30453机电一体化技术及应用（自考资料）

30453机电一体化技术及应用

南京理工大学编

Ⅰ  课程性质与课程目标
一、课程性质和特点
《机电一体化技术及应用》课程是江苏省高等教育自学考试机电一体化工程专业的必修课，是为培养自学应考者了解和掌握现代机电一体化技术和系统所涵盖的基本知识、理论和应用而设置的一门重要的专业基础课。机电一体化并不是机械技术和电子技术的简单叠加，而是有着自身体系的新型学科。机电一体化包括六大共性关键技术：精密机械技术、伺服驱动技术、传感检测技术、信息处理技术、自动控制和系统总体技术。
机电一体化的产生与迅速发展的根本原因在于社会的发展和科学技术的进步。系统工程、控制论和信息论是机电一体化的理论基础，也是机电一体化技术的方法论。微电子技术的发展，半导体大规模集成电路制造技术的进步，则为机电一体化技术奠定了物质基础。现代产品的机电一体化进入到实用阶段。机械工程及自动化专业的学生掌握机电一体化技术与应用中的理论和方法对今后的工作是非常有用的。
本课程的特点是理论性、应用性和综合性较强。通过本课程的学习，使考生了解和掌握机电一体化技术中主要的相关技术、理论方法和应用领域。
二、课程目标
通过本课程的学习，要求考生应具有以下的理论知识和技能：
1．掌握机械系统数学模型的建立方法以及常用的机械传动装置；
2．掌握常用传感器、信号变换及接口电路，并能根据测试要求进行较合理地选用。
3．掌握伺服传动技术的概念和常用伺服系统的工作原理及特点；
4．了解计算机控制技术的概念、常用的接口技术以及计算机控制算法；
5．掌握典型的机电一体化技术的应用。包括典型的机电一体化产品、工业机器人、柔性制造系统及计算机集成制造系统；
在自学过程中，要求考生在通读教材，理解和掌握所学基本原理知识及基本方法的基础上，结合习题与思考题的练习，提高分析问题和解决问题的能力。
三、与相关课程的联系与区别
学习本课程前，考生应具备的知识基础有：电工、电子学、力学、工程数学控制工程基础等基础知识，以便使考生顺利地理解和掌握测试技术的基本知识。在自学中要注意本课程与《数控技术》、《现代测试技术》等课程的区别。
本课程为考生学习“机电一体化技术基础”课程打下基础。
四、课程的重点和难点
本课程的重点为机电一体化技术中的关键技术；次重点为机电一体化技术中的计算机控制技术以及简单机电一体化系统和工业机器人等；一般知识点为柔性制造系统和计算机集成制造系统等。其中信号变换及调理、信号的分类与描述为难点。
考生要注意把握重点和次重点知识点内容，用考核目标和各章的考核要求检验学习的效果，也要了解一般内容的知识点。
Ⅱ  考核目标
 
本课程自学考试大纲在考核目标中，按照识记、领会、简单应用和综合应用四个层次规定其应达到的能力层次要求。四个能力层次是递升的关系，后者必须建立在前者的基础上。各能力层次的含义是：
识记（Ⅰ）：要求考生能够识别和记忆本大纲中规定的有关知识点的主要内容（如定义、定理、表达式、公式、原理、重要结论、方法及特征、特点等），并能够根据考核的不同要求，做正确的表述、选择和判断。
领会（Ⅱ）：要求考生能够领悟和理解本大纲中规定的有关知识点的内涵及外延，理解物理概念的确切含义，理解和熟悉内容要点及相关知识点之间的区别和联系，并能根据考核的不同要求对有关问题进行逻辑推理和论证，做出正确的解释、叙述和说明。
简单应用（Ⅲ）：要求考生能够运用本大纲中规定的少量知识点，利用简单的数学方法分析和逻辑推理及论证，得出正确的结论，并能把推理过程正确地表达出来，分析和解决简单的应用问题，如简单的计算，设计简单实验系统，并能绘制出测试系统框图，分析和说明系统中各环节的功能。
综合应用（Ⅳ）：要求考生能够运用本大纲中规定的多个知识点，面对较复杂的机电一体化系统，建立合理的系统模型，分析和解决一般应用问题，如较复杂的计算，根据实验要求，设计较复杂的机电系统，绘制出机电系统的系统框图，分析和说明系统中各环节的功能。
 
Ⅲ  课程内容与考核要求
第1章  绪论
一、学习目的与要求
通过本章的学习，了解机电一体化的定义、机电一体化系统的基本功能、相关技术和方法。明确学习内容和目的，以及本课程的性质和任务。
二、课程内容
第一节  机电一体化的定义
第二节 机电一体化系统的基本功能
1. 机械本体
2. 动力部分
3. 传感检测部分
4. 执行部分
5. 驱动部分
6. 控制与信息处理部分
7. 接口
第三节  机电一体化的相关技术
    1．机械技术
    2．传感检测技术
    3．信息处理技术
    4．自动控制技术
    5. 伺服传动技术
    6. 系统总体技术
第四节  现代机械的机电一体化方法
    1．机电一体化产品和系统分类
    2．现代机械的机电一体化目标
    3．机电一体化技术方向
    4. 机电一体化系统开发的工程路线
三、考核知识点与考核要求
1. 机电一体化的定义
识记：机电一体化的基本概念；
领会：机电一体化的理论基础和物质基础；
2. 机电一体化系统的基本功能要素
识记：一个较完善的机电一体化系统的几个基本要素；
领会：机电一体化系统的工作原理；
 每个功能要素在机电一体化系统中的作用。
3. 机电一体化的相关技术
识记：机电一体化的六个关键技术；
领会：各项关键技术在机电一体化系统中的作用。
4．现代机械的机电一体化方法
领会：机电一体化产品和系统的分类和现代机械的机电一体化目标。
四、本章重点、难点
机电一体化系统的基本功能要素；
机电一体化的相关技术。
 
第2章  机械传动与支承技术
一、学习目的与要求
通过本章的学习，掌握建立机械系统数学模型的方法，掌握机械传动系统的特性，掌握典型的机械传动装置。本章是本课程的重点，是理解、掌握和学好本课程的基础。
二、课程内容
第一节  机械系统数学模型的建立
1．机械移动系统
    2．机械转动系统
    3. 基本物理量的折算
    4. 液压系统
第二节  机械传动系统的特性
    1．机电一体化对机械传动的要求
    2．机械传动系统的特性
第三节  机械传动装置
    1．齿轮传动
    2．滚珠花键
    3．谐波齿轮减速器
    4．机械传动系统方案的选择
第四节  支撑部件
    1．回转运动支承
    2．直线运动支承
三、考核知识点与考核要求
1. 机械系统数学模型的建立
识记：机械移动系统的基本元件；
机械移动系统的力学模型和二阶系统框图；
机械转动系统的基本参数；
机械传动系统的力学模型和二阶系统；
典型物理量的折算；
液压系统相关数学模型的建立；
2. 机械传动系统的特性
识记：影响机电一体化系统中传动链的动力学性能的因素；
机械传动系统的基本特性的概念和表达式；
领会：主要间隙类型和消隙措施；
3. 机械传动装置
识记：齿轮传动中相关参数的计算；
领会：滚珠花键的概念；
谐波齿轮减速器的相关概念；
简单应用：机械传动系统方案的选择；
4. 支承部件
识记：回转运动支承的种类；
      常用的直线运动支承；
领会：各种回转运动支承的结构和特点；
      常用直线运动支承的性能；
四、本章重点、难点
重点：机械系统数学模型的建立；
机械传动系统的特性；
次重点：机械传动装置；
支承部件；
难点：典型机械系统的力学模型和传递函数；
基本物理量的折算；
 
第3章  检测技术
一、学习目的与要求
通过本章的学习，了解各种常用传感器的类型、结构、静动态特性、测量范围、使用条件等，掌握常用传感器的工作原理及其应用。
二、课程内容
第一节  传感器
1．传感器技术
    2．传感器的分类及要求
    3．传感器性能与选用原则
第二节  位移测量传感器
    1．电容传感器
    2．电感式传感器
    3．光栅
    4．感应同步器    
第三节  速度传感器
    1．直流测速机
    2．光电式转速传感器
第四节  位置传感器
    1．接触式传感器
    2．接近式传感器
第五节  传感器前级信号处理
    1．测量放大器
    2．程控增益放大器
    3．隔离放大器
第六节  传感器接口技术
    1．传感器信号的采样/保持
第七节  传感器非线性补偿处理
    1．计算法
    2．查表法
    3．插值法
第八节  数字滤波
    1．算术平均值法
    2．中值滤波法
    3．防脉冲干扰平均值法
    4．程序判断滤波法

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