機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)考核說明

1、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)考核說明機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是機(jī)械制造及其自動化專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)課。本課程的教學(xué)內(nèi)容主要包括：機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本概念；機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及工程路線；機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、動力驅(qū)動及定位、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、傳感檢測等基本結(jié)構(gòu)要素；典型機(jī)電一體化系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生建立機(jī)電產(chǎn)品的一體化設(shè)計(jì)思想，把所學(xué)的電工學(xué)、傳感器技術(shù)，自動控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)械設(shè)計(jì)理論有機(jī)地結(jié)合起來，了解各項(xiàng)技術(shù)的相互接口關(guān)系，并能運(yùn)用所學(xué)的知識對機(jī)電一體化產(chǎn)品進(jìn)行分析或設(shè)計(jì)簡單的機(jī)電一體化產(chǎn)品。關(guān)于課程考核的說明考核對象：電大理工科類機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動

2、化專業(yè)本科生。考核方式：采用形成性考核和終結(jié)性考試相結(jié)合的方式?？己艘罁?jù)：本課程所用教學(xué)大綱為2001年審定通過并下發(fā)執(zhí)行的、電大理工科類機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)本科生機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)大綱；所用文字教材為張立勛教授主編2003年8月由中央電大出版社出版的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。本課程考核說明是形成性考核和終結(jié)性考試命題的基本依據(jù)。課程總成績的記分方法：形成性考核成績在課程總成績中占20%，終結(jié)性考試成績在課程總成績中占80%。課程總成績?yōu)榘俜种疲?0分為合格。形成性考核的要求和形式：形成性考核的形式為平時(shí)作業(yè)。能夠認(rèn)真學(xué)習(xí)，按時(shí)、按質(zhì)、按量完成平時(shí)作業(yè)者方可得滿分。終結(jié)性考試的要求

3、和形式：按照課程的基本教學(xué)要求，考核內(nèi)容主要包括：機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本概念；機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及工程路線；機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、動力驅(qū)動及定位、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)；機(jī)電一體化系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)。具體考核要求分為幾個(gè)層次：掌握：要求學(xué)生能夠全面、深入理解和熟練掌握所學(xué)內(nèi)容，并能夠用所學(xué)的內(nèi)容分析、初步設(shè)計(jì)和解答與實(shí)際應(yīng)用相關(guān)的問題，能夠舉一反三。熟悉：要求學(xué)生能夠較好地理解和掌握相應(yīng)內(nèi)容，并能夠進(jìn)行簡單分析和判斷。了解：要求學(xué)生能夠一般地了解所學(xué)內(nèi)容。組卷原則：在教學(xué)大綱和考核說明所規(guī)定的目的、要求和內(nèi)容范圍之內(nèi)命題。在教學(xué)內(nèi)容范圍之內(nèi)，按照理論聯(lián)系實(shí)際原則，考察學(xué)員對所學(xué)知識

4、應(yīng)用能力的試題，不屬于超綱。試題的考察要求覆蓋面廣，并適當(dāng)突出重點(diǎn)。試題兼顧各個(gè)能力層次，掌握60%，熟悉占30%，了解占10%。試題的難易程度和題量適當(dāng)，按難易程度分為三個(gè)層次：較易占30%，一般占50%，較難占20%。題量安排以平時(shí)基本能夠獨(dú)立完成作業(yè)者，他們能在規(guī)定的考試時(shí)間內(nèi)作完并有一定時(shí)間檢查為原則。 試題類型及試卷結(jié)構(gòu)：試題類型有判斷題、單項(xiàng)或多項(xiàng)選擇題、簡答題、分析題、計(jì)算題、綜合題等，試卷結(jié)構(gòu)的具體形式見后面所附“試題類型及規(guī)范解答舉例”?？己诵问剑洪]卷。答題時(shí)限：90分鐘。其它說明：考生需自備計(jì)算器、直尺、鉛筆、橡皮等文具?？己藘?nèi)容和要求 (一 )機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)概論考核目

5、的：考核學(xué)員對機(jī)電一體化技術(shù)的基本概念、相關(guān)技術(shù)及發(fā)展情況的認(rèn)識和了解。考核內(nèi)容：（1）機(jī)電一體化定義，機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)要素（2）機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)（3）機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展 考核要求：熟悉：機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成、基本結(jié)構(gòu)要素及其各個(gè)要素之間的相互關(guān)系；機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)及其相互關(guān)系了解：機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。(二) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及工程路線考核目的：考核學(xué)員對機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及工程路線的掌握情況。考核內(nèi)容：（1）現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本特征和評價(jià)分析方法（2）機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本方法及工程路線 考核要求：掌握：機(jī)電一體化產(chǎn)品的基本開發(fā)工程路線；通過典型機(jī)電一體化產(chǎn)品的

6、設(shè)計(jì)過程，掌握由圖2.2所歸納的基本設(shè)計(jì)步驟；機(jī)電一體化產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。了解：現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本特征；機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的評價(jià)分析方法。(三) 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)考核目的：考核學(xué)員對機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)特性、常用機(jī)械傳動裝置及應(yīng)用的掌握情況。考核內(nèi)容：（1）機(jī)械傳動系統(tǒng)的特性（2）機(jī)電一體化系統(tǒng)中的常用機(jī)械傳動裝置考核要求：掌握：機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)中齒輪傳動的傳動比確定方法；滾珠絲杠的選擇計(jì)算方法；直線滾動導(dǎo)軌的選擇計(jì)算方法。熟悉：機(jī)電一體化對機(jī)械系統(tǒng)的要求；機(jī)械傳動系統(tǒng)的慣量、阻尼、剛度等參數(shù)對傳動系統(tǒng)動態(tài)特性的影響；系統(tǒng)傳動精度的主要影響因素和減少傳動誤差的主要措施。了解：常用傳動機(jī)構(gòu)的特

7、點(diǎn)和應(yīng)用。(四)動力驅(qū)動及定位考核目的：考核學(xué)員對機(jī)電一體化系統(tǒng)中驅(qū)動及定位技術(shù)的掌握情況?？己藘?nèi)容：（1）機(jī)電一體化系統(tǒng)中驅(qū)動裝置的特點(diǎn)及技術(shù)要求（2）動力驅(qū)動元件的工作原理、主要特性及選用原則（3）定位運(yùn)動機(jī)構(gòu)及其特點(diǎn)考核要求：掌握：驅(qū)動裝置的技術(shù)要求；常用動力驅(qū)動元件的主要特性；步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)的選擇計(jì)算方法；直流伺服電機(jī)的調(diào)速方式。熟悉：步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)和液壓、氣壓伺服元件的工作原理、主要特性及選用原則。了解：定位運(yùn)動機(jī)構(gòu)的組成、定位方式及主要性能指標(biāo)；常用定位機(jī)構(gòu)及其特點(diǎn)。(五)機(jī)電一體化中的計(jì)算機(jī)技術(shù) 考核目的：考核學(xué)員對于計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)

8、用能力。考核內(nèi)容：（1）工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)（2）開放式體系結(jié)構(gòu)和總線系統(tǒng)（3）STD總線控制系統(tǒng)（4）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的選用 考核要求：掌握：STD工業(yè)控制總線系統(tǒng)的構(gòu)成、性能特點(diǎn)和典型工作模式；機(jī)電一體化系統(tǒng)中微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的選用。熟悉：開放式體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)；STD總線的I/O子系統(tǒng)：開關(guān)量輸入/輸出接口模板的組成及工作原理；A/D、D/A轉(zhuǎn)換接口模板的組成及工作原理；信號調(diào)理電路。了解：常用工業(yè)控制機(jī)的主要類型和特點(diǎn)；常用工業(yè)控制總線的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)；常用運(yùn)動控制接口模塊。(六) 傳感器技術(shù)考核目的：考核學(xué)員對于傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用能力?？己藘?nèi)容：（1）傳感器的組成及分類（2）

9、傳感器的性能指標(biāo)（3）常用傳感器及其應(yīng)用考核要求：掌握：電位計(jì)式和光電編碼器式位移傳感器的特點(diǎn)及選用方法；直流測速發(fā)電機(jī)和光電編碼器式速度傳感器的特點(diǎn)選用方法。熟悉：傳感器的主要性能指標(biāo)；常用測力傳感器和溫度傳感器的工作原理及使用方法。了解：傳感器的組成和分類。(七)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與綜合考核目的：考核學(xué)員對機(jī)電一體化系統(tǒng)的分析能力與初步設(shè)計(jì)能力。考核內(nèi)容：（1）典型機(jī)電一體化系統(tǒng)實(shí)例分析。（2）機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與綜合 考核要求：熟悉：典型機(jī)電一體化產(chǎn)品的構(gòu)成、特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法；機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)要素（執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動部分、傳感器及控制計(jì)算機(jī)）在系統(tǒng)中的作用和相互關(guān)系。 試題類型及規(guī)范解

10、答舉例試題按大綱要求，其題型包括判斷題、選擇題、分析題、計(jì)算題和綜合題等，具體說明如下：（一）判斷題此類型試題考查學(xué)生對基本概念的掌握程度，要非常準(zhǔn)確的判斷命題的正確與錯(cuò)誤。題型舉例：1在機(jī)電一體化系統(tǒng)驅(qū)動裝置中，反饋通道上環(huán)節(jié)的誤差與輸入通道上環(huán)節(jié)的誤差對系統(tǒng)輸出精度的影響是相同的。（ ）說明：由反饋環(huán)節(jié)有誤差時(shí)的等效框圖可知，反饋環(huán)節(jié)的誤差相當(dāng)于系統(tǒng)的一部分輸入信號。故結(jié)論是正確的，括號內(nèi)應(yīng)填入“”號。2通常，采用STD總線的工業(yè)控制機(jī)與外部設(shè)備的電氣接口均為TTL電平接口。說明：由于TTL電平接口過于簡單，難于滿足工業(yè)現(xiàn)場的使用要求，實(shí)際上工業(yè)控制機(jī)與獨(dú)立設(shè)備連接時(shí)均要采用隔離型模板。故

11、結(jié)論是錯(cuò)誤的，括號內(nèi)應(yīng)填入“”號。（二）選擇題此類型試題考查學(xué)生對基本理論的理解、對常用的重要概念及公式的掌握程度。如不注明，則為單項(xiàng)選擇題。題型舉例：1在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，機(jī)械傳動要滿足伺服控制的三個(gè)主要要求是（ ）。A傳動精度、穩(wěn)定性、快速響應(yīng)性 B傳動精度、穩(wěn)定性、低噪聲C傳動精度、高可靠性、小型輕量化 D傳動精度、高可靠性、低沖擊振動 說明：這里只有一個(gè)答案是正確的，應(yīng)在括號中填（ A ）。2在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，通過（ ）可有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（多項(xiàng)選擇題）A提高驅(qū)動元件的驅(qū)動力 B增大執(zhí)行裝置的固有頻率C提高系統(tǒng)的阻尼能力 D減小機(jī)構(gòu)的傳動誤差E消除傳動系統(tǒng)的回程誤差說明：這里有三

12、個(gè)答案是正確的，應(yīng)在括號中填（B、C、E）。（三）簡答題簡答題考察學(xué)生對基本概念、基本知識的掌握情況，要抓住問題的要點(diǎn)進(jìn)行回答，不需要過于具體地描述。題型舉例： 例：試述機(jī)電一體化產(chǎn)品的定義和分類方法。解答：機(jī)電一體化產(chǎn)品是新型機(jī)械與微電子器件，特別是與微處理器、微型計(jì)算機(jī)相接合而開發(fā)的新一代電子化機(jī)械產(chǎn)品。按用途可分為信息機(jī)電一體化產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)機(jī)電一體化產(chǎn)品和家庭用機(jī)電一體化產(chǎn)品。（四）分析題題型舉例：例：已知數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)如圖所示，試說明圖中的各個(gè)部分屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)中的哪個(gè)基本要素？解：控制機(jī)信息處理單元： 鍵盤、計(jì)算機(jī)、顯示測試傳感部分： 光電編碼器、信號處理能源： 電源驅(qū)動部分：

13、功放、電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 聯(lián)軸器、齒輪減速器、絲杠螺母機(jī)構(gòu)、工作臺 （五）計(jì)算題題型舉例：例：如圖所示電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，已知工作臺的質(zhì)量為m=50Kg，負(fù)載力為,最大加速度為10m/s,絲杠直徑為d=16mm,導(dǎo)程t=4mm,齒輪減數(shù)比為i=5,總效率為，忽略絲杠慣量的影響，試計(jì)算電機(jī)的驅(qū)動力矩。解：總負(fù)載力包括以下幾部分（1）外負(fù)載力（2）慣性載力電機(jī)的驅(qū)動力矩為（六）綜合題題型舉例：已知電機(jī)驅(qū)動的三自由度位置控制系統(tǒng)，單個(gè)自由度的驅(qū)動系統(tǒng)如圖所示。要求：（1）說明單自由度驅(qū)動系統(tǒng)的兩種測量方案；（2）確定整個(gè)系統(tǒng)的控制方案、畫出控制系統(tǒng)原理圖。解：（1）依題意有兩種測量方案a.高速端測量方案：傳感器安裝在電機(jī)的尾部，通過測量電機(jī)的轉(zhuǎn)角實(shí)現(xiàn)工作臺位移的間接測量?？蛇x用光電編碼器式傳感器或者磁電式編碼器。b.低速端測量方案：傳感器安裝在工作臺上，直接測量工作臺的位移?？蛇x用光柵式位移傳感器、感應(yīng)同步器或者電位計(jì)式位移傳感器。(2) 控制計(jì)算機(jī)和控制方案的選擇可以使用工業(yè)PC機(jī)及或者單片機(jī)完成系統(tǒng)的控制。具體可有以下三種方案：a工業(yè)PC機(jī)集中控制方案：用一臺工業(yè)PC機(jī)對三個(gè)自由度實(shí)現(xiàn)集中控制，包括任務(wù)管理和三個(gè)自由度的伺服控制系統(tǒng)原理圖如下：b工業(yè)PC機(jī)、單片機(jī)分級控制方案：用一臺工業(yè)PC機(jī)與三個(gè)單片機(jī)通信，對三個(gè)單片機(jī)實(shí)