1. 引言
机电传动控制课程是许多高校机械类专业的必修课程。上海电机学院更是把该课程列为机械电子工程专业的核心课程。该课程以电机为主导,以控制为线索,可以使学生了解机电控制系统的一般知识,课程的重点是使学生掌握直流电机、交流电机、控制电机等的工作原理,特性及应用。
该课程的特点是实践性特别强,实验教学比例比较大,通过实验,学生不仅可以观察各种电机的实际结构,接线端子,便于理解理论内容,而且通过自己动手搭建控制系统,实现各种电机的启停、调速,最终使学生具备简单的控制系统的构造、调试、故障排除等方面的能力。
目前,很多高校都开展了该课程的实验建设并取得了很多成果。例如华中科技大学谢绍冬研究了一种创新实验教学方法,开发了一整套实验系统,提出了完全由学生自主设计的创新实验教学方案 [1] 。徐静针对PLC机电传动控制课程的实验教学,阐述了如何启发学生自主完成一项综合性实验的教学方法 [2] 。徐立军等从培养学生的实践能力和创新能力这两个方面着手,对“机电传动控制”课程的课堂教学环节与实践教学环节进行了分析和研究 [3] 。倪敬等探索了基于三个“引入”,集成系统分析、设计、搭建和编程调试的一体化实践教学组织形式 [4] 。吴涛等在课程的教学内容、教学方法和实验设计等方面并结合步进电动机的教学实例对“机电传动控制”研究型教学进行了探讨 [5] 。
上海电机学院作为一座应用型本科院校,定位于培养直接面向生产一线的高级工程应用型人才,一直以来也在不断探索适合应用型人才培养的实验方案,以突出应用型特点,强调学以致用,学用结合 [6] 。本文总结了近几年的实验改革思路,详细介绍了综合实验台的开发建设。
2. 机电传动控制课程实验内容
实验内容要和课程重点内容紧密结合,经过多次调整,最终本课程包含的典型实验如表1所示。从表中可以看出,实验内容分布在交流电机,控制电机,继电器接触器控制等几个重点的章节内,而且实验内容的设计由易到难、由简到繁,由单个实验到综合实验,起到了串联各个知识点的作用。
3. 机电传动控制实验平台搭建
3.1. 实验平台建设需满足的要求
(1) 经济性
毕竟受实验建设经费的限制,太过于昂贵的器件不满足经济型要求,而且像接触器,热继电器经过多次实验,其接口端子会存在磨损引起接触不良,有些塑料外壳会出现开裂,需及时更换,熔断器在实验过程中因为学生操作不当,难免会出现烧坏的情况,也需要及时更换。因此实验器件不需要购买太昂
Table 1. The main experiments of Electromechanical Driving and Control
表1. 机电传动控制主要实验内容
贵的,在满足性能要求的情况性,优选价格适中的。
(2) 实用性
虽然器件不宜昂贵,但并不意味着要选用一些型号比较老的电器,相反,为了和真正的工业生产线接轨,实验平台所采用的继电器,接触器,驱动器,控制器等都是目前工业领域经常用的实际器件,例如接触器是选用的施耐德的几款,而PLC选择三菱公司的,让学生的实验操作器件和工作中要用到的器件实现无缝衔接,这样学生经过实训后,在工作岗位上就能尽快地入手和适应。这正是应用型本科培养现场工程师必需的途径。
(3) 开放性
每次实验提出实验目标和要求,学生自己根据提供的实验硬件,设计实验的过程,包括系统的构建,实验器件的选择,硬件的接线等,都由学生自己完成,这样的实验具有一定的开放性,给了学生很大的选择空间和自主性。这会大大提高学生参与实验的积极性,锻炼学生自主思考和解决问题的能力。
3.2. 实验平台的硬件构成
根据平台要求,最终设计的实验台如图1所示。该实验台上部包含电机控制电路中保护电路必须的熔断器,可让学生观察,其接线端子如图中所示,布置在面板的中央和下部,这种布置方式方便接线。通过提供数量较多的接线端子,学生可根据自己的设计来连接各个端子,不像以前的演示性实验,学生没有动手接线的机会。可根据自己的电路梳理接线,一目了然。而且,该实验平台将多个实验器件集成在一块实验平板上,体积和占地面积小,便于实验室的布置;但在功能上却非常强大,该课程的所有实验都可以在此平台上实现,学生每次实验都是一个温故知新的过程,即可以回顾上一个实验所掌握的主要器件是哪一些,又可以分析新实验和上次实验的异同点,在动手过程中不断提升自己的能力。
4. 结语
目前,该实验平台已经在上海电机学院机电工程专业14和15级学生中得到了应用,学生普遍反映实验操作使得他们受益匪浅,确实加强了对课堂上学习的各类电机的启动、调速和制动过程的理解。学生对各种控制过程非常感兴趣,甚至会出现深夜仍在实验室进行调试的情况。当然,该实验平台也还有不足之处,在以后的教学应用中会逐步改进。
基金项目
本文受上海市教委重点课程建设项目(B1-0224-16-004-004)资助。