机电一体化系统设计教学大纲 张建民版 第四版
机电一体化系统课程教学大纲
《机电一体化系统》课程教学大纲本课程考核对象为国家开放大学“助力计划”机电一体化技术（专科）专业的学生。
通过本课程的学习，使学生在机电一体化技术方面具有较广泛的知识，了解机电一体化系统所涉及的相关技术，对典型机电一体化系统有一个比较全面的认识，能运用所学知识对机电一体化产品中的机电一体化系统进行分析或设计，使学生初步具备解决生产过程中机电设备的运行、管理、维护等实际问题的能力。
教学内容：一：概述1.1机电一体化概念“机电一体化”一词的英文名词是“Mechatronics”，它是取Mechanics（机械学）的前半部分和Electronics（电子学）的后半部分拼合而成。
它是一个新兴的交叉学科，国内外处于发展阶段，代表着机械工业技术革命的前沿方向。
同时，随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展。
现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。
机电一体化学科是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的。
机电一体化技术也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术。
所以说，“机电一体化”是机械技术、微电子技术相互交叉、融合的产物。
而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。
机械微电子技术计算机和信息处理技术自动控制技术相互交叉、融合机电一体化电力电子技术伺服驱动技术系统总体技术机电一体化产品的功能，除了具有高精度、高可靠性、快速响应外，还将逐步实现自适应、自控制、自组织、自管理等功能。
1.2机电一体化系统的组成机电一体化系统一般来讲由机械本体（机构）、信息处理与控制部分（控制器）、能源部分（动力源）、驱动部分、检测部分（传感器）、执行元件部分若干个子系统组成。
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 Project3. 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。
《机电一体化系统设计》课程教学大纲
《机电一体化系统设计》课程教学大纲一、《机电一体化系统设计》课程说明（一）课程代码：0215026（二）课程英文名称：Mechanical and Electrical System Design（三）开课对象：机械工程学院本科各专业（四）课程性质：本课程是机电类专业的一门专业选修课，它在深度和广度上对学生大学期间所学的各门专业课程和专业基础课程作了一定的拓展，并将各课程内容系统的结合起来，应用于工程实践。
其特点是理论性和实践性都很强。
本课程的前导课有：《微机原理》、《机电传动控制》、《自动控制原理》、《液压传动与气动》、《电子技术》、《机械制造技术》、《机械设计》、《工程力学》等。
（五）教学目的：通过学习本课程，学生应掌握机电系统的组成，机械系统的元部件、电子系统和微机系统的元器件的工作原理、特性、设计和选用原则；并能从机电有机结合的角度，掌握机电系统的稳态设计与动态设计方法，能分析、设计和改造一般的机电系统（产品）。
（六）教学内容：本课程主要包括机电一体化概述、工业控制机、可编程序控制器PLC、机电一体化产品中的传感器、常用驱动器及其控制、常用的传动部件与执行机构、机电一体化系统的控制策略、机电一体化设计实例等。
（七）教学时数：教学时数：32学时学分数：2学分（八）教学方式：以课堂教学和实验教学为主的教学方式。
（九）考核方式和成绩记载说明：考核方式为考试，以学籍管理规定严格考核学生。
综合成绩根据平时成绩、实验成绩和期末成绩评定，平时成绩占20%，实验成绩占20%，期末成绩占60% 。
二、讲授大纲与各讲的基本要求第一讲机电一体化概述教学要点：掌握机电一体化的概念和产品机电一体化的意义；了解机电一体化技术的发展过程与趋势；了解机电一体化技术的分类和机械制造过程及机电产品的机电一体化；了解机电一体化的相关技术主要的机械技术、传感技术、信息处理技术、接口技术、伺服驱动技术及系统总体技术；掌握机电一体化设计方法主要的模块化设计方法、柔性化设计方法、取代设计方法、融合设计方法及优化设计方法；掌握机电一体化产品的设计开发步骤。
机电一体化系统设计课程教学大纲
《机电一体化系统设计》课程教学大纲一、课程与任课教师基本信息二、二课程简介本课程是机械设计制造及其自动化专业方向课，课程的任务是使学生了解机电一体化系统的基本知识，掌握机电一体化系统设计原理和方法，具备一定的机电一体化系统总体设计和结构设计能力。
三、课程目标本课程目的是培养学生对机电一体化系统的应用和设计能力，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，掌握对机电一体化系统的分析应用和设计基本方法，培养以机电结合的人才。
三、与前后课程的联系本课程是机械工程专业的必修课。
其内容是学生已经修完的PLC技术、电子电工技术、机电传动与控制技术等专业课程的为基础，培养学生机电自动化系统设计的综合应用能力,对学生毕业设计、工作提供基础。
四、教材选用与参考书课程教材：张建民主编，机电一体化系统设计（修订版），北京理工大学出版社，2014年参考书目：[1]杨可桢程光蕴主编，机械设计基础，高等教育出版社，2006年。
[2]郑学坚周斌主编，微机计算机原理及应用，清华大学出版社，2003年。
[3]张建民主编，传感器与检测技术，机械工业出版社，2000年。
六、课程进度表注：实验类型：演示/验证性、综合性、设计性。
设计性实验：指给定实验目的要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验。
综合性实验：指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验。
实验要求：必做。
七、教学方法教学方式分课堂教学、课程实验和课外项目三部分。
其中，课堂教学主要采用启发式教学方法进行；课程实验和课外项目分组进行，学生既有分工又有合作，以培养学生的实践能力、团队精神。
八、对学生学习的总体要求1、学习本课程的方法、策略及教育资源的利用。
本课程的内容跨度较大，要多练多想，善于进行归纳总结，使所学知识条理化和系统化，做好笔记，老师所讲的内容和例题与教材往往不一致，是老师自己的经验总结，注意将老师所讲内容与教材、参考书的比较，以深刻理解和掌握教学内容。
机电一体化设计基础课程(含实验内容)教学大纲
《机电一体化设计基础》课程（含实验内容）教学大纲课程编码：08241058课程名称：机电一体化设计英文名称：Mechatronics开课学期：第7学期学时/学分：42/2 （其中实验学时：6 ）课程类型：专业选修课开课专业：机械类选用教材：机电一体化设计基础，朱喜林，张代治科学出版社，2004年主要参考书：[1] 郑堤、唐可洪主编：《机电一体化设计基础》，机械工业出版社，1997年[2] 张建民：《机电一体化原理及应用》，国防工业出版社，1992年[3] 胡泓，姚伯威：《机电一体化技术基础及应用》，国防工业出版社，1999年执笔人：朱喜林一、课程性质、目的与任务本课程是机械类本科生，尤其是机电一体化方向学生的主要专业可之一。
其目的是培养学生综合运用所学的机械和电子技术的能力，使学生对前3年的知识能够记忆不得理解，并学会灵活应用。
培养学生运用所学知识解决实际问题的能力。
本课程的教学目的就是使学习者了解机电一体化的基本知识和共性关键技术，通过专业课教学及相应实践教学环节，使学生真正了解和掌握机电一体化的重要实质及机电一体化设计的理论和方法，从而能够灵活地综合运用这些技术进行机电一体化产品的分析、设计与开发，达到知识能力结构的机电一体化。
二、教学基本要求机电一体化技术是机械技术与微电子技术有机结合的产物，也是微电子技术向传统技术渗透的过程中逐渐发展起来的一门新兴的综合性技术学科。
它包括机械技术、自动化技术、传感器技术、计算机技术等。
目前的机电一体化技术得到了普遍的重视和广泛的应用，应用机电一体化技术而生产出来的机电一体化产品，已遍及人们日常生活和国民经济的各个领域。
为了在当今国际范围内技术、经济竞争中占据优势，世界各国纷纷将机电一体化的研究和发展作为一项重要内容而列入本国的发展战略。
因此掌握机电一体化的共性理论与技术，为开发设计机电一体化产品十分必要。
要求学生能够掌握机电一体化的共性关键技术，学会应用所学的机械学知识和电子学知识进行产品设计，同时要求学生能够掌握系统建模的一般理论和方法。
机电一体化系统设计_教学大纲
《机电一体化系统设计》课程教学大纲课程名称：机电一体化系统设计适用专业：机电一体化撰写人：冷波一、本课程性质、地位和任务本课程是“机电一体化”专业的一门专业主干课程。
目的是培养学生对机电一体化系统的应用和设计能力，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，培养以机电结合的人才。
本课程的基本任务，是使学生掌握对机电一体化系统的分析应用和设计基本方法。
二、课程教学的基本要求：⒈总论：理解机电一体化的有关基本概念。
掌握机电一体化系统的功能特点。
了解机电一体化系统的设计方法，初步建立机电产品的系统化设计思想。
⒉机械系统的部件选择与设计：理解机电一体化系统对机械系统的要求，掌握机械传动部件、导向部件、支承部件、轴系部件的设计方法。
3、执行元件的选择与设计掌握执行元件的种类、特点及基本要求，熟悉伺服电机与步进电机的工作原理以及驱动方法。
4、微机控制系统的选择及接口设计掌握微机控制系统的硬件结构以及输入/输出接口设计，熟悉PLC的应用以及常用传感器的性能特点和微机接口。
5、机电一体化系统元、部件特性分析了解自动控制理论与机电一体化系统，掌握机电一体化系统元部件、传感器与执行元件的动态特性。
6、机电一体化系统机电有机结合的分析与设计掌握机电一体化系统的稳态与动态设计，熟悉机电一体化系统稳态、动态设计的考虑方法和其可靠性、安全性设计。
7、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。
三、本课程与其他课程的关系本课程安排在所有必修课程修完后进行，学生应具有机械设计、液压气动、传感器、机电控制与控制工程、微机原理与接口设计基础方面的知识。
四、教学实数分配表五、大纲内容第1章概论一、教学目的：通过本章学习了解机电一体化系统的基本概念，它的共性关键技术及功能构成。
了解系统设计的考虑方法、设计类型、设计流程、准则和规律以及它的一些现代设计方法。
本章中介绍的一些技术上的名词术语、定义等以后章节会经常用到需要熟记。
机电系统设计教学大纲
《机电系统设计》课程教学大纲【课程代码】：2388【英文译名】：Mechatronics System Design【适用专业】：机械【学分数】：2。
5【总学时数】：40一、本课程教学目的和任务本课程是机械设计制造及其自动化专业学生必修的一门专业课，其内容由机电一体化的基本概念，机电产品设计的工程路线，机电一体化系统中的基本要素，机电产品综合设计等四个部分组成。
本课程的作用和任务是：通过本课程的学习，使学生建立机电产品的一体化设计思想，把所学的电工学、传感器技术，自动控制技术、计算机技术和机械设计理论有机地结合起来，了解各项技术的相互接口关系，并能运用所学的知识对机电一体化产品进行分析或设计简单的机电一体化产品。
使学生具有解决实际生产过程中机电设备的维修、运行管理、改造等实际问题的初步能力。
二、本课程的基本要求1、通过机电一体化基本概念的学习，理解机电一体化系统中各个结构要素在系统中的作用和它们之间的相互关系，初步建立机电产品的系统化设计思想。
2．熟悉机电一体化产品的设计方法和工程路线，能够针对具体的机电一体化产品确定开发工程路线。
3．了解机电一体化系统中的常用传动机构，常用动力驱动装置，常用计算机控制系统和常用传感器的种类和特点。
4．掌握对机电一体化系统中机械、动力、控制、传感检测等三个基本结构要素的技术特点，掌握这些结构要素中典型结构装置的特点和使用方法，如齿轮传动比的选择原则，直流力矩电机和步进电机伺服控制的特点，典型位置传感器（电位计、光电编码器）的特点及选择原则，STD工业控制总线的特点和主要应用形式。
5．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。
三、本课程与其他课程的关系(前修课程要求，后继课程等)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、电机拖动、可编程序控制器原理等。
四、课程内容(重点及必须掌握内容、章节加*号或另作说明；文字多请另加纸)第一章绪论机电一体化的涵义机电一体化系统的基本构成机电一体化系统的设计步骤第二章机械系统的部件选择与设计（重点）机械传动部件的设计与选择导向支承部件的设计与选择轴系部件的设计与选择（重点）第三章执行元件的分类与控制用电机的驱动（重点）执行元件的种类、特点及基本要求常用控制用电机的驱动第四章微机控制系统及接口设计（重点）微机系统的构成与种类Z80CPU微机的硬件结构特点及应用单片机的硬件结构特点及应用可编程逻辑控制器特点及应用机电一体化系统中的接口电路机电一体化系统中的检测传感器第五章机电有机结合的分析与设计机电有机结合之一（稳态设计方法）机电有机结合之二（动态设计方法）可靠性、安全性设计第六章机床的机电一体化改造分析与设计车床的机电一体化改造铣床的机电一体化改造(※)五、其它(如习题或作业、实验、上机、课程设计等内容和要求，根据实际安排按序编写) 重要的章节布置作业六、选用教材及主要参考书(写明名称、编著者、出版社、出版时间)选用教材：《机电一体化系统设计》张建民等编著高等教育出版社参考教材：《机电一体化设计基础》朱喜林、张代治主编科学出版社《机械电子技术》徐元昌编上海同济大学出版社《机电一体化控制技术与系统》周祖德等武汉华中理工大学出版社七、学时分配课程教学总学时数为40学时，课内学时40，作业10学时下面是泰戈尔励志经典语录，欢迎阅读。
《机电一体化系统设计——张建明主编》习题答案
机电一体化系统习题答案第一章思考与练习题一一. 名词解释1.机电一体化机电一体化是以机械学、电子学和信息科学为主的多门技术学科在机电产品发展过程中相互交叉、相互渗透而形成的一门新兴边缘性技术学科。
二. 简答题1. 机电一体化系统的组成部分主要分为哪几种？答：机电一体化系统主要分为：机械本体、动力部分、测试传感部分、执行机构、控制性处理单元以及接口等部分组成。
2. 接口技术的作用？答：是系统中各单元和环节之间进行物质、能量和信息交换的连接界面，是外设和数控装置之间的桥梁。
其功能为：变换、放大和传递。
第二章思考题1一．名词解释1. 误差：是对某一特定的物理量进行度量时，所测得数值与真值得差值。
2. 准确度：通常用来反映系统的测量值与真值的近似程度，反映了系统误差的大小； 精密度：是从随机误差的角度来反映系统的测量值与真值的近似程度； 精确度则是系统误差和随机误差的综合反映。
3. 传动精度：是指机械传动链单向传动时，其输入端与输出端瞬时传动比的实际值与理论值之差。
4. 装配精度：是是指不同零件或不见按照特定要求组装成具有一定功能的综合精度，包括零件或不见的相对位置精度、运动精度、接触精度。
5. 机床加工精度：是一项综合型精度指标，即指机床在加工工件时所能达到的精确度。
6. 机床定位精度：是指机床或仪器主要部件在运动终点所能达到的实际位置的精度。
(是一个具有综合性质的精度指标，其定位形式大致可分为手动定位、自动间歇定位和连续定位三种形式。
)二.简答题1.机械系统在机电一体化中的作用？答：机械系统在机电一体化中起着传递功率、支撑、连接、执行的功能。
2.机床精度与机床加工精度有什么不同？（判断）答：二者的概念之间有一定的区别，机床加工精度是指在加工时体现出来的精度，与机床设备本身使用的时间年限、加工时的切削力、环境温度等都有关系，而机床精度所描述的是机床的原始精度，不考虑上述这些情况。
4. 什么是六点定位原理？答：任何一个物体在三维空间中，相对三个互相垂直的坐标系OXYZ 来说，都有六个自由度，即沿X 、Y 、Z 三个坐标轴的移动，以z y x 、、表示，及绕着X 、Y 、Z 轴的转动，用z y、、x 表示，如图所示。
机电一体化系统设计课程 教学大纲
机械工程学院本科课程教学大纲机电一体化系统设计课程教学大纲英文名称：Mechatronics 课程编码：01111050学时：48 学分： 3课程性质：专业限选课课程类别：理论课先修课程：机械原理，机械设计，电工学，电子技术，控制工程基础，微机原理，电气控制技术开课学期：第七学期适用专业：机械电子工程专业一、课程综述1.1 教学目标（参照课程能力要求制定）（1）通过学习机电一体化基本概念，使学生理解机电一体化系统中各机构要素在系统中的作用和相互关系，初步建立机电产品的系统化设计思想。
（2）熟悉机电一体化系统中常用机械系统、传感检测、信号处理、动力驱动装置、控制等单元的种类和特点。
（3）掌握机电一体化系统中机械、传感检测、动力、控制等基本要素的关键技术，掌握典型机电装置的技术原理和设计方法。
（4）熟悉机电一体化产品的设计方法和工程路线，能够针对具体的机电一体化产品确定产品开发技术路线。
（5）掌握机电一体化系统建模的一般理论和方法，能够对简单机电系统进行数学建模，并根据模型进行分析和综合。
（6）使学生初步掌握文献检索、资料查询、调研及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法。
（7）使学生了解机电一体化系统的组成、功能、原理和设计方法，培养学生解决实际问题的能力。
（8）使学生具有应用数学与自然科学的综合能力，在学习中逐步提高学生的专业英语水平。
（9）通过利用所学的机械技术、传感器技术、电子技术、计算机技术和控制技术等，使学生够灵活地综合运用这些技术进行机电一体化设计。
（10）培养学生的责任感和职业道德；并使学生具备一定的组织管理能力、较强的表达能力和人际交往能力以及在团队中发挥作用的能力，初步具备交流、竞争与合作能力。
1.2 课程能力矩阵2机械工程学院本科课程教学大纲3机电一体化系统设计课程教学大纲4机械工程学院本科课程教学大纲5机电一体化系统设计课程教学大纲1.3目标能力达成度的评价（1）目标能力1、2、3、4、5、6、7的达成度通过结课考试进行考评；（2）目标能力8的达成度通过结课考试和讨论课成绩综合考评；（3）目标能力10、11的达成度通过讨论课和三级项目成绩综合考评；（4）目标能力12、20的达成度通过平时作业、结课考试、讨论课和三级项目成绩综合考评；（5）目标能力13、14、15的达成度通过讨论课和三级项目成绩综合考评；（6）目标能力9、18的达成度通过平时作业、讨论课、三级项目和实验成绩综合考评；（7）目标能力16、17的达成度通过实验成绩进行考评；（8）目标能力19的达成度通过三级项目成绩进行考评。
机电一体化系统设计教学大纲
《机电一体化系统设计》实验教学大纲课程名称：机电一体化系统设计英文名称：Mechatronics System Design课程编号：23110118课程性质：课程类型：综合选修是否为独立设课的实验课：否适用专业：机械设计制造及其自动化学时与学分：总学时：72 总学分：3 实验学时：44 实验学分：1.5执 笔 人：王华权制定（修订）时间：2006年12月修订一、实验课的任务、性质与目的：训练学生运用所学的专业知识进行系统集成设计。
让学生尝试将分散的不同学科的知识有机地融合，完成能实现特定任务的机器系统设计。
本课程将以机电行业流行的技术作为学生的学习、实验素材，让学生能提前感受当前国内工业的技术环境。
培养学生综合运用各种设计工具，测量、拆装工具及仪器分析、测绘现有系统，学会工程文件编撰的基本方法。
让学生体会成组协同设计的工作方式。
二、主要仪器设备及环境：拆装工具：扳手、螺丝批、钢丝钳、零件盒、千分尺、游标尺、电烙铁、放大镜；实验仪器：示波器、万用表、光电编码器及记数器、电机及驱动器、脉冲发生器、气动—PLC 实验台、工作台；材料：煤油、清洁布（纸）、润滑油脂。
三、实验项目的设置与实验内容序号 实验项目名称 实验内容 实验要求实验时数每组人数实验类型1 滚珠丝杆、直线轴承的结构实验拆装滚珠丝杆、直线轴承用放大镜观察其结构。
必做 2 5验证性2谐波齿轮减速器、行星齿轮减速器结构实验拆装谐波齿轮减速器、行星齿轮减速器，观察其结构用照相机记录其安装关系及结构特点，解释其工作原理及制造关键技术难点。
必做 2 5验证性3 步进电机驱动实验搭建步进电机驱动驱动装置，实现加、减速及正、反转。
必做 2 5验证性4 数控机床伺服电机控制轴运动模拟实验用运动控制器、PC或工控机控制交流伺服电机驱动装置。
选做 4 3综合性5 光栅尺、圆光栅编码器实验用增量式光栅编码器、绝对式光栅编码器测量角位移，用光栅尺测量长度，用相应的数字记数器记录、显示测量值。
《机电一体化系统设计》课程标准
《机电一体化系统设计》课程标准一、课程基本信息二、课程性质和任务《机电一体化系统设计》是机电一体化技术三年制高职专业设置的核心课程之一，是一门高度“机电”结合的课程，将学生所学“机”与“电”的知识与技能，在微电子的控制手段下高度的“融合”，全面提升学生机电一体化知识与技能。
《机电一体化系统设计》的主要任务是加强学生机电一体化系统知识，使学生将所学“机”与“电”的知识与技能，在微电子的控制手段下高度地“融合”，并由现阶段的机电一体化系统设备、产品，如：数控机床、机械手、智能机器人、柔性制造系统（FMS）、无人生产车间等的原理、调试、维护到小型机电一体化系统的设计，设备的改装，全面提升学生机电一体化知识与技能。
三、课程教学目标通过以工作任务导向及典型机电一体化系统的分析与装调的实际工作项目活动，使高等职业学院的机电一体化专业的学生了解本专业的学习领域和工作领域等专业知识与技能，建立机电一体化技术的思维基础，学会分析和处理工程问题的基本理论和基本方法，提高实际动手能力和针对岗位的职业技能和职业素养，从而为将来胜任机电一体化技术岗位群职业需要、具备优良的职业素养和突出的岗位创新能力奠定良好的基础。
1、知识目标1）了解机电一体化系统所代表的产品范围，分类及发展趋势。
2）掌握模块化机电一体化产品装配、调试、维护、维修的基本理论和基本方法。
3）掌握电气设备安装调试的应知、应能的知识和技能。
4）使学生能够系统地学习与掌握机电一体化产品中相关技术的联系和接口关系，了解产品开发的方法。
2、能力目标1）具有机电一体化设备拆装、调试和操作的基本技能。
2）了解机电一体化技术的系统思维体系，学会用系统的观点分析问题的能力。
3）了解机电一体化前沿技术，学会探索性学习和终身学习的方法。
3、素质目标1）掌握机电一体化技术行业操作规范，具有良好的职业素养。
2）通过知识教学的过程培养学生爱岗敬业与团队合作的基本素质。
四、课程内容与要求五、教学基本条件1、为保证理论与实际操作密切结合，本课程要求一个专用机电一体化综合实训室和供学生实习的校外实训基地。
机电一体化系统设计教学大纲张建民版第四版
机电⼀体化系统设计教学⼤纲张建民版第四版《机电⼀体化系统设计》教学⼤纲⼀、课程名称1、中⽂名称：机电⼀体化系统设计2、英⽂名称：Mechatronics System Design⼆、学时总学时：90学时，其中，理论学时：72学时，实践学时：18学时学分：4学分三、开课学期第7学期四、课程考核要求考查，平时成绩占总成绩的30％，实验成绩占总成绩的20％，考试成绩占总成绩的50％。
五、课程概述本课程是机械电⼦⼯程专业的专业必修课。
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。
课程性质：机械电⼦⼯程专业必修课。
六、适⽤专业机械电⼦⼯程、机械制造及其⾃动化等。
先⾏、后续课程情况：先⾏课：机械原理，机械设计，电⼯学，数字电⼦技术，模拟电⼦技术，控制⼯程基础，微机原理，电⽓控制技术，数控技术；后续课：⽆。
七、课程的⽬的与任务1、课程⽬的本课程是机械电⼦⼯程专业的专业必修课，通过本课程的学习，使学⽣建⽴机电产品的⼀体化设计思想，把电⼦技术、传感器技术，⾃动控制技术、计算机技术和机械技术有机地结合起来，了解各项技术之间的接⼝关系，能运⽤所学知识对机电⼀体化产品进⾏分析或设计，使学⽣具备解决⽣产过程中机电设备的运⾏、管理、维护和改造等实际问题的初步能⼒。
培养学⽣综合运⽤所学基础理论和专业知识进⾏创新设计的能⼒。
2、课程的基本要求1）学习机电⼀体化基本概念，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，初步建⽴机电产品的系统化设计思想。
2）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。
3）熟悉机电⼀体化产品的设计⽅法和⼯程路线，能够针对具体的机电⼀体化产品确定产品开发技术路线。
4）掌握机电⼀体化系统中机械、传感检测、动⼒、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。
5）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。
《机电一体化系统设计》课程教学大纲
《机电一体化系统设计》课程教学大纲适用专业机械设计制造及其自动化课程类型专业课程学时数44学分数2.5一,编写说明(一)本课程的性质,地位和作用本课程是面向机械制造及自动化专业开设的一门专业课.机电一体化系统技术是微电子技术和计算机技术像机械工业渗透的过程中逐渐形成并发展起来的一门新型综合性学科,机电一体化技术的应用不尽提高和拓展了机电产品的性能和功能,而且使机械工业的技术结构,生产方式及管理体系发生了巨大的变化,极大提高生产系统的工作质量.通过本课程的学习,对于学生掌握机电一体化系统开发的基础知识,拓宽学生的知识面是很有意义的.本课程是学生在学完技术基础课,专业基础课之后的专业技术课程内容的综合应用,对于培养学生综合应用基础和专业知识,掌握以系统论,信息论和控制论为核心的机电一体化系统的设计基本原理和方法,掌握机电一体化技术的关键技术有着重要意义.(二)本大纲制定的依据本大纲根据机械设计制造及其自动化专业的人才培养目标的基本理论和基本技能要求,本课程性质,跟踪现代机电一体化系统技术的发展编写.(三)大纲内容编写原则根据人才培养目标的要求,使学生了解,掌握机电一体化的系统设计的基本知识,特点和方法;结合机电一体化共性的关键技术,对其各子系统的设计原理及设计方法进行系统的分析和介绍;强调对学生综合能力和工程能力的训练和培养;通过本课程的学习,使学生了解,掌握机电一体化系统的内涵及机电一体化系统设计的理论和方法.(四)实践环节1.课程设计(1)名称:机械手控制系统编程与操作(2)主要内容与要求:利用PLC实现机械手控制功能的要求编写程序,安装调试实验台.按照本课程实验说明书要求完成,并通过实验验证程序的正确性.(3)学时分配:4(五)教学时数分配表章节序号教学学时环节教学内容讲授讨论见习实验其它小计一绪论44二机械系统设计66三传感器检测及其接口电路88四控制电机及其选择计算88五工业控制计算机及其接口技术1010六机电一体化系统设计及应用举例448总计4044(六)考核方法与要求1.平时成绩与期终成绩:平时成绩占30%,包括出勤,课堂提问,讨论等;期终成绩占60%.2.试卷成绩与实践成绩:试卷成绩占60%,实践成绩占10%(实验报告5%,实验过程考核5%).3.综合考核成绩的计算:平时成绩20% 实践成绩占10% 试卷成绩占70%=100%.(七)教材与主要参考书1.教材:姜培刚等.《机电一体化系统设计》.机械工业出版社,2006年1月.2.主要参考书:李建勇.《机电一体化技术》.科学出版社,2004年4月.王孙安.《机械电子工程》.科学出版社,2003年8月.郑堤.《机电一体化设计基础》.机械工业出版社.2001年10月.二,教学内容纲要第一章绪论一,教学目标:1,了解机电一体化系统发展历史,内涵,应用和发展前景. 2,掌握机电一体化系统的基本功能和要素.二,教学内容:第一节机电一体化系统的定义一,△机电一体化的内涵;第二节机电一体化系统的基本功能要素一,△○机电一体化系统功能分析方法△机电一体化系统的构成要素第三节机电一体化的相关技术一,机电一体化技术的相关关键技术第四节机电一体化系统设计的目标与方法一,机电一体化系统设计方法第二章机械系统设计一,教学目标:1,掌握机械系统数学建模方法.2,掌握机械传动系统的特征及设计方法. 3,了解常用的传动系统二,教学内容:第一节机械系统设计一,△○机械系统建模方法第二节机械传动系统的特征一,△机械传动装置的特征参数及相应的调整方法第三节机械传动装置一, △○传动比的设计方法第三章传感器检测及及接口电路一,教学目标:1. 了解常用参量检测的传感器原理;2. 掌握检测传感器的接口电路原理以及相应的信号处理方法. 二,教学内容:第一节传感器一,△○传感器性能指标的内涵二,△传感器选择的原则第二节位移测量传感器一,△大位移测量传感器的原理.第三节速度,加速度传感器一,△速度,加速度传感器测量原理第四节位置传感器一,△位置测量原理.第五节传感器前期信号处理一,△○信号调理线路常用模块的原理第六节传感器接口技术一,△○采样保持器原理及应用.第七节传感器非线性补偿原理一,△○软件补偿方法第八节数字滤波一,△○随机误差的处理方法第四章控制电机及其选择计算一,教学目标:1. 了解常用伺服电机的工作原理;2. 掌握常用伺服电机的控制调节方法;3.掌握伺服电机的主要性能参数内涵及电机的选择方法. 二,教学内容:第一节步进电动机及其控制一,步进电机的工作原理二,△步进电机的性能参数三,△○步进电机的控制方法第二节直流伺服电动机及其控制一,直流电机的工作原理二,△○直流电机的控制方法第三节交流伺服电动机一,交流电机的工作原理二,△○交流电机的控制方法第四节直线电动机一,直线电机的工作原理第五节控制电机的选择和计算一,△控制电机的选择.第五章工业控制计算机及其接口技术一,教学目标:1. 了解常用的工业控制计算机种类2. 掌握各种工业计算机的区别;3.掌握各种信号接口原理.二,教学内容:第一节工业控制计算机一,常用控制计算机的种类二,△○各种控制计算机的区别第二节计算机的接口技术一,△○开关量及数字两的输入/输出接口电路; 二,△○功率放大电路的原理第三节可编程控制器一,PLC的原理及选择方法,外围电路设计的原则第四节数字控制器设计一,△○数字控制器的设计方法.第五章机电一体化系统设计及应用举例一,教学目标:1. 掌握机电一体化系统设计的要点2. 了解数控机床的设计过程及主要构成的设计方法.二,教学内容:第一节机电一体化产品的设计要点一,△机电一体化产品的设计过程第二节机电一体化系统设计应用举例一,数控机床的设计过程及主要构成的设计方法注:用\"△\"明确重点内容,用\"○\"明确难点;编写人:凌杰审核人:封士彩。
《机电一体化系统设计》教学大纲
《机电一体化系统设计》教学大纲一、本课程的地位、任务和作用本课程阐述了机电一体化系统中的机械技术、电气传动技术等。
对于机械与测控专业非机电方向的学生掌握与应用机电一体化技术有重要作用。
二、本课程的相关课程前续课程：《电工技术》、《电子技术》、《微机原理及应用》、《机械制造装备设计》等。
其它相关课程：《数控机床》、《机床电气控制》等。
三、本课程的基本内容及要求（一）绪论1.了解机电一体化技术的培养目标、基本内容；2.了解机电一体化系统的构成、功能、设计程序、设计准则；（二）机电一体化典型机械零部件的设计1.了解机电一体化系统中机械部件的特点；2.掌握滚珠丝杠、齿轮传动等机械传动部件的设计与选择；3.掌握滚动导轨、静压导轨等导向支承部件的设计与选择；4.了解旋转支承、轴系部件的设计与选择；重点掌握滚珠丝杠、齿轮传动等机械传动部件的设计，一般掌握滚动导轨、静压导轨等导向支承部件的设计，了解旋转支承、轴系部件的设计。
（三）步进电动机控制系统1.熟悉步进电机的结构与工作原理；2.掌握步进电机驱动系统框图、环形分配器；3.了解步进电机驱动的驱动电路；重点掌握环形分配器，了解步进电机驱动的特点及单电压驱动、高低压驱动、斩波恒流驱动、细分驱动等的工作原理。
（四）直流电动机伺服系统1.了解直流电机的结构与工作原理2.掌握直流电动机的机械特性公式、固有机械特性曲线3.掌握直流他励电动机的启动特性4.熟悉直流他励电动机的调速特性5.掌握直流他励电动机的制动特性重点掌握直流他励电动机的调速特性与调速方式，一般掌握电动机的启动特性与制动特性。
（五）交流电动机伺服系统1.了解交流异步电动机的结构与工作原理2.掌握交流异步电动机的定子电路与转子电路分析3.掌握交流异步电动机的机械特性公式、固有机械特性曲线4.掌握交流异步电动机的启动特性5.熟悉交流异步电动机的调速特性6.掌握交流异步电动机的制动特性重点掌握交流异步电动机的调速特性与调速方式，一般掌握交流异步电动机的定子电路与转子电路分析、启动特性与制动特性。
《机电一体化系统设计》教学大纲(本科)
《机电一体化系统设计》教学大纲注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课；课程性质是指必修/限选/任选。
一、课程地位与课程目标（-）课程地位《机电•体化系统设计》是机械电子工程专业必修课程。
通过学习本课程，学生应掌握机电一体化系统的组成，机械系统的元部件、电子系统和微机系统的元器件的工作原理、特性、设计和选用原则；并能从机电有机结合的角度，掌握机电系统的稳态设计与动态设计方法，能分析、设计和改造一般的机电系统（产品）。
（-）课程目标1 .对机电一体化系统的组成和功能有基本的认识，对各个子系统中的各种零部件的选型有比较清晰的认识，理解机械电子工程的基本理论在机电一体化系统（产品）的基本运用; 由辩证唯物主义中的认识论，阐述如何发现机电系统和机电产品中的科学问题，培养学生辩证唯物主义世界观和科学思维方法（毕业要求指标点1.4能够将机械、电子和控制等相关知识和数学模型方法用于机械电子领域的专业工程问题解决方案的比较与综合/H）2 .能够建立复杂机电一体化系统（产品）和工程问题的数学或物理模型，分析机电系统运行过程的影响因素；（毕业要求指标点2.4能运用机、电、液、控等基本原理，借助文献研究，分析机电系统运行过程的影响因素，获得有效结论/H）3 .能够针对机电一体化系统中的机械、电子、控制等子系统进行正确的元器件选型和单元设计；（毕业要求指标点3.2能够针对机、电、液、控等需求，完成单元（部件）的设计/H）4 .能够分析机电一体化系统（产品）的实验运行结果，并得出有效的结论。
（毕业要求指标点4.4能对机械电子工程领域的实验结果进行分析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论/H）二、课程目标达成的途径与方法通过课堂讲解为主、课后作业练习、课后思考题为辅。
主要培养学生掌握机电一体化系统设计与分析的基本原理、基本设计手段和方法，从系统和产品的角度出发，使学生掌握组成机电一体化系统或产品机械系统元件和部件、常用机电执行元件和传感元件、微电子控制系统和微机控制系统等的基本工作原理、特点、选用原则与方法，能有效地对常见的机电一体化系统或产品进行简要的分析与评价，通过一定的机电产品设计实例分析，以机电有机结合为突破点，初步掌握机电一体化系统或产品动态设计和静态设计方法。
机电一体化系统设计_张建民_第一章总论
本 章 小 结
本章节应重点掌握机电一体化系统设计的 内涵、作用、目标以及研究的主要核心技术问 题，机电一体化系统（产品）的构成要素和功 能要素，以及它们之间的相互联系；机电一体 化系统（产品）的一般设计工作流程；应考虑 的方法和设计类型；了解机电一体化系统（产 品）设计的基本程序、准则与规律；现代设计 方法在机电一体化系统（产品）中的应用。
样 机 试 制 总体性能测试 总体性能测试 市场调查 小批量生产
N Y
数学/物理模型修改
Y
技术评价与审定
N
是否修改原构思
N
试销效果是否好
YYBiblioteka 市场调查 市场调查 市场调查 收集用户意见
N
初步方案设计结束
N
Y
收集用户意见
第1.10节 机电一体化系统开发工程与现代设计方法 1.10.2 现代设计方法 以计算机为辅助手段进行系统（产品）设计方法 的总称。 机电一体化设计方法与现代设计方法的融合是优 质、高效、快速实现机电一体化系统（产品）设计的 有效方法和基本条件。 计算机辅助设计与制造（CAD/CAN） 并行工程设计——全寿命周期设计 虚拟产品设计与实现 快速响应设计 绿色环保产品设计 反求设计 网络协同合作设计
课外作业：
1 .机电一体化的涵义、目的、特征、 基本组成要素以及分别实现哪些功能。 2 .工业三大要素指的是什么？机电一 体化设计的目标是哪些？ 3 .机电一体化的接口功能有哪些？根 据不同的接口功能试说明接口的种类。 4 .说明机电一体化系统设计的设计思 想、方法。
机电一体化系统设计
学 行以 以求 求精 正
张建民 等编著 高等教育出版社 讲授：刘翔 高级工程师 机电动力与信息工程系
第一章 概论
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《机电一体化系统设计》教学大纲
一、课程名称
1、中文名称：机电一体化系统设计
2、英文名称：Mechatronics System Design
二、学时
总学时：90学时，其中，理论学时：72学时，实践学时：18学时
学分：4学分
三、开课学期
第7学期
四、课程考核要求
考查，平时成绩占总成绩的30％，实验成绩占总成绩的20％，考试成绩占总成绩的50％。
五、课程概述
本课程是机械电子工程专业的专业必修课。
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。
课程性质：机械电子工程专业必修课。
六、适用专业
机械电子工程、机械制造及其自动化等。
先行、后续课程情况：
先行课：机械原理，机械设计，电工学，数字电子技术，模拟电子技术，控制工程基础，微机原理，电气控制技术，数控技术；
后续课：无。
七、课程的目的与任务
1、课程目的
本课程是机械电子工程专业的专业必修课，通过本课程的学习，使学生建立机电产品的一体化设计思想，把电子技术、传感器技术，自动控制技术、计算机技术和机械技术有机地结合起来，了解各项技术之间的接口关系，能运用所学知识对机电一体化产品进行分析或设计，使学生具备解决生产过程中机电设备的运
行、管理、维护和改造等实际问题的初步能力。
培养学生综合运用所学基础理论和专业知识进行创新设计的能力。
2、课程的基本要求
1）学习机电一体化基本概念，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，初步建立机电产品的系统化设计思想。
2）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。
3）熟悉机电一体化产品的设计方法和工程路线，能够针对具体的机电一体化产品确定产品开发技术路线。
4）掌握机电一体化系统中机械、传感检测、动力、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。
5）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、课程教学内容
第1章概述（6学时）
1．基本要求：
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。
2. 教学重点与难点：
机电一体化的功能构成和组成要素；机电一体化的共性关键技术。
3．教学内容：
机电一体化产品的构成、特点和设计方法。
第2章机电一体化系统机械系统部件的选择与设计（18 学时）1．基本要求：
（1）了解机械系统部件的设计要求；
（2）掌握机械系统传动部件的选择与设计；
（3）掌握机械系统导向支承部件的选择与设计；
（4）掌握机械系统旋转支承部件的选择与设计；
（5）掌握机械系统轴系部件的选择与设计；
（6）掌握机械系统机座或机架设计；
2、教学重点与难点：
传动部件、支承部件和轴系部件的设计。
3．教学内容：
机械系统部件的设计要求；机械系统传动部件的选择与设计；机械系统导向支承部件的选择与设计；机械系统旋转支承部件的选择与设计；机械系统轴系部件的选择与设计；机械系统机座或机架设计；
第3章机电一体化系统执行元件的选择与设计（8学时）
1．基本要求：
掌握执行元件的种类、特点；了解常用的控制用电动机种类、特点及选用；掌握步进电动机的种类、特点和工作原理。
2、教学重点与难点：
电动机的特点及选用。
3．教学内容：
执行元件的种类、特点；常用的控制用电动机种类、特点及选用；步进电动机的种类、特点和工作原理
第4章机电一体化系统微机控制系统的选择及接口设计（10学时）1．基本要求：
掌握微机控制系统的设计思路、构成、种类；了解单板机和单片机的硬件结构特点、了解常用传感器的性能特点、选用及其微机接口。
2、教学重点与难点：
微机控制系统的设计思路。
3．教学内容：
微机控制系统的设计思路、构成、种类；单板机和单片机的硬件结构特点、常用传感器的性能特点、选用及其微机接口。
第5章机电一体化系统元、部件的特性分析（8学时）
1．基本要求：
了解机电一体化系统与自动控制理论；掌握机电一体化系统元、部件的力学特性、动态特性。
2、教学重点与难点：
掌握机电一体化系统元、部件的力学特性、动态特性。
3．教学内容：
机电一体化系统与自动控制理论；机电一体化系统元、部件的力学特性、动态特性。
第6章机电一体化系统机电机结合的分析与设计（6学时）
1．基本要求：
掌握稳态与动态设计的考虑方法；了解可靠性与安全性设计。
2、教学重点与难点：
稳态和动态设计的考虑方法。
3．教学内容：
稳态与动态设计的考虑方法；可靠性与安全性设计。
第7章计算机数字控制程序编制基础简介（2学时）
1．基本要求：
了解数控机床类型及其控制方式。
2、教学重点与难点：
数控机床类型及其控制方式。
3．教学内容：
数控机床类型及其控制方式。
第8章传统机械加工设备的机电一体化改造分析与设计（4学时）1．基本要求：
了解传统机械加工设备的机电一体化改造设计方案分析；了解微机控制系统的设计。
2、教学重点与难点：
传统机械加工设备的机电一体化改造设计方案分析。
3．教学内容：
传统机械加工设备的机电一体化改造设计方案分析；微机控制系统的设计。
第9章典型机电一体化系统简介（10学时）
1．基本要求：
了解几种典型的机电一体化系统案例。
2、教学重点与难点：
自动售检票系统；工业机器人。
3．教学内容：
几种典型的机电一体化系统案例：自动售检票系统；工业机器人；快速成型技术；计算机数控机床；工业电子秤。
课程学时数安排
课程学时数安排
内容课堂讲授习题课实验上机小计课外学时第1章 6.0 6.0
第2章18.0 4.0 22.0
第3章8.0 4.0 12.0
第4章10.0 4.0 14.0
第5章8.0 2.0 10.0
第6章 6.0 2.0 8.0
第7章 2.0 2.0
第8章 4.0 2.0 6.0
第9章10.0 10.0
合计72 18.0 90.0
八、教材主要参考资料
教材：
《机电一体化系统设计》（第四版）张建民，高等教育出版社2014.12
参考书目：
1.《系统设计课程设计指导书》尹志强，机械工业出版社，2007.7
2.《机电一体化系统设计》（原书第二版），Devdas Shetty著，薛建彬译，机械工业出版社，2018.10
本大纲依据本系各专业教学计划编写。
制定人：审核人：院长签字：。