《机电一体化》教学大纲

《机电一体化》教学大纲

课程编号：

学 时：50学时（3学时/周）

学 分：3

适用专业：高职教育类机电专业

考核要求：

1. 熟练掌握机电一体化的基本概念和基本要素以及各部分的作用，了解机电一体化的相关技术和发展趋势，并结合实例分析机电一体化技术在机电产品中的应用。

2. 掌握机电一体化中机械系统部件的选择与设计的方法和依据，认识现代常用的传动机构、导向与支承结构、机械执行机构。

3. 了解机电一体化中微型计算机控制系统及接口设计；掌握控制系统的一般设计思路；掌握微型计算机的基本构成；认识未来计算机的发展对机电一体化的影响；掌握微型计算机应用领域、选用要点及注意事项；掌握单片机控制系统的组成和单片机芯片的选择要点。

4. 了解机电一体化中传感器与微机的接口技术，认识传感器前级信号的放大与隔离的常用方法；掌握信号在传输过程中的意义和常用的信号的变换方法。

5. 掌握步进电机的工作原理、特点和主要特性以及选择方法；掌握直流伺服电机、交流伺服电机的种类、结构特点以及选择方法。掌握开环系统和闭环系统的区别。

6. 掌握机电一体化产品的开发设计步骤。

一、课程目的和任务

让学生通过掌握机电一体化的基本知识，拓宽学生的知识面。本课程的任务是使机电工程专业的学生在机电一体化技术方面具有较广泛的知识，了解机电一体化系统（产品）涉及的相关技术，对典型机电一体化系统有一个比较全面的认识，使学生在今后的工作中具有综合应用多学科知识的能力。

二、理论教学内容

第一章 机电一体化的基本概念

【教学目的】

弄明白学习机电一体化的重要性，掌握机电设备的发展方向，弄懂机电一体化基本涵义

2 及各部的作用与功能。

【教学重点和难点】

重点：机电一体化概念及其本要素的名称、作用、要求。

难点：接口的理解，尤其是接口功能中转换功能的理解

【教学内容】

1、 机电一体化的定义；

2、 机电一体化的相关技术；

3、 机电一体化技术的发展前景；

4、 机电一体化的应用实例。

【教学方法】

以理论讲解为主，再举例加以说明。

第二章 机电一体化中机械系统部件的选择与设计

【教学目的】

认识在机电一体化设备中，机械技术方面的特殊要求，了解机械三大系统：传动系统、导向机构、执行机构各自的特点和要求。

【教学重点和难点】

掌握三大机构的具体要求及传动机构的具体要求，单个齿轮转动惯量的计算，单级齿轮及双齿轮转动惯量的计算。转动惯量、刚度、阻尼的理解，爬行的概念

【教学内容】

1、 概述；

2、 传动机构；

3、 导向与支承机构；

4、 机械执行机构

【教学方法】

以理论讲解为主，再举例加以说明。

第三章 机电一体化中微型计算机控制系统及接口设计

【教学目的】

掌握控制系统的一般设计思路的系统总体方案确定、控制算法确定、微型计算机的选

3 择、系统总体设计、软件设计的注意事项。掌握微机基本构成，即CPU构成及各部分作用，微型计算机构成，微型计算机系统构成及各部分作用，掌握微型计算机的分类和各类的特点。

【教学重点和难点】

重点：系统整体控制方案需要考虑的因素，微型计算机构成及各部分的作用微机选用要点和机电一体化中使用微机的注意事项。

难点：控制算法的选择，CPU内寄存器、RAM和ROM在工作时功能区别，第六代、第七代计算机的概念

【教学内容】

1、 控制系统的一般设计思路；

2、 机电一体化中的微型计算机系统；

3、 单片机控制系统的设计；

4、 执行元件的功率驱动接口。

【教学方法】

以理论讲解为主，再举例加以说明。

第四章 机电一体化的基本概念

【教学目的】

【教学重点和难点】

重点：

难点

【教学内容】

1、 传感器前级信号的放大与隔离；

2、 信号在传输中的变换；

3、 传感器与微型计算机的接口；

4、 传感器的非线性补偿。

【教学方法】

以理论讲解为主，再举例加以说明。

第五章 机电一体化的基本概念

【教学目的】

掌握步进电机的概念、拍的概念，三相三拍步进电机的工作原理，双三拍步进电机的工作原理；掌握步进电机的特点。

【教学重点和难点】

4 重点：三相三拍、双三拍、三相六拍步进电机的工作原理及步进电机的特点，步距角及分辨率的概念、矩角特性的概念及运行矩频特，步进电机脉冲环分配器的类型和工作原理

难点： 三相六拍步进电机的工作原理的理解，矩角特性的最好表示方法的理解。

【教学内容】

1、 概述；

2、步进电机的驱动及其控制；

3、直流伺服驱动及其控制；

4、交流伺服驱动；

5、控制方式的选择及应用实例。

【教学方法】

以理论讲解为主，再举例加以说明。

第六章 机电一体化的基本概念

【教学目的】

掌握机电一体化产品的一般设计开发步骤，掌握生产节拍的要求、机械系统的配置、控制系统配制、故障报警系统的配制要求。

【教学重点和难点】

重点：机电一体化产品的设计开发步骤，对生产节拍的要求，节拍计算。

难点：控制系统的的相互关系，数控机床的计算机硬件控制系统、数控机床的计算机软件构成

【教学内容】

1、 机电一体化产品的设计开发步骤；

2、 机电一体化系统设计应用实例1；

3、 机电一体化系统设计应用实例2。

【教学方法】

以理论讲解为主，再举例加以说明。

三、实践教学内容和要求

见后附实训教学大纲。

5 四、学时分配表

序号 标 题 主要内容 学时

第

一

章 机电一体化的

基本概念 机电一体化的定义 1. 机电一体化的基本含义

2. 机电一体化系统的基本要素

1

机电一体化的相关技术 1.机械技术

2.传感检测技术

3．信息处理技术

4．自动控制技术

5．伺服驱动技术

6．系统总体技术 1

机电一体化技术的发展前景

1

机电一体化的应用实例 1． 机电一体化技术的具体应用实例

2． 机电一体化技术在机械制造的应用 2

第

二

章 机电一体化中

机械系统部件

的选择与设计 概述

0．2

传动机构 1． 传动机构的种类与特点

2． 传动机构的基本要求

3． 机械传动系统的特性

4． 齿轮传动副

5． 滚珠丝杆副

6 。其它传动机构 5．8

导向与支承机构 1．导轨的分类与基本要求

2 滚动导轨

3 塑料导轨

4 回转运动支承结构

2

6 机械执行机构 1． 微动机构

2． 数控机床中自动回转刀架

2

第

三

章 基点一体化中微型计算机控制系统及接口设计 控制系统的一般设计思路 1. 专用与通用、硬件与软件的权衡与快择

2. 控制系统的一般设计思路 1

机电一体化中的微型计算机系统 1． 微型计算机的基本构成

2． 微型计算机的分类

3． 程序设计语言与微机软件

4． 微型计算机在机电一体化中的地位

5． 微机应用领域、选用打点及注意事项

6． 未来计算机的发展对机电一体化技术的影响 4

单片机控制系统的设计 1．单片机控制系统的组成形式

2．单片机控制系统设计要点

3．单片机芯片选择

4．单片机系统扩展方法

5．前向通道接口设计

6．后向通道接口设计

7．光电隔离输入/输出控制 3

执行元件的功率驱动接口 1． 功率驱动接口的分类空

2． 功率驱动接口的一般组成形式

3． 功率驱动接口的设计要点

4． 功率驱动接口的设计实例 2

第

四

章 机电一体化中传感器与微机的接口技术 传感器前级信号的放大与隔离 1． 运算放大器

2． 测量放大器

3． 程控测量放大器PGA

4． 隔离放大器 2

信号在1．信号在传输中的变换的意义 2

7 传输中的变换 2．常用信号的变换方法

传感器与微型计算机的接口 1．传感器信号的采样/保持

2．多通道模拟信号输入

3．A/D转换器芯片与微机接口时必须考虑的问题

4．D/A 转换器芯片与微机接口时必须考虑的问题

5．模/数和数/模模转换器件的选择

6．传感器与微机的接口

3

传感器的非线性补偿 1． 非线性补偿环节特性的获取方法

2． 非线性补偿环节的实现办法 0

第

五

章 机电一体化中伺服系统的设计 概述 0．2

步进电机的驱动及其控制 1． 步进电机的工作原理

2． 步进电机的特点

3． 步进电机的主要特性

4． 步进电机驱动电源

5． 步进电机的升、降速控制

6． 步进电机的选择 4．8

直流伺服驱动及其控制 1． 直流伺服电机

2． 直流伺服电机的控制

3． 直流伺服电机的选择 2

交流伺服驱动 1．交流伺服电机的种类和结构特点

2．交流伺服电机的控制方法

3．交流伺服电机的选择 4

控制方式的选择及应用实例 1． 开环伺服系统的设计

2． 闭环伺服系统的设计 1

第

六

章 机电一体化系统设计应用实例 机电一体化产品的设计开发步骤 1. 市场调查

2. 初步设计

3. 详细设计

4. 产品的设计定型 2

机电一体化系统设计应用实例1 1. 设计任务

2. 生产能力的分析计算

3. 机械系统

4. 控制系统

5. 故障报警系统 2

机电一体化系统设计1． 数控机床的组成

2． 数控机床的机械结构

3． 数控机床的计算机硬件控制系统 2