《機電伺服控制技術(shù)》課程教學大綱

PAGEPAGE10《機電伺服控制技術(shù)》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱機電伺服控制技術(shù)課程編號課程性質(zhì)選修課課程類別專業(yè)選修課開課單位機械電子教研室授課學期第7學期學分/學時2/32課內(nèi)學時32理論授課28上機學時0課內(nèi)實踐0實驗學時4課外學時32適用專業(yè)機械電子工程專業(yè)是否雙語否先修課程《電工電子學》《控制工程基礎(chǔ)》后續(xù)課程畢業(yè)設(shè)計二、課程簡介《機電伺服控制技術(shù)》是機械電子工程專業(yè)的一門專業(yè)選修課程，為理論性較強的一門課程。本課程對伺服控制技術(shù)概論、步進電動機、直流伺服電動機、交流伺服電動機、新型電氣伺服驅(qū)動單元和電-液、電-氣伺服系統(tǒng)等內(nèi)容進行理論講授及實驗驗證。機電伺服控制技術(shù)在形式上符合機械類專業(yè)學生的思維模式，以機械電子專業(yè)本科學生應掌握的知識為基礎(chǔ)，使學生了解伺服控制技術(shù)在機電控制中的地位和作用，為學生今后從事機電伺服系統(tǒng)的開發(fā)、調(diào)試、維護工作打下一定的基礎(chǔ)。三、課程目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐（一）課程目標通過本課程的學習，使學生達到以下目標：課程目標1.通過教學使學生正確掌握步進電動機、直流伺服電動機、交流伺服電動機、新型電氣伺服驅(qū)動單元和電-液、電-氣伺服系統(tǒng)等知識，能將知識綜合運用于對實際問題的分析，初步具有解決機電伺服控制實際問題的能力。課程目標2.通過實驗教學，加深對步進電動機的驅(qū)動電源和電機工作情況的了解；掌握步進電動機基本參數(shù)的測定方法。掌握交流伺服電動機的機械特性及調(diào)節(jié)特性的測量方法。培養(yǎng)學生具有對常見機電伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計、分析能力，積累初步工程經(jīng)驗，并培養(yǎng)工科學生的綜合工程素質(zhì)。課程目標3.通過課程教學，培養(yǎng)學生具有堅定正確的政治方向，樹立現(xiàn)代科學的人生觀、世界觀、價值觀，能夠運用辯證唯物主義思考、分析問題，具有社會責任感、創(chuàng)新意識和法律意識；使學生善于思考，勇于實踐。（二）課程目標對畢業(yè)要求指標點的支撐課程目標支撐畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求課程目標1指標點1-4：綜合應用所學知識進行復雜工程問題解決方案的設(shè)計與改進。1-工程知識課程目標2指標點1-4：綜合應用所學知識進行復雜工程問題解決方案的設(shè)計與改進。指標點2-2：能夠?qū)⑾嚓P(guān)基礎(chǔ)理論和基本原理綜合應用于復雜工程問題的表述，對復雜工程問題的解決途徑進行分析、對比并試圖改進。1-工程知識2-問題分析課程目標3指標點6-2：能夠基于機電工程相關(guān)背景知識，分析和評價機電產(chǎn)品設(shè)計制造領(lǐng)域工程實踐和復雜工程問題解決方案。對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應承擔的責任。6-工程與社會四、課程基本教學內(nèi)容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學內(nèi)容第一單元伺服控制技術(shù)概論（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內(nèi)容介紹伺服系統(tǒng)與反饋、伺服控制法則、運動伺服控制。2.重點和難點重點：伺服系統(tǒng)的組成、伺服控制法則、伺服控制的概念。難點：理解伺服控制法則。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結(jié)合，闡明課程與教學基本原理，豐富學生課程與教學的基本知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學生的職業(yè)規(guī)范；（2）通過案例分析，強調(diào)理論與實踐相結(jié)合，促進學生知識整合，培養(yǎng)學生的反思能力，為后續(xù)畢業(yè)設(shè)計奠定理論知識基礎(chǔ)。4.學生學習預期成果通過本部分的學習，學生能掌握伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成、伺服控制法則和伺服控制的概念。5.支撐課程目標課程目標1、2、3。第二單元步進電動機（學時數(shù)：理論8+實驗2）理論課程（8學時）1.課程主要內(nèi)容介紹步進電動機的工作原理與特點、步進電動機驅(qū)動的動力學問題、步進電動機驅(qū)動電路、步進電動機的細分驅(qū)動技術(shù)。2.重點和難點重點：步進電動機的工作原理與特點、步進電動機驅(qū)動的動力學問題、步進電動機驅(qū)動電路、步進電動機的細分驅(qū)動技術(shù)。難點：步進電動機驅(qū)動電路。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結(jié)合，闡明課程與教學基本原理，豐富學生課程與教學的基本知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學生的職業(yè)規(guī)范；（2）通過實驗環(huán)節(jié)教學，加深對步進電動機的驅(qū)動電源和電機工作情況的理解，掌握步進電動機基本參數(shù)的測定方法，提高學生實踐操作能力。4.學生學習預期成果通過本部分的學習，學生能掌握步進電動機的工作原理與特點、步進電動機驅(qū)動的動力學問題、步進電動機驅(qū)動電路、步進電動機的細分驅(qū)動技術(shù)。要求學生了解步進電動機驅(qū)動的原理；理解步進電動機的工作原理、運行特性及特點；掌握步進電動機的細分驅(qū)動技術(shù)。伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成、伺服控制法則和伺服控制的概念。5.支撐課程目標課程目標2、3。實驗課程（2學時）1.課程主要內(nèi)容在規(guī)定的時間內(nèi)使步進電機轉(zhuǎn)過規(guī)定的角度，要求準確可靠；設(shè)計步進電動機以某一平均轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。2.重點和難點重點：在規(guī)定的時間內(nèi)使步進電機轉(zhuǎn)過規(guī)定的角度，設(shè)計步進電動機以某一平均轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。難點：設(shè)計步進電動機以某一平均轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。3.實施方式理論+實驗4.學習要求加深對步進電動機的驅(qū)動電源和電機工作情況的理解，掌握步進電動機基本參數(shù)的測定方法。5.實驗要求（1）實驗屬性（驗證性實驗）（2）開出要求（必做）（3）分組要求（4人1組）（4）實驗準備（①儀器設(shè)備，②預習要求）6.學生學習預期成果通過實驗環(huán)節(jié)教學，加深對步進電動機的驅(qū)動電源和電機工作情況的理解，掌握步進電動機基本參數(shù)的測定方法，培養(yǎng)學生的動手實踐能力。7.支撐課程目標課程目標2、3。第三單元直流伺服控制（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內(nèi)容介紹直流電動機、直流伺服電動機、可控硅調(diào)壓和脈寬調(diào)壓、直流伺服電動機調(diào)速系統(tǒng)。2.重點和難點重點：直流電動機和直流伺服電動機的結(jié)構(gòu)原理、控制方式，直流伺服電動機調(diào)速系統(tǒng)的組成及工作原理。難點：直流電動機和直流伺服電動機的控制方式。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結(jié)合，闡明課程與教學基本原理，豐富學生課程與教學的基本知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學生的職業(yè)規(guī)范；（2）通過案例教學，加深對直流電動機和直流伺服電動機的控制方式的理解，為后續(xù)畢業(yè)設(shè)計奠定理論知識基礎(chǔ)。4.學生學習預期成果通過本部分的學習，學生能掌握直流電動機和直流伺服電動機的結(jié)構(gòu)原理、控制方式；理解可控硅調(diào)壓和脈寬調(diào)壓的原理；掌握直流伺服電動機調(diào)速系統(tǒng)的組成及工作原理、機械特性和調(diào)節(jié)特性。5.支撐課程目標課程目標1、2、3。第四單元交流伺服控制（學時數(shù)：理論6+實驗2）理論課程（6學時）1.課程主要內(nèi)容介紹交流電動機及其調(diào)速系統(tǒng)、異步交流伺服電動機的工作原理、變頻技術(shù)、交流變頻異步電動機、變頻交流伺服系統(tǒng)產(chǎn)品。2.重點和難點重點：異步交流伺服電動機的工作原理、變頻技術(shù)的概念，交流變頻異步電動機的結(jié)構(gòu)原理、特性及控制方法。難點：交流變頻異步電動機的結(jié)構(gòu)原理。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結(jié)合，闡明課程與教學基本原理，豐富學生課程與教學的基本知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學生的職業(yè)規(guī)范；（2）通過實驗環(huán)節(jié)教學，加深對交流伺服控制系統(tǒng)以及交流變頻異步電動機的結(jié)構(gòu)原理的理解，提高學生實踐操作能力。4.學生學習預期成果通過本部分的學習，了解交流電動機結(jié)構(gòu)原理、交流電動機調(diào)速系統(tǒng)的組成、變頻交流伺服系統(tǒng)產(chǎn)品；理解異步交流伺服電動機的工作原理、變頻技術(shù)的概念；掌握交流變頻異步電動機的結(jié)構(gòu)原理、特性及控制方法。5.支撐課程目標課程目標2、3。實驗課程（2學時）1.課程主要內(nèi)容測交流伺服電動機幅值控制時的機械特性和調(diào)節(jié)特性；測繪交流伺服電動機幅值—相位控制時的機械特性；觀察自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。2.重點和難點重點：測交流伺服電動機幅值控制時的機械特性和調(diào)節(jié)特性，測繪交流伺服電動機幅值—相位控制時的機械特性。難點：正確使用儀器測量交流伺服電動機的機械特性及調(diào)節(jié)特性。3.實施方式理論+實驗4.學習要求掌握交流伺服電動機的機械特性及調(diào)節(jié)特性的測量方法。5.實驗要求（1）實驗屬性（驗證性實驗）（2）開出要求（必做）（3）分組要求（4人1組）（4）實驗準備（①儀器設(shè)備，②預習要求）6.學生學習預期成果通過實驗環(huán)節(jié)教學，加深對交流伺服控制系統(tǒng)以及交流變頻異步電動機的結(jié)構(gòu)原理的理解，提高學生實踐操作能力。7.支撐課程目標課程目標2、3。第五單元新型電氣伺服驅(qū)動單元（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內(nèi)容介紹超聲波馬達、直線位移單元、三維電動機。2.重點和難點重點：幾種新型電氣伺服驅(qū)動單元的特點及應用范圍，伺服驅(qū)動單元的工作原理；新型伺服驅(qū)動單元的組成及使用方法。難點：伺服驅(qū)動單元的工作原理。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結(jié)合，闡明課程與教學基本原理，豐富學生課程與教學的基本知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學生的職業(yè)規(guī)范；（2）通過案例教學，加深對新型伺服驅(qū)動單元的組成及使用方法的理解，為后續(xù)畢業(yè)設(shè)計奠定理論知識基礎(chǔ)。4.學生學習預期成果通過本部分的學習，了解幾種新型電氣伺服驅(qū)動單元的特點及應用范圍，理解伺服驅(qū)動單元的工作原理，掌握新型伺服驅(qū)動單元的組成及使用方法。5.支撐課程目標課程目標1、2。第六單元電-液、電-氣伺服系統(tǒng)（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內(nèi)容介紹液壓與氣動系統(tǒng)、電-液伺服系統(tǒng)、電-氣伺服系統(tǒng)。2.重點和難點重點：液壓與氣動系統(tǒng)的組成與原理，電-液伺服系統(tǒng)和電-氣伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，電-液、電-氣伺服系統(tǒng)的工作原理。難點：電-液、電-氣伺服系統(tǒng)的工作原理。3.教學方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結(jié)合，闡明課程與教學基本原理，豐富學生課程與教學的基本知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學生的職業(yè)規(guī)范；（2）通過案例分析，強調(diào)理論與實踐相結(jié)合，促進學生知識整合，培養(yǎng)學生的反思能力，為后續(xù)畢業(yè)設(shè)計奠定理論知識基礎(chǔ)。4.學生學習預期成果通過本部分的學習，了解液壓與氣動系統(tǒng)的組成與原理，理解電-液伺服系統(tǒng)和電-氣伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，掌握電-液、電-氣伺服系統(tǒng)的工作原理。5.支撐課程目標課程目標1、2、3。（二）課程基本教學內(nèi)容對課程目標的支撐課程教學內(nèi)容教學方法支撐的課程目標學時安排課內(nèi)課外學時比例第一單元伺服控制技術(shù)概論講授法課程目標1、2、321：1第二單元步進電動機講授法、實驗課程目標2、3理論8+實驗21：1第三單元直流伺服控制講授法、案例教學課程目標1、2、361：1第四單元交流伺服控制講授法、實驗課程目標2、3理論6+實驗21：1第五單元新型電氣伺服驅(qū)動單元講授法、案例教學課程目標1、241：1第六單元電-液、電-氣伺服系統(tǒng)講授法、案例教學課程目標1、2、321：1合計321：1五、課程考核及對課程目標的支撐（一）課程考核課程成績構(gòu)成（百分制）課程成績構(gòu)成比例考核環(huán)節(jié)目標分值考核/評價細則平時成績50%實驗（百分制）40根據(jù)學生的實驗預習、實驗紀律、實驗動手能力及實驗報告結(jié)果，進行綜合評定。每次實驗都打分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)最終成績。目標分值=0.4*實驗平均成績作業(yè)（百分制）30本門課程6次作業(yè)，主要考核學生對各單元知識點的理解和掌握程度；每次作業(yè)按100分制單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)最終成績。目標分值=0.3*作業(yè)平均成績測驗（百分制）20本門課程2次測驗，主要考核學生課堂對知識點的理解和掌握情況，每次測驗按100分制單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。目標分值=0.2*測驗平均成績課堂表現(xiàn)（百分制）10根據(jù)學生上課的課堂表現(xiàn)，在出勤表中記錄學生的出勤及聽課回答問題的記錄。目標分值=0.1*成績期末考試50%知識40（1）卷面成績100分，以卷面成績的50%計入課程總評成績。（2）主要考核伺服控制技術(shù)概論、步進電動機、直流伺服控制、交流伺服控制、新型電氣伺服驅(qū)動單元、電-液、電-氣伺服系統(tǒng)等。（3）考試題型為：選擇題、填空題、判斷題、簡答題、論述題、計算題等。能力30綜合應用20創(chuàng)新10（二）課程考核對課程目標的支撐教學內(nèi)容考核內(nèi)容考核方式支撐的課程目標第一單元伺服控制技術(shù)概論1-1伺服系統(tǒng)的組成1-2伺服控制法則1-3伺服控制的概念作業(yè)、測驗、期末考試課程目標1、2第二單元步進電動機2-1步進電動機驅(qū)動的原理2-2步進電動機的工作原理、運行特性及特點2-3步進電動機的細分驅(qū)動技術(shù)作業(yè)、實驗、期末考試課程目標2、3第三單元直流伺服控制3-1直流電動機和直流伺服電動機的結(jié)構(gòu)原理、控制方式3-2可控硅調(diào)壓和脈寬調(diào)壓的原理3-3直流伺服電動機調(diào)速系統(tǒng)的組成及工作原理、機械特性和調(diào)節(jié)特性作業(yè)、期末考試課程目標1、2、3第四單元交流伺服控制4-1交流電動機結(jié)構(gòu)原理4-2異步交流伺服電動機的工作原理4-3變頻技術(shù)的概念4-4交流變頻異步電動機的結(jié)構(gòu)原理測驗、實驗、期末考試課程目標2、3第五單元新型電氣伺服驅(qū)動單元5-1新型電氣伺服驅(qū)動單元的特點及應用范圍5-2伺服驅(qū)動單元的工作原理；5-3新型伺服驅(qū)動單元的組成及使用方法。作業(yè)、期末考試課程目標1、2、3第六單元電-液、電-氣伺服系統(tǒng)6-1液壓與氣動系統(tǒng)的組成與原理6-2電-液伺服系統(tǒng)和電-氣伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)6-3電-液、電-氣伺服系統(tǒng)的工作原理。作業(yè)、期末考試課程目標1、2、3六、使用教材、相關(guān)推薦書目及課程資源（一）使用教材李恩