李传江 袁秀平
摘 要：文章以实例论说了项目驱动形式在“主动操控理论”课程中的探究和运用。经过项目驱动教育完结授课理论与实践的有用结合，协助学生透彻了解反应操控思维和PID操控的原理，进步学生剖析和处理问题的实践才能，并有利于培育学生的团队协作精力。
要害词：项目驱动教育；主动操控理论；转向操控体系
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2018）06-0031-02
高校理工科专业的教育形式一般以教师授课为主，在理论结合实践运用和立异才能培育上相对单薄一些，作为学生一般是被迫地承受常识，对常识点的把握程度，往往依靠学生本身的了解才能和所下功夫，特别是理论性相对较强的学科，假如授课形式相对单一，所举事例又与实践运用存在必定距离，就会加大学生对理论常识的了解难度，呈现缺少学习爱好的状况，会影响到教育质量，形成学生在根底学科上把握不行结实，还会影响到后续学科的学习，乃至衍变成应试教育[1]。专业根底课不只仅是专业课程学习的根底，它与工程实践运用也结合得较为严密，假如能够在教育中完结与实践运用的有机结合，让学生进步学习爱好，加深了解，就会发生更好的教育作用[2]。针对这种状况，笔者在“主动操控理论”课程中测验展开了“项目驱动教育”形式的探究和实践，把它作为传统讲堂授课的有机弥补，经过两年多的探究、研讨和实践，取得了不错的教育作用。
一、项目驱动教育总述
项目驱动教育相对于传统讲堂授课形式，是一种行为引导式的教育办法[3]。在教育进程中，教师针对所教授的课程内容，选取适合的项目或事例作为教育载体和教育主轴，把学生所需把握的常识点融入到项目的各个环节中，安排学生成为项目的施行主体，授课教师整体把控和引导项目的展开，并环绕项目展开施行教育活动。学生参加项目剖析、计划拟定、软硬件规划、调试试验的整个进程，这样就能够在讲堂教育中将理论与实践有机结合，学生的学习进程也不再是被迫承受，而是需求积极参加。为了完结既定方针，在项目施行进程中，学生需求开动脑筋发现问题，并找出处理问题的思路和办法，在项目发展进程中，了解和把握项目中所包含的各种常识点，而且能够让学生体会到成功处理问题后的成就感，对进步学生的学习爱好和积极性有着正面的促进作用。在进步学生着手实践才能的一同，也培育和增强了学生举动自傲力和团队协作精力[4]。
项目驱动教育有别于传统讲堂授课教育形式，有着相对生动灵敏、不拘多样的特色，教师能够针对课程内容及常识构成特色，灵敏机动地选取适合项目或事例展开教育活动，与讲堂的理论授课有机交融施教，并经过教育实践逐渐堆集、修订和完善，并终究归入学科教育大纲中。
二、“主动操控理论”课程项目驱动教育法实例运用
“主动操控原理”课程首要教授操控体系剖析与规划的根底常识，包含操控体系建模、操控体系的稳定性、稳态功能和动态功能以及操控体系校正与规划等。经过本课程的学习，首要使学生了解并把握剖析和规划主动操控体系的根本理论常识和办法，并能够较了解运用Matlab等软件进行体系规划仿真与核算，为后续相关课程的学习奠定根底。
（一）项目驱动教育方针
“主动操控原理”是电气工程及其主动化专业的专业必修课，其理论性常识点较多，且概念较笼统，但该课程实践上与工程运用联络较为严密，且是后续专业课学习的一门重要根底科目。多年来，该课程一般选用“讲堂教授+验证性试验”的教育办法[5]，学生即便把握了本课程要求的根本概念、根本数据等，也较难将讲堂所讲的理论常识与工程实践相联络，缺少用操控理论来处理实践问题的运用。
依据以上状况，挑选“主动操控原理”课程来施行项目驱动教育形式的探究和实践。针对“主动操控原理”课程中的操控体系数学模型树立、操控体系的校正与规划等方面的重要常识点，选取一个或多个适合项目或案
例，经过体系剖析、软硬件规划、Matlab软件仿真等，使学生更好地把握相关常识点。
在项目施行进程中，将学生分红几个项目小组同步展开，并推选项目小组长担任本小组课题活动。学生可经过查找文献、上网查找等不同的办法来收集相关材料，教师对重要常识点和要害进程进行解说和引导，并
随时把握各小组的发展状况。
（二）项目概要及要求
针对“主动操控原理”课程教育方针，在此以“车轮转向PID操控体系”为例，扼要介绍项目驱动教育办法。
车轮转向操控在工业范畴运用十分广泛，因为其具有工况杂乱、参数多变、运转惯性大、操控滞后等特色，它对操控调节器要求较高。因而该项目能表现主动操控理论的教育方针，并进步了学生的工程实践才能和概括本质。
为了到达好的转向作用，应对电机有一个杰出的转向驱动办法。转向给定值由人工设定，操控器依据步进电机转角的改变主动调整转向。为此结合操控要求，规划技术参数断定为：
1.电机步进角为1.5度，转角都保持在[-90°，+90°]改变。
2.空载起动到额外转向时的转向超调量n≤10%。
3.依据不同的路况能自
动调整方针转向。
（三）项目整体剖析及操控器计划断定
对车轮转向PID操控体系规划要求进行剖析，树立体系组成操控框图，断定体系硬件结构，并断定PID操控器计划。经过本部分的施行，能够培育学生体系剖析和PID操控器规划才能。
教师引导学生，对车轮转向驱动体系进行剖析，树立驱动体系的操控框圖，如图1所示。整个操控体系为Arduino作为操控处理器；经过电位器检测转向角，电位器信号经过A/D进入处理器，与设定的方针值比较得到差错；差错作为输入经过数字PID运算得到操控量，该操控量经过D/A输出给步进电机驱动器，经过电机驱动车轮转向，然后到达设定的方针值。
为了使学生愈加直观地了解操控体系的组成和原理，操控体系选用简略易学的Arduino完结，学生能够在较短时间内完结体系的树立。
图1 转向体系操控框图
（四）项目软硬件规划
断定体系硬件结构后，接下来规划体系的软件和硬件部分。每个项目小组依照项目的内容和成员的专长进行分工，清晰每个成员的责任和使命。硬件电路的规划首要有：1.电气电路的规划，首要完结主电路和驱动操控器；2.转角丈量电路规划，挑选电位器将检测反应回的信号进行A/D转化；3.转向PID调节器规划，完结转向主动操控；4.电源办理规划，首要完结向Arduino操控器和电机驱动模块供给操控电压。依据以上组成部分的特色及要求，结合学生对体系的了解程度，画出相应的电路图，最终把各部分的硬件电路整合起来。
车轮转向PID操控体系选用Arduino进行数字转向操控，数字PID调节器等直接用程序完结操控，这些环节能够由不同的学生独立编程完结。各环节程序完结后，再规划体系的主程序和中止程序，这部分内容由我们团体完结。
（五）项目调试、仿真及运转
对车轮转向PID操控体系进行体系调试，并经过Matlab软件建模进行仿真试验，得到优化PID操控器参数，最终进行在线运转操控。经过本部分的施行，培育了学生数学模型树立、Matlab仿真和体系调试的才能。
1.体系调试。体系硬件安装完之后，先对体系进行硬件调试，接下来进行联机调试，在调试进程中，不只要查看硬件问题，还要查看软件问题。在查看硬件没有问题后，再结合硬件修正软件程序，逐渐查看问题，直到调试出效果。这个进程需求小组成员的协作，一起完结。
2.建模及仿真。体系调试成功后，对车轮转向驱动体系施加不同的输入操控信号，可得到转向的输出信号，然后对车轮进行数学模型树立，得到操控体系传递函数。依据得到的传递函数，运用Matlab仿真软件进行仿真试验，得到PID操控器的参数。
图2是PID参数设定后运转功能比较，电位器转向视点数据的仿真试验，T=0.5S，KP=0.7，Ti=600s，Td=0.1S时，操控作用比较好。
3.运转及校验。在程序中给定车轮的希望转向角
度，将仿真效果得到的PID操控器参数写入程序中，在线对体系进行操控。经过调查Arduino监视器的车轮转向效果，断定操控的作用是否到达要求。假如没有到达，或许功能指标欠好，剖析原因，并找出处理办法。
（六）项目总结研讨及答疑解说
各小组完结项目后要提交总结报告，授课教师安排各小组全体学生展开本次项目驱动教育的总结研讨活动，活动内容首要包含：各小组代表做项目报告及项目效果展现；各小组总结项目施行进程中遇到的要害问题及处理计划；授课教师针对疑难问题、常识点进行概括总结和解说；教师学生一同对项目驱动教育形式进行一起研讨，提出改善定见及主张；授课教师对本次项目驱动教育活动进行总结等。
三、结语
作为讲堂教育的有机弥补，从项目驱动教育在“主动操控理论”课程中的试点实践运用效果来看，可有用激起学生的学习爱好，加强学生学习的主观能动性，增
强理论与实践运用结合的体会，有利于加深学生对理论常识的了解，一同培育学生项目安排、团队协作及工程实践才能。
参考文献：
[1]楼旭阳.实例式教育在主动操控原理教育中的运用和研讨[J].价值工程，2016，（13）.
[2]杨晓红，徐亮，刘成旭，等.《主动操控原理》课程工程实例法教育改革[J].教育教育论坛，2016，（36）.
[3]任金霞，王祖麟.项目驱动教育在“主动操控原理”课程中的实践[J].中国电力教育，2013，（28）.
[4]杨美丽，郭一锋，张国良，等.问题驱动教育法在《主动操控原理》“稳态差错剖析”教學中的运用[J].教育教育论坛，2016，（17）.
[5]刘臣辉，徐青，郑天柱，等.项目驱动教育形式在实践性教育中的运用研讨[J]. 科教文汇：上旬刊，2015，（3）.
