教学基本内容与要求概要Word格式文档下载.docx
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一般原则（在充分发挥机电一体化的三大效能：
省能源、省资源、智能化，提高系统的附加值的基础上，实现机电系统（产品）的自动化操作，即机电互补法、机电结合（融合）法、机电组合法；
掌握机电一体化系统（产品）设计的类型：
开发性设计、适应性设计、变异性设计；
了解机电一体第系统（产品）的设计程序、准则和规律；
机电一体化系统（产品）的开发过程；
机电一体化系统（产品）设计与现代设计方法的关系。
机电一体化系统设计的基本方法——掌握在充分发挥机电一体化的三大效能省能源、省资源、智能化，提高系统的附加价值，实现机电系统（产品）的自动化操作，即机电互补法、机电结合（融合）法、机电组合法。
掌握机电一体化系统（产品）设计的类型——开发性设计、适应性设计、变异性设计。
了解机电一体化系统（产品）的设计程序、准则和规律——设计程序：
总体方案设计、部件（或关键零件）选择与设计、技术设计与工艺性设计、标准化设计、生产制造试验验收技术条件的制定，达到可靠性、适应性、完善性为设计目标。
机电一体化系统（产品）设计与现代设计方法——机电一体化系统（产品）设计的特点；
现代设计方法手段和特点；
两者相互融合的必要性和优势；
现代设计方法的基本类型：
计算机辅助设计与制造（CAD/CAM），并行工程（CE——全寿命周期设计方法），虚拟产品设计，快速响应设计，绿色环保产品设计，反求设计，网络协同合作设计等。
机电互补法、机电结合（融合）法、机电组合法；
开发性设计、适应性设计、变异性设计理念和方法；
机电一体化系统（产品）设计与现代设计方法的关系及各种现代设计方法的初步认知。
结合机电一体化系统（产品）现代设计方法的特点与发展趋势，工业生产和日常生活产品中的实例，重点讲述机电互补法、机电结合（融合）法、机电组合法；
开发性设计、适应性设计、变异性设计理念和方法。
（5）课外习题要点
复习巩固机电一体化涵义、目的、特征、基本组成要素及可实现哪些功能；
工业三大要素和机电一体化三大效果（要素）的内涵；
电一体化系统设计的设计思想、方法；
开发性设计、变异性设计、适应性设计之间的关系与异同。
题量4~5题——祥见本课程教案或教学日历。
第二章机电一体化系统机械系统部件的选择与设计（2.1~2.2）
掌握机电一体化系统机械部分设计或选择的特点，目的，基本功能和基本要求；
丝杠螺母机构的基本形式；
滚珠丝杠传动部件及其要求；
齿轮传动部件及其要求；
了解挠性传动部件和间歇传动部件。
机电一体化系统机械部分设计或选择的特点——掌握机电一体化系统机械部分与一般机械系统机械部分相比所具有的特殊要求（四点）；
达到这些特殊要求可采取的主要措施（五点）。
机械传动部件的选择与设计——机械传动部件的基本功能、目的、要求
基本功能：
实现能量（动力）和运动形式的转换——工作机和信息机。
目的：
实现执行元件与负载之间的匹配——能量（动力）和运动匹配。
基本要求：
精密化，高速化，小型化，轻量化。
丝杠螺母机构的基本形式——丝杠螺母机构的主要作用；
分类：
滑动和滚动丝杠螺母机构（包括结构和功能特点）；
丝杠螺母机构的主要结构传动形式：
螺母固定丝杠转动并移动、丝杠转动螺母移动、螺母移动丝杠移动、丝杠固定螺母转动并移动，以及差动传动等。
滚珠丝杠传动部件及其要求——滚珠丝杠传动部件的组成及结构特点；
滚珠丝杠传动副的典型结构（滚道截面形状、滚珠的循环方式）；
滚珠丝杠传动副轴向间隙的调整和预紧（双螺母螺纹预紧调整、双螺母垫片式预紧调整、双螺母齿差式预紧调整、弹簧式自动预紧调整、单螺母变导程预紧调整）；
滚珠丝杠副支承方式（四种）；
轴承组合安装支承结构；
滚珠丝杠副结构形式的确定与选择方法（单圆弧螺纹滚道的单螺母丝杠副，单圆弧螺纹滚道的双螺母丝杠副，双圆弧螺纹滚道的双螺母丝杠副）等。
齿轮传动部件——齿轮传动的典型结构形式；
齿轮传动最佳传动比配置的基本要求；
各级传动比最佳分配原则；
齿轮传动间隙的调整方法（偏心套筒或偏心轴齿侧间隙调整法，轴向垫片齿侧间隙调整法，双片薄齿轮错齿齿侧间隙调整法）。
挠性传动部件简介
间歇传动部件简介
滚珠丝杠传动副轴向间隙的调整和预紧；
滚珠丝杠副的结构形式的确定与选择方法；
齿轮传动间隙的调整方法。
与图文并茂和实际应用的形式，详细讲解教学难点，使学生易于理解和掌握。
4、第二章机电一体化系统机械系统部件的选择与设计（2.2~2.6）
（1）教学目的和要求
掌握导轨副的组成、主要类型及其应满足的要求；
常见导轨副组合与间隙调整、特点；
导轨副材料的选择及其机械性能确定；
提高导轨副耐磨性的措施；
滚动导轨副的类型与选择；
直线运动滚动导轨副。
了解回转运动滚动导轨副；
滚动轴承导轨副。
（2）主要教学内容
导轨副的组成、主要类型及其应满足的要求——导轨支承部件的作用和组成；
导轨副的主要类型；
导轨副应满足的基本要求（导向精度、导轨的刚度、精度保持性、运动灵活性和低速运动平稳性、温度敏感性和结构工艺性要求）；
导轨副设计的主要内容与步骤。
滑动导轨副的结构及其选择——常见滑动导轨副的截面形状和特点（三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨、圆形导轨）。
常见导轨副组合与间隙调整、特点——双三角形组合导轨，矩形与矩形导轨组合；
三角形导轨与矩形导轨组合；
三角形导轨与矩形和平面导轨组合；
燕尾形导轨与矩形导轨组合。
导轨副材料的选择及其机械性能确定——导轨副材料的选择的基本原则与要求；
常用导轨副材料的基本性能和特点；
导轨副材料机械性能确定的基本方法与手段。
提高导轨副耐磨性的措施——采用镶装导轨；
提高导轨精度、改善导轨表面粗糙度、采取合理的润滑；
减少导轨单位面上的压力（比压）、采用必要的卸荷装置。
滚动导轨副的类型与选择——滚动导轨副的组成、分类（滚动体和循环方式）与结构特点；
滚动导轨副的基本要求：
高的导向精度、高的耐磨性、足够的刚度、良好的工艺性。
直线运动滚动导轨副——直线运动滚动导轨副滚动体循环工作方式的工作原理，结构特点和应用。
回转运动滚动导轨副——回转运动滚动导轨副的工作方式的工作原理，结构特点和应用。
滚动轴承导轨副——滚动轴承导轨副的工作方式的工作原理，结构特点和应用。
导轨副的组成、主要类型及其应满足的要求；
直线运动滚动导轨副工作原理与结构形式。
复习巩固机电一体化系统中传动机构的作用；
对传动元件的基本要求；
滚珠丝杠副的主要构成元件、传动特点以及支承方式（特点）；
齿轮传动系统的传动比分配原则。
第三章机电一体化系统执行元件选择与设计（3.1~3.2）
了解执行元件的主要类型和特点；
掌握机电一体化系统（产品）对执行元件的基本要求；
了解常用控制电机类型与主要特点；
掌握机电一体化系统对伺服控制电动机的基本要求；
掌握典型伺服控制电动机的主要特点和选用原则。
执行元件的主要类型，能量转化方法及其特点——电气式、气压式、液压式、其他形式。
机电一体化系统（产品）对执行元件的基本要求——惯量小，动力大；
体积小，重量轻；
安装方便、便于维修维护；
易于实现自动化控制。
机电一体化系统（产品）常用控制电机——DC/AC电动机、力矩电动机、步进（脉冲）电动机、变频调速电动机、开关电磁电动机以及其他电动机（直流或交流脉宽调速电动机、电磁伸缩元件）等，及其主要特点简介。
机电一体化系统对伺服控制电动机的基本要求——性能密度大。
即功率密度Pw=P/G或比功率密度Pbw=（T2/J）/G大；
快速性好。
加速度大、响应特性好；
位置控制/速度控制精度高、调速范围大、低速平稳性好、分辨率高和振动噪音小；
能适应频繁启动，可靠性高、寿命长。
伺服控制电动机的种类、特点以及选用
种类：
动力用电动机和控制用电动机；
主要特点：
伺服控制电机电特性与应用原则；
伺服控制电机的选择基本原则（要求）。
执行元件的主要类型和特点；
机电一体化系统（产品）对执行元件的基本要求；
常用控制电机类型与主要特点；
机电一体化系统对伺服控制电动机的基本要求；
典型伺服控制电动机的主要特点和选用原则。
伺服控制电动机的工作原理和机电一体化系统对伺服控制电动机的基本要求，特点与选用原则。
在详细讲解伺服控制电动机工作原理的基础上，结合实际机电一体化系统或产品中对伺服控制电动机的基本要求，选用和应用特点。
第三章机电一体化系统执行元件选择与设计（3.3~3.5）
重点掌握步进电机与驱动技术：
步进电动机的运行特性与主要性能指标，步进电机的驱动与控制（驱动电路、变频控制信号、环形脉冲分配器、功率放大器、细分驱动电路、典型细分驱动电路）；
了解直流电机与驱动技术和交流电机与驱动技术。
复习内容：
步进电机的定义；
基本工作原理；
主要类型与主要特点。
步进电动机的运行特性与主要性能指标——分辨率；
静态特性（矩－角特性、静态稳定特性）；
动态特性（动态稳定区、启动转矩、矩－频特性、惯－频特性）；
其他技术参数。
步进电机的驱动与控制——驱动电路：
主要由脉冲分配器和功率放大器两部份组成，实现信号分配和能量放大；
变频控制信号：
主要有脉冲频率与电机转动方向控制信号，确定位移、转速、转向的实现。
环形脉冲分配器——软件分频；
通用集成电路分频；
专用集成电路分频。
功率放大器与作用——功率放大；
限制电流；
续流保护；
典型放大电路：
单电压功率放大电路、高低压功率放大器、晶闸管功率放大器、恒流源功率放大器。
细分驱动电路——工作原理：
在不改变步进电机结构的条件下，将步进脉冲电流细分逐步增加到Imax，再逐步减少到Imin，形成阶梯波电流，从而提高了步进电机的步进精度，减小了振动、噪声。
细分驱动电路的特点：
在不改变步进电机结构参数的条件下，可降低电机运转的步进角。
典型细分驱动电路——多路功率开关细分电路；
单功率放大细分电路。
直流伺服电动机及其驱动
交流伺服电动机及其驱动
步进电机与驱动技术：
直流伺服电动机及驱动；
交流伺服电动机及其驱动。
步进电机的驱动与控制（驱动电路、变频控制信号、环形脉冲分配器、功率放大器、细分驱动电路、
动电路）；
直流伺服电动机及其驱动；
在详细讲解步进电动机、直流/交流伺服电动机、工作原理的基础上，结合实际机电一体化系统或产品中对控制电动机的基本要求，选用和应用特点。
（5）第三章课外习题要点
复习巩固掌握机电一体化系统中对执行元件的分类与特点；
机电一体化系统对执行元件的基本要求；
步进电机具有哪些特点与环形分配方式、功率放大器电路种类以及工作原理、细分电路的特点、细分方式。
第四章机电一体化系统微机控制系统的选择与设计（4.1~4.2）
掌握微机控制系统的定义；
了解常用控制计算机的类型、抉择和权衡方法；
掌握微机控制系统的设计思路和微机系统构成与种类；
了解微机软件与程序设计语言。
微机控制系统：
是将微型计算机作为机电一体化产品的控制器，结合微型计算机的工作原理、接口电路（数字和模拟）的设计、相应的控制软件，实现对控制对象的控制形式和动作控制方式等控制功能的实现。
常用控制计算机的类型：
单片机、单板机，微型计算机——构成与特点。
微机控制系统专用与通用、硬件与软件的抉择和权衡——专用与通用的抉择；
硬件与软件的权衡；
必要的抗干扰措施。
微机控制系统的设计思路——确定系统总体控制方案；
确定控制算法（逐点比较法、数字积分法、PID调节控制法、最小拍控制法、最优控制法、随机控制法、自适用控制法、遗传控制法、模糊控制法、鲁棒控制法、神经网络控制法、专家系统）；
选择微型计算机（较完善的中断系统、足够的存储容量、完善的输入/输出通道、实时时钟控制能力）；
系统总体设计（接口设计、通道设计）；
软件设计：
系统软件、应用软件。
应用程序的一般编写方法：
模块化程序设计法和结构化程序设计法。
系统调试：
硬件调试、软件调试、系统调试三大步骤。
微机系统构成与种类——微处理机、微型计算机、微型计算机系统等系统的总称。
微机软件与程序设计语言——机器语言（Machinelanguage），汇编语言（Assemblylanguage），高级语言（Highlevellanguage），操作系统（OperatingSystem）；
应用程序库或软件包（OFFICE、C、VC++、JAVA、CAD、PRO/E、UG、3DMAX、MATLAB、MAPLE等）。
微机控制系统的定义；
常用控制计算机的类型、抉择和权衡方法；
微机控制系统的设计思路和微机系统构成与种类。
微机控制系统的设计思路。
结合不同微型计算机的构成和性能特点，以及在机电一体化中的应用进行设计思路的讲解，并对一定的实例进行分析。
第四章机电一体化系统微机控制系统的选择与设计（4.3）
掌握PLC的基本工作原理与基本构成；
PLC的编程特点与执行过程；
了解PLC的应用和编程步骤。
介绍运动控制器、嵌入式运动控制器、基于ARM的运动运动控制器的优缺点及发展概况。
PLC的基本工作原理与基本构成
工作原理：
使用可编程存储器存储用户设计的应用程序指令，由指令实现逻辑运算、顺序操作、定时、计数、算术运算和I/O接口通讯来控制机电一体化系统（产品）。
基本构成：
主要由微处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM、EPROM）、I/O接口（数字、模拟）、编程接口、编程器（含显示）等组成。
PLC的编程特点与执行过程——顺序串行编程与执行。
PLC的应用举例——下面借助于实际例子了解PLC的应用和编程步骤（执行加工工艺流程）。
PLC的基本工作原理与基本构成；
PLC的编程特点与执行过程。
举例讲述PLC在机电一体化系统中的应用和编程特点。
第四章机电一体化系统微机控制系统的选择与设计（4.7~4.8）
掌握输入/输出接口控制信号的可靠性设计基本要求；
提高输入/输出电路与接口可靠性的主要方法；
了解检测传感器的分类与基本要求，传感器的选择原则及注意事项，传感器的测量电路和传感器的微机接口。
微机应用系统的输入/输出控制的可靠性设计
输入/输出接口控制信号的可靠性设计基本要求：
能可靠地传递控制输入/输出信息；
能够进行信息的转换，以满足微机对输入/输出信息转换要求；
电平量转换与匹配；
电量与非电量转换；
强电与弱点转换与匹配；
具有阻断干扰信号进入微机控制系统的能力。
提高输入/输出电路与接口可靠性的主要方法：
光电隔离电路和信息转换电路设计。
信息转换电路设计：
弱点/强电转换电路；
数字/脉冲信号转换；
数/模（D/A）转换、模数（A/D）转换；
电量转非电量。
检测传感器的分类与基本要求：
检测传感器的定义、作用；
检测传感器的分类；
传感器的选择原则及注意事项：
选用原则；
改善和提高传感器的性能的技术措施。
传感器的测量电路：
模拟型测量电路；
数字型测量电路；
开关型测量电路。
传感器的微机接口：
模拟量接口方法、数字量接口方式、开关量接口方式。
输入/输出接口控制信号的可靠性设计基本要求和提高输入/输出电路与接口可靠性的主要方法。
（4）教学难点与处理方法
提高输入/输出电路与接口可靠性的主要方法。
重点讲述不同接口电路中的可靠性设计方法。
复习巩固掌握机电一体化微机控制系统设计中，微机选择应满足的基本条件；
提高微机控制系统抗干扰能力的主要方法和手段；
光电耦合器的光电隔离原理；
常用传感器的种类及其基本特性。
10、第五章机电一体化系统的元、部件特性分析（5.1）
重点掌握机械系统的主功能和基本特性要求，变换机构及其运动变换分析。
了解机械系统的机构静力学特性研究的主要问题和机构动力学特性研究的主要问题。
机械系统的主功能：
将一种机械物理量变换成与目的要求相对应的另一种机械物理量（运动参量、力/力矩参量）。
机械系统的基本特性要求：
在具有承担外载荷足够的强度（бb,бs,бp）和刚度（结构刚度、接触刚度和局部刚度）的前提下，质量和惯量要小，系统响应要快，带负载的能力要强。
一般线性机械系统的动态特性（传递函数）：
X（s）/Fx（s）=1/[（Jm+JL/i2）s2]
典型机械系统的动态特性（传递函数）：
齿轮减速：
Y=f（x）=（1/i）x；
只有机构转动惯量：
X（s）/Fx（s）=1/Jms2；
只有负载转动惯量：
X（s）/Fx（s）=1/（JL/i2）s2。
非线性机械系统的动态特性（传递函数）：
变换机构及其运动变换分析：
齿轮传动机构（线性）；
柔性带/链传动机构（线性）；
回转/直线机构（线性）；
间歇机构（非线性）；
连杆机构（非线性）；
凸轮机构（非线性）等。
机构静力学特性与研究的主要问题：
输出端负载向输入端的转换；
机构内的摩擦力/矩对输入端的影响；
各外部和内部载荷或重力载荷产生的加速度对机构内部构件承载能力的影响。
机构动力学特性与研究的主要问题：
研究机构要素的惯性和机构中各元素、部件以及整机的刚度特性和振动特性；
平面运动机构要素的动态力及动态力矩；
空间运动机构要素的动态力及动态力矩；
机构输出端的弹性与动态特性。
机械系统的主功能和基本特性要求；
变换机构及其运动变换分析；
机械系统的机构静力学特性研究的主要问题和机构动力学特性研究的主要问题。
机械系统的机构静力学特性研究和机构动力学特性研究。
以动力机构、变换机构为基础，分析机械系统的机构静力学特性和机构动力学特性问题的主要研究内容。
第五章机电一体化系统的元、部件特性分析（5.2）
重点掌握机械系统中传感器的主功能；
传感器的分类；
动电式变换传感器的特性和压电式变换传感器的特性。
了解具有其他平滑特性的变换传感器和传感器检测系统的特性。
掌握传感器检测系统的整体特性的组成部分与要求。
机械系统中传感器的主功能：
由传感元件将机械物理量变换成电平参量或另一机械物理量，再经运算放大器或机械变速器转换成可接受利用的信号参量。
传感器的分类（按变换物理过程分类）：
电/磁变换传感器（动电式、静电式、磁阻式、霍尔效应式等）；
压电变换传感器；
应变/电阻变换传感器；
光/电变换传感器。
典型传感器的特性。
动电式变换传感器的特性：
当LS/R<
<
1时，传感器具有线性特征。
压电式变换传感器的特性：
当RCs>
>
1时，Gme≈d/C，放大系数与压电系数成正比，与电容量成反比。
但在τ=RC（固有振动周期）低时，系统测试不准确。
故压电式变换传感器只能用在被测信号频率足够高时，测试结果才准确。
具有其他平滑特性的变换传感器（即线性特性或数字特性）：
差动变压器传感器、静电/电桥式传感器、应变计传感器、光电编码器。
传感器检测系统的特性：
机械变换、机电变换、电气变换等部分组成。
机械系统中传感器的主功能；
动电式变换传感器和压电式变换传感器的特性。
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