《机电一体化系统设计》课程教学大纲

《机电一体化系统设计》课程教学大纲课程代码：ABJD0802课程中文名称:机电一体化系统设计课程英文名称：Mechanical-electricalIntegrationSystemDesign课程性质：必修课程学分数：2.5学分课程学时数：40学时授课对象：机械电子工程专业本课程的前导课程：控制工程基础、微机原理与应用、电工与电子技术、机械原理、机械设计、传感器与检测技术、电气控制与PLC等一、课程简介本课程是机械电子工程专业的一门专业必修课，其目的是通过本课程的学习，让学生了解机电一体化系统的构成，掌握机械系统元部件的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，能设计简单机电一化化系统的人才，使学生具有机电一体化技术产品的设计、开发能力，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、教学基本内容和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的基础上，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和精度分析，了解一般机电一体化产品如数控机床、工业机器人等。对本专业所学课程有机结合起来，对机电系统有一个总体的理解。第一章总论教学内容包括：机电一体化系统的基本概念、机电一体化系统的共性关键技术及功能构成、

机电一体化系统设计的考虑方法和设计类型、机电一体化系统设计程序、流程、准则和规律以及现代设计方法等。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的关系。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教学内容包括：机械系统部件的设计要求、机械传动部件的选择与设计、导向支承部件的选择与设计、旋转支承部件的类型与设计、轴系部件的选择与设计、机电一体化系统的机座与机架等。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教学内容包括：执行元件的种类、特点及基本要求、常用的控制用计算机、直流与交流伺服电机及驱动、步进电机及驱动等。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（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教学内容包括：微机控制系统的设计思路、微机控制系统的构成与种类、微机控制系统的软件与程序设计语言、8086/8088CPU、Z80和单片机的硬件结构特点及其输入/输出接口的设计、数字显示器及键盘的接口电路、微机应用系统的输入/输出控制的可靠性设计、可编程控制器的构成及应用举例、常用检测传感器的性能特点、选用及微机接口等。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、部件特性分析教学内容包括：自动控制理论与机电一体化系统、机电一体化系统的元、部件动态特性、传感器的动态特性、执行元件的动态特性等。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分析与设计教学内容包括：机电一体化系统的稳态与动态设计、机电一体化系统稳态设计的考虑方法、机电一体化系统动态设计的考虑方法、机电一体化系统的可靠性、安全性设计等。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教学内容包括：传统加工机床机电一体化改造分析、微机控制系统的设计分析等。要求深刻理解与熟练掌握的内容有：车床、铣床的数控改造方案选择；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和电机加减速软件的设计。难点：车床、铣床的数控改造三、实验教学内容及基本要求本学期末开设有专门的集中实践：《机电一体化控制系统综合实验》（课程代码：ABJD0807），故课程中不再设置实验环节。四、教学方法与手段本课程是一门综合性的课程，为达到教学基本要求，采用板书与多媒体课件相结合的方式进行课堂教学。同时随堂布置有课外习题，并要求每个学生至少查阅一篇机电一体化系统的科技文献。五、教学学时分配章节（或内容）课时作业量备注总论2机械系统的部件选择与设计42题执行元件的分类及控制用电机的驱动104题微机控制系统及接口设计104题机电一体化系统的元、部件特性分析21题机电一体化系统的机电有机结合分析与设计21题传统机械加工设备的机电一体化改造分析与设计104题合计4016题六、考核方式与成绩评定标准1.本课程为考察课程，期末考核方法:本课程考核由出勤率、作业评分、期末考试(或大作业)三部分组成。2.成绩评定:出勤分占（30%）由授课教师依据上课出勤率占总课程数的比率给出成绩；作业评分占(30%),由授课教师依据学生完成作业的次数与质量给出成绩；期末考试(或大作业)占40%,课程结束，教师可进行闭卷考察，或要求学生针对某机电设备的控制要求完成机电一体化设计方案，从而给出成绩。七、教学参考资源1.参考书目：（1）芮延年主编，《机电一体化原理及应用》，苏州大学出版社，2008年；（2）董景亲、赵长德主编，《机电一体化系统设计》，机械工业出版社，2007年；（3）朱思洪主编，《机电一体化技术》，中国农业出版社，2004年；（4）张喜林、张代治主编，《机电一体化设计基础》，科学出版社，2004年；（5）赵松年、李恩光、裴仁清