电气控制类创新课程设计论文

【摘要】《液压与气压传动》是机械类和近机类必须的专业基础课，本文依据应用型学校转型发展要求，采用嵌入型混合式教学方法，旨在破解当前该课程存在的教学难题。【关键词】液压与气压传动嵌入型混合式教学改革《液压与气压传动》课程主要包括流体力学基础、液压元件、液压基本回路、液压系统分析与设计、气压传动五方面内容。今天小编给大家找来了《电气控制类创新课程设计论文(精选3篇)》，供大家参考借鉴，希望可以帮助到有需要的朋友。

电气控制类创新课程设计论文 篇1：

“步进电机驱动系统”课程设计研究

摘要：针对应用型本科电气专业的特点与要求，为适应电气领域新的发展方向，增强学生实践动手能力，新开设了“电气控制课程设计”课程新项目，针对其中的步进电机驱动系统这个设计题目，给出了全部设计项目参考内容及指导事项，该设计项目软硬件兼顾，难易适中，比较适合一个两周的课程设计的工作量。

关键词：步进电机驱动系统；课程设计；软硬件；GAL

作者简介：孙冠群（1974-），男，河北涞水人，中国计量学院现代科技学院，讲师；

陈卫民（1972-），男，江西广丰人，中国计量学院机电工程学院，副教授。

课程设计是典型的实践类课程，它对培养学生的实践动手能力非常重要，是典型的理论联系实际的教学形式。

电气控制课程设计是很多高校应用型电气专业本科阶段一门重要的实践课程，该课程设计针对电力电子及电机控制方向开设题目。近年来，随着全社会电机控制应用领域的发展变化，为适应此种新形式，同时又要适宜高校教学的实际情况，对该课程设计题目进行了改革，设计了“步进电机驱动系统”课程设计题目，该题目工作量适中、软硬件兼顾，可充分锻炼学生的实践动手能力。

本文给出了步进电动机驱动系统软硬件设计的典型案例，在教学中此案例分阶段逐步向学生公开。

一、设计背景

步进电机具有转矩大、惯性小、响应频率高等优点，因此，其具有瞬间起动与急速停止的优越特性。与其他驱动元件相比，步进电动机通常不需要反馈就能对位移或速度的精确控制信号执行动作，它输出的转角或位移精度高，误差不会积累。由于属于开环控制，控制系统结构简单，一般也与多类数字设备兼容，价格便宜。其广泛用于简易数控机床、送料机构、仪器仪表、光电变换驱动等领域。

二、设计步骤及要求

第一，学生事先需查阅有关资料，学习并熟悉步进电动机及其基本控制原理。

第二，针对四相步进电动机，在教师指导下确定系统总体实现方案，并熟悉总体驱动控制原理。

第三，利用EDA设计软件（如PROTEL99SE），设计四相步进电动机驱动器硬件电路原理图，并与指导教师协商后确定电路原理图。

第四，查阅有关资料，熟悉相关元器件，尤其是涉及脉冲分配的芯片（如GAL器件）；编写四相步进电动机驱动用双四拍脉冲分配软件，并烧录程序。

第五，焊接调试主控芯片（如GAL）电路，重点调试其基本逻辑关系以及正/反转、起停控制信号。

第六，查阅有关资料，熟悉隔离与整形放大器（如光耦、功率放大集成器件）电路结构原理，焊接剩余部分全部电路。

第七，调试系统电路，要求电机可变脉冲频率调速。

第八，依据查阅的参考资料、设计原理及具体实现方案、调试的实验数据及其他结果结论，认真撰写课程设计报告。

三、设计原理

1.概述

（1）电动机。步进电动机是一种将电脉冲转化为角位移的机电执行元件。每外加一个控制脉冲，电机就运行一步，故称为步进电动机或脉冲马达。它可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电动机可以作为一种控制用的特种电机，由于其没有积累误差（精度为100%）的特点，广泛应用于各种开环控制。本课程设计选用四相绕组结构的永磁式小型步进电动机。

（2）变频脉冲信号。变频信号源是一个脉冲频率能由几Hz到几十kHz连续变化的脉冲信号发生器，常见的有多谐振荡器和单结晶体器构成的弛张振荡器，它们都是通过调节R和C的大小，以改变充放电的时间常数，得到各种频率的脉冲信号。本课程设计所需的变频脉冲信号由专用脉冲发生器提供。

（3）脉冲分配。脉冲分配器又称环形分配器，它根据运行指令按一定的逻辑关系分配脉冲，通过功率放大器加到步进电动机的各相绕组，使步进电动机按一定的方式运行，并实现正反转控制和定位。脉冲分配器的功能可以用硬件来实现，也可以用软件来实现。本课程设计的推荐方案采用数字逻辑器件，通过编写逻辑软件程序实现。

（4）功率放大。功率放大器的作用是将脉冲发生器的输出脉冲进行功率放大，给步进电动机相绕组提供足够的电流，驱动步进电动机正常工作。一般小型步进电动机常用MOSFET功率放大集成电路实现。

2.设计原理实现

（1）总体电路设计。步进电动机可选用常见12VDC供电的四相永磁式步进电动机。变频脉冲信号选用常用的函数（脉冲）发生器，可方便得到各种频率的脉冲信号。脉冲分配器采用GAL16V8（或PAL16V8）器件，采用数字逻辑即FM法编程实现脉冲信号的分配。功率驱动部分，因设计所用步进电动机绕组电流较小，采用ULN2003达林顿晶体管可满足功率要求。光耦建议选用TIL113，它是一款较高速的具有一定线性度的光耦放大器，可避免大电流窜入控制电路部分，另外比起一些常规的光耦，其可通过较高的脉冲频率，并在合理范围内具有相当的线性度。总体电路原理图见图1。

该电路的CP脉冲即为输入的可变频率的数字脉冲，可实现启/停快速控制、正/反转调节等。全案也仅需一套直流电源电路产生+12VDC和+5VDC。

下面分别介绍各个部分的设计原理。

（2）脉冲分配器。步进电动机各相绕组是按一定的节拍，依次轮流通电工作的。为此，需用脉冲分配器将脉冲按规定的通电方式分配到各相。我们选用四相双四拍，即任何瞬时有两相符合运行所需扭矩要求的绕组通电产生扭矩。设A、B、C、D分别表示四相步进电动机的四相绕组，正转方式为AB-BC-CD-DA-AB，反转方式为AB- DA- CD- BC-AB，则其状态真值表如表1所示。

表中，当RESET=1时复位，当RESET=0时电动机起动。F表示运行方向，F=1时正转，F=0时反转。A1、B1、C1、D1分别表示前一状态的输出；A2、B2、C2、D2分别表示下一状态的输出。

根据真值表得逻辑表达式如下：

根据GAL16V8的管脚配置图，应用PROTEL提供的PLD语言编辑器，用FM法编程（或REBEL），合并正反向、使能端，可得到以下完整程序：

（3）功率放大电路。在GAL16V8脉冲分配器和ULN2003功率放大电路之间加入光电耦合器件TIL113，用来起到电气隔离作用，隔离电动机启动、冲击电流等干扰信号对GAL的影响，确保驱动系统的安全稳定。但加入此光耦后缺点是其输出速度变低，最高频率降低，使电动机的调速范围不高。特别指出的是，采用该光耦后，通过实验，该光耦频率最高要控制在200Hz以内，通过核算，在设计调试中脉冲发生器提供的最高频率要低于800Hz。

功率放大所需ULN2003是由7个NPN型大电压、大电流的达林顿管组成，所有单元都内部集成了序列二极管。输出电压-0.5V到50V，输出最大电流可达0.5A，完全符合本设计的要求。因为步进电动机只有四相，只需选用其中的四个输入端。

四、调试

所需工具：数字万用表、数字示波器、测速表、脉冲信号发生器、+5V与+12V直流电源、接示波器电源所需的隔离变压器等。

调试重点内容：测试GAL器件的输入输出信号；测试光耦两侧信号；测试ULN2003输出驱动信号与GAL逻辑信号的一致性；通过给定脉冲信号频率，核算电动机速度值，并与实测值比较，给出误差分析结论。

注意事项：启动时给定脉冲频率不高于400Hz；数字示波器所接220VAC电源需经隔离变压器。

五、分组说明

本设计由一个工作团队共同完成，每个团队三人，各有侧重，具体分工由三位学生协商决定，其中：

学生一：主要负责“设计要求”中的1、2、3、7、8项；

学生二：主要负责“设计要求”中的1、2、4、5、7、8项；

学生三：主要负责“设计要求”中的1、2、6、7、8项。

六、设计报告说明

课程设计报告要有前言、系统设计原理或设计方案、系统各小模块的软硬件设计思路或实现方法、实验数据或其他结果结论，文末列出参考文献。注意因为每个学生之间的差别，在设计报告中每一位学生对自己单独负责（其他2位学生配合）的部分要重点阐述（设计思路与实现方法）。最后要对测试结果给出分析结论。

参考文献：

[1]孙冠群，于少娟.控制电机与特种电机及其控制系统[M].北京：北京大学出版社，2011.

[2]孙冠群，蔡慧，李璟.控制电机与特种电机[M].北京：清华大学出版社，2012.

[3]丘东元，刘斌，张波，等.“电力电子技术”综合性课程设计内容探讨[J].电气电子教学学报，2012，34（1）：49-52.

[4]谢宝昌，刘长红，王君艳，等.“电机学”课程体系的优化[J].电气电子教学学报，2011，33（4）：18-20.

[5]王宏华.“电力电子技术”课程教学中创新能力的培养[J].电气电子教学学报，2010，32（4）：38-39.

作者：孙冠群　陈卫民

电气控制类创新课程设计论文 篇2：

液压与气压传动课程教学改革探索

【摘要】《液压与气压传动》是机械类和近机类必须的专业基础课，本文依据应用型学校转型发展要求，采用嵌入型混合式教学方法，旨在破解当前该课程存在的教学难题。

【关键词】液压与气压传动 嵌入型 混合式 教学改革

《液压与气压传动》课程主要包括流体力学基础、液压元件、液压基本回路、液压系统分析与设计、气压传动五方面内容。目前以课堂教授为主，通过讲授、演示、提问、讨论等教学方法让学生理解基本概念。本文依据应用型学校转型发展要求，充分利用现代教育技术，提出了嵌入型、混合式课程教学模式改革，旨在破解当前该课程存在的教学难题。

一、依据教改需要，改革教学大纲

针对传统课堂教学的弊端，依据教学能力目标，注重以嵌入型混合式教学模式需要，重新修订了课程教学大纲。提出了课程学习的重点难点，强化了教学方法模式设计，体现了不同阶段、不同内容、不同教学方法。

二、实行在线自测，强化过程指导

针对教师布置作业、学生完成作业导致的学习被动性问题和终结性考试导致的问题积淀难以纠正问题，依据课程的阶段性教学要求，结合自身教学经验，编写了《液压与气压传动习题汇编》，要求学生依据课程进程进行阶段性自我检测，对于难以理解的问题倡导先自己思考、再同学讨论、再咨询老师的方法解决，强化了学生分析和解决问题能力。

三、制作授课视频，构建网络平台

为了实施嵌入型、混合式教学模式，制作了《液压与气压传动》课程教学视频，形成了涵盖课程简介、教学大纲、多媒体课件、自测习题、讲课视频、实验教学视频的丰富课程资源，形成了嵌入型、混合式教学模式的的实施条件。

四、开发项目教学，强化学用结合

落实应用型人才学以致用的教育理念，改革传统实践教学脱离实际的“碎片化”训练，在原有课程实验掌握液压与气压传动基本技能基础上，开发设计了课内项目和课外项目两类项目教学。课内项目为非标液压缸设计和专用设备液压系统设计；课外项目要求结合各种赛事或创新计划完成，内容以液压传动与气动技术为主体，结合机械设计、电气控制等相关课程设计。两类项目教学有利于强化学生的知识综合应用，促进学用创相融。

五、转变教学方式，强化师生互动

充分利用自身建设的课程资源，实施了嵌入型、混合式教学模式改革。开课前，教师组织学生解读课程教学大纲、明确课程教学目标与要求、指导网络课程资源使用方法；实行学生自愿与制定相结合模式，考虑学习基础、注重优差搭配，组建4人左右的学生协同学习小组；教师提前一周发布学习任务，学生小组开展课下预习，提出問题，相互讨论，带到课堂；教师课前通过网络途径了解学生自学情况，课中针对问题集中讲解或组织课堂讨论，课后采用集中方式针对共同问题进行答疑，通过微信方式对个性问题进行辅导。结课后，教师采用多主体、多维度模式进行学习评价，多主体是：学生自评、伙伴互评、教师点评。多维度是：学生的学习态度、学习能力和学习结果，形成了学生主动、师生互动的教学模式。

六、结语

本教改已经在课程教学中使用，结果表明：与传统教学模式相比，学生学习的主动性，学习能力明显增强，学习效果显著提升，表现在相同难度试卷考试成绩不及格率从34%下降到10%；综合应用能力明显强化，表现在学生课程设计的质量水平普遍提升。

参考文献：

[1]周亚军.液压课程教学改革的探索与实践及成效分析——以黄河科技学院为例[J].价值工程，2013（3）.

[2]刘芳，燕晓红，郝伟.浅析液压与气压传动教学改革的探索与实践[J].中国校园导刊：教育版，2010（12）.

作者：苏铭 刘慧

电气控制类创新课程设计论文 篇3：

课程思政建设

摘 要：将专业课与思政课融合授课，从而达到两者之间相辅相成的教育目标。在授课时融入课程思政理念，是教学改革面临的重要问题。在人才培养方面，高校必须坚持立德树人的核心理念，实现“全过程育人、全方位育人”的教育理念。思政课与专业课融合是目前教学改革的一个重要方向。本文以专业课《机床电气控制与维修》中的“CA6140型车床电气控制”为例研究课程思政建设，结合课程特点深究德育元素，进行思政课程设计。

关键词：机床电器控制与维修 课程思政 教学改革 课程设计

Course Ideological and Political Construction

——Taking “Machine Tool Electrical Control and Maintenance” as an example

Han Ying，Liu Xiaoying，Zhang Juanrong，Wang Danhong，Nan Yanzi

Key words：machine tool electrical control and maintenance， curriculum ideology， teaching reform， curriculum design

1 引言

在全国高校思想政治工作会议中，习近平书记针对当代大学生培养现状提出一种新型教育理念—课程思政[1]。与传统授课有所不同的是：课程思政采取全过程、全方位育人的授课方法，促使各体系专业课与思想课携手同行，打破两者之间的“孤岛现状”，形成相辅相成的协同效应，从而达到立德树人的最终目标[2]。

在课程思政建设中，高校始终秉持“立德树人”为培养学生的重心环节，在教学过程中融入思政元素，创新和优化我国高校人才培养新模式。目前，我国高校广泛采用以学生学习成果为核心的成果导向教育，存在分割专业课和思想教育的问题，形成教育的“孤岛效应”。如何培养出德才兼备的大学生，主要在于培养各类体系课程与思政课融合程度，以及同向同行理念的落实[3]。

在现代大学生培养教学中，思想政治教育一直都存在着，具体包含：思想理念、政治认同和道德素养。课程思政不是崭新的事物，从教学实践方式划分，课程思政在授课中体现方式主要有两种：一种是旗帜鲜明的直接教化，采用正面、直接的施教方式;一种是间接教化，将思政教育元素渗透到丰富多彩的社会生活中，引导学生去领悟感触。

本文以《机床电气控制安装与维修》为例，研究课程思政的建设。结合本专业课的课程特点、课程思政的教学目标、以及行业动态，深度挖掘课程思政设计中的德育元素，设计合适的专业课思政课程，并在后期学生反馈中不断优化课程设计。探索如何优化达到专业课程和思政课程携手同行的教育目标。

2 课程特点及思政理念

《机床电气控制与维修》课程是咸阳职业技术学院机电专业的必修课程，将其与思政教育融合是非常重要的，是当前形势下培养可持续发展人才的需要，也是目前教学改革的一个重要方向。

课程思政建设是教师在教学思维层面上的改革，需要教师在专业课教学过程中融合思政和专业课程，以学生更容易接受的方式高效地对学生进行思想政治教育[4]。不同体系的专业課有不同的教学特点，因此，在进行思政教学元素挖掘和课程设计时，要以专业课特点和行业研究应用动态为出发点，融合思政元素与专业课，优化《机床电气控制与维修》课程思政建设。

2.1 知识层面

《机床电气控制与维修》课程内容涵盖广泛，包括计算机控制、数学、通信等多个学科领域。其教学内容包括：电工基本知识及操作实践、用电设备及低压电气操作、常见机床电气控制、机电电气故障诊断与维修（CA6140型车床电气控制、X5032型铣床电气控制和M4132A型磨床电气控制等）。从本课程的知识层面出发，这部分知识包含：理论原理和实践操作训练，作为理论和实践的结合，需要我们引导学生从细微入手，从细节突破。因此，要着重将立德树人作为我们现代高校的育人目标，培养学生丰富的理论知识和敏锐的操作实践经验。

老师在授课时，调动起学生的主观能动性，主动出发探索更深层次的知识理论。对学生善于引导，使其树立正确的世界观、价值观和人生观，提升学生文化自信和民族信仰[5]。鼓励学生理论结合实践、积累实践经验、细心学习和掌握先进技术。使学生树立扎根基层服务国家的奉献精神，培养学生在学习工作中细心谨慎的职业素养[6]。

2.2 能力和素质层面

《机床电气控制与维修》是理论与实践紧密结合的专业必修课，对学生将来的就业发展有至关重要的作用。学生课堂所学的理论需要在实践训练中运用，以加深理解和提高实践操作能力。教师培养学生实践能力时，主要以理论知识为基础，从实践训练中的细微层次切入，以学生所学习的理论知识为出发点，分析故障原因以及解决措施。注重培养学生细心谨慎的实践操作能力和善于思考的工作学习能力。

培养学生动手能力，同时需要促进各方面发展，例如全球化视野、环保意识、批判性学习和思考、多学科交叉融合思维等。为适应社会发展的需求，还要提升学生的自主创新、学习、沟通和团队合作能力等。在面临生活和工作中诱惑和迷茫时，引导学生能够做出正确的抉择。

3 课程思政教学内容设计

《机床电气控制与维修》课程思政的目标是通过所学理论知识，结合多学科交叉思维认真解决实际操作中遇到的问题。在授课过程中做到从根源入手、从细微入手，理论支持与实践相融合[7]，勇于论探索创新，结合课程特点挖掘思政德育元素并设计课程思政。

3.1 课程内容

《机床电气控制与维修》课程内容包括：用电设备及低压电气（变压器、电动机等）、常见机床电气控制（主要包括：电动机的连续、正反转、星三角、点动和循环启停控制等）、机电电气故障诊断与维修对策（CA6140型车床电气控制、X5032型铣床电气控制以及M4132A型磨床电气控制），以及机床电气控制与维修实训课程等相关内容。

3.2 课程思政设计

以“CA6140型车床电气控制”为例，挖掘德育元素和设计课程思政。根据电动机的控制理论，分析CA6140型车床电气控制故障代码以及设备症状，由此可以联想到我们在工作学习中事物之间的相关性和因果关系。结合交叉学科理论知识解研究问题原因和解决问题策略，解决设备可能隐藏的问题，反推过来优化理论知识，根据这部分知识点可以挖掘到事物的相互关系。强化理论依据，增强学生的职业责任感、使命感和民族自信。从本节课程思政教学内容设计中，可以结合的课程思政元素如表1所示。

在本节课堂上结合理论知识与实验操作，通过讨论故障案例产生的原因、症状、故障类型、此类故障的连带性问题等，以强化学生在课堂上学到的理论知识和实践操作能力，提高学生的学习积极性和问题探索精神。课堂中加入相关设备案例题材的诊断依据和维修操作视频，结合教师学习和工作经验与学生讨论，为他们讲解行业研究动态，拓宽学生的专业视野，增强自主学习和创新能力，提升理论水平和实践操作能力。

4 结语

融合思政和专业课的教学模式至关重要，是打破两者之间“孤岛效应”的利器，是课程教学改革所需要面临的核心问题。思政与专业课优势互补促使两者同向同行，最终达到立德树人的初心。以《机床电气控制与维修》课程特点、内容以及行业研究应用动态为出发点，深挖思政课程的德育元素，根据学生的实际情况设计思政课程。在进行课程思政建设时，注重对学生进行引导，促进学生自己树立正确的世界观、价值观和人生观，增强学生文化自信和民族信仰。对于课程思政的建设没有终点，我们应在实践应用中不断完善和创新，结合多种授课方式进行课程思政优化改革。

陕西省职教育学会

课题名称：《常用机床电气控制系统安装与维修》课程思政研究与实践  课题编号：SGKCSZ2020-1528。

参考文献：

[1]习近平主持召开学校思想政治理论课教师座谈会强调  用新时代中国特色社会主义思想铸魂育人  贯彻党的教育方针落实立德树人根本任务  王沪宁出席[J].党建，2019（04）：4-5.

[2]高德毅，宗爱东.从思政课程到课程思政：从战略高度构建高校思想政治教育课程体系[J].中国高等教育，2017（01）：43-46.

[3]王振雷.论高校课程思政改革的三维进路[J].学科与课程建设，2019（10）：72-75.

[4]滕翠青.课程思政建设在《复合材料学》中的教学实践与探索[J].高分子通报，2020（02）：65-68.

[5]蔡文玉.高校课程思政实践策略研究[D].燕山大学，2019.

[6]张春华，张继钢，许秀群，李璞.高职院校思政课特色教学体系建构——以广西电力职业技术学院思政课教学为例[J].职业技术教育，2012，33（26）：61-64.

[7].成桂英.推動“课程思政”教学改革的三个着力点[J].思想理论教育导刊，2018（09）：67-70.

作者：韩影　刘小英　张娟荣　王丹红　南艳子