Mechanical-electrical Integration Design of Mechatronic System
课程中文名称：机电一体化系统设计
课程英文名称： Mechanical-electrical Integration Design of Mechatronic System
课程编码：MACH3450
实验学时：24
学分：2
适用专业：机械类大三、四年级本科生
先修课程：电工电子技术，机械原理，测试技术，机械控制工程理论基础
开课学院：机械学院
开课学期：第6学期
教材及实验指导书：
[1] 王孙安主编，《机械电子工程原理》，机械工程出版社.2010.
[2] 刘政华.何将三主编，《机械电子学》，国防科技大学出版，2005.
一、实验课程简介
本课程为机械工程专业本科生专业实验课。课程从机械电子设计角度，系统概述机电系统的结构组成、典型运动机构及驱动方式，讲授机电系统状态变量的信息感知、信号调理与显示方式，学习机电系统的物理建模、计算机仿真及控制、机电系统一体化设计及优化方法。实验内容主要包括机电系统基本结构、运动机构及驱动，机电系统的系统变量感知、调理与显示，机电系统建模与仿真，机电装置与工业过程控制，飞行动力学地面模拟训练系统设计与控制综合实验。
二、实验课性质、目的和任务
性质：机电一体化系统设计实验是机械工程类一门重要的专业基础实验课。
目的：通过本实验课程使学生掌握机械电子系统中执行机构及其驱动技术的基本原理及其设计方法；掌握机械电子系统中系统信息测量、处理的基本原理与设计方法；掌握机电系统及工业过程的物理建模、计算机仿真及典型控制方法；运用所学知识综合设计大型机电系统的思想、原理及优化。实验课是本课程重要教学环节，其目的是了解机电一体化系统的组成、功能、原理和设计方法，培养学生解决实际问题的能力。
任务：对机械电子系统进行初步分析、初步设计和应用，进行综合实验结果分析以及撰写实验报告。
三、 实验课教学基本要求
1.根据自己本班同学们的课程安排和实验室的实验安排，与实验教师妥善的协调好实验的时间和分组。
2.将实验时间和分组情况，及时的反馈给主讲教师和有关同学。
3.参加实验的同学在实验前要做好本次实验的预习并写出预习报告。
4.上实验课时，要提前十分钟进实验室，以便做好实验前的准备工作。
5.认真的听好实验指导教师的安排和要求，要独立认真的完成各项实验任务。
6.对实验结果要进行分析，整理和计算，认真填写实验报告。
7.按要求及时递交实验报告。
四、实验教学的内容与要求
1． 机电系统基本结构、运动机构及驱动
实验目的：
1、了解机电系统特点、基本结构与组成。
2、掌握机电系统的典型运动机构、特点及应用。
3、掌握机电系统的典型驱动方式、特点及适用范围。
教学基本要求：
通过实验操作及观看演示实验，了解机电系统的基本结构与组成，掌握机电系统的典型运动机构、特点及应用，掌握机电系统的典型驱动方式、特点及适用范围，为后续机电系统的控制及设计建立机械基础。熟悉机电系统位移、转速教学实验台的使用。
实验内容提要：
1、机电系统位移的测量原理及动态特性。
2、机电系统转速的测量原理及动态特性。
实验类型：基本理论验证
必做或选做：必做
使用的主要仪器：机电系统位移、转速教学实验台
2． 机电系统的系统变量感知、调理与显示实验：
实验目的：
1、了解机电系统典型系统变量及常用传感器原理。
2、学习典型系统变量的关系及特点。
3、学习典型系统变量的常用测量、信号处理及显示方法。
教学基本要求：
通过实验操作，了解机电系统典型系统变量及常用传感器原理，学习典型系统变量的常用测量、信号处理及显示方法，为后续机电系统的控制及设计建立电测基础。
实验内容提要：
1、力、位移、传输测量实验。
2、温度、流量、湿度测量实验。
3、信号调理方法讲解。
4、信息显示及人机交互方法讲解。
实验类型：基本理论验证
必做或选做：必做
使用的主要仪器：位移、速度、温度、流量、湿度控制教学实验台
3． 机电系统建模与仿真实验：
实验目的：
1、学习机电系统模型典型环节及物理学建模方法。
2、掌握机电系统典型环节的电路建模方法。
3、掌握机电系统的计算机数字仿真及建模方法。
教学基本要求：
通过实验操作及计算机仿真，学习机电系统模型典型环节及物理学建模方法，掌握机电系统的计算机数字仿真及建模方法，为后续机电系统的控制及设计建立物理学模型及仿真方法基础。
实验内容提要：
1、质量、弹簧、阻尼搭建二阶物理系统。
2、电阻、电容、电感搭建二阶系统。
3、计算机仿真软件实现二阶系统建模与运动仿真。
实验类型：基本理论验证
必做或选做：必做
使用的主要仪器：质量阻尼系统、电路模拟系统、计算机仿真软件
4． 机电装置与工业过程控制实验：
实验目的：
1、了解机电装置及工业过程系统的系统特点及经典、现代控制方法。
2、学习机电装置及工业过程控制器的工作原理和组成模块。
3、了解影响温度、流量、湿度过程控制的主要因素，特别是前后干扰对过程控制的影响。
教学基本要求：
通过实验操作，了解机电装置及工业过程系统的系统特点及经典、现代控制方法，学习机电装置及工业过程控制器的工作原理和组成模块，为后续机电系统设计奠定控制方面的基础。
实验内容提要：
1、测定机电系统的位移、速度动态特性。
2、测定温度、流量、湿度过程控制系统的静态特性。
3、测定温度、流量、湿度过程控制系统的动态特性。
4、采用PID控制温度系统。
实验类型：基本理论验证
必做或选做：必做
使用的主要仪器：位移、速度、温度、流量、湿度控制教学实验台
5． 综合实验-飞行地面模拟训练系统设计与控制
实验目的：
1、了解大型机电设备的运动学、动力学分析及建模方法。
2、学习机电一体化高度集成设备的机构设计思想。
3、掌握机电一体化设备设计的过程。
教学基本要求：
通过本次实验，综合运用所学知识建立大型机电设备的数学模型，实现电路模拟的物理仿真及计算机仿真， 综合运用信息感知方法、信号调理及人机交互所学知识分析系统电测装置设计方法，设计系统控制方法及策略，掌握机电一体化设备设计的过程。
实验内容提要：
1、飞行地面模拟系统数学分析、建立电路物理学模拟模型。
2、信息感知方法、信号调理及人机交互设计分析。
3、设计系统控制方法及策略分析。
实验类型：基本理论验证
必做或选做：必做
使用的主要仪器：质量阻尼系统、电路模拟系统、计算机仿真软件
五、实验成绩的考核与评定办法
1、实验课的考核内容包括学生的实验预习、实验表现情况及实验报告结果，进行综合评定；
2、实验课考核成绩由实验预习成绩、实验纪律表现成绩及实验报告成绩组成。实验预习成绩主要通过提问体现；实验表现成绩主要考核操作情况、原始数据记录及处理一般性问题的能力；实验报告成绩主要考核实验报告完整性、书写认真程度及数据处理准确程度。实验成绩由下述三部分按比例评定。
实验预习成绩 占30% 实验表现成绩 占40%
实验报告成绩 占30%
实验课程成绩按15%比例计入该课程总成绩，对缺实验成绩者本课程不予通过。
大纲制定者：唐晓刚（执笔）
大纲校对者：王孙安
大纲审定者：王孙安
大纲批准者：王孙安
