摘 要：针对机电一体化系统设计课程中直流伺服系统理论较为复杂，教学思路较为混乱，学生学习积极性不高，教学质量不高等问题，以应用型本科的教学要求和教学目标为出发点，对直流伺服系统理论课程从教学模式，课程教学思路，课程教学重点等进行教学改革，实践教学效果表明课程教学改革提高了学生的直流伺服系统设计原理整体认识，思路更加清晰，重点更加明确，增强了理论学习的兴趣和信心，提高了应用型本科的系统理论知识教学质量。

关键词：直流伺服系统 应用型本科 教学改革 教学思路

中图分类号：G64文献标识码：A文章编号：1003-9082（2019）10-0101-01

引言

直流伺服系统是以直流电动机为执行元件的伺服系统。直流伺服系统在教学过程中涉及电工电子技术、工程控制技术、检测传感技术以及信号变换技术等多门课程，具有课程范围广，系统和理论性性较强等特点[1-2]。目前，大部分应用型本科院校教师在进行教学的过程中，均按照相关教材照本宣科，没有理清直流伺服系统的教学思路和教学重点，没有引入生活实例讲解，教学较为枯燥。控制技术理论内容较为复杂，有些教师完全放弃理论的分析，导致学生对直流电动机的伺服系统设计原理完全没有认知，本文就此作研究。

一、直流伺服系统理论课程的教学改革

1.明确课程主线和重难点

根据应用型本科直流伺服系统理论知识主要系统结构如图1，主线为直流电机伺服系统-直流电机静态特性和调速指标-直流电机PWM调速-直流电机动态特性-直流电机速度单闭环设计;课程重点为静态特性和调速指标、PWM调速、速度单闭环设计;课程难点为速度单闭环设计。

2.直流电动机的生活实例引入

直流电动机常应用于对启动和调速有较高要求的场合，如宾馆高速电梯、城市电车、地铁列车、电动自行车、等机械中，可以增加教学互动，增加学生的学习兴趣。

3.直流伺服系统的基本原理

以鉴幅型直流伺服系统为例阐述伺服工作原理。介绍位置检测信号与相敏放大器和位置调节器构成位移信号的反馈和调节，速度检测与速度调节构成速度信号反馈和调节，使学生对直流伺服系统的基本工作原理有初步的了解。

4.直流电动机的静态特性和调速指标

由直流电动机的电压平衡方程、感应电动势方程、电磁转矩方程得到直流伺服电动机的转速公式。在最终转速公式中分别就转速对电阻、电枢电压和磁通的值变化进行研究，得到稳态特性和调速指标，使学生掌握静态特性和调速指标的分析方法。同时可以发现在电机调速中调节电压较为方便，为后续PWM调速做好铺垫。

5.直流电动机的PWM调速

PWM调速实质是一种有效电压值调节。在调节过程中，PWM波相当于是一个开关信号，PWM信号通过电子开关将直流按要求进行斩波，通过控制有效电压控制转速。由于PWM的参数可以间接控制直流电机的转速，所以就引申出如何进行PWM调制。因为PWM电压信号较低不能快速通断电子开关，所以需要基极驱动电路进行信号处理。由电子开关布局电路可知只能一侧导通，所以PWM需要设计逻辑延时环节。最终学生能够掌握PWM调速的原理和过程。

6.直流电动机的动态过程

直流电动机的动态过程简而言之就是研究转速、电流随时间的变化规律。通过电动力学方程和电枢的暂态方程进行拉氏变换得到转速、电流对电压的传递函数，然后经过反拉氏变换可以求出对阶跃电压信号的响应，也就得到了转速、电流随时间的变化规律。最后使学生了解直流电机的动态过程，为系统动态设计理论基础做好铺垫。

7.直流伺服系统的动态设计

在理解了直流电动机动态过程之后，进行直流伺服系统系统的动态设计。针对应用型本科教学重点是理解原理和熟悉方法的特点，侧重讲解如何设计速度单闭环，对复杂的电流、速度双闭环，电流、速度和位置闭环进行了简述。针对速度单闭环动态设计，首先需简述为什么PWM调速环节是滞后环节以及可以简化为一阶惯性环节;其次简述由电枢的暂态方程、感應电动势方程、电磁转矩方程和电动力学方程和经过传递函数简化可得到0型系统的速度调节传递函数，所以速度单闭环系统开环传递函数存在稳态误差，需要进行PI调节，将其校正为Ⅰ型系统。最后按照工程二阶最佳系统参数来确定速度闭环系统的闭环传递函数参数，并对速度闭环系统的开环传递函数的系统稳定性，响应快速性等指标进行简要分析。最后总结，经过校正的速度单闭环系统不仅符合系统稳定性要求，还具有精度高，快速响应特点。简化过程推导，使学生从繁琐的理论中解放出来，重点熟悉系统动态设计方法和系统调节方法。

二、结束语

根据应用型本科生特点，以应用型本科教学要求和教学目的为基础，对直流伺服系统理论课程进行了如上所述教学改革。实践教学反馈表明，学生对直流伺服系统原理和概念认识更加清晰，对课程的主线更加明确，对课程重点更加熟悉，对课程重点更加了解。学生不仅对基础理论有比较好的掌握，又避开了繁琐的公式推导，对直流伺服系统的分析方法、设计思路、调节方法都有较好的掌握，对后续课程充满兴趣和信心，达到了应用型本科的教学要求和目的。

参考文献

[1]苏再军，黄艳香.机电一体化系统设计课程教学改革探讨[J].时代农机，2017（10）：169-171.

[2]陈成军，李东年. 机电一体化系统设计案例教学研究与实践[J].大学教育，2017（9）：54-57.

作者简介：何政洋（1991.7-），男，汉族，四川宜宾，硕士研究生，助教，研究方向：工程机械、机电控制。