机电一体化系统设计基础课程教学大纲

机电一体化系统设计基础课程教学大纲

第一部分大纲说明

一、课程的性质、作用和任务

机电一体化系统设计基础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、本课程与相关课程的关系

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基础方面的知识。

三、课程的教学基本要求

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、传感检测等四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等。

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。

四、教学方法和教学形式建议

本课程属于综合应用型课程，涉及面宽。教学形式建议包括电视录像授课，自学及面授辅导等形式，其中，电视授课以讲授重点、难点和应用实例分析为主。

五、课程的教学要求层次

教学要求中，内容按“了解、熟悉、掌握”三个基本层次要求。

第二部分教学媒体使用和教学过程建议

一、学时分配

本课程共90学时（5学分），IP课16学时。

二、教材

1．文字教材

文字教材采用全一册，包括教学内容部分和自学辅导部分。机电一体化技术是近年出现的一门新型边缘学科技术，覆盖面宽，知识更新速度快，本教材在精选内容满足教学基本要求的基础上，力求体现本专业的新知识、新技术。为了便于学习，该教材除了保证大纲规定的主要教学内容外，在每章后附有学员自学辅导内容，该部分内容主要包括重点，难点讨论，自检习题和参考答案等，以便学生自我检查学习效果。

2．IP课件

IP课件讲授课程的重点、难点和学习方法的指导。它与文字教材相互补充，密切配合，目的是帮助同学们学习和掌握课程的教学内容。IP课件存放在中央电大的“电大在线”平台（或）的本课程网页上。学生和辅导教师可通过浏览器点播观看。

三、教学环节

1．辅导与自学

辅导是电视大学的重要教学方法之一，由于广播电视大学采用开放和远距离教学手段，因此，辅导是学生接触老师，获得疑难解答的重要途径。辅导课要依据教学大纲，密切配合文字和录像教材，采用重点讲解，专题讨论，答疑等方式，通过解题思路分析和基本方法训练，培养学生分析问题和解决问题的能力。

2. 作业

习题是本课程的重要环节，通过做习题以深化和扩展对课程内容的理解，并培养学生分析和解决问题的能力。习题一般包括思考题和综合分析题，主要侧重于对基本概念的理解、对典型环节的认识以及对具有同一功能但又具有不同特性的装置或元件的选择、比较分析。

3. 考试

考试是对教与学的全面验收，学生必须在完成必做作业后，方能参加考试，考试题目要符合大纲要求，本考试采用命题考试方法，其中作业成绩占20%，完成作业、考试成绩及格即可获得本课程学分。考试内容：“掌握”层次60%，“熟悉”层次30%，“了解”层次10%。

第三部分教学内容与教学要求

1．概论（6学时）

（1）机电一体化技术的发展特点。

（2）机电一体化系统的基本结构要素。

（3）机电一体化的相关技术。

（4）机电一体化的技术经济和社会效益。

教学要求：掌握机电一体化及其六个基本结构要素的基本概念；熟悉机电一体化相关技术及其在系统中的作用；了解机电一体化技术的现状及发展趋势。

2．系统设计方法及工程路线（8学时）

（1）现代系统设计的特征

（2）系统设计的评价分析方法

（3）机电一体化产品设计的工程路线

（4）机电一体化系统概念和方法

教学要求：掌握机电一体化产品设计的基本步骤和工程路线；了解现代系统设计的特征和评价分析方法。

3．机电一体化机械系统设计（16学时）

（1）对机械传动系统的要求

（2）机械传动系统的特性

（3）机电一体化系统中的常用传动装置

（4）机械传动方案的选择

教学要求：掌握齿轮传动的传动比确定方法；熟悉机械传动系统的惯量、摩擦、阻尼、刚度、间隙等参数对传动系统特性的影响；了解常用传动机构的特点及选用。

4．动力驱动及定位（14学时）

（1）驱动装置的技术特点及技术要求

（2）驱动系统的品质指标

（3）常用动力与执行元件及其特性及选择方法

（4）常用伺服执行元件

（5）定位机构

1）定位机构的组成及特点

2）常用定位机构

教学要求：掌握步进电机，直流伺服电机伺服控制的特点；熟悉驱动装置技术特点和系统品质指标要求；了解常用驱动元件的特点和常用定位机构的结构及特点。

5．机电一体化中的计算机技术（16学时）

（1）微型计算机在机电一体化中的地位

（2）工业控制机的分类和特点

（3）开放式体系结构和总线系统，常用工业控制总线简介

（4）计算机控制系统的选用

（5）STD总线控制系统

1）STD总线规范

2）STD总线的工作模式

3）STD总线的I/0子系统

4）运动控制接口

教学要求：掌握计算机控制系统选择的基本原则及STD工业控制总线的特点和典型工作模式；熟悉开关量输入输出接口、电路原理框图；了解常用工业控制计算机，常用工业控制总线的结构及特点，了解常用I/0系统的硬件电路的结构及工作原理、常用运动控制接口模块。

6．传感器技术应用（12学时）