《教育心理学》课程说明-上海开放大学

#上海开放大学本科（专科起点）机械电子工程专业《机电一体化系统设计》课程教学大纲（2014年3月17日审定）第一部分课程的性质、目的与任务一、课程的性质、目的与任务《机电一体化系统设计》课程是机械电子工程专业的一门专业课。《机电一体化系统设计》讨论机电一体化的基本原理，分析实现机电一体化系统的理论基础和技术基础，以信息技术为核心、现代先进的机电技术为基础，从集成观点出发，从系统论和控制论的角度，研究现代机械产品或系统的构成原理和方法，重点讨论机械系统、控制系统以及信息系统的组成，信息处理的规律和分析方法、信息系统与机械结构的协调等问题。通过本课程的学习，培养学生综合运用机械、电子、信息等基础理论的能力，形成机电一体化的创造性思维方法。二、先修后续课程：先修课程：传感器与测试基础、自动控制原理、电气控制与PLC应用。第二部分教学内容与要求第一章概论（6学时）一、教学要求1．掌握机电一体化系统的内涵及本质2．了解机电一体化系统的功能构成3．了解机电一体化系统的共性关键技术4．了解机电一体化系统的功能评价方法5．了解机电一体化系统的发展方向二、内容要点第一节机电一体化内涵1．人力机械系统（体力有限延伸）2．机械电气化及信息化（机电产品）3．机电一体化系统4．机电一体化涵义5．机电一体化产品与传统机电产品的主要区别第二节机电一体化系统功能结构1．目的功能描述2．系统内部功能描述第三节机电一体化共性关键技术1．精密机械技术2．检测传感技术3．信息处理技术4．自动控制技术5．伺服驱动技术6．接口技术7．系统总体技术第四节机电一体化系统的功能评价1．评价方法2．评价内容3．工业三大要素与机电一体化的三大效果第五节机电一体化发展状况1．机电一体化技术三个发展阶段2．机电一体化得以发展的条件3．机电一体化的发展方向三、教学重点和难点重点：1．机电一体化系统的内涵及本质2．机电一体化功能构成3．机电一体化共性关键技术难点：1．机电一体化内涵2．机电一体化共性关键技术第二章机电一体化系统设计总体方法（6学时）一、教学要求1．了解机电一体化系统设计流程2．了解机电一体化系统设计思想、设计类型及设计准则3．掌握机电一体化概念设计方法4、了解机电一体化系统现代设计方法二、内容要点第一节机电一体化系统设计流程第二节机电一体化系统设计思想、设计类型及设计准则第三节机电一体化系统的产品规划1．需求分析2．需求设计第四节机电一体化系统的概念设计1．概念设计的内涵2．概念设计的特征3．概念设计过程中的创新层次4．概念设计过程5．机电一体化系统概念设计的四视图第五节全自动洗衣机的概念设计实例分析三、教学重点和难点重点：1．机电一体化系统设计思想、设计类型及设计准则2．概念设计过程3．概念设计的四视图难点：1．概念设计过程2．概念设计的四视图第三章机械系统部件的选择与设计（16学时）一、教学要求1．掌握机械系统部件的设计要求2．掌握机械传动部件的选择与设计3．掌握导向支撑部件的选择与设计4．了解旋转支撑部件的类型与选择5．掌握轴系部件的选择与设计6．了解联轴器的选择与设计7．了解机电一体化系统的机座或机架二、内容要点第一节机械系统部件的设计要求1．机械系统部件的组成2．机械系统部件的设计要求第二节机械传动部件的选择与设计1．机械传动部件及其功能要求2．丝杠螺母机构基本传动形式3．滚珠丝杆副传动部件4．齿轮传动部件5．挠性传动部件6．间隙传动机构第三节导向支撑部件的选择与设计1．导轨副的组成、种类及其应满足的要求2．滑动导轨副的结构及选择3．滚动导轨副的类型与选择4．静压导轨副工作原理第四节旋转支撑部件的类型与选择1．旋转支撑部件的种类及基本要求2．圆柱支承3．圆锥支承4．填入式滚动支承5．其它形式支承第五节轴系部件的选择与设计1．轴系设计的基本要求2．轴系（主轴）用轴承的类型与选择3．提高轴系部件性能的措施第六节联轴器的选择与设计1．联轴器的概述2．联轴器的种类和特性3．联轴器的选择第七节机电一体化系统的机座或机架1．机座或机架的作用及基本要求2．机座或机架的结构设计要点第八节机电一体化系统传动系统设计实例1．滚珠丝杆的选型2．滚动导轨副的选型三、教学重点和难点重点：1．掌握传动部件的特点、种类以及应用2．掌握滚珠丝杆传动、齿轮传动、同步带传动和谐波传动的工作原理与特点3．掌握导向支撑部件的特点、种类以及应用4．掌握滚动导轨的工作原理与特点4．掌握轴系部件的选择与设计难点：1．掌握滚珠丝杆传动的工作原理及应用2．掌握滚珠齿轮传动比分配2．掌握滚动导轨支撑部件的工作原理及应用第四章传感器分析、选择与一般特性（8学时）一、教学要求熟悉传感器的组成和分类掌握传感器的静态特性及性能指标掌握传感器的动态特性及性能指标了解机电一体化系统中常用的传感器类型及特点熟悉传感器的选用原则与使用方法二、内容要点第一节概述传感检测系统的含义传感器的定义和组成传感器的分类传感器的测量误差与准确度传感器的发展趋势第二节传感器的性能指标传感器的静态特性指标拉普拉斯变换传感器的动态特性第三节机电一体化系统中常用的传感器线位移检测传感器角位移检测传感器速度、加速度传感器测力传感器第四节传感器选用原则和使用方法机电一体化系统对传感器的要求传感器选用的一般原则传感器的校准与安装三、教学重点和难点重点：熟悉传感器的组成和分类掌握传感器的静态性能及动态性能指标了解机电一体化系统中常用的传感器类型及特点熟悉根据机电一体化系统的设计要求来选择传感器及使用的方法难点：传感器的静态与动态性能指标传感器的选用原则与使用方法第五章伺服系统中的驱动技术（6学时）一、教学要求1．掌握执行元件的种类及特点2．了解常用的控制用电机3．掌握步进电机和直流伺服电机的工作原理与驱动4．了解交流伺服电机的工作原理与驱动5．了解气动和液压系统的工作原理与驱动二、内容要点第一节伺服驱动系统概述1．执行元件的种类及特点2．对执行元件的基本要求第二节常用的控制用电动机1．对控制用电机的基本要求2．控制用电动机的种类、特点及选用第三节步进电机的工作原理及驱动1．步进电机的特点与种类2．步进电机的工作原理3．步进电机的运行特性及性能指标4．步进电机的驱动与控制第四节直流伺服电机的工作原理及驱动1．直流伺服电机的工作原理2．直流伺服电机的运行特性及性能指标3．直流伺服电机的驱动与控制第五节交流伺服电机的工作原理及驱动1．交流伺服电机的工作原理2．交流伺服电机的驱动与控制第六节液压/气压驱动系统1．电-液伺服阀三、教学重点和难点重点：1．掌握执行元件的特点、种类以及应用的场合2．掌握步进电机、直流伺服电机的工作原理以及驱动实现3．了解交流伺服电机的功能实现难点：1．掌握步进电机与直流伺服电机的驱动实现2．了解交流伺服电机的矢量控制原理第六章机电一体化系统的控制器（6学时）、教学要求1．掌握机电一体化系统中的控制器的设计思路和组成模式2．理解不同种类的控制器所适用的场合3．理解机电一体化系统中的控制器的发展趋势二、内容要点第一节机电一体化系统控制器的概述1．机电一体化系统控制器的特点2．机电一体化系统控制系统的一般设计思路3．控制系统的组成模式第二节嵌入式处理器与系统1．嵌入式系统概述2．嵌入式处理器的分类及简介3．嵌入式操作系统简介4．嵌入式处理器的选型方法第三节可编程控制器（PLC）1．概述.PLC结构与工作原理.三菱PLC的组成与基本指令.梯形图编程基本原则.PLC控制系统的设计方法与步骤.实例第四节工业控制计算机（IPC）.总线技术.STD总线技术.PC总线技术.基于PCI总线的工业控制计算机.实例第五节现场总线与工业以太网技术.现场总线技术.工业以太网技术三、教学重点和难点重点：.掌握可编程控制器的设计方法与步骤.掌握工业控制计算机的结构与应用难点：对于不同的应用环境下的机电一体化系统控制器的选择问题第七章机电一体化系统的元、部件特性分析（4学时）一、教学要求.复习关于控制原理中对于采样控制系统的内容.理解对于机电一体化系统中元部件的动态特性的分析方法二、内容要点第一节自动控制理论与机电一体化系统.系统的过渡过程特性.伺服系统及其动态特性.采样控制简介.数字PID控制第二节机电一体化系统的元、部件动态特性1．机械系统特性及变换机构2．机械系统的机构静力学特性3．机械系统的机构动力学特性第三节传感器的动态特性第四节执行元件的动态特性1．伺服执行元件系统的数学模型2．压电式执行元件及其动态特性3．执行元件与机械惯性阻转矩的匹配方法三、教学重点和难点重点：.掌握数字PID控制及其算法实现2．掌握机械系统的静态与动态分析方法3．掌握伺服执行元件系统的数学模型难点：1．机械系统的机构动力学特性2．伺服执行元件的数学模型第八章机电一体化系统的机电有机结合分析与设计（4学时）一、教学要求1．掌握机电有机结合设计的内容2．掌握稳态设计的方法以及相关问题的计算3．了解动态设计的方法4．了解机电一体化系统的可靠性和安全性设计的内容二、内容要点第一节概述1．机电一体化系统的稳态与动态设计第二节机电有机结合之一—机电一体化系统稳态设计的考虑方法1．典型负载分析2．执行元件的匹配选择3．减速比的匹配选择与各级减速比的分配4．检测传感装置、信号转换接口电路、放大电路及电源等的匹配5．系统数学模型的建立及主谐振频率的计算第三节机电有机结合之二—机电一体化系统动态设计的考虑方法1．机电伺服系统的动态设计2．系统的调节方法3．机械结构弹性变形对系统特性的影响4．传动间隙对系统特性的影响第四节机电一体化系统的可靠性和安全性设计1．可靠性设计2．安全性设计三、教学重点和难点重点：1．掌握稳态设计的方法2．掌握不同机械因素对于系统动态特性的影响难点：1．掌握稳态设计的方法以及计算的过程和步骤2．了解动态设计方法第九章机电一体化系统信息流分析（2学时）一、教学要求了解机电一体化系统信息流分析方法二、内容要点1．机电一体化系统的基本信息流2．面向数据流的软件结构分析方法三、教学重点和难点重点：了解机电一体化系统的基本信息流；掌握面向数据流的软件结构分析方法。难点：面向数据流的软件结构分析方法。第十章机电一体化系统典型实例解析（2学时）一、教学要求熟悉机电一体化系统典型实例的结构组成熟悉机电一体化系统典型实例的控制方法从机电一体化系统论与方法的角度分析机电一体化系统的设计思想二、内容要点第一节数控机床结构组成功能分析控制策略实例总结第二节工业机器人结构组成功能分析控制策略实例总结第三节自动化生产线结构组成功能分析控制策略实例总结第四节AGV小车结构组成功能分析控制策略实例总结三、教学重点和难点重点：熟悉机电一化系统典型实例的结构组成及功能了解机电一化系统典型实例的控制策略难点：由机电一化系统典型实例解析，掌握从机电一体化系统论与方法的角度分析机电一体化系统的设计思想第三部分实验内容与要求一、教学要求.了解机电一体化产品的构成及接口；.掌握常用控制器PLC的编程与应用.了解机电一体化产品中常用传感器的选择和使用；.掌握常用的特性和控制。二、实验内容及安排本课程设计七个实验。其中实验一到实验四，目的是让学生实践教学要求中的1、2、3，每个学生必做。实验五到七，任选做其其一。实验内容如下：实验一．机械结构训练（滚珠丝杠）实验二．传感器选择及应用实验三.PLC的编程及应用实验四.电气及气动的布线与接口实验五.步进电机的特性及控制实验六.伺服电机的特性及控制实验七.变频器的特性及控制具体实施可以针对一个机电一体化设备（如二位雕刻机），仔细观察它的机械结构，画出它的传动系统图；