機電一體化系統(tǒng)設(shè)計教學大綱

PAGEPAGE8《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程編號課程性質(zhì)選修課課程類別專業(yè)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上機學時課內(nèi)實踐實驗學時4課外學時32適用專業(yè)機械電子工程是否雙語否先修課程控制工程基礎(chǔ)后續(xù)課程無二、課程簡介《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》是機械電子工程專業(yè)的專業(yè)選修課，為理論性較強的一門課程。本課程應(yīng)用系統(tǒng)觀點講授機械系統(tǒng)、驅(qū)動裝置、檢測控制系統(tǒng)、接口技術(shù)及其有機結(jié)合。通過以上理論講授及實驗，培養(yǎng)學生領(lǐng)會機電一體化系統(tǒng)組成、闡述系統(tǒng)的各部件的聯(lián)系，如何從系統(tǒng)層次選擇部件，并組成合適的機電一體化系統(tǒng)，以達到預(yù)期的系統(tǒng)性能，培養(yǎng)學生分析、設(shè)計復(fù)雜機電系統(tǒng)的能力。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.（知識目標）理解機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的基本概念、基本理論、基本方法，分析機電一體化系統(tǒng)各部分組成、原理、掌握系統(tǒng)分析、設(shè)計方法及控制策略；課程目標2.（能力目標）通過理論和實踐環(huán)節(jié)，使學生具備研究、制定機電一體化系統(tǒng)方案的能力、掌握基本實驗操作技能、培養(yǎng)分析、處理復(fù)雜問題的能力；課程目標3.（價值塑造）通過課程教學，培養(yǎng)學生一體化、綜合性創(chuàng)新思維、精益求精的工匠精神，樹立學生的科學發(fā)展觀、激發(fā)學生求知熱情和勇于探索的實踐精神。（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1-4：1-工程知識課程目標2課程目標3指標點2-2：2-問題分析四、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)容第一單元系統(tǒng)總體設(shè)計（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內(nèi)容機電一體化的概念，系統(tǒng)組成、總體設(shè)計方法，典型機電一體化裝置的基本組成、機電一體化控制系統(tǒng)。2.重點和難點重點：機電一體化的概念，系統(tǒng)組成、總體設(shè)計方法。難點：典型機電一體化裝置的基本組成、機電一體化控制系統(tǒng)。3.教學方法課堂講授、課上討論。1.通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結(jié)合，闡明機電一體化的概念、理解系統(tǒng)組成。2.通過課上討論，強調(diào)理論與實踐相結(jié)合，促進學生理解總體設(shè)計方法,分析典型機電一體化裝置的基本組成，培養(yǎng)學生的邏輯思維能力。4.學生學習預(yù)期成果描述機電一體化的概念、系統(tǒng)組成，理解總體設(shè)計方法、分析典型機電一體化裝置的基本組成。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2。第二單元機械系統(tǒng)（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內(nèi)容傳動機構(gòu)的種類、特點、基本要求，常用精密傳動機構(gòu)的基本原理與設(shè)計方法。2.重點和難點重點：傳動機構(gòu)的種類、特點。難點：常用精密傳動機構(gòu)的基本原理與設(shè)計方法。3.教學方法課堂講授、課上討論。1.通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結(jié)合，歸納傳動機構(gòu)的種類、特點；2.通過課上討論，強調(diào)理論與實踐相結(jié)合，分析常用精密傳動機構(gòu)的基本原理與設(shè)計方法，培養(yǎng)學生的綜合分析能力。4.學生學習預(yù)期成果描述傳動機構(gòu)的種類、特點。理解精密傳動機構(gòu)的基本原理與設(shè)計方法。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標2。第三單元伺服驅(qū)動系統(tǒng)（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內(nèi)容伺服系統(tǒng)的組成、分類，步進電機、直流伺服電機的工作原理及控制方法。2.重點和難點重點：伺服系統(tǒng)的組成、分類、步進電機工作原理。難點：直流伺服電機的工作原理及控制方法。3.教學方法課堂講授、課上討論。1.通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結(jié)合，闡明伺服系統(tǒng)的組成、分類；2.通過課上討論，強調(diào)理論與實踐相結(jié)合，促進學生領(lǐng)會直流伺服電機的工作原理及控制方法，培養(yǎng)學生的系統(tǒng)思維能力。4.學生學習預(yù)期成果描述伺服系統(tǒng)的組成、分類，理解步進電機、直流伺服電機的工作原理及控制方法。5.支撐課程目標課程目標2、課程目標3。第四單元檢測與控制系統(tǒng)（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內(nèi)容檢測系統(tǒng)的基本組成，常用傳感器的原理與適用場合，信號預(yù)處理技術(shù)，控制系統(tǒng)數(shù)學模型及其建立方法、PID控制算法，運動控制系統(tǒng)的建模方法。2.重點和難點重點：檢測系統(tǒng)的基本組成、控制系統(tǒng)數(shù)學模型及其建立方法。難點：PID控制算法。3.教學方法課堂講授、課上討論。1.通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結(jié)合，闡明檢測系統(tǒng)的基本組成；2.通過課上討論，強調(diào)理論與實踐相結(jié)合，促進學生領(lǐng)會控制系統(tǒng)的建模方法、PID控制算法。4.學生學習預(yù)期成果描述檢測系統(tǒng)的基本組成，掌握常用傳感器的原理及應(yīng)用、描述運動控制系統(tǒng)，掌握PID控制算法。5.支撐課程目標課程目標2、課程目標3。第五單元接口技術(shù)（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內(nèi)容工業(yè)控制計算機的類型、通信方式，計算機控制接口的工作原理，溫度測量系統(tǒng)實例。2.重點和難點重點：工業(yè)控制計算機的類型、通信方式，計算機控制接口的工作原理。難點：溫度測量系統(tǒng)實例。3.教學方法課堂講授、課上討論。1.通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結(jié)合，闡明計算機控制接口的工作原理；2.通過課上討論，強調(diào)理論與實踐相結(jié)合，促進學生領(lǐng)會溫度測量系統(tǒng)實例。4.學生學習預(yù)期成果描述計算機控制接口工作原理，領(lǐng)會溫度測量系統(tǒng)實例、描述工業(yè)控制計算機的類型、通信方式。5.支撐課程目標課程目標1、課程目標3。第六單元課內(nèi)實驗（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內(nèi)容智能小車本體組裝、智能小車尋跡控制。2.重點和難點重點：智能小車本體機械結(jié)構(gòu)、智能小車尋跡原理。難點：機械結(jié)構(gòu)組裝、調(diào)試。3.實施方式理論+實驗4.學習要求學生運用機電一體化技術(shù)，搭建智能小車本體并調(diào)試，應(yīng)用尋跡控制原理，實現(xiàn)智能小車運動軌跡、速度控制任務(wù)。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：1人1組（4）實驗準備：實驗前要復(fù)習相關(guān)理論知識并理解實驗步驟及方法。（5）其他要求無6.學生學習預(yù)期成果學生在學完本單元課程后應(yīng)具有的一定的動手操作能力，實現(xiàn)智能小車本體的搭建、完成智能小車運動軌跡、速度控制任務(wù)。7.支撐課程目標課程目標3（二）課程基本教學內(nèi)容對課程目標的支撐理論課程課程教學內(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系統(tǒng)總體設(shè)計課堂講授、課上討論課程目標1、261：1第二單元機械系統(tǒng)課堂講授、課上討論課程目標1、261：1第三單元伺服驅(qū)動系統(tǒng)課堂講授、課上討論課程目標2、361：1第四單元檢測與控制系統(tǒng)課堂講授、課上討論課程目標2、361：1第五單元接口技術(shù)課堂講授、課上討論課程目標1、341：1合計281：1實驗課程課程教學內(nèi)容教學方法支撐的課程目標學時安排第六單元課內(nèi)實驗講授+現(xiàn)場指導(dǎo)課程目標34合計4五、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40%作業(yè)（百分制）50本門課程5次作業(yè)，主要考核系統(tǒng)總體設(shè)計、機械系統(tǒng)、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、檢測與控制系統(tǒng)、接口技術(shù)等相關(guān)內(nèi)容。作業(yè)評分具體標準：作業(yè)正確率、書寫規(guī)范性目標分值=0.5*作業(yè)平均成績測驗（百分制）40隨堂測驗2次：考核內(nèi)容：理論教學中關(guān)鍵術(shù)語的理解。評價細則：表述正確率、書寫規(guī)范性目標分值=0.4*測驗平均成績課堂表現(xiàn)（百分制）10按課堂反饋、討論、回答問題參與度綜合評價。目標分值=0.1*綜合評價成績實踐成績20%實驗（百分制）100考核內(nèi)容及評價細則實驗報告：表達正確性、書寫規(guī)范性目標分值=1*實驗報告成績期末考試40%知識40考核內(nèi)容：所有教學內(nèi)容考試題型：簡答、分析題、設(shè)計題評價細則：采用開卷線下考試，共計100分，按試卷參考答案及評分標準評分。能力40綜合應(yīng)用15創(chuàng)新5（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系統(tǒng)總體設(shè)計1-1機電一體化系統(tǒng)1-2總體設(shè)計1-3典型機電一體化裝置作業(yè)、測驗、期末考試課程目標1、2第二單元機械系統(tǒng)2-1傳動機構(gòu)2-2常用精密傳動機構(gòu)作業(yè)、測驗、期末考試課程目標1、2第三單元伺服驅(qū)動系統(tǒng)3-1伺服系統(tǒng)3-2步進電機、直流伺服電機作業(yè)、測驗、期末考試課程目標2、3第四單元檢測與控制系統(tǒng)4-1傳感檢測系統(tǒng)4-2常用傳感器4-3控制系統(tǒng)數(shù)學模型4-4PID控制作業(yè)、測驗、期末考試課程目標2、3第五單元接口技術(shù)5-1工業(yè)控制計算機5-2計算機控制接口5-3溫度測量系統(tǒng)作業(yè)、測驗、期末考試課程目標1、3第六單元課內(nèi)實驗6-1智能小車本體組裝6-2智能小車尋跡控制實驗報告課程目標3六、使用教材、相關(guān)推薦書目及課程資源（一）使用教材丁金華.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計.清華大學出版社.2019（二）相關(guān)推薦書目1倪曉梅.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計.西安電子科技大學出版社，20222