摘要：现实中的电机驱动控制需要搭建电机测试平台，并设计电机控制器，过程较为复杂、繁琐，成本较高，对学生的要求也较高。为了提高电气工程及其自动化专业学生理论联系实际的能力，介绍了Flux与Simulink联合仿真的方法，阐述了该方法的优点及具体实现过程。经教学实践证明，在电气工程专业教学中应用Flux与Simulink联合仿真功能非常有必要，无论对学生加深对电机、电力电子、控制理论等学科知识的理解，还是对电机驱动控制技术的掌握，均能取得积极效果。
关键词：电机驱动；Flux；Simulink；联合仿真
中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）35-0084-02
“电机驱动”是广东工业大学自动化学院的一门重要课程。与其相关联的课程较多，其中电机学是一门电气工程及其自动化专业的专业基础课，理论较深且内容抽象，学生普遍反映不容易掌握；而电力电子技术也作为该专业的基础课，虽然内容容易理解，但较为琐碎，且难于与实践应用相结合。因此，学生们觉得以这两门课程为基础的电机驱动控制技术的理解与掌握更加困难。通过不断的科研实践，作者摸索出可以采用Flux与Simulink联合仿真的方法来引导学生学习电机驱动控制方法。
一、“电机驱动”课程特点及电机控制系统结构组成
1.“电机驱动”的课程特点
“电机驱动”是一门专业性较强的综合性课程，涉及的多学科多门类，包括：数学、物理、电路、电磁场、电机、电力电子技术、自动控制理论、嵌入式系统设计、PCB设计等。一方面，由于学生不一定所有相关课程都系统学习过，即使学过也不一定掌握；另一方面，由于被控对象——电机比较抽象、复杂、难懂，无形中给学生形成了一种无形的障碍，他们普遍感觉该课程比较难入门，更谈不上深入理解和熟练掌握。
根据已经教学经验和实验收获，笔者认为该课程不宜从局部入手，过分强调某一必要技术知识的重要性，而应该着眼全局，综合对系统进行分析。在进行系统分析的过程中，不推荐全局性的泛泛而谈，也不主张单纯的纸上谈兵，而应该按照某一种电机驱动（如：直流电机驱动、步进电机驱动、异步电机驱动、永磁同步电机驱动）系统的功能框图，将系统分成若干部分或子系统，进而对各部分进行详细的讲解。
目前高性能的工业控制领域使用最多的电机为永磁同步电机，下面将对永磁同步电机的测试平台和控制器硬件系统进行初步的介绍。
2.电机测试平台
电机的测试平台[1]通常由被测电机及其控制器、负载电机及负载电机变频器、扭矩传感器、供电电源、平台底座、连轴器及其它机械部件通过有机连接而成。图1为传统旋转电机的测试平台实物图。
由图可见，电机测试平台系统组成复杂，造价高。同时，被测电机、扭矩传感器、连轴器和负载电机要求同轴连接，这无疑对实验人员的技能和经验提出较高要求。此外，对于大功率电机系统通常工作电压较高，实验人员需要注意用电安全；对于高速电机系统，旋转机械部件（包括螺栓、螺母等）需要加以安全防护。
3.被测电机控制器
图2为通常的电机控制器[2]结构图，它包括控制板及控制板电源、驱动板及其供电电源、通信单元、多种传感器（电流传感器、速度位置传感器、电压传感器、电流传感器等）及保护电路等，可见电机控制器的设计相当复杂。
二、优化“电机驱动”教学方法，巧用Flux与Simulink联合仿真功能
1.“电机驱动”教学方法优化
众所周知，兴趣是最好的老师。如果对于某门课程学生毫无兴趣，即使老师教案写得再认真，备课再充分，讲课再精彩，学生也只会被动地学习而不会主动地学习。而“电机驱动”作为一门对动手能力要求很高的课程，如果只是课堂听讲而缺乏课外学习，则无法收到理想的学习效果。
所以教授“电机驱动”这门课程的首要任务为激发学生的学习兴趣，调动学习的积极性、主动性。在课程学习伊始，可以从学习本课程的意义和课程的应用价值着手，激发学生的学习热情。例如可以在第一节课时，强调“为了成为未来工控领域的工程师，掌握电机控制必不可少”这一观点，并且要向学生介绍电机驱动技术在广泛的领域中得到应用，包括家电行业中的电冰箱、电风扇、洗衣机、抽油烟机、吹尘器、空调等，工业应用中的机器人、电动汽车、地铁、机床、风机等，军事应用中的雷达、电磁弹射、多轴伺服联动、舵机伺服系统等，以及消费电子领域的随身听、数码相机、笔记本电机、打印机、投影仪等。让学生觉得电机驱动并不遥远，普遍存在于日常应用中。
然后再考虑如何引导学生学习具有的课程内容。可以以典型的实际应用作为例子，综合应用多种教学手段和方法，多方面多渠道地向学生讲解。例如先播放一段关于介绍火箭与舵机伺服系统的视频，采用多媒体手段让学生了解到在火箭的舵机系统中可以利用电机驱动技术来调节火箭的飞行姿态，从而激发了学生的好奇心和学习兴趣。再通过传统板书的方式在黑板上绘制电机驱动控制的流程图，详细地加以解析，使学生了解电机驱动系统的组成和功能。再用PPT全面介绍电机的结构、组成、工作原理，同时介绍控制系统各个模块的搭建和控制的流程，这样学生对系统整体有了初步的了解。在此基础上，通过电机仿真软件（Ansoft，Ansys，Simploe和Flux）对被控电机的运行性能进行仿真分析，并向学生展示电机的仿真结果，使学生对电机的工作原理和特性有较直观的了解；对控制系统的性能介绍则可以借助Matlab软件，应用Simulink子系统根据电机控制流程搭建模型，并通过仿真分析系统性能，通过展示使学生对控制系统也有全面的了解。
四、结论
通过介绍、对比了实际的电机驱动控制与通过Flux和Simulink联合仿真的电机驱动控制系统，显示出后者的独特优势：
（1）可以通过Flux及时优化电机设计；
（2）可以方便修改电机驱动控制器硬件设计；
（3）可以通过Simulink为电机控制器添加任意控制算法；
（4）不存在潜在的实验安全隐患，实验成本低。
通过教学实践证明：Flux和Simulink联合仿真可以激发学生对电机驱动控制的学习兴趣，提高他们理论联系实际的能力，明显改善教学效果。
参考文献：
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[3]岳广照，邓兆祥，来飞.基于FLUX的直线电机建模及仿真分析[J].防爆电机，2010，（3）：31-34.
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（责任编辑：刘翠枝）