《机电一体化系统设计》课程教学大纲（机制） 课程英文名称：The design of Mechatronics system 课程编码：Z305158 总学分：2.5 总学时：40 理论学时：36 实验学时：4 课程性质：专业选修课 开课单位：机电学院机械工程系 大纲制定者：胡蓉 大纲审定者： 审定日期： 课程简介： 《机电一体化系统设计》课程是机械设计制造及其自动化专业的专业选修课、综合性课程。本课程在 学生所学专业课的基础上，以实例介绍的形式为主，从机械电子结合的角度介绍机电一体化的主要研究 内容及应用领域，通过国内外关于机电一体化系统最新研究成果的介绍，使学生既了解到本学科的前沿 知识，又逐步培养进行科学研究的能力。为毕业设计进行相关题目的研究打下良好基础 一、课程的地位与作用 《机电一体化系统设计》课程是机电类各专业必修的专业课程，在我校人才培养环节中有着重要的地 位。随者科学技术和经济的不断发展，机电一体化技术在机械制造中应用越来越广泛，机电行业对具有 机电一体化技术方面的高级专门人才的需求也愈来愈为迫切。该课程在原有的基础上正在发生着重要变 化，原有的教学内容、教学方法、教学手段应该与时俱进，课程将会向实践性、应用性和跨学科的知识 结构发展，从机电一体化综合应用能力和素质培养的总体要求出发，根据机电一体化技术的知识结构及 其在培养学生知识能力结构中的任务和作用，整合课程的理论与实践教学内容。目前，机电一体化课程 包含“机械部件与执行元件”、“接口技术”、“机电有机结合”、“工业机器人”四部分内容，以及机电 体化综合实验课程 二、课程的教学目标与基本要求 1.教学目标： (1)了解机电一体化系统开发工程和现代设计方法，机电有机结合的分析与设计的方法。 (②)掌握机电一体化系统机械系统、执行元件系统和微机控制系统的选择及接口设计和机电一体化 系统的元、部件特性分析」 (③)重点掌握机电一体化系统中常用机械转动系统的选择设计，常用执行元件的驱动设计，微机控 制系统的接口设计 2.基本要求 学习机电一体化系统的五个字系统及评价指标内容之前要求查找资料选择一种机电一体化系统并根 据系统的构成要素将其分为五个字系统，阐述各部分的功能。 学习机械传动系统的选择设计时要求查找有关滚珠丝杠副的应用资料，至少掌握一种机电一体化系统 中应用的滚珠丝杠副的类型，或者选择一种机械传动机构的类型并详述其工作原理和应用场合，以幻灯 片的形式为同学做以介绍
《机电一体化系统设计》课程教学大纲（机制） 课程英文名称：The design of Mechatronics system 课程编码：Z305158 总学分：2.5 总学时：40 理论学时：36 实验学时：4 课程性质：专业选修课 开课单位：机电学院 机械工程系 大纲制定者： 胡蓉 大纲审定者： 审定日期： 课程简介： 《机电一体化系统设计》课程是机械设计制造及其自动化专业的专业选修课、综合性课程。本课程在 学生所学专业课的基础上，以实例介绍的形式为主，从机械电子结合的角度介绍机电一体化的主要研究 内容及应用领域，通过国内外关于机电一体化系统最新研究成果的介绍，使学生既了解到本学科的前沿 知识，又逐步培养进行科学研究的能力。为毕业设计进行相关题目的研究打下良好基础。 一、课程的地位与作用 《机电一体化系统设计》课程是机电类各专业必修的专业课程，在我校人才培养环节中有着重要的地 位。随着科学技术和经济的不断发展，机电一体化技术在机械制造中应用越来越广泛，机电行业对具有 机电一体化技术方面的高级专门人才的需求也愈来愈为迫切。该课程在原有的基础上正在发生着重要变 化，原有的教学内容、教学方法、教学手段应该与时俱进，课程将会向实践性、应用性和跨学科的知识 结构发展，从机电一体化综合应用能力和素质培养的总体要求出发，根据机电一体化技术的知识结构及 其在培养学生知识能力结构中的任务和作用，整合课程的理论与实践教学内容。目前，机电一体化课程 包含 “机械部件与执行元件”、“接口技术”、 “机电有机结合”、“工业机器人”四部分内容，以及机电 一体化综合实验课程。 二、课程的教学目标与基本要求 1. 教学目标： (1)了解机电一体化系统开发工程和现代设计方法，机电有机结合的分析与设计的方法。 (2) 掌握机电一体化系统机械系统、执行元件系统和微机控制系统的选择及接口设计和机电一体化 系统的元、部件特性分析。 (3) 重点掌握机电一体化系统中常用机械转动系统的选择设计，常用执行元件的驱动设计，微机控 制系统的接口设计 2. 基本要求 学习机电一体化系统的五个字系统及评价指标内容之前要求查找资料选择一种机电一体化系统并根 据系统的构成要素将其分为五个字系统，阐述各部分的功能。 学习机械传动系统的选择设计时要求查找有关滚珠丝杠副的应用资料，至少掌握一种机电一体化系统 中应用的滚珠丝杠副的类型，或者选择一种机械传动机构的类型并详述其工作原理和应用场合，以幻灯 片的形式为同学做以介绍
学习执行元件的选择设计这部分内容时要求查找资料介绍一种机电一体化系统中使用的执行元件，详 述其能量转换原理，该执行元件在机电一体化系统中的地位，以及驱动电路的组成，控制核心的选择。 学习微机控制系统的选择设计时要求查找资料了解小型的机电一体化系统中经常用到的控制核心有 哪些，简单讲述其控制对象的控制过程。 三、课程知识单元与知识点 1概论8学时 1.1机电一体化时代与机电一体化技术革命 1.2优先发展机电一体化领域及其共性关键性技术 1.3机电一体化系统构成要素及功能构成 1.4机电一体化系统构成要素之间的连接 1.5机电一体化系统的功能评价 1.6机电一体化系统的考虑方法及设计类型 1.7机电一体化系统的设计流程 1.8机电一体化工程与系统工程 1.9机电一体化系统的设计程序、准则与规律 1.10机电一体化系统的开发工程与现代设计方法 2机械系统部件的选择与设计10学时 2.1机械系统部件的设计要求 2.2机械传动部件的选择与设计 2.3导向支承部件的选择与设计 2.4机电一体化系统的机座或机架 3执行元件的选择与设计10学时 3.1执行元件的种类、特点及基本要求 3.2常用的控制用电机 3.3直流与交流伺服电机及驱动 3.4步进电机及其驱动 4微机控制系统的选择与设计12学时 4.1专用于通用的抉择、硬件与软件的权衡 42微机控制系统的设计思路 4.3微机控制系统的构成与种类 4.4微机应用领域及其选用要点 4.58086/8088CPU的硬件结构特点
学习执行元件的选择设计这部分内容时要求查找资料介绍一种机电一体化系统中使用的执行元件，详 述其能量转换原理，该执行元件在机电一体化系统中的地位，以及驱动电路的组成，控制核心的选择。 学习微机控制系统的选择设计时要求查找资料了解小型的机电一体化系统中经常用到的控制核心有 哪些，简单讲述其控制对象的控制过程。 三、课程知识单元与知识点 1 概论 8 学时 1.1 机电一体化时代与机电一体化技术革命 1.2 优先发展机电一体化领域及其共性关键性技术 1.3 机电一体化系统构成要素及功能构成 1.4 机电一体化系统构成要素之间的连接 1.5 机电一体化系统的功能评价 1.6 机电一体化系统的考虑方法及设计类型 1.7 机电一体化系统的设计流程 1.8 机电一体化工程与系统工程 1.9 机电一体化系统的设计程序、准则与规律 1.10 机电一体化系统的开发工程与现代设计方法 2 机械系统部件的选择与设计 10 学时 2.1 机械系统部件的设计要求 2.2 机械传动部件的选择与设计 2.3 导向支承部件的选择与设计 2.4 机电一体化系统的机座或机架 3 执行元件的选择与设计 10 学时 3.1 执行元件的种类、特点及基本要求 3.2 常用的控制用电机 3.3 直流与交流伺服电机及驱动 3.4 步进电机及其驱动 4 微机控制系统的选择与设计 12 学时 4.1 专用于通用的抉择、硬件与软件的权衡 4.2 微机控制系统的设计思路 4.3 微机控制系统的构成与种类 4.4 微机应用领域及其选用要点 4.5 8086/8088CPU 的硬件结构特点
4.6Z80CPU的硬件结构特点及其最小应用系统 4.7单片机的硬件结构特点及其最小应用系统 4.8数字显示器及键盘接口电路 4.9微机应用系统的输入/输出控制的可靠性设计 四、时间分配 教学环节（学时） 知识 知识点 讲 研 单元 实 上 课 小 课 讨 课 验 机 外 1 概论 6 2 2 机械系统部件的选择与设计 6 2 2 10 执行元件的选择与设计 1 2 10 4 微机控制系统的选择与设计 11 1 12 总计 30 6 4 40 五、课程其他说明 1、主要先修课程：机械制造基础、机械工程控制基础、测控技术、传感器技术 2、适用专业类别：机械制造及其自动化 3、主要教材： (1)张建民主编.机电一体化系统设计.北京：高等教育出版社，2007. (2)李成华主编.机电一体化技术.北京：中国农业大学出版社，2001. 4、考核方式及成绩构成：闭卷考试/考察，平时成绩20%，研讨课成绩10%，期末试卷考试成绩/课程论文60%， 实践成绩10%。 六、实验项目及要求 序号实验项目名称 实验内容 学时 实验类型 数控机床机械部件的拆装 1)观察贴塑导轨的外形及其 2 验证性实验 结构 2)拆装一种滚动导轨副。 3)拆装转位刀架。 4)拆装圆盘刀库。 2 步进电机基本动作参数设定及控 对步进电机进行控制并了解 2 验证性实验 制实验 其部分频率特性。 1)步进电机的工作频率。 2)最高频率、突跳频率。 3)步进电机的振动频率
4.6 Z80CPU 的硬件结构特点及其最小应用系统 4.7 单片机的硬件结构特点及其最小应用系统 4.8 数字显示器及键盘接口电路 4.9 微机应用系统的输入/输出控制的可靠性设计 四、时间分配 知识 单元 知 识 点 教学环节（学时） 讲 课 研 讨 课 实 验 上 机 课 外 小 计 1 概论 6 2 8 2 机械系统部件的选择与设计 6 2 2 10 3 执行元件的选择与设计 7 1 2 10 4 微机控制系统的选择与设计 11 1 12 总 计 30 6 4 40 五、课程其他说明 1、主要先修课程：机械制造基础、机械工程控制基础、测控技术、传感器技术 2、适用专业类别：机械制造及其自动化 3、主要教材： (1)张建民主编. 机电一体化系统设计.北京：高等教育出版社，2007. (2)李成华主编. 机电一体化技术 . 北京：中国农业大学出版社，2001. 4、考核方式及成绩构成：闭卷考试/考察，平时成绩 20%,研讨课成绩 10%，期末试卷考试成绩/课程论文 60%, 实践成绩 10%。 六、实验项目及要求 序号 实验项目名称 实验内容 学时 实验类型 1 数控机床机械部件的拆装 1) 观察贴塑导轨的外形及其 结构 2) 拆装一种滚动导轨副。 3) 拆装转位刀架。 4) 拆装圆盘刀库。 2 验证性实验 2 步进电机基本动作参数设定及控 制实验 对步进电机进行控制并了解 其部分频率特性。 1) 步进电机的工作频率。 2) 最高频率、突跳频率。 3) 步进电机的振动频率。 2 验证性实验
