（课程代码：02245）
第一部分 课程性质与知识要点
一、课程性质与特点
《机电一体化系统设计》是机械电子工程专业的一门必修专业课，是一门多学科集成的科目，核心是机械工程、电子工程、信息工程以及控制工程。所以这门学科具有综合性强、实践性强、应用性强的特点。
韦寿增二、 课程目标与基本要求
本课程设置的目的在于使考生在已学过多门课程的基础上，能针对机电一体化系统，将有关知识结合起来，拓展系统设计的知识，并全面了解传统机电产品更新换代和新机电一体化产品研制开发的主要技术内容和方向，掌握必要的基本设计知识与技能。
本课程强调知识结构系统性和教学体系完整性的统一，使学生对机电一体化技术有较全面的
认识，比较系统地掌握机电一体化系统各元部件的选择计算和总体设计的基本理论和方法，初步具备机电一体化系统的设计能力。
教学的基本要求包括：
1、了解机电一体化系统的基本概念以及相关的名词术语。理解机电一体化系统中各结构要素在系统中的作用和相互关系，初步建立机电产品的系统化设计思想。
2、了解机电一体化系统中各个主要部件的工作原理，理解各种部件的性能与功能，掌握它们设计选型原则和方法。 3、了解步进电动机运动控制系统的组成。理解步进电动机的工作原理和分类、矩角特性。理解步进电动机的运动控制方法，其中包括脉冲功率放大器。脉冲分配器、运动控制指令生成原理和方法。 4、了解闭环伺服系统的工作原理和方案。掌握闭环伺服系统的电流环，速度环及位置环等三个环路的组成。理解闭环伺服系统的主要性能指标及分析方法。了解控制器中比例、积分及微分等三个增益系数对系统性能的影响。
5、了解机器运动控制指令生成的基本原理和方案。了解数字微分分析仪器生成直线和圆周运动控制指令的方法。理解直线运动控制指令插补原理。
新海岩三部曲6、了解基于可编程序逻辑控制器的顺序控制系统的工作原理。
三、课程使用的教材
《机电一体化系统设计》课程使用的教材是全国高等教育自学考试指导委员会组编，董景新、赵长德主编的《机电一体化系统设计》，机械工业出版社2007年出版。
四、课程试题结构说明
《机电一体化系统设计》是机械电子工程专业的助学课程，试题结构如下：
单选题20个小题，每个小题1分，共计20分；
多选题5个小题，每个小题2分，共计10分；
填空题10个小题，每个小题1分，共计10分；
简答题5个小题，每个小题5分，共计25分；
计算题2个小题，每个小题10分，共计20分；
分析题1个小题，每个小题15分，共计15分。
第一章 概论
本章知识要点：
1. 机电一体化系统的基本概念：系统、机电一体化、机电一体化系统和系统的数学模型
2. 典型机电一体化系统的几种形式：机械关节伺服系统、数控机床、工业机器人、自动引导车、顺序控制系统、柔性制造系统、计算机集成制造系统、微机电系统
3. 典型机电一体化系统功能模块的构成：机械受控模块、测量模块、驱动模块、通信模块、微计算机模块、软件模块、接口模块
4. 典型机电一体化系统组成模块的作用
5. 机电一体化系统设计依据与评价标准
6. 机电一体化系统的设计过程
第二章 机械受控模块 （重点章节）
本章知识要点：
1. 齿轮的分类及选用
2. 齿轮系传动比最佳分配条件及最小等效转动惯量原则
3. 齿轮副间隙的消除方法
4. 滚珠丝杠螺母副的结构类型
5. 滚珠丝杠螺母副间隙的消除及预紧方法
6. 滚珠丝杠螺母副的支撑形式
7. 谐波齿轮减速器的工作原理及结构
8. 谐波齿轮的传动特点
9. 谐波齿轮传动速比的计算
10. 轴系的组成和分类，轴系的技术要求
11. 导轨的用途及分类
12. 滚动导轨的结构、工作原理
13. 数学模型的物理意义
第三章 测量模块（重点章节）马丁约根森
本章知识要点：
1. 机械量传感器的分类
2. 传感器的性能指标（工作特性、静态特性和动态特性）
3. 传感器的性能要求和改善措施
4. 位移传感器（旋转变压器、感应同步器、增量式光电编码器、光栅）的结构和工作原理
5. 速度传感器（直流测速发电机、码盘式转速传感器）的结构和工作原理
6. 加速度传感器的分类及特点
7. 力、转矩和压力传感器的结构和特点
8. 霍尔式电流传感器工作原理和特性
9. 信号调理电路
10.数据采集系统的分类和数据采集系统的主要组成
第四章 电机及其驱动电路（重点章节）
本章知识要点：
1. 电动机的分类及特点
2. 直流电动机的结构与工作原理
3. 直流电动机的静态和动态特性
4. 直流电动机的驱动电路：线性直流功率放大器和PWM功率放大器的工作原理
5. 交流感应电动机的结构与工作原理
6. 交流感应电动机的机械特性
7. 交流变频调速（恒压频比调速和转差频率控制）的原理医院阻尼器
8. 超声波电动机的工作原理及特点
9. 电动机的选择
第五章 步进电动机运动控制系统（重点章节）
本章知识要点：
1. 步进电动机运动控制系统的组成
2. 步进电动机的分类及各自的工作原理
3. 步进电动机的特性及主要技术指标
4. 步进电动机驱动电路（单极性驱动电路、双极性驱动电路、斩波恒流驱动电路）的原理
5. 步进电动机细分驱动原理和细分驱动电路
6. 步进电动机脉冲分配器
7. 步进电动机DDA法运动控制原理
第六章 闭环伺服控制系统
本章知识要点：
1. 闭环伺服系统组成方案
2. 闭环伺服系统的数学模型（电流环、速度环、位置环）
3. 闭环伺服系统的性能（静态性能、动态性能）分析及改进性能的措施
4. 模拟伺服系统的主要技术指标
5. 数字PID控制算法
6. 计算机控制的位置伺服系统的组成
第七章 数控机器运动控制指令生成
本章知识要点：
1. 运动控制分类（点位控制、连续控制）
2. 插补的概念
3. DDA法插补原理和DDA法插补
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4. 数据采样法插补原理
5. 直线与圆弧轨迹插补的实现
第八章 顺序控制系统
本章知识要点：
1. 顺序控制系统的组成、工作原理
2. PLC的定义和顺序控制原理
3. PLC控制和通用计算机控制的区别
4. 常用PLC（西门子S7系列PLC、欧姆龙C系列PLC）及编程软件
5. 顺序逻辑表示法（布尔代数方程、梯形逻辑图）
6. 常用PLC编程指令
第二部分 复习题练习
一、单项选择题
1. 直流测速发电机输出的是与转速 【 】
A.成正比的交流电压 B.成反比的交流电压
C.成正比的直流电压 D.成反比的直流电压
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2. 某4极（极对数为2）交流感应电动机，电源频率为50Hz，当转差率为0.02时，其转速为 【 】
A.1450 r/min B.1470 r/min
C.735 r/min D.2940 r/min
3. 由计算机网络将计算机辅助设计、计算机辅助规划、计算机辅助制造联接成的系统称 【 】
A. 顺序控制系统 B. 自动导引车系统
C. 柔性制造系统 D. 计算机集成制造系统
4. 谐波齿轮演变来自于 【 】
A. 直齿锥齿轮传动 B. 蜗杆副传动
C. 斜齿锥齿轮传动 D. 行星齿轮传动
5. 某光栅条纹密度为100条/mm，光栅条纹的夹角 为0.005弧度，则莫尔条纹的宽度为 【 】
A. 0.1mm B. 1mm C. 2mm D. 5mm
6. 利用几个传感器单元同时感受被测量，因而其输出将是这些单元输出的总和，这种测量技术被称为 【 】
A. 平均技术 B. 开环技术 C. 差动技术 D. 闭环技术
7. 滚珠丝杆副的基本导程减少，可以 【 】
A. 加大螺旋升角 B. 提高承载能力
C. 提高传动效率 D. 提高精度
8. 某步进电动机三相单三拍运行时步距角为3°，三相双三拍运行时步距角为 【 】
A. 3° B. 6° C. 1.5° D. 7.5°
9. 某交流感应电动机，实际转速1350r/min，电源频率50Hz，则其极对数为 【 】
A. 1 B. 2 C. 3 D. 4
10. MEMS的意思是 【 】
A. 微机电系统 B. 柔性制造系统
C. 计算机集成制造系统 D. 微电子系统
11. 直流电动机机械特性的硬度与 【 】
A. 电枢电阻成反比 B. 反电动势系数成正比
C. 转矩系数成正比 D. 电枢电阻成正比
12. 低频信号可以通过，高频信号不能通过的滤波器是 【 】
A. 高通滤波器 B. 带通滤波器
