《机电系统控制工程及应用》课程教学大纲 课程中文名称：机电系统控制工程及应用 课程英文名称：Control Engineering for Mechatronics&Applications 课程编号：ZH16602 课程类型：专业核心课 学时：总学时80、理论课学时40、实验课学时40 学 分：4.5 适用对像：机械电子工程，机电技术教育 先修课程：电工技术，电子技术，传感器与检测技术，单片机原理与应用，机械工 程控制基础，电气控制与PLC,机电一体化技术，电机与电力拖动 课程简介： 《机电系统控制工程及应用》课程是机械电子工程专业的一门专业核心课程。它是 培养机电一体化应用型人才所需电知识的主干课程，是从机电一体化技术需要出发，在 机械电子领域中为培养具有较高的理论知识，又具备一定的分析和解决实际问题能力的 高级技术人才。本课程对实现我校高水平应用型机电类人才的培养发挥着重要的作用， 与《电工技术》、《电子技术》、《传感器与检测技术》、《单片机原理与应用》、《机 械工程控制基础》、《电气控制与PLC》、《机电一体化技术》和《电机与电力拖动》 以及专业技能训练等实践环节共同构成了机电控制类课程的主要内容，由此而构成了机 电控制核心课程群，同时为后面的智能控制与故障诊断方向类课程提供了知识储备，并 打下了良好的基础 本课程集电机、电器、电力电子学、可编程序控制器、自动控制系统于一体的机电 综合性课程。通过本课程的学习，使学生了解机电传动与控制系统的发展动向及最新技 术，开阔学生的视野，使其适应不断发展的现代化生产的需要：掌握机电传动控制必须 的基础理论知识，如：电动机、电器、电力半导体等的工作原理、特性、应用和选用方 法：掌握由继电器-接触器、PLC等组成的常用机电传动控制系统的工作原理、特点、分 析与设计方法：掌握常用的直流调速、交流调速以及伺服控制等各种开环、闭环控制系 统的工作原理、特点、性能以及应用：通过具体的应用实例和试验环节，提高学生分析 和解决实际问题的能力。本课程以工程项目包括产品设计、生产流程和系统从研发到运 行的生命周期为载体，让学生以主动实践的方式学习工程技术，强调在基于项目的反
《机电系统控制工程及应用》课程教学大纲 课程中文名称：机电系统控制工程及应用 课程英文名称： Control Engineering for Mechatronics & Applications 课程编号：ZH16602 课程类型：专业核心课 学 时：总学时 80、理论课学时 40、实验课学时 40 学 分：4.5 适用对象：机械电子工程，机电技术教育 先修课程：电工技术，电子技术，传感器与检测技术，单片机原理与应用，机械工 程控制基础，电气控制与 PLC，机电一体化技术，电机与电力拖动 课程简介： 《机电系统控制工程及应用》课程是机械电子工程专业的一门专业核心课程。它是 培养机电一体化应用型人才所需电知识的主干课程，是从机电一体化技术需要出发，在 机械电子领域中为培养具有较高的理论知识，又具备一定的分析和解决实际问题能力的 高级技术人才。本课程对实现我校高水平应用型机电类人才的培养发挥着重要的作用， 与《电工技术》、《电子技术》、《传感器与检测技术》、《单片机原理与应用》、《机 械工程控制基础》、《电气控制与 PLC》、《机电一体化技术》和《电机与电力拖动》， 以及专业技能训练等实践环节共同构成了机电控制类课程的主要内容，由此而构成了机 电控制核心课程群，同时为后面的智能控制与故障诊断方向类课程提供了知识储备，并 打下了良好的基础。 本课程集电机、电器、电力电子学、可编程序控制器、自动控制系统于一体的机电 综合性课程。通过本课程的学习，使学生了解机电传动与控制系统的发展动向及最新技 术，开阔学生的视野，使其适应不断发展的现代化生产的需要；掌握机电传动控制必须 的基础理论知识，如：电动机、电器、电力半导体等的工作原理、特性、应用和选用方 法；掌握由继电器-接触器、PLC 等组成的常用机电传动控制系统的工作原理、特点、分 析与设计方法；掌握常用的直流调速、交流调速以及伺服控制等各种开环、闭环控制系 统的工作原理、特点、性能以及应用；通过具体的应用实例和试验环节，提高学生分析 和解决实际问题的能力。本课程以工程项目包括产品设计、生产流程和系统从研发到运 行的生命周期为载体，让学生以主动实践的方式学习工程技术， 强调在基于项目的反
复学习训练中，让学生获取知识（自主学习）、共享知识（团队合作）、应用知识（解 决问题)、总结知识（技术创新）、传播知识（沟通交流），特别注意培养现代职业 岗位所需的，时代型，专业型，技术型，技能型的高素质的应用型技术人才。 一、教学目标及任务 1、知识目标：了解现代设计与传统设计的区别与联系，能够撰写常用机电产品设 计任务书，根据任务书要求给出多套设计方案，并对方案进行优选；掌握目前比较成熟 的单片机控制、电机传动与控制、PLC控制和微机控制，能够热练运用与现代控制技术 相关的软件如MATLAB、Proteus等软件，能够综合运用智能控制和故障诊断相关软件解 决一般机电产品的控制和分析问题。 2、能力目标：能根据设计任务书的要求分析问题，设计出合理的方案，具有解决 中等机电控制问题的能力，同时通过本课程的学习提高学生的决策能力、沟通能力、创 新能力、动手能力、管理能力和适应能力。 3、素质目标：团队合作精神和信息搜索、整理、归纳的综合素质， 二、学时分配 章节 教学内容 计划学时*备注 第一单元 绪论 2 第一单元 电机传动与控制技术 20 第三单元 PLC控制技术 20 第四单元 单片机控制技术 16 第五单元 计算机控制技术 16 第六单元 机电控制踪合设计 6 合计 80 *注：本课程采用教学做一体化模式进行授课，计划学时数不是单独依据传统的教师授课学时构 成，由老师教、学生学和做（实际） 三个部分有机组成。 三、教学手段与方式 本课程的主要教学手段为多媒体教学、教师演示与学生操作结合，自主学习部分采 用科研小组进行集体学习。根据专业人才培养目标和应用型人才培养具体要求，以一个 典型机电产品为案例，采取“教学做创”一体化、理实融合的教学模式，具体教学过程 中采用案例教学和项目驱动的方法，明确教师教授的内容、学生学的要求、学生做的内 容，在此基础上综合运用知识进行创新设计，完成一个或多个典型机电控制系统的设计
复学习训练中，让学生获取知识（ 自主学习）、共享知识（团队合作）、应用知识（ 解 决问题）、总结知识（技术创新）、传播知识（ 沟通交流），特别注意培养现代职业 岗位所需的，时代型，专业型，技术型，技能型的高素质的应用型技术人才。 一、教学目标及任务 1、知识目标：了解现代设计与传统设计的区别与联系，能够撰写常用机电产品设 计任务书，根据任务书要求给出多套设计方案，并对方案进行优选；掌握目前比较成熟 的单片机控制、电机传动与控制、PLC 控制和微机控制，能够熟练运用与现代控制技术 相关的软件如 MATLAB、Proteus 等软件，能够综合运用智能控制和故障诊断相关软件解 决一般机电产品的控制和分析问题。 2、能力目标：能根据设计任务书的要求分析问题，设计出合理的方案，具有解决 中等机电控制问题的能力，同时通过本课程的学习提高学生的决策能力、沟通能力、创 新能力、动手能力、管理能力和适应能力。 3、素质目标：团队合作精神和信息搜索、整理、归纳的综合素质。 二、学时分配 章 节 教学内容 计划学时* 备注 第一单元 绪论 2 第二单元 电机传动与控制技术 20 第三单元 PLC 控制技术 20 第四单元 单片机控制技术 16 第五单元 计算机控制技术 16 第六单元 机电控制综合设计 6 合计 80 *注：本课程采用教学做一体化模式进行授课，计划学时数不是单独依据传统的教师授课学时构 成，由老师教、学生学和做（实际）三个部分有机组成。 三、教学手段与方式 本课程的主要教学手段为多媒体教学、教师演示与学生操作结合，自主学习部分采 用科研小组进行集体学习。根据专业人才培养目标和应用型人才培养具体要求，以一个 典型机电产品为案例，采取“教学做创”一体化、理实融合的教学模式，具体教学过程 中采用案例教学和项目驱动的方法，明确教师教授的内容、学生学的要求、学生做的内 容，在此基础上综合运用知识进行创新设计，完成一个或多个典型机电控制系统的设计
四、课程内容体系 《机电系统控制工程及应用》这门课程开设的主导思想实际些学生在前几年的学习 过程中，学习了《单片机原理与应用》、《机械工程控制基础》、《电气控制与PLC》 《机电一体化技术》和《电机与电力拖动》等控制类课程，但是学生对机电系统的控制 部分掌握得不够全面，虽然学过若干课程，但是没有一个系统的、整体的和全局的把握， 很难运用所学的知识设计与分析一个控制系统，本课程以培养学生在机电液控制领域以 微机为主进行控制设计能力的一门课程，本课程主要研究控制系统的建模、微机检测与 控制系统的设计技术、液压控制系统的设计与分析、可编程控制器控制系统的设计与分 析。通过本课程的学习，能够对机电液控制系统具有明确的基本概念，必要的基础知识， 熟练的硬件连结和软件设计能力，一定的分析能力和初步的实践能力，让学生以主动实 践的方式学习工程技术，能够完成典型机电系统控制工程的设计设计和开发。 五、教学评价与考核： 1、形成性评价与终结性评价相结合，形成性评价成绩占总成绩的70%，终结性评 价成绩占总成绩的30%，形成性评价突出操作技能、分析问题和解决问题能力考核，终 结性评价突出理论考核，分阶段进行考核，根据知识段的分量和重要程度，团队教师讨 论决定权重：2、形成性评价内容包括：项目完成情况、平时作业、课堂操作情况等：3、 计算机操作考核与书面考核相结合。 考核成绩表 姓名 班级 学号 专业 单项成绩 考核类别 序号 考核内容 考核方式 (百分制) 权重 考核结果 1 绪论 小论文 0.05 2 电机传动与控步进电机、伺服电 制技术 0.20 机控制 3 小型自动化生产 PLC控制技术 线 0.20 单片机控制技 基于单片机的温 形成性评价 0.20 不 度控制 计算机控制技基于PC的过程控 0.20
四、课程内容体系 《机电系统控制工程及应用》这门课程开设的主导思想实际些学生在前几年的学习 过程中，学习了《单片机原理与应用》、《机械工程控制基础》、《电气控制与 PLC》、 《机电一体化技术》和《电机与电力拖动》等控制类课程，但是学生对机电系统的控制 部分掌握得不够全面，虽然学过若干课程，但是没有一个系统的、整体的和全局的把握， 很难运用所学的知识设计与分析一个控制系统，本课程以培养学生在机电液控制领域以 微机为主进行控制设计能力的一门课程，本课程主要研究控制系统的建模、微机检测与 控制系统的设计技术、液压控制系统的设计与分析、可编程控制器控制系统的设计与分 析。通过本课程的学习，能够对机电液控制系统具有明确的基本概念，必要的基础知识， 熟练的硬件连结和软件设计能力，一定的分析能力和初步的实践能力，让学生以主动实 践的方式学习工程技术，能够完成典型机电系统控制工程的设计设计和开发。 五、教学评价与考核： 1、形成性评价与终结性评价相结合，形成性评价成绩占总成绩的 70%，终结性评 价成绩占总成绩的 30%，形成性评价突出操作技能、分析问题和解决问题能力考核，终 结性评价突出理论考核，分阶段进行考核，根据知识段的分量和重要程度，团队教师讨 论决定权重；2、形成性评价内容包括：项目完成情况、平时作业、课堂操作情况等；3、 计算机操作考核与书面考核相结合。 考核成绩表 姓 名 班 级 学 号 专 业 考核类别 序号 考 核 内 容 考核方式 单项成绩 （百分制） 权重 考核结果 形成性评价 1 绪论 小论文 0.05 2 电机传动与控 制技术 步进电机、伺服电 机控制 0.20 3 PLC 控制技术 小型自动化生产 线 0.20 4 单片机控制技 术 基于单片机的温 度控制 0.20 5 计算机控制技 基于PC的过程控 0.20
术 制 6 机电控制综合 上料机械手 0.15 设计 过程考核总成绩 终结性评价 7 理论考核 闭卷考核 最终成绩（过程考核成绩占70%，期末考核成绩占30%） 六、教学团队 本课程教学团队由本校专职教师和企业兼职技术人员组成，其中企业兼职教师授课 学时不少于总学时的25%，重点指导学生做和创新的内容，教学团队年龄结构、职称结 构要合理，团队成员要热爱本科教学，具有强烈的改革意识和创新精神，教学质量高。 七、学生人数：单班授课，单班不超过35人
术 制 6 机电控制综合 设计 上料机械手 0.15 过程考核总成绩 终结性评价 7 理论考核 闭卷考核 最终成绩（过程考核成绩占 70%，期末考核成绩占 30%） 六、教学团队 本课程教学团队由本校专职教师和企业兼职技术人员组成，其中企业兼职教师授课 学时不少于总学时的 25%，重点指导学生做和创新的内容，教学团队年龄结构、职称结 构要合理，团队成员要热爱本科教学，具有强烈的改革意识和创新精神，教学质量高。 七、学生人数：单班授课，单班不超过 35 人
八、教学内容及教学要求 学 章节（内容） 创 分 教（理论） 学（应用） 做（工程项目》 创（新思维） 考核方式方法 配 1.1.1机电控制系统概念 了解机电控制系统的组成和发 课外通过网络搜索现代控制 在《机械工程控制针对一个汽车电 1.1概述 1.1.2机电控制理论 展，发现机电行业的控制应用实 技术方面的信息，比如PLC 基础》和《单片机 器控制，撰写一 1.1.3机电控制系统的发展 技术，单片机控制技术，DSF 原理与应用》等课 篇小论文，重点 1.2.1机电控制系统的构成 掌握控制系统的主要构成元素， 技术等，尤其是现代控制技 程实验的基础上， 说明经典控制和 1.2机电控制系 1.2.2控制装置及其他 机电控制技术的经典和现代控 术在典型机电产品中的应用 运用现代控制技 现代控制技术对 第一单 统的一般构成 1.2.3机电控制系统基本控 制方法和控制装置。 情况，如汽车、空调、电动 术对以前的课程 于产品设计的区 元绪论 制方法 机等。 设计内容进行重 别与联系，小论 新规划，为下一步 文成绩占总成绩 13.1机电控制系统设计的 掌握机电控制系统的设计步骤 1.3机电控制系 方法 和过程。 方案设计和优化 的5% 统的设计过程 1.3.2机电控制系统设计的 设计打下基础。 步骤 2.1.1机电传动系统的动力 1.掌握机电传动系统的运行规 课堂多媒体教学，实物解剖 电机数学模型的以小车受力模型 学模型的建立 律，并学会分析与判别机电传动 参观电机实验室，结合应用 阶次如何确定？ 为例，利用理论 2.1.2机电传动系统稳定性 系统的运行状态：理解过渡过程 实例进行分析、计算：及时 如何非线性化处 分析建模方法和 2.1机电系统 分析 产生的原因和研究过渡过程的 进行相关实验。 理？如何将控制 实验法建立系统 第二单 传动力学 2.1.3机电系统过渡过程。 实际意义，以及缩短过渡过程的 理论应用到电机 数学模型，占总 元电机 方法。 实例中？ 成绩的5%。 传动与 控制系 2.2.1 直流电机原理 统 1.掌握用实验方法测定直流电 1.拆装直流电机，了解并 在了解电机结构 2.2.2 直流电机结构 机的运行特性，并根据所测得的 认识其组成包括的电 原理的基础上，学 2.2直流电机控 6 2.2.3 直流电机励磁方式 运行特性评定该被试电机的有 刷，换向片，绕组线圈 会利用或控制电 制 2.2.4 直流电机铭牌 2.2.5 直流电机工作原理 关性能。 和主磁极。 机的特性，来实现 2.2.6 直流控制系统设计 2.直流电机的各种运转状态时 进行直流电机控制系统 机电系统的相关
八、教学内容及教学要求 章节（内容） 学 时 分 配 教（理论） 学（应用） 做（工程项目） 创（新思维） 考核方式方法 第一单 元 绪论 1.1 概述 3 1.1.1 机电控制系统概念 了解机电控制系统的组成和发 展，发现机电行业的控制应用实 例。 课外通过网络搜索现代控制 技术方面的信息，比如 PLC 技术，单片机控制技术，DSP 技术等，尤其是现代控制技 术在典型机电产品中的应用 情况，如汽车、空调、电动 机等。 在《机械工程控制 基础》和《单片机 原理与应用》等课 程实验的基础上， 运用现代控制技 术对以前的课程 设计内容进行重 新规划，为下一步 方案设计和优化 设计打下基础。 针对一个汽车电 器控制，撰写一 篇小论文，重点 说明经典控制和 现代控制技术对 于产品设计的区 别与联系，小论 文成绩占总成绩 的 5%。 1.1.2 机电控制理论 1.1.3 机电控制系统的发展 1.2 机电控制系 统的一般构成 1.2.1 机电控制系统的构成 掌握控制系统的主要构成元素， 机电控制技术的经典和现代控 制方法和控制装置。 1.2.2 控制装置及其他 1.2.3 机电控制系统基本控 制方法 1.3 机电控制系 统的设计过程 1.3.1 机电控制系统设计的 方法 掌握机电控制系统的设计步骤 和过程。 1.3.2 机电控制系统设计的 步骤 第二单 元 电机 传动与 控制系 统 2.1 机电 系统 传动力学 4 2.1.1 机电传动系统的动力 学模型的建立 2.1.2 机电传动系统稳定性 分析 2.1.3 机电系统过渡过程。 1. 掌握机电传动系统的运行规 律，并学会分析与判别机电传动 系统的运行状态；理解过渡过程 产生的原因和研究过渡过程的 实际意义，以及缩短过渡过程的 方法。 课堂多媒体教学，实物解剖， 参观电机实验室，结合应用 实例进行分析、计算；及时 进行相关实验。 电机数学模型的 阶次如何确定？ 如何非线性化处 理？如何将控制 理论应用到电机 实例中？ 以小车受力模型 为例，利用理论 分析建模方法和 实验法建立系统 数学模型,占总 成绩的 5%。 2.2 直流电机控 制 6 2.2.1 直流电机原理 2.2.2 直流电机结构 2.2.3 直流电机励磁方式 2.2.4 直流电机铭牌 2.2.5 直流电机工作原理 2.2.6 直流控制系统设计 1. 掌握用实验方法测定直流电 机的运行特性，并根据所测得的 运行特性评定该被试电机的有 关性能。 2. 直流电机的各种运转状态时 1. 拆装直流电机，了解并 认识其 组成 包括 的电 刷，换向片，绕组线圈 和主磁极。 2. 进行直流电机控制系统 在了解电机结构 原理的基础上，学 会利用或控制电 机的特性，来实现 机电系统的相关