电气与控制实验教学中心

北方工业大学电气工程学院

2018年7月

中心简介

电气与控制实验教学中心于2015年1月获批为北京市高等学校实验教学示范中心，同时是北方工业大学综合工程训练中心(国家级实验教学示范中心)的分中心。

中心定位

以服务首都社会经济发展、培养适应未来世界的高层次实践型人才为目标，以培养学生的创新精神和工程实践能力为核心，充分融合我校电气、控制、能源、交通等专业学科的软硬件资源和科研优势，为培养我校相关领域专业人才的工程实践能力、创新创业能力提供全方位的平台支撑。

教学理念

全要素、开放式、线性+非线性双进程交叉培养、场景化实践教学。

人才培养模式

工程筑基、场景融通、开放自主、系统成才。

教学成果

“分层教学、分流培养、分类成才”——人才培养模式的研究与实践，2014年，国家级二等奖

“面向需求，校企合作，科教结合，协同育人”——自动化国家级特色专业建设成果，2013年，北京市一等奖

基础数据

承担9个学院、11个专业、81门课程的实践教学任务，近三年年均实验学生9800余人次，教学使用面积2790平方米，设备5996件套，总资产11276万元，包括18个专业实验室、1个创新实验室。

师资情况

拥有一支结构合理、教学水平过硬，富有创新精神的教学团队，现有专职教师21人，其中高级职称8人，拥有北京市级优秀教学团队1个。

在中国制造2025、京津冀协同发展、人工智能与各类工业技术迅速融合的背景下，电气与控制实验教学中心积极响应新工科发展要求，致力于培养具备工程实践能力、创新能力、国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才。

实验教学篇

实验中心实验室概况

新能源发电与微电网实验室

新能源发电与微电网实验室隶属电气与控制工程学院实验中心，现有室外微电网系统、室内风光互补综合实验仿真系统、微电网控制系统、环境监测仪系统等实验设备，能够为学生提供整套新能源发电与微电网实验平台,在此平台基础上可以进行系列教学实验并满足科研需求；同时，还可作为集中展现各种创新性研究成果的展示平台和高技术人才培养基地；实验室承担《风力发电原理》、《光伏发电原理》和《新能源变换与控制》等课程实验实践教学任务；组织学生参加全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛并获得多个奖项。

新能源发电与微电网实验平台

风光互补实验系统（1）

风光互补实验系统（2）

电力电子与电气传动实验室

电力电子与电力传动实验室目前承担我校电气类专业的《现代电力电子技术》、《交直流调速系统》、《现代电力电子技术综合实验》等课程的实验教学任务。实验室配备电气传动实验台DBS-1 10台，DC-DC变换实验箱20套、积木式电力电子综合实验平台8台等，可以完成相关课程的实验，并可承担电力电子及交直流调速相关的开放实验、工程实训及毕业设计等任务。实验室特色：基于模块化、积木式理念，构建电力电子技术及交直流调速系统综合实验项目。

电力电子与电力传动实验室每年都积极参与各项大学生科技活动及电子竞赛的指导工作，指导的科技活动有：大学生科学研究与创业行动计划、大学生科技活动等；涉及的竞赛项目有：全国大学生电子竞赛、 中国机器人大赛暨RoboCup公开赛、“飞思卡尔杯”全国大学生智能车竞赛等。多次获得了各类奖项，取得了良好的成绩，尤其在2015年和2017年的全国大学生电子竞赛中指导学生分别取得了全国一等奖和二等奖各一项。

2015年全国大学生电子设计竞赛颁奖仪式

模块化交直流调速实验平台

电力电子实验室积极开展学生科技活动

单片机实验室

单片机实验室隶属于电气与控制工程学院实验中心，占地近300m²，有实验设备70套，可实现两个自然班一人一组同时上课。现承担电控学院自动化、电气、能源和交通四个专业的专业基础课《单片机原理及应用》实验课，还承担了机械与材料工程学院机械、材控专业的《单片机技术及应用》实验课，同时还承担了专业选修课《智能仪器》的实验课。在保证每位学生上好相应实验课的基础上，为锻炼学生实践能力提升就业考研竞争力，单片机实验室每年还组织校级单片机竞赛，参赛人数近百人，获奖人数超过一半以上。另外，单片机实验室每年还组织和选拔电控学院学生参加工信部举办的全国软件和信息技术专业人才大赛（单片机设计与开发大学组），参赛人数年均50人左右，北京赛区获奖学生人数在80%左右，进入全国总决赛并获奖的学生在10%左右。

单片机实验课堂教学

单片机原理课程考试的实际操作验收

学生在科技活动区进行科技活动

PLC实验室

PLC实践教学团队紧紧抓住“原理—应用—能力—创新”这条主线，自研建设了“S7-200PLC、S7-300PLC、S7-400PLC与数字调速”三层次的PLC实验室，并跟踪相关行业技术发展，引入S7-1200、S7-1500等新型PLC控制系统。实验室具有PLCSK可编程控制系统实验实践装置15套，由S7-200PLC、S7-300PLC和多种被控对象组成；PLC分布式全数字传动综合系统化系统2套、交直流变频调速实验系统14套，由S7-400PLC、EI200M、触摸屏、高性能变频器、高性能直流数字调速器和电机机组等组成。

PLC实验室承担了学校控制类、电气类、机械工程类、材料类、能源类等专业的课内实验、课程设计、工程实训、毕业设计等实践教学任务，为PLC与数字调速技术应用型人才培养提供了先进的硬件环境。

PLC实验室主要教学实践项目有：

●  设计性课内实验、开放实验二十余项；

●  开放实验以及工程实训项目，每年参与学生100余人次；

●  PLC实验室负责承办北方工业大学PLC创新设计大赛，竞赛面向全校相关专业学生，每年春季学期举办一次。实验室提供场地与设备，统一命题评价，设立一二三等奖，获奖成绩可以计入素质拓展学分。

中心自主研发的PLC实验装置（1）

中心自主研发的PLC实验装置（2）

17级自动化实验班开展科技培训活动

PLC原理及应用课程实验

每年一度的北方工业大学PLC创意设计大赛

控制理论实验室

控制理论实验室承担全学院《自动控制原理》、《计算机控制系统》、《现代控制理论》等课程的实验教学任务。为提高相关课程的实验教学水平，实验中心编写了《自动控制原理实验教程》等多本专业教材，自行研制了系列化新型控制理论实验装置50余台套，将传统的实验方法与计算机技术结合起来，并和MATLAB仿真软件配合使用，提高了学生的学习兴趣，取得了令人满意的实验教学效果。多种实验装置已形成教学产品并推广至多所兄弟院校。

实验教学中心还配备有开放式运动控制实验平台、智能监控实验平台、各型倒立摆等较先进的实验教学设备，开设课内实验及课外开放实验项目三十余项，可全面地满足相关课程的实验教学要求，实验中心面向全校师生开放，积极组织开展全国大学生电子竞赛、飞思卡尔智能车等各项大学生科技竞赛活动，年均获奖30多人次。

中心自主研发的实验设备（已推广到多所高校）

自控计控实验室

中心编写的实验教材

学生利用自主研发的科技创新平台开展科技活动

交通控制与检测实验室

智能交通实验室以城市道路交通智能控制为应用环境，面向交通设备与控制工程相关专业高年级本科生以及研究生，提供智能交通相关课程的实验教学、工程实训以及实验室开发项目。实验室承担《道路交通检测技术》、《高速公路机电工程检测技术》、《交通管理与控制》、《城市交通控制系统》、《道路交通工程设计》等专业课的实验以及相关课程设计、工程实训及毕业设计等教学任务。

本实验室能对本科生开展单点/干线/区域协调信号控制、硬件在环仿真、交通诱导信息发布、线圈/RFID/视频/红外/超声波等各类检测技术、智能交通系统集成、智能小车开发、交通工程设计等各类注重动手实践的实验项目，能够培养本科生具备扎实的基础理论和较强的实践能力和创新能力，毕业后可在城市交通、公路交通等领域从事智能交通系统的咨询、设计与研发等方面的工作，并得到用人单位的广泛认可。

系统仿真实验室

系统仿真实验室拥有台式计算机100台，承担我校本科自动化、电气工程及其自动化、能源工程及自动化、交通设备与控制工程等专业的《C程序设计》、《数据库技术》、《系统仿真》、《软件设计应用》、《嵌入式系统开发》、《电子线路CAD》、《网络与通信》等课程及电气工程、控制科学与工程一级学科硕士研究生《信号分析与处理》、《软件开发技术》、《最优控制》、《计算机控制系统》等课程的实验上机任务，可同时对100名学生进行软件类科技培训活动。

空间充裕

设备齐全

大学生创新实验室

大学生创新实验室隶属于电气与控制工程实验中心，依托学院资源组织各类大学生创新实践活动，组织参加各类校内外学科竞赛，取得丰硕成果，实验室提供学生进行科技创新的各种仪器设备和耗材，并且配备专门老师指导学生的创新活动。创新实验室坚持以学生为本，以提升学生综合素质为出发点，为在校生的创新创业活动提供指导与支持。迄今为止，为各大高校、企业、社会培养大量创新型工程人才。

科技培训活动

针对低年级学生开展的科技竞赛活动

科技活动篇

电控学院尤其重视学生的动手能力、工程能力、团队合作能力以及创新能力的培养，把实践教学作为电控学院学生培养过程的重要环节。

经过多年建设，不断总结经验，大学生科技活动整体上与其他实践教学环节、课程教学之间相互促进，形成了富有成效的实践教学体系。在组织学生竞赛的过程中，实验中心注意结合各个系相关课程的内容和进度安排，组织了多种形式的科技竞赛活动。

目前，针对大学一年级到四年级的学生特点，实验中心已经建成专业化、系列化、层次化的科技活动体系。

实验中心的学生科技活动成果显著：

2015年555人次参与，获得省部级奖项50项，国家级奖项10项；

2016年565人次参与，获得省部级奖项70项，国家级奖项7项；

2017年750人次参与，获得省部级奖项86项，国家级奖项17项。

电控学院大学生科技活动获奖情况简表

电控学院大学生科技竞赛（活动）项目一览表

全国大学生电子设计竞赛

全国大学生电子设计竞赛由教育部和工业和信息化部共同举办，该竞赛是面向大学生的群众性科技活动，目的在于推动高等学校促进信息与电子类学科课程体系和课程内容的改革，有助于高等学校实施素质教育，培养大学生的实践创新意识与基本能力、团队协作的人文精神和理论联系实际的学风；有助于学生工程实践素质的培养、提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力；有助于吸引、鼓励广大青年学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才的脱颖而出创造条件。

电气与控制工程学院精心组织，参赛同学刻苦努力，指导教师辛勤指导，在近四届竞赛中均取得了优异的成绩，共计获得国家一等奖2项，国家二等奖7项，在全国同类院校中成绩突出。

电气与控制工程学院学生参加全国大学生电子设计竞赛获奖情况

学院将继续加强学生创新能力的训练和培养，鼓励广大学生踊跃参加各类学科竞赛，不断提升本科生的人才培养质量。

2013全国一等奖获奖证书

2015全国一等奖获奖证书

获得2013年全国一等奖同学

获得2015年全国一等奖同学

2017年全国大学生电子竞赛复测现场

“西门子杯”中国智能制造挑战赛（CIMC）与CIMC Campus-Hub校园学习中心

“西门子杯”中国智能制造挑战赛由教育部高等学校自动化类专业教学指导委员会、西门子（中国）有限公司和中国仿真学会联合主办，大赛根据教育部卓越工程师计划的要求，于2012年获得教育部质量工程的资助，是中欧工程教育合作内容之一。大赛同时是教育部《2015年产学合作专业综合改革项目和国家大学生创新创业训练计划联合基金项目》中明确的竞赛。2016年大赛成为中德青少年交流年活动内容之一，2017年纳入成为金砖国家技能发展与技术创新大赛的核心赛事之一，是中德高级别人文交流机制成果。近年来，电控学院组建了竞赛指导经验丰富的指导教师队伍，由学院统一组织学生参加CIMC，年均参与学生超过40人次，累计获国家级一等奖、二等奖8项，省部级特等奖、一等奖等26项，CIMC已逐渐成为电控学院工程应用与实践能力提升的“第二课堂”。

2016年CIMC总决赛颁奖仪式

2017年CIMC总决赛颁奖仪式

2017年CIMC总决赛

2017年CIMC国家一等奖、二等奖及初赛特等奖证书

学校教务处及电控学院高度重视CIMC，经过前期精心组织，电控学院于2016年向大赛组委会成功申报建立了CIMC Campus-Hub校园学习中心，现阶段全国仅92所高校获批建立。

北方工业大学CIMC Campus-Hub校园学习中心证书

北方工业大学CIMC Campus-Hub校园学习中心

北方工业大学CIMC Campus-Hub校园学习中心培训

智能机器人场景化实验室与ROBUMASTER全国大学生机器人大赛

智能机器人场景化实验室，我们以智能机器人作为场景，以复杂问题作为目标，是多学科学生协作的综合性，系统性工程教育和创新实践基地，我们以移动机器人为基础，和空中机器人、多关节机器人共同构建了多种机器人协同的实践环境。

智能机器人场景化实验室成立于2014年，同年实验室组织DreamTeam战队参加了RoboMaster全国大学生机器人竞赛。DreamTeam战队连续三年参加全国大学生机器人竞赛，2015赛季、2016赛季获得全国十六强，2017年他们在全国赛小组赛中力挫卫冕冠军西部大魔王电子科技大学，成功晋级16强，在16进8的淘汰赛中战胜了传统强队华中科技大学首次进入全国八强，并在最终激烈的对抗中取得了全国前六的排位。2018年北方工业大学DreamTeam机器人战队经过华北赛区激烈角逐后，进入第十八届RoboMaster全国大学生机器人大赛全国总决赛，期待他们在全国在的精彩表现。

第十八届RoboMaster全国大学生机器人大赛华北赛区出征合照

第十八届RoboMaster全国大学生机器人大赛华北赛区一等奖合照

RoboMaster竞赛装备-步兵机器人

RoboMaster竞赛装备-哨兵机器人

RoboMaster竞赛装备-英雄机器人

RoboMaster竞赛装备-空中机器人

智能机器人场景化实验室面向全校本科生和研究生开放，提供了多学科学生之间交流、研讨、互助、实践和创新的氛围和条件。实验室秉承自由灵动、卓越创新的理念，搭建了包含基础技能学习、综合技能实践、创新驱动培养的多个层面、立体交又的培养体系。实验室以学生建立结构化的知识体系和解决结构化的问题为主题，通过场景重构和问题重组培养学生以问题为驱动的学习思维，提高学生自主学学习和自主创创新的勇气和能力。智能机器人场景化实验室以智能机器人及其应用为场景，沿着动机引导，效率激活、场景实践，卓越创新培养路线，服务有益于社会发展的卓越工程师培养。

智能机器人场景化实验室层级体系

智能机器人场景化实验室理念

蓝桥杯全国软件和信息技术专业人才大赛

2010年正式启动由教育部就业指导中心支持，工业和信息化部人才交流中心举办蓝桥杯全国软件和信息技术专业人才大赛，近几年，该赛事已发展成为全国规模最大的赛事，参赛人数由最初3000多人发展到现在的3万多人，参赛院校由最初的几十所到现在包括北大、清华在内的超过 1200 余所。

北方工业大学从第一届开始就是蓝桥杯大赛的承办院校，电控学院学生从第一届开始参赛到今年已经9届，历届报名参赛人数平均50人左右，北京赛区获奖学生人数在80%左右，进入全国总决赛并获奖的学生在10%左右。

蓝桥杯大赛每年10月份开始报名，省赛时间在第二年的三四月份，省赛获得一等奖的学生可以参加5月份举办的全国总决赛。电控学院以单片机实验室为依托为学生参赛创造了良好条件，每学年度两个学期都会有关于竞赛板的开放实验，每年报名前都会组织培训并进行选拔，赛前组织往届获奖学生进行经验传授，使学生在比赛中取得了优异成绩。

电控学院历届参赛获奖学生在大赛中得到了锻炼，使他们在保研、考研及就业等方面都有优势。

l  刘杰：第五届蓝桥杯全国总决赛三等奖，考研北方工业大学

l  苏树祥  第六届蓝桥杯全国总决赛二等奖  考研北京理工大学

l  李达   第六届蓝桥杯全国总决赛三等奖  保研清华大学自动化系

l  罗龙  第六届蓝桥杯北京赛区二等奖 保研中国科学院

l  孙科星  第七届蓝桥杯全国总决赛三等奖  考研四川大学

l   廖诣深  第七届蓝桥杯全国总决赛三等奖、第八届蓝桥杯全国总决赛二等奖、考研北京工业大学

l  李雅斌  第八届蓝桥杯全国总决赛二等奖、考研北京交通大学    

l  宋奎铮 第八届蓝桥杯全国总决赛二等奖、考研天津大学

l  熊勇 第八届蓝桥杯全国总决赛三等奖、保研浙江大学

比赛获奖证书

中心教师认真指导竞赛活动

智能车竞赛

智能车竞赛具有综合性强、难度适中、便于组织开展的特点，得到广大高校师生的高度评价和积极参与，现已发展成为全国30多个省市自治区600多所高校广泛参与的大型大学生科技赛事，为培养科技创新人才搭建了平台，同时也得到了社会各界的好评和支持。

电气与控制工程学院自2007年开始组织参加全国大学生智能车竞赛，自2011年起组织本校智能车竞赛，以此为平台培养创新实践人才，近十年来，累计获得省部级以上科技竞赛奖励40余项，更重要的是，通过比赛培养了一批自动化专业人才，目前，每年报名参加智能车竞赛的学生在30人以上，通过积极参与智能车竞赛，学生的实践创新能力有了明显提高，缩短了成才周期约半年左右，为升学就业创造了良好的条件。

北方工业大学学生科学技术协会

北方工业大学学生科学技术协会（下文简称“科协”）是在电气与控制工程学院领导下, 接受专业老师指导的优秀学生组成的群众性组织。以探索科学技术，提高创新实践能力为宗旨，采取自我管理、自我学习、自我发展、服务校园的运行模式。

学生科协的运行目标是：培养科学素养，学习科学方法，锻炼实践能力，建立工程观念；促进学生科技竞赛活动的开展，为提高协会成员的实践动手能力、工程应用能力和创新创业能力提供全面支持。

(1) 为学习服务： 破解大二难题；

(2) 为就业服务：提高就业竞争力；

(3) 为考研服务： 提高复试成绩；

(4) 为创业服务：实现自己的价值。

每年一度的电路制作大赛（低年级）

51单片机兴趣小组

飞思卡尔兴趣小组

工程实践篇

“创新能力培养”已成为我国本科生教育工作的指导方针。《国家中长期教育改革和发展规划纲要( 2010—2020 年) 》中对人才培养的制度改革提出了明确的要求: 创新人才培养模式，适应国家和社会发展需要，遵循教育规律和人才成长规律，深化教育教学改革，创新教育教学方法，探索多种培养方式，以形成各类人才辈出、拔尖创新人才不断涌现的局面。

高校学生创新精神和实践能力的培养是新工科建设的必然要求，是本科生教育的核心目标之一，国内外高校为解决该问题进行了大量的探索与尝试。

众多教学实践表明，组织大学生参与工程项目和科学研究工作，对培养学生的科学素养和创新能力，激发本科生的兴趣具有非常现实的意义。

为了适应新工科的迅猛发展，实验中心在对相关成功案例进行系统考察的基础上，立足于地方高校本科生生源素质、教学组织形式、培养目标等特点，在本科生参与科研训练的机制构建、实践途径、评价体系等方面进行了初步的尝试。

控制理论实验教学设备研制

控制理论实验室以实验教学设备研制为载体，将实验教学、科技竞赛、研发、生产等要素有机结合，着力培养学生的创新能力和工程素质，使学生在参加智能车竞赛等活动中，培养起来的实践能力，通过研发实验教学产品得以固化，形成了学习-竞赛-研发-生产的完整学生培养链条，同时研究成果也反哺到实验教学和竞赛开展活动中，形成了良性循环。

通过多年潜心研究，研制成功了自控计控实验箱、多功能测控实验装置、直流电机伺服控制系统、直线倒立摆等多种新型实验装置，通过与教学设备公司合作，已成功推广至二十余所高校。

多功能测控实验装置

控制工程综合创新实验装置

直流电机伺服控制实验装置

自控计控实验箱

飞轮储能系统研究

飞轮储能项目是重点项目研究室承接的众多项目之一。飞轮储能系统目前广泛应用于不间断电源、电动汽车电池以及风力发电等各个领域。它是一种机电能量转换的储能装置，通过电动/发电互逆式双向电机，电能与高速运转飞轮的机械动能之间的相互转换实现了电能的输入、储存和输出过程。而磁悬浮轴承也是目前的一大热点，飞轮储能系统采用磁悬浮轴承后，只要飞轮的材料有足够的机械强度，飞轮的转速就可以大大提高，储能密度也因此得到提高，利用价值极高。

这个项目的完成主要体现了产学研一体化的特点。企业、科研院所和高校之间的合作，以企业为技术需求方，与以高校为技术供给方之间的合作，其实质是促进技术创新所需各种生产要素的有效组合。

这个项目的软件编程主要由重点项目研究室的学生开发完成。在硬件平台的搭建以及软件开发的过程中，遇到了不少困难与问题，学生并没有气馁和退缩。在一遍遍的调试与测试中，一步步攻克了大大小小的问题，最终成功完成了这个项目。

这次飞轮储能项目的成功，也是重点项目研究室产学研一体化培养的成功，促进了产业与高校之间的技术交流。高校的人才培养能更加适应社会企业的需求，以高素质的专业人才来完成对行业内的转型需求。使学生在毕业后可以快速融入到企业中，实现自身价值。

学生参与飞轮储能系统的组装与调试

臭氧发生器研发

臭氧发生器项目是电控学院在环保领域的重要研究成果，研制的新型大功率板式臭氧发生器具有体积小、效率高、成本低、组合方便（模块化结构）等优势。它以空气为原料，通过介质阻挡放电法将空气中的氧气变成臭氧，实现污水和烟气的一次性治理，属于最新环保控制工艺。与现有产品相比，实现提高臭氧出口浓度10-15%，节约单位产量电耗10%-20%，减小设备体积70%左右。电控学院学生在实验室通过熟悉高效板式臭氧发生器结构及工艺、集成控制系统等内容，加入到项目的检测仪器仪表系统设计、污水净化模拟实验中，对水污染处理中的臭氧净化效果分析做出了贡献。

项目组先后承担北京市重大专项2项。项目组成果“基于板式臭氧发生器的污水深度处理技术”入选《北京市水污染防治技术目录》(共27项)。本项目已经形成了系列化产品，并获得了专家鉴定认可，获得22项专利及软件著作权，发表论文10余篇，在20余家企业进行了推广应用，取得了显著的经济效益和社会效益。

学生在调试臭氧发生器