摘要：解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力是工程教育認(rèn)證的核心能力指標(biāo)，為通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，文章以電力電子技術(shù)課程中三相橋式整流實(shí)驗(yàn)為例，將硬件平臺(tái)實(shí)驗(yàn)與軟件平臺(tái)仿真融合，分別從復(fù)雜問(wèn)題提出、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)分析多個(gè)環(huán)節(jié)出發(fā)，對(duì)基于解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了研究。該研究能夠加強(qiáng)學(xué)生對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題的理解，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，對(duì)工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；工程教育認(rèn)證；復(fù)雜工程問(wèn)題；三相橋式整流實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"" 文章編號(hào)：1009-3583（2024）-0102-05

Research on Experimental Teaching of Power Electronics with the Background of Engineering Education Accreditation

CAO Zhen-guan

（School of Electrical and Information Engineering， Anhui University of Science and Technology， Huainan 232001， China）

Abstract： The ability to solve complex engineering problems is the core competency indicator of engineering education certification. In order to enhance students ’ability to solve complex engineering problems through experiments， this article takes the three-phase bridge rectifier experiment in the power electronics technology course as an example， integrates hardware platform experiments with software platform simulation， starts from multiple stages of complex problem proposal， experimental design， and experimental analysis. Research has been conducted on experimental teaching based on the ability to solve complex engineering problems. This study can enhance stu- dents ’understanding of complex engineering problems and cultivate their ability to solve complex engineering problems， and has cer- tain reference significance for experimental teaching reform under the background of engineering education professional certification.

keywords： power electronic technology; engineering education certification， complex engineering problem; experiment of three-phase bridge rectification

工程教育專業(yè)認(rèn)證堅(jiān)持“以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向和持續(xù)改進(jìn)”三大基本理念，目的在于提高工程教育質(zhì)量，促進(jìn)中國(guó)工程教育的國(guó)際互認(rèn)，提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，因此在基于專業(yè)認(rèn)證的高等教育理念下，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力顯得越發(fā)重要[1，2]。工程教育認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)均以能力目標(biāo)進(jìn)行表述，12條通用標(biāo)準(zhǔn)中有8條強(qiáng)調(diào)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。從培養(yǎng)目標(biāo)制定、課程體系構(gòu)建、課程大綱修訂等都緊扣這一主題，解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力是衡量畢業(yè)生畢業(yè)要求是否達(dá)到的重要指標(biāo)[3，4]。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學(xué)生解決工程問(wèn)題能力的重要途徑，目前本科實(shí)踐教學(xué)包括各類實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)等環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)是對(duì)課程理論內(nèi)容的驗(yàn)證與深入，與實(shí)際工程問(wèn)題緊密關(guān)聯(lián)，優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)能夠加深理論知識(shí)的理解、提高實(shí)踐動(dòng)手能力、培養(yǎng)解決工程問(wèn)題的能力[5，6]。因此，如何做好課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)顯得尤為重要，本文以電力電子技術(shù)課程為例，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)案例，介紹如何利用合理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

一、實(shí)驗(yàn)是解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力提升的重要途徑

（一）解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理念

實(shí)驗(yàn)是理論知識(shí)的驗(yàn)證與應(yīng)用，分為驗(yàn)證與演示性、設(shè)計(jì)性、綜合性等實(shí)驗(yàn)類型，但從本質(zhì)上講，無(wú)論哪類實(shí)驗(yàn)都是工程問(wèn)題的縮影[8]。目前，課程實(shí)驗(yàn)是根據(jù)課程內(nèi)容凝練而成，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都是知識(shí)的綜合應(yīng)用，是基于一定知識(shí)基礎(chǔ)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)方案、驗(yàn)證課程知識(shí)、課程知識(shí)的綜合運(yùn)用。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及過(guò)程與工程問(wèn)題緊密相關(guān)，好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能夠鍛煉學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力[9]。根據(jù)復(fù)雜工程問(wèn)題這一特征，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)時(shí)，教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐緊密結(jié)合，實(shí)驗(yàn)過(guò)程與步驟遵循工程實(shí)際，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象與結(jié)果反映工程問(wèn)題本質(zhì)。利用實(shí)驗(yàn)來(lái)提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)路線如圖1所示。

由圖1可見，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行工程問(wèn)題分析，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)提出復(fù)雜工程問(wèn)題，進(jìn)而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要根據(jù)目標(biāo)達(dá)成度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案修改，最終完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能夠引導(dǎo)學(xué)生積極思考、善于觀察，透過(guò)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)本質(zhì)，并進(jìn)行深入分析，提出問(wèn)題解決方案和增強(qiáng)創(chuàng)新思維?？梢哉f(shuō)，實(shí)驗(yàn)是解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力提升的重要途徑。

（二）電力電子實(shí)驗(yàn)需要解決的問(wèn)題

目前，電力電子課程實(shí)驗(yàn)主要在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)操作依照指導(dǎo)書實(shí)施，根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的掛件布局，完成線路連接，實(shí)驗(yàn)參數(shù)基本固定，通過(guò)示波器進(jìn)行波形觀察及測(cè)量?，F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)存在的主要問(wèn)題如下[10-12]：

1.具體線路與元器件都隱藏在掛件箱內(nèi)，無(wú)法直接觀察或觸及，直觀性和可操作性差，學(xué)生不能直接了解具體的電路組成。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有確定性，學(xué)生容易形成機(jī)械式操作，被動(dòng)式學(xué)習(xí)；一致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不利于促進(jìn)學(xué)生發(fā)散思維的形成，難以使學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力得到提升。

3.在出現(xiàn)硬件不一致或故障時(shí)，容易造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想。由于硬件平臺(tái)實(shí)驗(yàn)條件難以調(diào)整，使學(xué)生不能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)象進(jìn)行類比分析，阻礙了學(xué)生對(duì)深層次原因的探究。

4.實(shí)驗(yàn)未與工程實(shí)際有效結(jié)合，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)只能了解實(shí)驗(yàn)表象，不能進(jìn)一步深入，更不能對(duì)所掌握內(nèi)容進(jìn)行拓展，與工程實(shí)際相結(jié)合，缺乏系統(tǒng)性概念。

針對(duì)上述電力電子課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)問(wèn)題，本文以三相橋式半控整流實(shí)驗(yàn)為例，通過(guò)虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)手段，以工程應(yīng)用背景，以提升復(fù)雜工程問(wèn)題解決能力為目標(biāo)，進(jìn)行電力電子課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，介紹如何通過(guò)好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

二、基于復(fù)雜工程問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

（一）三相橋式半控整流實(shí)驗(yàn)復(fù)雜工程問(wèn)題的提出

三相橋式半控整流電路是電力電子技術(shù)課程的重要內(nèi)容之一，是其他變流技術(shù)的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、日常生活中，在電力電子課程中占有重要的地位，也是電力電子技術(shù)課程必做實(shí)驗(yàn)之一[13]。根據(jù)復(fù)雜工程問(wèn)題特征描述，實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果必須深入工程原理，通過(guò)深入分析才能得到，同時(shí)要涉及多方面的技術(shù)，具有較高的綜合性等。根據(jù)這一特征，在進(jìn)行三相整流電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮以下要素：

一是三相整流電路必須有合適的工程應(yīng)用對(duì)象及指標(biāo)參數(shù)；

二是整個(gè)實(shí)驗(yàn)需要有其他相關(guān)理論及實(shí)踐內(nèi)容支持，如控制算法、檢測(cè)技術(shù)、實(shí)現(xiàn)工具等方面的知識(shí)；

三是實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果要呈現(xiàn)多樣性，須通過(guò)深入分析加以解決，如實(shí)驗(yàn)過(guò)程中故障設(shè)計(jì)、波形多樣化呈現(xiàn)；

四是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)會(huì)建立模型，并采用虛實(shí)結(jié)合的方式實(shí)施實(shí)驗(yàn)，以解決復(fù)雜工程問(wèn)題為導(dǎo)向。

上述要素是基于復(fù)雜工程問(wèn)題特征而提出的，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮以上要素。在設(shè)計(jì)三相橋式整流實(shí)驗(yàn)時(shí)，將本實(shí)驗(yàn)與蓄電池結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成一套蓄電池充電系統(tǒng)，由三相橋式整流電路提供可調(diào)直流電源，由控制器構(gòu)成控制核心，由電流、電壓檢測(cè)構(gòu)成反饋單元，其系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D2所示。從圖中可以看出，蓄電池充電這一工程問(wèn)題，涉及電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制原理、檢測(cè)技術(shù)、嵌入式技術(shù)、系統(tǒng)仿真等多門課程知識(shí)，不只是簡(jiǎn)單驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，而需要實(shí)驗(yàn)者針對(duì)工程原理進(jìn)行深入分析，搭建實(shí)驗(yàn)電路、通過(guò)模型仿真、借助控制算法去追求蓄電池充電過(guò)程中各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)的高標(biāo)準(zhǔn)，顯然這是一個(gè)復(fù)雜的具有較高綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，滿足復(fù)雜工程問(wèn)題特征要求，能夠達(dá)到鍛煉學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的目標(biāo)。三相橋式整流電路實(shí)驗(yàn)共4個(gè)學(xué)時(shí)，硬件平臺(tái)實(shí)驗(yàn)和軟件平臺(tái)實(shí)驗(yàn)各占2個(gè)學(xué)時(shí)，采用硬件平臺(tái)實(shí)驗(yàn)在前、軟件平臺(tái)實(shí)驗(yàn)在后的順序。

（二）三相整流實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

上文中給出了三相橋式整流電路的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，該實(shí)驗(yàn)是基于工程問(wèn)題而設(shè)計(jì)，有助于訓(xùn)練學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力。根據(jù)復(fù)雜工程問(wèn)題的要素對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用基于虛實(shí)結(jié)合的方案，即硬件平臺(tái)實(shí)驗(yàn)方案和軟件平臺(tái)實(shí)驗(yàn)方案。硬件方案采用天煌實(shí)驗(yàn)臺(tái)完成，從硬件角度完成三相橋式半控整流實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生了解實(shí)際直流電壓輸出波形，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析；軟件方案采用 Matlab 來(lái)實(shí)現(xiàn)，從軟件角度模擬仿真蓄電池充電系統(tǒng)，讓學(xué)生掌握恒流恒壓輸出控制方法[14]。兩種方案取長(zhǎng)補(bǔ)短，能夠解決目前電力電子實(shí)驗(yàn)單純依靠硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)存在的問(wèn)題，同時(shí)又能鍛煉學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

1.硬件平臺(tái)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

硬件平臺(tái)實(shí)驗(yàn)方案是基于天煌教儀電力電子實(shí)驗(yàn)臺(tái)，主要設(shè)備包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏、NMCL-33組件、MEL-03組件、NMCL-31A 組件、NMCL-331電感和二蹤示波器。由于硬件的確定性，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)蓄電池充電功能，硬件方案只完成三相橋式半控整流輸出實(shí)驗(yàn)，蓄電池充電實(shí)驗(yàn)由軟件實(shí)驗(yàn)完成。

（1）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路原理圖進(jìn)行接線、上電，完成基本的輸入、輸出測(cè)量。

（2）波形觀察

觀察6個(gè)觸發(fā)脈沖波形，了解相位關(guān)系；觀察不同負(fù)載下的直流輸出電壓、晶閘管電壓輸出波形，理解電阻、阻感負(fù)載下晶閘管工作過(guò)程；觀察故障狀態(tài)下電壓輸出波形，分析故障原因，并清除故障，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

（3）數(shù)值計(jì)算

計(jì)算直流輸出電壓的理論值，并與實(shí)際值進(jìn)行比對(duì)，分析誤差原因，培養(yǎng)學(xué)生深入分析能力；計(jì)算非理想波形狀態(tài)下輸出電壓值，根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析波形產(chǎn)生的原因。

（4）復(fù)雜工程問(wèn)題設(shè)計(jì)

認(rèn)真觀察波形，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，若整流電壓Ud 測(cè)量值與計(jì)算值存在較大誤差，查找誤差產(chǎn)生原因；在波形失真的情況下，分析波形失真與誤差之間的關(guān)系，查找波形失真原因，并通過(guò)理論分析得以驗(yàn)證；針對(duì)輸出誤差及波形失真現(xiàn)象，提出解決方案，并在后續(xù)軟件實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行驗(yàn)證。

2.軟件實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

軟件實(shí)驗(yàn)方案基于 Matlab 來(lái)實(shí)現(xiàn)，依據(jù)圖2系統(tǒng)拓?fù)鋱D在simulink 中建立完整的蓄電池充電系統(tǒng)模型，包括三相橋式整流電路、檢測(cè)反饋電路、控制器等，負(fù)載依次為電阻、阻感負(fù)載及蓄電池。由于軟件仿真具有參數(shù)可調(diào)設(shè)置、故障情境預(yù)置等功能，能夠?qū)τ布霈F(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行還原和對(duì)比。

（1）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

根據(jù)系統(tǒng)拓?fù)浯罱ɑ趕imulink 三相橋式半控整流電路、蓄電池充電電路實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停桓鶕?jù)硬件平臺(tái)實(shí)驗(yàn)波形失真分析結(jié)果，提出解決方案，并利用軟件平臺(tái)仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬驗(yàn)證。

（2）波形觀察

模擬三相橋式整流電路不同故障狀態(tài)，觀察波形并分析；觀察蓄電池恒流恒壓充電模式下，輸出直流電壓波形；調(diào)整 PID 參數(shù)，觀察直流電壓輸出波形。

（3）數(shù)值計(jì)算

計(jì)算反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載下整流電路的輸出電壓、電流之間的關(guān)系；對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行估算，并觀察控制效果；對(duì)充電回路中電感電容值進(jìn)行計(jì)算，增強(qiáng)對(duì)課本知識(shí)電感、電容對(duì)整流電路影響的理解，增強(qiáng)學(xué)生針對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題的分析建模能力。

（4）復(fù)雜工程問(wèn)題設(shè)計(jì)

三相橋式半控整流電路控制效果是工程實(shí)踐中要考慮的主要問(wèn)題之一，實(shí)驗(yàn)中蓄電池充電系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)恒流、恒壓充電。本實(shí)驗(yàn)鍛煉同學(xué) PID 參數(shù)整定方法，將 PID 參數(shù)整定應(yīng)用于蓄電池充電系統(tǒng)中，確保三相橋式整流輸出的穩(wěn)定性，提高控制系統(tǒng)的魯棒性。

三、實(shí)驗(yàn)實(shí)施

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，除要完成基本實(shí)驗(yàn)步驟與操作外，重點(diǎn)是引導(dǎo)學(xué)生對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行探索。本部分著重介紹復(fù)雜工程問(wèn)題設(shè)計(jì)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)實(shí)施與分析。

（一）硬件平臺(tái)實(shí)驗(yàn)實(shí)施

1.三相半控整流電路基本實(shí)驗(yàn)

硬件平臺(tái)實(shí)驗(yàn)在天煌教儀實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行，在完成實(shí)驗(yàn)接線后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟依次完成晶閘管觸發(fā)脈沖觀察、觸發(fā)角調(diào)零、三相電壓接入、基本輸入輸出測(cè)量等任務(wù)后，依次調(diào)節(jié)觸發(fā)角“=0。、30。、60。、90。，記錄輸出電壓、電流幅值，并觀整流電壓Ud、晶閘管電壓 UVT 的波形，將測(cè)量值與理論值進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與誤差分析。

2.基于復(fù)雜工程問(wèn)題設(shè)計(jì)的誤差分析

三相橋式整流電壓輸出，在電流連續(xù)的情況下其公式如式1所示。

根據(jù)式1可以看出，輸出電壓 Ud 只與 U2、觸發(fā)角“有關(guān)，由此可以推斷，誤差原因來(lái)自輸入電壓和觸發(fā)信號(hào)，具體原因有以下兩種情況：一是輸入電壓 U2是否正常，是否存在缺相、波形畸變等現(xiàn)象；二是觸發(fā)角“是否正常，是否存在觸發(fā)信號(hào)不正常，觸發(fā)角度是否精確，驅(qū)動(dòng)能力是否足夠等問(wèn)題。

為找到誤差產(chǎn)生的原因，本實(shí)驗(yàn)采用排除法，將可能存在原因逐一排除。首先，排除觸發(fā)信號(hào)引發(fā)的誤差，主要做三點(diǎn)工作：一是觀察各晶閘管觸發(fā)信號(hào)是否正常；二是將觸發(fā)角“調(diào)為0。，以排除觸發(fā)角不精確帶來(lái)的誤差；三是測(cè)量晶閘管的波形，判斷晶閘管是否被可靠觸發(fā)；其次，觀察輸入電壓 U2的波形，判斷輸入電壓波形是否正常；最后觀察整流電壓輸出波形是否正常。根據(jù)上述方法，通過(guò)排除法確認(rèn)不存在觸發(fā)信號(hào)問(wèn)題，此外輸入電壓U2波形正常。理想的“為 0。的整流電壓波形圖為線電壓的包絡(luò)線，但實(shí)際整流電壓波形已失真。因此，根據(jù)整流電壓波形可以看出，產(chǎn)生誤差原因是輸入三相電壓不平衡而引起的。

（二）軟件平臺(tái)仿真實(shí)驗(yàn)分析

1.硬件平臺(tái)實(shí)驗(yàn)波形對(duì)比驗(yàn)證

軟件平臺(tái)仿真實(shí)驗(yàn)基于 matlab 來(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)三相橋式整流電路原理圖和實(shí)驗(yàn)參數(shù)搭建仿真模型。軟件仿真實(shí)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)在于靈活性，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)參數(shù)、實(shí)驗(yàn)電路調(diào)整。根據(jù)前文硬件平臺(tái)實(shí)驗(yàn)結(jié)論可知，在觸發(fā)信號(hào)正常且相位精確的情況下，誤差主要原因?yàn)檩斎腚妷喝嗖黄胶?，而在硬件平臺(tái)實(shí)驗(yàn)中，很難完全做到三相電路平衡。為進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)硬件平臺(tái)實(shí)驗(yàn)分析的理解與掌握，在軟件平臺(tái)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，人為制造三相電壓不平衡，進(jìn)行觀察與對(duì)比，可以驗(yàn)證硬件平臺(tái)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。除此之外，軟件平臺(tái)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可模擬缺相、觸發(fā)信號(hào)異常、相位偏差等各類情形，讓學(xué)生從理論計(jì)算中確切掌握三相橋式整流電路的各項(xiàng)知識(shí)。

2.基于復(fù)雜工程問(wèn)題設(shè)計(jì)的恒壓恒流控制實(shí)驗(yàn)

根據(jù)軟件平臺(tái)復(fù)雜工程問(wèn)題設(shè)計(jì)，軟件仿真實(shí)驗(yàn)主要完成蓄電池恒流恒壓充電功能，其本質(zhì)是控制三相橋式整流電路直流電壓輸出，核心是利用PID 算法實(shí)現(xiàn)直流電壓實(shí)時(shí)、精確調(diào)節(jié)。本實(shí)驗(yàn)將電力電子技術(shù)與自動(dòng)控制算法相結(jié)合，以蓄電池充電為控制對(duì)象，將PID整定知識(shí)應(yīng)用于工程實(shí)踐，使學(xué)生在掌握三相橋式整流電路原理與應(yīng)用的同時(shí)，拓展知識(shí)的工程應(yīng)用，提升學(xué)生面對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題應(yīng)對(duì)能力。本實(shí)驗(yàn)主要從工程角度出發(fā)，利用電壓電流輸出曲線，進(jìn)行PID參數(shù)整定實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生快速掌握工程整定法，實(shí)現(xiàn)輸出電流電壓穩(wěn)定控制。最后，根據(jù)蓄電池充電實(shí)際工程應(yīng)用，制定蓄電池充電曲線，完成蓄電池充電實(shí)驗(yàn)。

本次實(shí)驗(yàn)利用軟件平臺(tái)仿真實(shí)現(xiàn)蓄電池充電功能，借此實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生了解蓄電池充電過(guò)程，蓄電池充電是一個(gè)復(fù)雜的工程問(wèn)題，涉及電池充電曲線控制、電池均衡管理、電池荷電狀態(tài)（SOC）和健康狀態(tài)（SOH）等內(nèi)容。本實(shí)驗(yàn)開啟了探索工程實(shí)踐的窗口，以此為突破口，吸引更多的同學(xué)從工程角度出發(fā)，鍛煉實(shí)踐創(chuàng)新能力，提高復(fù)雜工程問(wèn)題解決能力。

四、結(jié)語(yǔ)

解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力是工程教育認(rèn)證的核心能力指標(biāo)，本文探索了基于提高解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的電力電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究，以電力電子技術(shù)中三相橋式半控整流實(shí)驗(yàn)為例，將硬件平臺(tái)實(shí)驗(yàn)與軟件平臺(tái)仿真虛實(shí)融合，從復(fù)雜工程問(wèn)題提出，復(fù)雜工程問(wèn)題實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)實(shí)施等多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)敘述，介紹了如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題的理解、提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力和工程素養(yǎng)的提升，對(duì)基于工程教育認(rèn)證背景下實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革具有一定的借鑒意義。

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（責(zé)任編輯：羅智文）