機電一體化技術(shù)教學大綱

1、機電一體化技術(shù)教學大綱學 時：45學時 學 分：2.5 學時 理論學時：36學時 實驗學時：9學時面向?qū)I(yè)：農(nóng)業(yè)機械化及其自動化、農(nóng)業(yè)機械化及其自動化（機師）大綱執(zhí)筆人：李晉陽 大綱審定人：郭清南一、說明1、 課程的性質(zhì)、地位和任務機電一體化技術(shù)主要研究機械技術(shù)與電子技術(shù)及其他領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)有機結(jié)合的規(guī)律，以實現(xiàn)產(chǎn)品（或系統(tǒng)）的多功能化、高效率化和智能化，使產(chǎn)品朝著輕、薄、細、靈巧方向發(fā)展以節(jié)省原材料、減小能量消耗、提高產(chǎn)品性價比的技術(shù)。機電一體化的發(fā)展水平在很大程度上反映了一個國家的技術(shù)經(jīng)濟實力、任務是研究和開發(fā)出性價比高的產(chǎn)品。2、 課程教學的基本要求在理論知識方面：該課程宜安排在學完機械

2、原理、機械設計與制造、電工電子技術(shù)、液壓傳動、傳感器技術(shù)、自動控制原理、單片機原理等有關(guān)基礎課和專業(yè)基礎課的第七學期，在內(nèi)容上既要注意與以上學科銜接又要避免不必要的重復。該課程是一門綜合性、實踐性很強的課程，所以授課教師在講授時要注重理論與實際的結(jié)合，同時要適當補充教材以外的一些相關(guān)的新知識、新技術(shù)。實踐技能方面：因該課程目的是實現(xiàn)產(chǎn)品的多功能化、高效率化和智能化，所以要求通過實驗來掌握一個完整的機電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)的設計方法。包括：機械系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、接口系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及總體設計方法。3、 課程教學改革在有限的時間內(nèi)盡可能多傳授給學生有關(guān)機電一體化方面的理論知識和實踐技能，見于該

3、課程涉及的學科廣、圖表多且復雜，該課程宜采用多媒體教學。一、 教學大綱內(nèi)容（一） 課程的理論教學第一章 概論 （2學時）第一節(jié) 機電一體化基本概念第一節(jié) 機電一體化構(gòu)成特點由機械系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、傳感與檢測系統(tǒng)、信息處理與控制系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)組成。第三節(jié) 機電一體化關(guān)鍵技術(shù)包括（1）精密機械技術(shù) （2）信息處理技術(shù) （3）檢測與傳感器技術(shù) （4）自動控制技術(shù) （5）伺服驅(qū)動技術(shù) （6）系統(tǒng)總體技術(shù)第四節(jié) 機電一體化產(chǎn)品的設計方法包括產(chǎn)品可行性研究、基本設計階段、詳細設計階段和實驗進行試驗。本章重點、難點：1、機電一體化基本概念 2、機電一體化關(guān)鍵技術(shù)建議教學方法：多媒體。通過分析一個具體的機電一體

4、化產(chǎn)品（如自動售貨機）的構(gòu)成、工作原理來使學生對機電一體化產(chǎn)品有一個完整的感性認識，加深印象激發(fā)學生的興趣。思考題：機電一體化的構(gòu)成和特點是什么？第二章 機械系統(tǒng)（4學時）第一節(jié) 傳動機構(gòu)傳動機構(gòu)的種類、特點、基本要求以及常用傳動機構(gòu)的設計方法。第二節(jié) 導向機構(gòu)介紹導軌的組成、分類、特點、基本要求以及常用導向機構(gòu)的設計方法。第三節(jié) 執(zhí)行機構(gòu)介紹常用執(zhí)行機構(gòu)的設計方法，包括：熱變形式、磁致伸縮式和工業(yè)機器人末端執(zhí)行器等。本章重點、難點：1、滾珠絲杠副傳動機構(gòu) 2、同步帶傳動機構(gòu)建議教學方法：多媒體思考題：1、如何消除滾珠絲杠副的軸向間隙？ 2、機電一體化機械系統(tǒng)由哪幾部分組成？第三章 檢測系統(tǒng)（

5、6學時）第一節(jié) 檢測系統(tǒng)的功用和特性特性：（1）靈敏度及分辨率（2）精確度（3）頻率響應特性（4）穩(wěn)定性（5）線性特性。第二節(jié) 常用傳感器位移傳感器、速度、加速度傳感器、力傳感器、溫度流量傳感器等。第三節(jié) 檢測系統(tǒng)的組成及原理分別介紹模擬和脈沖信號檢測系統(tǒng)的構(gòu)成幾工作原理。第四節(jié) 檢測信號預處理介紹模擬和脈沖信號的預處理以及傳感器的非線性誤差、零位誤差、增益誤差的補償。本章重點、難點：1、各類傳感器的工作原理 2、檢測系統(tǒng)的組成及原理建議教學方法：通過列舉一些常用傳感器在實際中的應用來達到拋磚引玉的目的，激發(fā)學生的發(fā)散思維。思考題：1、檢測系統(tǒng)的基本特性有哪些？在設計時應如何選擇靈敏度、精確度

6、等指標？2、與模擬濾波器比較，數(shù)字濾波器的優(yōu)點是什么？第四章 伺服系統(tǒng)（6學時）第一節(jié) 伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式及特點介紹伺服系統(tǒng)的基本概念、基本要求?；窘Y(jié)構(gòu)形式：（1）控制器（2）功率放大器（3）執(zhí)行機構(gòu)（4）檢測裝備第二節(jié) 伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件執(zhí)行元件的種類：（1）電動執(zhí)行元件（2）液壓執(zhí)行元件（3）氣動執(zhí)行元件第三節(jié) 執(zhí)行元件的控制驅(qū)動介紹步進電機、交直流伺服電機的驅(qū)動。第四節(jié) 伺服系統(tǒng)的設計本章重點、難點：1、步進電機、交直流伺服電機的控制與驅(qū)動。 2、伺服系統(tǒng)的設計建議教學方法：系統(tǒng)講授并通過具體例子來啟發(fā)學生的思維能力。思考題：如何從直流伺服電機的機械特性曲線得到調(diào)節(jié)特性曲線？第五章

7、 接口技術(shù)（8學時）第一節(jié) 概述第二節(jié) 地址譯碼器、i/o口與cpu的接口第三節(jié) 人機接口人機接口特點：（1）專用性（2）低速性。人機輸入輸出接口的設計。第四節(jié) 機電接口機電接口的類型：（1）a/d轉(zhuǎn)換接口（2）d/a轉(zhuǎn)換接口（3）功率接口第五節(jié) 系統(tǒng)的干擾與抑制抗干擾技術(shù)：（1）屏蔽技術(shù)（2）感性負載的瞬態(tài)抑制噪聲（3）電源線與地線的干擾及抗干擾措施。本章重點、難點：1、人機接口 2、機電接口建議教學方法：系統(tǒng)講授并通過具體例子來啟發(fā)學生的思維能力。思考題：如何抑制系統(tǒng)的干擾？第六章 控制系統(tǒng)（6學時）第一節(jié) 控制系統(tǒng)的組成及分類第二節(jié) 控制對象數(shù)學模型的建立建立數(shù)學模型的方法和步驟：（1）

8、模型準備（2）模型假設（3）確定建模方法（4）模型求解（5）模型驗證及應用本章重點、難點：控制系統(tǒng)數(shù)學模型的建立建議教學方法：系統(tǒng)講授并通過具體例子來啟發(fā)學生的思維能力。思考題：在選擇控制裝置中的微機時，應注意哪些問題？第七章 機電一體化總體設計（4學時）第一節(jié) 機電一體化總體設計的任務第二節(jié) 性能指標分析介紹性能指標對設計方法的影響及機電一體化總體設計的條件與方法。第三節(jié) 功能性性能指標的分配本章重點、難點：1、機電一體化總體設計的內(nèi)容及方法 2、功能性性能指標的分配建議教學方法：系統(tǒng)講授思考題：為什么在機電一體化總體設計時要進行功能性性能指標的分配？（二） 課程實驗教學（共9學時 5個實驗

9、）實驗一：機械位移、速度量的采集檢測實驗（1學時）實驗目的：（1）、掌握位移傳感器和速度傳感器（測速發(fā)電機）的工作原理和使用方法。（2）、機械位移、速度量的采集過程和對結(jié)果的正確處理、分析。實驗要求：用8031或pc實現(xiàn)機械位移、速度量的采集實驗二、直流伺服電機的位置控制（2學時）實驗目的：（1）、掌握直流伺服電機的工作原理和使用方法。（2）、掌握直流伺服電機位置控制的工作原理和使用方法。（3）了解控制電路實驗要求：（1）實現(xiàn)直流伺服電機的位置的精確控制 （2）設計出控制原理圖實驗三、直流伺服電機的開環(huán)速度控制（2學時）實驗目的：（1）、進一步掌握直流伺服電機的工作原理和使用方法。（2）、了解

10、開環(huán)速度控制的基本設計方法和原理實驗要求：（1）實現(xiàn)直流伺服電機的開環(huán)速度的精確控制 （2）求解出速度控制表達式和傳遞函數(shù)并對其控制性能進行分析。實驗四、直流伺服電機的閉環(huán)速度控制（2學時）實驗目的：（1）、進一步掌握直流伺服電機的工作原理和使用方法。（2）、了解閉環(huán)速度控制的基本設計方法和原理實驗要求：（1）實現(xiàn)直流伺服電機的閉環(huán)速度的精確控制 （2）求解出速度控制表達式和傳遞函數(shù)并對其控制性能進行分析。（3）通過分析比較開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)在控制精度上的不同實驗五、步進電機的速度、開環(huán)位置、閉環(huán)位置的綜合控制（綜合型）（2學時）實驗目的：（1）、掌握步進電機的工作原理和使用方法。（2）、掌握步進

11、電機的速度、開環(huán)位置、閉環(huán)位置的綜合控制原理和方法實驗要求：（1）實現(xiàn)步進電機的速度、開環(huán)位置、閉環(huán)位置的綜合控制 （2）求解出速度控制表達式和傳遞函數(shù)并對其控制性能進行分析。（3）通過分析比較開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)在控制精度上的不同單片機綜合實驗（）序號實驗名稱學時必開選開實驗類型內(nèi)容提要驗證基本操作綜合設計1機械位移、速度量的采集檢測實驗1用8031或pc實現(xiàn)機械位移、速度量的采集2直流伺服電機的位置控制2實現(xiàn)直流伺服電機的位置的精確控制 3直流伺服電機的開環(huán)速度控制2（1）實現(xiàn)直流伺服電機的開環(huán)速度的精確控制 （2）求解出速度控制表達式和傳遞函數(shù)并對其控制性能進行分析。4直流伺服電機的閉環(huán)速度控制2（1）實現(xiàn)直流伺服電機的閉環(huán)速度的精確控制 （2）求解出速度控制表達式和傳遞函數(shù)并對其控制性能進行分析。5步進電機的速度、開環(huán)位置、閉環(huán)位置