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论文摘要：通过对中美技术应用型院校数学课程教学方面的比较研究，就上海电机学院数学课程教学内容设置、教学方法及考核方式改革等方面如何借鉴国外院校先进教学理念进行了阐述。本项目的研究将为全面落实上海电机学院的办学定位，培养高素质技术应用型人才提供有力的基础支撑。
数学课程作为技术应用型院校工程类、经管类专业一门重要的基础课程，对于培养学生科学的思维素质以及后继课程的学习具有重要的作用。当前在国外很多技术应用型的院校，特别是美国的一些技术应用型院校，数学课程的教学改革倍受关注，一直是学校教学改革中很活跃的领域，其在教学内容的设置及在教学方法及考核方式等方面的改革已越来越引起数学教育工作者的重视。中国虽然与美国在教育、科技、经济等领域的体制方面有较大的不同，但美国技术应用型院校在数学课程教学方面的不少改革思路和理念，很值得国内技术应用型院校参考和借鉴。下面笔者围绕上海市教育科学研究项目和上海电机学院重点教研教改项目，就上海电机学院数学课程教学内容设置、教学方法及考核方式改革等方面如何借鉴和学习国外院校先进教学理念进行分析阐述。
一、改革的意义
上海电机学院（以下简称“我校”）是以技术应用教育作为学校发展定位的一所新升本科院校，贯彻技术本科教育指导方针，提高技术本科人才综合素质，是目前学校教学工作中的一项重点内容。如何将这一指导方针融入到学校数学课程教学内容及教学实践当中，是当前学校数学课程教师需要认真思考、研究和探索的问题。自2004年学校升本以来，数学课程教学改革一直是学校在不断探索和研究的一项教改工作。2006年至2009年经过三年的上海市教委“高等数学”重点课程建设过程，目前学校的数学课程已经在教学内容体系、教学模式、教学方法等方面取得了阶段性的成果。基于开放性的国际化视野，以具有技术应用型特色的上海电机学院作为研究对象，通过与美国一些具有代表性的技术应用型院校数学课程教学方面的比较分析，可以在学校数学课程教学内容设置（特别是在不同专业的教学内容设置上）、教材的选用、教学学时、教学手段与新技术应用结合以及课程考核方式等方面，借鉴和学习国外院校先进的教学改革理念和思想，以完善和改进目前学校数学课程在上述方面存在的一些不足，使学校的数学课程教学更加符合技术应用型人才培养的学校办学定位，同时也可以为国内同类型院校数学课程教学改革提供一个参考依据。
二、改革的内容
本项目研究的基本内容就是通过对中美技术应用型院校数学课程教学方面的比较研究，拟对我校目前数学课程教学方面存在的不足进行完善和改进。主要研究内容包括以下几方面。
1.教学内容设置方面
以往我校的数学课程教学内容只注重理论知识的传授及逻辑推理能力的培养，过于追求理论的严谨性与内容的完整性，缺乏与实际问题的联系，这既是优势也是不足，一方面虽然使一些优秀学生具备了较扎实的理论基础，但另一方面也使很多学生认为数学课程抽象、枯燥和无用，渐渐失去对数学学习的兴趣，影响了课堂教学效果。另外，课程教学内容忽视了与学校所设置专业的相关联系，不是按各专业需要来安排课程教学内容，从而造成了教学内容的专业针对性和实用性较差，缺乏为专业服务的力度。相比之下，美国的技术应用型院校在数学课程教学内容选取上明显体现出了贴近实际和为专业服务的理念，特别注重应用，在从教学内容的引出到得出相关结论再到实际应用的整个教学过程中，把很多脱离学生现有水平和繁杂的推理证明舍弃掉，更多的是引进了贴近实际和专业的应用知识，注重培养学生学会将实际问题抽象为数学问题的建模能力，介绍和加强离散数学和近似的思想，渗透了将数学知识应用于实际的意识。
通过比较，我校数学课程在教学内容改革上应注重突出应用性和技术实用性的特色，根据不同专业，分析研究如何将数学理论方法与相关的专业内容相融合，研究教学内容应用性的不同侧重性，加强为后继专业知识服务的理念。为此，要专门组织数学教师、专业课教师和工程技术人员对各专业数学课程进行描述，以形成各专业数学课程教学标准和教学大纲。在课程教学中应尽可能重视教会学生用数学的意识和观点去观察、解释和表述和本专业相关的工程实际问题，从不同角度进行选题训练，以突出数学课程与专业课之间的密切联系，提高学生“用数学”的意识和能力，学会把实际问题转换成简单数学问题，并用数学知识建立相应的数学模型，使得数学课程学习呈现出“问题—建模—应用—验证”的基本模式，使学生能真正体会到数学知识在解决实际问题时的应用价值，增强对数学课程重要性的认识。
2.教学方式和手段方面
当前我校的数学课程教学方式大都还是采用灌输式教学方法，不少教师仍是粉笔加黑板的传统老套的教学手段，课堂上缺乏与学生的互动性，教学过程中又过于偏重符号演算和解题技巧的训练，忽视了从直观和问题背景方面的引导。相比之下，美国的技术应用型院校在课堂教学中很注重教师的导学和精讲相结合，最大限度地挖掘学生主动学习的潜在能力，在引入数学概念、公式、定理时，往往通过多媒体课件先给出近似结果，尽量给出几何直观图，做到数学理论与计算机应用的有机结合，提高学生学习效果，实现教学手段的现代化；另外，还特别注重教学内容与数学实验相结合，有的院校甚至整个数学课程都使用matlab、mathematics软件进行教学，让学生通过使用先进的软件包和信息传递，探索解决实际问题的思路，使其具备利用计算机工具解决问题和可行方案的综合素质。
通过对比中美技术应用型院校数学课堂教学方式上的异同点可以看出，如何在数学课程教学中加强与学生的互动性，提高课堂教学质量和效率，充分利用现代计算机技术，开展数学实验，以培养学生学习的主动性和创新能力是当前我校数学课程教学方法改革的重要内容。在课堂教学中，应注意调动学生注意力，使其主动积极思考，充分发挥学生的主体作用，对于学生可以自学的内容部分，应主要讲解其实际背景、基本思想及在所学专业中的应用，对学生自学有难度的内容要细讲、讲透，对计算性的教学内容应适当淡化计算技巧的训练，采取笔算和数学软件计算相结合，重点放在对方法的掌握及对式子含义与结果的解释上。另外，可通过建立数学实验室，在教学内容中增设数学实验内容，使学生借助于数学软件，通过生动具体的例子加深对讲授知识的理解和掌握，迅速提高学生利用计算机等科技手段解决各种问题的能力，达到提高技术应用型人才素质的办学定位。
3.教材使用方面
目前我校数学课程使用《高等数学》（同济大学六版）和《微积分》（高等教育出版社出版）优秀教材，这些教材经过国内很多院校多年教学实践的检验，在内容、体系及习题等方面日趋成熟和完善，已形成独特的系统和风格。从数学理论的角度来看，虽然这些教材与美国技术应用型院数学教材内容体系基本相同，但从教材习题的选择和分布上看，国内教材中的应用题大都仅限于数学知识在物理、几何上的传统应用，缺乏现代信息。相比而言，国外教材的应用题内容丰富，覆盖面广，紧密结合了最新的实际问题，包括物理、生物、医学、几何、经济、金融、军事等各方面的问题都有，真实感很强，反映了当代科技发展的新成果。特别是国外教材通过精选一些只涉及较为初等的数学又能体现数学建模思想的案例，培养学生将实际问题转换成简单数学问题，并建立相应数学模型的能力。为了弥补我校现用教材在应用习题方面的不足，学校数学教研室上半年专门组织教师自编了数学习题册，其中习题数量大、类型多、编排层次分明，收集了很多不同专业之间的交叉题及与计算机技术相结合的题目，有利于拓宽学生的思路，提高了学生学习的兴趣。
4.考核方式方面
目前我校数学课程考核采用的是以闭卷形式来核定学生成绩的传统考核方式，相比而言，美国技术应用型院校对学生的课程考核评价更多的是侧重于考查学生的创新能力和数学应用能力，比如通过课后完成研究性课题作业或小论文等方式，综合评价学生独立分析问题和解决问题的能力。借鉴国外院校在学生成绩评定方面的先进理念，应研究和改进我校现有的数学课程考核体系和评价体系，做到基础考核和实验考核相结合，其中基础考核是以考核学生最基本的数学基础理论和基础运算为主，将其作为学生学业考核的一个重要方面；而实验考核主要考核学生通过建立数学模型并运用数学软件进行数学计算的能力，比如可对几人为一组的学生进行一次大型作业或数学建模的考核，最终以上述两项考核的加权分数作为学生的综合成绩。
三、结语
本文基于上海市教育科学研究项目和上海电机学院重点教研教改项目，以具有技术应用型特色的上海电机学院作为研究对象，通过比较学校与美国类似的技术应用型院校在数学课程教学改革方面的异同点，旨在进一步完善和改进目前学校的数学课程教学内容和教学方式，建立一个具有较强应用性的技术应用型院校数学课程教学体系。通过本课题研究，可以将国外的先进教研理念同学校的办学定位相融合，以培养面向生产、建设和服务一线，创新能力强、具有良好岗位适应性的应用型专门人才为课程建设目标，为全面落实学校的办学定位，培养高素质技术应用型人才提供有力的基础支撑。
参考文献：
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一、引言
建滔集团共有生产用电机10000余台，遍及集团公司生产装置的各个角落，在生产过程中发挥着极其重要的作用。但由于大部分电机使用年限较长，且不少电机长年累月运行在较恶劣的环境中，电机烧毁的事故常有发生，而且呈上升趋势，严重影响着生产的安全、可靠、长周期运行。现针对电机烧毁原因及相应对策做一简要分析和介绍，希望能对从事电气工作和安全管理工作的人员有所帮助。
二、电机绕组局部烧毁的原因及对策
1．由于电机本身密封不良，加之环境跑冒滴漏，使电机内部进水或进入其它带有腐蚀性液体或气体，电机绕组绝缘受到浸蚀，最严重部位或绝缘最薄弱点发生一点对地、相间短路或匝间短路现象，从而导致电机绕组局部烧坏。
相应对策：①尽量消除工艺和机械设备的跑冒滴漏现象；②检修时注意搞好电机的每个部位的密封，例如在各法兰涂少量704密封胶，在螺栓上涂抹油脂，必要时在接线盒等处加装防滴溅盒，如电机暴漏在易侵入液体和污物的地方应做保护罩；③对在此环境中运行的电机要缩短小修和中修周期，严重时要及时进行中修。
2．由于轴承损坏，轴弯曲等原因致使定、转子磨擦（俗称扫膛）引起铁心温度急剧上升，烧毁槽绝缘、匝间绝缘，从面造成绕组匝间短路或对地“放炮”。严重时会使定子铁心倒槽、错位、转轴磨损、端盖报废等。轴承损坏一般由下列原因造成：①轴承装配不当，如冷装时不均匀敲击轴承内圈使轴受到磨损，导致轴承内圈与轴承配合失去过盈量或过盈量变小，出现跑内圈现象，装电机端盖时不均匀敲击导致端盖轴承室与轴承外圈配合过松出现跑外圈现象。无论跑内圈还是跑外圈均会引起轴承运行温升急剧上升以致烧毁，特别是跑内圈故障会造成转轴严重磨损和弯曲。但间断性跑外圈一般情况下不会造成轴承温度急剧上升，只要轴承完好，允许间断性跑外圈现象存在。②轴承腔内未清洗干净或所加油脂不干净。例如轴承保持架内的微小刚性物质未彻底清理干净，运行时轴承滚道受损引起温升过高烧毁轴承。③轴承重新更换加工，电机端盖嵌套后过盈量大或椭圆度超标引起轴承滚珠游隙过小或不均匀导致轴承运行时磨擦力增加，温度急剧上升直至烧毁。④由于定、转子铁心轴向错位或重新对转轴机加工后精度不够，致使轴承内、外圈不在一个切面上而引起轴承运行“吃别劲”后温升高直至烧毁。⑤由于电机本体运行温升过高，且轴承补充加油脂不及时造成轴承缺油甚至烧毁。⑥由于不同型号油脂混用造成轴承损坏。⑦轴承本身存在制造质量问题，例如滚道锈斑、转动不灵活、游隙超标、保持架变形等。⑧备机长期不运行，油脂变质，轴承生锈而又未进行中修。
相应对策：①卸装轴承时，一般要对轴承加热至80℃~100℃，如采用轴承加热器，变压器油煮等，只有这样，才能保证轴承的装配质量。②安装轴承前必须对其进行认真仔细的清洗，轴承腔内不能留有任何杂质，填加油脂时必须保证洁净。③尽量避免不必要的转轴机加工及电机端盖嵌套工作。④组装电机时一定要保证定、转子铁心对中，不得错位。⑤电机外壳洁净见本色，通风必须有保证，冷却装置不能有积垢，风叶要保持完好。⑥禁止多种润滑油脂混用。⑦安装轴承前先要对轴承进行全面仔细的完好性检查。⑧对于长期不用的电机，使用前必须进行必要的解体检查，更新轴承油脂。
3．由于绕组端部较长或局部受到损伤与端盖或其它附件相磨擦，导致绕组局部烧坏。
相应对策：电机在更新绕组时，必须按原数据嵌线。检修电机时任何刚性物体不准碰及绕组，电机转子抽芯时必须将转子抬起，杜绝定、转子铁芯相互磨擦。动用明火时必须将绕组与明火隔离并保证有一定距离。电机回装前要对绕组的完好性进行认真仔细的检查确诊。
4．由于长时间过载或过热运行，绕组绝缘老化加速，绝缘最薄弱点碳化引起匝间短路、相间短路或对地短路等现象使绕组局部烧毁。
相应对策：①尽量避免电动机过载运行。②保证电动机洁净并通风散热良好。③避免电动机频繁启动，必要时需对电机转子做动平衡试验。
5．电机绕组绝缘受机械振动（如启动时大电流冲击，所拖动设备振动，电机转子不平衡等）作用，使绕组出现匝间松驰、绝缘裂纹等不良现象，破坏效应不断积累，热胀冷缩使绕组受到磨擦，从而加速了绝缘老化，最终导致最先碳化的绝缘破坏直至烧毁绕组。
相应对策：①尽可能避免频繁启动，特别是高压电机。②保证被拖动设备和电机的振动值在规定范围内。
三、三相异步电动机一相或两相绕组烧毁（或过热）的原因及对策
如果出现电动机一相或两相绕组烧坏（或过热），一般都是因为缺相运行所致。在这里不作深刻的理论分析，仅作简要说明。
当电机不论何种原因缺相后，电动机虽然尚能继续运行，但转速下降，滑差变大，其中B、C两相变为串联关系后与A相并联，在负荷不变的情况下，A相电流过大，长时间运行，该相绕组必然过热而烧毁。
为三相异步电动机绕组为Y接法的情况：电源缺相后，电动机尚可继续运行，但同样转速明显下降，转差变大，磁场切割导体的速率加大，这时B相绕组被开路，A、C两相绕组变为串联关系且通过电流过大，长时间运行，将导致两相绕组同时烧坏。
这里需要特别指出，如果停止的电动机缺一相电源合闸时，一般只会发生嗡嗡声而不能启动，这是因为电动机通入对称的三相交流电会在定子铁心中产生圆形旋转磁场，但当缺一相电源后，定子铁心中产生的是单相脉动磁场，它不能使电动机产生启动转矩。因此，电源缺相时电动机不能启动。但在运行中，电动机气隙中产生的是三相谐波成分较高的椭圆形旋转磁场，所以，正在运行中的电动机缺相后仍能运转，只是磁场发生畸变，有害电流成分急剧增大，最终导致绕组烧坏。
相应对策：无论电动机是在静态还是动态，缺相运行带来的直接危害就是电机一相或两相绕组过热甚至烧坏。与此同时，由于动力电缆的过流运行加速了绝缘老化。特别是在静态时，缺相会在电机绕组中产生几倍于额定电流的堵转电流。其绕组烧坏的速度比运行中突然缺相更快更严重。所以在我们对电机进行日常维护和检修的同时，必须对电机相应的MCC功能单元进行全面的检修和试验。尤其是要认真检查负荷开关、动力线路、静动触点的可靠性。杜绝缺相运行。
四、常见问题汇总，详见附表。
五、为规范电机检修及保证检修质量，制定如下电机工艺卡
低压交流异步电动机检修工艺卡
四、结论
建滔集团公司从1987年试生产至2002年3月15年间，累计烧毁电机达1300余台次，平均每年达80余台次，仅修理费用支出达200余万元。其中77%属于维护不良（如电机进水、轴承缺油、通风不畅等）、检修不当（如轴承拆装不当、缺陷消除不彻底、附件不全等）、机加工精度不符合要求（如对转轴堆焊后加工精度不够、端盖嵌套过盈量大等）、运行环境恶劣（如现场跑冒滴漏严重、水冲电机等）等原因所致。希望以上分析能够对从事电工工作的人员有所帮助和借鉴。
附表：三相异步电动机常见故障及处理方法
序号故障现象故障原因[td=1,1,252]处理方法1通电后电动机不能转动，但无异响，也无异味和冒烟。
1．电源未通（至少两相未通）；
2．熔丝熔断（至少两相熔断）；
3．控制设备接线错误；
4．电机已经损坏。
1．检查电源回路开关，熔丝、接线盒处是否有断点，修复；
2．检查熔丝型号、熔断原因，更换熔丝；
3．检查电机，修复。
2通电后电动机不转，然后熔丝烧断。
1．缺一相电源，或定子线圈一相反接；
2．定子绕组相间短路；
3．定子绕组接地；
4．定子绕组接线错误；
5．熔丝截面过小；
6．电源线短路或接地。
1．检查刀闸是否有一相未合好，或电源回路有一相断线；消除反接故障；
2．查处短路点，予以修复；
3．消除接地；
4．查出误接，予以更正；
5．更换熔丝；
6．消除接地点。
3通电后电动机不转，有嗡嗡声。
1．定子、转子绕组有断路（一相断线）或电源一相失电；
2．绕组引出线始末端接错或绕组内部接反；
3．电源回路接点松动，接触电阻大；
4．电动机负载过大或转子卡住；
5．电源电压过低；
6．小型电动机装配太紧或轴承内油脂过硬，轴承卡住。
1．查明断点，予以修复；
2．检查绕组极性；判断绕组首末端是否正确；
3．紧固松动的接线螺栓，用万用表判断各接头是否假接，予以修复；
4．减载或查出并消除机械故障；
5．检查是否把规定的接法误接为Y接法；是否由于电源导线过细使压降过大，予以纠正；
6．重新装配使之灵活；更换合格油脂，修复轴承。
4电动机起动困难，带额定负载时，电动机转速低于额定转速叫多。
1．电源电压过低；
2．接法误接为Y接法；
3．笼形转子开焊或断裂；
4．定子、转子局部线圈错接、接反；
5．电机过载。
1．测量电源电压，设法改善；
2．纠正接法；
3．检查开焊和断点并修复；
4．查出误接处，予以改正；
5．减载。
5电动机空载电流不平衡，三相相差大。
1．绕组首尾端接错；
2．电源电压不平衡；
3．绕组有匝间短路、线圈反接等故障。
1、检查并纠正；
2、测量电源电压，设法消除不平衡；
3、消除绕组故障。
6电动机空载电流平衡，但数值大。
1．电源电压过高；
2．Y接电动机误接为接；
3．气隙过大或不均匀。
1．检查电源，设法恢复额定电压；
2．改接为Y接；
3．更换新转子或调整气隙。
7电动机运行时响声不正常，有异响。
1．转子与定子绝缘低或槽楔相擦；
2．轴承磨损或油内有砂粒等异物；
3．定子、转子铁心松动；
4．轴承缺油；
5．风道填塞或风扇擦风罩；
6．定子、转子铁心相擦；
7．电源电压过高或不平衡；
8．定子绕组错接或短路。
1．修剪绝缘，削低槽楔；
2．更换轴承或清洗轴承；
3．检查定子、转子铁心；
4．加油；
5．清理风道，重新安装风罩；
6．消除擦痕，必要时车小转子；
7．检查并调整电源电压；
8．消除定子绕组故障。
8运行中电动机振动叫大。
1．由于磨损，轴承间隙过大；
2．气隙不均匀；
3．转子不平衡；
4．转轴弯曲；
5．铁心变形或松动；
6．联轴器（皮带轮）中心未校正；
7．风扇不平衡；
8．机壳或基础强度不够；
9．电动机地脚螺丝松动；
10．笼形转子开焊、断路、绕组转子断路；
11．定子绕组故障。
1．检查轴承，必要时更换；
2．调整气隙，使之均匀；
3．校正转子动平衡；
4．校直转轴；
5．校正重叠铁心；
6．重新校正，使之符合规定；
7．检修风扇，校正平衡，纠正其几何形状；
8．进行加固；
9．紧固地脚螺栓；
10．修复转子绕组；
11．修复定子绕组。
9轴承过热。
1．润滑脂过多或过少；
2．油质不好含有杂质；
3．轴承与轴颈或端盖配合不当；
4．轴承盖内孔偏心，与轴相擦；
5．电动机与负载间联轴器未校正，或皮带过紧；
6．轴承间隙过大或过小；
7．电动机轴弯曲。
1．按规定加润滑油脂（容积的三分之一至三分之二）；
2．更换为清洁的润滑油脂；
3．过松可用粘结剂修复；
4．修理轴承盖，消除擦点；
5．重新装配；
6．重新校正，调整皮带张力；
7．更换新轴承；
8．矫正电机轴或更换转子。
10电动机过热甚至冒烟。
1．电源电压过高，使铁心发热大大增加；
2．电源电压过低，电动机又带额定负载运行，电流过大使绕组发热；
3．定子、转子铁心相擦，电动机过载或频繁起动；
4．笼形转子断条；
5．电动机缺相，两相运行；
6．环境温度高，电动机表面污垢多，或通风道堵塞；
7．电动机风扇故障，通风不良；
8．定子绕组故障（相间、匝间短路；定子绕组内部连接错误）。
1．降低电源电压（如调整供电变压器分接头），若是电机Y、接法错误引起，则应改正接法。
2．提高电源电压或换相供电导线；
3．消除擦点（调整气隙或锉、车转子），减载，按规定次数控制起动；
4．检查并消除转子绕组故障；
5．恢复三相运行；
6．清洗电动机，改善环境温度，采用降温措施；
7．检查并修复风扇，必要时更换；
关键词：嵌入式；墨色控制系统
1 墨色调整原理
墨色控制系统是针对以往印刷机直接循环供墨结构设计的墨色预置、墨量控制系统。采用先进的信息采样和数据处理方式，通过改变墨刀与转动的墨斗锟之间的间隙大小达到精确控制墨量的目的，为印刷机提供了集中和自动化的墨色管理。
2 墨色控制原理
墨色控制系统是一套建立在CIP3标准上的为印刷机配套的精确数字化墨色控制系统。该系统将每个墨辊分为若干个等份，对应着若干个控制墨刀，每个墨刀由一个电机控制，通过改变墨刀与转动的墨辊之间间隙得大小来达到精确控制墨量的目的。每个电机由一个微处理器来驱动，微处理器负责将中央主控台和电机控制按键送来的信号转化为脉冲信号控制电机转动，电机推动墨刀前进或后退。
3 调色总体方案设计
墨色控制系统总体结构分为上位机和下位机两部分进行设计。上位机部分实现对印刷文件的处理、设备运行状态显示等人机交互功能；下位机主要完成设备功能控制，电机位置检测、电机状态收集以及与上位机的数据交换功能。由于墨色控制系统的安装空间有限，所以对产品的体积设计又提出了一个更高的要求，所以由于时间和篇幅的原因本论文针对墨色控制系统的下位机部分进行具体讨论。
根据墨色控制系统的功能要求，墨色控制系统的下位机采用分离式控制方式。整个控制系统分为2级结构：
第一级为信息转发主控制单元，实现上位机与控制系统的数据交换，控制台操作对下一级单元的转发等功能。由于上位机用户界面对于实时性要求不高，但又考虑到数据量交互比较大的特点，第一级主控制单元与上位机之间考虑使用以太网进行数据交换。
第二级为各个执行部分的数据分发节点，即具体的执行机构的控制单元，实现电机的位置控制。这部分设计主要从生产成本和安装尺寸两方面考虑。本产品主要针对四色印刷机设计，每个色组单元设计32个墨色控制单元，所以整套产品需要制作128个电机以及控制单元。控制单元根据安装尺寸考虑采用微动直流电机，位置采集部分常见有编码采集和模拟量采集两种元件，从成本和控制板的设计尺寸考虑采用模拟量采集方式，采集芯片使用ADI7171。该部分设计完成后整体安装尺寸需要满足30mm*40mm。通讯方式仍然采用工业级485通讯，通讯协议使用工业控制中常用的MODBUS协议。
其原理为通过主控制单元（ARM内核的控制芯片）结合μCOS-II操作系统的框架结构，TCP/IP协议栈实现了与上位机通讯的功能，使用MODBUS协议栈的实现了下位机主控单元与其他执行单元之间通讯的功能。使用这种分散式的组织结构可以很好的满足印刷机色组分离的结构，而且对于设备程序组织设计以及后续的产品升级提供了更大的空间。
本文的主要工作包括：⑴研究嵌入式实时操作系统μC/OS-II在彩色印刷机上的应用，分析了μC/OS-II的任务管理，中断管理，任务间通讯，内存管理等模块结构，实现了μC/OS-II在ARM LPC2378上的移植，分析了LPC2378的中断处理机制和μC/OS-II下中断处理程序的编写规则，为开发高速印刷机提供一个稳定的软件平台。⑵通过ARM的特点和结构的分析，确定其作为墨色控制系统的主控制单元，而各级执行部分的数据分发节点通过与ARM的通讯，来控制印刷机油墨。再次，是对ARM进行设计。⑶用32位ARM RISC处理器代替8位单片机做系统控制核心，提高系统的处理能力，提供更加友好的人机界面，使操作更加直观。⑷利用485总线构成分布式控制系统，由下位机实时控制各电机完成主轴驱动和墨色控制功能，取消套色误差修正辊，实现套色误差调整和墨色的全自动化，设计了用于同步的总线高层协议。⑸完成了系统硬件和软件的设计调试工作。
4 总结
嵌入式系统具有可移植性、可固化性、可裁剪性、确定性、稳定性和可靠性等特点，符合工业控制系统对可靠性、灵活性和实时性有较高要求。墨色控制系统在实际的印刷机制造企业以及印刷企业中的应用并不广泛，其中大部分的产品仍然使用循环供墨的系统，无法满足不同印品对墨量的需求。本论文是将嵌入式系统引入到墨色控制系统的一次实际研究。本文通过一个实际的项目设计过程分析，讨论了墨色控制系统下位机控制单元的芯片选型以及软件设计的方法。该系统将每个墨辊分为若干个等份，对应着若干个控制墨刀，每个墨刀由一个电机控制，通过改变墨刀与转动的墨辊之间间隙得大小来达到精确控制墨量的目的。每个电机由一个微处理器来驱动，微处理器负责将中央主控台和电机控制按键送来的信号转化为脉冲信号控制电机转动，电机推动墨刀前进或后退。最终实现墨色预置与墨量控制的功能。
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【关键词】高压电动机软起动软件设计
一、异步电机软起动
异步电机软起动器可减小电动机硬起动引起的电网电压降，使之不影响与其共网的其它电气设备的正常运行。可减小电动机的冲击电流，冲击电流会造成电动机局部温升过大，降低电动机寿命；可减小硬起动带来的机械冲击力和冲击力加速对所传动机械(轴、啮合齿轮等)的磨损；减少电磁干扰，冲击电流会以电磁波的形式干扰电气仪表的正常运行。软起动使电动机可以起停自如，减少空转，提高作业率，因而有节能作用。
对于电动机的软起动，大致可分为有级和无级两种。有级型的软起动有定子串电抗器降压、液态电阻降压、星-三角(y-)降压、自耦变压器降压和延边三角形降压等。无级型软起动有开关变压器降压、磁饱和电抗器降压、晶闸管串联降压软起动等。由于有级型降压软起动的调节存在一定程度的二次电流冲击，因此对电机的软起动效果有限。而在无级型软起动器中，随着电力电子技术的提高和功率器件的发展以及铜、铁等原材料价格的大幅上涨，晶闸管串联式的高压软起动装置越来越被市场所认可。
二、降压起动原理
把三相异步电动机的定子绕组接通到三相电源上，转子从静止升速到稳定状态，这一过程叫起动。在合闸的瞬间，电动机的转差率为1,起动电流等于堵转电流，起动转矩等于堵转转矩。随着转速升高，起动电流从堵转电流逐渐下降，最后稳定在某个数值。较高的堵转转矩表明电动机能在较大负载下起动，并获得较大的加速度，但过大的堵转电流会在供电线路上产生很大的压降，使电网电压波动，直接影响到接在该电网上电气设备的运行。异步电动机的t形等效电路图。
高压电动机软起动装置系统所示。晶闸管串联的功率单元联接在三相高压电网与电动机之间，控制单元根据传感器传送回来的信号按事先设定好的起动曲线进行移相调节。控制单元发出的晶闸管触发信号经光纤传送到晶闸管触发单元，用来调整晶闸管的导通角，进而达到调整电压的目的，使得输出到电动机上的电压按照一定曲线缓慢上升，实现电动机的软起动。当电动机达到额定转速时，旁路接触器吸合，电动机处于旁路运行状态。控制单元仍然进行在线检测，负责电机的电压、电流的显示及各种故。
三、高压软起动、晶闸管串联单元设计
由于目前国内市场应用的电动机大多是6kv和10kv电机，做为串接在高压电网和电动机之间的功率执行器件，单只晶闸管还不足以承受6kv的高压，虽然单只晶闸管目前已经成熟地发展到单只耐压6500v,但考虑到电网波动、浪涌及耐压余量等可靠性因素，在设计6kv高压软起动装置的时候，功率单元采用3只晶闸管串联的方式来提高耐压值。同理在设计10kv高压软起动装置的时候采用5只晶闸管串联组成高压阀组。
(1)单相6kv高压晶闸管功率阀组所示。scr1～scr6为大功率高压晶闸管，它们每三个串联后再反并联组成单相功率串联阀组，以实现软起动器对交流电机的控制。这6只晶闸管选用同一厂家、同一型号、同一生产批次的产品，以减小其在生产过程中由于生产工艺的不同而产生的自身特性诸如伏安特性、反向恢复电荷、开关时间和临界电压上升率等的差异，影响均压。r1、r2、r3为静态均压电阻，用以实现晶闸管的静态均压。静态均压电阻选用无感电阻，阻值为晶闸管阻断状态等效阻值的1/40,且功率留有足够大的余量。r4、r5、r6和c1、c2、c3共同组成动态均压网络，用以实现动态均压。通过选择，各电阻和电容的参数误差应非常小，电容的取值根据晶闸管的最大反向恢复电荷和最小反向恢复电荷的差值计算求得。均压过程主要是由电容c完成的。串联的各只晶闸管开关速度不会完全一致，而会稍有差别。电容c上的电压在静态情况下数值相同，在开关过程中，由于电容上的电压不能突变，加在各只晶闸管上的压降不会发生跳变。由于开关过程中各只晶闸管中电流不一致所造成的影响由电容c的充放电补偿。
(2)接口单元设计
单元包括电压传感器接口、电流传感器接口、光纤传送接口、故障检测接口及人机交互接口等。其中电压信号采用高阻降压方式，并考虑到系统兼容性，将电路设计成3kv、6kv、10kv通用，以方便产品生产。电流传感器采用标准x/5电流互感器加高精度电流霍尔的形式，将信号进行相应处理后送到cpu进行运算。高压与低压间的信号传送采用光纤传输，既保证信号的实时性及可靠性传输，又起动高低压隔离作用。信号经过接口电路编码后通过光纤传送至触发单元，触发单元将信号解码并经过相应处理后用以触发晶闸管。触发单元的供电采用高位、低位相结合，每只晶闸管的触发电源各自独立。人机接口采用贴膜式软键和液晶显示屏。液晶显示屏为4行8列，设计成4级菜单管理模式，可预设中文及英文显示。
四、软件设计系统实验
软件设计是系统控制的核心，直接关系到系统运行的稳定性和可靠性。为了适应各种不同负载的应用，软件设计上设计了多种不同的起动曲线，包括电压斜坡起动、限流起动、突跳起动及软停车曲线等。同时设计完善的保护功能，包括短路保护、过流保护、过压、欠压保护、晶闸管过热保护等。电机的参数及各种保护参数可由用户根据现场应用情况自行设定。
系统设计完成后，用6kv/1000kw电机进行了带载起动实验。电机额定电压6kv,额定电流112a,额定转速1480r/min。起动电流单相波，起动电流平稳无冲击，峰值起动电流为额定电流的2.6倍左右，起动时间22s,电网电压无明显波动，达到了良好的起动效果。
关键词：电机学；教学改革；课程建设；教学实践
作者简介：翟庆志（1960-），男，山东淄博人，中国农业大学信息与电气工程学院，副教授；张筱慧（1962-），女，天津人，中国农业大学信息与电气工程学院，副教授。（北京 100083）
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）01-0042-02
“电机学”课程是电气工程专业的一门专业基础课。课程主要内容包括：变压器，交流电机绕组理论，异步电机和同步电机以及直流电机，共五篇。课程的特点是理论性强、概念多，与工程实际联系密切。学生通过本课程的学习，将获得电机的基本理论知识、基本分析方法和基本实验技能，为进一步学习专业课和从事相关专业工作打下坚实基础。
一、中国农业大学（以下简称“我校”）电气工程专业学习特点
在基于我校信息与电气工程学院部级重点学科“农业电气化与自动化”的基础上，着眼于地方电网，从控制与运行的角度进行讲授。本专业培养能够从事与电气工程有关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处理、实验分析、研制开发、经济管理、工程设计与施工以及电子与计算机应用等领域工作的宽口径复合型高级工程技术人才。课程设置偏重于电力系统及其自动化，主要学习电力系统的运行分析、系统规划、自动化技术应用等方面的知识。知识结构上体现了强电与弱电相结合，电工技术与电子技术相结合，软件与硬件相结合，工程与科技开发相结合的特点。
“电机学”课程在我校本科专业电气工程的培养计划中，是必修课程，目前按64学时课堂讲授，另有32学时的关联课程“电机学实验”，课程在大三上学期开设，属在前期修学普通物理、高等数学、电路原理等的基础上，为后续专业课作承上启下的专业基础课。
二、课程特点
本课程基于在电力系统中运行的各种电机进行分析与研究，因此电机的“功率”特征十分明显；着重于稳态分析，与先期课程衔接紧密，如普通物理、电路原理等；因普遍涉及铁磁材料，故非线性（饱和）问题是必须面对的；一方面，课程在遵循经典电工与电磁理论的基础上，推导严密，教学严谨，逻辑性强，另一方面，许多结论是在合理的忽略次要因素后得出的，因此工程意义上的允许偏差与数学意义上的精确，在学生课程学习中面临冲突；实验中，学生开始接触更加真实的电机控制、运行与测量，结合实际紧密，是锻炼综合动手能力的很好机会。特别是在电力系统中运行的各种电机，彼此既相对独立又相互关联，这些在增加了学生课程学习难度的同时，也打开了一扇帮助学生了解电机、电器以及电力系统知识的窗户。较好的课程教学成果，不仅能够扩大学生的知识面，而且还能培养学生掌握基础理论知识的能力、系统的分析方法以及综合运用所学知识解决具体问题的能力。另外，课程的实践性教学环节对理论联系实际、培养学生的动手能力、分析解决工程中的实际问题和科学研究能力的培养尤为重要，是课程教学不可缺少的重要组成部分。
三、教学实践
多年来的本科“电机学”课程教学实践，基本形成了较为完整的教学思路与做法，主要体现出如下几点：
（1）课程内容讲授中，体现了加强基础，重点突出，注重启发，强调实践，综合评价。加强基础就是力求使学生掌握本课程要求的基本理论和分析方法，以及发展前沿、技术焦点等问题；重点突出是指课程中的最重要的一些概念与结论，必须讲好、讲透，比如“T”型等效电路、磁势平衡、电枢反应等；注重启发包括课堂讲授中的启发互动做法，以及实验、讨论中的语言与角色把握；强调实践是指注重实验教学与课程讲授之间互动以及相辅相成的有机联系；综合评价是全面评价学生课程学习的整体表现，多年来，一直坚持平时成绩与期末考试成绩按比例计入总评成绩。
（2）课程内容组织上，注意结合本专业需求，在“基础与精髓不漏”的前提下，对一些涉及设计、制造及在少学时情况下较难理解的内容，如交、直流电机绕组、时-空向量分析等，进行删减，适当精简或简化电机电磁理论的阐述及推导，注重结论的理解与应用。在每一篇的最后，讲授一些典型应用，比如变压器之后，介绍互感器；异步电机之后，介绍单相异步电动机以及变频驱动；同步电机之后，介绍永磁同步风力发电机；直流电机之后，介绍无刷直流电动机等。这样，既巩固了学生对本篇主要结论的印象，又避免了“通篇学完电机学，只知四种电机”的尴尬局面。
（3）注重语言表达和多媒体的合理应用。课堂上，介绍概念需要表达准确，推导过程需要严谨，但好的课堂讲授效果，与表达方式有很大关系，这里不仅有语言表达和口齿的问题，更有良好的语言运用、知识积累和直观形象展示的问题。如，介绍到变压器励磁电流性质时，会涉及到在铁芯磁路饱和时，正弦分布的基波励磁电流，会产生平顶形态的磁通波形，反之，欲获得正弦分布的磁通波形，则需配合适当非正弦分布的励磁电流供给。这样的内容，学生第一次接触，难理解，不易记忆，用一句成语，“鱼翅与熊掌不可兼得”去概括，收效很好；在讲授交流电机三相合成旋转磁势时，自制的Flash动画，直观、形象地演示出了驻波、行波以及合成等曲线图形，有助于学生理解和记忆。再比如，在用电磁转矩物理公式，解释异步电动机起动电流大的现象时，需说明主磁通大幅减小，且转子回路功率因数很低，从而造成转子电流幅值很大的局面，用一句成语，“屋漏偏逢连阴雨”去描述，就很形象。在多媒体课件设计上，着重两个思路：循序渐进层层深入的思维过程的启发式引导，形象直观的物理过程可视化展示。显然在课件中，大量的文字堆砌，无助于脱稿讲授，大量公式的粘贴，替代不了连贯的现场推导与演绎。多年的教学过程证明，良好的授课表达方式可有效地提高教学效果和学生的学习兴趣。
（4）努力使实验教学与课堂教学相得益彰。主要做法包括：以验证性实验，作为“规定动作”，用以强化对课堂中对应重要结论与概念的印证；以自选性实验，提高学生实验的主动性与兴趣，其中的内容，既有教师引导形成的，也有学生自己思考提出的。为此，我们进行了实验课程的单独设课，增加实践教学的设计性、综合性、趣味性；放手让学生自己去准备、设计、接线、调试、排除故障等。当学生在实验中的主动性被激发出来后，思考、兴趣、想法等会接踵而来，不仅会有效地促进课程内容学习理解，还会激发出一些学生因动手能力强，而产生的自信心，一些学生就是因此而产生出许多创新性的想法与做法，我们所教的学生中就有许多这样的实例。
（5）着力培养严谨的科学作风。科学作风的培养，是可以也应该贯穿于课程教学始终的。课堂上，讲课的逻辑性，推导的缜密性，批改作业的严谨性，是一种基本体现，实验中的科学作风更应注重。实际上，一次电机学实验，就是一次微型的、科学的、有工程意义的科学训练。学生们需课前认真设计实验内容，在实验中，正常、合理使用仪器设备操作，发现和解决问题；实验后，对实验数据的分析整理，撰写实验报告。在这其中，学生得到的训练是较为全面的，其中任何一个环节出问题，都可能导致结论的不准确，这样系统的科学训练，是课堂教学中不易找到的。
（6）坚持培养良好的学风。对学生要求严格，是“电机学”课程多年的传统。课上，我们坚持要求学生不迟到，不无故缺席，不抄袭作业，保持良好的课堂秩序，并届届相传。多年来的教学实践表明，对学生的严格要求，并没有使我们失去学生的尊重，我们以严以律己、一丝不苟的治学态度及对学生严与爱的统一之中，赢得了历年的好评。事实证明，我们的绝大部分学生是好学的、理智的、明辨是非的。我们认为，只要教师的投入放在精通业务、全面了解本学科状况与动向、提高教学质量和水平上，把身段放在去了解学生，关心和帮助学生，严格要求学生，使学生在学习中健康成长方面，学生心里的那杆称，是公平的。
四、教材建设
多年一线本科教学的实践体会和经验，具体体现到了作为主体编写兼统稿的普通高等教育“十一五”规划教材――《电机学》中。该教材的特点，得到了国内许多高校同行的认同，因此由中国电力出版社2008年7月第1次印刷的3000册，在发行一年多后，就已售罄，于2010年1月第2次印刷后，再版发行。结合本校课程以及实验设备特点，在本校内印刷发行的《电机实验指导书》，自2000年以来，已修订过3版，共约发行1100册。
教材的系统建设，结合完整的专业培养计划、教学大纲，使教学内容、质量以及规范化水平都上了一个台阶。
五、教学改革
1999年，学校开展首批重点课程建设，课程团队参加了学校首批25门重点课程建设之一的“电机和电机与拖动”课程建设，并顺利通过了学校的验收。其中的三项主要内容，课程考核的综合评分公式，试题库的建设，网络版和课堂版教学软件，是较有特色的。多年来，各学期末学生给课程的教学评分，都位列在学院的前列。
电机学课程教学中，实验内容十分重要，因此多年来，虽然课程总学时一再缩减，但实验课时，一直坚持不减，并且从2010年起，在专业新修订的培养计划中，完善了教学大纲，实现了32学时的实验单独设课，独立考核。
六、课程辐射
课程主讲教师曾经的一个电机专业教学“一条龙”不间断培养的设想，在一些学生身上实现了。例如，一个电机课代表，对电机产生了浓厚的兴趣，在课程学习后期主动找到主讲教师，要求参加科研项目，当时一个与电机相关的科研项目是小型离网风力发电，于是，学生从拧螺丝钉固定机组开始，到学习变频电动机控制、异步发电机的并接电容器自励，到完整的进行科研实验测试、撰写文章，不到一年的时间，全面进入科研角色；在大四免试推荐研究生阶段，仅在最后一刻，与一所国内一流大学失之交臂，但随后，被另一所首批国家 “985工程”的大学很快录取了，理由就是科研能力好（当然学习成绩也不差）；在之后自然选择主讲教师作为指导教师的毕业设计中，由于题目的前期积累，也获得了学校百篇优秀本科毕业论文的奖励。一门专业基础课的内容，能够延续到毕业论文阶段，作为课程教师，我们深感欣慰。
近几年来，作为研究生导师，我们还主讲了与电机相关的研究生课程“电机专题”和“新能源发电技术”。教学实践中发现，教学所涉及的内容很宽泛，多学科融合与应用的发展异常迅猛，没有一本十分适用于学校本学科研究生教学的参考书，如果罗列参考书，将是10本以上的数量。在多年电机学的教学经验以及本科电机学教材编写的基础上，我们编写了一本学校研究生教材《电机与新能源发电技术》，已由中国农业大学出版社正式出版发行。
七、科研拉动
对于高校工科教师而言，教学与科研相得益彰。比如，结合与企业合作设计生产双速自制动三相异步电动机的项目，直接参与了双速绕组、铁芯、磁场与性能校验等电磁设计，以及样机试制、实验，到批量生产的全过程。这些一手电机设计与生产经验，不仅加深了对课程相关内容的理解和掌握，同时很大程度的丰富了教学内容，课堂以及实验教学实践中，自然心中有底，言之有物。又例如，在我们所承担的有关农村新能源发电的国家“十一五”科技支撑项目子课题中，所涉及的内容较为繁多，但多年来电机学课程教学所积累的较为扎实的基本概念和学科知识，使我们能够与团队成员一起，交出了较为圆满的课题任务答卷，取得了多项具有自主知识产权的成果、技术与装备。
八、结束语
“电机学”课程是一门自动化、电气工程及其自动化专业等专业的传统课程，在新形势下，需要教师实际投入。从课程教学内涵而言，应该多思考，勤实践，不断丰富和完善课程教学体系；从课程教学外延来看，应该从专业系统培养，工程应用需求，动手能力培养，后续课程拉动等多方面、多角度，去思考课程教学的改革与内容的更新。
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