75429

Концепція побудови мехатронних систем. Визначення і термінологія мехатроніки

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Мехатроніка це нова галузь науки і техніки присвячена створенню і експлуатації машин і систем з компютерним управлінням рухом яка базується на знаннях в області механіки електроніки і мікропроцесорної техніки інформатики і компютерного управління рухом машин і агрегатів.

Украинкский

2015-01-12

52.5 KB

8 чел.

ЛЕКЦІЯ 2

Концепція побудови|шикування| мехатронних| систем. Визначення і термінологія мехатроніки|

Сучасний термін "мехатроніка|" ("mechatronics|") згідно|згідно з| японським джерелам, був введений|запроваджувати| фірмою|фірма-виготовлювачем| Yaskawa| Electric| в 1969 році і зареєстрований як торгова|торгівельна| марка в 1972 році. Ця назва отримана|одержувати| комбінацією слів "механіка" і "електроніка".

Мехатроніка знаходиться|перебуває| тільки|лише| у стадії становлення, тому на сьогоднішній день її визначення і базова термінологія ще повністю|цілком| не сформована. Тому видається доцільним розглянути|розглядувати| визначення, що виражають|виказують| суть предмету мехатроніки| як в широкому, так і у вузькому (спеціальному) сенсі|змісті|.

Загальне визначення мехатроніки в широкому розумінні дане в 1995 році: Мехатроніка - це нова галузь науки і техніки, присвячена створенню і експлуатації машин і систем з комп'ютерним управлінням рухом, яка базується на знаннях в області механіки, електроніки і мікропроцесорної техніки, інформатики і комп'ютерного управління рухом машин і агрегатів.

У даному визначенні особливо підкреслена триєдина суть|сутність| мехатронних| систем, в основу побудови|шикування| яких закладена ідея глибокого взаємозв'язку механічних, електронних н комп'ютерних елементів. Напевно тому найбільш поширеним графічним символом мехатроніки| стали три пересічені круги|кола|, поміщені в зовнішню оболонку "виробництво" - "менеджмент" -"вимоги ринку".

Таким чином, системна інтеграція трьох вказаних видів елементів є|з'являється| необхідною умовою побудови|шикування| мехатронної| системи.

Відомо декілька визначень, опублікованих в періодичних виданнях, працях міжнародних конференцій і симпозіумів, де поняття про мехатроніку| конкретизується і спеціалізується. На основі розглянутих|розглядувати| вище визначень пропонуємо наступне|слідуюче| спеціальне формулювання предмету мехатроніки|:

Мехатроніка вивчає синергетичне|синергетика| об'єднання вузлів точної механіки з|із| електронними, електротехнічними і комп'ютерними компонентами з метою проектування і виробництва   якісно нових модулів, систем, машин з|із| інтелектуальним керуванням| їх функціональними| рухами.

У визначенні підкреслюється синергетичний|синергетика| характер|вдача| інтеграції елементів - складових мехатронних| об'єктів. Синергія (греч|.) - це сумісна|спільна| дія, направлена|спрямована| на досягнення загальної|спільної| мети. При цьому принципово важливо|поважно|, що складники не просто доповнюють один одного, але|та| об'єднуються таким чином, що система набуває якісно нових властивостей.

У мехатроніці| всі енергетичні і інформаційні потоки направлені|спрямовані| на досягнення єдиної мети - реалізації заданого керованого руху. У деяких визначеннях замість терміну "синергетичне|синергетика|" використовуються поняття "органічне" і "системне" з'єднання|сполучення| частин|часток| в мехатронну| систему.

Інтегровані мехатронні| елементи вибираються розробником вже на стадії проектування машини, а потім забезпечується необхідна інженерна і технологічна підтримка при виробництві і експлуатації машини. У цьому радикальна відмінність|відзнака| мехатронних| машин від традиційних, коли часто|частенько| користувач був вимушений|змушений| самостійно об'єднувати в систему різнорідні механічні, електронні і інформаційно керувальні пристрої|устрої| різних виробників. Саме тому багато складних комплексів (наприклад, деякі гнучкі виробничі системи машинобудування) показали на практиці низьку надійність і невисоку техніко-економічну ефективність.

Методологічною основою розробки мехатронних| систем служать методи  паралельного|  проектування.  При традиційному проектуванні машин з|із| комп'ютерним управлінням послідовно проводиться розробка механічної, електронної, сенсорної і комп'ютерної частин|часток| системи, а потім вибір інтерфейсних блоків. Парадигма паралельного проектування полягає в одночасному і взаємозв'язаному синтезі всіх компонент системи.

Базовими об'єктами вивчення мехатроніки| є|з'являються| мехатронні| модулі, які виконують рухи, як правило, по одній керованій координаті. З|із| таких модулів, як з|із| функціональних кубиків, компонуються складні системи модульної архітектури.

Мехатронні системи призначені, як випливає з визначення, для  реалізації заданого  руху. Специфіка завдань|задач| автоматизованого машинобудування полягає в реалізації переміщення вихідної ланки - робочого органу технологічної машини (наприклад інструменту для механічної обробки|). При цьому необхідно координувати управління    просторовим    переміщенням     з|із| управлінням різними зовнішніми процесами.  Прикладами|зразками| таких процесів можуть служити регулювання   силової   взаємодії   робочого   органу  з|із|  об'єктом робіт при механічній обробці|, контроль і діагностика поточного стану|достатку| критичних елементів МС (інструменту, силового перетворювача), управління додатковими| технологічними діями (тепловими, електричними,   електрохімічними|електрохімія|)   на об'єкт  робіт  при   комбінованих   методах   обробки,   управління допоміжним устаткуванням|обладнанням| комплексу (конвеєрами, завантажувальними пристроями|устроями|  і тому подібне),   видача   і   прийом    сигналів  від  пристроїв|устроїв| електроавтоматики (клапанів, реле,  перемикачів). Такі складні координовані рухи мехатронних| систем надалі називатимемо функціональними| рухами.

У сучасних МС для забезпечення високої якості реалізації складних і точних рухів застосовуються методи інтелектуального управління. Дана група методів спирається|обпирається| на нові ідеї в теорії управління, сучасні апаратні і програмні засоби|кошти| обчислювальної техніки, перспективні підходи до синтезу керованих рухів МС.

Оскільки|слід відзначити , що| мехатроніка,| як нова галузь науки і техніки, знаходиться|перебуває| у стадії свого становлення, її термінологія, межі|кордони| і класифікаційні  ознаки  ще   строго|суворий|   не   визначені.

Ознаки та структура сучасних мехатронних| систем

Зовнішнім середовищем|середою| для машин даного класу є|з'являється| технологічне середовище|середа|, яке містить|утримує| різне основне і допоміжне устаткування|обладнання|, технологічне оснащення і об'єкти робіт. При виконанні мехатронною| системою заданого функціонального руху об'єкти робіт додають|роблять| збурюючі|бентежити| дії на робочий орган. Прикладами|зразками| таких дій можуть служити сили різання для операцій механічної обробки|, контактні сили і моменти сил при збірці|зборці|, сила реакції струменя рідини при операції гідравлічного різання.

Зовнішні середовища|середу| укрупнено|укрупняти| можна розділити на два основні класи: детерміновані і недетерміновані. До детермінованих відносяться середовища|середа|, для яких параметри збурюючих|бентежити| дій і характеристики об'єктів робіт можуть бути заздалегідь визначені з необхідним| для проектування МС ступенем|мірою| адекватності. Деякі середовища|середа| є|з'являються| недетермінованими за своєю природою (наприклад, екстремальні середовища|середа|: підводні, підземні і тому подібне). Характеристики технологічних середовищ|середи| як правило можуть бути визначені за допомогою аналітично-експериментальних| досліджень і методів комп'ютерного моделювання. Наприклад, для оцінки сил різання при механічній обробці| проводять серії експериментів на спеціальних дослідницьких установках, параметри вібраційних дій вимірюють|виміряють| на вібростендах з|із| подальшим|наступним| формуванням математичних і комп'ютерних моделей збурюючих|бентежити| дій на основі експериментальних даних .

Проте,|однак| для організації і проведення подібних досліджень часто|частенько| потрібні дуже|занадто| складна і дорога апаратура і вимірювальні технології. Так для попередньої оцінки силових дій на робочий орган при операції роботизованого видалення|віддалення| облою з литих виробів необхідно вимірювати|виміряти| фактичні розміри кожної заготовки|заготовки|. У таких випадках доцільно застосовувати методи адаптивного управління, які дозволяють автоматично коректувати закон руху МС безпосередньо в ході виконання операції.

Таким чином, наявність трьох обов'язкових частин|часток| - механічної (точніше електромеханічної), електронної і комп'ютерної, зв'язаних енергетичними і інформаційними потоками, є|з'являється| первинною ознакою, що вирізняє мехатронні| системи.

Електромеханічна частина|частка| включає механічні ланки і передачі, робочий орган, електродвигуни, сенсори і додаткові електротехнічні елементи (наприклад, гальма, муфти). Механічний пристрій|устрій| призначений для перетворення рухів ланок в необхідний  рух  робочого  органу. Електронна частина|частка| складається з мікроелектронних пристроїв|устроїв|, силових перетворювачів і електроніки вимірювальних  ланок|цепів|.   Сенсори  призначені   для   збору|збирання|   даних   про фактичний стан|достаток| зовнішнього середовища|середи| і об'єктів робіт, механічного пристрою|устрою| і блоку приводів з|із| подальшою|наступною| первинною обробкою і передачею цієї інформації в  пристрій|устрій|  комп'ютерного  управління (ПКУ). До складу ПКУ мехатронної| системи зазвичай|звично| входять комп'ютер верхнього рівня і контролери управління рухом.

Завданням|задачею| мехатронної| системи є|з'являється| перетворення інформації про мету|ціль| управління, що поступає|надходить| з верхнього рівня, в цілеспрямований|ціленаправлений| функціональний рух системи з|із| управлінням на основі принципу зворотного зв'язку.

Характерно, що електрична енергія використовується в сучасних системах як проміжна енергетична форма. Таким чином, для фізичної реалізації мехатронної| системи теоретично необхідно чотири основних функціональних блоки: послідовно сполучені|з'єднані| інформаційно-електричний і електромеханічний енергетичні перетворювачі в прямій ланці|цепі| та електро-інформаційний| і механо-інформаційниий| перетворювачі в ланці|цепі| зворотного зв'язку. Мабуть|певне|, якщо робота силової частини|частки| машини з енергетичної точки зору заснована на гідравлічних, пневматичних або комбінованих (наприклад, електрогідравлічних) процесах, то очевидно необхідні відповідні перетворювачі і датчики в ланках|цепи| зворотного зв'язку|посібнику||розглядують|.

Проаналізуємо фізичний характер|вдачу| перетворень і структуру традиційної машини з|із| комп'ютерним управлінням з даної точки зору.

Пристрій|устрій| комп'ютерного управління на підставі вхідної інформації, що поступає|надходить| з верхнього рівня управління і по ланках|цепах| зворотного зв'язку від сенсорів, видає в часі на виконавчі приводи електричні управляючі сигнали. У силових перетворювачах відбувається|походить| посилення по потужності даних сигналів, їх модуляція (найширше застосовуються широко-імпульсні модулятори). Потім виконавчі приводи прикладають відповідні зусилля (сили і моменти) до ланок механічного пристрою|устрою|, що в результаті викликає|спричиняє| цілеспрямований|ціленаправлений| рух кінцевої|скінченної| ланки машини — її робочого органу.

Для сполучення|спряження| елементів в систему традиційно вводять|запроваджують| спеціальні інтерфейсні пристрої|устрої|, для сенсорів з|із| аналоговим вихідним сигналом - на основі аналого-цифрових перетворювачів. Для механічної частини|частки| інтерфейсом є, як правило, механічні передачі, що пов'язують виконавчі двигуни з ланками механічного пристрою|устрою|. Конструктивно такі трансмісії зазвичай|звично| включають редуктори, муфти, гнучкі зв'язки, гальма і тому подібне.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

70233. Критичний утопічний соціалізм 26.5 KB
  Вихідними пунктами його плану з одного боку стала переконаність у провідній ролі індустріалів у суспільному житті а з іншого його ставлення до організації промисловості як одного з найважливіших чинників досягнення суспільного блага. Мислитель розглядав державну владу як основний засіб...
70234. Розвиток і особливості політичної думки в Росії 51 KB
  Слов’янофільство - вияв приязні, симпатії до слов’янства, зацікавлення ним з боку різних громадсько-політичних та культурних діячів, які, виходячи з етнічної та мовної спорідненості слов’ян, підтримували ідею їхнього тісного єднання. Форми вияву слов’янофільства були найрізноманітнішими...
70235. Діалектико-матеріалістичні погляди К. Маркса, Ф.Енгельса, В.І. Леніна 99.5 KB
  Перший виклад диалектичного матерiалiзму здiйснений 6ув Марксом у групi праць, написаних мiж 1844-м i 1848 роком пiд впливом Фоєр6ахової матерiалiстичної iнтерпретацii Гегеля, i його можна вважати епiзодом у Марксовому зростаннi як революцiйного соцiалiста.
70236. Політичні концепції ХХ століття 72 KB
  Значною мірою на формування сучасної парадигми політичної науки вплинули праці німецького філософа соціолога історика Макса Вебера 1864-1920. Як бачимо вирішальне значення відведено вождеві й бюрократії другорядна роль парламенту що пояснюється негативною оцінкою їм політичних партій...
70237. Політичні погляди в Київській Русі 56 KB
  У IX—XII ст. в Київській Русі відбулося формування феодального суспільства і, звісно, стали розвиватися держава і право, політичні погляди, наука, література, філософія тощо. Важливу роль у цьому процесі, як і в усьому житті, відігравало християнство, яке сприяло розвиткові духовного...
70238. Платон, Сократ і проекти ідеального політичного устрою 36 KB
  Він вів пошуки раціонального логічно-понятійного обґрунтування обєктивного характеру етичних норм моральної природи держави і права. Основу нормального функціонування держави її благополуччя він вбачав у непорушності законів підпорядкуванні їм усіх громадян.
70239. Політичні вчення Арістотеля 53 KB
  У центрі політичного вчення Арістотеля перебувають проблеми походження сутності та форми держави. Форму держави Арістотель характеризує як політичну систему що визначається верховною владою в державі. Трьома правильними формами держави виступають монархія аристократія і політія а трьома...
70240. Соціально-політичні погляди періоду Середньовіччя та епохи Відродження 59.5 KB
  Вершини своєї могутності i впливу римо-католицька церква, папство досягли у ХIII ст. Тодi ж завершилось створення системи схоластики - релiгiйної фiлософiї католицизму, спрямованої на виправдання постулатiв вiри рацiональними,
70241. Політичні ідеї французьких просвітителів 38 KB
  Ідеї закономірності та принципи рівних в роботах Руссо Вольтера Дідро. Ідеї закономірності та принципи рівних в роботах Руссо Вольтера Дідро. Руссо 1712-1778 рр. Джерелом протиріч цивілізації Руссо визнав соціальну нерівність зумовлену нерівністю майновою.