基础教学

本科生教学

  • 《机械原理》—专业基础课

授课教师:唐德威、于红英
授课对象:全校机械类及部分其他工科专业大二学生

哈尔滨工业大学《机械原理》课程是国家首批精品课程与首批资源共享课程,是哈尔滨工业大学校管核心课程,其研究的是机械运动学、动力学分析与机械设计的基本理论,是一门在基础课与专业课之间起着承上启下作用的重要技术基础课程。

《机械原理》是一门介绍各类机械产品中常用机构设计的基本知识、基本理论和基本方法的重要技术基础课程。《机械原理》以高等学校机械类专业的学生为对象,以机构系统运动方案设计为主线,面向产品设计,强调学科之间的交叉融合,注重相关课程教学内容的边界再设计,通过启发创新思维,培养学生主动实践的工程设计能力。《机械原理》重点讨论连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇机构等常用机构的设计和机构系统动力学、机构创新设计一般规律和方法,将设计基本知识、基本理论与设计方法有机融合,通过理论学习与不断实践加强创新思维和工程设计能力的训练,为机械产品创新设计提供必要的基础知识与方法。

 

 

  • 《机械设计基础》—专业基础课

授课教师:于红英
授课对象:全校近机械类和非机械类专业大二学生

哈尔滨工业大学《机械设计基础》课程是哈尔滨工业大学校管核心课程,其研究的是一门用以培养学生机械设计基本能力的技术基础课,在教学过程中要综合运用先修课程中所学到的有关知识与技能,结合各种实践教学环节,进行机械工程技术人员所需的基本训练,为学生进一步学习有关专业课程和日后从事机械设计工作打下基础,因此在近机械类专业和非机械类专业的教学计划中占有重要地位和作用,是高等工科院校本科生教学计划中一门主干课程。本课程主要从整机设计要求出发,研究机械中的常用机构和通用零部件的工作原理、结构特点及基本的设计理论和计算方法。

 

  • 《基于xPC Target的实时控制系统入门》—专业选修课

授课教师:全齐全
授课对象:航空宇航制造工程系大四学生

有感于机电工程学院目前过于偏重机械学知识的本科培养模式,结合自身科研工作中的一些体会,在2014年秋季学期开设了面向高年级本科生的《基于xPC Target的实时控制系统入门》这门课程。将国际上在工科院校里倍受欢迎的MATLAB软件引入课程,着重讲述如何基于xPC Target实现硬件在环及产品快速原型的系统仿真、构建实时控制的机电系统,旨在培养本科生形成机电一体化的设计理念,提升机电系统的综合设计能力。目前国内还没有全面介绍xPC Target的中文教材,更缺乏相应的实验教学仪器。开发了一套便携式实时伺服控制机电一体化系统,以服务于本课程的课堂教学与实验教学环节。

xPC Target是MathWorks公司提供和发行的一个基于Real-Time Workshop的附加产品,可将普通PC机转变为一个实时系统,支持多种类型的 I/O 设备板,是一种用于产品原型开发、测试和配置实时系统的PC机解决途径。作为系统动态仿真领域的重要工具,xPC Target是系统半物理仿真的绝佳选择。xPC Target采用宿主机—目标机方式的 “双机”模式;宿主机用于运行Simulink模块设计、创建目标应用程序;目标机用于执行宿主机所生成的代码,通过I/O设备板对机械系统发送控制信号并接收反馈信号。xPC Target 通过以太网连接或串口通讯来实现宿主机与目标机之间的通讯。

a)机电系统硬件搭建实验

学生通过连接机械系统中伺服电机—驱动器—接线端子台、位移传感器—接线端子台、行程开关—接线端子台、温度传感器—接线端子台之间的线缆完成机电系统的搭建工作。本实验课程可提高学生对机电一体化系统基本组成的认识,加深学生对机电系统中各组成部件间电路连接关系的理解。

b)机电系统软件开发实验

学生在宿主机上Simulink环境下编写实时控制程序,实现伺服电机的运动控制及系统中位移传感器、温度传感器、行程开关的信号采集。本实验课程可使学生深入学习机电系统控制软件的编写方法,掌握基于xPC Target实现机电系统中典型模拟信号及数字信号发送与采集的方法。

c)伺服电机控制模式比较实验

学生在宿主机上编写实时控制程序,分别实现伺服电机的力矩模式、速度模式及位置模式的运动控制,并比较分析伺服电机在不同控制模式下的输出特性。本实验课程可使学生具备基于xPC Target实现伺服电机的不同工作模式的能力,加深学生对伺服电机在不同工作模式下输出特性的理解。
目前,正在编著教材中,预计于2010年底出版。

 

  • 《基于Simulink Real-Time的半物理仿真》—创新研修课

授课教师:全齐全
授课对象:面向全校大二以上学生(每次限选10人以内)

在国外,Matlab已成为一门工科学生必须掌握的计算语言,在学习与科研活动中得到广泛应用。Simulink Real-Time能够进行系统半物理仿真,其中包括硬件在环(Hardware-in-the-loop, HIL)半物理仿真和快速控制原型(Rapid Control Prototyping, RCP)半物理仿真。本课程主要面向全校具有机械与电气专业知识背景的本科生,重点讲述半物理仿真基础,Matlab科学计算基础,Simulink动态仿真,基于Simulink Real-Time构建半物理仿真平台等内容。本课程的目的是培养学生进行机电一体化系统半物理仿真的能力。

 


研究生教学

  • 《航天器结构与机构》—学科核心课

授课教师:全齐全、郭宏伟
授课对象:航空宇航制造工程系研一学生

《航天器结构与机构》较全面地介绍了航天器结构与机构的技术基础,包括它们的环境条件、材料、设计、分析、制造、试验和可靠性,重点阐述航天器结构与机构的设计和分析技术。

整个课程共分为18章,可以分为四个部分:第1章到第3章说明了航天器结构与机构的基本概念、功能、类型、研制流程以及相关的环境条件和应用的材料。第4章到第11章为航天器结构的设计和分析,重点为设计和分析的原理与方法,并详细介绍了较典型的航天器结构,包括杆系结构、蜂窝夹层板结构、中心承力筒结构、密封舱结构和防热结构。第12章到第15章为航天器机构的设计和分析。重点阐述设计和分析的原理和方法,并详细介绍机构的主要装置以及太阳翼机构和连接分离机构。第16章到第18章为航天器结构与机构的可靠性、制造和试验,说明了它们的一些基本概念和与设计有关的要求。

本课程由全齐全副教授与郭宏伟副教授共同讲授。全齐全老师负责第1~11章;郭宏伟老师负责第12~18章。

 


新生训练

面向对象:所有新入研究室的研究生、本科生

AMT研究室发明了一种针对所有入学新生的训练方法,用于强化新生的机电一体化意识。在三周的时间内,需要完成一套机电一体化系统的完整设计工作,包括总体方案设计、机械系统设计、电气系统设计、机电一体化集成。

a)总体方案设计

提出一套由宿主机、目标机、机械系统组成的机电一体化系统方案。宿主机为一台能够运行MATLAB的独立笔记本计算机;目标机采用工业控制计算机和NI PCI-6229多功能数据采集卡;机械系统包含一套典型的MAXON伺服电机及驱动器、联轴器、扭矩传感器、磁滞制动器及温度传感器。在宿主机的MATLAB/Simulink环境下编写控制程序,目标机内仅安装一个1.4 M左右的核程序,下载宿主机编译好的程序代码进行实时运行。目标机和机械系统分别布置在两个便携式工具箱内。

b)机械系统设计

MAXON伺服电机经过联轴器,将动力经扭矩传感器传递给磁滞制动器。磁滞制动器能够对同轴布置的伺服电机进行连续回转加载;扭矩传感器用于实时获取负载的大小。温度传感器用于感知环境温度和伺服电机壳体的温升情况。需要完成机械系统原理图、二维装配图设计和三维模型的构建。

c)控制系统设计

控制系统由宿主机和目标机组成。宿主机为一台能够运行MATLAB的笔记本计算机;目标机由工业控制计算机和NI PCI-6229多功能数据采集卡组成。宿主机、目标机之间通过Ethernet交叉网线通讯。目标机通过NI专用线缆SHC68-68-EMP实现数据采集卡与机械系统内接线端子台间的信号传递。在宿主机上编写的Simulink控制程序通过交叉网线下载到目标机实时运行,实现对机械系统的实时控制。需要完成电气系统原理图、电气系统接线图、电气系统布局图的设计。

d)机电一体化集成

在完成机械系统和控制系统以后,需要进行机电一体化系统集成。需要完成机电系统三维建模、机械零件二维图设计、电气系统硬件开发、电气系统软件开发、原理样机系统调试。