《机电一体化系统设计》课程教学大纲

机电一体化系统设计课程教学大纲（MechatronicSystemDesign）学时数：32其中：实验学时：0课外学时：0学分数：2适用专业：机械设计制造及其自动化执笔者：谭伟明、卢清华审核人：编写日期：2010年9月一、课程的性质、目的和任务本课程是机械设计制造及其自动化专业的专业限选课。课程的主要目的和任务是使学生掌握机电一体化系统设计的基本原理和方法。通过本课程的学习，使学生能够了解机电一体化系统的组成；掌握系统总体设计方法、以及功能分解方法；掌握机电一体化系统中的控制装置、伺服驱动装置、机械传动装置、机械结构、定位检测装置等子系统设计的一般方法；进一步通过研究若干个典型示例来掌握机电一体化系统设计方法，从而为进行计算机控制的机电一体化系统设计与开发奠定基础。二、课程教学的基本要求（一）了解机电一体化系统的组成；（二）掌握系统总体设计方法、系统总功能的分解方法；（三）掌握控制系统、伺服驱动装置、机械传动子系统、机械结构、定位检测装置等子系统的设计方法；（四）进一步研究若干个典型示例。三、课程的教学内容、重点和难点第一章概论第一节机电一体化时代与机电一体化技术革命第二节优先发展机电一体化的领域及其共性关键技术第三节机电一体化系统构成要素及功能构成第四节机电一体化系统构成要素之间的连接第五节机电一体化系统的功能评价第六节机电一体化系统设计的考虑方法及设计类型第七节机电一体化系统的设计流程第八节机电一体化工程与系统工程第九节机电一体化系统的设计程序、准则与规律第十节机电一体化系统的开发工程与现代设计方法重点：机电一体化的概念；机电一体化系统的构成要素及功能分析；构成要素的相互连接；设计流程；设计准则与规律难点：机电一体化系统的构成要素及功能分析；构成要素的相互连接。第二章机械系统部件的选择与设计第一节机械系统部件的设计与要求第二节机械传动部件的选择与设计第三节导向支承部件的选择与设计第四节旋转支承的选择与设计第五节轴系部件的选择与设计第六节机电一体化系统的机座与机架重点：机电一体化系统中的机械传动部件；导向支承部件；旋转支承部件；轴系部件。难点：机械传动部件；导向支承部件。第三章执行元件的选择与设计第一节执行元件的种类、特点及基本要求第二节常用的控制用电动机第三节直流（DC）与交流（AC）伺服电机及驱动第四节步进电机及驱动重点：执行元件的特点；步进电动机；直流伺服电动机；交流伺服电动机。难点：步进电机；直流伺服电机。第四章微机控制系统的选择及接口设计第一节专用与通用的抉择、硬件与软件的权衡第二节微机控制系统的设计思路第三节微机控制系统的构成与种类第四节微机控制系统的软件与程序设计语言第五节微机应用领域及其选用要点第六节8086/8088CPU的硬件结构特点第七节Z80CPU的硬件结构特点、存储器及输入/输出扩展接口第八节单片机的硬件结构特点及其最小应用系统第九节数字显示器及键盘的接口电路第十节微机应用系统的输入/输出控制的可靠性设计第十一节可编程逻辑控制器（PLC）的构成及应用举例第十二节常用检测传感器的性能特点、选用及其微机接口本章内容分别属于《单片机原理及接口》、《测试技术》、《电气控制及PLC》、《计算机控制技术》等先修课程，要求学生分别复习这些课程。本课程只是对有关知识做简短的归纳。第五章机电一体化系统的元、部件特性分析第一节自动化控制理论与机电一体化系统第二节机电一体化系统的元、部件动态特性第三节感器的动态特性（简要归纳）第四节执行元件的动态特性重点重点：机械系统特性；传感器的特性分析；执行元件的特性分析难点：机械系统特性；执行元件的特性分析第六章计算机数字控制程序第一节计算机数控机床第二节数控机床类型及其控制第三节数控系统组成及数控程序编制基础本章内容结合第九章的第一节进行简单讲授。重点重点：数控机床的基本概念；数控机床的控制方式；数控编程的基础知识难点：数控程序编制基础第七章机电一体化系统机电有机结合的分析与设计第一节机电一体化系统的稳态设计与动态设计第二节机电有机结合之一－机电一体化系统稳态设计的考虑方法第三节机电有机结合之一－机电一体化系统动态设计的考虑方法第四节机电一体化系统的可靠性、安全性设计重点重点：机电一体化系统的静态设计考虑方法；机电一体化系统的动态设计考虑方法难点：机电一体化系统的静态设计考虑方法；机电一体化系统的动态设计考虑方法第九章典型机电一体化系统设计简介第一节计算机数控机床第二节工业机器人第三节汽车的机电一体化概况第四节三坐标测量机第五节自动售票机第六节自动售货机第七节电子秤第八节电子灶烹调自动化本章第一节内容在第六章已经讲授。机电一体化产品发展迅速，本章将结合当前机电一体化产品的发展趋势，重点讲授工业机器人及汽车机电一体化等内容。四、课程各教学环节要求（一）由于机电一体化产品发展迅速，在讲授该课程时在不改变大纲内容的前提下，适当插入讲授一些最新的机电一体化技术；（二）讲授本课程内容时，适当结合实际的工程项目；（三）本课程考试内容要符合本教学大纲的要求，试题中基本概念和方法约占70%，综合运用题占20%和提高题占10%。考试方式为闭卷考试。五、学时分配教学内容各教学环节学时分配作业题量备注章节主要内容讲授实验讨论习题课外其它小计第一章概论221～2第二章机械系统部件的选择与设计663～4第三章执行元件的选择与设计664～6第四章微机控制系统的选择及接口设计22第五章机电一体化系统的元、部件特性分析443～5第六章计算机数字控制程序221～2第七章机电一体化系统机电有机结合的分析与设计442～4第九章典型机电一体化系统设计简介4262～3合计3023216～26六、课程与其它课程的联系本课程的先修课程有机械设计、机械制造技术基础、互换性与技术测量、机械工程控制理论、单片机原理及接口、测试技术、电气控制与PLC、计算机控制技术等。七、教材与教学参考书（一）教材张建民．机电一体化系统设计（