Введение. Понятия и определения. Обобщённая схема мехатронной системы. Классификация приводов мехатронных систем

Специальные Мехатронные Робототехнические Комплексы

Конспект лекций

Лекция от 09.02.00 ()

Введение. Понятия и определения.

Развитие техники диктует постоянное усложнение требований к системам управления. Основная тема – приведение в движение объектов. Необходимо постоянное совершенствование систем. К началу 70-х годов такого вида системы совершенствовать стало трудно. Тогда решили использовать другие алгоритмы, базы для решений. К тому времени бурно стала развиваться электроника. На это и обратили внимание.

Мехатроника занимается управлением сложных систем.

Механика – наука о движении твёрдых тел и происходящих при этом взаимодействий между телами.

Электроника – наука о взаимодействии электронов  с электромагнитными полями и о методах создания электрических приборов, в которых эти методы используются для преобразования электрической энергии, для сохранения и преобразования информации.

Мехатроника – наука о движении и взаимодействии твёрдых тел, а также управления с помощью электрических устройств и приборов.

q  особенностью мехатронных систем, как объекта исследования, является его информационно-энергетическая сущность. Может быть эта черта – отличительная особенность;

q  чем меньше расход энергии, тем система лучше.

Под мехатроникой понимается 2 рода объектов. В узком смысле  термин «мехатроника» используется для характеристики мехатронных устройств, в которых использование электронных компонентов позволяет значительно улучшить их характеристики, а иногда реализовать оригинальные принципы действия:

Ø  вентильные двигатели;

Ø  бесконтактные двигатели внутреннего тока;

Ø  преобразователи энергии;

Ø  измерительные устройства.

В широком смысле понимают системы приведения в движение объекта управления, в котором используется развитая электронная часть, осуществляющая обработку информации и реализацию эффективности алгоритмов управления. К таким относятся адаптивные системы, системы с автонастройкой параметров, система с переменной структурой, автоматизированные системы испытаний, моделирующие комплексы.

Техническая система – устройство, которое обладает следующей совокупностью признаков:

1.  является законченным видом технической продукции;

2.  самостоятельно выполняет определённые функции;

3.  состоит из взаимодействующих элементов, узлов, агрегатов, подсистем;

4.  взаимодействует с другими техническими объектами и внешней средой.

Привод – совокупность устройств объединённых в систему, предназначенную для приведения в движение рабочих органов машин или объектов управления в соответствии с заданной технологией.

Обобщённая схема мехатронной системы.

Для управления движением любого объекта необходимо сообщать управляющие воздействия изменяющиеся по необходимому закону.

y - внешний вектор возмущения;

j - координата объекта;

М_у  - управляющее воздействие;

ИД – исполнительный двигатель;

МП – механические передачи;

УПЭ – управляемый преобразователь энергии (усилитель мощности);

ИЭ – источник энергии;

УУ – устройство управления;

ЗУ – задающее устройство;

ЗУ – задающее устройство;

Измерители – фактическая координата объекта.

Рис.1

В природе значительная часть погрешностей :

q  нелинейное преобразование сигнала;

q  ограничение по мощности  (энергии);

q  трения, сопротивление индуктивной ёмкости;

q  люфты  и нежёсткость  в механической передаче.

Раньше – ограничение в информационной части (проблема работы в реальном времени);

Теперь – ограничение в энергетической части (алгоритмы очень сложные);

В одну точку можно прийти разными путями:

Рис.2

Используют несколько алгоритмов, в т. ч. алгоритм слежения.

Основной этап оценки устройства – умение правильно выбрать и математически описать привод.

Гидропривод – быстрее, но дороже.

Электропривод – дешевле, но медленнее.

Замена УМ:

- перемонтаж электропривода занимает несколько часов;

- перемонтаж гидропривода намного сложнее занимает несколько дней (иногда  невозможно).

Лекция 16.02.00 (Демидова)

Классификация приводов мехатронных систем.

Приводы мехатронных систем разработаны по своим принципам действия, устройству, характеристикам и схемам построения:

1)  по виду энергии, подводимой к исполнительному двигателю мехатронной системы:

·  электрический (электромеханический) привод

·  гидравлический

·  пневматический

2)  по мощности

·  малой мощности (до 10 Ватт)

·  средней (от 10Вт до десятков кВт)

·  микропривода (единицы Вт)

3)  по типу преобразуемого в приводе сигнала:

·  непрерывный (аналоговый) привод

·  импульсный

·  цифровой

4)  по области  применения:

·  приводы летательных аппаратов

·  приводы транспортных средств

·  приводы строительных машин

·  приводы металлорежущих станков

·  приводы роботов-манипуляторов и т. д.