導語：如何才能寫好一篇機電系統(tǒng)設(shè)計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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1機電系統(tǒng)設(shè)計課程教學中的問題

對于機電系統(tǒng)設(shè)計這門課程而言，其教學的問題大致可以分為教學內(nèi)容的問題以及教學方式的問題，本文從這兩個方面對其中的主要問題進行分析。

1.1教學內(nèi)容的問題

在現(xiàn)有的機電系統(tǒng)設(shè)計課程當中，其內(nèi)容存在著一定的混亂性以及單一性，首先對于機電系統(tǒng)設(shè)計課程的教材而言，有著不同的版本，并且每一版本當中的內(nèi)容分布都不相同，甚至有些內(nèi)容本身都不同，并且對于機電系統(tǒng)設(shè)計知識的講解深度也有著一定的差別，這就意味著，如果在教師水平相當?shù)那闆r下，不同教材內(nèi)容下培養(yǎng)出來的學生能力也會有著一定的差距，這對于學生未來的發(fā)展極為不利，因為機電系統(tǒng)設(shè)計課程學習越來越深入之后，學生的差距就會越來越大，到后來的實際運用過程當中，學生的實踐能力也會由于理論支撐的差距而產(chǎn)生差距，一部分學生會面臨淘汰的威脅。另外一點就是課程雜亂無章，比如其課程當中包含著微機控制、數(shù)控技術(shù)、計算機技術(shù)、機電系統(tǒng)設(shè)計是機電學當中的主要課程，在機電系統(tǒng)設(shè)計課程的教學當中，一直將機電系統(tǒng)設(shè)計作為一門主干課程進行教學。機電系統(tǒng)設(shè)計是一門綜合性與實踐性比較強的課程，其對于學生的實踐能力要求比較高，而在傳統(tǒng)的教學方式下學生并不能通過課本當中的基礎(chǔ)看到本質(zhì)，機電系統(tǒng)設(shè)計課程的教學改革已經(jīng)勢在必行，本文從目前機電系統(tǒng)設(shè)計課程當中所存在的問題出發(fā)，分析其具體的教學改革的方式。

1.2教學方法的問題

首先教學方式的問題可以分為傳統(tǒng)教學方式的問題與現(xiàn)代教學方式的問題，在傳統(tǒng)的教學方式當中，教師往往采取教師講，學生聽的方式，這種方式學生僅僅是被動的吸取知識，并且對于理論知識的理解程度并不代表著實踐運用能力的程度。而機電系統(tǒng)設(shè)計是一門實踐性要求比較高的課程，所以在教學的過程當中，其教學方法一定要圍繞學生的實踐性出發(fā)，這種傳統(tǒng)的教學方式不僅不能培養(yǎng)學生的實踐能力，還會因為枯燥的理論學習使得學生失去學習興趣。另外一方面在現(xiàn)代教學方法的普及下，在教學領(lǐng)域當中的科技成分越來越高，大量多媒體教學工具、實踐機械教學工具、投影儀等教學工具的使用使得教學效率提高，原本需要三個課時的教學內(nèi)容教師在PPT的講解方式下只需要一個課時，雖然提高教學進度，但是忽視了學生的接收能力與對知識的理解能力，從根本上來說并沒有提高教學效果。

2機電系統(tǒng)設(shè)計課程教學改革策略

根據(jù)上文當中所提出的問題進行分析，探究在面對以上教學問題的情況下如何進行機電系統(tǒng)設(shè)計教學改革。

2.1優(yōu)化教學內(nèi)容

首先針對教學體系而言，需要對機電系統(tǒng)設(shè)計這門課程的教材內(nèi)容進行整合設(shè)計，整體而言可以將教材的內(nèi)容分布進行三個階段的設(shè)置，首先是理論基礎(chǔ)知識階段，讓學生認識機電系統(tǒng)設(shè)計這一項目的原理。第二個階段就是將理論與實際相結(jié)合，也就是結(jié)合實際的案例，讓學生進一步的認識機電系統(tǒng)設(shè)計這門課程的原理。最后一部分就是組織實踐活動，讓學生根據(jù)所學習的知識進行具體的實踐，用實踐來充分論證自己所學習的理論知識。另外一方面就是將教材內(nèi)容進行合理的分配，也就是說要按照具體的機電系統(tǒng)設(shè)計程序來安排教學程序，并且注重知識點之間的連續(xù)性，將電子技術(shù)、計算機技術(shù)、檢測技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、液壓技術(shù)進行結(jié)合，比如數(shù)控技術(shù)與計算機技術(shù)、電子技術(shù)可以運用在機械自動化操作上而檢測技術(shù)、液壓技術(shù)與電子技術(shù)則可以運用在監(jiān)控系統(tǒng)上，并且對制動技術(shù)進行結(jié)合教學。按照時間將知識進行分類教學，增強課程知識點的連續(xù)性。

2.2教學方法的改善

教學方法的改善要從課堂教學與實踐教學兩個方面著手，首先對于課堂教學而言，需要注重學生的知識接收遞進性，循序漸進的接觸新知識，另外要充分利用現(xiàn)代技術(shù)，將多媒體技術(shù)與課堂教學相結(jié)合，但是要在保證學生理解知識的情況下提高教學效率。并且在對學生進行教學的過程當中，最終要的是培養(yǎng)學生的學習思維，特別是對于機電系統(tǒng)設(shè)計這門課程的教學，首先運用豐富的網(wǎng)絡(luò)教學資源，結(jié)合實際教學案例，對其進行教學，讓學生通過了解、思考、判斷、提出問題、分析問題、解決問題的方式，進行學習，增強學生的思維能力。在實踐教學當中，教師要脫離課堂將學生帶到具體的機械車床前進行教學，對于機電系統(tǒng)的構(gòu)造以及運作原理進行教學，并且在教學過后讓學生自己動手實踐，教師在一旁充當引導者的角色，提高學生的實踐動手能力。

3結(jié)語

在機電系統(tǒng)設(shè)計這門課程的教學當中，首先要根據(jù)教學內(nèi)容與教學方式進行著手，分析其中的問題，并且在教學內(nèi)容當中，從教學內(nèi)容的配置與教學內(nèi)容整體性出發(fā)，解決其問題，而教學方式則通過實踐教學與理論教學兩個方面分析其解決策略，促進機電系統(tǒng)設(shè)計課程教學改革。

作者:黃安 曾軍華 單位:江西應(yīng)用工程職業(yè)學院

參考文獻

[1]陳曉東.機電系統(tǒng)設(shè)計課程教學改革研究[J].價值工程,2012,31(17):281-282.

[2]王昊,王化更,謝飛等.以項目教學驅(qū)動機電系統(tǒng)設(shè)計課程教學改革[J].教育教學論壇,2015(01):87-88.

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關(guān)鍵詞：自動回轉(zhuǎn)刀架；刀架控制原理；刀架電氣控制系統(tǒng)仿真

1 數(shù)控機床刀架的介紹

自動換刀系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分。機床的加工性能受刀具夾持原件的結(jié)構(gòu)特性及它與機床主軸的連接方式的直接影響。而機床的換刀效率受到刀庫結(jié)構(gòu)形式及刀具交換裝置工作方式的影響，而整機的成本造價又受自動換刀系統(tǒng)本身及相關(guān)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度的直接影響。

2 數(shù)控刀架的工作原理及電氣設(shè)計

電氣是機械的控制中心，也就是說電氣原理的設(shè)計可以實現(xiàn)機械動作的復(fù)雜操作控制。下面我們通過數(shù)控刀架的電氣知識霍爾效應(yīng)、刀架的接線原理圖和具體的經(jīng)濟型刀架換刀過程等，對電氣原理的運用做進一步的了解。

2.1 數(shù)控車床四工位刀架換刀工作原理

電機會在接到換刀鍵或者換刀的指令后正轉(zhuǎn)，蝸桿、渦輪、軸、軸套由于花鍵的定位作用，同聯(lián)軸器一同轉(zhuǎn)動。軸套外圓上有兩處凸起，能夠限位軸套，使軸套在套筒內(nèi)孔中的螺旋槽內(nèi)作滑動，因刀架與上端齒盤同套筒相連，此時會因套筒的滑動被舉起，使上下齒盤分開，刀架抬起，當套筒繼續(xù)轉(zhuǎn)動時，刀架會被帶動旋轉(zhuǎn)90°（如不到刀位，刀架還可以繼續(xù)轉(zhuǎn)180°、270°、360°），而且此時控制裝置能夠收到由微動開關(guān)發(fā)出的檢測信號，直到刀架轉(zhuǎn)到指定位置，控制裝置會根據(jù)微動開關(guān)提供的刀架已經(jīng)到達指定位置的信號，使電動機反轉(zhuǎn)，此時定位銷會使刀架定位不再回轉(zhuǎn)，刀架則向下移動，上下端齒盤重新壓合。當蝸桿繼續(xù)轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生軸向位移，壓縮彈簧，曲面壓縮開關(guān)使電機停止旋轉(zhuǎn)，從而完成一次轉(zhuǎn)位。微機系統(tǒng)的控制目的就是指四工位自動回轉(zhuǎn)刀架上的四把刀具中的任意一把轉(zhuǎn)到指定的工作位置。

2.2 數(shù)控刀架電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1 霍爾原理在刀架中運用的簡單概述 一臺數(shù)控機床能夠進行生產(chǎn)加工的衡量標準即是它的精度，如果精度不能滿足需求，它就不能進行生產(chǎn)，而霍爾元件檢測的精確性卻在很大程度上保障著數(shù)控機床的精度。在數(shù)控機床上，常用霍爾接近開關(guān)來檢測刀位。首先，在換刀開關(guān)接通時會發(fā)出換刀信號，隨后放大器在電機的驅(qū)動下正轉(zhuǎn)，刀架被抬起，電機則繼續(xù)正轉(zhuǎn)，霍爾元件會在刀架每轉(zhuǎn)過一個工位時進行檢測，判斷是否為所需刀位。若不是所需刀位，電機繼續(xù)正轉(zhuǎn)，直到所需刀架轉(zhuǎn)到工位。

那么從電路的角度來看，當整個電路被接通時，正轉(zhuǎn)線圈自鎖，換刀開關(guān)處于自動檔的位置控制開關(guān)進行自動換刀。而霍爾元件會在刀架轉(zhuǎn)到所需刀位時自動斷開，停止電機。此時翻轉(zhuǎn)電路接通，延遲反轉(zhuǎn)，刀架下降并壓緊。所以從這個過程中我們可以看出來霍爾元件在數(shù)控機床中不但起到了檢測與反饋作用，也是數(shù)控機床精度的可靠性保障。

2.2.2 四工位刀架PLC接線原理圖 機床PLC控制著數(shù)控機床刀架，而普通的四工位刀架用于普通機床，所以控制比較簡單。我們要分析數(shù)控機床的控制原理，其實就是分析車床刀架的換刀過程，而換刀過程其實就是PLC對控制刀架所有I/O信號進行邏輯處理與計算。另外換刀過程也需要設(shè)置一些相對應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)來保證正常進行。在我們分析之前，還得先了解關(guān)于刀架控制的電氣部分。刀架控制電氣部分如下圖所示。圖中a是控制刀架的正反轉(zhuǎn)，是強電部分；圖b控制的是兩個交流接觸器導通和關(guān)閉，實現(xiàn)圖a中強電部分的控制，是弱電部分；圖c部分是直接控制刀架的部分電路，控制繼電器回路及PLC的輸入及輸出回路。

圖中各器件的作用如下：

①M――刀架電動機；

②QF1――刀架電動機帶過載保護的電源空開；

③Km1，Km2――刀架電動機正、反轉(zhuǎn)控制交流接觸器；

④KA1，KA2――刀架電動機正、反轉(zhuǎn)控制中間繼電器；

⑤S1～S4――刀位檢測霍爾開關(guān)；

⑥SB1――啟動按鈕；

⑦SB2――停止按鈕；

⑧C――電容給刀架單項電機不項。

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［關(guān)鍵詞］機電一體化系統(tǒng)設(shè)計；案例教學；學習興趣；創(chuàng)新能力

當前我國正在實施《中國制造2025》規(guī)劃，這對我國工程教育特別是機械工程教育提出了更高的要求，機械裝備制造企業(yè)迫切需要具備機、電、控制、信息處理等多學科融合的機電裝備設(shè)計制造復(fù)合型人才。機電一體化系統(tǒng)設(shè)計是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的一門重要專業(yè)課，它涉及機械技術(shù)、電工電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測技術(shù)、計算機信息處理技術(shù)等相關(guān)技術(shù)，是該專業(yè)所有專業(yè)課中工程性、實踐性、綜合性最強的一門課程，該課程后續(xù)的教學環(huán)節(jié)為畢業(yè)設(shè)計。機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程的任務(wù)是在先修課程的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)工程觀點出發(fā)，綜合運用各種專業(yè)知識，分析機電一體化產(chǎn)品的各組成要素之間的關(guān)系，實現(xiàn)機電系統(tǒng)要求的功能。因此，該課程對于學生全面了解和掌握所修其他課程的聯(lián)系，建立機電一體化的系統(tǒng)思維體系，培養(yǎng)綜合運用專業(yè)知識的能力，具有重要的作用。機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的教學內(nèi)容包括機械系統(tǒng)設(shè)計、傳感器測試、電機與驅(qū)動、微機原理與接口、微型計算機控制等內(nèi)容。各部分內(nèi)容之間相對獨立，課程自身的理論體系不突出，缺乏整體感。另外這些教學內(nèi)容中的有些內(nèi)容在先修課程機械原理、機械設(shè)計、數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機床、機械工程測試技術(shù)、微機原理與接口、單片機原理與接口、微型控制技術(shù)等課程中均有所涉及，極易造成教學內(nèi)容的重復(fù)，給學生一種重復(fù)教學的感覺，從而降低學生對本門課程的興趣。針對上述問題，我校在實施機電一體化系統(tǒng)設(shè)計教學中，以實現(xiàn)機械、電子、控制、信息等各異技術(shù)融合為目標，以實現(xiàn)閉環(huán)運動控制系統(tǒng)的伺服性能為出發(fā)點，以系統(tǒng)接口設(shè)計為主線，以案例教學為教學手段將以上教學內(nèi)容有機結(jié)合，實施案例教學改革。[1][2][3]

一、緒論教學案例設(shè)計

緒論部分是機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程的關(guān)鍵部分，該部分對于學生理解本門的課程的特點和體系結(jié)構(gòu)具有重要的作用，該部分主要突出機電一體化系統(tǒng)的特點、組成、設(shè)計方法以及接口等。在教學過程中，我們首先對數(shù)控車床與非數(shù)控車床兩個案例在結(jié)構(gòu)、功能、優(yōu)缺點上進行對比，機電設(shè)備與非機電設(shè)備的區(qū)別在于增加了大腦“控制器”和神經(jīng)“傳感檢測單元”，從而提高了設(shè)備的自動化程度、精度和效率等。通過數(shù)控機床、機器人、AGV小車、數(shù)控雕刻機等案例介紹機電一體化系統(tǒng)的組成部分及各組成部分的功能，強調(diào)控制器和傳感檢測單元在機電一體化系統(tǒng)中的作用。另外在講解這部分內(nèi)容時，突出機電一體化系統(tǒng)各組成部分之間的接口連接，通過機械接口（聯(lián)軸器、傳動機構(gòu)等）、電子電氣接口（A/D、D/A、放大器、光電耦合器）、通信接口（232串行口、USB、以太網(wǎng)接口等）、軟件協(xié)議接口（TCP/IP協(xié)議、USB協(xié)議等）等案例，講解接口在機電一體化系統(tǒng)中運動、能量、信息傳輸變換中的作用，強調(diào)機電一體化系統(tǒng)通過接口將各異技術(shù)集成在一起，形成特定的功能。在機電一體化技術(shù)方向方面，主要強調(diào)當前“機械功能電子化，電子功能軟件化”的發(fā)展趨勢，通過伺服電機變速代替變速箱，無刷直流電機代替?zhèn)鹘y(tǒng)電刷直流電機，電子表代替機械表，電子秤代替機械秤，高能束加工代替刀具切削加工等案例講解機械功能電子化的發(fā)展趨勢及帶來的優(yōu)勢。通過軟件PID控制算法代替硬件PID控制器，可編程控制器PLC代替邏輯繼電器電路，可編程邏輯陣列FPGA代替專用芯片等案例講解硬件功能軟件化的趨勢及優(yōu)勢。通過以上案例，讓學生深刻認識機電一體化技術(shù)的發(fā)展方向及帶來的優(yōu)點。在緒論部分實施案例教學，可以避免相關(guān)知識點的填鴨式和說教式教學，使學生對機電一體化系統(tǒng)設(shè)計這門課程有一個系統(tǒng)的認識，強化了學生對機電一體化系統(tǒng)組成、功能、設(shè)計方法等知識點的認識。

二、機械系統(tǒng)教學案例設(shè)計

由于教學對象是機械專業(yè)的大四學生，多數(shù)學生一看到“機械系統(tǒng)設(shè)計”這個標題就感覺這部分沒有新的內(nèi)容，認為該部分內(nèi)容是機械設(shè)計課程內(nèi)容的重復(fù)，甚至認為這部分內(nèi)容非常簡單，沒有必要在課堂上講。恰恰相反，機械系統(tǒng)設(shè)計是機電一體系統(tǒng)設(shè)計中最為關(guān)鍵的一部分。因此，在開始講解這部分內(nèi)容前，應(yīng)該首先點明機電一體機械系統(tǒng)設(shè)計與普通機械設(shè)計的區(qū)別，提高學生對該部分內(nèi)容的興趣。在課堂教學中，該部分首先通過如圖1所示的機械一體化系統(tǒng)中典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)，說明機電一體化產(chǎn)品中的機械系統(tǒng)與非機電一體化產(chǎn)品中的機械系統(tǒng)最大的區(qū)別在于：機電一體化產(chǎn)品中的機械系統(tǒng)是微型計算機控制的閉環(huán)系統(tǒng)的組成部分，因此在進行機械系統(tǒng)設(shè)計時必須要考慮機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)（慣性、剛度、摩擦、阻尼、傳動間隙、固有頻率）對閉環(huán)系統(tǒng)伺服性能（快速性、穩(wěn)定性、準確性）的影響。基于這一區(qū)別，展開講解機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對閉環(huán)系統(tǒng)伺服性能的影響，以及如何從機械系統(tǒng)設(shè)計的角度提高整個閉環(huán)系統(tǒng)的性能。機械系統(tǒng)設(shè)計部分的另外一個重要內(nèi)容是傳動機構(gòu)設(shè)計，通過齒輪傳動案例中的間隙、剛度等對伺服性能的影響，說明在機電一體化系統(tǒng)中應(yīng)該盡可能縮短傳動鏈，提高閉環(huán)伺服系統(tǒng)的性能，并以伺服電機變速代替?zhèn)鲃訖C構(gòu)變速、直線電機、力矩電機、電主軸等作為縮短傳動鏈的案例；只有當電機與負載不能匹配的時候才考慮使用傳動鏈進行力矩、速度、轉(zhuǎn)動慣量的轉(zhuǎn)換。齒輪傳動鏈設(shè)計部分包括最佳傳動比的選擇、傳動級數(shù)的選擇、傳動比的分配等，這三部分內(nèi)容的講解都圍繞提高伺服性能為根本目標，重點講解最小轉(zhuǎn)動慣量原則、輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則分配傳動比。為了區(qū)別機械設(shè)計，本部分除重點講解齒輪傳動鏈設(shè)計外，還通過數(shù)控機床旋轉(zhuǎn)進給工作臺、A/C軸雙擺角銑頭、機器人關(guān)節(jié)減速器等案例講解了雙導程蝸桿蝸輪傳動結(jié)構(gòu)、諧波減速器、RV減速器的各自原理以及在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用。

三、計算機測控系統(tǒng)教學案例設(shè)計

計算機測量控制系統(tǒng)是機電一體化系統(tǒng)的核心，它負責采集機械部件的運動信息，并與給定值比較，生成運動控制指令。該部分的教學內(nèi)容在機械工程測試技術(shù)、數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機床、單片機原理與接口、微機控制技術(shù)等課程中均有涉及，因此，在本課程教學中將傳感器、伺服電機、工業(yè)控制機結(jié)合起來，以工業(yè)控制機為中心，以接口為橋梁，將相關(guān)內(nèi)容通過案例整合在一起。首先簡單介紹增量式旋轉(zhuǎn)編碼器、光柵、感應(yīng)同步器等位移測量傳感器的位移測量和辨向原理，由于上述傳感器直接輸出相位相差90度的正弦信號，因此隨后重點講解傳感器的接口電路如何對正弦信號處理獲得相位相差90度方波信號，以及如何完成變相細分等功能。在控制電機部分，重點介紹了步進、直流、交流電機的功率驅(qū)動電路，如斬波恒流功放電路、PWM原理、SP－WM原理等，比較了三種電機在扭矩和功率輸出特性上的不同點。最后以8051單片機為處理器，使用Proteus軟件設(shè)計了教學案例[4][5]，涉及位移傳感器測量接口電路和D/A轉(zhuǎn)換接口電路，PID數(shù)字控制等知識點。

四、機電一體化系統(tǒng)教學案例設(shè)計

機電一體化系統(tǒng)是一個機械、電子、控制、信息等各異技術(shù)相融合的系統(tǒng)，在機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程的最后一章，以電腦刺繡機為設(shè)計實例，通過對這一典型機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計過程，使學生能夠根據(jù)設(shè)計需求綜合應(yīng)用機械系統(tǒng)設(shè)計、傳感器測試、電機與驅(qū)動、微機原理與接口、微型計算機控制等各方面知識來設(shè)計一個機電一體化的系統(tǒng)。如圖2所示，刺繡工藝的動作包括繡框在x、y兩個方向的直線往復(fù)運動和繡針在z方向的連續(xù)上下往復(fù)直線運動，通過這兩類運動的配合和刺料機構(gòu)的作用形成線跡，繡框在x、y兩個方向的移動距離決定了線跡的長度和方向，繡品由線跡的集合構(gòu)成。繡針在織物上方時，繡框沿x、y兩個方向移動到指定的位置，當繡針自上而下落到織物表面時，繡框停止移動，在刺料機構(gòu)的作用下即完成一針線跡的動作。根據(jù)機電一體化系統(tǒng)的幾個功能要素，電腦刺繡機由微機控制系統(tǒng)（控制與信息處理單元）、移框步進電動機及主軸電動機（驅(qū)動與執(zhí)行單元）、x、y、z三個方向的傳動機構(gòu)及刺料機構(gòu)（機械傳動單元）、針桿位置傳感器（傳感檢測單元）、220V單相交流電源（動力單元）、機架（機械結(jié)構(gòu)單元）以及各部分之間的接口組成。由刺繡打版機輸出的刺繡花樣數(shù)據(jù)保存在電腦刺繡機的EPROM或磁盤中，電腦刺繡機的工作過程如下：控制微機啟動主軸運轉(zhuǎn)，由刺料機構(gòu)帶動旋梭和針桿運動，微機從刺繡花樣數(shù)據(jù)文件中順序讀取每一針的x、y相對位移坐標，根據(jù)坐標數(shù)據(jù)通過兩個電機的協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)驅(qū)動繡框在平面內(nèi)進行移動，微機通過讀取針桿位置檢測器的信號使繡框的平面移動與刺料機構(gòu)的運動相互配合。電腦刺繡機設(shè)計參數(shù)的計算主要包括x、y、z三個方向運動件的運動參數(shù)和動力參數(shù)的計算、結(jié)構(gòu)參數(shù)計算以及品質(zhì)參數(shù)、環(huán)境參數(shù)和界面參數(shù)的確定。運動參數(shù)計算主要包括主軸轉(zhuǎn)速范圍的確定、繡框位移計算、繡框位移與主軸轉(zhuǎn)動的運動配合、繡框運動速度計算、主軸轉(zhuǎn)速計算、x、y步進電動機工作頻率及傳動比計算、移框加速度計算等；動力參數(shù)計算主要包括刺料機構(gòu)驅(qū)動功率計算、移框步進電動機驅(qū)動力矩計算等；結(jié)構(gòu)參數(shù)計算主要指刺繡機工作臺面的長、寬、高三個方向尺寸的計算及機頭頭距的計算；品質(zhì)參數(shù)主要包括系統(tǒng)可靠性、傳動精度等；環(huán)境參數(shù)包括工作電壓、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度等；界面參數(shù)則用于表征機器的人—機對話方式和功能。系統(tǒng)各部分之間通過接口進行連接，主要的接口包括微機系統(tǒng)前向通道與各傳感器模塊的接口以及微機系統(tǒng)后向通道與各功率驅(qū)動模塊的接口，各接口通過采用光電隔離技術(shù)防止外部模塊對微機系統(tǒng)的回饋干擾以及防止強電信號對微機電源的干擾。盡管電腦刺繡機由微機對刺繡工藝實行全面控制，但刺繡過程會出現(xiàn)斷線、斷針等隨機因素。為保證刺繡工藝的準確進行，系統(tǒng)必須對針桿位置、繡線通斷狀況、繡框極限位置進行實時檢測，因此，系統(tǒng)必須包含繡針布上布下位置檢測、針桿最高位置檢測、斷線檢測、繡框越界檢測等傳感檢測模塊。各傳感器模塊與微機系統(tǒng)前向通道之間需要進行接口設(shè)計，另外，微機系統(tǒng)后向通道與電機驅(qū)動模塊之間也需要進行接口設(shè)計。微機控制系統(tǒng)是電腦刺繡機系統(tǒng)的核心，根據(jù)用戶要求和工藝分析，控制微機除完成用戶的基本要求外，還應(yīng)具備花樣存儲與選擇功能、記憶功能、工作狀態(tài)顯示功能、各種進退針功能等功能。微機控制系統(tǒng)設(shè)計除滿足上述設(shè)計要求外，還應(yīng)對控制微機的軟硬組成方案進行初步設(shè)計。

五、結(jié)束語

針對機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程工程性、實踐性、綜合性最強的特點，圍繞機械一體化閉環(huán)伺服系統(tǒng)的各組成要素，實施案例教學，通過典型案例實現(xiàn)理論教學和實踐教學相結(jié)合的教學方法，不但加深了學生對機電一體化系統(tǒng)的理解，而且提高了學生學習興趣、自學能力和創(chuàng)新能力，取得了良好的教學效果。

［參考文獻］

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［3］覃金昌，陳志.基于Simulink和GUI的機電一體化課程案例仿真教學研究［J］.機械工程師，2016（5）：22-24.

［4］李琦，王基，劉永葆.《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程教學改革與實踐［J］.高等教育研究學報，2010（1）：100-101.

篇4

[關(guān)鍵詞]機電一體化；教學；工程實踐；改革

中圖分類號：TH-39；G712 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）06-0298-01

1 課程改革的緊迫性

《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程是我?！皺C械設(shè)計制造及自動化”專業(yè)的一門專業(yè)主干課程。目的是培養(yǎng)學生對機電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用和設(shè)計能力。本課程的基本任務(wù)，是使學生掌握對機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計原理及分析應(yīng)用的基本方法，是一門集理論性、實踐性、綜合性于一體的專業(yè)主干課程。

然而，當前的教學仍然沿用傳統(tǒng)單一的教學模式。只注重理論知識的教學， 整個教學活動是在課堂中完成的，學生接觸不到實物，看不到實訓儀器儀表和設(shè)備，在學習過程中會感到文字敘述抽象、枯燥乏味，調(diào)動不起來學習的興趣。特別是學生動手操作的機會甚少，故理論與實踐教學的差距較大。

2 教學改革

教學改革從兩個方面進行。

首先，課程內(nèi)容需要進行改革。《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程涉及的知識非常廣泛，前期已經(jīng)對一些主要內(nèi)容進行了多學時的專門課程講授，如微機原理、機械原理、機械設(shè)計、控制系統(tǒng)設(shè)計等，如果是對這些內(nèi)容的重復(fù)和回顧，那么，勢必造成同學們普遍對該課程提不起興趣， 教學效果很不理想。 因此， 課程內(nèi)容的設(shè)置上必須要有所突破。

教學內(nèi)容的改革主要抓住“機械設(shè)計制造及自動化”專業(yè)的特色，突出機械設(shè)計、制造和自動化相關(guān)能力的培養(yǎng)，理論教學上以機械為本體、機電一體化結(jié)合進行講解，偏重實例教學和工程實踐學習。因此，減少理論教學課時，同時，理論教學部分內(nèi)容分配較多的課時講授諸如數(shù)控機床、工業(yè)機械手、機器人、快速成型設(shè)備等典型的機電一體化產(chǎn)品實例，采用針對性、實用性、適當性的教學手段，如CAI教學、專業(yè)仿真教學等。增加實踐教學，更新實踐教學內(nèi)容。我院近年十分重視實驗室建設(shè)，擁有浙江省重點實驗室，購置了多種機電一體化實驗設(shè)備，能夠滿足實踐教學內(nèi)容的調(diào)整。

其次，教學方法上需要進行改革。采用多種教學手段， 引入課堂討論題目和設(shè)計實例，有利于學生對所述內(nèi)容的深入思考和掌握運用。組織和鼓勵學生參加科研活動，增強學生對本專業(yè)發(fā)展的了解和對所學知識重要性的認識， 激發(fā)學生的學習興趣。教學方法從如下幾點進行改革：1）開展頭腦風暴活動，重新定位課程體系，建立基于工程實踐的課程體系；2）進行廣泛的興趣調(diào)研，確立典型工作任務(wù)，以典型工作任務(wù)為載體，讓學生在完成具體任務(wù)的過程中來學習，實現(xiàn)學習與工程實踐的一體化； 3）邀請不同學科的優(yōu)秀教師參與課程開發(fā)，對課程相關(guān)內(nèi)容進行更加深入和明確的講解；4）采用項目導向、任務(wù)驅(qū)動等行動導向教學方法，實現(xiàn)理論與工程實踐一體化教學。

教學方法實施的一個具體實例如下：按照基于工程實踐的機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的教學設(shè)計方案，執(zhí)教教師從每一小組任選一名學生，把自己課外時間所預(yù)習的本堂課內(nèi)容利用PowerPoint講述給全班同學和老師聽，每名學生大約講述10分鐘，講完之后其他學生有2分鐘左右的提問時間。執(zhí)教教師在第一節(jié)下課前布置第二節(jié)所要進行探討的主題。在第2節(jié)課， 學生們分組討論主題。執(zhí)教教師和協(xié)調(diào)員巡視各組， 檢查并參與各組的討論。討論期間各組成員可以面對面進行問題分析探討，然后由各小組推選一名代表總結(jié)本小組的討論結(jié)果，如果小組成員覺得意猶未盡，課下也可繼續(xù)探究，得出結(jié)論。最后，由執(zhí)教教師提出問題及修改建議，并給出相應(yīng)資源。

通過改變原教學計劃，建立基于工程實際的教學計劃，本課程改革得出的模式要素及其之間的關(guān)系與原先的計劃基本相同，但是某些要素需要增加或改進。例如：針對實驗實踐教學，將科研使用的設(shè)備與元器件搬入課堂，直觀形象化教學，其關(guān)鍵在于學習內(nèi)容是通過形象的實際設(shè)備和元器件，再現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用情景等形式得以顯現(xiàn)，學生積極參與其中，便于學生學習，但是還需要添加更為具體實用的工具和機構(gòu)，能夠讓學生輕而易舉的動手實現(xiàn)；針對理論知識學習，執(zhí)教教師認為采用僅僅通過講解PowerPoint講稿的形式效果不好，不利于學生的理論知識學習，擬采用學生提前準備教師將要講的知識點相關(guān)知識，在課堂上進行探討式教學，提高教學效果。

篇5

【關(guān)鍵詞】信息處理 控制子系統(tǒng) 設(shè)計

一、信息處理和控制子系統(tǒng)設(shè)計過程

信息處理與控制子系統(tǒng)的設(shè)計是圍繞著執(zhí)行子系統(tǒng)的功能需求而進行的，信息處理與控制子系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容有：

1.確定控制子系統(tǒng)的整體方案。構(gòu)思控制子系統(tǒng)的整體方案必須深入了解被控對象的控制要求。關(guān)鍵問題有：（1）控制方式及其與計算機的匹配條件。對于一個機電一體化系統(tǒng)，要實現(xiàn)某些功能可采用多種控制方案、多種控制方法。計算機系統(tǒng)的主要作用是實現(xiàn)一定的控制策略和完成一定的信息處理。當控制系統(tǒng)的功能和主要性能指標確定后，對計算機的基本要求也就隨之確定了。由于工業(yè)控制計算機有多種類型，每種類型又包含多種產(chǎn)品，往往有多種方案可以實現(xiàn)同一控制目標。（2）應(yīng)考慮驅(qū)動部件的類型和執(zhí)行部件（機構(gòu)）的類型。（3）應(yīng)考慮對可靠性、精度和快速性有什么要求。（4）應(yīng)考慮微機在整個控制系統(tǒng)中的作用，是設(shè)定計算、直接控制還是數(shù)據(jù)處理。微機應(yīng)承擔哪些任務(wù)，為完成這些任務(wù)，微機應(yīng)具備哪些功能，需要哪些輸入/輸出通道，配備哪些外圍設(shè)備。（5）畫出控制子系統(tǒng)組成的初步框圖，作為下一步設(shè)計的依據(jù)。

2.確定控制算法。應(yīng)對控制子系統(tǒng)建立數(shù)學模型，確定其控制算法。控制算法決定了控制系統(tǒng)的優(yōu)劣。應(yīng)根據(jù)不同的控制對象、不同的控制指標要求選擇不同的控制算法。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，其算法也較復(fù)雜，使控制較難實現(xiàn)。為此需進行某些合理簡化，忽略某些次要影響因素，使控制算法簡化，以獲得較好的控制效果。

3.控制子系統(tǒng)總體設(shè)計?？刂谱酉到y(tǒng)要綜合考慮硬件和軟件措施，解決微型機、被控對象和操作者三者信息交換的通路和分時控制的時序安排問題，保證系統(tǒng)能正常地運行。通過總體設(shè)計，畫出系統(tǒng)的具體構(gòu)成框圖。

4.軟件設(shè)計。微機控制系統(tǒng)的軟件主要分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，軟件設(shè)計主要指應(yīng)用軟件的設(shè)計?？刂谱酉到y(tǒng)對應(yīng)用軟件的要求是具有實時性、針對性、靈活性和通用性。系統(tǒng)的硬件和軟件需合理結(jié)合。在機電一體化系統(tǒng)中，哪些功能用硬件實現(xiàn)、哪些功能用軟件實現(xiàn)等都是設(shè)計時應(yīng)考慮的重要問題。對于運算與判斷、處理等功能適宜用軟件來實現(xiàn)，而其余不少的功能既可用硬件來實現(xiàn)，又可用軟件來實現(xiàn)。為了合理組成控制系統(tǒng)的硬件和軟件，通常根據(jù)系統(tǒng)的經(jīng)濟性和可靠性綜合最優(yōu)來確定。

二、信息處理與控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.電子部件設(shè)計

電子系統(tǒng)的標準部件設(shè)計與機械部件設(shè)計過程大為不同。對于簡單部件，如電容器、電阻器、電位計和變壓器等，可以像機械設(shè)計那樣，將部件設(shè)計理解為確定其所有基本性質(zhì)的過程。部件完全被單個元件的（機械）結(jié)構(gòu)所定義，每個元件又由其形狀、尺寸、材料、表面質(zhì)量所描述。當然，電磁性質(zhì)對于材料的選擇是非常重要的。對于像半導體和集成電路這樣的復(fù)雜功能部件，對基本設(shè)計性質(zhì)的確定并不能充分地解釋所有可直接處理的設(shè)計性質(zhì)。隨著超大規(guī)模集成電路部件上晶體管數(shù)量的驚人增長，電子部件設(shè)計只能在計算機輔助下，采用層次化、面向系統(tǒng)的方法來進行。電子部件主要由專業(yè)化公司設(shè)計，在許多方面都實現(xiàn)了高度標準化，如部件值及公差、功能說明、機械封裝（如雙列直插式封裝、表面貼裝技術(shù)封裝）、溫度范圍等。只有在一些特殊情況下，機電設(shè)計者才需要自行設(shè)計電子部件。

2.電路設(shè)計

在電子系統(tǒng)中，可以進行電路的功能設(shè)計而幾乎獨立于其物理實現(xiàn)，其結(jié)果就是電路設(shè)計（二維）與電子封裝設(shè)計（三維）的分離。電路基本上是由具有傳導聯(lián)系的功能部件所構(gòu)成的二維結(jié)構(gòu)。很少從頭開始設(shè)計一個電路。對于典型的功能需求，在技術(shù)資料中存在著大量的概念原理解，如放大器、振蕩器、濾波器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器電路等。電路設(shè)計是利用已有元器件創(chuàng)造出新的結(jié)構(gòu)。在設(shè)計時，可將設(shè)計任務(wù)由頂向下地細分為子問題，直至其對應(yīng)于已知方案解或已知集成部件。電路設(shè)計主要基于分析和尺寸確定方法。一旦確定電路圖結(jié)構(gòu)，就可詳細地計算其性能并進行仿真。因而通常的做法是快速提出一個方案解用于電路分析，然后修改該方案直至滿足設(shè)計要求。由于一些因素的存在，使得電路功能難以完全獨立于電路圖的物理實現(xiàn)（即封裝），例如：導體尺度限制了能量傳輸和轉(zhuǎn)換率；電路中的熱功耗完全依賴于機械結(jié)構(gòu)；電磁屏蔽對于微處理器的正常運行極其關(guān)鍵；過小的尺寸會引起信號載體間的反饋和串擾；制造公差使得一些規(guī)定功能產(chǎn)生了偏差。需要注意的是，以上多數(shù)問題都與信號中的能量因素有關(guān)，它們實際上是電路設(shè)計師和封裝、機械設(shè)計師的“接口”問題。與機械設(shè)計相比，電子系統(tǒng)的功能設(shè)計和物理實現(xiàn)相互之間更加獨立。在描述電子變換功能、部件結(jié)構(gòu)的圖形建模方面，都有相應(yīng)理論和方法存在，但設(shè)計綜合理論非常少。在一定程度上，機械設(shè)計理論可以應(yīng)用于電子部件設(shè)計和電子封裝設(shè)計。

三、信息處理與控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

在軟件系統(tǒng)方案設(shè)計中，主要問題是生成必需的變換和數(shù)據(jù)的整體結(jié)構(gòu)。對于一個給定的系統(tǒng)，這個結(jié)構(gòu)通常是唯一的，而其中的程序模塊（如算法）則往往能夠再次應(yīng)用于其它設(shè)計。但是目前，能夠明確軟件模塊的功能和輸入輸出的標準化方法還不存在，這就意味著難于進行功能的分類，軟件模塊的重用也極其有限。所以，軟件設(shè)計中的問題通常是“新”的，需要尋求未知解。軟件工程中的設(shè)計建模是個薄弱環(huán)節(jié)。軟件設(shè)計非常抽象，只有進入編程階段，設(shè)計者才能使用文字和圖表來表達設(shè)計的結(jié)構(gòu)和功能。即使在編程階段，設(shè)計工作也只能通過程序清單和輸入/輸出數(shù)據(jù)來進行追溯和記錄。這樣就不可避免地在軟件設(shè)計者和外行之間產(chǎn)生了隔閡，因為只有在設(shè)計即將完成、程序即將嵌入硬件中時，才能夠?qū)ο到y(tǒng)的功能進行測試——而這時再想做出任何重大的修改往往就為時已晚了。為了解決這類問題，已經(jīng)出現(xiàn)了一些方法，例如快速原型設(shè)計，即對早期、粗略的程序思想進行功能建模，以期盡快得到用戶反饋、及早發(fā)現(xiàn)錯誤，做出修改。但即使應(yīng)用快速原型設(shè)計方法，設(shè)計者也有必要大量使用圖形，以便與外行就它的程序功能進行交流。

參考文獻

篇6

關(guān)鍵詞：項目教學；機電系統(tǒng)設(shè)計；教學改革；本科教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）01-0087-02

機電系統(tǒng)設(shè)計是機械和電子的完美結(jié)合的學科，是機械學、信息學、控制理論、執(zhí)行元件、傳感技術(shù)和總體設(shè)計等諸多方面，在機械專業(yè)中占有比較重要的地位。學生在學習工程中，由于實際經(jīng)驗欠缺，加之課程牽涉面廣，學習難度比較大，故而在學習過程中不可避免會存在各種各樣的問題。因此，要求在教學過程中，教師要想法設(shè)法、千方百計地通過不同的教學方式，調(diào)動學生的積極性，引導學生充分認識機電系統(tǒng)設(shè)計這門課的重要性，從而提高學生的動手能力和實踐能力，以及總體素質(zhì)，從而使學生求職時增加在機電系統(tǒng)設(shè)計行業(yè)內(nèi)的選擇機會。

項目教學法目前在我國的職業(yè)教學實踐方面已經(jīng)有所涉及。但是在本科教學中還很少使用，為了讓機械專業(yè)的學生通過項目教學直接深入到機電工程領(lǐng)域的實際工程應(yīng)用，本文提出應(yīng)用項目教學對機電系統(tǒng)設(shè)計課程進行的本科教學改革的嶄新思路。

一、項目教學法的本質(zhì)

關(guān)于項目教學法的起源，眾說紛紜。我們國家著名教育家陶行知先生所提倡的“在學中做，在做中學”的教育理念與此相似。這種教學模式，將項目教學法貫徹到某課程的教學過程中，通過組織學生真實地參加項目選題、方案設(shè)計，管理項目的全過程，在項目實施的過程中完成教學任務(wù)、實現(xiàn)教學目的，從而培養(yǎng)學生的實踐能力、分析能力及其他關(guān)鍵能力。

項目教學法擯棄了傳統(tǒng)的教學以教師講授為主，學習以課本為主的模式，強調(diào)理論聯(lián)系實際、創(chuàng)新開拓精神和團隊合作精神，是一種很新教育模式。該方法可以充分應(yīng)用課堂理論知識解決生活中、工程中的實際存在的問題，并且通過解決項目加深對理論知識的理解，從而起到了培養(yǎng)學生綜合能力的目的。因此，項目教學法完全體現(xiàn)了現(xiàn)代教育“素質(zhì)教育”的本色。

二、項目教學法的實施步驟

項目教學法主要特點理論與實踐相結(jié)合，在學習理論知識的基礎(chǔ)上，加強學生實踐能力的培養(yǎng)。這種方法有利于培養(yǎng)學生的多種能力，如：展示學生的創(chuàng)造性，培養(yǎng)了學生解決實際問題的能力，以及對項目的管理能力。項目教學法的整個教學過程，分為以下幾個階段：

1.項目教學動員階段。項目教學法開始之前，積極組織學生參加動員大會，由學院相關(guān)領(lǐng)導、學科主任、專職教師、實驗室教學教師及相關(guān)人員參加。會上要注意強調(diào)項目教學法此項教學改革的重要性，以及將對學生起到的重要作用，特別是機電系統(tǒng)設(shè)計項目教學法將強化學生以前動手能力比較弱的薄弱環(huán)節(jié)，是學生接觸工程和生活中的實際項目的大好機會，也是提前將學生的理論知識和將來的工作相聯(lián)系的重要環(huán)節(jié)。并對學生提出希望，希望學生切實發(fā)揮自己的主觀能動性和創(chuàng)造性。學院和教研室將對學生提供各種指導條件和實驗條件，并且?guī)椭笇W生如何保護自己的具有知識產(chǎn)權(quán)的作品。

2.題目擬定階段。學生自主分組或教師給學生分組，要求學生要充分發(fā)揮主觀能動性，通過廣泛查閱資料、主動思考，開拓思維，乃至市場調(diào)研擬定本小組的題目。教師在這個過程必須要干預(yù)，要求學生選定的題目適合小組各組員的特長和興趣，并且要求項目既要體現(xiàn)一定的創(chuàng)新性、實用性，并且具備一定的挑戰(zhàn)性，而且要成本適中、切實可行、不可好高騖遠。對于項目中所用到的新知識新理論，指導教師也要能否準確把握。項目經(jīng)過教師的指導和學生們的努力在有限的時間內(nèi)可以順利完成。

3.可行性論證階段。此階段對于項目是否能夠真正實施非常重要。項目組必須在廣泛的調(diào)查研究的基礎(chǔ)上撰寫項目可行性論證報告、并詳細確定項目進程計劃。在安排研究進度的時候，最好能夠基本上與課堂教學進度并行，即：首先是機械機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)、然后是計算機、控制系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)以及系統(tǒng)綜合設(shè)計[4]。

教師必須認真檢查并核實項目組的可行性分析及方案設(shè)計。若項目不可行或者不具備研究基礎(chǔ)，教師應(yīng)該引導學生及時更換題目，重新進行可行性評估和方案設(shè)計，這樣雖然暫時會影響到項目進程，但是可以保證將來不影響后續(xù)工作進一步展開。

4.具體實施階段。此階段至關(guān)重要，要求學生必須按照計劃實施并按照要求做好階段總結(jié)，并及時發(fā)現(xiàn)問題。本階段，學生將碰到很多新的知識，可能沒有接觸過。教師就要按照需求指導學生進行自學和講解，以培養(yǎng)學生的學習能力和解決實際問題的能力、從而進一步提高學生的創(chuàng)造性思維。需要學生學習的內(nèi)容，指導教師要合理把握，只要能夠基本達到項目的研究需要就可以了。項目的實施過程中，學生將有大部分工作需要在實驗室中完成，一定要強調(diào)學生要注意安全。對于需要設(shè)計加工的項目，指導教師要著重指導學生按照機電系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計手冊進行合理設(shè)計，從而可以順利完成設(shè)計和加工的任務(wù)。

在此過程中，由于學生面對的是解決項目所需要面對的各種各樣的問題，最能增強學生綜合素質(zhì)。教師在項目教學法的實施過程中，要非常注意培養(yǎng)學生自己發(fā)現(xiàn)問題、自己分析問題和自己解決問題的能力，引導學生自己去解決問題，充分推動學生的主動研究、主動思考的水平和能力。

5.成果匯報階段。成果匯報的形式可以多種多樣，希望每一組的同學能以研究總結(jié)報告、學術(shù)論文或者其他形式的文本呈現(xiàn)本小組的研究成果。寫作的過程中要求學生按照正式的項目報告和學術(shù)論文形式進行撰寫。另外，要求學生在寫作時需要體現(xiàn)項目完成過程中的管理過程。報告或?qū)W術(shù)論文中要體現(xiàn)項目的先進性以及所存在的不足。

6.成績考評階段。以每個項目小組為單位，根據(jù)學生遞交的成果，教師應(yīng)認真考核學生完成項目的情況。針對機電系統(tǒng)設(shè)計項目的各系統(tǒng)的設(shè)計、實現(xiàn)方式、功能、軟硬件設(shè)計以及最終的項目報告等分別進行考評，并且最終給出小組的綜合考評成績。然后，在此基礎(chǔ)上根據(jù)項目中的分工合作情況，給出單個學生的考評成績?？荚u中要特別注意學生在完成項目的過程中出現(xiàn)或提出的問題，以及如何分析和解決這些問題的。

7.項目拓展階段。對于考評成績優(yōu)秀的小組可以組織學生以學術(shù)論文的形式向會議或者期刊投稿、申報專利、參加競賽的形式進一步進行項目拓展。對于確實優(yōu)秀、具備創(chuàng)新性并且具有一定市場的優(yōu)秀項目可以由學校出面進行項目推介，讓項目走向市場。

三、項目教學法需要注意的問題

1.關(guān)鍵在于教師素質(zhì)。在機電系統(tǒng)設(shè)計課程的本科教學中實施項目教學法對指導教師提出了非常高的要求。要求教師非常熟悉機電系統(tǒng)設(shè)計產(chǎn)品的設(shè)計管理流程，具備機電系統(tǒng)設(shè)計的產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)驗，對設(shè)計過程中各個步驟、環(huán)節(jié)以及有可能會碰到的問題做到心中有數(shù)。要求教師善于調(diào)動學生的積極性和創(chuàng)造性，并且本身同樣具備敏銳的思維方式，善于發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。

2.需要實驗室軟硬件支持。項目的實施過程中，學生們需要在實驗室中完成大部分工作，因此，需要現(xiàn)有的實驗室在軟硬件配備方面還要適當加強，使得實驗室的條件足以支撐各個項目的完成。

3.需要經(jīng)費支持。項目在實施過程中，硬件的采購，電路設(shè)計與加工、機械部件設(shè)計與加工、系統(tǒng)的調(diào)試等環(huán)節(jié)均需要一定的經(jīng)費支持。

四、結(jié)論

本文提出應(yīng)用項目教學法對機電系統(tǒng)設(shè)計課程本科教學進行教學改革的方案，該法將理論與實踐相結(jié)合，激發(fā)學生學習興趣和熱情，培養(yǎng)學生開拓性思維，使學生能夠以項目的形式深入機電系統(tǒng)設(shè)計產(chǎn)品設(shè)計及項目管理，著重培養(yǎng)學生在機電系統(tǒng)設(shè)計產(chǎn)品設(shè)計中的自己發(fā)現(xiàn)問題、自己分析問題和自己解決問題的能力。學生在項目教學法中所得到的成果，有可能成為機電行業(yè)的敲門磚。項目教學法將在提高學生素質(zhì)、拓寬知識面和就業(yè)廣度等方面有所建樹。

參考文獻：

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篇7

Abstract "The Design of Mechatronics System" is a practical and comprehensive curriculum， but there are disadvantages like outdated content， insufficient practicality monotonous teaching methods in the present teaching.In order to improve the the effect and quality of teaching，and to strengthen the students' practical ability， a series of reform measures on the teaching goal， teaching content， teaching methods， teaching practice and exam method are proposed.

Key words The design of mechatronic system； teaching system； higher vocational education； reform measures

高等職業(yè)教育近幾年來在中國得到了飛速發(fā)展，高等職業(yè)教育的培養(yǎng)目標是具備某一特定職業(yè)或職業(yè)群所需綜合職業(yè)能力的，為生產(chǎn)和管理第一線服務(wù)的應(yīng)用型、技術(shù)型人才。而傳統(tǒng)的課程教學體系已遠遠不能適應(yīng)技術(shù)技能型人才培養(yǎng)的目標，改革課程的教學體系，加強學生動手和應(yīng)用能力培養(yǎng)是實現(xiàn)高等職業(yè)教育辦學特色的根本途徑。

高等職業(yè)教育機電類畢業(yè)生主要面向現(xiàn)代制造業(yè)等高新技術(shù)企業(yè)從事機電一體化產(chǎn)品、現(xiàn)代制造設(shè)備、IT產(chǎn)品、生物醫(yī)藥產(chǎn)品等智能化生產(chǎn)線的設(shè)計、安裝調(diào)試、運行維護、生產(chǎn)管理和經(jīng)營銷售等技術(shù)工作。“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”是高職機電類專業(yè)的一門重要的專業(yè)核心課程，對培養(yǎng)學生機電產(chǎn)品設(shè)計、控制及調(diào)試能力具有重要作用。這門課程涉及了PLC、單片機、傳感與檢測、機電傳動控制等多門課程的知識，綜合性、系統(tǒng)性和應(yīng)用性強，僅僅通過課堂教學是遠遠無法達到這門課程的教學目標的。本文結(jié)合“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”課程教學中存在的問題，為高等職業(yè)教育教學體系的改革做一些有益的探討。

1 存在的問題

（1）內(nèi)容多。對機械類專業(yè)本科生而言，“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”的教學內(nèi)容包括機電一體化相關(guān)概念、機械系統(tǒng)、機電接口技術(shù)、氣動執(zhí)行機構(gòu)、伺服系統(tǒng)、微機控制與編程、檢測傳感裝置、典型機電一體化系統(tǒng)實例等諸多內(nèi)容。許多學生反映知識點多而繁雜，難以記住。

（2）難度高?！皺C電一體化系統(tǒng)設(shè)計”的教學內(nèi)容中的步進電機和交流伺服電機的控制，涉及復(fù)雜的參數(shù)設(shè)置和接線，接口技術(shù)中涉及不同I/O模塊的校準、轉(zhuǎn)換與編程，這些知識抽象，理解起來比較困難，很多同學在學習時都是一臉茫然，叫苦不迭。

（3）不會用?！皺C電一體化系統(tǒng)設(shè)計”課程中涉及許多機電一體化元器件，上課時老師很賣力地講，學生凝神地聽，但是實際中使用這些元器件時，往往不會選擇型號，選擇了型號又不知道如何接線。

（4）教學方法單一。這是高職“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”課程的主要問題。受傳統(tǒng)教育觀念的影響，課堂形成了“講臺上老師滔滔不絕，講臺下學生昏昏欲睡”的狀況，結(jié)果是“老師怒其不爭，學生卻哀其不幸”。這種教學局面形成造成了學生根本無法真正理解機電一體化課程的基礎(chǔ)知識，很多學生學了一學期卻還不知道如如何控制機電一體化設(shè)備，這樣的教學無法達到課程的教學目標。

（5）教材內(nèi)容不適應(yīng)高職教育的新要求。目前可以將學校中使用的“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”教材歸為兩類，一類是常規(guī)類，另一類是項目驅(qū)動類。常規(guī)類教材按照機電一體化的概念、機械系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、接口技術(shù)、控制系統(tǒng)等內(nèi)容劃分各個獨立章節(jié)。這類教材具有完整的體系、模塊化的結(jié)構(gòu)、層次分明的內(nèi)容，但其重理論輕實踐，實理脫節(jié)，對職業(yè)院校學生的工程應(yīng)用能力培養(yǎng)不足。如果任課教師按照教材的順序進行教學，學生就難以搞清楚如何設(shè)計并控制某一種機電一體化產(chǎn)品，不利于培養(yǎng)學生的機電設(shè)計能力和編程控制思維。項目驅(qū)動式類教材能從職業(yè)崗位需求出發(fā)，以項目和任務(wù)引出知識點。該類教材編寫形式直觀生動，增強了可操作性和可讀性。但是，該類教材的系統(tǒng)在面向職業(yè)崗位的系統(tǒng)性方面稍顯不足。當學生很努力地學會了書本知識，信心滿滿地去設(shè)計一個新項目時，卻仍然感覺無從下手。

2 改革措施

2.1 教學目標

教學的目標不僅要使學生必須掌握典型機電一體化元器件與典型機電一體化設(shè)備的基本原理，形成機電一體化技術(shù)的思維理念，更重要的是根據(jù)實際情況會合理選用機電一體化元器件型號，能夠根據(jù)元器件說明書接線，將若干元器件組合成機電一體化系統(tǒng)完成一定的控制功能。

2.2 教學內(nèi)容

機電一體化技術(shù)是發(fā)展非常迅速的一種技術(shù)，市場上新技術(shù)、新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，但現(xiàn)有的“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”教材內(nèi)容比較陳舊，與實際生產(chǎn)脫節(jié)；偏重理論講解，應(yīng)用實例少，實用性差；實物插圖少，內(nèi)容抽象；機電一體化實例不夠典型，不能與前面章節(jié)形成有效融合。

根據(jù)目前教材中存在的問題，筆者結(jié)合多年教學經(jīng)驗，認為“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”教材編寫應(yīng)遵循以下要求：理論要本著“夠用”和“實用”的原則，依托本地區(qū)目前及今后機電領(lǐng)域發(fā)展情況，在全面調(diào)研的基礎(chǔ)上合理選擇機電類企業(yè)的典型產(chǎn)品所用到的知識和技術(shù)作為教材內(nèi)容。特別是考慮到近十幾年非標準自動化設(shè)備產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，教材各章節(jié)中應(yīng)包含以下內(nèi)容：機械技術(shù)章節(jié)中應(yīng)包含滾珠絲桿與直線導軌；微機控制章節(jié)應(yīng)包含PLC的常用控制功能及變頻器控制；接口技術(shù)章節(jié)應(yīng)包含PLC的各種控制模塊，尤其是I/O轉(zhuǎn)換模塊與溫度模塊，還應(yīng)該包含觸摸屏技術(shù)；檢測與傳感裝置章節(jié)中應(yīng)包含各種接近開關(guān)、色標傳感器、光電編碼器和光纖傳感器；伺服系統(tǒng)章節(jié)應(yīng)包含PLC如何控制步進電機和交流伺服電機；氣動技術(shù)中應(yīng)包含帶磁環(huán)的直線氣缸與旋轉(zhuǎn)氣缸選型與控制；機電一體化產(chǎn)品實例可以選擇數(shù)控機床、工業(yè)自動化生產(chǎn)流水線、電梯、工業(yè)機械手等幾種典型產(chǎn)品。

教材內(nèi)容的選擇除了要考慮與生產(chǎn)密切結(jié)合的實用性外，還應(yīng)具有理論聯(lián)系實踐可操作性。教材中應(yīng)增加所講元器件的實物圖片和生產(chǎn)該元器件的知名企業(yè)信息，并增加該元器件的典型說明書一份，這樣既使學生對該元器件有了全方位認識，又能夠?qū)W會實際使用時應(yīng)該如何選擇型號。這部分內(nèi)容可與企業(yè)工程師聯(lián)合共同完成。

2.3 教學方法

“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”課程具有知識點繁多、內(nèi)容不易理解、應(yīng)用性強等特點。因此，采用形式多樣的教學方法，有助于激發(fā)學生的學習興趣，提升課堂教學質(zhì)量。在授課過程中，每個章節(jié)的內(nèi)容用典型自動化設(shè)備引入，先觀看視頻，再提出問題，通過學習最后解決問題。講基本元器件的原理時，課前充分發(fā)揮學生自主學習能力，讓學生廣泛查找搜集相關(guān)資料，課堂上由學生進行講解，老師提出一些問題，大家一起討論。老師做詳細講解時應(yīng)配合元器件實物，增強學生感性認識。講基本元器件在實際生產(chǎn)中如何選擇時，可以通過企業(yè)產(chǎn)品實例，提出使用條件，結(jié)合元器件型號和使用場合，選擇出適合該產(chǎn)品實例的元器件型號。拿出該課程部分課時，聘請企業(yè)的一線工程師結(jié)合經(jīng)驗來講，使學生能夠獲得來自生產(chǎn)一線的信息，更加深刻地理解所學內(nèi)容的重要性與實用性。

此外，建立課程的學習網(wǎng)站，將課程的相關(guān)內(nèi)容與資料放入網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)開放性教學，引導學生自主學習和拓寬知識廣度，以解決授課學時不足的問題。

2.4 實踐環(huán)節(jié)

實踐教學內(nèi)容應(yīng)密切與理論結(jié)合，每完成一章的內(nèi)容，應(yīng)及時安排實驗。機電一體化綜合實訓臺可以幫助學生學會使用元器件，完成一定的控制功能，但是由于實訓臺各部分結(jié)構(gòu)已模塊化，這樣不利于學生掌握元器件接線方法。為此，綜合實踐環(huán)節(jié)的任務(wù)安排不應(yīng)該局限于在綜合實訓臺上完成，而應(yīng)配備足夠的散件，提出控制要求，讓學生自己選擇器件，完成接線與參數(shù)設(shè)置，并根據(jù)要求編程實現(xiàn)控制功能。對于能力較強的同學，可以安排到自動化企業(yè)去完成綜合實踐，配合企業(yè)的實際產(chǎn)品完成某部分控制功能，在實踐中積累經(jīng)驗。

2.5 構(gòu)建機電教學企業(yè)

“教學企業(yè)”是它集生產(chǎn)功能和教學實訓功能于一體，并按市場機制運營，兼顧經(jīng)濟效益、社會效益和教學效益的校企合作實體。它是職業(yè)院校謀求自身發(fā)展、實現(xiàn)與市場接軌、大力提高育人質(zhì)量、有針對性地為企業(yè)培養(yǎng)一線實用型技術(shù)人才的重要舉措。我院教學企業(yè)的具體的做法是由學院提供場地，與某自動化企業(yè)合作，將企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、技術(shù)人員等資源引入學校實訓基地與學校設(shè)備，按企業(yè)化要求組織生產(chǎn)和科研，結(jié)合企業(yè)自動化生產(chǎn)線訂單并結(jié)合課程需要開展理論和實踐教學。企業(yè)的工程技術(shù)人員參與“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”課程培養(yǎng)方案的制訂，教學標準的制定、教學組織的實施、教材內(nèi)容的編寫、一起學生成績的考核等工作，而且企業(yè)技術(shù)人員作為兼職教師在“教學企業(yè)”中承擔的教學工作量不少于30%。在“教學企業(yè)”中，通過規(guī)范化的運作，將教學實訓活動融合在企業(yè)的生產(chǎn)過程之中，實現(xiàn)經(jīng)濟利益和教學效益的雙贏。由于課程依托教學企業(yè)，能夠以自動化生產(chǎn)線的設(shè)計、制造、調(diào)試、檢測等真實任務(wù)作為教學載體，學生直接參與企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程，實現(xiàn)“教、學、做”的一體化，有效提高學生的專業(yè)技能和綜合素質(zhì)。

2.6 考核方式

教學方案的改革要求考核方式也要多樣化。針對基本概念、理論和計算仍采取閉卷考核。但是試卷內(nèi)容應(yīng)更加綜合化與實用化。筆者在實踐教學中，已將傳統(tǒng)試卷的填空、選擇、判斷、問答、分析等題型綜合在一起，安排7～8個大題，所有大題都根據(jù)實際產(chǎn)品來編寫，每個題目里包含選擇、填空、連線、問答等題目，這樣的考試內(nèi)容既能夠避免學生為應(yīng)付考試死記硬背，培養(yǎng)和鍛煉學生的綜合分析能力，在一定程度上也考查了學生解決實際問題的能力。

篇8

關(guān)鍵詞：切割機；PLC；控制系統(tǒng)；設(shè)計

中圖分類號： S611 文獻標識碼： A

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術(shù)水平的提高，切割機在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中也有著很大的發(fā)展，目前切割機有著火焰切割機、等離子切割機、激光切割機、水切割等，其有著不同的功能和用途。

一、PLC電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計原則

PLC最適合的控制對象是：工業(yè)環(huán)境較差、對安全性和可靠性要求較高、系統(tǒng)工藝復(fù)雜，輸入/輸出以開關(guān)量為主的工業(yè)自動控制系統(tǒng)或裝置。PLC可取代工業(yè)控制計算機，作為主控制器來完成復(fù)雜的工業(yè)自動控制任務(wù)。

PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計時，要遵循以下的原則：

（一）應(yīng)滿足控制對象的工藝要求，保證能夠按照工藝流程準確并可靠的工作。

（二）系統(tǒng)構(gòu)成應(yīng)力求簡單、實用，系統(tǒng)易操作、調(diào)整、檢修方便。

（三）設(shè)計合理、經(jīng)濟，能有充分發(fā)揮PLC控制的優(yōu)點。

二、設(shè)計前的準備工作

（一）工藝分析。必須要對生產(chǎn)的工藝特點、工藝流程、主要功能等進行分析總結(jié)，提出對PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的工藝要求。

（二）機型選擇。機型的選型必須要滿足工藝的要求，要基于簡單、實用、易操作的原則。

（三）外部電路及電路元件的選擇。根據(jù)工藝要求設(shè)計出外部電路，并要選取電路元件，例如電機、刀開關(guān)、熔斷器、接觸器、熱繼電器等。

三、控制電路的設(shè)計

（一）PLC控制系統(tǒng)的控制要求

1、系統(tǒng)設(shè)有手動、單周期、單步、連續(xù)、回原點、五種工作方式，臺面在最前面，刀架在最上面，為系統(tǒng)的原點狀態(tài)。

2、臺面機構(gòu)前/后運動時，電機必須已啟動，而電機停止時，臺面機構(gòu)前/后運動應(yīng)立即停止。

3、磨刀必須在刀片旋轉(zhuǎn)時才能工作。

4、五種工作狀態(tài)下，按下總停止按鈕后，除帶鋸、磨刀裝置外，刀架、臺面的動作應(yīng)立即停止。

5、電源接通后控制臺面剎車的接觸器KM7立即通電。

（二）電氣元件的配置

1、刀開關(guān)QS1：刀開關(guān)QS1串接控制主電路的單相電源，選用規(guī)格HD11-100/28型單投雙極刀開關(guān)1只。主要技術(shù)參數(shù)： 額定交流電壓220V，額定交流電流100A。通斷能力100A，1S短時耐受電流6kA，動態(tài)穩(wěn)定電流峰值15kA。

2、熔斷器FU4：選用RT18K-25型，主要技術(shù)參數(shù)：殼架等級額定電流25A，額定電流2A，額定電壓AC 220V，額定斷路分斷能力：220V/50kA。

3、按鈕SB1、SB2、SB5、SB15：選用NP4-20BN/2型，顏色為綠色，按鈕SB3、SB10、SB11、SB12、SB13、SB14：選用NP4-20BN/4型，顏色為紅色，按鈕SB4、SB6、SB7、SB8、SB9：選用NP4-20BN/6型，顏色為藍色。NP4系列按鈕其主要技術(shù)參數(shù)如下：額定絕緣電380V，額定交流工作電壓AC 220V，約定發(fā)熱電流10A，額定交流工作電流4.5A。額定直流工作電壓24V,額定直流工作電流2.5A。

4、行程開關(guān)SQ1～SQ4：選用YBLX-K3/20HS/Z型，其主要技術(shù)參數(shù)：額定交流電壓AC 380V，額定直流電壓DC 220V，額定控制容量交流200VA直流50W,含1對常開和1對常閉觸點，動作最大行程3mm，最大差程1.2mm，最大操動力30N，最小回復(fù)力5N,最大全行6.0mm。

5、信號指示燈：選用ND16-22B/4型，其主要技術(shù)參數(shù)： 額定交流電壓220V，額定電流≤20mA，指示燈選紅色。

6、接觸器：選用NCH 8-20型，其主要計數(shù)參數(shù)：額定絕緣電壓500V，額定工作電壓AC 230V，約定發(fā)熱電流20A，額定工作電流20A，控制功率4Kw。

7、接近開關(guān)：選用E2E-X20DM8，其主要技術(shù)參數(shù)：檢測距離20mm±10%，設(shè)定距離*1：0～16mm，應(yīng)差距離：檢測距離的10%以下，標準檢測物體：鐵54×54×1mm，應(yīng)答頻率*2：0.1kHz，電源電壓（使用電壓范圍）：DC12～24V 脈動(p-p)10％以下 （DC10～30V）。

8、撥盤開關(guān)：選用A7CN型，其主要技術(shù)參數(shù)：開關(guān)負載容量（阻性負載）：1mA～0.1A、DC5～30V，連續(xù)通電電流：1A，接觸電阻，200mΩ以下，操作力：4.41N以下。

9、轉(zhuǎn)換開關(guān)：選用LW5D16F/5型，其主要技術(shù)參數(shù)：絕緣電壓500V，發(fā)熱電流16A。

三、PLC的選擇

（一）可編程序控制器物理結(jié)構(gòu)的選擇

根據(jù)物理結(jié)構(gòu)，可以將可編程序控制器分為整體式和模塊式，整體式每一I／O點的平均價格比模塊式的便宜，控制系統(tǒng)般使用整體式可編程序控制器。

（二）可編程序控制器指令功能的選擇

現(xiàn)代的可編程序控制器的指令功能越來越強，內(nèi)部編程元件(如輔助繼電器、定時器和計數(shù)器)的個數(shù)越來越多，任何一種可編程序控制器都可以滿足開關(guān)量控制系統(tǒng)的要求。如果系統(tǒng)要求完成模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換、PID閉環(huán)控制、運動控制等工作，可編程序控制器應(yīng)有算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等功能，有時甚至要求有開平方、對數(shù)運算和浮點數(shù)運算等功能。

（三）可編程序控制器I／0點數(shù)的確定

確定I／O點數(shù)時，應(yīng)準確地統(tǒng)計出被控設(shè)備對可編程序控制器輸入／輸出點數(shù)的總需求，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)留有10％～20％的裕量，以備今后對系統(tǒng)改進和擴充時使用。整體式可編程序控制器的基本單元、擴展單元的輸入點數(shù)和輸出點數(shù)的比例是固定的，如與系統(tǒng)要求的輸入／輸出點數(shù)的比例相差較大，可以選用只有輸入點或只有輸山點的擴展單元或擴展模塊。

（四）存儲器容量的選擇

在初步估算時，對于僅需開關(guān)量控制的系統(tǒng)，將I／O點數(shù)乘以8，就是所需存儲器的字數(shù)，這一要求一般都能滿足。

在選擇可編程序控制器的型號時不應(yīng)盲目追求過高的性能指標，在I／O點數(shù)和存儲器容量方面應(yīng)留有定的裕量。

四、系統(tǒng)的軟件設(shè)計

為了滿足生產(chǎn)需要，很多工業(yè)設(shè)備要求設(shè)置多種工作方式，如手動和自動（包括連續(xù)、單周期、單步等、自動返回初始狀態(tài)）工作方式。手動程序比較簡單，一般采用經(jīng)驗法設(shè)計，復(fù)雜的自動程序一般根據(jù)系統(tǒng)的順序功能圖用順序控制法設(shè)計。具有多種工作方式的控制系統(tǒng)的梯形圖總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。選擇手動工作方式時手動開關(guān)X1為ON，將跳過自動程序，執(zhí)行公用程序和手動程序。選擇自動工作方式時X1為OFF，將跳過手動程序，執(zhí)行公用程序和自動程序。

圖2

（一）公用程序。用于自動程序和手動程序互相切換處理，當系統(tǒng)處于手動工作方式時，必須將除初始步以外的各步對應(yīng)的輔助繼電器復(fù)位，同時將表示連續(xù)工作狀態(tài)的繼電器復(fù)位，否則當系統(tǒng)從自動工作方式切換到手動工作方式，然后又返回自動工作方式時，可能會出現(xiàn)同時有兩個活動步的異常情況，引起錯誤動作。

（二）手動程序。手動操作時用對應(yīng)的6個按鈕控制切割機的抬刀、落刀、臺面向前、臺面向后、刀架停止、臺面停止。為了保證系統(tǒng)的安全運行，在手動程序中設(shè)置了一些必要的聯(lián)鎖，例如抬刀與落刀之間，臺面向前與臺面向后之間的互鎖，以防止功能相反的兩個輸出繼電器同時為ON。根據(jù)控制要求，臺面機構(gòu)前/后運動時，電機必須已起動，而電機停止時，臺面機構(gòu)前/后運動應(yīng)立即停止。所以Y0線圈與控制臺面向前/后的Y3和Y4線圈串聯(lián)。當按下總停按鈕，常閉觸點斷開，不執(zhí)行指令，刀架、臺面的動作立即停止。磨刀必須在刀片旋轉(zhuǎn)時才能工作，所以在控制磨刀的Y1線圈串聯(lián)Y0的常開觸點。

（三）自動程序。在自動程序的過程中是切割機自動的對泡沫材料進行切割，自動判斷切片的厚度，切割刀片的切割深度，切片的深度是由測速齒輪和計數(shù)器共同完成，在刀架下移的過程中測速齒輪也在跟隨轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)動一圈向計數(shù)器發(fā)送5個脈沖并判斷切割的厚度。在自動程序中首先是要對切割厚度進行設(shè)置，厚度是由撥盤開關(guān)設(shè)定的，在落刀時，當材料的完成的落刀量達到設(shè)定值刀架停止移動，繼而臺面前移，對材料進行切割。

五、結(jié)語

PLC控制系統(tǒng)切割機，在設(shè)計時必須要滿足工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)工藝等要求，盡量做到實用、經(jīng)濟合理、易操作、方便維修等特點，我們還需要不斷的改進和創(chuàng)新，來滿足越來越復(fù)雜的需求，力求為工業(yè)的生產(chǎn)提供有力的保障。

參考文獻：

[1]王振超,劉廣瑞,畢競鍇,黃真.基于PLC的切割機運動軌跡控制系統(tǒng)的設(shè)計 [J]. 機床與液壓,2012,(2).

篇9

【關(guān)鍵詞】機電控制，系統(tǒng)，設(shè)計

中圖分類號： TU85文獻標識碼：A 文章編號：

一、前言

機電控制系統(tǒng)設(shè)計是指按照一定的設(shè)計規(guī)劃，根據(jù)機電控制技術(shù)進行設(shè)計機電控制系統(tǒng)的過程。目前，隨著我國經(jīng)濟和科學技術(shù)的發(fā)展，機電控制系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越廣泛。

二、控制系統(tǒng)的基本概念

“量”控制與“邏輯”控制，一般來說，“控制”的內(nèi)容可分為兩類，即以速度、位移、溫度、壓力等數(shù)量大小為控制對象和以物體的“有”、“無”、“動”、“?！钡冗壿嫚顟B(tài)為控制對象。以數(shù)量大小為對象的控制可根據(jù)表示數(shù)量大小的信號種類分為模擬控制和數(shù)字控制。

1.模擬控制

是指將速度、位移、溫度或壓力等變換成大小與其對應(yīng)的電壓或電流等模擬量進行信號處理的控制。其信號處理方法稱為模擬信號處理，采用模擬信號處理的控制稱為模擬控制。

2.數(shù)字控制

是指把要處理的“量”變成數(shù)字量進行信號處理的控制。其信號處理方法稱為數(shù)字信號處理，采用數(shù)字信號處理的控制，稱為數(shù)字控制。模擬控制精度不高，不適合于復(fù)雜的信號處理。數(shù)字控制可用于要求高精度和信號運算比較復(fù)雜的場合。用計算機作主控制器的系統(tǒng)中，雖然在最后控制位置、力、速度等部分中模擬控制仍然是主流，但在這之前的各種信號處理中，多數(shù)用數(shù)字控制。以上信號均是連續(xù)變化量。以“邏輯狀態(tài)”為對象的控制稱為邏輯控制，通常處理開關(guān)的“通”、“斷”，燈的“亮”、“滅”，電動機的“運轉(zhuǎn)”、“停止”之類的“1”與“0”二值邏輯信號。邏輯控制又稱順序控制。稱為邏輯控制是強調(diào)信號處理的方式；稱為順序控制是強調(diào)對被控對象的作用。

三、自動控制技術(shù)

自動控制技術(shù)是通過控制器使被控對象或過程自動按預(yù)定的規(guī)律運行。因被控對象種類繁多，控制技術(shù)的內(nèi)容非常豐富，有高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷、校正、補償、示教再現(xiàn)、檢索等技術(shù)。自動控制技術(shù)可協(xié)調(diào)機械、電器各部分來有效完成動作過程，在機電控制系統(tǒng)中起重要作用。

自動控制的理論基礎(chǔ)是自動控制原理，它分為經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論。前者研究對象是單變量的線性時不變系統(tǒng)，它使用的數(shù)學工具是拉普拉斯變換，用傳遞函數(shù)方法在頻率域進行系統(tǒng)分析。它的控制原理是負反饋閉環(huán)系統(tǒng)，以自動調(diào)節(jié)器作為反饋控制系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，所以，經(jīng)典控制理論也叫自動調(diào)節(jié)原理。后者是以多變量、非線性、時變系統(tǒng)為研究對象，它運用的數(shù)學工具有線性代數(shù)、矩陣論和集合論等。

它是用狀態(tài)空間法在時間域內(nèi)進行系統(tǒng)分析，用狀態(tài)方程描述系統(tǒng)過程。根據(jù)狀態(tài)及條件，分析下一步的狀態(tài)?，F(xiàn)代控制理論研究的主要內(nèi)容是最優(yōu)控制、隨機控制、自適應(yīng)控制和魯棒控制等。經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論，被人們統(tǒng)稱為傳統(tǒng)控制理論。它們的共性是基于被控對象的精確數(shù)學模型，就是控制對象和干擾均應(yīng)以嚴格的數(shù)學方程和函數(shù)表示?？刂频娜蝿?wù)和目標通常比較直接明確。

而在現(xiàn)實世界中，許多系統(tǒng)，諸如智能機器人系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)、航空航天控制系統(tǒng)等用傳統(tǒng)的控制理論卻難以解決，從20世紀70年代以后，特別是21世紀以來，智能控制開始興起，已經(jīng)形成了一門新興學科。智能控制系統(tǒng)具有學習功能、自適應(yīng)功能和自行組織與協(xié)調(diào)功能。它主要采用的數(shù)學工具是符號推理與數(shù)值計算的結(jié)合以及神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和模糊理論等。智能控制是一門新興的多個領(lǐng)域交叉學科，它的理論尚未成熟，而實際的需要有力地推動了智能控制理論和技術(shù)的迅速發(fā)展，具有廣闊的發(fā)展前景。在機電控制系統(tǒng)中會逐漸發(fā)揮其重要作用。

四、機電控制系統(tǒng)的分類

機電控制系統(tǒng)分類的原則性非常強，根據(jù)不同的原則可以劃分出不同的機電控制系統(tǒng)。下面我們將主要從輸出量、控制信號的變量形式、系統(tǒng)輸入信號三個方面進行分類。

1.輸出量

機電控制系統(tǒng)根據(jù)輸出量的反饋可以分為開環(huán)式和閉環(huán)式兩種。開環(huán)式機電控制系統(tǒng)是利用電機的轉(zhuǎn)角和脈沖的連續(xù)保證精準度，所以精度比較低；閉環(huán)式機電控制系統(tǒng)相對于開環(huán)式而言，構(gòu)造更為復(fù)雜，精度也較高。對于系統(tǒng)的控制被外界造成的誤差而言，閉環(huán)式機電控制系統(tǒng)具有修正能力，而開環(huán)式機電控制系統(tǒng)卻不具備。

2.控制信號的變量形式

機電控制系統(tǒng)按照控制信號變量形式的不同可以分成模擬式和數(shù)字式兩種機電控制系統(tǒng)。模擬式機電控制系統(tǒng)構(gòu)造簡單，實時性能好，但不能實現(xiàn)較復(fù)雜的控制監(jiān)督工作；數(shù)字式機電控制系統(tǒng)的精度也比較高，而且其相對于模擬式的機電控制系統(tǒng)而言靈活性更強，監(jiān)督系統(tǒng)異常狀態(tài)的處理功能也更強。

3.系統(tǒng)輸入信號

機電控制系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)輸入信號的變化規(guī)律可以分為自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)三種。自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)即為定值控制系統(tǒng)，它主要控制系統(tǒng)內(nèi)的基本任務(wù)；隨動控制系統(tǒng)主要特點就是可以精確地復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)的輸入信號；程序控制系統(tǒng)主要是在有兩個或兩個以上同時執(zhí)行任務(wù)的系統(tǒng)機構(gòu)工作時，它可以執(zhí)行指揮每一個環(huán)節(jié)的控制信號，從而使其依次有序的工作。

五、機電系統(tǒng)的設(shè)計流程

機電系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)根據(jù)機電控制系統(tǒng)設(shè)計規(guī)律，運用現(xiàn)代設(shè)計的方法構(gòu)造產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、賦予產(chǎn)品性能并進行產(chǎn)品設(shè)計。為了提高設(shè)計的質(zhì)量，必須有一個科學的設(shè)計規(guī)劃。

1.任務(wù)的確定

在進行系統(tǒng)設(shè)計之前，必須對控制對象的工作過程進行深人調(diào)查、分析，熟悉其工藝過程，了解系統(tǒng)是否有特殊要求，確定系統(tǒng)所要完成的任務(wù)。

2.選擇系統(tǒng)的主機機型。

在控制任務(wù)確定后，應(yīng)對系統(tǒng)所需要的硬件做出初步的估計和選擇，這是計算機控制系統(tǒng)設(shè)計的一個特點，主機是整個控制系統(tǒng)的核心，它的選擇將對整個系統(tǒng)產(chǎn)生決定性的影響。在具體選擇系統(tǒng)的主機機型時，可以選擇工業(yè)PC、PLC、智能儀表等設(shè)備，設(shè)計者只需根據(jù)控制任務(wù)選擇相應(yīng)的硬件配置，再配以軟件設(shè)計，即可完成控制任務(wù)的設(shè)計。

3.確定控制算法。

工業(yè)生產(chǎn)過程中計算機控制系統(tǒng)控制效果的優(yōu)劣主要是由算法決定。算法建立在控制對象的數(shù)學模型上，即描述各控制量與各輸出量之間的數(shù)學關(guān)系，因此，應(yīng)建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，并確定系統(tǒng)的控制算法?？刂扑惴ㄖ苯佑绊懣刂葡到y(tǒng)的調(diào)節(jié)，是決定整個系統(tǒng)性能指標的關(guān)鍵。由于控制系統(tǒng)種類繁多，控制算法也各不相同，每個控制系統(tǒng)都有一個特定的控制規(guī)律，并且有相應(yīng)的控制算法。

4.系統(tǒng)總體方案設(shè)計。

在選定主機機型和確定測控任務(wù)及確定控制算法后，就可以確定系統(tǒng)總體方案。

5.軟件設(shè)計。

軟件設(shè)計的主要任務(wù)是進行應(yīng)用程序設(shè)計。采用的語言有匯編語言，針對的是某一單片微處理器或微控制器的c語言及VC、VB等高級語言。在進行應(yīng)用程序的設(shè)計時，應(yīng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，注重可維護性及可移植性。另外還要合理選擇數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)。

6.應(yīng)用程序的設(shè)計。

六、傳感器、變送器和執(zhí)行器的選取

傳感器可以將非電物理量，如溫度、壓力、流量、位移、液位、氣體成分等被測參數(shù)變成電信號，如電壓、電流或電阻信號，再通過變送器變成可以遠傳的統(tǒng)一標準信號，然后送往AI模板進行數(shù)據(jù)采集。

執(zhí)行器是過程控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分，它的作用是接收計算機發(fā)出的控制信號，并把它轉(zhuǎn)換成機械動作，對生產(chǎn)過程實施控制。執(zhí)行器可以分為氣動、電動、液壓3種類型。

七、結(jié)語

隨著各種技術(shù)的發(fā)展以及深入，機電控制系統(tǒng)不僅具有程序化、高智能化、信息化等特點，而且體積小、操作維護方便、保護齊全、性能比較可靠，因此，機電控制系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越廣泛。所以，在機電控制系統(tǒng)的設(shè)計中，我們要嚴格按照設(shè)計流程進行設(shè)計。

參考文獻

[1]王清平 機電控制系統(tǒng)的設(shè)計[J] 煤炭技術(shù) 2011(07)

[2]劉丹 自動控制系統(tǒng)在市政排水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J] 科技資訊 2011(12)

篇10

關(guān)鍵詞：機電一體化；機械系統(tǒng)；設(shè)計

中圖分類號：TH-39文獻標識碼：A文章編號：

引言：

隨著科技的發(fā)展,尤其是:電子技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展,使得傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)的設(shè)計受到了極大的沖擊?，F(xiàn)在,越來越多的機電‘一體化產(chǎn)品在機械系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。面對信息時代沖擊,客觀要求工程技術(shù)人員改變傳統(tǒng)的設(shè)計思維理念,在傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上,結(jié)合電子技術(shù)、信息技術(shù),設(shè)計出更多更好的機電一體化產(chǎn)品。

1.機電一體化機械系統(tǒng)的設(shè)計特點

傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)和機電一體化機械系統(tǒng)的主要功能都是完成一系列的機械運動,但由于它們的組成不同,導致它們實現(xiàn)運動的方式也不同。傳統(tǒng)機械系統(tǒng)一般是由動力件、傳動件、執(zhí)行件3部分加上電器、液壓和機械控制等部分組成,而機電一體化中的機械系統(tǒng)應(yīng)該是“由計算機信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的,用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學任務(wù)的機械和(或)機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)”。其核心是由計算機控制的,包括機、電、液、光、磁等技術(shù)的伺服系統(tǒng)。由此可見,機電一體化中的機械系統(tǒng),已經(jīng)成為機電一體化伺服系統(tǒng)中的一個重要組成部分,它不再僅僅是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變換器,還需使伺服電機和負載之間的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩得到匹配,也就是在滿足伺服系統(tǒng)高精度、高響應(yīng)速度、良好穩(wěn)定性的前提下,還應(yīng)該具有較大的剛度、較高的可靠性和重量輕、體積小、壽命長等特點。

機電一體化機械系統(tǒng)設(shè)計與傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)設(shè)計一樣有傳動設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計部分,只是由于機電一體化的特征決定了在機械系統(tǒng)設(shè)計過程中有它自身的特點,下面就從傳動設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計兩方面進行敘述。

1.1機械傳動設(shè)計的特點

機械傳動設(shè)計的任務(wù)是把動力機產(chǎn)生的機械能傳遞到執(zhí)行機械上去,機電一體化系統(tǒng)中機械傳動系統(tǒng)的設(shè)計就是面向機電伺服系統(tǒng)的伺服機械傳動系統(tǒng)設(shè)計。根據(jù)機電有機結(jié)合的原則,機電一體化系統(tǒng)中采用了調(diào)速范圍大、可無級調(diào)速的控制電機,從而節(jié)省了大量用于進行變速和換向的齒輪、軸承和軸類零件,減少了產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié),提高了傳動效率,因此使機械傳動設(shè)計也得到了很大的簡化,其機械傳動方式也由傳統(tǒng)的串聯(lián)或串并聯(lián)方式演變?yōu)椴⒙?lián)的傳動方式,即每一個機械運動都由單獨的控制電機、傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)組成的子系統(tǒng)來完成,各個運動之間的傳動關(guān)系則由計算機來統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制。因此機電一體化機械傳動系統(tǒng)具有傳動鏈短、轉(zhuǎn)動慣量小、盡可能采用線性傳遞、無間隙傳遞等設(shè)計特點。

1.2機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點

機電一體化的機械結(jié)構(gòu)仍屬于傳統(tǒng)機械技術(shù)的范疇,在滿足伺服系統(tǒng)對其穩(wěn)、準、快要求的前提下,從整體上說應(yīng)逐步向精密化、高速化、小型化和輕量化的方向發(fā)展。因此在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時就應(yīng)綜合考慮到各個零部件的制造、安裝精度,結(jié)構(gòu)剛度,穩(wěn)定性以及動作的靈敏性和易控性。對具體的零部件的設(shè)計提出了更高、更嚴的要求,例如:采用合理的截面形狀和尺寸、采用新材料和鋼板焊接結(jié)構(gòu)來提高支承件的靜剛度;采用高傳動效率和無間隙的傳動裝置和元件,如滾動絲杠,消除間隙的齒輪副、齒輪齒條副、蝸輪蝸桿副來提高運動的靈敏性和定位的準確性;采用低摩擦系數(shù)的導軌提高運動的平穩(wěn)性。近幾年在結(jié)構(gòu)上也出現(xiàn)了并聯(lián)形式,如并聯(lián)機器人、并聯(lián)機床等,極大地簡化了機械結(jié)構(gòu),提高了產(chǎn)品的剛度重量比及精度。

2.機電一體化機械系統(tǒng)的設(shè)計思路

機電一體化的機械系統(tǒng)設(shè)計主要包括兩個環(huán)節(jié):靜態(tài)設(shè)計和動態(tài)設(shè)計。

2.1 靜態(tài)設(shè)計

靜態(tài)設(shè)計是指依據(jù)系統(tǒng)的功能要求,通過研究制定出機械系統(tǒng)的初步設(shè)計方案。該方案只是一個初步的輪廓,包括系統(tǒng)主要零、部件的種類,各部件之間的聯(lián)接方式,系統(tǒng)的控制方式,所需能源方式等。有了初步設(shè)計方案后,開始著手按技術(shù)要求設(shè)計系統(tǒng)的各組成部件的結(jié)構(gòu)、運動關(guān)系及參數(shù)；零件的材料、結(jié)構(gòu)、制造精度確定；執(zhí)行元件(如電機)的參數(shù)、功率及過載能力的驗算；相關(guān)元、部件的選擇；系統(tǒng)的阻尼配置等。以上稱為穩(wěn)態(tài)設(shè)計。穩(wěn)態(tài)設(shè)計保證了系統(tǒng)的靜態(tài)特性要求。

2.2 動態(tài)設(shè)計

動態(tài)設(shè)計是研究系統(tǒng)在頻率域的特性,是借助靜態(tài)設(shè)計的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),通過建立系統(tǒng)組成各環(huán)節(jié)的數(shù)學模型和推導出系統(tǒng)整體的傳遞函數(shù),利用自動控制理論的方法求得該系統(tǒng)的頻率特性(幅頻特性和相頻特性)。系統(tǒng)的頻率特性體現(xiàn)了系統(tǒng)對不同頻率信號的反應(yīng),決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、最大工作頻率和抗干擾能力。

2.3 靜態(tài)設(shè)計的優(yōu)勢

靜態(tài)設(shè)計是忽略了系統(tǒng)自身運動因素和干擾因素的影響狀態(tài)下進行的產(chǎn)品設(shè)計,對于伺服精度和響應(yīng)速度要求不高的機電一體化系統(tǒng),靜態(tài)設(shè)計就能夠滿足設(shè)計要求。對于精密和高速智能化機電一體化系統(tǒng),環(huán)境干擾和系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)及運動因素對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響會很大,因此必須通過調(diào)節(jié)各個環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù),改變系統(tǒng)的動態(tài)特性以保證系統(tǒng)的功能要求。動態(tài)分析與設(shè)計過程往往會改變前期的部分設(shè)計方案,有時甚至會整個方案,要求重新進行靜態(tài)設(shè)計。

3.機電一體化機械系統(tǒng)的設(shè)計

機電一體化機械系統(tǒng)的設(shè)計和傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)的設(shè)計有很大的不同之處。傳統(tǒng)機械系統(tǒng)一般是由動力元件、傳動元件、執(zhí)行元件3個部分加上電磁、液壓和機械控制部分,而機電一體化中的機械系統(tǒng)應(yīng)該是“由計算機信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的,用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學任務(wù)的機械和機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)?！逼浜诵氖怯捎嬎銠C控制的,包括機、電、液、光、磁等技術(shù)的伺服系統(tǒng)。由于機電一體化機械系統(tǒng)有別于傳統(tǒng)的機械系統(tǒng),所以在機電一體化機械系統(tǒng)的設(shè)計過程中要從以下兩個方面加以重視。

3.1機械傳動設(shè)計

機械傳動設(shè)計的任務(wù)是把動力機產(chǎn)生的機械能傳遞到執(zhí)行機械上去,機電一體化系統(tǒng)中機械傳動系統(tǒng)的設(shè)計就是面向機電伺服系統(tǒng)的機械傳動系統(tǒng)設(shè)計。根據(jù)機電有機結(jié)合的原則,機電一體化系統(tǒng)中采用了調(diào)速范圍大、可無級調(diào)速的控制電機,從而節(jié)省了大量用于進行變速和換向的齒輪、軸承和軸類零件,減少了產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié),提高了傳動效率,因此使機械傳動設(shè)計也得到了很大的簡化,其機械傳動方式也由傳統(tǒng)的串聯(lián)或串并方式演變?yōu)椴⒙?lián)的傳動方式,即每一個機械運動都由單獨的控制電機、傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)組成的子系統(tǒng)來完成,各個運動之間的傳動關(guān)系則由計算機來統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制。因此機電一體化機械傳動系統(tǒng)具有傳動鏈短、轉(zhuǎn)動慣量小、盡可能采用線性傳遞、無間隙傳遞等設(shè)計特點。

3.2機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

從結(jié)構(gòu)設(shè)計來講,應(yīng)從整體上向精密化、高速化、小型化和輕量化的方向發(fā)展。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)綜合考慮到各個零部件的制造、安裝精度,結(jié)構(gòu)剛度,穩(wěn)定性以及動作的靈敏性和易控性。對具體的零部件的設(shè)計提出了更高、更嚴的要求,如采用合理的截面形狀和尺寸、采用新材料和鋼板焊接結(jié)構(gòu)來提高支承件的剛度;采用低摩擦系數(shù)的導軌提高運動的平穩(wěn)性。除了以上兩個方面以外,機電一體化機械系統(tǒng)設(shè)計還需工程技術(shù)人員在設(shè)計方法上大膽創(chuàng)新,充分利用已有的模塊,,并且在設(shè)計之初,就考慮到產(chǎn)品在制造、使用過程中對生態(tài)環(huán)境的影響。

4.結(jié)語

機電一體化技術(shù)既是振興傳統(tǒng)機電工業(yè)的新鮮血液和源動力,又是開啟機電行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整大門的鑰匙。設(shè)計好機電一體化機械系統(tǒng)是“機電一體化”產(chǎn)品的前提。面對日益發(fā)展信息時代,掌握機電‘一體化機械系:統(tǒng)設(shè)計的思路,是開發(fā)機電一體化產(chǎn)品的關(guān)鍵所在。必須結(jié)合各自的實際,開發(fā)實事求是的機電一體化機械系統(tǒng),實現(xiàn)效益的提升。

參考文獻：

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