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篇(1)

【關(guān)鍵詞】創(chuàng)新能力；單片機(jī)教學(xué)；改革

中圖分類號：TP368.1-4

隨著知識經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，企業(yè)對于綜合型人才的需求更加的迫切，培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才已被確定為我國高等教育發(fā)展的根本目標(biāo)。單片機(jī)課程是電子類專業(yè)的一門核心課程，具有很強(qiáng)的綜合性與實(shí)踐性特征，該課程不僅為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，并且也提供了一種培養(yǎng)創(chuàng)新能力的良好手段。傳統(tǒng)的單片機(jī)課程教學(xué)在提升學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面還存在很大的欠缺性，因此，為了在單片機(jī)課程教學(xué)中強(qiáng)化創(chuàng)新能力培養(yǎng)，必須對傳統(tǒng)單片機(jī)課程的教學(xué)模式進(jìn)行改革。

1.教學(xué)與實(shí)踐改革存在的問題

1.1教學(xué)方式有待改進(jìn)

在單片機(jī)的教學(xué)過程中不少教師常常以單片機(jī)理論為教學(xué)的重中之重，實(shí)驗常安排一些與實(shí)踐結(jié)合不緊密的基礎(chǔ)實(shí)驗，從而難以與實(shí)踐緊密結(jié)合起來；再加上一些教師強(qiáng)調(diào)筆試的重要性，勢必造成學(xué)生失去學(xué)習(xí)的興趣和積極性，將更多精力用于考試過關(guān)，而難以使理論知識得到實(shí)踐和應(yīng)用。例如循環(huán)左移和右移指令的講解，只做理論上的推導(dǎo)，很難加深學(xué)生的印象，若能引入適當(dāng)?shù)腅DA技術(shù)將這個循環(huán)左移和右移過程形象地展示出來，既能加深學(xué)生的印象還能提高其學(xué)習(xí)興趣[1]。

1.2傳統(tǒng)教學(xué)的內(nèi)容問題

由于單片機(jī)教材與實(shí)際應(yīng)用有一定的差距，教材中提到的理論與實(shí)物已經(jīng)是幾年前的市場產(chǎn)品或者是面臨淘汰的產(chǎn)品，這樣就會使學(xué)生接觸到一些過時的知識卻沒有看到新的改進(jìn)，從而在一定程度上影響了學(xué)生的知識面和實(shí)踐能力。實(shí)驗課程體系驗證性實(shí)驗過多、綜合性、啟發(fā)性實(shí)驗太少，沒有大型設(shè)計性和綜合性實(shí)驗，基本沒有對學(xué)生動手實(shí)踐能力達(dá)到提高和訓(xùn)練[2]。

1.3學(xué)生對實(shí)踐和動手缺乏積極性

不少學(xué)生對單片機(jī)的實(shí)踐性缺少認(rèn)識，不主動參與實(shí)踐和設(shè)計，他們寧愿將時間放在英語考試或計算機(jī)等級考試上，卻對單片機(jī)技術(shù)的實(shí)踐和操作缺少興趣，因此培養(yǎng)和調(diào)動學(xué)生積極性顯得尤為重要。

2.教學(xué)實(shí)踐改革中的有效建議

2.1教學(xué)項目的創(chuàng)新設(shè)計

教學(xué)項目是課程教學(xué)內(nèi)容的載體，教學(xué)項目設(shè)計的好壞直接關(guān)系到單片機(jī)課程的教學(xué)效果。為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，筆者設(shè)計了一些創(chuàng)新性的教學(xué)項目，旨在為學(xué)生提供更大的創(chuàng)新設(shè)計空間。比如：設(shè)計智能打鈴器、盆栽自動灌溉裝置、自動避障小車等。這些教學(xué)項目不僅可以鍛煉學(xué)生的單片機(jī)開發(fā)能力，也可以為學(xué)生提供很大的創(chuàng)新空間。學(xué)生在完成這些項目的基本功能后，還可以根據(jù)自己的想象力對其進(jìn)行改進(jìn)，使其功能更加完善。

2.2n程題目的創(chuàng)新設(shè)計

單片機(jī)課程設(shè)計是單片機(jī)教學(xué)的一個重要檢驗環(huán)節(jié)，其題目的設(shè)計對于培養(yǎng)和考核學(xué)生的創(chuàng)新能力非常重要。題目的設(shè)計和選取可以從以下幾個方面入手：借鑒歷屆電子設(shè)計大賽的題目；從日常生活中尋找與們課堂教學(xué)相關(guān)的資源，將其改良為可行性課題；以在研的教師科研課題為藍(lán)本，將部分研究內(nèi)容作為設(shè)計制作的題目供學(xué)生練習(xí)，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。比如，筆者根據(jù)自己的日常生活經(jīng)驗，設(shè)計了智能水杯題目，不限定水杯的具體功能，要求學(xué)生充分發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)新能力，分組設(shè)計出不同功能的智能水杯。各個小組完成了不同的創(chuàng)新設(shè)計，有的小組設(shè)計了具有自動顯示水溫功能的水杯，有的小組設(shè)計了具有定時提醒喝水功能的水杯，有的小組設(shè)計了具有音樂播放功能的水杯，等等。

2.3開發(fā)單片機(jī)創(chuàng)新實(shí)驗裝置

傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗箱內(nèi)部電路固定，學(xué)生只能按照實(shí)驗指導(dǎo)書的步驟，機(jī)械地做一遍驗證性實(shí)驗，無法進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計。針對傳統(tǒng)單片機(jī)實(shí)驗箱的缺點(diǎn)，筆者開發(fā)了一套靈活性和擴(kuò)展性強(qiáng)、易于升級的單片機(jī)創(chuàng)新實(shí)驗裝置。其設(shè)計思路是將搭建各種不同功能單片機(jī)系統(tǒng)所必需的組成電路分離，設(shè)計出各個獨(dú)立的功能模塊，在該裝置上學(xué)生可自主選擇功能模塊，完成創(chuàng)新性單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計。另外，利用Proteus與Keil軟件整合構(gòu)建單片機(jī)創(chuàng)新虛擬仿真實(shí)驗室，它可為學(xué)生提供豐富的虛擬儀器和元器件資源，為學(xué)生提供良好的創(chuàng)新平臺。

2.4請高校研究生作有趣易懂的產(chǎn)品設(shè)計報告

以往常有教師向院上提出應(yīng)該多請專家給學(xué)生作專題報告以拓展學(xué)生的知識面，盡管學(xué)院作出了一定的努力，然而許多國內(nèi)專家總是忙于手頭工作，或者因為路程問題最后不能完成這一愿望，即便有的專家過來作完報告，卻也難以收到預(yù)期的效果，一些學(xué)生往往反映太過深奧，或者難于理解或者與所學(xué)知識關(guān)聯(lián)不大。對此我們可以請來高校一些發(fā)表過優(yōu)秀論文的研究生，利用周末過來講解和展示他們的設(shè)計成果這些研究生往往非常樂意奉獻(xiàn)自己的論文成果，因此講解得較為詳細(xì)具體，并且可以做到淺顯易懂而本科生在具有一定理論基礎(chǔ)情況下都能聽懂。

2.5 考核方法的創(chuàng)新設(shè)計

通常來說考核就是對教師教學(xué)效果的檢驗和學(xué)生水平的測試，同時也是督促和激發(fā)學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)的原因和動力。在單片機(jī)的教學(xué)與實(shí)踐改革過程中，我們提出了一種注重實(shí)踐能力和應(yīng)用能力培養(yǎng)的考核方式，課堂考勤占10%，平時成績占30%期末考試占60%。這種考核方式突出的特點(diǎn)是平時成績比例較高，同時對其考核將一半的分值設(shè)定為實(shí)驗成績，并對學(xué)生在實(shí)驗中的具體表現(xiàn)從實(shí)驗態(tài)度、完成實(shí)驗的情況、實(shí)踐動手能力和課程設(shè)計等幾方面進(jìn)行量化。

3.結(jié)語

單片機(jī)技術(shù)是電子類專業(yè)的核心課程，有較強(qiáng)的實(shí)踐性，因此學(xué)生只有在單片機(jī)開發(fā)實(shí)踐中才能真正掌握其開發(fā)方法、鍛煉創(chuàng)新能力。但加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力并不是一件容易的事情，需要教師首先轉(zhuǎn)變教學(xué)的觀念，從教學(xué)的教學(xué)項目、課程題目上大膽創(chuàng)新，并在實(shí)驗裝置上下功夫，做出創(chuàng)新，并通過產(chǎn)品設(shè)計報告、以及考核方法創(chuàng)新的輔助，全面的提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，相信在堅持不斷的推進(jìn)、實(shí)踐和努力中，一定能在學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用及創(chuàng)新能力提升上有所收獲。

參考文獻(xiàn)：

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【關(guān)鍵詞】模塊化教學(xué)；項目驅(qū)動；教學(xué)改革

“單片機(jī)技術(shù)”課程在本科院校里是電子信息類專業(yè)的必修課程，這門課程是以電子技術(shù)基礎(chǔ)，編程語言，計算機(jī)理論等知識為基礎(chǔ)的一門專業(yè)性和應(yīng)用性很強(qiáng)的綜合性課程。基于以上特點(diǎn)，對于初學(xué)者來說對單片機(jī)的理論知識的正確把握往往感覺比較吃力，給初學(xué)者造成學(xué)習(xí)困難。但是經(jīng)過我們多年的教學(xué)經(jīng)驗，這類有很強(qiáng)的應(yīng)用性和實(shí)用性的課程，以項目式教學(xué)更能推動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時模塊化的教學(xué)設(shè)計更能降低初學(xué)者入門的門檻。兩者相結(jié)合教學(xué)方法的采用對本門課程的教學(xué)效果提升明顯.

1單片機(jī)項目驅(qū)動教學(xué)法

以往的單片機(jī)教學(xué)模式是以教師為中心，老師在課堂上按照教材，或者教學(xué)大綱按部就班的講授理論原理和知識點(diǎn)；以課堂教學(xué)為中心，學(xué)生學(xué)習(xí)為被動接受，由于知識點(diǎn)綜合性比較強(qiáng)，理論太深奧使得學(xué)生往往學(xué)習(xí)興趣不高,同時缺乏動手實(shí)踐機(jī)會，教學(xué)效果一般不夠理想。以項目驅(qū)動的教學(xué)法是學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，以實(shí)踐應(yīng)用為根本目標(biāo)，圍繞具體的項目構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容體系，通過師生共同參與完成一個具體的項目而展開的教學(xué)活動。注重的不是最終的結(jié)果，而是項目完成的過程，在項目的教學(xué)實(shí)施過程中，學(xué)生按需學(xué)習(xí)，親身實(shí)踐，學(xué)生在項目的實(shí)踐過程中，理解知識和掌握技能，學(xué)習(xí)成為一個參與的創(chuàng)造實(shí)踐活動，培養(yǎng)分析和解決問題的能力。引進(jìn)單片機(jī)項目教學(xué)方式打破了原有的教學(xué)組織安排，以項目的開發(fā)步驟作為教學(xué)內(nèi)容，將課程的內(nèi)容分解為一個個小項目，從項目引入到項目解析再到任務(wù)分解然后到知識點(diǎn)講解最后知識點(diǎn)應(yīng)用，將原教學(xué)方案里單片機(jī)的知識點(diǎn)穿插到具體項目開發(fā)的過程中[2]。這里面包含了軟、硬平臺搭建到項目展開再到項目完成的一系列教學(xué)活動，使學(xué)生從被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，按照這種方法我們將以往教學(xué)體系中的知識內(nèi)容變化為若干個工程項目（見表1），然后圍繞著這些工程項目任務(wù)的展開同時開展教學(xué)，讓學(xué)生以具體工作目標(biāo)的展開來進(jìn)行教學(xué)環(huán)節(jié)的工作。有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新能力，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在這整個過程中，學(xué)生能很好的把握課程的知識要求，在體驗創(chuàng)新與探索的過程中，又培養(yǎng)了學(xué)生們的分析解決問題的能力及團(tuán)隊協(xié)作能力等。

2模塊化的單片機(jī)教學(xué)方法

任何復(fù)雜的系統(tǒng)都是由具有完整基本功能的功能模塊電路組成，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是如此，一般由cpu系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)、I/O口等。同時任何復(fù)雜的電路系統(tǒng)都可以分解為多個具備單一功能的模塊電路，按照這個思路，學(xué)習(xí)單片機(jī)系統(tǒng)我們也可以從單片機(jī)的功能模塊電路入手，我們根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,和學(xué)習(xí)單片的一般原理的方法，機(jī)將單片機(jī)教學(xué)模塊分成幾個部分，這里面每個部分有自己的專用模塊[3]。比如程序功能部分、硬件部分；在對硬件電路設(shè)計部分進(jìn)行模塊化設(shè)計，將單片機(jī)的各個功能模塊以獨(dú)立的原理圖形式出現(xiàn)，我們把單片機(jī)個硬件按功能分為了鍵盤模塊、數(shù)碼管顯示模塊、傳感器控制模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、通信模塊等幾大模塊，如圖1。各個模塊通過面包板上預(yù)留的連接器與系統(tǒng)主板進(jìn)行連接,然后用排線組合成所需要的系統(tǒng)。在教學(xué)過程中，要不斷收集遇到的各種硬件功能模塊電路，弄清它們的工作原理、性能及特性、特定的功能及使用方法，把系統(tǒng)化整為零，建立起自己的硬件模塊庫。指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會搜集、分析別人的設(shè)計案例、論文和相關(guān)書籍中的功能模塊電路，不斷地充實(shí)自己的功能模塊電路庫，日積月累，學(xué)生就會覺得自己的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計能力越來越強(qiáng)。最后在進(jìn)行模塊分解時，各模塊功能盡可能專一，聯(lián)系盡可能簡單，使模塊獨(dú)立性強(qiáng)，方便教學(xué)實(shí)用的模塊。

3總結(jié)

新興本院校定位應(yīng)用型教學(xué)型高校，以培應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才為目標(biāo)[4]。在此基礎(chǔ)上的以項目驅(qū)動法教學(xué)和模塊化教學(xué)為主線，以實(shí)際應(yīng)用為培養(yǎng)為目標(biāo)的“單片機(jī)技術(shù)”課程教學(xué)改革思路，按照這個方式能使學(xué)生在項目模塊化的環(huán)節(jié)中一步一個臺階。此教學(xué)法脫離了枯燥無味的說教模式，使學(xué)生在具體的設(shè)計項目的工作環(huán)境里輕松自在的狀態(tài)來投入到學(xué)習(xí)中，思維能力、動手能力、學(xué)習(xí)能力以及團(tuán)隊協(xié)作能力都有了明顯提高，模塊化學(xué)習(xí)過程中所積累的各種電路系統(tǒng)模塊也促進(jìn)構(gòu)建成學(xué)生進(jìn)行科技創(chuàng)新實(shí)踐、參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練的重要模塊庫，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和成就感。法國文化教育學(xué)家斯普朗格曾言：教育的最終目的不是傳授已有的東西，而是要把人的創(chuàng)造力量誘導(dǎo)出來[5]。本課程的教學(xué)改革正是朝著這個方向前進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1]胡敬朋,王聰.單片機(jī)項目教學(xué)研究及實(shí)踐[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報,2009(5).

[2]馮冬菊,虹,等.基于項目驅(qū)動的機(jī)械制圖教學(xué)改革[J].實(shí)驗室科學(xué),2012,15(3):25-27.

[3]唐鴻儒,夏揚(yáng),黃亞忠.單片機(jī)課程的實(shí)踐教學(xué)探索[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報,2009(1).

[4]王京港,張翠平.基于項目驅(qū)動及proteus仿真的單片機(jī)教學(xué)改革探索[J].中國電力教育,2013(22).

篇(3)

教學(xué)目標(biāo) 以往的教材都注重對電機(jī)的理論分析。而本課程教學(xué)則會從學(xué)校實(shí)際出發(fā)，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為宗旨，著重從應(yīng)用角度出發(fā)，分析直流電機(jī)、變壓器、異步電機(jī)和微特電機(jī)等的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、電磁關(guān)系和運(yùn)行特性，重點(diǎn)掌握各種電機(jī)的外特性，為掌握本專業(yè)和學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。

在專業(yè)課程體系中的定位 《電機(jī)應(yīng)用技術(shù)》是浙江大學(xué)城市學(xué)院自動化專業(yè)的專業(yè)方向課程，該課程的學(xué)習(xí)將為后續(xù)《電氣控制與PLC應(yīng)用》《交直流調(diào)速技術(shù)》和畢業(yè)設(shè)計等課程環(huán)節(jié)建立必要的基礎(chǔ)，是自動化專業(yè)承上啟下的重要專業(yè)課程。

在專業(yè)能力培養(yǎng)中的定位 該課程定位于讓學(xué)生樹立以交直流電機(jī)為控制對象的完整的自動控制系統(tǒng)的概念，結(jié)合已學(xué)過的電路原理、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、單片機(jī)、電力電子技術(shù)等課程，搭建以電機(jī)為控制對象的閉環(huán)控制系統(tǒng)，并完成對電機(jī)性能的調(diào)試和控制。

與核心課程群中其他課程在知識體系與能力培養(yǎng)上的整體設(shè)計 《電機(jī)應(yīng)用技術(shù)》與自動化專業(yè)的其他核心課程之間的關(guān)系，如下圖所示。在一個完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，《計算機(jī)控制》《單片機(jī)》《PLC》是控制手段，《電力電子技術(shù)》《數(shù)電》《模電》提供電機(jī)的驅(qū)動電路，《電機(jī)應(yīng)用技術(shù)》構(gòu)成系統(tǒng)的控制對象，《運(yùn)動控制技術(shù)》和《控制系統(tǒng)設(shè)計》提供系統(tǒng)的理論概念和分析方法，《自動控制理論》《系統(tǒng)建模與仿真》《智能控制》偏重原理性地介紹和理論的分析，主要定位培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)概念和理論分析能力。

基礎(chǔ)知識要求 要求掌握直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理、直流電動機(jī)的電力拖動、變壓器基本工作原理和變壓器組別判斷、交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理、三相異步電動機(jī)的電力拖動、同步電機(jī)、微特電機(jī)以及電動機(jī)的容量選擇等。知識點(diǎn)：電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式;直流電機(jī)的工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、用途、運(yùn)行特性以及他勵直流電機(jī)的起動、調(diào)速和制動;變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理、變壓器空載運(yùn)行和負(fù)載運(yùn)行特性、變壓器的接線組別判斷;三相異步電動機(jī)的工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、用途、工作特性、參數(shù)的測定、運(yùn)行特性、三相異步電動機(jī)的起動、制動和調(diào)速問題;了解伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、測速發(fā)電機(jī)、無刷直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理。

能力培養(yǎng)要求 培養(yǎng)學(xué)生了解直流電機(jī)、變壓器、交流電機(jī)的運(yùn)行特性分析，同時結(jié)合已經(jīng)學(xué)習(xí)過的電路原理、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、單片機(jī)、電力電子技術(shù)等課程，搭建以電機(jī)為控制對象的閉環(huán)系統(tǒng)，樹立閉環(huán)反饋系統(tǒng)的整體概念，完成對電機(jī)的性能分析和控制。技能點(diǎn)：能夠搭建以電機(jī)為控制對象的閉環(huán)控制系統(tǒng)，并對電機(jī)性能進(jìn)行分析，同時借助單片機(jī)等控制手段完成對電機(jī)的智能控制，能夠獨(dú)立完成閉環(huán)系統(tǒng)硬件搭建和調(diào)試，掌握PID等經(jīng)典控制算法在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用。

實(shí)踐教學(xué)要求 利用課外時間以三四人的小組為單位，搭建直流電機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，要求完成硬件系統(tǒng)搭建、軟件程序編寫與調(diào)試以及報告的撰寫。通過本次設(shè)計，增加學(xué)生對電機(jī)理論知識的感性認(rèn)識，完成理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)換。

作業(yè)要求 隨堂課后作業(yè)、課外引導(dǎo)性項目實(shí)踐設(shè)計、網(wǎng)上在線測試。隨堂與課堂講授知識點(diǎn)匹配的作業(yè)要求跟隨進(jìn)度完成;課外引導(dǎo)性項目實(shí)踐設(shè)計分6周完成，完成硬件系統(tǒng)搭建、軟件程序編寫與調(diào)試以及報告的撰寫，實(shí)施分組進(jìn)行。

考核要求 在理論考試中，加強(qiáng)基礎(chǔ)、強(qiáng)調(diào)應(yīng)用、注重引導(dǎo)、形式多樣。充分利用試題的設(shè)計與收集，合理設(shè)計試題，著重考查學(xué)生對基本概念的理解掌握及應(yīng)用所學(xué)知識的能力，淡化理論的推導(dǎo)和復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算，著重考察學(xué)生綜合應(yīng)用電機(jī)及拖動知識的能力。調(diào)動學(xué)生積極性，結(jié)合教學(xué)互動，讓學(xué)生參與到理論教學(xué)中來。開學(xué)初讓學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組，人數(shù)限定在2人或3人，指定組長，上一節(jié)課會將下節(jié)重要內(nèi)容布置下去，每節(jié)課都預(yù)留部分時間，讓學(xué)生對本節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行講解。評價比例為：期末考試成績占40%，平時成績占60%，其中平時作業(yè)加到課率15%、課堂情況10%、平時測試15%、綜合性設(shè)計（注重學(xué)生的個性化發(fā)展）20%。

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關(guān)鍵詞：電機(jī)矢量控制；永磁同步電機(jī)；電流采樣；數(shù)字濾波

引言

20世紀(jì)70年代西門子工程師F.Blaschke首先提出異步電機(jī)矢量控制理論來解決交流電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制問題。矢量控制實(shí)現(xiàn)的基本原理是通過測量和控制電機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對電機(jī)的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。

在交流電機(jī)矢量控制策略中，相電流采樣性能是一個重要的指標(biāo)。在對成本要求高的應(yīng)用場合，如何低成本地獲得好的電流采樣性能成為關(guān)鍵問題。

電流檢測通常有以下幾種方式：（1）電阻采樣；（2）霍爾電流傳感器；（3）電流互感器。電阻采樣通過測量電阻上的壓降來計算電流大小，適合于被測電流較小的場合。霍爾電流傳感器測量精度高、線性度好、響應(yīng)快、使用簡單，但價格比較昂貴。電流互感器體積較大，造價昂貴，適合于被測電流大的場合。對于小功率的伺服驅(qū)動器適合采用電阻采樣方式，文章以雙電阻電流采樣方式[1]展開分析。

1 雙電阻相電流的采樣原理

雙電阻采樣方式的典型電路如圖1所示，微處理器對某兩相電流通過采樣電阻進(jìn)行采樣，再根據(jù)iu、iv、iw的矢量和為零，即：iu+iv+iw=0的理論推算出第三相電流的值。從采樣電阻上獲取的電壓信號，經(jīng)過電壓偏置和放大[2]后，輸入到微處理器的A/D單元。雙電阻采樣的邏輯如圖2所示，電流采樣時刻是在三相上橋臂都截止的時刻進(jìn)行的，因為只有在這個時刻才能保證采樣電阻上均有反映該相電流的電流流過，只是此時可能采樣得到的電流是續(xù)流電流，不過續(xù)流電流也可以真實(shí)的反映相電流的值。由此可見，雙電阻采樣方法也可以實(shí)現(xiàn)三相定子電流的重構(gòu)。

根據(jù)以上分析，雙電阻采樣方法可以實(shí)現(xiàn)三相定子電流的重構(gòu)，不過由圖2可見該方案也存在電流采樣盲區(qū)問題，就是當(dāng)電流采樣相為電壓最大相時，如果該相占空比比較高的時候，電流可采樣的區(qū)間（電壓最大相下橋臂開通區(qū)間）就變得狹窄，考慮到IGBT剛切換時會有比較大的電流震蕩的問題，使得電流采樣誤差比較大。目前解決的辦法是限制電壓最大占空比，通用限制在95%以下。這里采樣電阻的選取很關(guān)鍵，負(fù)載一定時，如果采樣電阻的阻值小，則壓降小，在電機(jī)回路中不會產(chǎn)生很大的影響；如果采樣電阻的阻值過大，會引起電壓損耗，減小能量效率，且較大的阻值還會使負(fù)載電壓發(fā)生偏移，產(chǎn)生電磁干擾，產(chǎn)生系統(tǒng)對噪聲敏感等問題；此外選取采樣電阻時，還要考慮電阻的穩(wěn)定性能和阻值誤差[3]。

2 相電流的濾波

由于永磁同步電機(jī)的寬范圍調(diào)速及高速特性，在電機(jī)設(shè)計時不易獲得理想的正弦氣隙磁場[4]，同時電力電子裝置的非線性特性，導(dǎo)致在系統(tǒng)控制時采樣的相電流含有不規(guī)則的高次諧波和隨機(jī)干擾。再加上電流采樣電路的穩(wěn)定性及A/D轉(zhuǎn)換單元偏差的存在，更是加大了實(shí)際采樣到的電流波動。另外，在系統(tǒng)電路中采用的開關(guān)電源、大功率電磁鐵等電路，可能還會引起很大干擾。

可見，永磁同步電動機(jī)相電流中，含有各種高次、隨機(jī)的諧波。其中包含PWM斬波引起的高頻諧波，有因電機(jī)非正弦反電勢引起的低次諧波，還有電力電子線路因干擾出現(xiàn)的隨機(jī)脈沖。因此，在系統(tǒng)控制中，需要采用不同的硬件和數(shù)字濾波方法。硬件濾波是在電流采樣電路上增加LC濾波電路，用于去除逆變器的功率開關(guān)斬波引起的干擾。軟件濾波用于去除隨時脈沖干擾和由低次諧波引起的噪聲。

采用550W伺服驅(qū)動器（載波頻率16KHz），配4極15槽永磁同步電機(jī)進(jìn)行測試。在3500rpm輕負(fù)載下，用示波器分時測得U、V相電流如圖3所示，相電流波形除了由于斬波引起的高次諧波外，還由于電機(jī)反電勢、齒槽等影響，使相電流呈現(xiàn)的不是正弦波。

從處理器A/D轉(zhuǎn)換后，獲取的相電流數(shù)值如圖4所示，相電流又增加了由于A/D電路引起的隨機(jī)電流尖峰。

2.1 程序判斷濾波

對于隨機(jī)電流尖峰，通常采用限幅濾波法或限速濾波法[5]來實(shí)現(xiàn)消除。電機(jī)相電流是個動態(tài)的信號，既要考慮采樣值的實(shí)時性，又要顧及采樣值的連續(xù)性。文章實(shí)際采用如下濾波算法：設(shè)順序采樣時刻t1，t2，t3的采樣值分別為Y（1），Y（2），Y（3），ΔY1和ΔY2為根據(jù)現(xiàn)場情況確定的門限值，其中ΔY1

采用程序判斷濾波后，消除了隨機(jī)的電流尖峰，如圖5所示。

2.2 算術(shù)平均值法

圖5所示的相電流波形中還存在著低次諧波，由于它在時間域的頻率是不確定的，這里采用平均值濾波法[7]來處理，具體算法如式（2）所示。

算術(shù)平均值法對信號的平滑濾波程度完全取決于n。

當(dāng)n較大時，平滑度高，但靈敏度低，即外界信號的變化對測量計算結(jié)果Y的影響小；當(dāng)n較小時，平滑度低，但靈敏度高。電機(jī)相電流是個動態(tài)的信號，應(yīng)視具體情況選取n。采用算術(shù)平均值法濾波后，消除了圖5波形中的大部分低次諧波，如圖6所示。經(jīng)過兩次濾波后，相電流的波形得到了顯著的優(yōu)化。

3 系統(tǒng)的實(shí)驗結(jié)果

采用上述550W伺服驅(qū)動器和電機(jī)，在測功機(jī)上進(jìn)行相電流濾波前后的對比測試，結(jié)果如下：（1）電機(jī)3500rpm恒速運(yùn)行，測功機(jī)不加載時：控制器輸入功率由濾波前的73.47W下降到濾波后的55.01W。（2）電機(jī)3500rpm恒速運(yùn)行，測功機(jī)加1.3Nm扭矩進(jìn)行定點(diǎn)測試時：控制器的效率由濾波前的81.35%上升到濾波后的82.51%。

由上述結(jié)果可以看出，采用了相電流濾波的伺服系統(tǒng)，減少了功耗，提升了系統(tǒng)的效率。

4 結(jié)束語

由以上分析及實(shí)驗結(jié)果可以看出，在采用雙電阻相電流采樣的伺服控制系統(tǒng)中，通過復(fù)合數(shù)字濾波方法能夠?qū)⒂蒔WM斬波引起的高頻諧波、電機(jī)非正弦反電勢引起的低次諧波、電力電子線路因干擾出現(xiàn)的隨機(jī)脈沖等因素引起的相電流噪聲得到有效的抑制，提高了電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性，有效改善了系統(tǒng)的效率。

參考文獻(xiàn)

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篇(5)

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；信息提取；決策支持；RFID

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）25-6019-03

Based on Internet of Things at Information Extraction and Research on the Decision Support

ZHANG Jing

（Dongchang College of Liaocheng University， Liaocheng 252000，China）

Abstract： In recent years， Internet of things and related technology in promoting economic growth and promote the respect such as technical development shows great potential. The Chinese government on the Internet of things is also very seriously， be classified as our future focus on the development of five new technology in the field of. This paper discusses “the Twelfth Five-Year Plan Project" in Shandong Province Based on Internet of things take the letter and decision support of research program. Aimed at the Internet application layer information intelligent processing technology for transformation and innovation， solve the interconnection of information extraction and decision support problem.

Key words： internet of things； information extraction； decision support

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）的概念是MIT Auto-ID Center在1999年提出來的，即把所有物品通過射頻識別等傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識別和管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被看作是未來信息技術(shù)的杰出代表，將對我國未來經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生持續(xù)而深遠(yuǎn)的影響。

當(dāng)今社會，全球物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)體系正處于建立和完善過程中，雖然具備了初級產(chǎn)業(yè)形態(tài)，但還沒有形成大規(guī)模的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有強(qiáng)關(guān)聯(lián)性、高度混雜性和非確定性等特征，要實(shí)現(xiàn)真正的物物互聯(lián)，就必須解決海量信息的融合、提取與決策支持等問題。目前，我國海量信息智能處理技術(shù)研究和發(fā)展相對滯后，只有少數(shù)研究單位和企業(yè)進(jìn)行研究，主要以跟隨為主，技術(shù)水平和影響力相對比較薄弱。

1 本課題所解決的主要問題及關(guān)鍵技術(shù)

1.1 本課題解決的主要問題

本課題旨在對物聯(lián)網(wǎng)的信息智能處理技術(shù)進(jìn)行改造和創(chuàng)新，解決物聯(lián)網(wǎng)的信息提取與決策支持問題，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展過程中通過應(yīng)用創(chuàng)新形成新興業(yè)態(tài)、開拓新增市場。

本課題在深入研究物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)理論和基本方法的基礎(chǔ)上，針對物聯(lián)網(wǎng)所存在的強(qiáng)關(guān)聯(lián)性、高度混雜性和非確定性等特征，重點(diǎn)解決以下關(guān)鍵的研究問題：

1） 研究物聯(lián)網(wǎng)在信息采集、信息融合和決策控制等方面問題以及在數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)處理、隱私保護(hù)、信息安全等問題；

2） 解決混雜條件下信息提取與決策支持問題；

3） 解決對多源異構(gòu)信息進(jìn)行多層次匯聚、處理、融合和決策等問題；

4） 揭示物聯(lián)網(wǎng)的信息處理、關(guān)系融合、關(guān)系鏈挖掘、主動決策與互動控制的一般規(guī)律；

5） 提出具有可信驗證和隱私保護(hù)能力的物聯(lián)網(wǎng)信息提取、主動決策和互動控制方法。

1.2關(guān)鍵技術(shù)

1） RFID技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一是RFID技術(shù)。RFID常稱為感應(yīng)式電子晶片或電子標(biāo)簽、電子條碼等。RFID是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，主要包括三部分，分別是閱讀器（Reader）、標(biāo)簽（Tag）和中間件（應(yīng)用軟件）組成。RFID的工作原理是利用射頻信號和空間耦合傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對被識別物體的自動識別[3]。如圖1所示。

2） 決策支持算法

1986年由Quinlan提出了一種串行決策樹算法ID3（ Iterative Dichotomiser 3） ，它運(yùn)用信息熵理論，在樣本集中選擇具有最大信息增益的屬性作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的測試屬性。

設(shè)屬性B作為測試屬性， 設(shè)Wij 是子集Wj 中類Ci 的樣本數(shù)， 根據(jù)B 劃分成子集的熵為：

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，針對物聯(lián)網(wǎng)的感知互動、虛實(shí)交融、異構(gòu)復(fù)雜等特性，研究物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)資源、服務(wù)和決策的耦合機(jī)理，通過感知、傳輸、決策控制等各個層次上的優(yōu)化及跨層優(yōu)化調(diào)度，設(shè)計一整套符合物聯(lián)網(wǎng)特性的系統(tǒng)優(yōu)化機(jī)制將成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過RFID技術(shù)、無線傳感器技術(shù)以及定位技術(shù)等自動識別、采集和感知獲取物品的標(biāo)識信息、屬性信息和周邊環(huán)境信息，借助各種信息傳輸技術(shù)將物品相關(guān)信息聚合到統(tǒng)一的信息網(wǎng)絡(luò)中，并利用云計算、模糊識別、數(shù)據(jù)挖掘以及語義分析等各種智能計算技術(shù)對物品相關(guān)信息進(jìn)行分析融合處理，最終實(shí)現(xiàn)對物理世界的高度認(rèn)知和智能化的決策控制。

在本課題中我們將利用物聯(lián)網(wǎng)信息聚合技術(shù)對海量的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的同時采用合理的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行信息處理和計算，從而推導(dǎo)出對于管理平臺具有特定意義和參考價值的數(shù)據(jù)，同時力求降低網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸總量、減少網(wǎng)絡(luò)擁塞發(fā)生、提高網(wǎng)絡(luò)性能和傳輸效率。

3 課題研究意義與價值

物聯(lián)網(wǎng)被看作是全球范圍內(nèi)未來的、萬億級規(guī)模的新興產(chǎn)業(yè)之一。隨著人們新技術(shù)知識的普及和認(rèn)知能力的提升，物連網(wǎng)（Internet of things）已不再是令人陌生、好奇的新名詞。2010年，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展已被列入我國國家級重大科技專項，與新能源、綠色制造等并列成為國家五大新興戰(zhàn)略型產(chǎn)業(yè)。物聯(lián)網(wǎng)的核心是信息感知和信息的獲取，是將多種傳感器信息融合后經(jīng)過加工處理成“智能”的知識和判斷，并對社會的生產(chǎn)和人們的生活帶來極大的便利并產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

本課題主要是針對信息在采集和傳輸過程中需要同時進(jìn)行智能處理和決策，借鑒主動網(wǎng)絡(luò)思想，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)終端規(guī)模和信息流規(guī)模，對信息進(jìn)行分類提取，并針對物聯(lián)網(wǎng)的特征對于信息進(jìn)行匯總后，再進(jìn)行進(jìn)一步的分析，旨在對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析提取后能給出有利于物聯(lián)網(wǎng)特點(diǎn)的決策支持信息。

4 課題完成的可行性分析

本課題的研究內(nèi)容、學(xué)術(shù)思路和技術(shù)途徑具有良好的可推進(jìn)性。項目團(tuán)隊多次進(jìn)行集體學(xué)習(xí)并深入探討本課題的科學(xué)問題和研究內(nèi)容，并提出了切實(shí)可行的研究思路和技術(shù)途徑。項目團(tuán)隊具有良好的合作基礎(chǔ)，團(tuán)隊成員包括5名碩士研究生，其中3名講師、2名助教，都是青年學(xué)術(shù)及教學(xué)骨干，5人中3人是計算機(jī)專業(yè)，2人是電子信息專業(yè)，研究隊伍組織有序，專業(yè)搭配合理，人才隊伍優(yōu)勢為項目的實(shí)施奠定良好的基礎(chǔ)。

項目團(tuán)隊在物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)領(lǐng)域具有一定的前期研究積累。本課題主持人張晶老師曾在中文核心期刊上《基于決策樹的知識獲取方法研究》、《WindSock技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)通信中的應(yīng)用》《基于Adaboost的改進(jìn)的人臉檢測算法》，項目參與人郭良老師曾在省級刊物上《醫(yī)藥連鎖店供貨方案的決策支持系統(tǒng)》，項目參與人杜寧老師在國家級刊物上《基于信息融合的新的人臉檢測算法》；項目團(tuán)隊具有優(yōu)良的研究條件，具備高配置的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗室，為課題的研究和驗證提供了良好的環(huán)境支持。

綜上所述，本項目研究在技術(shù)途徑、申請團(tuán)隊、前期積累和科研條件方面均具有良好的可行性，為項目的順利推進(jìn)和取得重大突破提供了良好的基礎(chǔ)。

5 課題研究設(shè)計

5.1課題界定與研究依據(jù)

本課題研究物聯(lián)網(wǎng)連接到互聯(lián)網(wǎng)、無線傳感器這一異構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)的信息融合特性，將終端所采集的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取出能適合于各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的信息元，并將各種信息分類匯總進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，研究物聯(lián)網(wǎng)在信息采集、融合和決策控制過程中信息的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，對于多源異構(gòu)信息進(jìn)行多層次匯聚、處理、融合和決策，為物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用提供決策支持信息。

本課題主要研究依據(jù)有：

1） 信息融合技術(shù)。信息融合技術(shù)的研究已經(jīng)相當(dāng)成熟，在軍事、民用上也得到了較大的發(fā)展，該技術(shù)主要表現(xiàn)在降低網(wǎng)絡(luò)能耗、增強(qiáng)所采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及提高采集數(shù)據(jù)的效率等方面。

2） 決策支持系統(tǒng)。該系統(tǒng)是輔助決策者通過數(shù)據(jù)、模型和知識，以人機(jī)交互方式以及結(jié)構(gòu)化的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，為決策者提供分析問題、建立模型，調(diào)用各種信息資源和分析工具，幫助決策者提高決策水平和質(zhì)量。如圖3所示。

5.2 研究內(nèi)容

具體的研究內(nèi)容如下：

1） 物聯(lián)網(wǎng)混雜信息融合：研究混雜條件下多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的分析與提煉；研究面向融合與決策服務(wù)的數(shù)據(jù)挖掘方法；研究面向特定物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的場景分析方法，以及知識庫構(gòu)建。

2） 物聯(lián)網(wǎng)復(fù)雜關(guān)系鏈挖掘：研究物聯(lián)網(wǎng)關(guān)系鏈的建模和表示方法；研究實(shí)時交互場景下關(guān)系鏈的挖掘和發(fā)現(xiàn)方法。

3） 物聯(lián)網(wǎng)主動決策與互動控制：研究多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)隱藏方法；研究物聯(lián)網(wǎng)關(guān)系鏈挖掘過程中的隱私保護(hù)方法；研究具有不同隱私保護(hù)安全級別的數(shù)據(jù)處理機(jī)制和協(xié)作計算算法。

5.3研究方法設(shè)計

針對信息在采集和傳輸過程中需要同時進(jìn)行智能分析和決策，借鑒主動網(wǎng)絡(luò)思想，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)終端規(guī)模和信息流規(guī)模，提出基于聯(lián)邦、多級、主動機(jī)制的物聯(lián)網(wǎng)信息處理系統(tǒng)架構(gòu)，建立信息融合、處理與決策控制的分層統(tǒng)一語義模型，以及應(yīng)用多層知識結(jié)構(gòu)與基于語義的方法，建立面向領(lǐng)域的分析模型與基于語義的服務(wù)模型。

5.4完成本課題研究任務(wù)的保證措施

課題組成員的知識結(jié)構(gòu)合理，有豐富的教育理論知識和教學(xué)經(jīng)驗，具有較強(qiáng)的科研能力。大部分成員參與或主持過多項校級或省級科研課題。課題組成員具備吃苦耐勞、勇于創(chuàng)新、精誠合作的團(tuán)隊精神。

課題組成員在物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)領(lǐng)域具有一定的前期研究積累。項目團(tuán)隊具有優(yōu)良的研究條件，具備標(biāo)準(zhǔn)的單片機(jī)實(shí)驗室及網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗室。為項目的研究和驗證提供了良好的支持。

6 結(jié)論

本課題主要研究物聯(lián)網(wǎng)信息融合、復(fù)雜關(guān)系鏈挖掘、主動決策與互動控制的一般規(guī)律，提出物聯(lián)網(wǎng)主動決策和互動控制方法，建立滿足物聯(lián)網(wǎng)語義信息融合與決策需求的解析方法。成果形式為在省級或核心期刊上發(fā)表研究論文，形成論文集；并寫出課題論證報告。

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