机电一体化技术教学大纲.doc

《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。

2）、机械位移、速度量的采集过程和对结果的正确处理、分析实验要求：用8031或PC实现机械位移、速度量的采集实验二、直流伺服电机的位置控制（2学时）实验目的：（1）、掌握直流伺服电机的工作原理和使用方法2）、掌握直流伺服电机位置控制的工作原理和使用方法3）了解控制电路实验要求：（1）实现直流伺服电机的位置的精确控制 （2）设计出控制原理图实验三、直流伺服电机的开环速度控制（2学时）实验目的：（1）、进一步掌握直流伺服电机的工作原理和使用方法2）、了解开环速度控制的基本设计方法和原理实验要求：（1）实现直流伺服电机的开环速度的精确控制 （2）求解出速度控制表达式和传递函数并对其控制性能进行分析实验四、直流伺服电机的闭环速度控制（2学时）实验目的：（1）、进一步掌握直流伺服电机的工作原理和使用方法2）、了解闭环速度控制的基本设计方法和原理实验要求：（1）实现直流伺服电机的闭环速度的精确控制 （2）求解出速度控制表达式和传递函数并对其控制性能进行分析3）通过分析比较开环和闭环系统在控制精度上的不同实验五、步进电机的速度、开环位置、闭环位置的综合控制（综合型）（2学时）实验目的：（1）、掌握步进电机的工作原理和使用方法。

2）、掌握步进电机的速度、开环位置、闭环位置的综合控制原理和方法实验要求：（1）实现步进电机的速度、开环位置、闭环位置的综合控制 （2）求解出速度控制表达式和传递函数并对其控制性能进行分析3）通过分析比较开环和闭环系统在控制精度上的不同单片机综合实验（）序号实验名称学时必开选开实验类型内容提要验证基本操作综合设计1机械位移、速度量的采集检测实验1√√用8031或PC实现机械位移、速度量的采集2直流伺服电机的位置控制2√√实现直流伺服电机的位置的精确控制 3直流伺服电机的开环速度控制2√√（1）实现直流伺服电机的开环速度的精确控制 （2）求解出速度控制表达式和传递函数并对其控制性能进行分析4直流伺服电机的闭环速度控制2√√（1）实现直流伺服电机的闭环速度的精确控制 （2）求解出速度控制表达式和传递函数并对其控制性能进行分析5步进电机的速度、开环位置、闭环位置的综合控制2√√实现步进电机的速度、开环位置、闭环位置的综合控制三 本课程的考察方式方法采取笔试和平时实验相结合的方法附：教学参考书目1、《机电一体化技术》李成华主编 中国农业出版社2、《机电一体化设计基础》郑堤 唐可洪 机电工业出版社 19973、《自动控制原理》（上下册） 吴麟主编 清华大学出版社4、《MCS-51/98单片机原理及应用》 赵长德主编 机械工业出版社5。