《機(jī)電一體化》教學(xué)大綱

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，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)未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展對機(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)，對典型機(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。【教學(xué)方法】以理論講解為主，再舉例加以說明。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?！窘虒W(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，再舉例加以說明。第三章 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)【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)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?！窘虒W(xué)方法】 以理論講解為主，再舉例加以說明。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?！窘虒W(xué)方法】 以理論講解為主，再舉例加以說明。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)的特點(diǎn)?！窘虒W(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?！窘虒W(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?！窘虒W(xué)方法】 以理論講解為主，再舉例加以說明。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)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?！窘虒W(xué)方法】以理論講解為主，再舉例加以說明。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02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)58導(dǎo)向與支承機(jī)構(gòu)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 未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展對機(jī)電一體化技術(shù)的影響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 測量放大器3 程控測量放大器PGA4 隔離放大器2信號(hào)在傳輸中的變換1信號(hào)在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3A/D轉(zhuǎn)換器芯片與微機(jī)接口時(shí)必須考慮的問題4D/A 轉(zhuǎn)換器芯片與微機(jī)接口時(shí)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(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02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)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48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11. 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21 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