《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》-教學(xué)大綱、授課計劃 倪曉梅

《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》教學(xué)大綱Electro-hydraulicControlTechnology課程代碼：Z114105學(xué)時：32學(xué)分：2理論學(xué)時：32實驗或討論學(xué)時：0適用專業(yè)：機電一體化技術(shù)、數(shù)控技術(shù)課程性質(zhì)：選修撰稿人：倪曉梅審定人：李國平 一、課程說明（一）課程性質(zhì)、地位與任務(wù)本課程是一門專業(yè)選修課，是在先修課程基礎(chǔ)上從系統(tǒng)工程觀點出發(fā)，研究組成機電一體化產(chǎn)品的各要素之間的關(guān)系，使局部與整體協(xié)調(diào)配合，實現(xiàn)系統(tǒng)的目的功能。通過本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生掌握從機電一體化的角度對各相關(guān)技術(shù)及其相互之間聯(lián)系的基本原理與應(yīng)用方法，使學(xué)生清楚的認識到先修課程是機電一體化系統(tǒng)的基本要素，培養(yǎng)學(xué)生運用基礎(chǔ)理論理解實際問題的綜合能力，培養(yǎng)學(xué)生具有設(shè)計機電一體化產(chǎn)品的能力，培養(yǎng)學(xué)生使用，維修機電產(chǎn)品的能力。使學(xué)生掌握機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的基本方法。課程教學(xué)的基本要求1.對本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解機電一體化的基本概念及含義，從系統(tǒng)角度掌握機電一體化技術(shù)體系；2.要求掌握傳動的轉(zhuǎn)動慣量的計算、傳動剛度計算，力矩計算，以及加速控制及制動控制分析；3.要求掌握滾珠絲杠副機械傳動裝置的設(shè)計計算及選用；4.掌握幾種常用的機械測量檢測傳感器；5.掌握常用的直流伺服電機，交流伺服電機以及步進電機的特性及選用；6.掌握幾種常用的總線及接口；掌握單片機原理和特點；掌握PLC可編程序控制器的原理及特點。（三）課程教學(xué)改革1.教學(xué)內(nèi)容的改革機電一體化系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容多，涉及面廣，綜合性強。因此，要根據(jù)教學(xué)大綱要求，精選教學(xué)內(nèi)容，制定合理的教學(xué)計劃，達到最佳的教學(xué)效果。首先，透徹講述機電一體化的概念、體系結(jié)構(gòu)等。本部分內(nèi)容對學(xué)生建立機電一體化系統(tǒng)設(shè)計框架，有高屋建瓴的作用。其次，對各單元技術(shù)的講解，要分明主次，增刪結(jié)合。第三，重點引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)知識進行系統(tǒng)設(shè)計，可采用較多課時，分析實際系統(tǒng)的設(shè)計過程。教學(xué)方法的改革采用多媒體教學(xué)與師生互動的教學(xué)方法，多媒體是目前廣泛使用的教學(xué)手段，其特點是利用多媒體制作文字、圖片、聲音甚至動畫演示。它不僅帶給學(xué)生很強的視覺、聽覺沖擊，吸引其注意力，而且能在短時間內(nèi)給學(xué)生輸送大量的信息。傳統(tǒng)的講述式教學(xué)，容易使學(xué)生疲憊，可以讓學(xué)生參與課堂。在課程過半以后，老師給學(xué)生布置設(shè)計性的大作業(yè)，讓每個學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識，設(shè)計一機電一體化產(chǎn)品，在每次上課前幾分鐘，由學(xué)生講解設(shè)計過程。這既能督促學(xué)生利用課余時間，查閱文獻資料，加深課堂知識的理解，又能活躍課堂氣氛，強化課堂效果。二、教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時分配第一章緒論2學(xué)時第一節(jié)機電一體化的基本定義知識點：機電一體化的基本概念及含義。機電一體化系統(tǒng)的基本功能要素知識點：機電一體化系統(tǒng)的共性關(guān)鍵技術(shù)及功能構(gòu)成。第三節(jié)機電一體化系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)第四節(jié)機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標和方法知識點：機電一體化系統(tǒng)設(shè)計程序、流程、準則和規(guī)律以及現(xiàn)代設(shè)計方法。本章小結(jié)重點：機電一體化的基本概念；機電一體化系統(tǒng)的共性關(guān)鍵技術(shù)及功能構(gòu)成；機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的考慮方法和設(shè)計類型；機電一體化系統(tǒng)設(shè)計程序、流程、準則和規(guī)律以及現(xiàn)代設(shè)計方法。難點：機電一體化系統(tǒng)的共性關(guān)鍵技術(shù)及功能構(gòu)成；機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的考慮方法和設(shè)計類型；機電一體化系統(tǒng)設(shè)計程序、流程、準則和規(guī)律以及現(xiàn)代設(shè)計方法。建議教學(xué)方法：多媒體教學(xué)和板書結(jié)合、理論與實際結(jié)合的多種教學(xué)方法。第二章機械系統(tǒng)設(shè)計8學(xué)時第一節(jié)機械系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立2學(xué)時知識點：機械轉(zhuǎn)動系統(tǒng)和機械移動系統(tǒng)的基本元件；機械系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立的方法。機械傳動系統(tǒng)的特性2學(xué)時知識點：轉(zhuǎn)動慣量、摩擦、阻尼、剛度、諧振頻率、間隙的基本概念和對機械系統(tǒng)特性的影響；各種常見的機械系統(tǒng)間隙的消除方法。 機械傳動裝置4學(xué)時知識點：齒輪總傳動比的確定；齒輪各級傳動比的確定原則；齒輪傳動間隙消除的方法。同步齒形帶傳動、滾動螺旋傳動、諧波齒輪減速器的原理。滾珠絲杠副機械傳動裝置的設(shè)計選用。本章小結(jié)重點：傳動的轉(zhuǎn)動慣量的計算；傳動剛度計算；機械傳動系統(tǒng)特性的選擇；齒輪傳動比的計算和分配；齒輪間隙的消除；滾珠絲杠副機械傳動裝置的選用。難點：機械系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立、機械傳動系統(tǒng)特性的影響因素及選擇原則。教學(xué)方法：結(jié)合工程實例，多媒體輔助教學(xué)，視頻、動畫和錄像片演示，板書推演、計算，啟發(fā)提問、誘導(dǎo)思考。第三章傳感器檢測及其接口電路6學(xué)時第一節(jié)傳感器 1學(xué)時知識點：傳感器的分類；傳感器的靜態(tài)性能指標基本概念；傳感器的選擇原則。位移測量傳感器 3學(xué)時知識點：位移測量傳感器的分類；電容式位移傳感器；電感式位移傳感器；光柵式位移傳感器的工作原理及工程應(yīng)用。傳感器前期信號處理和接口技術(shù) 1學(xué)時知識點：傳感器前期信號處理方法；放大電路種類；傳感器接口技術(shù)。速度、加速度傳感器、位置傳感1學(xué)時知識點：速度傳感器、加速度傳感器的分類及工作原理。本章小結(jié)重點：位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器的工作原理和適用場合。難點：位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器的工作原理和適用場合。教學(xué)方法：結(jié)合工程實例，多媒體輔助教學(xué)，視頻、動畫和錄像片演示，板書推演、計算，啟發(fā)提問、誘導(dǎo)思考。第四章控制電動機及其選擇計算8學(xué)時第一節(jié)步進電機及其控制 4學(xué)時知識點：步進電機的工作原理；步進電動機的運行特性及性能指標；步進電動機的選擇及其計算。直流伺服電機及其控制 2學(xué)時知識點：直流伺服電機的工作原理、結(jié)構(gòu)與分類；直流伺服電機的特性曲線。交流伺服電機及其控制 2學(xué)時知識點：交流伺服電機的種類和結(jié)構(gòu)特點；交流伺服電動機的控制方法；交流伺服電動機的選擇。本章小結(jié)重點：常用的直流伺服電機，交流伺服電機以及步進電機的特性及選用。難點：電動機的特點及選用原則、電動機選擇計算。教學(xué)方法：講述為主，運用多媒體等教學(xué)手段，結(jié)合生產(chǎn)、生活實例，為學(xué)生呈現(xiàn)更多的案例，使枯燥抽象的專業(yè)術(shù)語有“鮮活”起來，激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣。第五章工業(yè)控制計算機及其接口技術(shù)6學(xué)時第一節(jié)工業(yè)控制計算機 1學(xué)時知識點：工業(yè)控制計算機。計算機控制接口技術(shù)1學(xué)時知識點：幾種常用的總線及接口。第三節(jié)可編程控制器4學(xué)時知識點：單片機原理和特點；PLC可編程序控制器的原理及特點。本章小結(jié)重點：幾種常用的總線及接口；單片機原理和特點；PLC可編程序控制器的原理及特點。難點：計算機接口控制技術(shù)。教學(xué)方法：只能是講述為主，利用多媒體等教學(xué)手段，結(jié)合生產(chǎn)、生活實例，介紹了解，學(xué)時少內(nèi)容多，難講詳細。第六章

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用舉例

2學(xué)時知識點：機電一體化產(chǎn)品的系統(tǒng)設(shè)計要點；數(shù)控機床設(shè)計應(yīng)用實例。本章小結(jié)重點：機電一體化產(chǎn)品的系統(tǒng)設(shè)計要點；數(shù)控機床設(shè)計應(yīng)用實例。難點：機電一體化產(chǎn)品設(shè)計步驟、要點。三、考核方式及成績評定平時成績：習(xí)題作業(yè)20%/考勤50%/線上學(xué)習(xí)20%/筆記10%；結(jié)課后考試：閉卷總成績評定辦法：平時成績40%/考試成績60%。附：教學(xué)參考資料1.選用的教材：姜培剛，蓋玉先，《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》，機械工業(yè)出版社，2010年2.主要參考書：[1]黃筱調(diào)，趙松年，《機電一體化技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用》，機械工業(yè)出版社，2009年[2]鄭堤，唐可洪，《機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)》，機械工業(yè)出版社，2008年[3]胡泓，姚伯威，《機電一體化原理及應(yīng)用》，國防工業(yè)出版社，2005年[4]張立勛，孟慶鑫，《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》，哈爾濱工程大學(xué)出版社，2000年周次課次學(xué)時數(shù)授課內(nèi)容作業(yè)題目課堂討論、測驗或其它理論/實驗章節(jié)和課題第一周從2月24日到3月1日12理論第一章緒論學(xué)習(xí)通測驗舉例說一下常見的機電一體化產(chǎn)品22理論第二章機械系統(tǒng)設(shè)計第一節(jié)機械系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立任務(wù)一：建立數(shù)控機床傳動系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型學(xué)習(xí)通作業(yè)學(xué)習(xí)通測驗第二周從3月2日到3月8日32理論第二章機械系統(tǒng)設(shè)計第二節(jié)機械傳動系統(tǒng)的特性任務(wù)二：機械傳動系統(tǒng)特性分析學(xué)習(xí)通作業(yè)加速度傳感器是什么系統(tǒng)？42理論第二章機械系統(tǒng)設(shè)計第三節(jié)機械傳動裝置任務(wù)三：齒輪傳動比分配學(xué)習(xí)通作業(yè)學(xué)習(xí)通測驗第三周從3月9日到3月15日52理論第二章機械系統(tǒng)設(shè)計第三節(jié)機械傳動裝置任務(wù)四：滾珠絲杠傳動方法學(xué)習(xí)通作業(yè)圓柱齒輪消隙方法有哪些？62理論第三章傳感器檢測及其接口電路第一節(jié)傳感器第二節(jié)位移測量傳感器 任務(wù)五：電容傳感器原理學(xué)習(xí)通作業(yè)學(xué)習(xí)通測驗第四周從3月16日到3月22日72理論第三章傳感器檢測及其接口電路第二節(jié)位移測量傳感器 任務(wù)六：位移傳感器的選擇學(xué)習(xí)通作業(yè)電容傳感器的工作原理是什么？82理論第三章傳感器檢測及其接口電路第三節(jié)傳感器前期信號處理和接口技 第四節(jié)速度、加速度傳感器任務(wù)七：傳感器的接口學(xué)習(xí)通作業(yè)學(xué)習(xí)通測驗第五周從3月23日到3月29日92理論第四章控制電動機及其選擇計算第一節(jié)步進電機及其控制（上）任務(wù)八：步進電動機的工作原理學(xué)習(xí)通作業(yè)學(xué)習(xí)通測驗102理論第四章控制電動機及其選擇計算第一節(jié)步進電機及其控制（下）任務(wù)九：步進電動機的選擇學(xué)習(xí)通作業(yè)學(xué)習(xí)通測驗第六周從3月30日到4月5日112理論第四章控制電動機及其選擇計算第二節(jié)直流伺服電機及其控制任務(wù)十：直流伺服電動機選擇學(xué)習(xí)通作業(yè)學(xué)習(xí)通測驗周次課次2授課內(nèi)容作業(yè)題目課堂討論、測驗或其它理論/實驗章節(jié)和課題第七周從4月6日到4月12日122理論第四章控制電動機及其選擇計算第三節(jié)交流伺服電機及其控制任務(wù)十一：交流伺服電動機應(yīng)用學(xué)習(xí)通作業(yè)學(xué)習(xí)通測驗第八周從4月13日到4月19日132理論第五章工業(yè)控制計算機及其接