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1、机电一体化系统设计课程教学大纲课程名称：课程名称：机电一体化系统设计英文名称：英文名称：System Design to Mechanical & Electrical Integration课程编码：课程编码：51510531学时学时/ /学分学分：36 学时/2 学分课程性质课程性质：选修（现代制造工程方向） ，必修（机械电子工程方向）适用专业：适用专业：机械设计制造及自动化先修课程先修课程：机械原理、机械设计、电工电子技术、机械工程微机控制原理、机械工程控制基础、机械工程检测技术等。一、课程的目的与任务一、课程的目的与任务本课程是机械设计制造及其自动化专业的一门专业课。机电一体化是一门综
2、合性的学科，涉及到机械、电子、信息、自动控制等多学科领域，应用范围极其广泛。学习机电一体化系统的设计理论、方法和应用，是适应技术新潮流的需要，是自主创新的需要，对培养学生的设计能力、新产品的开发能力具有十分重要的作用。本课程并不详细介绍其中涉及的某一专门技术，而是从机械与电子等融合的角度，介绍机电一体化系统的组成、设计思想及方法、典型产品的分析等内容。使学生在了解机电一体化系统基本组成的基础上，掌握常用机械传动系统、传感与检测系统、伺服驱动系统、微机控制系统的工作原理、性能、特点及应用，从而能综合运用这些技术，提高对现有机电一体化系统的综合分析、设计能力，也为新产品的开发奠定理论基础。二、教学
3、内容及基本要求二、教学内容及基本要求第第 1 章章 绪论（绪论（2 学时）学时）教学目的和要求教学目的和要求:掌握机电一体化的基本概念，了解机电一体化技术发展趋势。通过本章的学习，应使学生掌握机电一体化的定义与内涵，基本结构要素以及相关的关键技术。教学重点和难点：教学重点和难点：机电一体化的定义与内涵，及其相关的关键技术。教学方法与手段：教学方法与手段：采用多媒体教学，激发学生的学习兴趣。尽量采用启发式、讨论式教学，促进学生积极思考，开发学生的潜能，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；教学内容：教学内容：1.1 机电一体化基本概念1.2 机电一体化系统的基本组成1.3 机电一体化系统的
4、共性关键技术（或机电一体化技术基础）1.4 机电一体化的分类及其应用1.5 机电一体化的发展趋势复习与作业要求：复习与作业要求：结合课堂教学内容，适当布置若干复习思考题，使学生加强对基本理论、基本知识的理解和巩固，掌握本章的主要内容。培养学生分析问题、解决问题的能力；培养学生的独立思考及查阅资料和知识应用能力。考核知识点：考核知识点：机电一体化的定义与内涵，基本结构要素以及相关的关键技术。辅助教学活动：辅助教学活动：上网或到图书馆查找与机电一体化相关的书籍和期刊，上交查找结果。第第 2 2 章章 机电一体化中的机械系统设计（机电一体化中的机械系统设计（6 6 学时）学时）教学目的和要求教学目的
5、和要求:掌握机电一体化技术对机械技术的基本要求；掌握各种机械传动装置为满足上述基本要求而采取的技术措施；了解各种机械传动装置的结构型式及基本工作原理；掌握滚动丝杠和齿轮传动装置消除传动间隙和预紧的方法；掌握滚动丝杠的选择与计算；掌握齿轮传动总传动比的确定及各级传动最佳传动比的确定；掌握导轨的选择、计算和安装。了解支承机构和执行机构的基本结构和工作原理。教学重点和难点：教学重点和难点：按最小转动惯量确定齿轮系的总传动比，滚珠丝杠螺母副的选择计算，滚动导轨的选择计算教学方法与手段：教学方法与手段：采用多媒体教学，激发学生的学习兴趣。尽量采用启发式、讨论式教学，促进学生积极思考，开发学生的潜能，培养
6、学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；2.1 机械系统的主要组成2.2 机械传动机构设计2.3 支承机构设计2.4 机械执行机构设计复习与作业要求：复习与作业要求：结合课堂教学内容，适当布置若干复习思考题，使学生加强对基本理论、基本知识的理解和巩固，掌握本章的主要内容。培养学生分析问题、解决问题的能力；培养学生的独立思考及查阅资料和知识应用能力。考核知识点：考核知识点：机电一体化传动系统的特性及常用传动装置的工作特点及设计方法。第第 3 章章 机电一体化中的检测系统设计（机电一体化中的检测系统设计（4 学时）学时）教学目的和要求教学目的和要求:掌握常用传感器的基本原理（旋转变压器、感应同步器
7、、测速发电机、光栅尺、磁栅尺、编码器等） 。掌握检测系统的典型组成、模拟量的转换输入和数字信号的预处理等基本原理和基本电路。教学重点和难点：教学重点和难点：传感器的选择与使用，信号变换技术(传感器接口电路、放大电路、模数转换、数模转换) 教学方法与手段：教学方法与手段：采用多媒体教学，激发学生的学习兴趣。尽量采用启发式、讨论式教学，促进学生积极思考，开发学生的潜能，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力。教学内容：教学内容：3.1 传感器的功用和特性3.2 常用传感器及选择使用3.3 模拟信号检测系统3.4 数字信号检测系统3.5 检测信号的采集与处理复习与作业要求：复习与作业要求：结合课
8、堂教学内容，适当布置若干复习思考题，使学生加强对基本理论、基本知识的理解和巩固，掌握本章的主要内容。培养学生分析问题、解决问题的能力；培养学生的独立思考及查阅资料和知识应用能力。考核知识点：考核知识点：传感器的组成、分类和性能指标，各种传感器的基本原理及应用特点。传感器与计算机的接口设计第第 4 章章 机电一体化中的伺服系统设计（机电一体化中的伺服系统设计（8 学时）学时）教学目的和要求教学目的和要求:掌握机电一体化系统中的伺服传动系统的组成与设计方法，了解不同伺服传动系统的应用特点。通过本章的学习，应使学生掌握交、直流伺服系统，步进伺服系统的组成以及工作原理，了解电液伺服系统的工作原理及特点
9、。教学重点和难点：教学重点和难点：交、直流伺服系统，步进伺服系统的工作原理。教学方法与手段：教学方法与手段：采用多媒体教学，激发学生的学习兴趣。尽量采用启发式、讨论式教学，促进学生积极思考，开发学生的潜能，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；4.1 概述4.2 直流伺服系统及应用4.3 交流伺服系统及应用4.4 步进电动机的驱动与控制4.5 电液伺服系统复习与作业要求：复习与作业要求：结合课堂教学内容，适当布置若干复习思考题，使学生加强对基本理论、基本知识的理解和巩固，掌握本章的主要内容。培养学生分析问题、解决问题的能力；培养学生的独立思考及查阅资料和知识应用能力。考核知识点：考核知识
10、点：交、直流伺服系统，步进伺服系统的组成以及工作原理。第第 5 章章 机电一体化中的计算机控制系统设计（机电一体化中的计算机控制系统设计（10 学时）学时）教学目的和要求教学目的和要求:掌握机电一体化系统中计算机系统的组成与应用，了解不同组成系统的应用特点。通过本章的学习，应使学生掌握工控机的组成及分类，单片机控制系统的设计方法，PLC 的工作原理以及计算机接口设计的方法，了解不同计算机控制系统的应用特点。掌握机电一体化控制系统数学模型建立的方法以及常用的控制策略。掌握 PID 控制的方法。教学重点和难点：教学重点和难点：单片机接口设计，PLC 的工作原理。PID 控制算法教学方法与手段：教学
11、方法与手段：采用多媒体教学，激发学生的学习兴趣。尽量采用启发式、讨论式教学，促进学生积极思考，开发学生的潜能，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；5.1 机电一体化控制系统的类型及特点5.2 基于工控机的控制系统设计5.3 基于单片机的控制系统设计5.4 基于可编程序控制器的控制系统设计5.5 PID 数字控制器设计5.6 机电一体化系统的智能控制技术复习与作业要求：复习与作业要求：结合课堂教学内容，适当布置若干复习思考题，使学生加强对基本理论、基本知识的理解和巩固，掌握本章的主要内容。培养学生分析问题、解决问题的能力；培养学生的独立思考及查阅资料和知识应用能力。考核知识点：考核知识点
12、：工控机的组成及分类，单片机控制系统的设计方法，PLC 的工作原理以及计算机接口设计，PID 控制算法。第第 6 章章 机电一体化系统设计方法与实例（机电一体化系统设计方法与实例（2 学时）学时）教学目的和要求教学目的和要求:了解机电一体化系统的设计思想、设计目标、设计类型、设计准则、设计原则、设计方法、设计流程、性能评价等。教学重点和难点：教学重点和难点：机电一体化总体设计的内容及方法。教学方法与手段：教学方法与手段：采用多媒体教学，激发学生的学习兴趣。尽量采用启发式、讨论式教学，促进学生积极思考，开发学生的潜能，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力。教学内容：教学内容：6.1 机电一
13、体化系统设计概述6.2 机电一体化产品的技术路线6.3 典型机电一体化装置的基本组成及设计方法复习与作业要求：复习与作业要求：结合课堂教学内容，适当布置若干复习思考题，使学生加强对基本理论、基本知识的理解和巩固，掌握本章的主要内容。培养学生分析问题、解决问题的能力；培养学生的独立思考及查阅资料和知识应用能力。考核知识点：考核知识点：机电一体化系统的设计思想、设计目标、设计类型、设计准则、设计原则、设计方法、典型机电一体化装置分析。辅助教学活动：辅助教学活动：让学生课外查找跟机电一体化系统有关的资料，分析其结构及工作原理。三、课程教学的特色说明三、课程教学的特色说明本课程是机械电子工程专业的主干
14、专业课。本课程从系统的观点出发，利用机械技术和电子技术，通过机电有机结合构造最佳的机电系统。本课程主要学习机械系统、传感检测系统、伺服系统、控制系统等设计和选择方法，讨论机电一体化系统的接口等系统总体技术。本课程强调知识结构系统性和教学体系完整性的统一，使学生对机电一体化技术有较全面的认识，比较系统地掌握机电一体化系统各元部件的选择计算和总体设计的基本理论和方法，初步具备机电一体化系统的设计能力。本课程内容较多，可根据教学进度安排适当的自学内容。自学是大学生获得知识的另一种重要方式。由教师指导、落实学生自学，及时答疑。教师应启发学生积极思考，鼓励学生提出问题，对于共性问题可适当安排课堂讨论。教
15、师还可根据学生学习的实际情况，布置一些有针对性的作业，比如查找资料，写出论文等。科学、合理使用现代教育技术，利用多媒体教学课件，将专业基本技能与教学内容紧紧结合，教学内容随时融入新理论、新技术、新方法，采用适当的激励，鼓励学生在平时的作业中运用先进的设计方法和手段，如计算机辅助设计、计算机绘图、计算机仿真等，将实践教学融入课堂教学中，培养学生独立分析和解决实际问题的能力。四、考试大纲1考试的目的与作用；机电一体化系统设计是机械设计制造及其自动化专业的一门专业课。学生的考试成绩是对其学习水平评价的重要因素之一，通过复习考试，可以巩固学生所学机电一体化系统设计的基本理论，加深对机电一体化系统各组成
16、部分的结构以及设计方法的认识；教师通过考试可以考核学生对所学知识点的掌握程度，找出共性问题；另外，通过考试还可以检查教学效果，为今后进一步提高机电一体化系统设计课程的教学质量，促进课程建设提供重要的参考依据。2考核内容与考核目标；理解机电一体化系统中各结构要素在系统中的作用和相互关系。了解机电一体化系统中常用传感器、传动机构、动力驱动装置和计算机控制系统种类和特点。掌握机电一体化系统中机械、传感检测、伺服驱动、控制等基本结构要素的技术特点，掌握典型装置的技术原理和使用方法。了解典型机电一体化产品的构成、特点和设计方法，学会设计简单的机电一体化产品。3主要参考书；（1）袁中凡等编著.机电一体化技术（第 2 版）.电子工业出版社，2010.5（2）刘杰主编。机电一体化技术基础与产品设计（第 2 版）.冶金工业出版社.2010.6（3）张建民等编著. 机电一体化系统设计（第三版）.高等教育出版社，2007.7（4）王茁, 李颖卓, 张波主编.机电一体化系统设计 .化学工业出版社, 2005。（5）朱喜林、张代治主编. 机电一体化设计基础.科学出
