机电一体化第六章伺服驱动控制系统设计教学提纲

机电一体化教学大纲引言：机电一体化是一门综合性学科，是机械工程与电气工程的交叉学科。

它涵盖了机械、电气、电子、计算机控制等多个领域，将传统机械与电气相结合，为现代工业与制造业的发展提供了重要的支撑。

为了有序进行机电一体化的教学，制定一份全面且有效的教学大纲是至关重要的。

本文将按照合同的格式，详细介绍机电一体化教学大纲。

第一章课程概述1.1 课程名称：机电一体化1.2 课程代码：MEEMG1011.3 课程学时：72学时1.4 先修课程：机械基础、电工基础、电子技术基础等1.5 课程目标：通过本课程的学习，学生应能够理解机电一体化的基本概念，熟悉相关技术原理，并能够进行机电一体化系统的设计与应用。

第二章教学内容和教学要求2.1 教学内容2.1.1 机电一体化的基本概念和发展历程2.1.1.1 机械、电气、电子三个领域的关系与交叉2.1.1.2 机电一体化的应用领域和发展前景2.1.2 机电一体化系统的组成和结构2.1.2.1 传感器与执行器的选择与应用2.1.2.2 信号采集与处理技术2.1.2.3 控制算法与控制策略2.1.3 机电一体化系统的设计方法2.1.3.1 系统建模与仿真技术2.1.3.2 优化设计与性能评估2.1.3.3 可靠性分析与故障诊断2.1.4 机电一体化系统的应用实例2.1.4.1 工业自动化与智能制造2.1.4.2 机器人技术与自动控制应用2.1.4.3 智能交通与汽车电子2.2 教学要求2.2.1 理论知识要求学生应理解并掌握机电一体化的基本概念及相关原理，了解机电一体化系统的组成和结构，并具备基本的设计方法和技能。

2.2.2 实践能力要求学生应具备一定的实验技能，能够运用相关工具软件进行机电一体化的系统建模、仿真与设计，并具备简单的实验操作能力。

第三章教学方法和评价方式3.1 教学方法3.1.1 理论教学采用大课堂讲授、互动讨论等方式，注重理论知识的讲解，引导学生进行思考和探索。

伺服教学大纲伺服教学大纲伺服技术是现代工业领域中不可或缺的一项技术，它广泛应用于机械制造、自动化控制、机器人等领域。

为了培养具备伺服技术应用能力的专业人才，制定一份完善的伺服教学大纲是非常重要的。

一、课程简介伺服教学大纲的第一部分应该是课程简介。

这部分主要介绍课程的目的、重要性以及学习该课程的前提知识。

伺服技术是一门综合性很强的学科，学习者需要具备一定的电子技术、机械制造和控制理论基础。

二、教学目标接下来，教学大纲应该明确教学目标。

伺服技术的教学目标可以分为知识目标、技能目标和能力目标。

知识目标包括学习伺服系统的基本原理、掌握伺服系统的组成部分以及了解伺服系统的常见故障和维修方法。

技能目标包括能够使用伺服系统进行运动控制、能够进行伺服系统的参数调试和优化。

能力目标包括能够独立设计和实现伺服系统，能够解决伺服系统在实际应用中遇到的问题。

三、教学内容教学大纲的核心部分是教学内容。

伺服教学大纲应该包括以下几个方面的内容：1. 伺服系统基础知识：包括伺服系统的定义、分类、组成部分、工作原理等。

学习者需要了解伺服系统的基本概念和基本原理。

2. 伺服系统的参数调试与优化：包括伺服系统的参数设置、调试方法和技巧。

学习者需要学会根据实际应用需求对伺服系统进行参数调试和优化。

3. 伺服系统的故障诊断与维修：包括伺服系统常见故障的诊断方法和维修技巧。

学习者需要学会分析和解决伺服系统故障。

4. 伺服系统的应用案例：通过实际案例的学习，帮助学习者理解伺服系统在不同领域的应用。

案例可以包括机械制造、自动化控制、机器人等领域。

四、教学方法教学大纲还应该明确教学方法。

伺服技术是一门实践性很强的学科，因此，教学方法应该注重实践能力的培养。

可以采用理论教学与实践操作相结合的方式，通过课堂讲解、实验操作、案例分析等方式提高学习者的实践能力。

五、教学评价最后，教学大纲应该明确教学评价的方式和标准。

伺服技术是一门技术性很强的学科，因此，教学评价应该注重学生的实际能力。

机电一体化系统设计课程教学大纲英文名称：Mechatronics 课程编码：01111050学时：36 学分： 2.5课程性质：专业限选课课程类别：理论课先修课程：机械原理，机械设计，电工学，数字电子技术，模拟电子技术，控制工程基础，微机原理，电气控制技术，数控技术开课学期：秋季学期适用专业：机械电子工程专业一、课程的性质与任务本课程是机械电子工程专业的主干专业课。

本课程从系统的观点出发，利用机械技术和电子技术，通过机电有机结合构造最佳的机电系统。

本课程主要学习机械系统、传感检测系统、伺服系统、控制系统等设计和选择方法，讨论机电一体化系统的接口、精度设计和可靠性等系统总体技术。

本课程的作用和任务是：通过本课程的学习，使学生建立机电产品的一体化设计思想，把电子技术、传感器技术，自动控制技术、计算机技术和机械技术有机地结合起来，了解各项技术之间的接口关系，能运用所学知识对机电一体化产品进行分析或设计，使学生具备解决生产过程中机电设备的运行、管理、维护和改造等实际问题的初步能力。

二、教学目标与要求本课程强调知识结构系统性和教学体系完整性的统一，使学生对机电一体化技术有较全面的认识，比较系统地掌握机电一体化系统各元部件的选择计算和总体设计的基本理论和方法，初步具备机电一体化系统的设计能力。

教学的基本要求包括：1．学习机电一体化基本概念，理解机电一体化系统中各结构要素在系统中的作用和相互关系，初步建立机电产品的系统化设计思想。

2．了解机电一体化系统中常用传感器、传动机构、动力驱动装置和计算机控制系统种类和特点。

3．熟悉机电一体化产品的设计方法和工程路线，能够针对具体的机电一体化产品确定产品开发技术路线。

4．掌握机电一体化系统中机械、传感检测、动力、控制等基本结构要素的技术特点，掌握典型装置的技术原理和使用方法。

5．了解典型机电一体化产品的构成、特点和设计方法，学会设计简单的机电一体化产品。

三、课程的基本内容与教学要求第一章绪论[教学目的与要求]：1．掌握机电一体化的涵义，了解机电一体化技术的主要特点和范畴。

伺服控制系统课程设计一、教学目标本节课的教学目标是使学生掌握伺服控制系统的基本原理、组成和应用，能够分析简单的伺服控制系统，并具备初步的设计和调试能力。

具体目标如下：1.知识目标：（1）了解伺服控制系统的定义、分类和基本原理；（2）掌握伺服控制系统的组成及其作用；（3）熟悉伺服控制系统的应用领域。

2.技能目标：（1）能够分析简单的伺服控制系统；（2）具备伺服控制系统的设计和调试能力；（3）学会使用相关仪器仪表和软件进行伺服控制系统的分析和设计。

3.情感态度价值观目标：（1）培养学生的创新意识和团队合作精神；（2）增强学生对自动化领域的兴趣和责任感；（3）提高学生解决实际问题的能力。

二、教学内容本节课的教学内容主要包括以下几个部分：1.伺服控制系统的定义、分类和基本原理；2.伺服控制系统的组成及其作用；3.伺服控制系统的应用领域；4.伺服控制系统的设计和调试方法；5.相关仪器仪表和软件的使用。

三、教学方法为了达到本节课的教学目标，将采用以下教学方法：1.讲授法：讲解伺服控制系统的基本原理、组成和应用；2.讨论法：引导学生讨论伺服控制系统的设计和调试方法；3.案例分析法：分析具体的伺服控制系统实例，加深学生对知识的理解；4.实验法：让学生动手进行伺服控制系统的设计和调试，提高实际操作能力。

四、教学资源为了支持本节课的教学内容和教学方法，将准备以下教学资源：1.教材：伺服控制系统相关教材；2.参考书：介绍伺服控制系统的相关书籍；3.多媒体资料：课件、视频、图片等；4.实验设备：伺服控制系统实验装置；5.软件：伺服控制系统分析和设计软件。

五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，将采用以下评估方式：1.平时表现：通过观察学生在课堂上的参与程度、提问回答等情况，了解学生的学习状态；2.作业：布置与课程内容相关的作业，检查学生对知识的理解和应用能力；3.考试：定期进行考试，检验学生对课程知识的掌握程度；4.实验报告：评估学生在实验过程中的操作能力和分析问题的能力；5.小组项目：评估学生在团队合作中的表现以及对知识的综合运用能力。

1. 以下产品不属于机电一体化产品的是（D ）。

2. STD 总线属于什么接口类型?（A ）3. RS232C 属于什么接口类型？（C ）4. 以下哪项不属于机电一体化的发展方向。

（B ）5. 机电一体化产品所设计的固有频率一般较高，其原因之一是（D ）。

6. 以下属于机电一体化产品的是（C ）。

7. 机电一体化系统有时采用半闭环控制，可能原因是（B ）。

8. 能够使工业机器人传动链短的主要原因是（D ）。

9. 关于机电一体化说法不确切的表达是（D ）。

10. 关于机电一体化说法不确切的表达是（A ）。

11. 机电一体化技术是以（C ）部分为主体，强调各种技术的协同和集成的综合性技术 12. 以下哪项不属于概念设计的特征。

（A ）13. 在机电一体化概念设计过程中，形态学矩阵的作用是（C ）。

14. 在机电一体化概念设计过程中，黑箱分析方法的作用是（B ）。

15. 关于机电一体化系统可靠性，以下论述错误的是（C ）。

16. 机电一体化现代设计方法不包括（A ）。

17. 谐波齿轮具有速比大、传动精度和效率高等优点，它是由以下哪种传动演变而来的。

（ C ）18. 使滚珠丝杠具有最大刚度的支承方式是（ A ）19. 在机电一体化系统设计中，齿轮系常用于伺服系统传动机构中，作用是（ A ） 20. 多级齿轮传动中，各级传动比“前大后小”的分配原则适用于按（ D ）设计的传动链。

21. 下列哪种传动机构具有自锁功能 （ C ）22. 滚珠丝杠传动轴向间隙的调整，下列哪一种方法精度高，结构复杂。

（ B ） 23. 为了提高滚珠丝杠副的旋转精度，滚珠丝杠副在使用之前应该进行（ B ） 24. 在滚珠丝杠副中，公式IE Ml ES Pl L π200±±=∆是验算满载时滚珠丝杠副的 （ A ）25. 在同步齿型带传动中，节线的长度在工作过程中 （ A ） 26. 滚珠丝杠副基本导程指丝杠相对于螺母旋转2π弧度时，螺母上基准点的（ B ） 27. 在两级齿轮传动中，若传动比的分配方案是i i =，则其遵循的原则是（ D ） 28. 当刚轮固定，柔轮输出，波形发生器输入时，谐波齿轮可实现（B ）传动。

《机电一体化系统设计》课程教学大纲课程名称：机电一体化系统设计适用专业：机电一体化撰写人：冷波一、本课程性质、地位和任务本课程是“机电一体化”专业的一门专业主干课程。

目的是培养学生对机电一体化系统的应用和设计能力，掌握机械系统元部件设计和微机控制系统及其接口设计方法，培养以机电结合的人才。

本课程的基本任务，是使学生掌握对机电一体化系统的分析应用和设计基本方法。

二、课程教学的基本要求：⒈总论：理解机电一体化的有关基本概念。

掌握机电一体化系统的功能特点。

了解机电一体化系统的设计方法，初步建立机电产品的系统化设计思想。

⒉机械系统的部件选择与设计：理解机电一体化系统对机械系统的要求，掌握机械传动部件、导向部件、支承部件、轴系部件的设计方法。

3、执行元件的选择与设计掌握执行元件的种类、特点及基本要求，熟悉伺服电机与步进电机的工作原理以及驱动方法。

4、微机控制系统的选择及接口设计掌握微机控制系统的硬件结构以及输入/输出接口设计，熟悉PLC的应用以及常用传感器的性能特点和微机接口。

5、机电一体化系统元、部件特性分析了解自动控制理论与机电一体化系统，掌握机电一体化系统元部件、传感器与执行元件的动态特性。

6、机电一体化系统机电有机结合的分析与设计掌握机电一体化系统的稳态与动态设计，熟悉机电一体化系统稳态、动态设计的考虑方法和其可靠性、安全性设计。

7、了解典型机电一体化产品的构成、特点和设计方法，学会设计简单的机电一体化产品。

三、本课程与其他课程的关系本课程安排在所有必修课程修完后进行，学生应具有机械设计、液压气动、传感器、机电控制与控制工程、微机原理与接口设计基础方面的知识。

四、教学实数分配表五、大纲内容第1章概论一、教学目的：通过本章学习了解机电一体化系统的基本概念，它的共性关键技术及功能构成。

了解系统设计的考虑方法、设计类型、设计流程、准则和规律以及它的一些现代设计方法。

本章中介绍的一些技术上的名词术语、定义等以后章节会经常用到需要熟记。

《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。

《伺服控制系统课程设计》指导书⾃动化与电⼦⼯程学院⼆零⼀⼋年⼗⽉⼀、伺服控制系统课程设计的意义、⽬标和程序 (3)⼆、伺服控制系统课程设计内容及要求 (5)三、考核⽅式和报告要求 (11)⼀、伺服控制系统课程设计的意义、⽬标和程序（⼀）伺服控制系统程设计的意义伺服控制系统课程设计是⾃动化专业⼈才培养计划的重要组成部分，是实现培养⽬标的重要教学环节，是⼈才培养质量的重要体现。

通过伺服控制系统课程设计，可以培养考⽣⽤所学基础课及专业课知识和相关技能，解决具体的⼯程问题的综合能⼒。

本次课程设计要求考⽣在指导教师的指导下，独⽴地完成伺服控制系统的设计和仿真，解决与之相关的问题，熟悉伺服控制系统中控制器设计与整定、电机建模和仿真和其他检测装置的选型以及⼯程实践中常⽤的设计⽅法，具有实践性、综合性强的显著特点。

因⽽对培养考⽣的综合素质、增强⼯程意识和创新能⼒具有⾮常重要的作⽤。

伺服控制系统课程设计是考⽣在课程学习结束后的实践性教学环节；是学习、深化、拓宽、综合所学知识的重要过程；是考⽣学习、研究与实践成果的全⾯总结；是考⽣综合素质与⼯程实践能⼒培养效果的全⾯检验；也是⾯向⼯程教育认证⼯作的重要评价内容。

（⼆）课程设计的⽬标课程设计基本教学⽬标是培养考⽣综合运⽤所学知识和技能，分析与解决⼯程实际问题，在实践中实现知识与能⼒的深化与升华，同时培养考⽣严肃认真的科学态度和严谨求实的⼯作作风。

使考⽣通过综合课程设计在具备⼯程师素质⽅⾯更快地得到提⾼。

对本次课程设计有以下⼏⽅⾯的要求:1.主要任务本次任务在教师指导下，独⽴完成给定的设计任务，考⽣在完成任务后应编写提交课程设计报告。

2.专业知识考⽣应在课程设计⼯作中，综合运⽤各种学科的理论知识与技能，分析和解决⼯程实际问题。

通过学习、研究和实践，使理论深化、知识拓宽、专业技能提⾼。

3.⼯作能⼒考⽣应学会依据课程设计课题任务进⾏资料搜集、调查研究、⽅案论证、掌握有关⼯程设计程序、⽅法和技术规范。

机电一体化系统设计伺服系统设计机电一体化系统是机械、电子、控制、计算机等多学科的综合运用，将机械运动与电气部分深度融合。

其中，伺服系统是机电一体化系统的核心部分，起到了控制机械运动的重要作用。

本文将介绍伺服系统的设计过程和关键技术。

伺服系统设计的第一步是需求分析。

在开始设计之前，需要明确伺服系统的工作要求，包括速度、位置和力矩等方面的要求。

例如，对于一个工业机器人的伺服系统来说，需要考虑到其运动的速度、精度和动态响应等因素。

设计伺服系统的第二步是选择合适的伺服驱动器和伺服电机。

伺服驱动器是通过对电机的电流进行闭环控制来实现驱动。

根据伺服系统的需求，可以选择适当的伺服驱动器。

而伺服电机是伺服系统的执行器，设计中需要考虑到动态响应、力矩范围和稳定性等因素。

接下来，需要设计伺服控制器。

伺服控制器是用来对伺服驱动器进行控制的核心部分。

它负责接收传感器反馈的位置或速度信号，与设定值进行比较，并根据比较结果生成控制信号，驱动电机执行相应的动作。

伺服系统的控制律设计是伺服系统设计中的一个关键环节。

在设计控制律时，需要根据伺服系统的特性选择合适的控制策略。

常见的控制策略包括PID控制、模糊控制和神经网络控制等。

根据伺服系统的要求和预期的性能，可以选择合适的控制策略，并根据实际情况进行参数调整。

此外，还需要考虑到伺服系统的稳定性和抗干扰性能。

稳定性是伺服系统的基本要求，需要保证系统的闭环控制能够稳定地控制电机的运动。

而抗干扰性能则是伺服系统的一个重要指标，能够评估系统对外界环境干扰的能力。

最后，还需要进行伺服系统的仿真和实验验证。

通过使用电路仿真软件、控制算法仿真软件等进行伺服系统的模拟仿真，可以评估控制算法的性能和系统的动态响应，并进行相应的调整。

在仿真验证的基础上，还需要进行实验验证，验证伺服系统的性能是否符合预期要求。

综上所述，伺服系统设计是机电一体化系统设计中的核心环节，需要从需求分析、选择驱动器和电机、设计控制器和控制律，以及进行稳定性和抗干扰性能的考虑，最终进行仿真和实验验证，确保伺服系统能够满足实际的工程需求。

《伺服控制技术》课程教学大纲课程编码：S3072114英文名称：Servo Control Technology一、课程说明1. 课程类别专业课模块2. 适用专业及课程性质选修：电气工程及其自动化专业3. 课程目的（1）使学生了解伺服系统在数控系统中的地位和作用。

（2）为学生今后从事伺服系统的开发、调试、维护工作打下一定的基础。

4. 学分与学时学分为1.5，学时为305. 建议先修课程电路分析，模拟电子电路，数字电子技术，工程电磁场，电机学，自动控制原理。

6. 推荐教材或参考书目推荐教材：（1）《运动控制系统》. 李宁编著. 机械工业出版社.2004年参考书目：（1）《伺服系统》. 钱平主编.机械工业出版社.2005年7. 教学方法与手段以传统讲授手段为主，采用板书与多媒体课件结合的方式进行课堂教学。

8. 考核及成绩评定考核方式：考查成绩评定：（1）平时成绩占30 % ，形式有：出勤，课堂表现，平时测验（2）考试成绩占70 %，形式有：开卷考试，节课论文9. 课外自学要求（1）要求学生通过网络及图书馆查询相关信息。

（2）课外习题不应少于20题。

二、课程教学基本内容及要求（选学内容用※标注）第一章概述基本内容：（1）伺服系统的作用及组成（2）伺服系统的基本要求和特点基本要求：（1）了解伺服系统组成。

（2）了解伺服系统的基本要求。

教学重点及难点：（1）伺服系统的组成。

第二章电力电子器件基本内容：（1）电力电子器件的特征（2）电力电子器件的分类（3）电力电子器件的选择基本要求：（1）了解电力电子器件的特征、分类和选择。

教学重点及难点：（1）电力电子器件的选择。

第三章步进电动机控制基本内容：（1）步进电动机的工作原理（2）步进电动机的开闭环控制（3）步进电动机的点－位控制（4）步进电动机控制的程序设计基本要求：（1）理解步进电动机的工作原理。

（2）掌握步进电动机的开闭环控制。

（3）掌握步进电动机的点－位控制。