电气工程新技术专题（研讨）

课程代码

16000108

课程名称

电气工程新技术专题（研讨）

New technology   topics in Electrical Engineering

课程性质

电气工程新技术专题是电气工程类专业的选修课。

学分/学时

2学分 / 32学时，其中讨论学时16

开课学期

四（2）

开课单位

电气工程学院

适用专业

电气工程及其自动化

教学语言

演示文稿、讲解、作业、试卷均采用中文，术语采用中英文对照

先修课程

高等数学、大学物理、电机学、电路

后续课程

无

教材及参考书

²胡敏强等编著. 超声波电机原理与设计. 科学出版社，2005

²胡敏强等译. 微机械电子学 . 科学出版社，20010

课程简介

本课程的教学目的，是使学生在学习微机电系统的基本概念、场应应变的基本理论的基础上，进一步掌握微机系统中有关压电理论、压电材料的基本概念，超声波电机的原理与应用、有限元法、压电动作器的驱动/控制技术和应用范围，为从事本专业的工作打下坚实的基础。

考核方式

²平时成绩     10%

²期中考试   30%

²期末考试   60%

实验教学

无

专业培养能力

1. 工程知识：具有从事电气工程专业所需数学、自然科学以及经济和管理知识；掌握电气工程基础理论和专业知识，具有较系统的工程实践学习经历；了解电气类专业的前沿发展现状和趋势；能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。

2. 问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。

4. 研究：能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。

5.使用现代工具：能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。

7. 环境和可持续发展：了解与电气类专业相关行业的环境保护和可持续发展等方面的方针、政策和法津、法规；能够理解和评价针对复杂工程问题的专业工程实践对环境、社会可持续发展的影响。

10. 沟通：能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。

12. 终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。

课程培养学生的能力

1)  掌握电气工程学科新技术专题相关知识，培养运用场感应应变的理论对压电动作器的工作原理进行分析的能力。[1、2、4]

2)  培养学生具备使用有限元软件进行计算或确定计算步骤的能力。[4、5、12]

3)  培养和提高学生对所学知识进行整理、概括、消化吸收的能力，以及围绕课堂教学内容，阅读参考书籍和资料，自我扩充知识领域的能力。[7、10、12]

4)  通过作业，清晰、整洁地表达自己解决问题的思路和步骤的能力。[10、12]

5) 培养学生独立思考、深入钻研问题的习惯，和根据本课程知识，通过查阅相关文献，设计压电动作器的能力。[2、7、12]

教学内容与

学时分配

电气工程新技术专题使学生在学习微机电系统的基本概念、场应应变的基本理论的基础上，进一步掌握握微机系统中有关压电理论、压电材料的基本概念，超声波电机的原理与应用、有限元法、压电动作器的驱动/控制技术和应用范围，为从事本专业的工作打下坚实的基础。理论教学课时32学时，其中：

1. 微机械电子学的当前动向（2学时）

（1）对新型动作器的需求

（2）微定位的传统方法

（3）固态动作器概述

（4）临界设计概念和本章结构

2. 场感应应变的理论（2学时）

（1）铁电现象

（2）电场感应应变的微观起因

（3）压电现象的张量/阵列描述

（4）铁电现象和逆铁电现象的理论描述

（5）磁致伸缩现象

（6）铁电畴重定位

（7）铁电体的结晶粒度和电场感应应变

3. 陶瓷型传动装置的结构及制造方法（2学时）

       （1）陶瓷和单晶体的制作

       （2）器件设计

       （3）电极材料

       （4）商用压电型和电致伸缩型传动装置

4. 超声波电机的原理（6学时）

       （1）超声波电机的概述及分类

       （2）超声波电机设计原理

       （3）超声波电机的速度和推动力计算

       （4）超声波电机的可靠性

5. 研究压电结构的有限元法（6学时）

      （1）背景知识

      （2）定义问题的方程式

      （3）有限元法的应用

6. 压电动作器的驱动/控制技术（4学时）

      （1）压电动作器的分类

      （2）反馈控制

      （3）脉冲驱动

      （4）共振驱动

      （5）用于微机电系统的传感器及专用部件

7. 超声波电机的应用（6学时）

      （1）驻波型电机

      （2）复合电机

      （3）行波型电机

      （4）旋转模式电机

      （5）各类超声波电机的性能比较

      （6）微步距加工

      （7）超声波电机的其它应用

      （8）磁电机

           8. 伺服位移传感器的应用（2学时）

      （1）形变镜

      （2）显微镜阶段

      （3）高精度线形位移设备

      （4）伺服系统

      （5）VCR头部跟踪传动装置

      （6）减震与噪音消除系统

9. 在微机电系统中陶瓷型传动装置的将来（2学时）

     （1）从专利统计表看发展趋势

     （2）压电型传动装置/超声波电机的市场

     （3）传动装置设计的未来趋势

教学方法

课程教学以课堂教学为主，辅以课外作业、研究报告以及授课教师的科研项目于积累等共同实施。在教学组织上，重点以介绍概念、原理、分析过程为主，并引导学生积极思考。

本课程以压电原理驱动相关器件的工作原理和运行特性主线，重点讲授压电动作器、超声波电机的基本方法，以及相关的分析方法以及分析工具。课程介绍根据电气工程新技术相关的特点，将课堂教学与相关技术调研、研究报告等结合，帮助学生掌握学习方法，安排一定学时的相关科研工作介绍与熟悉，给同学进行相关科研实验的机会，帮助同学掌握电气工程领域的相关新技术。

制定人

及发布时间

金龙，2015年 5月 16 日