机电一体化设计教学大纲

《机电一体化设计》教学大纲
修订单位：机械工程学院机电工程系
执笔人：晏永飞
一、课程基本信息
1．课程中文名称：机电一体化设计
2．课程英文名称：Mechatronics Project
3. 适用专业：机械设计制造及自动化等专业
4. 总学时：32学时
5. 总学分：2学分
二、本课程在教学计划中的地位、作用和任务
本课程是机电专业的专业技术课。

通过本课程的学习，让学生初步了解机电一体化系统组成、结构和工作原理，掌握典型的控制算法、驱动执行单元的结构和工作原理。

使学生进一步提高分析与解读具体机电一体化系统的能力，使得学生将以前或同时学习的其他机械类或电工、电子、计算机类的相关课程最大限度地统一起来，达到融会贯通。

三、理论教学内容与教学基本要求
第1章总论（2 学时）
了解机电一体技术发展过程和所涉及学科门类；掌握机电一体化系统的构成要素、功能构成及构成要素的相互联接方法；了解机电一体化系统的设计流程、设计考虑和评价的方法、设计类型、设计程序、设计准则和规律。

第2章机电一体化系统的机械系统部件的选择与设计（8学时）
了解滚珠丝杠副的组成、特点、典型结构及支承方法；掌握齿轮传动副齿侧及滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧方法；掌握滚珠丝杠副的选择方法；掌握齿轮传动比的匹配选择及各级传动比分配原则；了解常用的挠性传动部件和间歇传动部件；了解导轨副的组成、种类及其应满足的要求；掌握滑动导轨副的结构及其选择方法；掌握圆柱支承设计方法；了解轴系部件的选择与设计；
第3章机电一体化系统执行元件的选择与设计（4学时）
了解执行部件的种类、特点及基本要求；掌握步进电动机的硬环控制与驱动方法；掌握直流伺服电动机的调速驱动系统原理；
第4章机电一体化系统的微机控制系统的选择与设计（7学时）
了解微机控制系统的设计思路；了解微机的系统构成及种类；掌握MCS-51系列单片机的结
构特点、扩展存储器方法、I/O口的扩展方法及键盘和显示器接口电路；掌握光电隔离电路设计和信息转换电路设计（包括弱电转强电电路、数字脉冲转换电路、D/A（A/D）转换电路及电量转非电量电路）；了解检测传感器的分类和基本要求；掌握传感器的微机接口方式；
第5章机电一体化系统的元、部件的特性分析（4学时）
掌握机械系统特性线性与非线性变换的一般表示方法；了解变换机构及其运动分析；掌握负载力（或转矩）向输入端的换算方法及机构内部摩擦力的影响；了解典型传感器和执行元件的特性分析；掌握凸轮曲线理论；
第6章机电一体化系统的机电有机结合分析与设计（5学时）
掌握负载的等效转动惯量和等效负载转矩换算方法；掌握执行元件和减速比的匹配选择及各级减速比的分配原则；掌握半闭环、全闭环控制系统数学模型的建立及主谐振频率计算方法；了解PID调节及其传递函数；
第7章常用机械加工设备的机电一体化改造分析与设计（2学时）
了解传统机床机电一体化改造分析及设计方法。

四、考核方式
平时考核包括作业完成情况、出勤情况、实验完成情况、课堂听课纪律及积极性。

期末考试理论试卷为100分，考试内容为本课程所讲授的重点和难点。

五、成绩评定
总成绩=平时考核成绩×15%+期末考试成绩×85%
成绩分布：100～90优秀；89～80良好；79～70中等；69～60及格；59以下为不及格。

六、本课程对学生创新能力培养的措施
重点培养学生在需求分析、解决实际问题等方面的综合能力。

包括根据工程需求构造应用系统的能力及动手能力。

七、教材与参考书
教材：《机电一体化系统设计》张建民主编（第二版）高等教育出版 2001年出版
八、其它必要的说明
本课程是在《机械制造装备及设计》、《电工学》、《机床电器自动控制》、《控制工程基础》、《机械制造中的测试技术》和《微机应用基础》的学习基础上，对于囊括机械、电子技术的机电综合系统进行深入系统的学习，其中《机械制造装备及设计》、《机床电器自动控制》和《微机应用基础》是本课程学习的重要基础。

学生通过本课程的学习，除了加深先修知识的理解以外，重要的是掌握机电结合、机电综合应用方面的知识，完善知识结构、填补交叉部分的内容。