机电一体化系统设计第二版教学设计
电机与运动控制系统第二版教学设计
电机与运动控制系统第二版教学设计研究背景随着现代工业的不断发展，机电一体化技术的应用越来越广泛，其中电机和运动控制系统更是核心技术。
为了适应市场需求，电机与运动控制系统的知识也不断发展和更新。
目前，电机与运动控制是机电一体化领域的重要组成部分，而教育界也在逐步更新电机与运动控制系统的教学内容，以满足社会需求。
在此背景下，本文旨在针对电机与运动控制系统的第二版教学设计进行研究。
教学目标本教学设计的目标是培养学生的技能，能够熟练掌握电机及运动控制原理、控制技术及其应用，并在实际项目中应用所学知识，为社会和企业服务。
课程内容本课程包括以下内容：第一章：电机控制概述1.1 电机控制的定义1.2 电机控制的作用1.3 常见的电机驱动控制技术第二章：电机基础知识2.1 电机结构简介2.2 电机参数2.3 电机转换基本方程式第三章：电机控制器3.1 电机控制器的功能3.2 基于控制器的电机控制3.3 常见的电机控制器第四章：运动控制概述4.1 运动控制的定义4.2 运动控制的作用4.3 运动控制的基础知识第五章：运动控制技术5.1 速度控制技术5.2 位置控制技术5.3 运动控制器的种类和应用第六章：电机和运动控制系统的应用6.1 电机和运动控制系统在工业领域的应用6.2 电机和运动控制系统在智能化生产中的应用6.3 电机和运动控制系统在新能源行业的应用教学方法本课程将采用以下教学方法：1. 讲授通过讲授，将基础理论和实际应用紧密结合，深入浅出地讲解电机和运动控制相关知识和技术，使学生能够理解和掌握相关理论和技术。
2. 实践通过实践，学生将能够实际操作和应用电机和运动控制，不仅能够掌握理论知识，而且更能够熟练掌握实际应用技巧，培养学生的实际操作能力。
3. 课程设计通过课程设计，将深入贯彻理论和实际操作，使学生能够将所学知识应用于实际项目中，培养学生协同工作的能力和团队合作精神。
教学评价本课程的评价将以以下几个方面进行：1. 学生自我评价帮助学生了解自己的成长，提高自我认知并对自己的表现进行评价和总结。
《机电一体化技术基础(第2版)》电子教案 课题七
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学习任务一 了解并熟悉数控机床
• 数控技术的智能化内容包括在数控系统中的各个方面： 主要涉及例 如自适应控制， 工艺参数自动生成； 前馈控制， 电动机参数的自适 应运算， 自动识别负载自动选定模型， 自整定； 智能化的自动编程 ， 智能化的人机界面； 智能诊断， 智能监控等方面。
输出设备、驱动装置、检测装置、辅助控制装置、计算机数控装置等 。 • （１） 机床本体
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学习任务一 了解并熟悉数控机床
• 数控机床的机床本体基本上和传统机床类似， 主要由主轴传动装置 、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、 润滑系统、冷却装置等组成。由于数控加工的特点， 数控机床在整 体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面 都已发生了很大的变化， 以适应数控机床的加工要求和充分发挥数 控机床的功能。
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学习任务一 了解并熟悉数控机床
• １９５２ 年， 麻省理工学院（ＭＩＴ） 在一台立式铣床上， 装上了 一套试验性的数控系统， 成功地实现了同时控制三轴的运动。这台 数控机床被大家称为世界上第一台数控机床， 如图７－２ 所示。
• 这台机床是一台试验性机床， 到了１９５４ 年１１ 月， 在派尔逊斯 专利的基础上， 第一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司（Ｂ ｅｎｄｉｘ⁃Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ） 正式生产出来。
。数控技术， 即ＮＣ 技术， 是指用数字化信息（数字量及字符） 发 出指令并实现自动控制的技术。是近代发展起来的一种自动控制技术 。目前， 数控技术已经成为现代制造技术的基础支撑， 数控技术和 数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响 到一个国家的经济发展和综合国力， 关系到一个国家的战略地位。 因此， 世界上各个经济发达国家均采取重大措施来发展自己的数控 技术及其产业。
《机电一体化技术基础(第2版)》电子教案 课题四
• 下面对常用伺服电动机作一个简单介绍。 • （１） 直流伺服电动机
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学习任务一 认识伺服系统
• 直流伺服电动机主要种类如下， 结构如图４－５ 所示。 • ①永磁直流伺服电动机。 • ②无槽电枢直流伺服电动机。 • ③空心杯电枢直流伺服电动机。 • ④印刷绕组直流伺服电动机。 • 直流伺服电动机主要由磁极、电枢、电刷及换向片组成， 如图４－
• 伺服系统（Ｆｅｅｄ Ｓｅｒｖｏ Ｓｙｓｔｅｍ） 是使物体的位置、 方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值） 的任意变 化的自动控制系统。
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学习任务一 认识伺服系统
• 伺服的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控 等处理， 使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制的非常灵活方便 。
• ２.伺服系统的发展过程 • 伺服系统的发展紧密地与伺服电动机（Ｓｅｒｖｏ Ｍｏｔｏｒ） 的
不同发展阶段相联系， 伺服电动机至今已有５０ 多年的发展历史， 经历了３ 个主要发展阶段。 • 第一个发展阶段（２０ 世纪６０ 年代以前）， 此阶段是以步进电动 机驱动的液压伺服马达或以功率步进电动机直接驱动为中心的时代， 伺服系统的位置控制为开环系统。
的形式表现， 可概括为动态误差、稳态误差和静态误差３ 个方面。 • （２） 稳定性
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学习任务一 认识伺服系统
• 伺服系统的稳定性是指当作用在系统上的干扰消失以后， 系统能够 恢复到原来稳定状态的能力； 或者当给系统一个新的输入指令后， 系统达到新的稳定运行状态的能力。
机电一体化系统设计第二版课程设计
机电一体化系统设计第二版课程设计概述本课程设计旨在运用机电一体化的知识，完成一台具有完整机电一体化系统体系结构的机械及其控制系统。
通过本课程设计，希望学生们能够掌握机电一体化系统设计的方法和技能，以及掌握系统设计、机械设计和控制系统设计等方面的综合能力。
设计任务设计一台模拟生产线过程的机械并配备相应的控制系统，以完成自动化生产线上的生产任务。
设计的机械应能够具备多种功能特点，例如自动分拣、切割和堆垛等工作，同时具备跟踪控制，安全保护，维修与调试等多种功能。
设计原则1.设计应具备先进性和实用性，以最大限度地满足实际生产需求。
2.系统应保证运行的可靠性和稳定性，降低因意外故障导致的生产线停顿率。
3.应达到生产效率和质量的双重要求。
4.充分考虑机械、控制系统整体的设计与集成，确保实现机电一体化效果。
设计流程1.确定设计要求，明确机械和控制系统的功能需求及性能标准。
2.进行市场调研，确定可行的方案，考虑机械与控制系统的整体集成，保证机电一体化的效果。
3.进行机械结构设计，包括3D模型设计、零件图纸绘制与操作方案的设计等。
4.进行控制系统设计，涉及电气电子控制系统的设计、PLC控制器的编程、人机界面的设计等环节。
5.进行机械和控制系统的联调，调试并运行检测。
6.进行测试和试验，在实际生产环境下检验系统的性能和可靠性。
7.进行方案评估和效果分析，优化系统设计。
设计内容设计内容主要分为两个方面：机械部分和控制系统部分。
机械部分1.确定机械的结构设计方案。
2.设计机械的3D模型。
3.绘制机械零部件图纸。
4.设计机械操作方案。
控制系统部分1.设计电气电子控制系统方案，包括传感器、执行器、驱动器等控制元件的确定。
2.对PLC控制器进行编程。
3.设计和实现人机界面系统。
4.调试控制系统的各个部分，并进行系统集成测试。
设备说明机械设备清单序号设备名称规格型号数量1 传送带宽度1500mm，长度10000mm 12 自动分拣系统– 13 切割系统进口激光数控切割机 14 堆垛系统最大承载1000kg 1控制系统清单序号设备名称规格型号数量1 PLC控制器– 12 人机界面设备– 13 传感器–104 执行器–105 控制柜– 1序号设备名称规格型号数量6 电缆线–若干总结机电一体化系统设计是一个相当有挑战性的任务，需要综合运用机械、电气、电子、自动控制等多学科知识。
机电一体化技术第二版教学设计
机电一体化技术第二版教学设计课程背景机电一体化技术是一种集机械、电子、计算机、控制工程于一体的新兴技术。
随着科技的不断发展，各行各业对机电一体化技术的需求也越来越高。
因此，学习机电一体化技术已成为自动化、电气、机械等相关专业的必修课程。
本课程是机电一体化技术的教学设计，主要通过理论讲解和实践操作相结合的方式，帮助学生更好地掌握机电一体化技术的知识和应用。
教学目标知识目标1.了解机电一体化技术发展的背景和现状。
2.掌握机电一体化技术的基本理论和实践应用。
3.学习机电一体化技术的相关领域知识，如机器人技术、自动化控制等。
能力目标1.能够设计和调试机电一体化系统。
2.能够独立完成机电一体化项目。
教学内容第一章机电一体化技术概述1.1 机电一体化技术的定义和发展历程1.2 机电一体化技术的分类和应用领域1.3 机电一体化技术对现代工业的影响第二章机电一体化系统设计2.1 机电一体化系统组成2.2 机电一体化系统设计流程2.3 机电一体化系统常用元器件的选型和相关参数计算第三章机电一体化系统调试与维护3.1 机电一体化系统调试流程3.2 机电一体化系统故障诊断与维护3.3 机电一体化系统的安全性和可靠性控制第四章机电一体化技术应用案例4.1 工业机器人技术4.2 智能家居系统4.3 自动化生产线教学方法1.理论讲解：利用PPT等多媒体手段进行清晰、生动的讲解。
2.实践操作：对相关器材、元器件进行操作，从而更好地吸收知识。
3.课堂讨论：通过课堂问答和讨论，引导学生对知识进行归纳和总结。
教学评价1.课堂考勤与作业：对于学生的课堂出勤和作业完成情况进行评价。
2.课程考试：对于学生对课程知识的掌握情况进行考核。
考核方式1.平时成绩占比30%（包括出勤、作业、课堂表现等）。
2.期末考试占比70%。
教材参考1.《机电一体化技术》（第二版），高清出版社；2.《机电一体化技术原理及应用》（第三版），清华大学出版社。
《机电一体化系统设计课程设计》设计说明书
《机电一体化系统设计课程设计》设计说明书一、课程设计的目的机电一体化系统设计是一门综合性很强的课程，通过本次课程设计，旨在让我们将所学的机电一体化相关知识进行综合运用，培养我们独立设计和解决实际问题的能力。
具体来说，课程设计的目的包括以下几个方面：1、加深对机电一体化系统概念的理解，掌握系统设计的基本方法和步骤。
2、熟悉机械、电子、控制等多个领域的知识在机电一体化系统中的融合与应用。
3、培养我们的工程实践能力，包括方案设计、图纸绘制、参数计算、器件选型等。
4、提高我们的创新思维和团队协作能力，为今后从事相关工作打下坚实的基础。
二、课程设计的任务和要求本次课程设计的任务是设计一个具有特定功能的机电一体化系统，具体要求如下：1、确定系统的功能和性能指标，包括运动方式、精度要求、速度范围等。
2、进行系统的总体方案设计，包括机械结构、驱动系统、控制系统等的选择和布局。
3、完成机械结构的详细设计，绘制装配图和零件图。
4、选择合适的驱动电机、传感器、控制器等器件，并进行参数计算和选型。
5、设计控制系统的硬件电路和软件程序，实现系统的控制功能。
6、对设计的系统进行性能分析和优化，确保满足设计要求。
三、系统方案设计1、功能需求分析经过对任务要求的仔细研究，确定本次设计的机电一体化系统为一个小型物料搬运机器人。
该机器人能够在规定的工作空间内自主移动，抓取和搬运一定重量的物料，并放置到指定位置。
2、总体方案设计（1）机械结构采用轮式移动平台，通过直流电机驱动轮子实现机器人的移动。
机械手臂采用关节式结构，由三个自由度组成，分别实现手臂的伸缩、升降和旋转，通过舵机进行驱动。
抓取机构采用气动夹爪，通过气缸控制夹爪的开合。
（2）驱动系统移动平台的驱动电机选择直流无刷电机，通过减速器与轮子连接，以提供足够的扭矩和速度。
机械手臂的关节驱动选择舵机，舵机具有控制精度高、响应速度快等优点。
抓取机构的气缸由气泵提供气源，通过电磁阀控制气缸的动作。
机电一体化系统设计(第2版)第二章机械系统部件及其建模
以进给驱动系统为例,系统中各谐振频率的相互关系
位置调节环的谐振频率ω0p 电气驱动部件(速度环)的谐振频率ω0A 机械传动部件第一个谐振频率ω0mech1
机械传动部件第n个谐振频率ω0mechn
40~120rad/s (2~3)ω0p (2~3)ω0A
(2~3)ω0mech(n-1)
6.间隙
间隙将使机械传动系统产生回程误差,影响伺服系统中位置环的稳定性。有间隙时,应减小位置环增益。间隙的主 要形式有齿轮传动的齿侧间隙、丝杠副的传动间隙、轴承的轴向间隙、联轴器的扭转间隙等。
机械传动部件一般可简化为的二阶振动系统,其阻尼比ζ为：
实际应用中一般取0.4≤ζ≤0.8的欠阻尼,既能保证振荡在一定的范围内过渡过程较平稳、过渡过程时间较 短,又具有较高的灵敏度。
4.刚度
刚度为使弹性体产生单位变形量所需的作用力。对于伺服系统的失动量来说,系统刚度越大,失动量越小。对于 伺服系统的稳定性来说,刚度对开环系统的稳定性没有影响,而对闭环系统的稳定性有很大影响,提高刚度可增 加闭环系统的稳定性。 刚度的提高往往伴随着转动惯量、摩擦和成本的增加,在方案设计中要综合考虑。
二、机械传动系统的特性
1.转动惯量 转动惯量大会使机械负载增大、系统响应速度变慢、灵敏度降低、固有频率下降,容易产生谐振。同时,转动惯 量的增大会使电气驱动部件的谐振频率降低,而阻尼增大。
在满足系统刚度的条件下,机电一体化系统机械部分的质量和转动惯量越小越好。 2.摩擦
三类摩擦力与速度的关系 a)黏性摩擦 b)静摩擦与库仑摩擦
二阶系统传递函数框图
第一节 常用机械系统部件数学模型的建立
左图中m1为汽车质量;c为减振器阻尼系数;k1为弹簧刚度;m2为汽 车轮子的质量;k2为轮胎弹性刚度;x1(t)和x2(t)分别为m1和m2的 绝对位移。由此可以得到系统的动力学方程为：
机电一体化系统设计课程设计
机电一体化系统设计课程设计一、课程概述1.1课程背景1.2课程目标1.3课程内容1.4教学方法1.5考核方式二、课程背景2.1机电一体化系统概述2.2机电一体化系统在工业生产中的应用2.3机电一体化系统在日常生活中的应用2.4机电一体化系统的发展趋势三、课程目标3.1了解机电一体化系统的基本概念和原理3.2掌握机电一体化系统的设计方法3.3能够应用机电一体化系统解决实际问题3.4培养学生的团队合作能力和创新能力四、课程内容4.1机电一体化系统的基本概念和原理4.1.1机电一体化系统的定义4.1.2机电一体化系统的组成4.1.3机电一体化系统的工作原理4.2机电一体化系统的设计方法4.2.1机电一体化系统的需求分析4.2.2机电一体化系统的结构设计4.2.3机电一体化系统的控制设计4.2.4机电一体化系统的传感器和执行机构设计4.3机电一体化系统的应用案例分析4.3.1工业生产中的机电一体化系统应用4.3.2日常生活中的机电一体化系统应用4.4机电一体化系统的实验设计4.4.1机电一体化系统实验的设计原则4.4.2机电一体化系统实验的搭建方法4.4.3机电一体化系统实验的数据分析五、教学方法5.1理论教学5.1.1讲授5.1.2讨论5.1.3案例分析5.2实践教学5.2.1实验教学5.2.2项目设计5.3网络教学5.3.1在线课程5.3.2远程协作六、考核方式6.1平时表现6.2实验报告6.3课堂讨论6.4期末考试6.5项目设计成果七、机电一体化系统设计课程的意义与发展7.1对于学生的意义7.1.1增强对机电一体化系统的理解7.1.2培养创新能力和团队合作能力7.1.3提升就业竞争力7.2对于专业发展的意义7.2.1推动机电一体化系统相关课程的设置7.2.2加强学校与企业的合作7.2.3增强学校在机电领域的影响力7.3机电一体化系统设计课程的未来发展7.3.1结合人工智能和大数据技术7.3.2强化实践教学和创新创业教育八、结语8.1总结课程设计的重点8.2展望机电一体化系统设计课程的未来发展以上就是机电一体化系统设计课程设计的内容，通过对课程背景、目标、内容、教学方法和考核方式的详细规划，可以有效地帮助学生掌握机电一体化系统的基本概念和设计方法，培养学生的实践能力和团队合作能力，提升学校在机电领域的影响力，推动机电一体化系统设计课程的发展。
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机电一体化系统设计第二版教学设计
一、教学内容简介
机电一体化系统是机械工程、电子工程、控制工程等多个学科的交叉领域，能够对机械系统进行全面的优化、整合和控制。
本次教学旨在介绍机电一体化系统设计的基本理论和方法，重点涵盖机电传动系统、设计软件应用、试验验证等方面。
二、教学目标与要求
教学目标
1.理解机电一体化系统设计的基本理论和方法；
2.掌握机电传动系统的设计和分析方法；
3.熟悉机电设计软件的使用和应用；
4.能够独立完成机电系统设计和试验验证。
教学要求
1.学生应具备数学、物理、机械等基本学科知识；
2.学生应熟悉常见机电传动元件的结构和工作原理；
3.学生应具有较强的计算机应用和数据处理能力。
三、教学内容与安排
教学内容
1.机电传动系统设计基础知识；
2.机电设计软件应用；
3.设计案例分析；
4.实验验证。
教学采用理论讲解、实验演示和案例分析相结合的形式。
第一周
1.机电一体化系统的综述和概念；
2.机电传动系统设计流程、步骤；
3.常用电机、减速器、传动机构的选型和设计。
实验内容：使用机电设计软件进行机械和电气元件的选型和建模。
第二周
1.机械系统动力学分析；
2.传动系统的强度计算和分析；
3.机械系统的结构优化方法。
实验内容：使用机电设计软件进行传动系统的强度计算和分析。
第三周
1.机电设计软件的基本操作；
2.CAD设计原理和应用；
3.国内外常用机电设计软件的比较与应用。
案例分析：对比安装于不同车型的纯电动和混动汽车的功率系统，分析机电一体化系统在汽车电动化中的应用。
第四周
1.机械系统设计常规流程和特点；
2.机械系统的设计实例；
3.机电一体化系统综合设计案例分析。
实验内容：使用机电设计软件进行机械设计实例的建模和优化。
1.机电一体化系统的测试和验证方法；
2.机械系统的试验设计；
3.机械系统的实验方法和数据处理分析。
实验内容：设计并搭建机电系统实验平台，完成试验验证并对结果进行数据处理和分析。
四、教学评估与反馈
为了评估学生的学习效果，将采取以下方式：
1.期中考试：占总分30%；
2.课堂小测验：占总分20%；
3.课程设计：占总分30%；
4.实验报告：占总分20%。
同时，学生将在每次实验和课程设计后进行反馈和讨论，以便及时调整教学内容和方法。