《機電傳動與控制》教學(xué)大綱

1、機電傳動與控制教學(xué)大綱課程基本情況英文名稱：Electromechanical Transmission and Control課程編號：F071730005048總 學(xué) 時：48 講課學(xué)時：44 實踐學(xué)時：4總 學(xué) 分：3課程性質(zhì)：必修考核方式：考查適用對象：機械設(shè)計制造及其自動化先修課程：高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、電工學(xué)參考文獻：1 馮清秀等.機電傳動控制M，華中科技大學(xué)出版社，2018年 1月2 程憲平.機電傳動與控制M，華中科技大學(xué)出版社，2016年 1月3 胡世軍等.機電傳動控制M，華中科技大學(xué)出版社，2014年 8月課程簡介與目標本課程是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的必修專業(yè)基礎(chǔ)課程，涉及

2、電工學(xué)、高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、機械設(shè)計等相關(guān)知識。具有誠實守信的職業(yè)素養(yǎng)和精益求精的工匠精神。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達到如下學(xué)習(xí)目標：目標1：能基于基本原理和數(shù)學(xué)模型解釋直流電動機、交流電動機、典型控制電動機、繼電接觸控制元件和PLC的工作原理，分析其特性和在機械領(lǐng)域的典型應(yīng)用；能夠根據(jù)機械系統(tǒng)的控制需求完成典型機電傳動系統(tǒng)控制器的設(shè)計。目標2：能基于機械裝備設(shè)計的需求，通過計算輔助完成機電傳動系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計。目標3：能有效運用機電傳動系統(tǒng)常用的儀器和輔助設(shè)計軟件，在實驗過程中驗證交、直流電動機的特性及典型控制邏輯，并完成控制系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)。課程教學(xué)目標與畢業(yè)要求關(guān)系矩陣 課程目標畢業(yè)要求目標

3、1目標2目標31-4掌握機械設(shè)計原理與方法、機械制造工程原理與技術(shù)、機械系統(tǒng)中的傳動與控制、計算機應(yīng)用技術(shù)等專業(yè)知識，能夠?qū)⑾嚓P(guān)知識和數(shù)學(xué)模型方法用于機械設(shè)計與制造過程中復(fù)雜機械工程問題解決方案的比較與綜合。3-2 能夠基于特定需求和解決方案進行設(shè)計計算，完成機械結(jié)構(gòu)、制造工藝及控制系統(tǒng)的設(shè)計過程。5-1 了解機械專業(yè)常用現(xiàn)代儀器、信息技術(shù)工具、工程工具和模擬軟件的使用原理和方法，并理解其局限性，能夠在解決復(fù)雜機械工程問題過程中，選擇和使用現(xiàn)代信息工具進行文獻查詢、獲取信息。教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、學(xué)時分配本課程主要學(xué)習(xí)電機、電器的工作原理、特性、應(yīng)用和選用方法，學(xué)習(xí)典型電動機控制系統(tǒng)的工作

4、原理、特點、性能及應(yīng)用場所，學(xué)習(xí)使用繼電接觸控制技術(shù)和PLC技術(shù)實現(xiàn)電機控制。（一）教學(xué)內(nèi)容知識單元1：機電系統(tǒng)組成和機電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ)（支撐課程目標1）（建議2學(xué)時）教與學(xué)要求：本單元要求學(xué)生能描述機電傳動與控制的系統(tǒng)組成、根本任務(wù)與發(fā)展歷程；能識別恒轉(zhuǎn)矩型負載特性、離心式通風(fēng)機型負載特性、直線型負載特性、恒功率型負載特性的區(qū)別和特點；能建立一般機電傳動系統(tǒng)的運動學(xué)方程式，并判別其工作狀態(tài)；能畫圖分析系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。教學(xué)內(nèi)容：1-1機電系統(tǒng)組成。1-2機電傳動系統(tǒng)的運動方程式。1-3機電傳動系統(tǒng)的負載特性。1-4機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件。重點：機電傳動系統(tǒng)的運動方程式及其含義。機電

5、傳動系統(tǒng)的加速、穩(wěn)定運行和減速的運動規(guī)律。難點：機電傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點的判定知識單元2：直流電機的工作原理及特性（支撐課程目標1、2、3）（建議6學(xué)時）教與學(xué)要求：本單元要求學(xué)生能歸納和論證直流電動機固有機械特性，并能比較其人為機械特性；能對比和辨別直流電動機的啟動、調(diào)速和制動方法及特點、應(yīng)用；能完成其啟動、制動基本電路的初步設(shè)計。教學(xué)內(nèi)容：2-1直流電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。2-2直流電動機的機械特性。2-3直流他勵電動機的啟動特性。2-4直流他勵電動機的調(diào)速特性。2-5直流他勵電動機的制動特性。重點：直流電動機的機械特性直流電機的啟動、調(diào)速和制動的各種方法及其優(yōu)缺點和應(yīng)用場合。難點：電動

6、機的制動過程；電動機在各種運行狀態(tài)下各物理量的符號的確定。知識單元3：交流電動機的工作原理及特性（支撐課程目標1、2、3）（建議11學(xué)時）教與學(xué)要求：本單元要求學(xué)生能復(fù)述三相異步電動機結(jié)構(gòu)及電磁電路；能解釋三相異步電動機的額定參數(shù)和能流圖；能歸納和論證交流電動機固有機械特性，并能比較其人為機械特性；能對比和辨別三相異步電動機的啟動、調(diào)速和制動方法及特點、應(yīng)用；能完成其主回路和基本控制電路的初步設(shè)計。3-1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理。3-2異步電動機的額定參數(shù)。3-3三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩與機械特性。3-4三相異步電動機的啟動特性。3-5三相異步電動機的調(diào)速方法與特性。3-6三相異步電動機的制

7、動特性。3-7單相異步電動機。重點：異步電動機的機械特性異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)、額定值的含義異步電動機啟動、調(diào)速和制動的方法及其應(yīng)用場合。難點：電動機的制動過程。知識單元4：控制電機（支撐課程目標1、2、3）（建議3學(xué)時）教與學(xué)要求：本單元要求學(xué)生能陳述步進電動機的工作原理，解釋其步距角影響參數(shù)；能說明直流伺服電動機和交流伺服電動機的基本結(jié)構(gòu)組成和工作特性。4-1步進電動機。4-2交、直流伺服電動機。重點：步進電機的工作原理及應(yīng)用。知識單元5：繼電器-接觸器控制（支撐課程目標1、3）（建議8學(xué)時）教與學(xué)要求：本單元要求學(xué)生能陳述常用控制電器、保護電器、執(zhí)行電器等低壓電器元件的結(jié)構(gòu)、原理、圖形符號

8、及使用場合、工作狀態(tài)等；能完成對繼電器-接觸器基本控制電路的分析與初步設(shè)計；能分析與初步設(shè)計典型繼電器-接觸器控制電路的保護電路；能分析控制電路的可行性措施及理論依據(jù)等。5-1常用控制電器。5-2繼電器-接觸器控制電路的組成。5-3繼電器-接觸器控制的基本電路。重點：三相異步電動機啟動的控制電路及保護裝置互鎖與自鎖的控制方法按行程和時間控制的控制方法。難點：時間控制 控制電路的設(shè)計知識單元6：可編程控制器原理與應(yīng)用（支撐課程目標1、3）（建議12學(xué)時）教與學(xué)要求：本單元要求學(xué)生能解釋可編程控制器的基本組成、工作原理、特點和用途，能根據(jù)系統(tǒng)要求運用可編程控制器完成簡單的應(yīng)用設(shè)計。6-1 PLC基

9、礎(chǔ)知識及軟件編程基礎(chǔ)。6-2 PLC的應(yīng)用及程序設(shè)計。重點：PLC的結(jié)構(gòu)、編程方法及應(yīng)用實例。知識單元7：直流調(diào)速系統(tǒng)（支撐課程目標1、2）（建議2學(xué)時）教與學(xué)要求：本單元要求學(xué)生能解釋直流調(diào)速系統(tǒng)典型的含義；能識別轉(zhuǎn)速負反饋及無靜差調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與特性；能描述PWM含義及應(yīng)用。7-1調(diào)速系統(tǒng)的主要性能指標。7-2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。重點：常用自動調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理、特點及適用場合。（二）學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容學(xué)時課堂教學(xué)自主學(xué)習(xí)教與學(xué)方式、方法講授實驗上機作業(yè)閱讀訓(xùn)練知識單元1222案例式教學(xué)、多媒體課件知識單元28622案例式教學(xué)、多媒體課件、實驗教學(xué)知識單元3131126案例式教學(xué)、多媒體

10、課件、實驗教學(xué)知識單元4332案例式教學(xué)、多媒體課件知識單元5884案例式教學(xué)、多媒體課件、實驗教學(xué)知識單元612126案例式教學(xué)、多媒體課件、實驗教學(xué)知識單元7221案例式教學(xué)、多媒體課件學(xué)時合計4844423實踐教學(xué)環(huán)節(jié)實驗?zāi)康模耗軕?yīng)用機電傳動與控制基礎(chǔ)知識，完成交、直流電動機基本操作和典型控制相關(guān)實驗，能正確使用專業(yè)儀器和輔助設(shè)計軟件完成必要的監(jiān)測和控制器設(shè)計工作；同時具有正確分析和綜合實驗結(jié)果以及撰寫實驗報告的能力。實驗內(nèi)容與要求見下表：（支撐課程目標3）（建議4學(xué)時）序號實驗項目名稱實驗?zāi)康闹饕獌?nèi)容實驗學(xué)時實驗類型開出要求1交、直流電機實驗學(xué)習(xí)電機實驗的基本要求與安全操作注意事項；認

11、識在直流電機實驗中所用的電機、儀表、變阻器等組件及使用方法；熟悉他勵電動機和鼠籠交流電動機的接線、啟動、改變電機轉(zhuǎn)向與調(diào)速的方法。1. 學(xué)習(xí)實驗裝置中的電樞電源、勵磁電源、三相交流電源、測功系統(tǒng)、多量程直流電壓表、電流表及交、直流電動機的使用方法。2. 直流他勵電動機的起動、制動、調(diào)速及改變轉(zhuǎn)向3. 鼠籠交流電動機的啟動、制動、調(diào)速及改變轉(zhuǎn)向2驗證必做2電動機控制實驗1學(xué)習(xí)繼電接觸器元件和電動機的控制電路設(shè)計。2PLC設(shè)計軟件的使用和基于PLC的電動機控制系統(tǒng)設(shè)計。1基于機電接觸器完成交流電動機的點動、長動控制電路的設(shè)計和調(diào)試。2學(xué)習(xí)PLC輔助設(shè)計軟件的使用。3采用PLC實現(xiàn)交流電動機的。點動

12、、長動控制電路的設(shè)計和調(diào)試。2綜合必做成績構(gòu)成和評價方法（一）考核方式說明1. 考核方式包括考勤、作業(yè)、實驗、結(jié)課考試。2. 采用閉卷考試，課程成績組成：平時成績（包括考勤、作業(yè)）和實驗占30%、結(jié)課考試占70%。（二）考核權(quán)重分配 考核方式及權(quán)重內(nèi)容考試作業(yè)實驗備注70%30%知識單元1知識單元2知識單元3知識單元4知識單元5知識單元6知識單元7成績評價標準1.平時成績評價標準（1）作業(yè)成績評價標準基本要求評價標準完成情況得分能基于基本原理和數(shù)學(xué)模型解釋直流電動機、交流電動機、典型控制電動機、繼電接觸控制元件和PLC的工作原理，分析其特性和在機械領(lǐng)域的典型應(yīng)用；能夠根據(jù)機械系統(tǒng)的控制需求完成

13、典型機電傳動系統(tǒng)控制器的設(shè)計。課程目標1；畢業(yè)要求指標點1-4所表述的概念充分、嚴謹、準確；準時上交；作業(yè)整潔、書寫工整；能運用基本特性和系統(tǒng)運行原理解答相關(guān)機電傳動控制問題；能準確分析控制需求并完成控制器的設(shè)計。90100所表述的概念較充分、正確；按時上交、作業(yè)有涂改、書寫較工整；較好地運用基本特性和系統(tǒng)運行原理解答相關(guān)機電傳動控制問題；能準確分析控制需求并完成控制器的設(shè)計。8089所表述的概念基本正確，個別有誤；按時上交、作業(yè)有涂改、書寫工整；運用基本特性和系統(tǒng)運行原理等運用不足；能較完整分析控制需求并完成相應(yīng)的控制器設(shè)計。7079所表述的概念基本正確，部分有誤；按時上交、作業(yè)有涂改、書寫

14、一般；理論知識運用有錯誤；能分析核心控制需求并完成相應(yīng)的控制器設(shè)計。6069所表述的概念錯誤較多；未準時上交、書寫潦草；無法正確理解問題，解答有關(guān)鍵性錯誤；無法有效完成控制器的設(shè)計。059能基于機械裝備設(shè)計的需求，通過計算輔助完成機電傳動系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計。課程目標2；畢業(yè)要求指標點3-2運用的原理和性質(zhì)準確；準時上交；作業(yè)整潔、書寫工整；解答過程完整，分析合理，計算準確。90100運用的原理和性質(zhì)準確；按時上交、有涂改、書寫較工整。解答過程比較完整，分析較合理，計算較準確。8089運用的原理和性質(zhì)比較準確；按時上交、有涂改、書寫工整。解答過程基本正確，分析基本合理，計算基本正確。7079運用的概念

15、、理論基本準確，個別有誤；計算步驟不太完整，結(jié)果基本正確，按時上交、有涂改、書寫潦草。6069結(jié)果不正確，運用的概念、理論不準確；未準時上交、書寫潦草。059（2）實驗成績評價標準能有效運用機電傳動系統(tǒng)常用的儀器和輔助設(shè)計軟件，在實驗過程中驗證交、直流電動機的特性及典型控制邏輯，并完成控制系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)。課程目標4；畢業(yè)要求指標點5-1運用的概念、理論準確；能正確使用儀器和工具軟件輔助完成設(shè)計；實驗方案和操作合理；數(shù)據(jù)及結(jié)論正確；準時上交、報告整潔、書寫工整。90100運用的概念、理論較準確；能較正確使用儀器和工具軟件輔助完成設(shè)計；實驗方案和操作較合理；數(shù)據(jù)及結(jié)論較正確；準時上交、有涂改、書

16、寫較工整。8089運用的概念、理論較準確；能基本正確使用儀器和工具軟件輔助完成設(shè)計；實驗方案和操作基本合理；數(shù)據(jù)及結(jié)論基本正確；準時上交、有涂改、書寫一般。7079運用的概念、理論基本準確，個別有誤；能基本正確使用儀器和工具軟件輔助完成設(shè)計；實驗方案和操作有錯誤，經(jīng)指導(dǎo)能修正；數(shù)據(jù)及結(jié)論基本正確；準時上交、有涂改、書寫潦草。6069運用的概念、理論不準確；不能正確使用儀器和工具軟件輔助完成設(shè)計；未能有效完成實驗；未準時上交、書寫潦草。0592.期末考試評價與評分標準基本要求評價標準知識掌握情況得分能基于基本原理和數(shù)學(xué)模型解釋直流電動機、交流電動機、典型控制電動機、繼電接觸控制元件和PLC的工作

17、原理，分析其特性和在機械領(lǐng)域的典型應(yīng)用；能夠根據(jù)機械系統(tǒng)的控制需求完成典型機電傳動系統(tǒng)控制器的設(shè)計。課程目標1；畢業(yè)要求指標點1-4對所學(xué)的概念、方法和基本知識認知清晰，理解正確。90100對所學(xué)的概念、方法和基本知識較清晰，理解較正確。8089對所學(xué)的概念、方法和基本知識基本清晰，理解基本正確。7079對所學(xué)的概念、方法和基本知識認知不清晰。6069不能理解、記憶和有效運用所學(xué)基本知識。059能基于機械裝備設(shè)計的需求，通過計算輔助完成機電傳動系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計。課程目標2；畢業(yè)要求指標點3-2能夠正確運用所學(xué)概念，合理運用模型，完成計算，得出有效結(jié)論。90100能夠正確運用所學(xué)概念，合理運用模型完

18、成計算，所得結(jié)論有少量錯誤8089能夠運用所學(xué)概念，較合理運用模型，計算有少量錯誤，所得結(jié)論基本合理7079能夠運用所學(xué)概念，模型運用基本合理，計算錯誤較多，所得結(jié)論基本合理6069不能有效運用所學(xué)基本知識，無法合理完成計算過程，無法獲得有效結(jié)論。059課程目標達成情況分析1.評價方法定量評價方法，采用成績分析法，數(shù)據(jù)來源為課程教學(xué)大綱中支撐課程目標的各考核環(huán)節(jié)的考核結(jié)果，數(shù)據(jù)來源主要包括考試成績、綜合訓(xùn)練、作業(yè)、實驗報告等分析數(shù)據(jù)。課程目標達成度計算公式：某項課程目標達成度=考核方式權(quán)重某項考核方式達成度2.評價依據(jù)畢業(yè)要求課程目標教學(xué)內(nèi)容課程環(huán)節(jié)及措施評估方式及權(quán)重指標點1-4（0.3）目標1知識單元1知識單元2知識單元3知識單元4知識單元5知識單元6知識單元7講授、案例分析、多媒體課件作業(yè)：0.1試卷：0.9指標點3-2（0.3）目標2知識單元2知識單元3知識單元4知識單元7講授、案例分析、多媒體課件作業(yè)：0.1試卷：0.9指標點5-1（0.1）目標3知識單元2知識單元3知識單元5知識單元6實驗教