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

7 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

44796. Техническая диагностика 15.54 KB
  Целью данной дисциплины является изучение теоретических основ технической диагностики и надежности общих методов распознавания и математической теории диагностики обоснованного выбора конкретных способов диагностики и соответствующих им правил решения. Целью технической диагностики являются определение возможности и условий дальнейшей эксплуатации диагностируемого оборудования и в конечном итоге повышение промышленной и экологической безопасности. Задачами технической диагностики которые необходимо решить для достижения поставленной цели...
44797. Сущность, формы, функции исторического знания 20.83 KB
  Явления эти чрезвычайно разнообразны касаются развития хозяйства общественной жизни страны деятельности исторических личностей. Предметом отечественной истории являются закономерности политического и социально-экономического развития российского государства и общества. В результате изучения предмета отечественной истории студент должен приобрести комплексное знание процесса формирования предпосылок зарождения и социальнополитического развития российского общества как части всемирной истории человечества но со своими особенностями. Многие...
44798. Mülltrennung in Aschach 26.5 KB
  Die Müllers leben wie Millionen ndere deutsche Fmilien uch: Die Eltern аrbeiten die Kinder gehen zur Schule mn fährt ein bis zweiml im Jhr in den Urlub und mn trennt seinen Müll. Die pcke ich zu Bündeln und lege sie m bholtg zusmmen mit den vollen Knüllppiersäcken rus uf den Bürgersteig.“ Ich bringe die leeren Flschen und Gläser gerne zu den ltglscontinern. Ds durchsichtige Gls kommt in den WeißglsContiner ds brune in den BrunglsContiner und ds grüne ntürlich in den GrünglsContiner ber mn muss ufpssen dss keine Deckel mehr uf...
44799. Отношение к литературной классике 19в в 20 и 21вв 26.5 KB
  Русская классика 19 века хранительница русской духовной культуры. Это споры физиков и лириков а также споры в методистов литературы споры современного прочтения и индивидуальной интерпретации. На стр рус класс литры в созданных ей образах и картинах запечатлелось развитие общества на протяжении столетий воплощен национальн характер народа.
44800. Хромосомная теория наследственности. Основные законы наследования признаков 39 KB
  Для выявления закономерности наследования признаков им был разработан гибридологический метод особенностями которого являются: исследование одной пары альтернативных признаков по которым отличались родительские особи; точный количественный учет признаков в каждом поколении и статистическая обработка данных; использование чистых линий для получения гибридов. При скрещивании гомозиготных особей анализируемых по одной паре альтернативных признаков первое поколение единообразно по своим генотипам и фенотипам. При скрещивании...
44801. Земная кора 20.22 KB
  Мантия Земли Мантия это силикатная оболочка Земли сложенная преимущественно перидотитами породами состоящими из силикатов магния железа кальция и др. Мантия составляет 67 всей массы Земли и около 83 всего объёма Земли. Хотя сведения о составе нижней мантии ограничены и число прямых данных весьма невелико можно уверенно утверждать что её состав со времён формирования Земли изменился значительно меньше чем верхней мантии породившей земную кору.
44802. Атмосфера 36.5 KB
  Нижний наиболее плотный слой воздуха тропосфера ее высота 10 15 км. В вертикальном распределении температуры имеет место максимум около 0 С Выше стратосферы примерно до высоты 80 км простирается мезосфера в которой температура воздуха с высотой падает до нескольких десятков градусов ниже нуля. Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха основные области ионосферы лежат внутри термосферы. Далее до 10 000 км простирается экзосфера где плотность воздуха с...
44803. География населения. Демографические показатели регионов мира 15.99 KB
  Демографические показатели регионов мира География населения изучает численность структуру и размещение населения рассматриваемого в процессе общественного воспроизводства и взаимодействия с окружающей природной средой. Под воспроизводством населения понимают совокупность процессов рождаемости смертности и естественного прироста которые обеспечивают беспрерывное возобновление и смену людских поколений. Для первого типа характерны относительно невысокие показатели рождаемости смертности и естественного прироста для экономически развитых...
44804. Правило минимума Либиха. Закон оптимума. Закон толерантности Шелфорда 38 KB
  Закон оптимума. Закон толерантности Шелфорда. Закон минимума Либиха закон открытый. Либихом 1840 согласно которому относительное действие отдельного экологического фактора тем сильнее чем больше он находится по сравнению с другими факторами в минимуме; по данному закону от вещества концентрация которого лежит в минимуме зависят рост растений величина и устойчивость их урожайности.