將科研成果引入本科教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)的探索

劉宏達(dá), 馬忠麗, 路　勇, 張?zhí)m勇, 張　強(qiáng), 楊大偉, 盧　芳

(1. 哈爾濱工程大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱　150001; 2. 哈爾濱工程大學(xué) 動(dòng)力與能源工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱　150001; 3. 哈爾濱工程大學(xué) 信息與通訊工程學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱　150001)

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將科研成果引入本科教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)的探索

劉宏達(dá)1, 馬忠麗1, 路勇2, 張?zhí)m勇1, 張強(qiáng)1, 楊大偉3, 盧芳1

(1. 哈爾濱工程大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱150001; 2. 哈爾濱工程大學(xué) 動(dòng)力與能源工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱150001; 3. 哈爾濱工程大學(xué) 信息與通訊工程學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱150001)

適時(shí)地將一些科研項(xiàng)目內(nèi)容引入到本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),是高校培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的一種重要形式。機(jī)械地將科研內(nèi)容融入實(shí)驗(yàn)教學(xué),往往因效果不理想而無疾而終。為避免這種情況發(fā)生,以電氣專業(yè)的電機(jī)類實(shí)驗(yàn)為對(duì)象,設(shè)計(jì)了電機(jī)參數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn),并經(jīng)3年左右的修改、完善,逐漸形成了較為合理的模式,并在學(xué)生培養(yǎng)中取得了一定的效果。

科研項(xiàng)目； 本科實(shí)驗(yàn)； 電機(jī)實(shí)驗(yàn)； 創(chuàng)新能力

1　概述

我國在上世紀(jì)80年代中期就有學(xué)者開始倡導(dǎo)培養(yǎng)創(chuàng)新人才。30年的歷程中,我國教育界十分重視從創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力等角度對(duì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的內(nèi)涵開展研究。進(jìn)入新世紀(jì)以來,經(jīng)過“211工程”“985工程”“國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”“ 校企聯(lián)合共建實(shí)訓(xùn)基地”“卓越工程師計(jì)劃”等建設(shè)，使高等學(xué)校的硬件基礎(chǔ)設(shè)施水平顯著提升,創(chuàng)新人才培養(yǎng)基本條件得到改善。

與此同時(shí),結(jié)合國家、學(xué)校對(duì)參與創(chuàng)新人才培養(yǎng)的教師和學(xué)生的激勵(lì)獎(jiǎng)勵(lì)政策的不斷推行和日益完善,高等學(xué)校教師和學(xué)生對(duì)創(chuàng)新能力培養(yǎng)重要性的感性認(rèn)知日益增強(qiáng),使創(chuàng)新人才培養(yǎng)的直接執(zhí)行者和受益者的主觀創(chuàng)新意識(shí)明顯提升。為建設(shè)和完善我國創(chuàng)新教育教學(xué)體制,國家、省市以及學(xué)校也都把學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的探索和實(shí)踐作為高校教師教學(xué)改革重點(diǎn)項(xiàng)目提出,使多樣化的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式逐漸形成。其中,科研團(tuán)隊(duì)如何在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中更好發(fā)揮作用、如何將科研成果形成可行的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容和運(yùn)作機(jī)制是目前大家關(guān)注的重點(diǎn)之一[1-2]。

機(jī)械地將科研內(nèi)容引入課堂教學(xué)可能并不難,但如何做到讓學(xué)生能接受、易消化、并保證可行性還是需要下一番心思琢磨的[3-4]。我們根據(jù)承擔(dān)的黑龍江省教改項(xiàng)目,設(shè)計(jì)了一些科研成果融入本科實(shí)踐環(huán)節(jié)的案例,實(shí)踐效果很好。在這里拋磚引玉,希望能為培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才、提高高校學(xué)生實(shí)踐水平發(fā)揮作用。

本文以電氣工程專業(yè)的電機(jī)和電測(cè)類實(shí)驗(yàn)——電機(jī)動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試為例進(jìn)行介紹。

2　設(shè)計(jì)理念和預(yù)期目標(biāo)

電機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中使用最廣泛的執(zhí)行元件之一,所以電機(jī)學(xué)課程一直是電氣工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程,教學(xué)中也都安排了一些經(jīng)典的電機(jī)實(shí)驗(yàn)。但這些實(shí)驗(yàn)多是驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn),對(duì)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)作用并不大。例如,在工程應(yīng)用中,存在很多類似發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)單元的控制調(diào)節(jié)、電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)這類工作[5]。這些工作中,很多需要知道發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)的電氣和機(jī)械參數(shù)，而在對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求高的應(yīng)用場(chǎng)合,甚至需要知道全部的暫態(tài)和次暫態(tài)參數(shù)。若不能獲取這些電磁慣性、機(jī)械慣性參數(shù),不要說使用根軌跡、波特圖、超前滯后校正這些方法無法完成,有些場(chǎng)合即便是使用I型、Ⅱ型設(shè)計(jì)法[6]，也無法完成控制器的參數(shù)設(shè)計(jì)。所以,若從實(shí)用角度來說,我們認(rèn)為應(yīng)該給學(xué)生，至少是給部分學(xué)生補(bǔ)充這方面的知識(shí)和技能。

測(cè)取電機(jī)參數(shù)時(shí),一般需要一些特殊的測(cè)試設(shè)備、儀器和數(shù)據(jù)處理方法。因?yàn)槭菍?duì)小范圍開設(shè),同時(shí)為了減少學(xué)校本科教學(xué)經(jīng)費(fèi)的投入,所以我們計(jì)劃用科研設(shè)備來進(jìn)行。

為了能讓學(xué)生理解、領(lǐng)會(huì)并拓寬眼界和提高能力，進(jìn)行電機(jī)測(cè)試設(shè)計(jì)時(shí),必須考慮本科生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和學(xué)生有持續(xù)做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間。同時(shí),在此實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開設(shè)時(shí)間上,我們也做多種考慮和嘗試。實(shí)踐表明，在學(xué)生進(jìn)行電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)(電氣專業(yè))或控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)(自動(dòng)化專業(yè))之后再開設(shè)該實(shí)驗(yàn)效果最好。因?yàn)?學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中,會(huì)體會(huì)到所學(xué)的PID參數(shù)設(shè)計(jì)方法在上述實(shí)驗(yàn)中并不適用,其關(guān)鍵在于學(xué)生不知道控制對(duì)象的參數(shù)，此時(shí),適時(shí)地推出電機(jī)參數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn),對(duì)學(xué)生無異于雪中送炭，因而學(xué)生就有有強(qiáng)烈的關(guān)注度,大大增強(qiáng)做實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性。

同時(shí),這個(gè)實(shí)驗(yàn)的預(yù)期目標(biāo)也不同于一般實(shí)驗(yàn),此實(shí)驗(yàn)的預(yù)期目標(biāo)定義為:

(1) 明確電機(jī)參數(shù)可以基于電機(jī)整體進(jìn)行測(cè)量,了解基本的測(cè)試流程；

(2) 了解電機(jī)的靜態(tài)實(shí)驗(yàn)可測(cè)參數(shù)和動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)可測(cè)參數(shù)；

(3) 感受工程測(cè)試中的電磁噪聲干擾,掌握用濾波技術(shù)處理測(cè)量噪聲的技術(shù)；

(4) 至少了解一些參數(shù)擬合方法。

3　實(shí)驗(yàn)的組織

科學(xué)合理的教學(xué)組織是實(shí)現(xiàn)一定教學(xué)目標(biāo)的重要保障[7]。作為較為復(fù)雜的實(shí)踐環(huán)節(jié),本實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容多、涉及面廣。下面介紹我們是如何組織本科生電機(jī)參數(shù)測(cè)量的教學(xué)實(shí)驗(yàn)的。

3.1教學(xué)時(shí)間安排

該實(shí)驗(yàn)學(xué)生自愿參加,教學(xué)時(shí)間放在學(xué)生的雙休日,主要以本科生為主,并允許部分研究生參加。每次實(shí)踐為3～4學(xué)時(shí),每周進(jìn)行1次,總共需要上3～4次實(shí)驗(yàn)課。這種靈活的教學(xué)時(shí)間安排,能滿足不同專業(yè)特點(diǎn)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)難度的不同要求,保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

3.2指導(dǎo)教師選拔和職責(zé)

指導(dǎo)教師既是學(xué)生實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)者和合作者,在專業(yè)技術(shù)和知識(shí)上答疑解惑，更是學(xué)生的學(xué)習(xí)和模仿對(duì)象,故要在專業(yè)知識(shí)拓展、行業(yè)技術(shù)規(guī)范、學(xué)術(shù)道德恪守等方面起到示范作用。實(shí)踐中,我們最后采取實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)由教師和研究生助教共同承擔(dān)的形式。實(shí)驗(yàn)教師需要有相關(guān)實(shí)驗(yàn)的科研背景、良好的教學(xué)評(píng)價(jià)和學(xué)術(shù)道德素質(zhì)。研究生助教由實(shí)驗(yàn)組教師統(tǒng)一考核選聘,選擇動(dòng)手能力強(qiáng)、有科研經(jīng)歷和良好助教記錄的在讀研究生[8-9]。

實(shí)踐分為若干區(qū)塊,每個(gè)區(qū)塊中的內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立,學(xué)生可以選擇全部或部分區(qū)塊進(jìn)行學(xué)習(xí)。每個(gè)區(qū)塊設(shè)置1組指導(dǎo)教師。學(xué)生在不同區(qū)塊負(fù)責(zé)的教師處進(jìn)行輪換。實(shí)驗(yàn)區(qū)塊結(jié)構(gòu)見圖1。

3.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)設(shè)備來自某推進(jìn)模擬系統(tǒng),它包括柴油機(jī)、三相同步發(fā)電機(jī)組、變頻控制柜、多相異步電動(dòng)機(jī)以及磁阻負(fù)載器。同時(shí),搭建有該平臺(tái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng),采用某實(shí)時(shí)系統(tǒng)以及相關(guān)的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,模擬+測(cè)試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示,系統(tǒng)實(shí)物如圖3所示。

圖1　實(shí)驗(yàn)區(qū)塊結(jié)構(gòu)圖

圖2　實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

圖3　系統(tǒng)實(shí)物圖

考慮異步機(jī)可以視做特殊的同步發(fā)電機(jī),所以電機(jī)參數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)中,以同步發(fā)電機(jī)為實(shí)驗(yàn)將更具有代表性。我們以原有柴油發(fā)電機(jī)組中的發(fā)電機(jī)為實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)象。柴油發(fā)電機(jī)組的主要參數(shù)如下:額定功率30 kW,額定電壓400 V,額定電流54.1 A,額定轉(zhuǎn)速1 500 r/min,額定勵(lì)磁電壓39 V,額定勵(lì)磁電流4.2 A,功率因數(shù)0.8。

AppSIM是一套實(shí)施數(shù)字與模擬混合實(shí)時(shí)仿真的工業(yè)級(jí)系統(tǒng)平臺(tái),可與Matlab/Simulink集成。具有16路差分同步采樣通道,采樣分辨率是16位,采樣率是500 ks/s。利用它的數(shù)據(jù)采集功能,可以同時(shí)滿足對(duì)同步發(fā)電機(jī)三相電壓、三相電流、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流以及轉(zhuǎn)子機(jī)械角度的采集,并能保持?jǐn)?shù)據(jù)的采集和傳輸同步性。

在整個(gè)系統(tǒng)中,采集系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)需要4組電壓、電流傳感器以及1組轉(zhuǎn)子機(jī)械角度傳感器如圖4所示。電壓和電流傳感器用LEM傳感器,轉(zhuǎn)子機(jī)械角度傳感器用絕對(duì)式軸角光電碼盤。

圖4　電壓、電流和轉(zhuǎn)角傳感器

實(shí)測(cè)建模系統(tǒng)可以分成2個(gè)環(huán)節(jié),一個(gè)是采集環(huán),包括AppSIM系統(tǒng)、模擬量輸入板卡、DB37數(shù)據(jù)線和各類傳感器；另一個(gè)是控制環(huán),其組成為AppSIM系統(tǒng)、數(shù)字輸出板卡、輸出數(shù)據(jù)線、變頻器及被控電機(jī)。

測(cè)試數(shù)據(jù)處理和分析我們選用Matlab軟件,一方面是考慮到Matlab強(qiáng)大功能和在國內(nèi)的廣泛普及程度,另一方面則是考慮到AppSIM直接提供了與Matlab/Simulink的集成功能。

（二）在地理課堂教學(xué)中運(yùn)用生活實(shí)際，提升地理思維能力。針對(duì)學(xué)生出現(xiàn)的地理思維缺陷，特別對(duì)高中文科生而言，由于面臨高考的現(xiàn)場(chǎng)，加上許多高考題目都是全新的，沒有良好的地理知識(shí)思維結(jié)構(gòu)在做題的時(shí)候是很難正確解決問題的。所以在地理課堂教學(xué)中更要注重加強(qiáng)誘導(dǎo)啟發(fā)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的地理思維，注重啟發(fā)誘導(dǎo)，調(diào)動(dòng)學(xué)生一切可以利用的頭腦中的地理理論知識(shí)，從學(xué)生的認(rèn)知能力角度開啟，一步一步深入挖掘，讓學(xué)生深層次的進(jìn)行思考形成正確的地理思維。此在此基礎(chǔ)上老師就應(yīng)該深入挖掘，提出問題，然后讓學(xué)生會(huì)提出一系列的假設(shè)，最終回歸到目前比較易懂好理解的理論知識(shí)上，充分的讓理論知識(shí)生動(dòng)起來。

3.4實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)來源

充足而有可靠保障的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目順利進(jìn)行的基本條件。在將科研內(nèi)容或科研設(shè)備轉(zhuǎn)入教學(xué)環(huán)節(jié)時(shí),經(jīng)常會(huì)被提到改造(轉(zhuǎn)換)費(fèi)用、設(shè)備損耗折舊和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)的問題。我們也一度為此擔(dān)憂過,但很快就解除了顧慮。首先,這個(gè)實(shí)驗(yàn)并不是什么損壞性實(shí)驗(yàn)；其次,運(yùn)行成本只是柴油和電,若集中安排數(shù)據(jù)采集的話,則只需測(cè)試時(shí)開機(jī)耗費(fèi)燃料和電能,所以整個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目能源成本100元左右。至于設(shè)備折舊和維護(hù)問題,因?yàn)橥ㄟ^合理的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)過程安排,并不需要很多的用機(jī)時(shí)間和專業(yè)人員監(jiān)護(hù),對(duì)科研實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備維護(hù)工作量增加并不大,所以基本可以不需考慮為科研實(shí)驗(yàn)室提供這方面的費(fèi)用。

3.5學(xué)生實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)組建

實(shí)驗(yàn)通常由學(xué)生組成3～4人的團(tuán)隊(duì)完成。團(tuán)隊(duì)成員中應(yīng)做到分工明確(每人負(fù)責(zé)1個(gè)區(qū)塊),可經(jīng)常性交流或定期討論,每位成員需要在指定記錄本上填寫自己完成工作的情況細(xì)節(jié)。教師會(huì)對(duì)團(tuán)隊(duì)合作能力進(jìn)行多方面考察,實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),團(tuán)隊(duì)每位成員都要有自己的設(shè)計(jì)報(bào)告、研究數(shù)據(jù)、研究結(jié)論等。學(xué)生團(tuán)隊(duì)式實(shí)驗(yàn)形式很好地培養(yǎng)和鍛煉了學(xué)生的溝通能力和協(xié)作能力,促進(jìn)了學(xué)生互助、互信等優(yōu)良品質(zhì)的展現(xiàn)[10]。

4　實(shí)驗(yàn)區(qū)塊介紹

該實(shí)驗(yàn)分為4個(gè)區(qū)塊(見圖1),學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣、專業(yè)方向特點(diǎn)和時(shí)間,選擇其中的部分區(qū)塊。

4.1實(shí)驗(yàn)原理區(qū)塊

4.2電機(jī)測(cè)試區(qū)塊

這個(gè)區(qū)塊除了指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)基于工業(yè)傳感器和碼盤的檢測(cè)電路設(shè)計(jì)與安裝方法以外,更重要地是了解同步發(fā)電機(jī)的電機(jī)參數(shù)識(shí)別的實(shí)驗(yàn)方法,以及如何利用組合設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)。

完全工業(yè)用的高精度的檢測(cè)器件的使用,更能使學(xué)生縮短學(xué)習(xí)與社會(huì)實(shí)際的距離。比如,選用的LEM電壓傳感器的性能參數(shù)為:原邊理論值500 V,測(cè)量范圍0～750 V,供電電壓是12～24 V,副邊信號(hào)50 mA,測(cè)量精度0.7%。與一般本科實(shí)驗(yàn)不同,學(xué)生必須要匹配或設(shè)計(jì)其他輔助器件才能使用。新鮮感、挑戰(zhàn)性還給了學(xué)生更多的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)動(dòng)力。

采集需要學(xué)生利用AppSIM,在Matlab集成環(huán)境下進(jìn)行采集匹配和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄。需要同步完成同步發(fā)電機(jī)三相電壓、三相電流、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)子機(jī)械角度的原始數(shù)據(jù)采集。

在同步發(fā)電機(jī)參數(shù)測(cè)試中,需要依靠采集到的同步發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)過程數(shù)據(jù)來進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)。教師給學(xué)生介紹了勵(lì)磁電壓擾動(dòng)、輸入機(jī)械功率擾動(dòng)法和拋載法。具體方案則讓學(xué)生結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備條件,自己設(shè)計(jì)實(shí)施方案，以此培養(yǎng)學(xué)生的工程能力。

4.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理區(qū)塊

通常本科實(shí)驗(yàn)中很少給學(xué)生直觀地引入工業(yè)電磁環(huán)境下測(cè)試被干擾的問題。此區(qū)塊就是要接這個(gè)地氣,并給學(xué)生強(qiáng)烈的沖擊感。同時(shí),讓學(xué)生學(xué)會(huì)從大量的測(cè)試數(shù)據(jù)中挑選可用信號(hào)段,并學(xué)習(xí)濾波降噪、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理的基本技能。

我們讓學(xué)生采樣率設(shè)為10 kHz,要求采集15 s,即共15萬組數(shù)據(jù)值,讓學(xué)生自行處理。對(duì)同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行測(cè)試時(shí),通常存在嚴(yán)重的電磁噪聲和干擾,圖5為實(shí)驗(yàn)中的實(shí)測(cè)波形,按先從左到右,再從上到下的順序,順次為A相電壓全時(shí)域曲線、A相電流局部曲線、勵(lì)磁繞組電壓曲線、勵(lì)磁繞組電流曲線、計(jì)算處理后的ud和id。由圖5中可見,無論原始測(cè)試數(shù)據(jù)(圖(a)、(b)),還是經(jīng)過靜動(dòng)坐標(biāo)變換后的變量曲線,都存在大量的噪聲。以圖(c)、(d)勵(lì)磁繞組曲線來說,學(xué)生按理論知識(shí)認(rèn)為:應(yīng)該是直線或者整流脈波,可現(xiàn)實(shí)卻大大出其所料。

經(jīng)頻譜分析后確定數(shù)字濾波(也可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定而不進(jìn)行頻譜分析),對(duì)數(shù)據(jù)處理后,再利用最小二乘法LS進(jìn)行電機(jī)參數(shù)識(shí)別。實(shí)驗(yàn)中,我們選擇讓學(xué)生辨識(shí)同步發(fā)電機(jī)五階實(shí)用模型。

這里以同步發(fā)電機(jī)五階實(shí)用模型參數(shù)辨識(shí)為例進(jìn)行說明。對(duì)d軸、q軸的電氣參數(shù)進(jìn)行LS辨識(shí)時(shí),每個(gè)軸的辨識(shí)向量、輸出量和目標(biāo)函數(shù)分別為:

其中,Idm表示d軸電流的測(cè)量值,Idc表示數(shù)值計(jì)算出的d軸電流值,Iqm表示q軸電流的測(cè)量值,Iqc表示由參數(shù)值計(jì)算出的q軸電流值。具體辨識(shí)算法參見文獻(xiàn)[11]提出分步電氣參數(shù)辨識(shí)的策略,這里就不詳述了。

4.4仿真實(shí)驗(yàn)區(qū)塊

在對(duì)同步發(fā)電機(jī)模型參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)時(shí),一般情況下很難知道所辨識(shí)的同步發(fā)電機(jī)參數(shù)的真值,對(duì)辨識(shí)獲得的參數(shù),不能直接有效地判斷參數(shù)的正確性和準(zhǔn)確性。為了驗(yàn)證同步發(fā)電機(jī)參數(shù)辨識(shí)算法的正確性,運(yùn)用軟件搭建同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)發(fā)生小擾動(dòng)的系統(tǒng)模型,進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),獲得辨識(shí)工作所需的數(shù)據(jù)。再利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行電機(jī)參數(shù)辨識(shí),將參數(shù)辨識(shí)所得的結(jié)果與仿真時(shí)系統(tǒng)模型所設(shè)定的真值進(jìn)行比較,進(jìn)而判定參數(shù)辨識(shí)算法的正確與否。因此,搭建同步發(fā)電機(jī)電力系統(tǒng)仿真模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)、利用仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)算法的驗(yàn)證是很重要且有意義的。同時(shí),學(xué)生還可以通過仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境,粗略而直觀地發(fā)現(xiàn)參數(shù)對(duì)電機(jī)運(yùn)行性能的影響。

圖5　實(shí)際測(cè)試曲線

此外,還引入了基于智能算法的辨識(shí)讓感興趣的學(xué)生學(xué)習(xí)、對(duì)比與LS法的區(qū)別,讓學(xué)生了解新的知識(shí)。圖6是仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行直軸和交軸比對(duì)圖。

5　總結(jié)與體會(huì)

因?yàn)橥诫姍C(jī)參數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)在我校還屬于實(shí)驗(yàn)階段,所以雖然有足夠多的學(xué)生表現(xiàn)出了積極參與的意愿,但我們還是對(duì)實(shí)驗(yàn)人數(shù)進(jìn)行了限制。截至目前進(jìn)行了3屆學(xué)生共100多人,其中有近30%左右是研究生。這些研究生中的一些后來成為了該實(shí)驗(yàn)的研究生助教,因?yàn)樗麄兿群蠼?jīng)歷了兩種角色的扮演,所以給課程完善提出了不少好的建議,也緩解了教師的工作壓力和時(shí)間的投入。

就實(shí)驗(yàn)學(xué)生的年級(jí)層次統(tǒng)計(jì)來看,有的本科學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中,表現(xiàn)出了不弱于研究生的研究和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ徊话茨昙?jí)組隊(duì)的運(yùn)作形式,甚至好于同年級(jí)學(xué)生的組隊(duì)。從實(shí)驗(yàn)運(yùn)行經(jīng)費(fèi)和教師投入精力來看,除第一年因?yàn)檫\(yùn)行模式還不完善、耗費(fèi)較多以外,后面兩年,這兩方面的投入逐年降低。可見,合理選擇并將一些科研設(shè)備和科研成果應(yīng)用于本科教學(xué),經(jīng)濟(jì)和人力方面投入并不像通常想象的那樣多。參加實(shí)驗(yàn)的學(xué)生有很多收獲,100余名學(xué)生都對(duì)實(shí)驗(yàn)的積極意義給予了肯定，普遍認(rèn)為這樣的實(shí)驗(yàn)?zāi)芙o予學(xué)生新知識(shí)、新技能，這也堅(jiān)定了我們繼續(xù)做下去的信念。

在高校科研設(shè)備和科研成果融入本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐過程中,在教師酬勞、人事管理方面,因受權(quán)重所限,在此實(shí)驗(yàn)的推進(jìn)過程中,我們沒有過深地探索,更多的是得益于相關(guān)教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的奉獻(xiàn)和支持。此外,肯定還存在其他一些沒有意識(shí)到的不足之處。希望我們的探索對(duì)高校同行有一點(diǎn)點(diǎn)啟發(fā)。

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Exploration of introducing scientific research achievements into undergraduate practical teaching

Liu Hongda1, Ma Zhongli1, Lu Yong2, Zhang Lanyong1, Yang Dawei3, Lu Fang1

(1. College of Automation, Harbin Engineering University, HARBIN 150001, China; 2. College of Power and Energy Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China; 3. College of Information and Communication Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)

Implementation of introducing scientific research into undergraduate experiment has great potential to cultivate students’ creative ability, which not only depends on the full enthusiasm of college teachers themselves on the innovation of science and technology, but also is more necessary to practice students’ ability on innovation. Using an appropriate method to introduce certain scientific research projects to undergraduates’ experiment is a significant way to achieve this. Conventional mechanical teaching on scientific research in experiments is proved ineffectively and has been abandoned. This paper proposes a novel electrical motor parameters monitoring experiment which is specific to electrical motor experiment of electric major. By modifying and improving for 3 years,it has been proved that is rational and effective in cultivating students and improving quality of experiment teaching.

research project; undergraduate experiment; electrical motor experiment; innovative ability

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.07.005

2015-11-01

中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資金資助項(xiàng)目(HEUCF160406);黑龍江省高等教育改革項(xiàng)目(JG2013010177,JG2013010202);黑龍江省高等教育學(xué)會(huì)教育科學(xué)研究規(guī)劃項(xiàng)目(HGJXHC110374)

劉宏達(dá)(1976—),男, 山東蓬萊,博士,副教授,主要研究方向?yàn)閷?shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理.

E-mail： liuhd405@163.com

G642.0;G642.423

A

1002-4956(2016)7-0014-06