现代机电系统工程学(讲义).docVIP

现代机电系统工程学 Modern mechano-electronic system engineering 课程编号：1220312022 学分数：2 开课单位：机械学院 课内总时数：32 课程性质： (学位课 (非学位课 任课教师姓名及职称：杨公源 教授 开课学期：I 教学方式：讲授与实践 教学要求及目的： 要求学生熟悉和掌握现代机电系统的分析与设计理论，包括环节及系统的建模（集中参数、分布参数、时变与非线性等环节及系统的建模），控制理论（传统、现代、最优、自适应、智能等理论），基于系统整体最佳的传感检测技术及工程实践、伺服传动技术及工程实践，运动控制和过程控制技术及工程实践，精密机械技术及工程实践。 目的是使学生能够将上述理论和技术融会贯通，以工艺为主线、控制理论为指导、计算机应用为手段、系统整体最佳为目标。 为实现教学要求及目的，在理论讲授之外，还要面对工程实例进行研讨和实践。 课程的主要内容 系统、机电系统、机电系统工程学 相互制约的各个部分如何构成具有一定功能的整体（即系统）；机电系统的涵义；机电系统工程学的涵义。 环节和系统的建模 机理建模，辨识建模，观测器建模；分布参数模型的集中参数表示；时变模型、非线性模型的分段处理。 现代机电系统工程的理论基础和技术基础 传统（经典）控制理论，现代控制理论，系统辨识理论，智能控制理论，最优控制理论，自适应控制理论。 运动控制技术，过程控制技术，混合控制技术，微电子技术，电力电子技术，计算机技术，通信网络技术，精密机械技术，系统整体技术。 机械电子学（机电一体化）与机电融合 “Mechatronics”理念的涵义，机电融合――多钟理论和技术的相互交叉、相互渗透、融会贯通和综合运用。 传感检测装置与机电系统的匹配 新型位置检测、速度检测和加速度检测；新型多轴系统的同步检测，新型多单元（多机架，多分部）跟随系统的张力检测；新型温度、压力、液位、流量、浓度、成份的检测与变送；纤维层厚度的非接触检测，条干检测，织物疵点检测；复合材料定量在线检测。 6. 执行器、驱动器与机电系统的匹配 新型变频器及变频电动机；新型伺服驱动器及伺服电动机；小惯量专用电动机及驱动器；新型电主轴；悬浮电动机及驱动器；摆动电动机及驱动器；纠偏一体化装置；新型液压缸一体化装置；新型液压马达一体化装置；新型气缸一体化装置；新型在线自动滴定装置。 7 运动控制器与机电系统的匹配 1）基于微控制器、微处理器的运动控制器，2.）基于ARM和专用芯片（ASIC）的运动控制器，3） 基于ARM和FPGA的运动控制器，4） 基于ARM和DSP的运动控制器，5） 基于工业PC的以DSP、FPGA为核心处理器的运动控制器，6）Soft型开放式运动控制器，7）嵌入式运动控制器，8）具有运动控制功能的PLC，9）采用可编程计算机控制器（PCC）的运动控制器，10）采用可编程自动化控制器（PAC）的运动控制器，11）现场总线控制系统FCS，12）计算机集成制造系统CIMS。 8 过程控制器与机电系统的匹配 1) 基于专用集成电路（ASIC）的过程控制器（调节器），2）基于ARM的过程控制器（调节器），3 ）可编程调节器，4）智能调节器，5） 过程控制站（PCS），6 ）基于DSP和ARM的过程控制器，.7）基于PC总线的开放式过程控制器，8）具有过程控制功能的PLC，9 ）具有过程控制模块的PLC，10）具有远程过程控制模块的PLC，11） 具有PC机模块的PLC，12）具有多CPU模块的PLC，13）集散控制系统DCS，14）现场总线控制系统FCS，15 ）计算机集成过程系统CIPS。 9 现代机电系统分析与设计 1）环节和系统的动力学分析 2）半闭环与全闭环机电系统的稳定性分析 3）半闭环与全闭环机电系统的稳态误差 4）半闭环与全闭环机电系统的动态分析 5）系统整体设计法 6）计算机辅助工具MATLAB应用 预修课程： 线性控制理论 泛函分析 。。。。。。。 适用专业、范围： 工学学科各学科、专业 《现代机电系统工程学》 第1章 概述 1.1系统、机电系统、机电系统工程学 1.2 机电系统的组成和功能 1.3 机械的分类 1.4 机电系统的理论基础和技术基础 1.5 机电系统的关键技术 1.6 国内外机电系统的现状 1.7 机电系统的发展趋势 第2章 机电系统的理论基础和技术基础 2.1 控制理论（传统、现代、智能） 2.2 系统工程理论 2.3 系统辨识与建模理论 2.4 随机过程理论 2.5 自适应控制理论 2.7 最优控制理论 2.8 运动控制技术 2.9 过程控制