课程简介-机电概述研究生.ppt
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1、,王 田 苗 北航机器人研究所,现代机电控制,问 题?,该课程有何用?(WHY) 该课程的内容?(WHAT) 如何教与学? (HOW),1,课程简介,2,3,教学大纲,PBL教学模式,课程概况,学时 :32h 性质:机械工程专业的研究生必修课 目的: 巩固基础知识 强调学以致用,突出工程实践能力 培养创新能力,课程简介,一般机电控制工程课程体系,概念、定义、组成、范围、分类; 设计方法(准则,步骤,外观); 机械结构与传动(滚珠丝杠传动、齿轮传动、谐波齿轮传动、齿形带传动、导轨、主轴组件、支承件) 传感器定位与检测(角位移、光栅位移、电磁感应) 伺服驱动(步进电机、直流电机、交流电机、开环伺服
2、、闭环伺服) 微机原理与控制系统(原理,接口,运动规律、传递函数、控制算法) 典型机电控制实例机器人与数控机床; 发展趋势,课程内容,1,课程简介,2,3,教学大纲,PBL教学模式,课程概况,一、指导思想 坚持“工程选择科学”的教学理念,采用项目研究式案例教学模式。 以一个工程项目的设计为任务牵引,以问题为驱动,以设计与实验为主要方式,提高学生综合运用基础知识和工程工具解决工程实际问题的能力。,“现代机电控制”教学大纲 (Course Outline),1)加深巩固学生已学的基础理论和知识,构建知识树,了解和掌握本专业的工程实践知识和工程工具,初步掌握机电一体化系统的设计和开发技术; 2)通过
3、工程项目设计综合实践,培养学生理论联系实际,提高学生综合运用所学知识分析解决技术问题的方法和工程实践能力,培养创新意识和团队协作精神。,二、教学目的 (OBJECTIVE OF COURSE),以课堂讲授和项目实践相结合,1:1; 以实验指导与助教答疑给予实践引导 重点以项目实践评估课程成绩 (能力评价),三、教学形式 (OVERVIEW OF COURSE),三、教学形式 (OVERVIEW OF COURSE),教学形式主要采用 理论讲课 小组实验 课堂研讨 重点放在学生自主学习、研究与实验方面,并通过随机抽查研讨、讲解来检验和评估学生学习效果。 要求学生认真听讲,积极发言阐述自己观点,按
4、时独立自主完成布置作业,展示自己实验结果,研讨自己学习与实验体会。,四、课程安排 (TOPICS ARRANGEMENTS),主线: 机电系统概述 设计方法 元器件选型 系统建模与分析 控制系统开发 数控综合运用 学习研发交流 前沿发展趋势。,四、课程内容安排,五、考试方式与成绩 (Examination and GRADING),总分:100分 平时:作业1:作业2:选作题= 10:35:50:5,六、必要先前知识(PREREQUISITES),先修课程: 机械设计 检测技术 机电传动控制 自动控制原理 微机原理与接口技术 计算机软件技术基础,七、参考资料 (REQUIRED TEXTS),
5、1 自编讲义与实验指导书 2 胡国清.机电控制工程理论与应用基础.机械工业出版社 3 史维祥.近代机电控制工程.机械工业出版社 4 Introduction to Control System Technology, Robert N. Bateson. Prentice Hall,1999,八、答疑,上课教室:新主楼B201 周次:1-17周 星期一(5、6)节 2:004:00 助 教:姚国才,李海源 课件下载: 密码:xdjdkz ; 作业提交信箱: 答疑方式: 15810266721(姚国才),九、分组原则 (Group Cases),一方面考虑实验设备与条件有限,另一方面考虑加强
6、学生合作与团队意识,给出以下分组原则: 小组人数控制在34人 自愿组合,并推荐一名小组长,留下通讯联系方式 任务清晰,分工明确 对于特殊情况的,有老师安排小组,十、研究型教学实践关键内容,大作业,作业1:数控工作台单自由度直线运动单元建模与仿真分析 作业2:数控工作台直线运动单元控制实验,十一、课程须知(Instruction),1两个大作业每次作业都要求个人独立完成,雷同作业没有成绩; 2作业中的内容不应当是课堂讲义的简单重复,提倡同学通过上网或者参考相关书籍、技术文档完成作业,并加入自己的想法,创新性的内容会适当加分; 3每次作业需在规定的提交日期提交,迟交的作业将被降低1个等级评分; 4
7、请按时参加理论课程与实践课程,爱惜实验设备,保持环境卫生; 5注意安全用电,注意正确的设备使用方法; 6. 实践课后将使用的电脑关闭,实验设备按要求收拾好。,1,课程简介,2,3,教学大纲,PBL教学模式,课程概况,“ Project-based learning” 教 学 模 式,提 纲,一、高等工程教育改革背景与发展趋势,二、“Project-based learning”教学模式,三、教学改革实践,四、教改效果,一、高等工程教育改革背景与发展趋势,机械还原论,19世纪至20世纪上半叶物理、化学等经典科学所取得的辉煌成果,成就了“机械还原论”。以经典自然科学为基础,认为工程世界的机械模型,
8、可以分解成一门门孤立的课程和实践,然后通过简单的相加,来达到工程教育的目的。(哑铃型) 特点:美国大学的工程教授与工业和工程保持着密切的关系,工程本科和硕士计划明确地着眼于培养实际的工程师,但主要着眼于技术的培养。,二战后控制论、信息论和系统论的建立,机械与信息和控制技术的结合所产生的系统对象,其整体行为用机械还原论的方法已经无法解释,系统地观点或方法成为20世纪后半叶工程教育方法论的主角。 科学的进步促进了技术的发展和工程创造的实现,这就使得高等工程教育十分重视科学教育,十分强调自然科学原理的教育。 MIT引导从经验向科学的转变。 特点: 本科和硕士计划为博士研究计划准备生源,讲授工 程科学
9、的理论和知识。,科学主导工程,经典机电控制前期(1900-1935),(1) 美国福特(Ford Motor)汽车公司建成最早的汽车装配流水线(1913),(2) 美国N. Minorsky研制出用于船舶驾驶的伺服结构,提出PID控制方法(1922),(3) 美国MIT的Vannevar Bush研制成第一台大型模拟计算机(Differential Analyzer)(1928),V. Bush,MIT成功之路,MIT的成功得益于其第一任工学院院长的V. Bush于1945年提出的工程科学化运动,强调科学在教学和研究中的作用,强调数学和科学的地位,首先导致MIT并随后波及整个美国工程教育在19
10、451968年的工程科学运动。 曾被誉为数控机床之父,曾任MIT电机工程系系主任和工学院院长的G. Brown教授提出教育改革方案二原则(The Brown Report): “科学主导工程的训练方法” (Science dominates engineering, The modern engineers should be educated as a scientist ) “课堂教学必须与实践教学紧密地结合起来” (Laboratory instruction will coordinate closely with classroom instruction as an integra
11、l part of the subject),研制成第一台大型模拟计算机,G. Brown教育改革方案二原则(The Brown Report): 科学主导工程(Science dominates engineering. The modern engineers should be educated as a scientist),强调教学中数学和科学的地位(“学为基本, 术为支干”, 蔡元培)。 实验与课堂教学紧密结合(Laboratory instruction will coordinate closely with classroom instruction as an integr
12、al part of the subject) 科学主导工程与工程选择科学是截然不同但又很容易被混淆的两种模式。前者强调原创性与长期永久之效果,后者强调眼前短期效应,且容易被人接受。,-由Brown推动的教育改革运动波及了整个美国工程教育界,使得MIT迅速发展成为世界一流的研究型大学。 -据1994年统计,MIT拥有工程院院士86人,科学院院士98人,医学科学院院士17人。从68年起到96年,共有13人获得诺贝尔奖。Engineering can proceed no faster than the mathematical analysison which it is based(Bush
13、and Hazen, 1927),回归工程,20世纪80年代,美国面临日本制造业全面占领美国市场的巨大竞争压力,美国工程教育界为振兴本国的制造业,开始了新一轮改革。 虽然科学促进技术的发展,但新技术的创造,即依靠科学,也依靠大量的试验工程实践。 MIT学院院长乔尔.莫西斯深刻感悟到问题的实质 MIT又引导从科学向工程的回归,大工程观与工程集成教育; 特点:对工程学生的培养必须在工程的系统和背景下进行,不仅让学生学习工程科学理论和知识,还让学生“接触到大规模的复杂系统的分析和管理”。,“回归工程 ”(大工程观),20世纪80年代末美国NSF、MIT提出的高等工程教育的教育目标。 内涵: 从过分重
14、视工程科学转变到更多重视工程系统及其背景 注重工程实践能力的培养 强调应用整合或集成的思想,重建课程内容结构 学会学习终身教育,罗德里克弗雷泽博士,加拿大阿尔伯塔大学的名誉校长( 2006第三届中外大学校长论坛),特别喜欢据说来自中国的一句谚语,大意是: 你告诉我,我可能会忘记; 你给我演示,我有印象; 你让我自己做,我就会理解。 You tell me, I forget; you show me the demo, I can remember; you let me do it myself, I would understand.,中国:培养创新意识,加强工程实践能力,培养创新人才的现
15、代工程教育理念,以学习世界高等工程教育改革. 总结:高等工程教育无疑是要培养工程技术人才,无论是侧重工程科学,还是侧重工程技术,都必须以工程实践为基础。 因此工程教育必须密切地回归到工程实践的根本上来,树立工程实践教育理念。,工程教育理念依据,知行统一 理论与实践相结合 纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行; 直接经验、间接经验; 做中学 实践是检验真理的唯一标准,二、“Project-based learning” 教学模式,学科课程:为学生打下了良好的知识基础; 项目课程(PBL):则为学生整合、运用这些知识提供了难得的机会。正是项目课程的开设,使得整个课程设置更加灵活、柔性,能够满足不同的、多
16、样化的需求。有助于构建学生综合的知识结构,提高实践能力。 (大工程观理念:MIT:UPOP,斯坦福大学:STVP) 同等重要,相互配合;,“Project-based learning”项目课程: 源于美国,在国外称项目课程、主题研究等,国内称之为“研究性学习或探究式学习”,是20世纪80年代末以来国际教育界比较普遍推崇和实施的一种新课程。,Project教学模式的特点,Project-based learning,Project-based learning:以任务为载体,问题驱动,创设一种类似科学研究的情境和途径,让学生通过自己搜集、分析和处理信息来实际感受和体验知识的生产和应用过程,进而
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