《機電一體化》教學(xué)大綱

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

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

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

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

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

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

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

8、的配置、控制系統(tǒng)配制、故障報警系統(tǒng)的配制要求。 【教學(xué)重點和難點】 重點：機電一體化產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)步驟，對生產(chǎn)節(jié)拍的要求，節(jié)拍計算。 難點：控制系統(tǒng)的的相互關(guān)系，數(shù)控機床的計算機硬件控制系統(tǒng)、數(shù)控機床的計算機軟件構(gòu)成 【教學(xué)內(nèi)容】 1、 機電一體化產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)步驟； 2、 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用實例1； 3、 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用實例2。 【教學(xué)方法】 以理論講解為主，再舉例加以說明。 四、學(xué)時分配表 序號 標(biāo) 題 主要內(nèi)容 學(xué)時 第 一 章 機電一體化的 基本概念 機電一體化的定義 1. 機電一體化的基本含義 2. 機電一體化

9、系統(tǒng)的基本要素 1 機電一體化的相關(guān)技術(shù) 1.機械技術(shù) 2.傳感檢測技術(shù) 3．信息處理技術(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) 1 機電一體化技術(shù)的發(fā)展前景 1 機電一體化的應(yīng)用實例 1． 機電一體化技術(shù)的具體應(yīng)用實例 2． 機電一體化技術(shù)在機械制造的應(yīng)用 2 第 二 章 機電一體化中 機械系統(tǒng)部件 的選擇與設(shè)計 概述 0．2 傳動機構(gòu) 1． 傳動機構(gòu)的種類與特點 2． 傳動機構(gòu)的基本要求 3． 機械傳動系統(tǒng)的特性 4． 齒輪傳動副 5． 滾珠絲桿副 6 。其它傳動機構(gòu) 5．8 導(dǎo)向與支承機構(gòu)

10、 1．導(dǎo)軌的分類與基本要求 2 滾動導(dǎo)軌 3 塑料導(dǎo)軌 4 回轉(zhuǎn)運動支承結(jié)構(gòu) 2 機械執(zhí)行機構(gòu) 1． 微動機構(gòu) 2． 數(shù)控機床中自動回轉(zhuǎn)刀架 2 第 三 章 基點一體化中微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計 控制系統(tǒng)的一般設(shè)計思路 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)計思路 1 機電一體化中的微型計算機系統(tǒng) 1． 微型計算機的基本構(gòu)成 2． 微型計算機的分類 3． 程序設(shè)計語言與微機軟件 4． 微型計算機在機電一體化中的地位 5． 微機應(yīng)用領(lǐng)域、選用打點及注意事項 6． 未來計算機的發(fā)展對機電一體化技術(shù)的影響

11、4 單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計 1．單片機控制系統(tǒng)的組成形式 2．單片機控制系統(tǒng)設(shè)計要點 3．單片機芯片選擇 4．單片機系統(tǒng)擴展方法 5．前向通道接口設(shè)計 6．后向通道接口設(shè)計 7．光電隔離輸入/輸出控制 3 執(zhí)行元件的功率驅(qū)動接口 1． 功率驅(qū)動接口的分類空 2． 功率驅(qū)動接口的一般組成形式 3． 功率驅(qū)動接口的設(shè)計要點 4． 功率驅(qū)動接口的設(shè)計實例 2 第 四 章 機電一體化中傳感器與微機的接口技術(shù) 傳感器前級信號的放大與隔離 1． 運算放大器 2． 測量放大器 3． 程控測量放大器PGA 4． 隔離放大器 2 信號在傳輸中的變換 1．信號在

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

13、驅(qū)動電源 5． 步進電機的升、降速控制 6． 步進電機的選擇 4．8 直流伺服驅(qū)動及其控制 1． 直流伺服電機 2． 直流伺服電機的控制 3． 直流伺服電機的選擇 2 交流伺服驅(qū)動 1．交流伺服電機的種類和結(jié)構(gòu)特點 2．交流伺服電機的控制方法 3．交流伺服電機的選擇 4 控制方式的選擇及應(yīng)用實例 1． 開環(huán)伺服系統(tǒng)的設(shè)計 2． 閉環(huán)伺服系統(tǒng)的設(shè)計 1 第 六 章 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用實例 機電一體化產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)步驟 1. 市場調(diào)查 2. 初步設(shè)計 3. 詳細設(shè)計 4. 產(chǎn)品的設(shè)計定型 2 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用實例1 1. 設(shè)計任務(wù) 2. 生產(chǎn)能力的分析計算 3. 機械系統(tǒng) 4. 控制系統(tǒng) 5. 故障報警系統(tǒng) 2 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用實例2 1． 數(shù)控機床的組成 2． 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu) 3． 數(shù)控機床的計算機硬件控制系統(tǒng) 4． 數(shù)控機床的計算機軟件構(gòu)成 2 理論教學(xué)：48學(xué)時，工廠參觀2學(xué)時 7