《機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)》課程學(xué)習(xí)指導(dǎo)計(jì)劃

1、機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)指導(dǎo)計(jì)劃第一部分課程學(xué)習(xí)目的及總體要求一、課程的學(xué)習(xí)目的機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)是一門(mén)跨學(xué)科的綜合性專(zhuān)業(yè)課，涉及機(jī)械設(shè)計(jì)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)等技術(shù)領(lǐng)域，體現(xiàn)出鮮明的機(jī)電結(jié)合的特色。近年來(lái)，隨著電子信息、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，使傳統(tǒng)的機(jī)械科學(xué)技術(shù)邁向了嶄新的發(fā)展空間。通過(guò)機(jī)械技術(shù)、電子信息技術(shù)以及計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)等學(xué)科的交叉與綜合，誕生了機(jī)械電子學(xué)(Mechatronics)、機(jī)電一體化等新興的學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域，同時(shí)在工程應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越多地涌現(xiàn)出機(jī)電產(chǎn)品、機(jī)電系統(tǒng)與設(shè)備等機(jī)電結(jié)合的技術(shù)系統(tǒng)。因此，學(xué)習(xí)機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)課程，對(duì)學(xué)生了解和關(guān)注機(jī)械學(xué)科的基本處理方

2、法和最新研究動(dòng)態(tài)，具有非常重要的指導(dǎo)意義。在21世紀(jì)的今天，迫切需要將機(jī)和電兩大領(lǐng)域進(jìn)行交融和滲透，形成有機(jī)的、完整的機(jī)電結(jié)合的知識(shí)體系，以具備機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、分析和工程應(yīng)用能力。二、課程的總體要求機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)是一個(gè)與實(shí)踐和應(yīng)用結(jié)合非常緊密的課程，其中使用和關(guān)注的很多技術(shù)都是具有前沿水平的，因此從理解到掌握都會(huì)具有一定難度，需要學(xué)生們認(rèn)真學(xué)習(xí)和聯(lián)系實(shí)際加以理解。課程的知識(shí)體系主要分為三大知識(shí)模塊，即機(jī)電一體化概述及總體設(shè)計(jì)、機(jī)電系統(tǒng)部件設(shè)計(jì)和典型機(jī)電系統(tǒng)介紹，其課程內(nèi)容包括：概述；機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)；接口設(shè)計(jì)；檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；機(jī)電一體化總體設(shè)計(jì)；典型機(jī)電系統(tǒng)介紹；機(jī)電一

3、體化設(shè)備中的典型裝置。第二部分課程學(xué)習(xí)的基本要求及重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容分析第一章概述本章是機(jī)電系統(tǒng)概念的感性認(rèn)識(shí)章節(jié)，既要學(xué)習(xí)機(jī)電概念發(fā)展，又要理解機(jī)電產(chǎn)品的功能和結(jié)構(gòu)要素組成，明確機(jī)電產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)功能的共性關(guān)鍵技術(shù)，并能基于共性理解機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)路線。對(duì)本章出現(xiàn)的概念和原理內(nèi)涵要善于總結(jié)歸納。(1)應(yīng)熟悉的內(nèi)容了解機(jī)電一體化的發(fā)展，機(jī)電產(chǎn)品的分類(lèi)；機(jī)電一體化的共性技術(shù)(2)應(yīng)掌握的內(nèi)容機(jī)電一體化組成的五大要素及相應(yīng)實(shí)現(xiàn)功能，能夠結(jié)合具體實(shí)例說(shuō)明機(jī)電產(chǎn)品的組成及功能；機(jī)電一體化工程設(shè)計(jì)路線。2. 重點(diǎn)與難點(diǎn)(1) 重點(diǎn)機(jī)電一體化的概念；機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的共性技術(shù)。(2) 難點(diǎn)機(jī)電產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)功能、主要要素及

4、對(duì)應(yīng)的實(shí)現(xiàn)功能；機(jī)電一體化產(chǎn)品的工程設(shè)計(jì)路線。通過(guò)完成下面作業(yè)可以更詳細(xì)地理解和掌握。機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第8頁(yè)第1、8題。第二章機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)本章涉及機(jī)械子部件的設(shè)計(jì)，圖示的機(jī)械結(jié)構(gòu)知識(shí)點(diǎn)較多，幾種常用的傳動(dòng)、導(dǎo)向和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)方法對(duì)建立機(jī)電系統(tǒng)至關(guān)重要。復(fù)習(xí)時(shí)要注意概念把握機(jī)械的結(jié)構(gòu)、原理、工作方式，重點(diǎn)掌握傳動(dòng)和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和步驟。1. 本章學(xué)習(xí)內(nèi)容(1) 應(yīng)熟悉的內(nèi)容機(jī)電產(chǎn)品機(jī)械系統(tǒng)的組成、功能、要求；滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)、原理及安裝使用；諧波齒輪減速器的工作原理；導(dǎo)軌的功用、分類(lèi)。(2) 應(yīng)掌握的內(nèi)容傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的調(diào)隙方法；滾珠絲杠的選型設(shè)計(jì)；滾動(dòng)導(dǎo)軌的選型設(shè)計(jì)；微動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理；機(jī)

5、械夾持器的設(shè)計(jì)原理。3. 重點(diǎn)與難點(diǎn)(1)重點(diǎn)機(jī)電系統(tǒng)中機(jī)械系統(tǒng)構(gòu)成；機(jī)電產(chǎn)品齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的調(diào)隙方法；諧波齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)及工作原理；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)功用及分類(lèi)；工業(yè)機(jī)器人夾持器的分類(lèi)及特點(diǎn)。(2)難點(diǎn)滾珠絲杠的工作原理及設(shè)計(jì)計(jì)算；滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的計(jì)算；機(jī)電產(chǎn)品中微動(dòng)機(jī)構(gòu)的原理。機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第51頁(yè)第2、4、5、8題。第三章接口設(shè)計(jì)本章涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，很多都需要理解和記憶，復(fù)習(xí)時(shí)要善于總結(jié)歸納。重點(diǎn)是人機(jī)接口和機(jī)點(diǎn)接口兩大類(lèi)的應(yīng)用。對(duì)于每種接口首先要把握接口的硬件結(jié)構(gòu)，這是接口原理和應(yīng)用的根本所在，再熟知接口的連接工作方式，理解接口運(yùn)行所需編制的軟件算法，要總結(jié)兩大接口的典型連接方式和特點(diǎn)。1.

6、本章學(xué)習(xí)內(nèi)容(1) 應(yīng)熟悉的內(nèi)容了解接口設(shè)計(jì)的重要性、接口的分類(lèi)及特點(diǎn)；人機(jī)接口的類(lèi)型；機(jī)電接口的類(lèi)型；A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的接口連接；光電耦合接口工作原理。(2) 應(yīng)掌握的內(nèi)容開(kāi)關(guān)、BCD撥盤(pán)接口設(shè)備的連接方法；鍵盤(pán)、LED顯示器的結(jié)構(gòu)、連接方式、工作實(shí)現(xiàn)；機(jī)電接口中常用的功率放大電子器件的工作方式。2. 重點(diǎn)與難點(diǎn)(1) 重點(diǎn)接口的分類(lèi)及特點(diǎn)；人機(jī)接口的類(lèi)型；機(jī)電接口類(lèi)型；功率輸出接口中常用的電子器件；光電耦合接口設(shè)計(jì)。(2) 難點(diǎn)開(kāi)關(guān)、BCD碼盤(pán)、鍵盤(pán)輸入接口設(shè)計(jì)；七段LED顯示、點(diǎn)陣LED顯示輸出接口設(shè)計(jì)。通過(guò)完成下面作業(yè)可以更詳細(xì)地理解和掌握。機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第85頁(yè)第2、3、5、

7、9題。第四章檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)本章內(nèi)容涉及機(jī)電系統(tǒng)中的檢測(cè)裝置，它們是監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、確保系統(tǒng)正常工作的重要裝置，本章的主線從模擬檢測(cè)裝置和數(shù)字檢測(cè)裝置兩大類(lèi)出發(fā)，分別介紹了其基本組成結(jié)構(gòu)、工作原理、關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以及計(jì)算機(jī)對(duì)檢測(cè)信號(hào)的采集和預(yù)處理，模擬檢測(cè)環(huán)節(jié)較多，及注重歸納設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)方法展開(kāi)復(fù)習(xí)。1. 本章學(xué)習(xí)內(nèi)容(1) 應(yīng)熟悉的內(nèi)容了解檢測(cè)系統(tǒng)的組成、基本要求、設(shè)計(jì)方法和步驟；模擬式信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)電路工作原理；數(shù)字式信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)細(xì)分電路的工作原理；模擬量輸入計(jì)算機(jī)的方式；信號(hào)的采樣、保持和數(shù)字濾波。(2) 應(yīng)掌握的內(nèi)容2. 模擬式信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)組成、工作方式；數(shù)字式信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)組成、工作方式

8、重點(diǎn)與難點(diǎn)(1) 重點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)的功用及組成；模擬信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的組成；數(shù)字信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的組成；模擬量輸入的四種方式及模擬多路開(kāi)關(guān)的功用；信號(hào)采樣與保持電路及工作原理。(2) 難點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)組成電路的原理、結(jié)構(gòu)、分類(lèi)及工作原理，包括：基本轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)放大電路、調(diào)制解調(diào)電路、濾波器、運(yùn)算電路；信號(hào)細(xì)分與辨向的工作原理；數(shù)字信號(hào)四種濾波方式及工作原理。通過(guò)完成下面作業(yè)可以更詳細(xì)地理解和掌握。機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第132頁(yè)第2、14、23、24題。第五章伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)本章是關(guān)于機(jī)電系統(tǒng)中伺服跟隨子系統(tǒng)的介紹，其系統(tǒng)是建立在機(jī)械、接口和檢測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)上構(gòu)成的小機(jī)電系統(tǒng)。復(fù)習(xí)時(shí)應(yīng)從伺服系統(tǒng)的概念出發(fā)，理解其結(jié)構(gòu)形

9、式、設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)步驟；掌握典型的伺服系統(tǒng)執(zhí)行元件及其控制方法；學(xué)會(huì)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和設(shè)計(jì)開(kāi)環(huán)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。本章知識(shí)點(diǎn)概念較多應(yīng)學(xué)會(huì)歸納總結(jié)伺服系統(tǒng)的不同形式和特點(diǎn)。1. 本章學(xué)習(xí)內(nèi)容(1) 應(yīng)熟悉的內(nèi)容了解伺服系統(tǒng)的概念、基本類(lèi)型、設(shè)計(jì)方法及步驟；伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)基本要求；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方式；開(kāi)環(huán)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)。(2) 應(yīng)掌握的內(nèi)容步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理；步距角的計(jì)算；直流伺服電動(dòng)機(jī)的PWM功放電路工作原理；開(kāi)環(huán)伺服機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。2. 重點(diǎn)與難點(diǎn)(1) 重點(diǎn)伺服系統(tǒng)基本概念、結(jié)構(gòu)形式及各組成單元功用；伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理、

10、工作方式及主要參數(shù)；直流伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理；開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、誤差分析；閉環(huán)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)原理。(2) 難點(diǎn)步距角的計(jì)算；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制方式；直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式及靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性曲線；直流伺服電動(dòng)機(jī)的功放驅(qū)動(dòng)電路(PWM功放原理)；開(kāi)環(huán)機(jī)械伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。通過(guò)完成下面作業(yè)可以更詳細(xì)地理解和掌握。機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第182頁(yè)第1、5、19題。第六章控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)本章是關(guān)于機(jī)電系統(tǒng)中伺服跟隨子系統(tǒng)的介紹，其系統(tǒng)是建立在機(jī)械、接口和檢測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，構(gòu)成的小機(jī)電系統(tǒng)。復(fù)習(xí)時(shí)應(yīng)從伺服系統(tǒng)的概念出發(fā)，理解其結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)步驟；掌握典型的伺服系統(tǒng)執(zhí)行元件及其控制方法；學(xué)會(huì)運(yùn)用所

11、學(xué)知識(shí)分析和設(shè)計(jì)開(kāi)環(huán)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。本章知識(shí)點(diǎn)概念較多應(yīng)學(xué)會(huì)歸納總結(jié)伺服系統(tǒng)的不同形式和特點(diǎn)。(1) 應(yīng)熟悉的內(nèi)容控制系統(tǒng)的組成、分類(lèi)、設(shè)計(jì)方法和步驟；z變換的意義及方法；幾種特殊控制器的設(shè)計(jì)原理；工控機(jī)和專(zhuān)用控制裝置的設(shè)計(jì)。(2) 應(yīng)掌握的內(nèi)容被控對(duì)象建模的過(guò)程、辨識(shí)方法；微控系統(tǒng)的組成；帶采樣保持器的離散系統(tǒng)傳遞函數(shù)建立；PID控制的特點(diǎn)、基本結(jié)構(gòu)及算法。2. 重點(diǎn)與難點(diǎn)(1) 重點(diǎn)控制系統(tǒng)基本構(gòu)成、設(shè)計(jì)方法和步驟；被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型建模的步驟、模型辨識(shí)的三種方法、工作原理及比較；微控機(jī)的分類(lèi)；工控機(jī)和專(zhuān)用控制裝置的設(shè)計(jì)。(2) 難點(diǎn)PID控制特點(diǎn)、基本結(jié)構(gòu)及算法；帶采樣保持器離散傳遞函數(shù)求

12、解；最少拍無(wú)差數(shù)字控制器工作原理。通過(guò)完成下面作業(yè)可以更詳細(xì)地理解和掌握。機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第236頁(yè)第3、4、25、26題。第七章機(jī)電一體化總體設(shè)計(jì)本章重點(diǎn)內(nèi)容包括機(jī)電系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)內(nèi)容、性能指標(biāo)分析及分配。學(xué)習(xí)重點(diǎn)主要是機(jī)電產(chǎn)品的性能指標(biāo)，要學(xué)會(huì)如何通過(guò)優(yōu)化等評(píng)價(jià)進(jìn)行性能指標(biāo)的分析和分配。在復(fù)習(xí)中把握總體設(shè)計(jì)過(guò)程中的系統(tǒng)思維和原則方法，明確性能分析和計(jì)算方法，通過(guò)實(shí)例理解上述方法。1. 本章學(xué)習(xí)內(nèi)容(1) 應(yīng)熟悉的內(nèi)容了解機(jī)電系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)目標(biāo)，產(chǎn)品的使用要求。(2) 應(yīng)掌握的內(nèi)容機(jī)電系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容；性能指標(biāo)分析；機(jī)電系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)中功能及性能指標(biāo)分配。2. 重點(diǎn)與難點(diǎn)(1)重點(diǎn)機(jī)電

13、一體化總體設(shè)計(jì)的目的、主要內(nèi)容；性能指標(biāo)對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響。(2)難點(diǎn)機(jī)電產(chǎn)品的等效性與互補(bǔ)性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)方法。通過(guò)完成下面作業(yè)可以更詳細(xì)地理解和掌握。機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第254頁(yè)第1、4、5、8題。第八章典型機(jī)電系統(tǒng)介紹本章是機(jī)電系統(tǒng)組成和原理的感性認(rèn)識(shí)章節(jié)，既要學(xué)習(xí)實(shí)例本身，又要理解“三大流”的系統(tǒng)思想，應(yīng)注重實(shí)例，再總結(jié)歸納，以建立一個(gè)完整的機(jī)電系統(tǒng)知識(shí)框架。1. 本章學(xué)習(xí)要求(1) 應(yīng)熟悉的內(nèi)容了解機(jī)電系統(tǒng)的含義；了解四種典型的機(jī)電系統(tǒng)具體組成。(2) 應(yīng)掌握的內(nèi)容深刻理解機(jī)電系統(tǒng)的具體組成和工作原理；機(jī)電系統(tǒng)中引入的物質(zhì)流、能量流和信息流“三大流”的系統(tǒng)思想；通過(guò)這些機(jī)電系統(tǒng)實(shí)例，增強(qiáng)對(duì)機(jī)

14、電一體化系統(tǒng)的感性認(rèn)識(shí)，為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)進(jìn)行鋪墊。2. 重點(diǎn)與難點(diǎn)(1) 重點(diǎn)本章主要介紹了機(jī)電系統(tǒng)的基本概念，重點(diǎn)是典型的機(jī)電系統(tǒng)總體構(gòu)成及組成，四種典型機(jī)電系統(tǒng)的特點(diǎn)及工作原理等。(2) 難點(diǎn)本章的難點(diǎn)就在于“三大流”的思想：其精髓在于物質(zhì)流、能量流和信息流合理有序的流動(dòng)，使機(jī)電系統(tǒng)成為滿(mǎn)足功能要求的有機(jī)整體；通過(guò)“三大流”的思想或傳統(tǒng)意義上的6大子系統(tǒng)進(jìn)行分類(lèi)，可以加深理解其工作原理。通過(guò)完成下面作業(yè)可以更詳細(xì)地理解和掌握。機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)第6頁(yè)第1、5題。第九章機(jī)電一體化設(shè)備中的典型裝置本章作用類(lèi)似于第一章，簡(jiǎn)介計(jì)算機(jī)外設(shè)、錄像機(jī)和工業(yè)機(jī)器人及其他典型裝置，在學(xué)完前述章節(jié)內(nèi)容以后，再次關(guān)注和感受行業(yè)中的典型機(jī)電一體化裝置。計(jì)算機(jī)外設(shè)和錄像機(jī)都直接在生活和工作中直接相關(guān)，對(duì)其中有關(guān)部件的原理和作用，需要以機(jī)電系統(tǒng)的角度去理解和學(xué)習(xí)。本章實(shí)例豐富、集成性高，學(xué)生課下需仔細(xì)揣摩，自行感知、歸納總結(jié)。1