《机械电子工程专业导论》

机械电子工程专业

《机械电子工程专业导论》课程教学大纲

课程名称：机械电子工程专业导论 课程编号：0402011A2 考核方式：考查 学时/学分：32/2

适用专业：机械电子工程 课程类别/性质：通识教育/必修

一、课程目标与定位

该课程的教学目标是对学生进行早期的学科知识教育，使学生初步了解机械电子工程学科的知识体系，了解机械电子工程在产品及其设计中的应用，激发学生的专业兴趣，增强学生的专业意识，提高学生的工程意识、工程素质及工程能力，使学生明确专业方向，从而提高后续课程学习的目的性和针对性。

该课程为通识教育的核心知识单元。 二、课程从属项目关系

本课程是一门综合性的工程素质教育课程。课程中以典型机电一体化产品为设计项目，包括一些简单设计—实现项目练习，积累基本的设计—实现经验，后续课程为所有专业课，它们是机械电子工程学科知识体系的核心内容。 三、课程知识、能力、素质培养目标

通过本课程的学习，使学生掌握机械电子工程的基本概念、系统组成和实际应用。了解机械设计制造的基础知识，了解常用的执行机构和驱动装置、系统信息的测量方法、信号处

理、嵌入式微处理器的应用。

使学生初步具有应用机械、电子基础知识，对机械电子系统进行总体设计、分析、选型的能力和系统的建造能力。积累一些基本的设计—实现经验，为学生掌握更高级的产品、过程和系统建造经验做准备。

引导学生形成解决工程问题的思路，培养学生交流沟通、团队协作能力，使学生尽早进入工程师的角色。 四、课程基本内容和学时安排

1.绪论（2学时）

教学内容：机械、电子、制造、工程的含义；机械电子工程的概念、学科体系；机械电

子工程在产品及其设计中的应用；机械电子工程在制造业中的应用。

教学目标：了解机械电子工程的概念，了解机械电子工程学科领域。 重 点：机械电子工程的涵义、应用。 难 点：机械电子工程学科知识体系。

2.机械电子工程发展简史（2学时）

教学内容：机械电子工程与人类社会发展的关系；机械电子工程发展简史；现代机械电子工程发展的具体状况及发展趋势。

教学目标：了解机械电子工程的发展历史、发展现状以及发展趋势，了解机械电子产品的典型应用。

重 点：机械电子工程发展现状及趋势。 难 点：机械电子工程的发展与研究方向。 3.现代工程教育及专业人才培养方案（2学时）

教学内容：中国的工程教育，卓越工程师教育培养计划，CDIO工程教育模式。专业目标、专业培养标准、专业教育内容与课程，。

教学目标：了解中国工程教育的背景及发展战略，熟悉工程师的任务与责任，了解各门课程主要讲授的内容及其在机械电子工程学科中的地位和作用。

重 点：主要专业课及应用型卓越工程师的培养标准。 难 点：CDIO工程教育模式。 4.机械设计制造基础（2学时）

教学内容：机器的组成；机械设计的主要内容及基本要求；机械零件制造方法的分类和机械电子产品的生产、制造及工艺过程；零件表面形成方法和典型表面的加工方法。

教学目标：了解机器的组成系统；了解机械零件的设计准则；了解数控加工、特种加工、快速原型技术等先进加工方法。

5.执行机构（4学时）

教学内容：带轮机构、链轮机构、齿轮机构、螺旋机构、蜗轮蜗杆机构、直线导轨、连杆

机构、凸轮、棘轮和槽轮、机架、机构的组合。

教学目标：了解机械系统中执行机构的功能与作用。

重 点：带轮机构、链轮机构、齿轮机构、螺旋机构、蜗轮蜗杆机构、凸轮机构。 难 点：机构的组合。 6. 电气驱动装置（2学时）

教学内容：直流电动机、交流异步电动机、步进电动机、直线电动机、电力电子器件。 教学目标：了解电气执行元件的原理，掌握电气驱动装置的应用。 重 点：交流异步电动机、步进电动机。 难 点：电气驱动装置原理与结构。 7.液压与气动驱动装置（2学时）

教学内容：动力装置、执行元件、控制元件、辅助元件、基本回路。 教学目标：了解液压与气压系统的组成、原理及应用。 重 点：液压系统的组成及原理。 难 点：液压系统基本回路。

8. 测量与传感器（2学时）

教学内容：测量系统的基本性能、测量方法、测量误差；电阻型传感器、电容式传感器、

电感式传感器、热电传感器、光电传感器、固体传感器、压电传感器和超声换能器、传感器的线性化。

教学目标：了解测量常用的指标、误差的形成和分类、常用测量方法；了解常用的传感

器。

重 点：测量常用指标及方法，常用传感器的应用。 难 点：测量误差；传感器原理。 9. 信号处理与干扰（2学时）

教学内容：运算放大器基本电路、实用运算放大器、信号隔离、相敏检波器和锁相环、多路复用、 滤波器、数字信号的处理和分析；电磁干扰和噪声的分类、干扰的传播途径、干扰对敏感设备的影响、干扰的抑制和防护技术。

教学目标：了解常见的信号处理电路及信号处理的相关内容；了解干扰和噪声的形成与抑

制。

重 点：数字信号的处理和分析；干扰的抑制和防护技术。 难 点：信号处理电路。 10.嵌入式控制系统（4学时）

教学内容：嵌入式微处理器系统、机械电子系统中微处理器的作用、嵌入式系统的设计方

法、嵌入式微处理器系统的应用设计、微处理器与内存及I／O接口电路的连接、微处理器与数字式外部设备的接口、过程通道、模拟量输入通道、 D／A转换与A／D转换技术、模拟量输出通道。

教学目标：了解机械电子中的微处理器系统；了解机械电子系统中的嵌入式微处理器的设

计。

重 点：嵌入式微处理器系统；D／A转换与A／D转换技术。 难 点：嵌入式微处理器的设计。 11. 机械电子系统中的微机控制（2学时）

教学内容：顺序控制和数值控制、开环控制系统与闭环控制系统、控制系统的品质和性能

指标、闭环控制系统的构成及PID控制、、智能型自适应PID控制、模糊控制器及其特点。

教学目标：了解以PID控制器和模糊控制器为例的机械电子系统中的微处理器控制。 重 点：顺序控制和数值控制、开环控制系统与闭环控制系统、控制系统的品质和性能

指标。

难 点：PID参数整定、PID控制的改进。

12. 机械电子系统的建模及网络监控（2学时）

教学内容：机械电子系统的描述方法、控制对象的数学模型、 一、二阶线性定常系统的解

析建模、系统的物理仿真；控制系统和通信系统的分层体系、数据通信网络的体系结构、工业现

场中的通信。

教学目标：了解机电系统的模型建立及机械电子系统的网络监控。

重 点：机械电子系统的描述方法、控制对象的数学模型；工业现场中的通信。 难 点：模型建立及系统的物理仿真。 13. 机械电子系统的总体设计（2学时）

教学内容：机械电子系统中的机构与结构、机械电子系统人-机界面的设计、 安全性。编

写任务书、设计说明书。

教学目标：掌握机械电子系统总体设计的要求与方法。

重 点：机械电子系统总体设计的要求与方法，机械电子系统的结构，编写任务书、

设计说明书。

难 点：机械电子系统的结构与设计。 14. 典型机械电子系统的设计 （2学时）

教学内容：典型机械电子系统的设计，如数控机床、软盘驱动器、关节式机器人、移动

式机器人等设计。

教学目标：了解典型机电一体化产品的结构、设计，明确设计项目。 重 点：典型机械电子系统的总体设计、机械本体与控制系统设计。 难 点：控制系统设计。 五、建议教材或参考书

主编。《机械电子工程原理》：北京：北京理工大学出版社. 六、授课方式

1.教学方法

以典型机械电子系统（机电一体化产品）为项目，通过问题引导学生主动学习，并进行简单的设计练习。学生5～8人为一项目组。课堂讲授采用启发式和探究式、讨论交流的教学方法，提高学生自学获取知识、分析问题和解决问题的能力。引导和鼓励学生参与工程实践，培养创新能力。

2.教学手段

在教学中利用CAI课件、影像资料、动画等多媒体教学手段。 七、考核方式

采用过程分项考查与期末综合设计论文相结合的考核方式。期末设计论文成绩占40%，过程考查占60%。

制定人：李伟 国绍文 审核人：