《机电一体化系统设计课程教学大纲》.doc

机电一体化系统设计课程教学大纲课程编号：0803501012课程名称：机电一体化系统设计英文名称：The Mechatronical System Design课程类型：专业必修课总 学 时：48 讲课学时：34 实验学时：14学分：3适用对象：四年制机械电子工程专业先修课程：机械制图、机械设计、数字电子技术、模拟电子技术、微机原理、自动控制工程基础等。一、课程性质、目的和任务机电一体化系统设计是高等工科院校机械电子工程专业的一门专业课，本课程的主要任务是使学生了解机电一体化系统的构成，掌握机械系统元部件设计和微机控制系统及其接口设计方法，培养以机为主、以电为辅，能设计简单机电一体化系统的人才，使学生具有机电一体化技术产品的设计、开发能力，为从事机电一体化产品的设计、应用、试验等工作打下基础。二、教学基本要求通过本课程的各个教学环节，达到以下基本要求：（1）了解机电一体化的涵义、系统组成、设计步骤。（2）掌握机械系统常用零部件（如齿轮传动、丝杆传动、轴承、导轨副等）的选型与设计方法。（3）掌握微机控制系统的组成及接口电路的设计方法。（4）了解典型的机电一体化产品结构，通过反求法找到机电一体化系统的设计规律。 三、教学内容及要求机电一体化系统设计的重点是在掌握其它基础课及专业基础课基础上，全面、系统、实用地分析、介绍总体设计的方法和基本原则。初步掌握机电系统各组成部分的设计技术，掌握常见机构的设计方法及精度分析，了解一般机电一体化产品如数控机床、工业机器人等。将本专业所学课程有机地结合起来，对机电系统有一个总体的理解。第一章总论要求深刻理解与熟练掌握的内容有：机电一体化系统的含义、基本构成及设计思想、机电一体化系统的设计方法、步骤及设计准则。要求一般理解与掌握的内容有：机电一体化工程与系统工程之间关系。难点：机电一体化系统的五个子系统及五个功能构成。第二章机械系统的部件选择与设计 要求深刻理解与熟练掌握的内容有：机电一体化系统对机械系统的要求，滚珠丝杠螺母副的组成及特点、滚珠丝杠副的结构特点及选择方法；齿轮传动间隙的调整方法；导轨副的种类、组成及导轨应满足的基本要求。要求一般理解与掌握的内容有：齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择；同步带传动的特点及组成。难点：滚珠丝杠副的结构特点及选择方法。第三章执行元件的分类及控制用电机的驱动 要求了解执行元件的种类、特点及基本要求，熟悉对控制用电机的基本要求，熟悉机电一体化系统（或产品）常用的控制用电机的种类、特点及选用。尤其要掌握步进电机的运行特性及性能指标、步进电机的驱动与控制。难点：步进电机的驱动与控制。第四章微机控制系统及接口设计 要求了解专用与通用、硬件与软件的权衡与抉择、控制系统的一般设计思想。理解熟悉微机系统的构成与种类、微机的应用领域及选用要点，熟悉传感器与微机的接口。熟练掌握单片机的硬件结构特点及应用，掌握PLC的构成及工作原理，掌握微机应用系统的I/O控制的可靠性设计。难点：单片机的硬件结构特点及应用，微机应用系统的I/O控制的可靠性设计。第五章机电一体化系统的元、部件特性分析要求深刻理解与熟练掌握的内容有：传感器的特性分析、执行元件的特性分析。要求一般理解与掌握的内容有：机械系统分析、执行元件与机械结构结合中的若干问题。难点：传感器的特性分析、执行元件的特性分析。第六章机电一体化系统的机电有机结合的分析与设计 了解机电有机结合之一机电一体化系统稳态设计的考虑方法。掌握检测传感装置、信号转换接口电路、放大装置及电源等的匹配选择与设计。掌握可靠性、安全性设计。难点：检测传感装置、信号转换接口电路、放大装置及电源等的匹配选择与设计，可靠性、安全性设计。第七章传统机械加工设备的机电一体化改造分析与设计 要求深刻理解与熟练掌握的内容有：车床、铣床的改造方案的选择；如何根据已知条件选择相应的滚珠丝杠螺母副及步进电机；以单片机为控制核心的微机控制系统软、硬件设计。要求一般理解与掌握的内容有：单板机控制系统的设计电机加减速软件设计。难点：车床、铣床数控改造的步骤。四、实践环节实验安排在机电一体化系统设计课程内，开设6个实验：1机电产品认知与分析实验 2学时2丝杠反向间隙实验 2学时3步进电机控制实验 4学时4电机与驱动（执行）装置实验 2学时5高速运动控制系统的认知实验 2学时6伺服电机位置环PID调整实验 2学时五、课外习题及课程讨论为达到本课程的教学基本要求，课外习题（包括自测题）不应少于10题，并查阅至少一篇机电一体化系统的科技文献。六、教学方法与手段本课程采用板书与多媒体课件结合的方式进行课堂教学。七、各教学环节学时分配章节（或内容）讲课习题课讨论课实验其它合计总论224机械系统的部件选择与设计426执行元件的分类及控制用电机的驱动8614微机控制系统及接口设计8412机电一体化系统的元、部件特性分析22机电一体化系统的机电有机结合的分析与设计22传统机械加工设备的机电一体化改造分析与设计88合 计341448八、考核方式 本课程为考查课程，期末考试为闭卷笔试（或大作业）。学生的课程总评成绩由平时成绩（占30%）和期末考试成绩（或大作业成绩）两部分构成，平时成绩中实验成绩占10%，出勤、作业、课堂测验、学习主动性等占20%。九、推荐教材和教学参考书教材：张建民等编著的机电一体化系统设计第三版，高等教育出版社，2009年参考书：1. 机电一体化原理及应用 芮延年主编 苏州大学出版社，2008年2. 机电一体化系统设计 董景新、赵长德主编 机械工业出版社，2007年3. 机电一体化技术 朱思洪主编 中国农业出版社，2004年4. 机电一体化设计基础 朱喜林、张代治主编 科学出版社 2004年5. 机电一体化系统设计 赵松年, 李恩光, 裴仁清主编 机械工业出版社，2004 十、说明 无大纲制订人：闫 华大纲审定人：袁建宁制订日期：2010年5月机电一体化系统设计课程实验教学大纲一、实验教学目标与基本要求本实验适用机电工程专业。目的是为了培养学生的动手能力，加深对理论课程的理解，通过实验，从实践上建立机电一体化系统设计的概念，巩固课堂上所学的理论知识，使学生具有初步的机电一体化系统设计的开发能力，为后续课程做好准备。二、本实验课程的基本理论与实验技术知识随着机电一体化技术的迅速发展，各种先进的机电一体化产品得到了广泛应用。通过本实验课的训练，使学生能加深理解机电一体化系统的主要功能部件、掌握机电一体化系统设计的基本理论、设计技能，提高学生的动手能力。三、实验方法、特点与基本要求了解机电一体化产品各功能部件的组成、高速运动控制系统的认知与分析、典型的电机与驱动（执行）装置的特性及各自的应用场合、直流伺服电机位置环PID调整实验、丝杠反向间隙的测量与补偿，应用WAVE6000软件进行程序的输入、编辑、编译及调试，并将程序下载至实验箱进行步进电机的位置与速度控制，对惠鱼机器人进行编程控制，验证所学的理论知识，加深和巩固对所学知识的认识和掌握。四、实验主要仪器设备伟福LAB6000P系列仿真实验系统、SMP860独立运动控制平台（卡）、固高机电一体化基础实验装置。五、实验项目的设置与内容提要序号实验项目内 容 提 要实验学时实验类型每组人数实验要求1机电产品认知与分析实验机电一体化产品认知与分析2验证12必做2高速运动控制系统的认知实验高速运动控制系统的认知与分析2验证12必做3步进电机控制实验 步进电机的速度及位置的控制4综合1必做4伺服电机位置环PID调整实验 伺服电机位置环PID控制参数的调整2验证12必做5电机与驱动（执行）装置实验 电机与驱动（执行）的特性与各自的应用场合2验证12必做6丝杠反向间隙实验丝杠反向间隙的测量与补偿2验证12必做六、实验报告要求要求撰写实验报告七、考核方式与成绩评定标准实验成绩：预习10%、考勤15%、操作规程15%、结果验收20%、报告40%八、教材及主要参考资料教材：机电一体化系统设计 张建民等编著 高等教育出版社 2009年参考书：1. 机电一体化原理及应用 芮延年主编 苏州大学出版社，2008年2.