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《机电一体化设计》教学大纲 课程基本信息 课程号 MDAN01020K 课程英文名称 Mechatronics 学分 2 总学时 32 其中：实践（实验）学时 32 先修课程 机械设计、自动控制技术、电工技术、电子技术、单片机控制、测控技术 使用教材 机电一体化系统设计，北京理工大学出版社，2008 授课对象（专业） 机械设计制造及其自动化专业 考核方式 及成绩评定 闭卷，平时50%（作业20%，实验操作 20% 考勤10%），期末成绩占50% 课程 性质 □公共基础课 □学科基础课 □专业必修课 √专业选修课 □素质拓展课 □实践环节 教 学 目 标 该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。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。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。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。掌握机电一体化系统的功能构成和组成要素。了解机电一体化共性关键技术包含的内容。机电一体化的功能构成和组成要素机电一体化的共性关键技术机电一体化产品的设计方法了解伺服系统的一般组成、分类和三种基本组成形式。掌握直流伺服电机特性和调速原理；掌握直流伺服电机的驱动调速方法；掌握直流伺服系统组成的基本原理。掌握交流伺服电机特点及其调速方法；掌握变频调速装置的基本原理；了解交流伺服系统组成的基本原理；了解交流伺服电机的矢量控制。了解步进电机的种类及结构；掌握步进电机的工作原理；掌握步进电机的主要性能指标；掌握步进电机控制的基本原理；掌握步进电机的基本功率驱动电路原理和细分驱动原理。了解几种直接驱动伺服系统、微进给装置的基本原理。系统的PID控制及其性能分析 教学时数：14学时，讲授8学时，上机6学时。 教学方法与手段：讲授，实验操作。 第一节 8086/8088硬件结构特点 本节主要知识点：8086/8088主要结构特点、8086/8088最大/最小工作模式、8086/8088引脚、8086CPU最小、最大工作模式系统的典型配置。 第二节 Z80CPU的结构特点及存储器、输入/输出扩展接口 本节主要知识点：Z80CPU的结构特点、总线驱动器、存储器、输入/输出接口、I/O寻址方法、实现片选的方法、举例。 第三节 单片机的结构特点及其最小应用系统 本节主要知识点：MCS-51系列单片机的结构特点、MCS-51系列单片机的最小应用系统及其扩展。 第四节 数字显示器及键盘的接口电路 本节主要知识点：数字显示器的结构及工作原理、键盘、显示器的接口电路。 第五节 可编程序逻辑控制器构成及应用举例 本节主要知识点：PLC的构成及工作原理、PLC的应用举例。 第六节常用检测传感器的性能特点、选用及其微机接口 本节主要知识点：检测传感器的分类与基本要求、各类传感器的主要性能及优缺点、传感器的选用原则及注意事项、传感器的测量电路及微机接口。 实验一：PLC、变频器综合模拟仿真实验 实验二：D/A、A/D转换实验 实验三：运动控制器的参数设计 第四章 可靠性和抗干扰技术设计 教学目的和要求：在机电一体化系统 (产品)中，电噪声的干扰是产生元部件失效或数据传输、处理失误、进而影响其可靠性的最常见和最主要的因素，这是机电一体化系统 (产品)设计中不可忽视的问题之一。因此，学生要掌握一些抗干扰技术的设计方法。 重点及难点：要求重点掌握可靠性设计方法和抗干扰设计方法。难点是怎样排除干扰。 教学时数：3学时。 教学方法与手段：讲授、讨论。 第一节 可靠性设计 本节主要知识点：可靠性的基本概念、裕度法、冗余技术、诊断技术。 第二节 干扰和抗干扰措施 本节主要知识点：供电干扰、强电干扰、接地干扰、辐射干扰、供电系统的抗干扰措施、接口电路的抗干扰措施、软件的可靠性技术 三、各章时分配表 第一章 机电一体化系统概述 3 讲授、上机 第二章 伺服驱动技术 10 讲授、上机 第三章 计算机控制技术 14 讲授、上机 第四章 可靠性和抗干扰技术设计 3 讲授、上机 四、教学参考资料 1、参考书目：机电一体化设计基础，郑堤，唐可洪，机械工业出版社，2011 机电一体化系统设计，姜培刚，盖玉先，机械