《機(jī)電一體化》教學(xué)大綱

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1、《機(jī)電一體化技術(shù)》教學(xué)大綱 課程編號(hào)： 學(xué) 時(shí)：54學(xué)時(shí)（3學(xué)時(shí)/周） 學(xué) 分：3 適用專業(yè)：高職教育類機(jī)電專業(yè) 考核要求： 1.熟練掌握機(jī)電一體化的基本概念和基本要素以及各部分的作用，了解機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)，并結(jié)合實(shí)例分析機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)品中的應(yīng)用。 2.掌握機(jī)電一體化中機(jī)械系統(tǒng)部件的選擇與設(shè)計(jì)的方法和依據(jù)，認(rèn)識(shí)現(xiàn)代常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向與支承結(jié)構(gòu)、機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 3.了解機(jī)電一體化中微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)；掌握控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)思路；掌握微型計(jì)算機(jī)的基本構(gòu)成；認(rèn)識(shí)未來(lái)計(jì)算機(jī)的發(fā)展對(duì)機(jī)電一體化的影響；掌握微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域、選用要點(diǎn)及注

2、意事項(xiàng)；掌握單片機(jī)控制系統(tǒng)的組成和單片機(jī)芯片的選擇要點(diǎn)。 4.了解機(jī)電一體化中傳感器與微機(jī)的接口技術(shù)，認(rèn)識(shí)傳感器前級(jí)信號(hào)的放大與隔離的常用方法；掌握信號(hào)在傳輸過(guò)程中的意義和常用的信號(hào)的變換方法。 5.掌握步進(jìn)電機(jī)的工作原理、特點(diǎn)和主要特性以及選擇方法；掌握直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)的種類、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及選擇方法。掌握開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別。 6.掌握機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)步驟。 一、課程目的和任務(wù) 讓學(xué)生通過(guò)掌握機(jī)電一體化的基本知識(shí)，拓寬學(xué)生的知識(shí)面。本課程的任務(wù)是使機(jī)電工程專業(yè)的學(xué)生在機(jī)電一體化技術(shù)方面具有較廣泛的知識(shí)，了解機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）涉及的相關(guān)技術(shù)，對(duì)典型

3、機(jī)電一體化系統(tǒng)有一個(gè)比較全面的認(rèn)識(shí)，使學(xué)生在今后的工作中具有綜合應(yīng)用多學(xué)科知識(shí)的能力。 《機(jī)電一體化技術(shù)》教學(xué)內(nèi)容 第一章 機(jī)電一體化的基本概念 【教學(xué)目的】 弄明白學(xué)習(xí)機(jī)電一體化的重要性，掌握機(jī)電設(shè)備的發(fā)展方向，弄懂機(jī)電一體化基本涵義及各部的作用與功能。 【教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)】 重點(diǎn)：機(jī)電一體化概念及其本要素的名稱、作用、要求。 難點(diǎn)：接口的理解，尤其是接口功能中轉(zhuǎn)換功能的理解 【教學(xué)內(nèi)容】 1、 機(jī)電一體化的定義； 2、 機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)； 3、 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展前景； 4、 機(jī)電一體化的應(yīng)用實(shí)例。 【教

4、學(xué)方法】 以理論講解為主，再舉例加以說(shuō)明。 第二章 機(jī)電一體化中機(jī)械系統(tǒng)部件的選擇與設(shè)計(jì) 【教學(xué)目的】 認(rèn)識(shí)在機(jī)電一體化設(shè)備中，機(jī)械技術(shù)方面的特殊要求，了解機(jī)械三大系統(tǒng)：傳動(dòng)系統(tǒng)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)各自的特點(diǎn)和要求。 【教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)】 掌握三大機(jī)構(gòu)的具體要求及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的具體要求，單個(gè)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算，單級(jí)齒輪及雙齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、剛度、阻尼的理解，爬行的概念 【教學(xué)內(nèi)容】 1、 概述； 2、 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)； 3、 導(dǎo)向與支承機(jī)構(gòu)； 4、 機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu) 【教學(xué)方法】 以理論講解為主，再舉例加以說(shuō)明。 第三章 機(jī)電一體化中微型計(jì)算機(jī)控制系

5、統(tǒng)及接口設(shè)計(jì) 【教學(xué)目的】 掌握控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)思路的系統(tǒng)總體方案確定、控制算法確定、微型計(jì)算機(jī)的選擇、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。掌握微機(jī)基本構(gòu)成，即CPU構(gòu)成及各部分作用，微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成，微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成及各部分作用，掌握微型計(jì)算機(jī)的分類和各類的特點(diǎn)。 【教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)】 重點(diǎn)：系統(tǒng)整體控制方案需要考慮的因素，微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成及各部分的作用微機(jī)選用要點(diǎn)和機(jī)電一體化中使用微機(jī)的注意事項(xiàng)。 難點(diǎn)：控制算法的選擇，CPU內(nèi)寄存器、RAM和ROM在工作時(shí)功能區(qū)別，第六代、第七代計(jì)算機(jī)的概念 【教學(xué)內(nèi)容】 1、 控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)思路； 2、 機(jī)電一體化中的微型計(jì)算機(jī)

6、系統(tǒng)； 3、 單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； 4、 執(zhí)行元件的功率驅(qū)動(dòng)接口。 【教學(xué)方法】 以理論講解為主，再舉例加以說(shuō)明。 第四章 機(jī)電一體化的基本概念 【教學(xué)目的】 【教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)】 重點(diǎn)： 難點(diǎn) 【教學(xué)內(nèi)容】 1、 傳感器前級(jí)信號(hào)的放大與隔離； 2、 信號(hào)在傳輸中的變換； 3、 傳感器與微型計(jì)算機(jī)的接口； 4、 傳感器的非線性補(bǔ)償。 【教學(xué)方法】 以理論講解為主，再舉例加以說(shuō)明。 第五章 機(jī)電一體化的基本概念 【教學(xué)目的】 掌握步進(jìn)電機(jī)的概念、拍的概念，三相三拍步進(jìn)電機(jī)的工作原理，雙三拍步進(jìn)電機(jī)的工作原理；掌握步進(jìn)電機(jī)

7、的特點(diǎn)。 【教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)】 重點(diǎn)：三相三拍、雙三拍、三相六拍步進(jìn)電機(jī)的工作原理及步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)，步距角及分辨率的概念、矩角特性的概念及運(yùn)行矩頻特，步進(jìn)電機(jī)脈沖環(huán)分配器的類型和工作原理 難點(diǎn)： 三相六拍步進(jìn)電機(jī)的工作原理的理解，矩角特性的最好表示方法的理解。 【教學(xué)內(nèi)容】 1、 概述； 2、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)及其控制； 3、直流伺服驅(qū)動(dòng)及其控制； 4、交流伺服驅(qū)動(dòng)； 5、控制方式的選擇及應(yīng)用實(shí)例。 【教學(xué)方法】 以理論講解為主，再舉例加以說(shuō)明。 第六章 機(jī)電一體化的基本概念 【教學(xué)目的】 掌握機(jī)電一體化產(chǎn)品的一般設(shè)計(jì)開發(fā)步驟，掌握生產(chǎn)節(jié)拍的要求、機(jī)械系統(tǒng)

8、的配置、控制系統(tǒng)配制、故障報(bào)警系統(tǒng)的配制要求。 【教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)】 重點(diǎn)：機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)步驟，對(duì)生產(chǎn)節(jié)拍的要求，節(jié)拍計(jì)算。 難點(diǎn)：控制系統(tǒng)的的相互關(guān)系，數(shù)控機(jī)床的計(jì)算機(jī)硬件控制系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床的計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)成 【教學(xué)內(nèi)容】 1、 機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)步驟； 2、 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例1； 3、 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例2。 【教學(xué)方法】 以理論講解為主，再舉例加以說(shuō)明。 四、學(xué)時(shí)分配表 序號(hào) 標(biāo) 題 主要內(nèi)容 學(xué)時(shí) 第 一 章 機(jī)電一體化的 基本概念 機(jī)電一體化的定義 1. 機(jī)電一體化的基本含義 2. 機(jī)電一體化

9、系統(tǒng)的基本要素 1 機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù) 1.機(jī)械技術(shù) 2.傳感檢測(cè)技術(shù) 3．信息處理技術(shù) 4．自動(dòng)控制技術(shù) 5．伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù) 6．系統(tǒng)總體技術(shù) 1 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展前景 1 機(jī)電一體化的應(yīng)用實(shí)例 1． 機(jī)電一體化技術(shù)的具體應(yīng)用實(shí)例 2． 機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械制造的應(yīng)用 2 第 二 章 機(jī)電一體化中 機(jī)械系統(tǒng)部件 的選擇與設(shè)計(jì) 概述 0．2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 1． 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的種類與特點(diǎn) 2． 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本要求 3． 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性 4． 齒輪傳動(dòng)副 5． 滾珠絲桿副 6 。其它傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 5．8 導(dǎo)向與支承機(jī)構(gòu)

10、 1．導(dǎo)軌的分類與基本要求 2 滾動(dòng)導(dǎo)軌 3 塑料導(dǎo)軌 4 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)支承結(jié)構(gòu) 2 機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1． 微動(dòng)機(jī)構(gòu) 2． 數(shù)控機(jī)床中自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架 2 第 三 章 基點(diǎn)一體化中微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)思路 1. 專用與通用、硬件與軟件的權(quán)衡與快擇 2. 控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)思路 1 機(jī)電一體化中的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 1． 微型計(jì)算機(jī)的基本構(gòu)成 2． 微型計(jì)算機(jī)的分類 3． 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言與微機(jī)軟件 4． 微型計(jì)算機(jī)在機(jī)電一體化中的地位 5． 微機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域、選用打點(diǎn)及注意事項(xiàng) 6． 未來(lái)計(jì)算機(jī)的發(fā)展對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的影響

11、4 單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1．單片機(jī)控制系統(tǒng)的組成形式 2．單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 3．單片機(jī)芯片選擇 4．單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展方法 5．前向通道接口設(shè)計(jì) 6．后向通道接口設(shè)計(jì) 7．光電隔離輸入/輸出控制 3 執(zhí)行元件的功率驅(qū)動(dòng)接口 1． 功率驅(qū)動(dòng)接口的分類空 2． 功率驅(qū)動(dòng)接口的一般組成形式 3． 功率驅(qū)動(dòng)接口的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 4． 功率驅(qū)動(dòng)接口的設(shè)計(jì)實(shí)例 2 第 四 章 機(jī)電一體化中傳感器與微機(jī)的接口技術(shù) 傳感器前級(jí)信號(hào)的放大與隔離 1． 運(yùn)算放大器 2． 測(cè)量放大器 3． 程控測(cè)量放大器PGA 4． 隔離放大器 2 信號(hào)在傳輸中的變換 1．信號(hào)在

12、傳輸中的變換的意義 2．常用信號(hào)的變換方法 2 傳感器與微型計(jì)算機(jī)的接口 1．傳感器信號(hào)的采樣/保持 2．多通道模擬信號(hào)輸入 3．A/D轉(zhuǎn)換器芯片與微機(jī)接口時(shí)必須考慮的問(wèn)題 4．D/A 轉(zhuǎn)換器芯片與微機(jī)接口時(shí)必須考慮的問(wèn)題 5．模/數(shù)和數(shù)/模模轉(zhuǎn)換器件的選擇 6．傳感器與微機(jī)的接口 3 傳感器的非線性補(bǔ)償 1． 非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)特性的獲取方法 2． 非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)辦法 0 第 五 章 機(jī)電一體化中伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 概述 0．2 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)及其控制 1． 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 2． 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) 3． 步進(jìn)電機(jī)的主要特性 4． 步進(jìn)電機(jī)

13、驅(qū)動(dòng)電源 5． 步進(jìn)電機(jī)的升、降速控制 6． 步進(jìn)電機(jī)的選擇 4．8 直流伺服驅(qū)動(dòng)及其控制 1． 直流伺服電機(jī) 2． 直流伺服電機(jī)的控制 3． 直流伺服電機(jī)的選擇 2 交流伺服驅(qū)動(dòng) 1．交流伺服電機(jī)的種類和結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 2．交流伺服電機(jī)的控制方法 3．交流伺服電機(jī)的選擇 4 控制方式的選擇及應(yīng)用實(shí)例 1． 開環(huán)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2． 閉環(huán)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 第 六 章 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例 機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)步驟 1. 市場(chǎng)調(diào)查 2. 初步設(shè)計(jì) 3. 詳細(xì)設(shè)計(jì) 4. 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)定型 2 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例1 1. 設(shè)計(jì)任務(wù) 2. 生產(chǎn)能力的分析計(jì)算 3. 機(jī)械系統(tǒng) 4. 控制系統(tǒng) 5. 故障報(bào)警系統(tǒng) 2 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例2 1． 數(shù)控機(jī)床的組成 2． 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 3． 數(shù)控機(jī)床的計(jì)算機(jī)硬件控制系統(tǒng) 4． 數(shù)控機(jī)床的計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)成 2 理論教學(xué)：48學(xué)時(shí)，工廠參觀2學(xué)時(shí) 7