《机电一体化》教学大纲.doc

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机电一体化

一、说明

（一）课程性质

专业限选课程。

本课程的先修课程是机械设计基础、传感器原理与应用、自动控制工程基础、电工学、微机原理及接口技术等课程。

（二）教学目的

通过本课程的学习应使学生掌握计算机数字控制技术的基本原理；学会合理地设计或选用一

般机械装置的计算机数控系统及其机械结构并培养学生正确使用数控设备的能力；了解机电一体化系统最新发展动态；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。

（三）教学内容

本课程主要内容包括：

机电一体化的基本概念，机电一体化机械系统、微机控制系统、伺服系统和软件技术，典型机电一体化系统的结构、工作原理、特性及应用。

若学生已先修过微机原理和接口技术课，则第四章第一、二节可选讲。

若学生没有学过某些先修课程，也可以适当补充，尤其是第一章中的相关技术。

（四）教学时数

36学时

（五）教学方式

本课程以课堂讲授为主，辅之多媒体投影,课堂讨论，参观实习等方式教学。

二、本文

第一章绪论

教学要点：

了解机电一体化的产生和发展以及相关技术；理解机电一体化的概念、典型机电一体化系统结构；掌握机电一体化系统设计和开发的基本方法和流程。

教学时数：

4学时

教学内容：

第一节机电一体化的产生和发展

理解机电一体化的概念；了解机电一体化的产生和发展。

第二节机电一体化的相关技术

了解机械技术；了解检测传感技术；了解信息处理技术；了解自动控制技术；了解伺服控制

技术；了解系统总体技术。

第三节典型机电一体化系统

理解机电一体化系统的基本功能要素；掌握典型机电一体化控制系统；掌握机电一体化产品

和系统的分类。

第四节机电一体化系统设计简介

掌握拟定机电一体化系统设计方案的常用方法；掌握机电一体化系统设计的类型；理解机电一体化系统设计；掌握机电一体化系统开发的工程路线。

考核要求：

识记机电一体化的概念、典型机电一体化系统的基本功能要素；领会机电一体化系统设计和开发的基本方法和流程。

第二章机械系统设计

教学要点：

理解机械结构因素对伺服系统性能的影响、传动比的相关概念、支承部件的相关概念；掌握机械传动系统建模的步骤和方法、机电一体化系统对机械传动的要求、机械传动装置和机电一体化系统对支承部件的要求。

教学时数：

8学时

教学内容：

第一节机械传动系统数学模型的建立

掌握数控机床进给传动系统建模的步骤和方法。

第二节机械结构因素对伺服系统性能的影响

理解阻尼、摩擦、结构弹性变形、惯量及间隙对伺服系统性能的影响。

第三节机械传动

掌握机电一体化系统对机械传动的要求；理解总传动比的确定；掌握传动比的级数和各传动比的分配；掌握机械传动装置。

第四节支承部件

理解机电一体化系统对支承部件的要求；掌握回转运动支承；掌握直线运动支承；掌握机身。

考核要求：

识记机械传动系统的作用、传动比的相关概念、各级传动比的分配原则和支承部件的相关概念；领会机械传动系统建模的步骤和方法、机械结构因素对伺服系统性能的影响、机电一体化系统对机械传动的要求和机电一体化系统对支承部件的要求。

第三章伺服系统

教学要点：

了解伺服系统的分类；掌握各种伺服系统的结构组成和原理以及各种伺服电动机的特性；熟练掌握步进电动机的结构和工作原理；区别各种伺服系统的应用场合。

教学时数：

8学时

教学内容：

第一节概述

理解伺服系统的结构组成及分类；掌握伺服电动机；了解电力电子技术。

第二节直流伺服系统

掌握直流伺服系统结构和原理；掌握直流伺服系统的稳态误差分析；掌握直流伺服系统的动

态校正。

第三节交流伺服系统

了解交流伺服系统的分类及应用场合；掌握异步型交流电动机的变频调速的基本原理及特性；理解异步电动机变频调速系统。

第四节步进电动机控制系统

熟练掌握步进电动机的结构、工作原理及使用特点；掌握环形分配器；理解功率驱动器的种类及其工作原理；掌握提高系统精度的措施。

第五节电液伺服系统

理解电液伺服系统的概念、特点及分类；掌握电液位置伺服控制系统；掌握电液速度伺服控制系统。

考核要求：

识记伺服系统的分类、伺服电动机的种类和特点、伺服电动机控制的基本形式、步进电动机的种类和特点及各种伺服系统的应用场合；领会各种伺服系统的结构组成和原理；熟练掌握步进电动机的结构和工作原理。

第四章微机控制系统

教学要点：

掌握8086/8088微机的硬件结构特点、Z80CPU的结构特点及输入/输出扩展接口、PLC的构成及工作原理、通用工控机控制装置设计；熟练掌握MCS-51系列单片机的结构特点和原理；学会应用PLC。

教学时数：

6学时

教学内容：

第一节微处理器系统接口

掌握8086/8088微机的硬件结构特点；掌握Z80CPU的结构特点及输入/输出扩展接口。

第二节单片机的结构特点及其最小应用系统

熟练掌握MCS-51系列单片机的结构特点；掌握MCS-51系列单片机的最小应用系统及其扩

展。

第三节可编程逻辑控制器（PLC）

掌握PLC的构成及工作原理；学会应用PLC。

第四节微机控制装置设计

理解控制装置及微型机的选择；掌握通用工控机控制装置设计。

考核要求：

识记8086/8088微机的硬件结构特点、Z80CPU的结构特点及输入/输出扩展接口；领会PLC的构成及工作原理、通用工控机控制装置设计；熟练掌握MCS-51系列单片机的结构特点和原理；能够应用PLC。

第五章机电一体化系统中的软件技术

教学要点：

掌握软件开发的方法；熟练掌握汇编语言程序的应用及可编程控制器的程序编制。

教学时数：

4学时

教学内容：

第一节软件开发的方法

区分软件的类别；掌握软件设计方法；掌握单片机软件开发的方法。

第二节汇编语言程序的应用

掌握微机数控系统的键处理及显示程序；理解用软件代替机械凸轮。

第三节数控加工零件的程序编制

熟练掌握编程方法、步骤、程序结构和格式；掌握数控加工零件的编程。

第四节可编程控制器的程序编制

理解可编程控制器的语言方式；掌握梯形图的编程方法。

考核要求：

识记单片机软件开发的方法；领会梯形图的编程方法；熟练应用汇编语言编制程序；掌握可编程控制器的程序编制。

第六章典型机电一体化系统（产品）简介

教学要点：

了解机电一体化系统的应用；理解多种典型机电一体化系统的工作原理；掌握工业机器人的控制系统。

教学时数：

6学时

教学内容：

第一节工业机器人

理解工业机器人操作机的机械结构；掌握工业机器人的控制系统；掌握工业机器人的应用。

第二节照相机的机电一体化

理解自动对焦原理；了解柯尼卡FS-1的主要构成特点。

第三节自动售票机

了解自动售票机的构成；理解自动售票机的工作原理。

第四节自动售货机

了解硬币验钞机构；了解自动售货机的控制系统。

考核要求：

领会多种典型机电一体化系统的构成及工作原理；学会分析典型机电一体化系统。

三、参考书目

1、张建民，《机电一体化系统设计》，高等教育出版社，2001年8月第二版。

2、赵松年，《机电一体化技术基础及应用》，机械工业出版社，1995年5月第一版。

本课程使用教具和现代教育技术的指导性意见

因为本课程中涉及大量的机械系统部件图，为了分析方便，应以多媒体投影作为辅助工具,

制作相关课件。

有条件的教学班可以利用课外时间安排一定的参观等实践，可以提高学生对

机电一体化系统（产品）的认识，扩大学生的知识面。