鲍敏杨俊伟刘佳鲁
〔摘要〕本文以成果导向教育理论为指导，以运动控制器的开发作为主要成果，谈谈将职业素质培养融入成果导向教学的一些探索和思考。
〔关键词〕OBE 能力培养运动控制器开发
1 什么是OBE
OBE（成果导向教育）在美国、英国、加拿大等国家成为了教育改革的主流理念。OBE是由美国首先提出来的。OBE 在1981 年由Spady 率先提出后，以惊人的速度获得了广泛重视和应用。经过此后10 年左右的发展，形成了比较完整的理论体系，至今仍被认为是追求卓越教育的正确方向。成果导向教育是指，教学设计和教学实施的目标是学生通过教育过程最后所取得的学习成果。这里所说的成果是学生最终取得的学习结果，是学生通过某一阶段学习后所能达到的最大能力或一个完整的作品。按照反向设计原则，设计一个USB 的开放式运动控制器作为成果，引导学生完成整个任务，对指导学生职业能力培养研究具有现实意义。
2 基于USB 的开放式运动控制器设计
当控制直流伺服电机和交流伺服电机时，用光电码盘把控制对象的运动信息反馈给运动控制器，进行闭环控制。与步进电机控制系统相比，伺服电机控制系统要更加复杂，增加了检测单元，而且伺服电机一般是由模拟量来控制的，也需要模数（A/D）和数模（D/A）转换等环节。同时，伺服控制可以达到比步进电机控制高得多的控制精度。
在伺服电机的运动控制系统中，运动控制器处于核心的地位，完成复杂的实时速度控制和位置闭环控制。因此要求运动控制器采用先进的控制算法，实现点到点位置控制、多种速度控制方式（S- 曲线、梯形曲线）以及伺服采用周期可编程等功能。开放式的伺服运动控制器还应该具有与上位机或外界PC 总线、现场总线等进行通信的接口和命令处理的功能。一般来说，伺服运动控制器包括反馈输入及其它开放式I/O 接口、运动控制和信号处理、数模转换（DAC）、通讯接口等部分。
所设计的运动控制器由主卡卡和接口卡组成，如图所示。主卡集成了PC 机与DSP通信电路，DSP 辅助电路，存储器扩展电路，LM628 智能运动控制单元，GAL 译码、中断和闭环伺服处理电路，电压控制转换电路等。转接卡通过50 针接头与主卡相连。伺服使能、报警清除等输出信号经过光电隔离后通过25 针接头对电机进行控制或者连到I/O端子排进行输出。
运行过程中，PC 机把粗插补的数据通过PC 机与DSP 通讯电路传递给DSP 进行时间分割精插补。
虽然TMS320LF2407 是专门面向运动控制应用的数字信号处理器，其上包含了电机控制应用所需要的各个主要功能模块，但是因为DSP 时序和USB 总线时序不匹配，致使数据传输不可靠。用LM628 代替TMS320LF2407 来完成反馈调节功能，充分利用2407 高达64K 的I/O 空间和流水线操作使数据存储更加方便快捷的特点，使其作为控制器的枢纽，通过自身的数据口、地址口、I/O 口和中断口对其它元器件进行工作调度，成为控制器的“管理者”，让LM628 成为“计算器”负责一个固定算法的实现，可以方便的扩展多个轴而不会使DSP 因开销大而影响系统工作。因此，DSP 负责接收和识别上位机发送的控制命令和数据，并进行一些必要的处理：如识别、重组、格式转换等处理，再下达给相应的设备，组织控制系统工作。反过来，它又采集运动过程中的相关数据报告给上位机以供分析和处理，并自动监视系统工作状态，防止运动出错或跑飞。
该控制器的工作原理为：上位机软件接收操作者的控制信息，经PC 机计算处理后，送到相应地址口，控制器上的DSP 对这些信息进行读取。对伺服电机的控制，DSP 将初步处理的信息送给自带PID 算法的LM628，在运动过程中LM628 通过自带的PID 算法可以对上位机初步处理的数据进行精确控制，能自动处理电机的码盘反馈信号，计算出与给定位置的误差值，自动调节后将信号送D/A 转换器MAX7545 进行D/A 转换，转换得到的模拟电压量送伺服放大器LM358，然后送到伺服电机的驱动器中，控制电机进行相应的动作；对步进电机的控制则由固化在DSP 内的算法产生PWM 波和I/O 口直接进行控制。在控制过程中DSP 还对各轴状态进行判断并通过控制器地址口实时反馈给PC机，PC 机对这些信号进监控和处理。
把基于USB 的开放式运动控制器设计作为教学成果，成果设计指向职业能力标准，教学目标与教学内容以及教学过程具有明显的职业指向性，正对性和开放性，灵活运用成果导向，工学交替，项目驱动等教学模式，实现了教学内容项目化，实物化，作品化，教学过程程式化，标准化，规范化，教学效果可视化。由认知到行动，职业核心能力是人们职业生涯中除岗位专业能力之外的基本能力,它适用于各种职业,是适应岗位不断变换、伴随人终生的可持续发展能力。
【此文为黑龙江省教育厅科学技术研究项目研究，项目编号12535164】
作者单位：黑龙江职业学院
论文作者:鲍敏杨俊伟刘佳鲁
论文发表刊物:《教育研究·教研版》2015年5月供稿
论文发表时间:2015/8/6
标签：控制器论文; 成果论文; 能力论文; 上位论文; 开放式论文; 电路论文; 伺服电机论文; 《教育研究·教研版》2015年5月供稿论文;