spContent=《机电一体化系统设计》是机械电子工程专业必修课程,内容涉及机械、传感、控制等多学科交叉知识,综合性、实践性强,为学生从事机电系统设计、研发、运行奠定基础。教学团队以提倡学生主动学习和实践为核心的“做中学”教学理念为指导原则,采用基于问题的教学、启发式教学等方式,引导学生求知兴趣,激发学生创造性思维。结合典型机电一体化产品的案例分析,从而使学生具备对相关项目方案的可行性进行科学的论证的能力。
《机电一体化系统设计》是机械电子工程专业必修课程,内容涉及机械、传感、控制等多学科交叉知识,综合性、实践性强,为学生从事机电系统设计、研发、运行奠定基础。教学团队以提倡学生主动学习和实践为核心的“做中学”教学理念为指导原则,采用基于问题的教学、启发式教学等方式,引导学生求知兴趣,激发学生创造性思维。结合典型机电一体化产品的案例分析,从而使学生具备对相关项目方案的可行性进行科学的论证的能力。
—— 课程团队
课程概述
通过学习本课程,您不仅能够应用数学方法、机械设计理论、传感检测理论、控制工程理论、机电一体化系统组成原理设计复杂的机电产品解决方案,而且还将具备自主学习能力、科学探索精神和工匠精神,从而助力您将所学专业知识在相关创新创业活动中实现转化与应用。
让我们一起走进化《机电一体化系统设计》!
授课目标
通过本课程的理论教学使学生具备下列能力:
1、能够应用数学方法、机械设计理论、传感检测理论、控制工程理论、机电一体化系统组成原理,针对复杂的机电产品设计解决方案。
2、在复杂机电产品的开发设计过程中,能够对项目的实施过程进行有效规划,并结合经济成本对方案可行性进行论证。
3、能够应用专业知识与现代技术对复杂机电产品进行分析,评价其在生产实践中的应用价值及对推动社会可持续发展的实践意义。
4、能够就机电一体化系统设计问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流,且具备一定的团队协作能力。
5、具备自主学习能力,能够通过文献检索、资料查询、调研分析等手段来解决在机电产品设计开发过程中遇到的实际问题。
课程大纲
绪论
课时目标:(1)掌握机电一体化的基本涵义。(2)了解机电一体化的发展趋势。
2.1什么是机电一体化?
2.2机电一体化的发展趋势
机电一体化系统组成及应用
课时目标:(1)掌握机电一体化系统基本组成。(2)了解信息物理系统
3.1机电一体化系统基本组成
3.2机电一体化与CPS
3.3机电一体化系统高端应用案例
系统总体设计
课时目标:(1)了解机电一体化系统的总体设计方法(2)了解融合CPS机电一体化系统设计方法(3)掌握机电一体化产品的工程路线(4)掌握几种典型机电一体化装置的基本组成
4.1设计类型
4.2设计过程
4.3设计方法
4.4人机系统
4.5机电系统设计
4.6机电一体化系统仿真软件
传感检测系统
课时目标:(1)了解传感检测系统的基本组成。(2)掌握机电一体化系统中常用传感器的基本原理与适用场合。
5.1传感器概述及选用
5.2接近开关及其应用
5.3编码器及其应用
5.4光栅尺及其应用
机械系统
课时目标:(1)掌握机电一体化系统中传动机构的种类、特点、基本要求。(2)了解常用工业机器人的基本构型。(3)掌握机电一体化系统常用精密传动机构的基本原理与设计方法。
6.1机电一体化系统典型机构
6.2机器人机构
6.3机器人设计与相关基础
6.4精密齿轮传动
6.5谐波齿轮传动
6.6同步带传动
6.7滚珠丝杠传动
6.8导轨设计
6.9机械系统设计综合应用实例
伺服驱动系统
课时目标:(1)了解伺服系统的一般组成、分类和基本组成形式。(2)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。(3)掌握伺服电机特性和调速原理;掌握伺服电机的驱动调速方法;掌握伺服系统组成的基本原理。
7.1伺服驱动系统概述
7.2步进电机
7.3伺服电机
7.4步进电机与伺服电机性能比较
7.5伺服驱动系统设计案例
机电系统控制技术
课时目标:(1)掌握控制系统数学模型的作用和建立方法(2)了解嵌入式系统控制技术(3)掌握控制系统的搭建与PID控制算法
8.1控制系统概述
8.2嵌入式系统控制技术
8.3多轴运动控制器
8.4数学模型
8.5PID控制模型
讨论课
课时目标:(1)通过基于团队的学生上台讲演和课程讨论这种体验式教学方式,加深对机电系统的基础知识和实践能力的培养,并在沟通能力、团队合作能力等方面得到锻炼;(2)得到初步的查阅文献、阅读相关技术资料和调查研究能力的锻炼;(3)了解机器人各部分机电一体化系统的结构和工作原理;(4)运用理论教学所涉及的或其他创新方法,结合创新创业类讨论主题,激发创新创业意识。
讨论的主题为《以智能机器人系统为产品导向的大学生虚拟创新创业》,学生在课外查找、阅读特定领域国内外前沿机器人技术的发展现状,分析其主要工作原理,对比其较传统机器人而言所具有的优点与缺点等,并针对市场应用需求,分析现有机器人存在的缺陷与不足,概念性的设计一款新型机器人,或对现有机器人提出改进方法,并以此为产品,虚拟创建一个科技公司,规划公司的市场定位、团队管理、营销策略,并评估可能遇到的风险以及应对风险的措施。
查找方向可具体按照军用机器人、工业机器人、服务机器人、软体机器人、防爆机器人、水下机器人、仿生机器人、救援机器人、医用机器人、微型机器人、物料分拣机器人等方向,但不限这些研究方向与研究内容。
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预备知识
先修课程:高等数学、线性代数、概率论、机械设计基础(或机械原理、机械设计)、电工技术、电子技术、液压与气压传动、计算机程序设计基础、单片机与嵌入式系统、机电传动控制
参考资料
[1]Mechatronics: Electronic Control Systems in Mechanical and Electrical Engineering (7th Edition), W.Bolton. Pearson education Limited, 2019
[2] 机电一体化系统设计(第二版),葛宜元、魏天路主编, 机械工业出版社,2020.05。
[3] 王裕清、张业明等主编,机电一体化系统设计,中国电力出版社,2016.02。
[4] 刘宏新主编,机电一体化技术,机械工业出版社,2015.09。