6. 基于OBE教学大纲-2016版

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：32 学分： 2

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、课程教学目标

通过本课程的理论教学、项目和实验训练，使学生具备下列能力：

1、通过文献检索、资料查询、调研等获取信息手段的学习训练，对机电一体化技术的前沿发展、

现状和趋势清晰掌握。

2、能够应用数学方法、机械设计理论、控制工程理论、机电一体化系统组成原理，针对复杂的

机电产品确定出开发技术路线，对设计方案的可行性进行论证。

3、能够结合复杂机电产品的运动原理、控制策略、接口技术、系统集成方法，综合考虑经济、

健康、安全、法规以及环境等因素，进行机电系统中传感器的选型，设计传感检测系统。

4、掌握机电系统典型的机构方案、传动部件、导向部件设计原理和特点，能够融合机械原理、机器人学、机械设计理论，对复杂机电产品中机械系统进行表达，利用现代技术对机械系统进行建

模、求解与分析，模拟和预测设计的局限性和准确性。

5、掌握机电系统典型驱动电机的原理和控制方法，能够结合单片机技术、可编程控制技术，对

复杂机电产品的工作过程提出控制方案，并实现编程和调试。

6、能够运用数学、物理、力学、控制理论及机电系统建模方法，对典型机电产品的数学模型进

行抽象、表述、建模和求解。

7、能够就机电一体化系统设计问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，且具备一定的

团队协作能力。

二、课程目标与毕业要求的对应关系

机电一体化系统设计课程教学大纲

三、课程基本内容

3.1 理论教学（支撑教学目标1、2、3、4、5、6）

1、绪论（支撑教学目标1）

[教学目的与要求]：

（1）掌握机电一体化的基本涵义。

（2）掌握机电一体化系统及其组成。

（3）了解机电一体化控制系统。

[本章主要内容]：

（1）什么是机电一体化?

（2）机电一体化实例—机器人介绍

（3）机电一体化系统基本组成

（4）机电一体化设计方法

[本章重点]：

（1）机电一体化系统基本概念

（2）机电一体化系统基本组成

[本章难点]：机电一体化系统基本组成

2、机电一体化系统总体设计（支撑教学目标2）

机械工程学院本科课程教学大纲

[教学目的与要求]：

（1）了解机电一体化系统的总体设计方法

（2）掌握机电一体化产品的工程路线

（3）掌握几种典型机电一体化装置的基本组成

[本章主要内容]：

（1）机电一体化产品设计过程

（2）机电一体化系统设计方法

（3）机电一体化产品设计实例

[本章重点]：

（1）机电一体化总体设计的内容及方法

（2）典型机电装置的系统组成以及软、硬件结构

[本章难点]：

（1）机电一体化系统设计的方法

（2）典型机电一体化装置数控机床或工业机器人的基本组成及设计方法3、传感检测系统（支撑教学目标3）

[教学目的与要求]：

（1）了解传感检测系统的基本组成和传感器的基本评价指标。

（2）掌握机电一体化系统中常用传感器的基本原理与适用场合。

（3）了解传感检测系统中常用信号预处理技术的基本原理。

[本章主要内容]：

（1）检测的基本概念

（2）传感器概述

（3）常见传感器原理及应用

（4）信号处理

[本章重点]：

（1）各类传感器的工作原理

（2）传感器的功用和特性

（3）信号调理电路（滤波、相关、调制、解调）

[本章难点]：

（1）各类传感器的工作原理

（2）传感器的功用和特性

（3）信号调理电路（滤波、相关、调制、解调）

4、机械系统设计（支撑教学目标4）

[教学目的与要求]：

（1）掌握机电一体化系统中传动机构的种类、特点、基本要求。

（2）了解常用工业机器人的基本构型。

（3）掌握机电一体化系统常用精密传动机构的基本原理与设计方法。[本章主要内容]：

机电一体化系统设计课程教学大纲

（1）机电一体化系统典型机构

（2）机器人机构

（4）精密齿轮传动

（4）同步带传动

（5）滚珠丝杠传动

（6）导轨设计

（7）机械系统设计综合应用实例

[本章重点]：滚珠丝杠副传动机构

[本章难点]：

（1）传动机构的设计方法

（2）滚珠丝杠副传动机构

（3）谐波齿轮传动

5、伺服驱动系统（支撑教学目标5）

[教学目的与要求]：

（1）了解伺服系统的一般组成、分类和基本组成形式。

（2）了解步进电机的种类及结构；掌握步进电机的工作原理；掌握步进电机的主要性能指标；掌握步进电机控制的基本原理；掌握步进电机的基本功率驱动电路原理和细分驱动原理。

（3）掌握直流伺服电机特性和调速原理；掌握直流伺服电机的驱动调速方法；掌握直流伺服系统组成的基本原理。

（4）掌握交流伺服电机特点及其调速方法；掌握变频调速装置的基本原理；了解交流伺服系统

组成的基本原理；了解交流伺服电机的矢量控制。

[本章主要内容]：

（1）伺服驱动系统概述

（2）常用伺服执行元件

（3）直流电机

（4）步进电机

（5）交流电机

（6）步进电动机与交流伺服电机的性能比较

[本章重点]：

（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

[本章难点]：伺服电机的选择与校核

6、控制系统模型（支撑教学目标6）

[教学目的与要求]：

（1）掌握控制系统数学模型的作用和建立方法

（2）掌握控制系统的搭建与PID控制算法

（3）掌握工程中运动控制系统的建模方法

[本章主要内容]：