《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。

教学时数：2学时

教学内容及考核要求：

1、机电一体化基本概念（领会）；

2、机电一体化技术的分类与应用（识记）；

3、机电一体化的相关技术（领会）；

4、机电一体化产品设计方法（领会）；

5、机电一体化的技术发展方向（领会）；

第二讲工业控制机

教学要点：

了解工业控制机的组成原理；了解工业控制机的分类；掌握工业控制机的选择；了解工业控制机的总线；掌握工业PC机的组成和特点、工业PC机在机电一体化产品中的应用。

教学时数：2学时

教学内容及考核要求：

1、工业控制机的种类与选择（领会）；

2、工业控制机的总线（识记）；

3、工业PC 机的组成和特点、工业PC机常用I/O模板及选择、工业PC机在机电一体化产品中的应用（领会）；

第三讲可编程序控制器PLC

教学要点：

了解可编程序控制器的发展过程和发展趋势；掌握可编程序控制器的特点和应用；掌握可编程序控制器的基本组成和工作原理及编程语言；掌握FX2N系列可编程序控制器的功能指令及应用；掌握可编程序控制器系统设计的内容和步骤。

教学时数：6学时（含2学时实验课）

教学内容及考核要求：

1、可编程序控制器PLC概述（领会）；

2、可编程序控制器的基本组成与工作原理（领会）；

3、FX2N系列可编程序控制器的功能指令实例（应用）；

4、可编程序控制器系统设计的内容和步骤（应用）；

5、PLC的应用实例—半自动液压车床（应用）；。

第四讲机电一体化产品中的传感器

教学要点：

了解传感器的概念；掌握传感器的特性和技术指标；掌握机电一体化中常用传感器；了解传感器与计算机的接口设计。

教学时数：8学时（含4学时实验课）

教学内容及考核要求：

1、传感器概述（识记）；

2、机电一体化中常用传感器（领会）；

3、传感器与计算机的接口设计（应用）。

第五讲常用驱动器及其控制

教学要点：

掌握步进电机的工作原理、主要特性和结构类型；掌握步进电机的环形分配器及功率放大器的工作过程；了解直流电动机的机械特性和调速指；掌握相控变流的直流电动机调速系统及晶体管脉宽调速控制系统；了解交流异步电动机机械特性及调速方式。

教学时数：6学时（含2学时实验课）

教学内容及考核要求：

1、步进电机开环位置控制系统（领会）；

2、直流电动机的调速（应用）；

3、交流异步电动机调速（应用）。

第六讲常用的传动部件与执行机构

教学要点：

掌握齿轮传动的分类及选用；掌握齿轮传动的形式及传动比的最佳匹配选择及齿轮传动间隙的调整方法；了解谐波齿轮传动；掌握滚珠丝杠螺母副的传动原理；了解滚珠丝杠螺母副的精度等级及标注方法；了解挠性传动的主要形式；掌握常用执行机构主要是连杆机构、凸轮机构、间歇机构等。

教学时数：2学时

教学内容及考核要求：

1、常用齿轮减速装置的传动形式及传动比的合理匹配（领会、应用）；

2、齿轮传动的消隙方法及消隙原理（应用）；

3、滚珠丝杠螺母副的结构类型及其轴向间隙的调整方式（识记、应用）；

4、挠性传动（领会）；

5、常用执行机构（应用）。

第七讲机电一体化设计实例

教学要点：

了解柔索驱动并联机器人设计过程；掌握机电一体化产品的设计步骤。

教学时数：6学时（含4学时实验课）

教学内容及考核要求：

1、机电一体化产品设计步骤（领会）；

2、柔索驱动并联机器人设计过程（领会、应用）。

三、推荐教材和参考书目

1、《机电一体化技术基础与产品设计》，刘杰等，冶金工业出版社，2002

2、《机电一体化系统设计》，张建民，高等教育出版社，2004

3、《机电一体化技术》，邱士安，西安电子科技大学出版社，2003

4、《机电一体化概论》，赵再军，浙江大学出版社，2004

5、《可编程控制器应用技术与实例》，袁任光，华南理工大学出版社，1997

6、《计算机控制系统》，何克忠，清华大学出版社，1998