機械電子工程實驗教程

前言

　　機械電子工程實驗課程著重培養(yǎng)學(xué)生的基本機電系統(tǒng)實驗技能和創(chuàng)新設(shè)計能力，是高等工科教學(xué)中不可缺少的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。為了培養(yǎng)適應(yīng)我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)需要的高級工程技術(shù)人才，機械基礎(chǔ)實驗課程必須不斷深化改革，這是一項責(zé)任重大的歷史任務(wù)。東北大學(xué)在國家工科基礎(chǔ)課程機械基礎(chǔ)教學(xué)基地建設(shè)中，立項對機械電子工程實驗課程進行改革實踐，并在總結(jié)改革實踐經(jīng)驗和多年教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，編寫了本書?！　　皺C械電子工程實驗教程”是教學(xué)改革的產(chǎn)物，也是為了滿足現(xiàn)代社會對機械電子工程技術(shù)人才的需求所采取的一項教學(xué)內(nèi)容。它以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合設(shè)計能力為目標(biāo)，以機械電子工程實驗自身教學(xué)規(guī)律為主線，合理構(gòu)建實驗教學(xué)體系。在教學(xué)組織上，加大實踐教學(xué)的改革力度，增加實驗教學(xué)的學(xué)時，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，由此構(gòu)建獨立的機械電子工程實驗教學(xué)體系，單獨設(shè)立機械電子工程實驗課程，單獨計算學(xué)生實驗課成績。在實驗教學(xué)管理方面，實現(xiàn)實驗教學(xué)的開放管理、電子信息化管理。學(xué)生按照教學(xué)基本要求，結(jié)合自身特點自主選擇實驗項目，實現(xiàn)實驗教學(xué)內(nèi)容和選題的柔性與開放性，體現(xiàn)個性化培養(yǎng)，為學(xué)生提供更多的實踐學(xué)習(xí)機會。　　本書在明確機械電子工程實驗的意義基礎(chǔ)上，結(jié)合東北大學(xué)實驗教學(xué)的具體條件構(gòu)建了機械電子工程的實驗課程體系，并與“機械工程控制基礎(chǔ)”、“機電一體化技術(shù)基礎(chǔ)”、“機器人技術(shù)基礎(chǔ)”等機械電子工程專業(yè)的主干課程銜接。在實驗項目的開發(fā)和配置方面，改革原有的驗證性實驗項目，開發(fā)先進的設(shè)計性、綜合性、研究性實驗項目，實現(xiàn)實驗內(nèi)容由單一型、局部型向綜合型、整體型的轉(zhuǎn)變；在實驗方法方面，實現(xiàn)由演示型、驗證型向參與型、開發(fā)型和研究型轉(zhuǎn)變；實驗測試手段向計算機輔助測試的方向拓展，設(shè)置多個虛擬實驗和課外科技實踐項目?！　”緯伤蝹偂⒘_忠主編，參加編寫工作的人員有李東升、李允公、劉宇、戴麗、于清文、顏世玉、喻春陽、趙海濱、劉沖、宮照民、鄂曉宇等。東北大學(xué)的劉杰教授、柳洪義教授審閱了書稿?！　”緯窃跂|北大學(xué)國家工科機械基礎(chǔ)課程教學(xué)基地實驗教學(xué)體系與內(nèi)容改革研究和實踐的基礎(chǔ)上編寫的，其中的實驗項目、實驗內(nèi)容和實驗方法是以東北大學(xué)機械電子工程研究所現(xiàn)有的軟硬件條件為基礎(chǔ)的，兄弟院校在使用時可根據(jù)自身的具體情況作適當(dāng)調(diào)整?！　∠抻诰幷咚剑瑫惺杪┡c不妥之處，敬請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書是在機械電子工程系列課程實驗教學(xué)體系與內(nèi)容改革研究和實踐的基礎(chǔ)上編寫的，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力為目標(biāo)，按實驗課程自身的體系引導(dǎo)學(xué)生掌握機械基礎(chǔ)實驗的基本原理、基本技能和方法。    本書闡述了機械電子工程實驗的意義和要求，構(gòu)建了機械電子工程實驗的體系，介紹了機械電子工程實驗的基礎(chǔ)知識。書中分別以單片機、DSP、PLC等為核心設(shè)計了綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗。此外還設(shè)計了虛擬實驗，包括經(jīng)典控制理論虛擬實驗、現(xiàn)代控制理論虛擬實驗、s7-200仿真軟件認識及模塊擴展地址分配虛擬實驗、TD200學(xué)習(xí)虛擬實驗等。作為課內(nèi)實驗的拓展，本書還給出了運動控制器的調(diào)整實驗、移動機器人的串口通信控制、“樂高”創(chuàng)意設(shè)計與制作等課外科技實踐內(nèi)容。    本書可作為高等工科學(xué)校機械基礎(chǔ)課程的實驗教材，也可供有關(guān)教師、工程技術(shù)人員和科研人員參考。

書籍目錄

1　緒論  1.1　實驗的內(nèi)涵及意義  1.2　機械電子工程實驗課程的體系和內(nèi)容    1.2.1　基本實驗    1.2.2　綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗    1.2.3　虛擬實驗    1.2.4　課外科技實踐  1.3　機械電子工程實驗課程的要求2　機電系統(tǒng)中的常用驅(qū)動器及傳動機構(gòu)  2.1　直流伺服電動機    2.1.1  直流伺服電動機的工作原理    2.1.2　直流伺服電動機的調(diào)速方式    2.1.3  直流伺服電動機的PWM調(diào)速控制系統(tǒng)  2.2　交流伺服電動機    2.2.1  永磁同步交流伺服電動機    2.2.2  交流伺服電動機的變頻調(diào)速    2.2.3　SPWM波調(diào)制    2.2.4　微機控制的SPWM控制模式    2.2.5  交流伺服電動機的矢量控制　2.3　步進電動機    2.3.1  步進電動機的工作原理    2.3.2　步進電動機的主要特性    2.3.3  步進電動機的結(jié)構(gòu)類型    2.3.4  步進電動機的控制    2.3.5  基于單片機的步進電動機控制  2.4　運動控制系統(tǒng)中的傳動機構(gòu)    2.4.1  精密齒輪傳動    2.4.2　滾珠絲桿螺母副    2.4.3　撓性傳動3　機電系統(tǒng)中控制器原理與基本實驗  3.1　機電系統(tǒng)中常用控制器分類  3.2　傳感器技術(shù)    3.2.1  傳感器概念及其分類    3.2.2　傳感器的性能指標(biāo)    3.2.3　機電控制系統(tǒng)中常用的傳感器    3.2.4　傳感器的選用原則  3.3　基于PROTEUS的單片機系統(tǒng)仿真    3.3.1  概述    3.3.2  電路原理圖設(shè)計    3.3.3  電路仿真實驗  3.4　可編程序控制器    3.4.1  CPU224XP及編程軟件認識實驗    3.4.2　S7—200基本指令實驗    3.4.3  子程序、中斷程序練習(xí)指令　3.5　工業(yè)控制機    3.5.1  工控機數(shù)據(jù)采集實驗    3.5.2  基于工控機的CAN總線控制認識實驗  3.6　閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成與控制原理    3.6.1  控制元件    3.6.2　作用量和被控量    3.6.3　對閉環(huán)控制系統(tǒng)的要求4　綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗  4.1　單片機實驗    4.1.1　8251串口實驗    4.1.2　A／D和D／A轉(zhuǎn)換實驗    4.1.3  單片機步進電動機控制實驗    4.1.4  直流電動機控制與測速實驗  4.2　直流電動機DSP控制實驗  4.3　PLC實驗    4.3.1　PLC控制迷你相撲機器人實驗    4.3.2　數(shù)控機床的PLC控制實驗  4.4　ARM實驗    4.4.1  概述    4.4.2　ARM9—2440EP實驗箱    4.4.3　C語言編程實驗    4.4.4　I／O接口實驗……5　虛擬實驗6　課外科技實踐附表　機械電子工程實驗報告（樣式）參考文獻

章節(jié)摘錄

　　1 緒論　　1.1 實驗的內(nèi)涵及意義　　實驗一般多指科學(xué)實驗，是按照一定的目的，運用相關(guān)的儀器設(shè)備，在人為控制條件下，模擬自然現(xiàn)象進行研究，認識自然界事物的本質(zhì)和規(guī)律。實驗是純化、簡化、強化和再現(xiàn)科學(xué)研究對象，延緩或加速自然過程，為理論概括提供充分可靠的客觀依據(jù)，可以超越現(xiàn)實生產(chǎn)所涉及的范圍，縮短認識周期?？v觀機械的發(fā)展史，人類從使用原始工具到原始機械、古代機械、近代機械乃至今天的智能機器人、宇航飛行器等現(xiàn)代機械，都歷經(jīng)了科學(xué)實驗的探索和驗證。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)實驗具有越來越重要的作用，其廣度和深度不斷拓展，成為自然科學(xué)理論的直接基礎(chǔ)。許多偉大的發(fā)現(xiàn)、發(fā)明和突破性理論都來自科學(xué)實驗?！　】茖W(xué)實驗是理論的源泉、科學(xué)的基礎(chǔ)、發(fā)明的沃土、創(chuàng)新人才的溫床，是將新思想、新設(shè)想、新信息轉(zhuǎn)化為新技術(shù)、新產(chǎn)品的孵化室，甚至是高科技轉(zhuǎn)化為市場的中間試驗基地。高等院校的絕大多數(shù)科研成果和高科技產(chǎn)品首先是在實驗室里誕生的?？茖W(xué)實驗是探索未知、推動科學(xué)發(fā)展的強大武器，對經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展、增強綜合國力具有重要意義。　　1.2 機械電子工程實驗課程的體系和內(nèi)容　　實驗教學(xué)是理工科專業(yè)教學(xué)的重要組成部分，它不僅是學(xué)生獲得知識的重要途徑，而且對培養(yǎng)學(xué)生的實際工作能力、科學(xué)研究能力和創(chuàng)新能力具有十分重要的作用，對實現(xiàn)知識、能力、素質(zhì)并重的培養(yǎng)目標(biāo)起著關(guān)鍵作用?！　⌒碌臋C械電子工程實驗課程體系，改變了實驗僅作為理論課程的附屬地位，改變了理論課程成績不能反映學(xué)生的實踐能力和水平、學(xué)生不重視實驗的狀況。它以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合設(shè)計能力為目標(biāo)，以機械電子工程相關(guān)課程的實驗系統(tǒng)為主線，按實驗自身體系獨立設(shè)置課程，成績單獨考核和記分。新的機械電子工程實驗課程的實驗內(nèi)容由單一型、局部型向綜合型、整體型、創(chuàng)新型轉(zhuǎn)變；實驗方法由演示型、驗證型向參與型、開發(fā)型轉(zhuǎn)變，實驗手段向計算機輔助測試轉(zhuǎn)變。重視實驗教學(xué)與科研、生產(chǎn)相結(jié)合。它將實驗分為基本實驗（必做），綜合性、設(shè)計性與創(chuàng)新性實驗（選做），虛擬實驗（選做），課外科技創(chuàng)新實踐項目（自由申請，立項進行）幾個部分，必做實驗與選做實驗結(jié)合并行，實現(xiàn)了實驗內(nèi)容和選題的柔性與開放性，尊重學(xué)生個性，為學(xué)有余力的學(xué)生提供更好的鍛煉機會和發(fā)展空間。

圖書封面

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