机电一体化技术教学大纲

《机电一体化技术》教学大纲

学时：45学时学分：2.5 学时

理论学时：36学时实验学时：9学时

面向专业：农业机械化及其自动化、农业机械化及其自动化（机师）

大纲执笔人：李晋阳大纲审定人：郭清南

一、说明

1、课程的性质、地位和任务

机电一体化技术主要研究机械技术与电子技术及其他领域的相关技术有机结合的规律，以实现产品（或系统）的多功能化、高效率化和智能化，使产品朝着轻、薄、细、灵巧方向发展以节省原材料、减小能量消耗、提高产品性价比的技术。机电一体化的发展水平在很大程度上反映了一个国家的技术经济实力、任务是研究和开发出性价比高的产品。

2、课程教学的基本要求

在理论知识方面：该课程宜安排在学完机械原理、机械设计与制造、电工电子技术、液压传动、传感器技术、自动控制原理、单片机原理等有关基础课和专业基础课的第七学期，在内容上既要注意与以上学科衔接又要避免不必要的重复。该课程是一门综合性、实践性很强的课程，所以授课教师在讲授时要注重理论与实际的结合，同时要适当补充教材以外的一些相关的新知识、新技术。

实践技能方面：因该课程目的是实现产品的多功能化、高效率化和智能化，所以要求通过实验来掌握一个完整的机电一体化产品或系统的设计方法。包括：机械系统、检测系统、伺服系统、接口系统、控制系统以及总体设计方法。

3、课程教学改革

在有限的时间内尽可能多传授给学生有关机电一体化方面的理论知识和实践技能，见于该课程涉及的学科广、图表多且复杂，该课程宜采用多媒体教学。

一、教学大纲内容

（一）课程的理论教学

第一章概论（2学时）

第一节机电一体化基本概念

第一节机电一体化构成特点

由机械系统、动力系统、传感与检测系统、信息处理与控制系统、执行机构组成。

第三节机电一体化关键技术

包括（1）精密机械技术（2）信息处理技术（3）检测与传感器技术（4）自动控制技术（5）伺服驱动技术（6）系统总体技术

第四节机电一体化产品的设计方法

包括产品可行性研究、基本设计阶段、详细设计阶段和实验进行试验。

本章重点、难点：1、机电一体化基本概念

2、机电一体化关键技术

建议教学方法：多媒体。通过分析一个具体的机电一体化产品（如自动售货机）的构成、

工作原理来使学生对机电一体化产品有一个完整的感性认识，加深印象激发学生的兴趣。思考题：机电一体化的构成和特点是什么？

第二章机械系统（4学时）

第一节传动机构

传动机构的种类、特点、基本要求以及常用传动机构的设计方法。

第二节导向机构

介绍导轨的组成、分类、特点、基本要求以及常用导向机构的设计方法。

第三节执行机构

介绍常用执行机构的设计方法，包括：热变形式、磁致伸缩式和工业机器人末端执行器等。

本章重点、难点：1、滚珠丝杠副传动机构

2、同步带传动机构

建议教学方法：多媒体

思考题：1、如何消除滚珠丝杠副的轴向间隙？

2、机电一体化机械系统由哪几部分组成？

第三章检测系统（6学时）

第一节检测系统的功用和特性

特性：（1）灵敏度及分辨率（2）精确度（3）频率响应特性（4）稳定性（5）线性特性。第二节常用传感器

位移传感器、速度、加速度传感器、力传感器、温度流量传感器等。

第三节检测系统的组成及原理

分别介绍模拟和脉冲信号检测系统的构成几工作原理。

第四节检测信号预处理

介绍模拟和脉冲信号的预处理以及传感器的非线性误差、零位误差、增益误差的补偿。本章重点、难点：1、各类传感器的工作原理

2、检测系统的组成及原理

建议教学方法：通过列举一些常用传感器在实际中的应用来达到抛砖引玉的目的，激发学生的发散思维。

思考题：1、检测系统的基本特性有哪些？在设计时应如何选择灵敏度、精确度等指标？

2、与模拟滤波器比较，数字滤波器的优点是什么？

第四章伺服系统（6学时）

第一节伺服系统的基本结构形式及特点

介绍伺服系统的基本概念、基本要求。基本结构形式：（1）控制器（2）功率放大器（3）执行机构（4）检测装备

第二节伺服系统的执行元件

执行元件的种类：（1）电动执行元件（2）液压执行元件（3）气动执行元件

第三节执行元件的控制驱动

介绍步进电机、交直流伺服电机的驱动。

第四节伺服系统的设计

本章重点、难点：1、步进电机、交直流伺服电机的控制与驱动。

2、伺服系统的设计

建议教学方法：系统讲授并通过具体例子来启发学生的思维能力。

思考题：如何从直流伺服电机的机械特性曲线得到调节特性曲线？

第五章接口技术（8学时）

第一节概述

第二节地址译码器、I/O口与CPU的接口

第三节人机接口

人机接口特点：（1）专用性（2）低速性。人机输入输出接口的设计。

第四节机电接口

机电接口的类型：（1）A/D转换接口（2）D/A转换接口（3）功率接口

第五节系统的干扰与抑制

抗干扰技术：（1）屏蔽技术（2）感性负载的瞬态抑制噪声（3）电源线与地线的干扰及抗干扰措施。

本章重点、难点：1、人机接口

2、机电接口

建议教学方法：系统讲授并通过具体例子来启发学生的思维能力。

思考题：如何抑制系统的干扰？

第六章控制系统（6学时）

第一节控制系统的组成及分类

第二节控制对象数学模型的建立

建立数学模型的方法和步骤：（1）模型准备（2）模型假设（3）确定建模方法（4）模型求解（5）模型验证及应用

本章重点、难点：控制系统数学模型的建立

建议教学方法：系统讲授并通过具体例子来启发学生的思维能力。

思考题：在选择控制装置中的微机时，应注意哪些问题？

第七章机电一体化总体设计（4学时）

第一节机电一体化总体设计的任务

第二节性能指标分析

介绍性能指标对设计方法的影响及机电一体化总体设计的条件与方法。

第三节功能性性能指标的分配

本章重点、难点：1、机电一体化总体设计的内容及方法

2、功能性性能指标的分配

建议教学方法：系统讲授

思考题：为什么在机电一体化总体设计时要进行功能性性能指标的分配？

（二）课程实验教学（共9学时5个实验）

实验一：机械位移、速度量的采集检测实验（1学时）

实验目的：

（1）、掌握位移传感器和速度传感器（测速发电机）的工作原理和使用方法。