《机电一体化控制技术与系统》课程教学大纲
| 英文课程名 | Mechatronics Control Technology and System | 总学时 | 48 | 学 分 | 3 |
| 课程编码 | G102127(202454) | 理论教学学时 | 40 | 适用专业 | 机械工程类 |
| 课程类别 | 通识课程 |
| 实践 教学 学时 | 实验学时 | 8 | 先修课程 | 工程测试技术、微机原理及应用、自动控制、机械设计基础等专业基础课 |
| 大类基础课程 |
| 上机学时 |
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| 专业基础及专业课程 | 必修 | 其它 |
| 开课学院（部） | 机械工程学院 |
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一、课程简介
对课程概况描述，包括课程设置的目的与意义，课程的知识领域与主要内容等情况。
机电一体化控制技术与系统课程是机械工程类机电一体化（机电）专业方向的专业必修课。作为专业课程，其主要目的是将先期学习的基础、专业基础课进行有机的串联与组合。通过本课程的教学，旨在使学生了解机电一体化技术与系统产生与发展的过程、机电一体化系统的组成和特点、机电一体化系统中各单元（机械本体、驱动单元、传感检测单元和信息处理单元）的结构和工作原理，初步掌握机电一体化系统的分析和设计方法。
机电一体化控制技术与系统与工程实际有着非常密切的关系，课程的主要授课内容涉及精密机械技术、工业控制计算机、可编程序控制器、传感器及计算机接口、驱动元件及控制和机电一体化系统中的常用控制策略等。实验内容涉及机械手、小型雕刻生产线、PLC应用、步进电机控制和交流电机变频调速等。
二、课程目标
通过本课程的学习，学生应达到的目标，包括知识与能力目标，并能够支撑专业的毕业要求（分解指标点）；要用动词描述如了解、掌握等，从而说明层次和程度。
基础课要结合通用的毕业要求进行描述。
课程目标1：认识机电一体化技术与系统产生与发展的过程，深入掌握机电一体化系统的组成和特点、机电一体化系统中各单元（机械本体、驱动单元、传感检测单元和信息处理单元）的结构和工作原理，初步掌握机电一体化系统的分析和设计方法。
课程目标2：通过实验进一步理解典型机电一体化系统（例如机械手、小型生产线等）的组成与运作，掌握机电一体化系统中控制单元（例如IPC、PLC等）、驱动单元（例如步进电机、伺服电机等）的应用与设计。
课程目标3：了解机电一体化技术与系统的前沿现状和发展趋势，并通过课堂分组讨论的形式综合培养学生信息检索与分析能力、团队合作能力和自主学习意识。
三、课程目标与毕业要求的关联与达成贡献
| 课程目标 | 关联 的毕 业要 求点 | 教学环节 | 具体内容 | 达成度评价 |
| 1 | 1.3 | 课堂教学 | 主要讲解基本原理，并结合工程实际问题融入基本原理的讲解，使学生了解机电一体化技术与系统产生与发展的过程，深入掌握机电一体化系统的组成和特点、结构和工作原理，初步掌握机电一体化系统的分析和设计方法，提高对从事本专业方向的兴趣和能力。 | 期终考试（满分50分） |
| 平时作业 | 习题内容注意类型搭配，以方案设计和综合分析题为主。尽量选用加深概念，开拓思路、综合应用及训练基本技能的题目。认真批改作业，批改量不低于规定数。对作业中常见的错误，特别是概念性错误，在课堂上及时讲解。 | 平时作业记录（满分15分） |
| 2 | 4.3 | 实验 | 通过实验环节进一步加深学生对基本原理的理解，要求学生能对比实验数据和结果，解释实验和理论模型结果的差异。 | 实验准备、实验操作、实验报告（满分20分） |
| 3 | 3.1 | 综述报告 | 书面完成一篇有关机电一体化领域最新技术发展动态的综述报告，以培养学生资料检索和资料分析与综合的能力。 | 综述报告（满分5分） |
| 9.1 | 课堂分组 讨论 | 针对综述报告，进行分组PPT汇报交流。 | 汇报交流（满分10分） |
四、课程教学内容及学时分配
1．理论教学安排
| 序号 | 章节或知识模块 | 教学内容 | 学时分配 | 能力培养 教学要求 | 素质培养 教学要求 | 学生任务 |
| 作业要求 | 自学要求 | 讨论 |
| 1 | 第一章： 机电一体化概论 | ①机电一体化的概念 ②机电一体化系统的组成和功能 ③机电一体化的相关技术及发展趋势 | 3 | 培养学生文献查阅及综合的能力。 | 培养学生职业道德、社会责任感、开阔视野，以及对机电一体化系统中的一些前沿技术了解。 | 机电一体化技术与系统领域最新技术发展综述报告。 | 课前预习。 |
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| 2 | 第二章： 精密机械技术 | ①概述 ②传动机构 ③导向机构 ④执行机构 | 4 | 将机电一体化系统中的精密机械技术与传统的机械系统比较，了解异同点。 | 培养学生科学的思维观。 |
| 课前预习。 |
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| 3 | 第三章： 工业控制计算机 | ①概述 ②工业控制计算机—硬件 ③工业控制计算机—软件 ④基于工控机的控制系统 | 4 | 工控机的软件、硬件系统掌握，尤其是工业组态软件。 | 培养学生科学的思维观。 | 根据要求完成一个基于工业控制计算机的控制系统的配置。 | 课前预习。 工业控制计算机网站内容学习。 |
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| 4 | 讨论课 | 机电一体化技术与系统的发展动态 | 3 | 培养学生团队合作与交流的能力。 | 培养学生科学的思维观。 |
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| 课堂内小组讨论(各小组分配不同的主题) |
| 5 | 第五章： 可编程序控制器 | ①顺序控制系统 ②可编程序控制器基础 ③可编程序控制器系统 ④可编程序控制器的应用 | 10 | 掌握可编程控制器的基础及使用。 | 培养学生科学的思维观。 | 完成一个PLC控制程序设计。 | 课前预习。 可编程控制器系统的设计方法与步骤。 |
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| 6 | 第六章： 传感器及计算机接口 | ①概述 ②机电一体化系统中的常用传感器 ③传感器与计算机接口技术 | 6 | 掌握机电一体化系统中的传感器与计算机接口技术。 | 培养学生科学的思维观。 | 传感器及接口方面的问答题。 | 课前预习。 |
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| 7 | 第七章： 驱动元件及控制 | ①概述 ②步进电动机控制系统 ③直流/直流伺服电动机控制系统 ④交流/交流伺服电动机控制系统 | 6 | 掌握机电一体化系统中的常用的各类电机原理及驱动。 | 培养学生科学的思维观。 | 步进电机的PLC控制。 | 课前预习。 |
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| 8 | 第九章： 机电一体化系统的常用控制策略 | ①模拟PID调节器 ②数字PID控制器及应用 | 4 | 掌握机电一体化系统中的常用控制策略。 | 培养学生科学的思维观。 | 查阅资料了解当前的多种智能控制策略及算法。 | 课前预习。 |
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2．实践教学安排
| 序号 | 项目名称 | 学时 | 类型 | 每组人数 | 能力培养 教学要求 | 素质培养 教学要求 | 学生任务 |
| 1 | 机械手 | 2 | 设计 | 4-5 | 培养学生互助交流、综合运用知识付诸实践及动手能力。 | 提高专业素养；开阔视野。 | 1．了解机器人结构和工作原理，理解机器人示教和再现两种模式。 2．初步掌握机器人的操作要领和示教编程技能。 3．理解机器人的关节坐标系和直角坐标系的定义。 4．掌握关节插补、直线插补的含义及更改方法。 5．学会程序再现运行的方法和再现速度的调节修改。 |
| 2 | 小型雕刻生产线 | 2 | 设计 | 4-5 | 培养学生互助交流、综合运用知识付诸实践及动手能力。 | 提高专业素养；开阔视野。 | 通过固高小型雕刻生产线的演示与操作，了解基于工业控制计算机的数控系统、小型柔性制造系统的结构及工作原理。 |
| 3 | PLC应用 | 2 | 设计 | 2 | 培养学生互助交流、综合运用知识付诸实践及动手能力。 | 提高专业素养；开阔视野。 | 1．通过对传送带启停、传送状态的控制，掌握较复杂逻辑控制指令的编写方法。 2．通过对交通信号灯的控制，以时序图为基础，掌握时序设计法程序设计方法。（选作） |
| 4 | 步进电机控制和交流电机变频调速 | 2 | 综合 | 2 | 培养学生互助交流、综合运用知识付诸实践及动手能力。 | 提高专业素养；开阔视野。 | 1．通过对四相步进电机的控制，掌握步进电机的工作原理、工作方式、步距角等概念。 2．通过变频器对三相交流电机的实现启/停、正/反转、多段速、无极调速控制，掌握变频器的工作原理及工作方式。 |
五、考核方式及成绩评定方式
（a）综合计分方法
| 项 目 | 满分值 |
| 综述报告 | 5 |
| 平时作业 | 15 |
| 课堂分组讨论 | 10 |
| 实验 | 20 |
| 期终考试 | 50 |
| 总计 | 100 |
（b）评分标准
（b.1）综述报告
| 综述报告 | 得分 |
| 检索资料全面，概括综合 | 5分 |
| 检索资料较全面，概括较综合 | 3-4分 |
| 检索资料不全面，或未进行综合 | 0-2分 |
（b.2）平时作业
| 平时作业情况 | 得分 |
| 作业严格按要求并及时完成；书写清晰、逻辑性强，正确率95%以上，没有抄袭情况。 | 13-15分 |
| 作业按要求并及时完成；书写清晰，正确率80%至95%，没有抄袭情况。 | 10-12分 |
| 不能按照作业要求，未及时完成次数少于三次，但改正及时，态度端正。 | 7-9分 |
| 不能按照作业要求，未及时完成，未及时完成次数大于三次，老师指出后改正态度端正并补充完成。 | 4-6分 |
| 不能按照作业要求，未及时完成，老师指出仍不改正次数达三次以上。 | 0-3分 |
（b.3）课堂分组讨论
| 课堂分组讨论 | 得分 |
| 基本概念清晰，解决问题的方案正确、合理，能提出不同的解决问题方案，积极参与课堂交流。 | 9-10分 |
| 基本概念清晰，解决问题的方案正确、合理，积极参与课堂交流。 | 7-8分 |
| 基本概念清晰，能够提出解决问题的基本方案,能参与课堂交流。 | 4-6分 |
| 不能够提出解决问题的基本方案,参与课堂交流少。 | 0-3分 |
（b.4）实验
| 实验成绩评分标准表 |
| 实验准备 （分值占比30％） | 实验操作 （分值占比30％） | 实验报告 （分值占比40％） | 折算 分值 |
| 按预排时间准时到达实验室；预习报告完成率95％以上，且表达准确、书写端正，条理清晰。 | 按要求分组、遵守纪律、认真独立完成实验；原始数据完整准确，且书写端正、修改规范。 | 报告内容完整，正确率95％以上；书写端正并保留完整清晰的计算过程，没有抄袭；对实验过程中存在问题有详细透彻的分析。 | 17-20 |
| 按预排时间准时到达实验室；预习报告完成率80%至95％，且表达基本准确、书写端正，条理清晰。 | 按要求分组、遵守纪律、认真独立完成实验；原始数据完整准确，且书写端正、修改规范。 | 报告内容完整，正确率80%至95％；书写端正并保留完整清晰的计算过程，没有抄袭。 | 13－16 |
| 预习报告完成率60%至80％，且书写端正。 | 按要求分组完成实验；原始数据完整准确，且书写端正。 | 报告内容基本完整，正确率60%至80％，且书写端正。 | 9－12 |
| 预习报告完成率30%至60％。 | 按要求完成实验；原始数据完整。 | 报告内容不完整，指导教师指出后补充完整。 | 5－8 |
| 预习报告完成率30％以下。 | 未能按要求完成实验；原始数据不完整。 | 报告内容不完整，指导教师指出后补充仍不完整。 | 0－4 |
（b.5）期终考试
按照期终考试的标准答案或要求，按百分制评分，总评后折算成50分。
（b.6）成绩汇总示例
| 姓名 | 综述报告 | 平时作业 | 课堂分组讨论 | 实验 | 期终考试 | 总评 |
| 张三 | 4 | 14 | 9 | 18 | 40 | 85 |
| 李四 | 3 | 13 | 12 | 30 | 67 |
| …… | …… | …… | …… | …… | …… |
| 王五 | 4 | 13 | 6 | 15 | 44 | 82 |
| 赵六 | 3 | 12 | 16 | 45 | 82 |
| …… | …… | …… | …… | …… | …… |
六、课程目标达成度自评方式
课程目标达成度评价包括课程分目标达成度评价和课程总目标达成度评价，具体计算方法如下：
达成度评价值计算的具体说明及示例如下表所示。其中：
A0表示总评成绩中作业的目标分值，A表示总评成绩中作业的实际平均得分。
B0表示总评成绩中实验的目标分值，B表示总评成绩中实验的实际平均得分，实验分别为5个课程目标设置，因此对B0和B进行分解，B10、B20、B30、B40、B50分别表示总评成绩中各目标的目标分值，B1、B2、B3、B4、B5分别表示总评成绩中学生的实际平均得分；且有B0=B10+B20+B30+B40+B50，B=B1+B2+B3+B4+B5。
C0表示课程设计的目标分值，C表示课程设计的实际平均得分。
D0表示期末考试的卷面目标分值，D表示期末考试的实际平均得分，在期末试题中，简答题主要用于考核学生对基本理论和方法的掌握程度，分析计算题主要用于评价学生解决工程分析问题的综合能力，两大类型题分别对应4个课程目标，因此，将D0分解为D10、D20、D30 和D40，分别表示期末考试中各目标的卷面目标分值，将D分解为D1、D2、D3、D4，分别表示期末考试中各目标的实际平均得分；且有D0=D10+D20+D30+D40，D=D1+D2+D3+D4。
| 课程目标 | 支撑环节 | 目标分值 | 学生平均得分 | 达成度计算示例 |
| 课程目标1 | 作业 | A0（15） | A |
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| 期末考试 | B0（50） | B |
| 课程目标2 | 实验 | C0（20） | C |
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| 课程目标3 | 综述报告 | D0（5） | D |
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| 课堂讨论 | E0（10） | E |
| 课程总体目标 | 总评成绩 | 100 | A+B+C+D+E |
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七、教材及参考书目
教 材：机电一体化控制技术与系统，计时鸣主编，西安电子科技大学出版社，2009.10，第1版
参考书：【1】机电一体化技术，刘宏新主编，机械工业出版社，2015.9，第1版
【2】机电一体化系统设计(原书第2版)，Devdas Shetty& Richard A. Kolk著，薛建彬等译，机械工业出版社，2016.3，第1版
【3】机电一体化系统设计，张建民主编，高等教育出版社，2014.12，第4版
执笔者：陈国达
课程教学团队成员：赵章风、陈国达、高峰、王志恒、董晨晨
审核者：赵章风
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