《机械运动控制技术》课程教学大纲（本科）

1、机械运动控制技术（Machine Motion Control Technology）课程编号：03410130学 分：2学 时：30 （其中：讲课学时：26实验学时：4 上机学时：0 ）先修课程：电子技术、自动控制原理、机电传动控制、微机原理适用专业：机械设计制造及其自动化教 材：运动控制技术与应用，熊田忠，中国轻工业出版社，2012年6月第一 版一、课程的性质与任务机械运动控制技术是相关专业教学计划中反映专业特色的专业方向课，它建立在数字电子 技术、模拟电子技术、电力电子技术、自动控制理论、机电传动控制等课程知识的基础上，为机械 设计制造及其自动化等专业的学生打好坚实的专业基础。本课程内容

2、包括运动控制系统中的传感器和执行器、开环步进电机伺服系统、直流伺服系统、 交流伺服系统、位置伺服系统与多轴运动协调控制、基于现场总线的运动控制系统、运动控制系统 设计及运动控制系统的设计实例。通过本课程的学习，使学生逐步了解和掌握应用运动控制技术解决机械系统设计中的机械运动 控制问题；通过课程实验使学生具备对机械运动控制系统的设计、操作和调试的基本能力。二、课程对毕业要求及其指标点的支撑（一）课程目标课程目标1:掌握运动控制系统中的传感器和执行器等的基本功能和特性，具备传感器和执行 器的选型能力；课程目标2： 了解开环步进电机伺服系统、直流伺服系统、交流伺服系统、位置伺服系统与多 轴运动协调控

3、制以及基于现场总线的运动控制系统；课程目标3：掌握运动控制系统的设计方法，具备机械运动控制系统的设计、操作和调试的基 本能力。（二）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求3和毕业要求11：2017年9月22日(1)指标点3-3：能够设计满足特定需求的机械系统、部件和工艺流程，并能够体现创新意识，占该指标点达成度的1。；(2)指标点11-1：理解机械工程活动中涉及的重要经济与管理因素，占该指标点达成度的15%o程目标毕业要求指课程目标1课程目标2课程目标3毕业要求3-3VV毕业要求11-1V三、课程内容及要求第0章绪论.教学内容(1)运动控制定义(2)运动控制系统

4、的结构(3)运动控制系统的分类(4)运动控制器.知识、能力与素质等方面的基本要求了解机械运动控制系统的历史与发展了解本课程的性质、研究对象与方法、任务(3)掌握运动控制系统结构及其组成难点运动控制系统结构及其组成运动控制系统中的传感器与检测技术.教学内容其他运动控制系统中的传感器(2)运动控制系统中的速度检测与滤波.知识、能力与素质等方面的基本要求(1)掌握运动控制系统结构及其组成基本要求了解机械运动控制系统中常用传感器的工作原理(3)掌握常用传感器的性能指标和应用(4) 了解机械运动控制中检测技术相关问题3 .重难点传感器的基本原理和应用。第2章 运动控制系统的执行器.教学内容(1)步进电机

5、(2)直流伺服电机(3)无刷直流电机(4)交流伺服电机概述.知识、能力与素质等方面的基本要求了解机械运动控制系统中的各种电机原理、结构(2)掌握各种电机的驱动及应用方法.重难点机械运动控制系统中的各种电机原理、结构、驱动及应用。3章 步进电机伺服系统.教学内容(1)开环步进伺服系统方案设计(2)开环步进伺服系统设计.知识、能力与素质等方面的基本要求了解单轴步进电机伺服系统设计.重难点运动控制系统中机电匹配设计。第4章交流伺服系统.教学内容(1)异步电动机变频调速原理(2)矢量控制原理.知识、能力与素质等方面的基本要求了解三相异步电机的变频调速原理及矢量控制思想。.重难点难点三相异步电机的矢量控

6、制原理。第5章 位置伺服系统与多轴运动控制.教学内容(1)单轴位置伺服系统(2)多轴运动协调控制技术.知识、能力与素质等方面的基本要求(1)了解单轴位置伺服系统及其组成、结构、特性2) 了解多轴运动控制器及其控制方案(3)理解多轴运动协调模式.重难点重点为单轴位置伺服系统。难点是多轴运动协调控制技术。第6章基于现场总线的运动控制系统.教学内容(1)基于现场总线的运动控制系统架构(2)运动控制系统监控技术(3)基于现场总线的运动控制系统应用.知识、能力与素质等方面的基本要求了解现场总线的运动控制系统的概念及其架构；了解现场总线的运动控制系统监控技术及其应用。.重难点重点为现场总线的运动控制系统的

7、架构，运动控制系统的监控。7章 运动控制设计.教学内容(1)运动控制系统的总体性能要求和设计任务(2)运动控制系统的方案设计(3)运动控制系统部件的选择(4)调节器的工程设计方法.知识、能力与素质等方面的基本要求了解运动控制系统的总体性能要求和设计任务；(2)理解和熟悉运动控制系统的方案设计和部件选择。.重难点重点为运动控制系统的方案设计和部件选择，难点运动控制器的选择。8章 运动控制系统应用实例.教学内容(1)基于DSP/ARM的无刷直流电机控制系统(2)基于单片机的步进电机速度、位置控制系统设计.知识、能力与素质等方面的基本要求(1) 了解两种实例运动控制系统的组成及其软硬件设计方法。3.

8、重难点难点为运动控制系统的硬件设计。四、学时分配及对毕业要求指标点的支撑章节教学内容主要教学方法支撑课程 目标支撑毕业 要求指标 点讲课 学时实验 学时第0章绪论讲授法11-110第1章运动控制系统中的传感器 与检测技术讲授法目标1、23-3、 11-122第2章运动控制系统的执行器讲授法目标13-320第3章步进电机伺服系统讲授法目标1、23-3、 11-130第4章交流伺服系统讲授法目标1、23-332第5章位置伺服系统与多轴运动 控制讲授法目标1、23-3、 11-130第6章基于现场总线的运动控制 系统讲授法目标23-3 11-120第7章运动控制设计讲授法目标33-3 11-160第

9、8章运动控制系统应用实例讲授法目标33-3 11-140合计264五、考核方式1.课程考核方式包括期末考试、平时及作业情况考核和实验情况考核。期末考试采用闭卷笔试。2.课程成绩=平时考核成绩x20%+实验成绩xlO%+期末考试成绩X70%。成绩的具体构成如下:考核形式考核要求考核权 重支撑的课 程目标备注课堂表现以随机的形式，在每章内容进行中或结束后，随堂测 试1-3题，主要考核学生课堂的听课效果和课后及时 复习消化木章知识的能力，结合平时的随机点名，进 行综合考核。10%目标1、2、3平时作业课后完成各章节相关习题，主要考核学生对每节课知 识点的复习、理解和掌握程度，计算全部作业的平均10%

10、目标1、3成绩再按10%计入总成绩。期末考试试卷题型包括计算题、简答题和综合分析应用题等， 以卷面成绩的70%计入课程总成绩。其中考核机械运 动控制基础知识型题目占60%,包括运动控制器及伺 服系统基础知识占35%左右，运动控制系统基础内容 占25%左右;考核机械运动控制系统分析与设计的能 力题目占40%。70%目标1、2、3实验完成2个实验，主要考核学生操作实验设备并对实验 结果进行分析的能力，最后按10%计入课程总成绩。10%目标1、3六、课程目标达成度评价课程目标达成度计算表如下:课程目标对应考核形式实际评测结果（学生达到的平均水平）对应总分达成度课程目标1平时成绩、期末考试（平时成绩X

11、 20%） /3+期末考试对应试题平均分X 70%20/3+期末考试对应试题总分X 70%达成度=实 际测评结 果/对应总 分课程目标2平时成绩、期末考试（平时成绩X 20%） /3+期末考试对应试题平均分义70%20/3+期末考试对应试题总分X 70%达成度=实 际测评结 果/对应总 分课程目标3实验实验平均分X 10%10达成度=实 际测评结 果/对应总 分七、大纲说明.采用多媒体教学手段，在具体教学内容上可适当降低要求，课程讲授的重点在于使学生理解 整个机械运动控制系统的构成及其基本思想，而不在于过多的理论推导过程。.本课程有4个学时的实验，具体实验内容见机械运动控制技术课程实验教学大纲

12、。八、参考书目及学习资料1、精密机械运动控制，王劲松著，科学出版社，2009年8月第一版；2、实用运动控制技术，丛爽、李泽湘编著，电子工业出版社，2006年1月第一版。2017年9月22日机械运动控制技术课程实验教学大纲(Machine Motion Control Technology)课程编号：03370200课程教学总学时：30实验总学时：4总学分：2先修课程：电子技术、自动控制原理、机电传动控制、微机原理适用专业：机械设计制造及其自动化一、目的与任务巩固和加强对设计理论的认识和理解；熟悉实验对象和实验装置的结构、性能和测 试方法，并通过对实验的操作和对实验现象的观察，使学生掌握一定的基

13、本实验技能； 通过实验，培养学生掌握相关的实验方法和实验技能，特别着重于能力的培养，包括自 学能力、实践能力、数据检测、分析和处理能力，以及运用所学理论知识解决实际问题 的能力。二、实验教学的基本要求(1)复习相关原理，认真写好预习报告，尝试设计实验方法。(2) 了解流程、设备构造；(3)测试有关数据；(4)数据处理；(5)分析相应的问题及改进的方法。二、实验内容、性质、学时分配及对毕业要求的支撑序 号实验项目名称实验内容学 时对课程 目标的 支撑对毕业 要求的 支撑类型备注1旋转变压器实验本实验为综合实验。主要测定正余弦 旋转变压器的空载和负载输出特性； 测定二次侧补偿、一次侧补偿后的正 余

14、弦旋转变压器的输出特性。通过本 实验使学生学会旋转变压器的相关 参数测定，并了解其工程应用。2目标13-3、11-1综合性必做2交流伺服电动机 实验本实验为综合实验。主要测定交流伺 服电动机幅值控制时的机械特性和 调节特性；测定交流伺服电动机幅值 一相位控制时的机械特性。通过本实 验使学生了解交流伺服电动机的机2目标23-3、11-1综合性必做械特性和调节特性，并掌握交流伺服 电机的控制。实验项目 名称实验内容学 时对毕业要 求的支撑类型备注1旋转变压 器实验本实验为综合实验。主要测定正余弦旋转变 压器的空载和负载输出特性；测定二次侧补 偿、一次侧补偿后的正余弦旋转变压器的输 出特性。通过本实

15、验使学生学会旋转变压器 的相关参数测定，并了解其工程应用。23-3、 11-1综合性必做2交流伺服 电动机实 验本实验为综合实验。主要测定交流伺服电动 机幅值控制时的机械特性和调节特性；测定 交流伺服电动机幅值一相位控制时的机械特 性。通过本实验使学生了解交流伺服电动机 的机械特性和调节特性，并掌握交流伺服电 机的控制。23-3、 11-1综合性必做注：实验内容可安排。四、教学管理模式与注意事项.学生在实验前必须认真复习课程有关内容，预习实验指导书，实验目的明确。实验时态度认真，遵守纪律，注意安全。.指导教师适当提示实验要求、实验设备的结构、性能及注意事项，并检查预习情况。.实验小组人数为3-6人，每每个实验的时间为1.5小时。.要求学生了解实验的原理及设备使用方法，逐项记录数据，并完成实验报告。.学生要完成全部“必做实验写实验报告时，对实验原理的透