《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》課程教學(xué)大綱

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)（MechanicalOptimizeDesign）課程代碼：1011020總學(xué)時(shí)：36先修課程：高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、數(shù)值分析、機(jī)械學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等。開課對(duì)象：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)一課程的性質(zhì)、目的與任務(wù)本門課程的教學(xué)目的和任務(wù)是：通過實(shí)用機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的教學(xué)使研究生掌握問題轉(zhuǎn)化成最優(yōu)化問題的方法。并且利用最優(yōu)化的方法編制計(jì)算機(jī)程序，用計(jì)算機(jī)自動(dòng)尋找最佳的設(shè)計(jì)方案。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。在有條件的情況下，應(yīng)在課余時(shí)間指導(dǎo)學(xué)生上機(jī)操作，提高學(xué)生獨(dú)立工作的能力，掌握實(shí)例用于解決工程實(shí)際問題二教學(xué)內(nèi)容及基本要求：本門課程的主要內(nèi)容包括：機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本術(shù)語和數(shù)學(xué)模型，優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念和理論；無約束最優(yōu)化方法，約束優(yōu)化設(shè)計(jì)的直接法，約束優(yōu)化設(shè)計(jì)人間接解法。通過實(shí)用機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的教學(xué)要使專業(yè)研究生了解優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本思想，優(yōu)化設(shè)計(jì)在機(jī)械中的作用及其發(fā)展概況。初步掌握建立數(shù)學(xué)模型的方法，熟練掌握優(yōu)化方法。并具備一定的將機(jī)械工程問題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)化問題并求解的應(yīng)用能力。三教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本術(shù)語和數(shù)學(xué)模型（4學(xué)時(shí)）優(yōu)化設(shè)計(jì)的某些概念和理論（6學(xué)時(shí)）機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中幾種常用的無約束最優(yōu)化方法（6學(xué)時(shí)）約束優(yōu)化設(shè)計(jì)的直接解法（6學(xué)時(shí)）約束優(yōu)化設(shè)計(jì)的間接解法（8學(xué)時(shí)）實(shí)用機(jī)械的最優(yōu)化設(shè)計(jì)（6學(xué)時(shí)）序號(hào)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求重點(diǎn)（☆）難點(diǎn)（△）學(xué)時(shí)安排備注1第一章機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本術(shù)語和數(shù)學(xué)模型A42第二章優(yōu)化設(shè)計(jì)的某些概念和理論B△63第三章機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中幾種常用的無約束最優(yōu)化方法A☆64第四章約束優(yōu)化設(shè)計(jì)的直接解法B☆65第五章約束優(yōu)化設(shè)計(jì)的間接解法C△86第六章實(shí)用機(jī)械的最優(yōu)化設(shè)計(jì)C6（教學(xué)要求：A－熟練掌握；B－掌握；C－了解）四、建議實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及學(xué)時(shí)分配上機(jī)實(shí)驗(yàn)（4）五教學(xué)方法與教學(xué)手段理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合（上機(jī)）六建議教材與參考書1孫靖民等主編．《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》．機(jī)械工業(yè)出版社，20012Ｒ.Ｌ?？怂怪豆こ淘O(shè)計(jì)的優(yōu)化方法》．科學(xué)出版社，1981機(jī)械電子學(xué)課程代號(hào)：1011043總學(xué)時(shí)：45先修課程：電工學(xué)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、自動(dòng)控制原理開課對(duì)象：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)一、課程的性質(zhì)、目的與任務(wù)本課程是高等學(xué)校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化、機(jī)電一體化、機(jī)械電子工程等專業(yè)的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課程。目的是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的應(yīng)用和設(shè)計(jì)能力。本課程的基本任務(wù)是使學(xué)生掌握機(jī)械電子學(xué)最新原理和技術(shù)，學(xué)會(huì)分析機(jī)械電子系統(tǒng)的基本方法。二、教學(xué)基本內(nèi)容與基本要求基本內(nèi)容（1）機(jī)電一體化系統(tǒng)基礎(chǔ)；（2）機(jī)電一體化系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用；（3）傳感器與檢測(cè)系統(tǒng)；（4）交、直流電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)；（5）伺服系統(tǒng)常用的元器件和檢測(cè)、控制電路；（6）系統(tǒng)總體技術(shù)2．基本要求（1）了解機(jī)電一體系統(tǒng)的組成與作用。（2）掌握常用電機(jī)、常用電器、晶閘管及其基本電路的工作原理、主要特性。（3）掌握繼電器-接觸器控制、可編程序控制器的基本工作原理，學(xué)會(huì)用它們來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。（4）掌握交流電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)、工作原理和啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速方法；（5）學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)分析機(jī)電一體系統(tǒng)的基本方法。三、教學(xué)內(nèi)容（一）理論教學(xué)第一章總論。掌握有關(guān)機(jī)械電子學(xué)和機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本概念。第二章機(jī)電一體化系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)。了解機(jī)電一體化系統(tǒng)中各種常用計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)。第三章傳感器與檢測(cè)系統(tǒng)3.1概述。掌握有關(guān)檢測(cè)系統(tǒng)的功用、組成及基本要求等的基本概念。3.2常用傳感器及其檢測(cè)系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、測(cè)速發(fā)電機(jī)、光柵、磁柵、編碼器等傳感器的構(gòu)造和工作原理。3.3檢測(cè)信號(hào)的采集與處理。檢測(cè)系統(tǒng)的典型組成；模擬量的轉(zhuǎn)換輸入；數(shù)字信號(hào)的預(yù)處理。第四章伺服驅(qū)動(dòng)及其控制4.1概述。了解有關(guān)基本概念4.2步進(jìn)式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)的種類，步進(jìn)電機(jī)的工作原理，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行特性及性能指標(biāo)，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制。4.3直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。直流伺服電機(jī)特性和調(diào)速原理；直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的PWM法；直流伺服系統(tǒng)的組成。4.4交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。交流伺服電機(jī)特點(diǎn)及其調(diào)速方法；變頻調(diào)速裝置及其工作原理；交流伺服系統(tǒng)組成。4.5了解其它伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。4.6伺服系統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)計(jì)方法。慣量匹配；容量匹配。第五章運(yùn)動(dòng)控制5.1概述（略）5.2軌跡控制（略）5.3動(dòng)作控制。動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)；動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的工程設(shè)計(jì)方法。5.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的基本概念；模擬裝置的數(shù)字化方法（不包括z變換）；數(shù)字控制器。第六章機(jī)械結(jié)構(gòu)6.1概述6.2機(jī)械結(jié)構(gòu)因素對(duì)伺服系統(tǒng)性能的影響。摩擦的影響；傳動(dòng)間隙的影響。6.3機(jī)電一體化系統(tǒng)常用機(jī)械零部件。齒輪傳動(dòng)最佳傳動(dòng)比的匹配選擇，各級(jí)傳動(dòng)比的最佳分配原則；諧波齒輪傳動(dòng)及其傳動(dòng)比計(jì)算；齒輪傳動(dòng)間隙的調(diào)整方法；滾珠絲杠傳動(dòng)；導(dǎo)軌。第七章系統(tǒng)總體技術(shù)7.1機(jī)電一體化系統(tǒng)的接口。7.2機(jī)電一體化系統(tǒng)的精度設(shè)計(jì)。7.3機(jī)電一體化系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)。四學(xué)時(shí)分配課程內(nèi)容教學(xué)要求重點(diǎn)（☆）難點(diǎn)（△）學(xué)時(shí)安排備注緒論22機(jī)電一體化系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)4☆4傳感器與檢測(cè)系統(tǒng)7☆△7伺服驅(qū)動(dòng)及其控制11☆11運(yùn)動(dòng)控制9☆9機(jī)械結(jié)構(gòu)5△5系統(tǒng)總體技術(shù)3△3機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和實(shí)例4☆4合計(jì)45五、教學(xué)方法與教學(xué)手段1、堅(jiān)持“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的思想，教師的精講與學(xué)生的自學(xué)相結(jié)合，教師主要起啟發(fā)、引導(dǎo)作用，以點(diǎn)帶面去激發(fā)學(xué)生的求知欲望，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自覺性；2、盡量采用現(xiàn)代化、多媒體教學(xué)手段和現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，理論聯(lián)系實(shí)際，以增加課堂教學(xué)信息量和感性認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。六、建議教材與參考書目1.《機(jī)械電子學(xué)》，劉政華，國(guó)防科技大學(xué)出版社，2009.122