任務,制訂合適的課堂教學目標。合適的課堂教學目標是課堂教學的總輸入,課前準備、課堂組織實施以及課堂效果評估與講評均是圍繞其開展合作的,要求任課教師必須清晰認識、了解和掌握本課程的培養目標及每個章節所需要達到的教學效果。以“他勵直流電動機調壓調速”實驗為實踐教學設計為例,該實踐教學課程要求學生能夠理解和掌握他勵直流電動機調壓調速的理論分析、計算以及簡單控制線路設計等知識點。為此,教師可以結合實際工業生產中直流電動機調壓調速的實例,要求學生對其調速原理進行理論分析、仿真研究以及設計簡單的控制線路。
2制訂課堂實施方案
針對“他勵直流電動機調壓調速”實踐教學的教學目標,并根據具體的教學要求,制訂合理的課堂實施方案。剖析“他勵直流電動機調壓調速”實踐教學的教學目標:要求學生能夠理解和掌握他勵直流電動機調壓調速的理論分析、計算以及簡單的控制線路設計等知識點。為此,課堂實施可以劃分為以下幾方面。第一,理論分析。理論分析主要利用直流電動機的機械特性方程分析電動機調速時電氣參數的變化。例如,當電動機負載為恒轉矩且進行降速調速時,根據直流電力拖動系統穩定運行的條件可知,此時最簡單的處理方式是新的機械特性曲線與負載轉矩曲線在新的速度穩定點有交點,如圖1所示。而改變直流電動機機械特性曲線的方式有電樞回路串聯電阻、降低電樞供電電壓以及改變磁通,根據直流電動機實際運行工況和應用對象,選擇一種合適的直流電動機降速調速方式。圖1定子回路串聯電阻調速方法Fig