Det finns en synpunkt att mekatroniska tekniker inkluderar teknologier för nya material och kompositer, mikroelektronik, fotonik, mikrobionik, laser och andra tekniker.
Samtidigt finns det emellertid ett byte av begrepp och i stället för mekatroniska tekniker, som implementeras på grundval av användningen av mekatroniska föremål, handlar dessa verk om tekniken för tillverkning och montering av sådana föremål.
De flesta vetenskapliga arbetare tror nu att mekatroniska teknologier bara bildar och implementerar de nödvändiga lagarna för de datorkontrollerade mekanismernas verkställande rörelser, samt aggregat baserade på dem, eller analyserar dessa rörelser för att lösa diagnostiska och prognostiska problem.
Vid bearbetning syftar dessa teknologier till att säkerställa noggrannhet och produktivitet som inte kan uppnås utan användning av mekatroniska föremål, vars prototyper är metallskärmaskiner med öppna CNC-system. I synnerhet gör sådana tekniker det möjligt att kompensera för fel som uppstår på grund av svängning av verktyget relativt arbetsstycket.
Preliminärt bör det dock noteras att mekatroniska tekniker inkluderar följande steg:
Tekniskt problemangivelse;
Skapande av en processmodell för att erhålla lagen om verkställande rörelse;
Utveckling av mjukvara och informationsstöd för implementering;
Kompletterar informationshanteringen och designbasen för ett typiskt mekatroniskt objekt som vid behov implementerar den föreslagna tekniken.
En adaptiv metod för att öka svarvets vibrationsmotstånd.
Under förutsättningarna att använda olika skärverktyg, bearbetade delar av komplexa former och ett brett utbud av både bearbetade och verktygsmaterial ökar sannolikheten för självsvängning och förlust av vibrationsmotstånd hos maskinens tekniska system kraftigt.
Detta medför en minskning av bearbetningsintensiteten eller ytterligare kapitalinvesteringar i den tekniska processen. Ett lovande sätt att minska nivån på självsvängning är att ändra skärhastigheten under bearbetningen.
Denna metod är ganska enkel att implementera tekniskt och har en effektiv inverkan på skärprocessen. Tidigare implementerades denna metod som en priori-reglering baserad på preliminära beräkningar, vilket begränsar dess tillämpning, eftersom den inte tillåter att hänsyn tas till olika orsaker och variationer i förhållandena för förekomst av vibrationer.
Adaptiva system för att styra skärhastigheten med onlinestyrning av skärkraften och dess dynamiska komponent är mycket effektivare.
Mekanismen för avläsning av nivån på självsvängningar under bearbetning med variabel skärhastighet kan visas på följande sätt.
Antag att vid bearbetning av en del med skärhastighet V 1 är det tekniska systemet i självoscillationsförhållanden. I det här fallet sammanfaller frekvensen och fasen av svängningar på den bearbetade ytan med frekvensen och fasen för svängning hos skärkraften och själva skäret (dessa svängningar uttrycks i form av krossning, vågighet och grovhet).
När vi flyttar till hastigheten V2, uppstår svängningar på den bearbetade ytan av delen relativt skäret under den efterföljande varvningen (vid bearbetning "på banan") med en annan frekvens och synkronisering av svängningar, det vill säga deras fassammanfall är kränks. På grund av detta minskar intensiteten av självsvängningar under bearbetningsförhållanden "på spåret" och högfrekventa övertoner uppträder i deras spektrum.
Med tiden börjar naturliga resonansfrekvenser dominera i spektrumet och processen för självsvängningar intensifieras igen, vilket kräver en upprepad förändring av skärhastigheten.
Det följer av vad som har sagts att huvudparametrarna för den beskrivna metoden är mängden förändring i skärhastigheten V, liksom tecknet och frekvensen för denna förändring. Effektiviteten av effekten av att ändra skärhastigheten på bearbetningsprestandan bör bedömas av varaktigheten för återhämtningsperioden för automatisk oscillation. Ju större det är, desto längre kvarstår den reducerade nivån av självsvängningar.
Utvecklingen av en metod för adaptiv kontroll av skärhastigheten innebär simulering av denna process baserad på en matematisk modell för självoscillation, som bör:
Ta hänsyn till dynamiken i skärprocessen;
Överväg att spåra bearbetning;
Beskriv kapningsprocessen på lämpligt sätt under självoscillationsförhållanden.
Mekatroniska moduler används alltmer i olika transportsystem.
En modern bil som helhet är ett mekatroniskt system som inkluderar mekanik, elektronik, olika sensorer, en fordonsdator som övervakar och reglerar aktiviteterna i alla bilsystem, informerar användaren och ger kontroll från användaren till alla system. Fordonsindustrin i det nuvarande utvecklingsstadiet är ett av de mest lovande områdena för införandet av mekatroniska system på grund av den ökade efterfrågan och ökande motorisering av befolkningen, liksom på grund av närvaron av konkurrens mellan enskilda tillverkare.
Om vi klassificerar en modern bil enligt principen om kontroll, tillhör den antropomorfa anordningar, för dess rörelse styrs av en person. Redan nu kan vi säga att bilindustrin inom överskådlig framtid borde förvänta sig framväxten av bilar med möjlighet till autonom styrning, dvs. med intelligent rörelsekontrollsystem.
Hård konkurrens på fordonsmarknaden tvingar specialister inom detta område att söka efter ny avancerad teknik. Idag är en av de största utmaningarna för utvecklare att skapa "smarta" elektroniska enheter som kan minska antalet vägtrafikolyckor (RTA). Resultatet av arbetet inom detta område var skapandet av ett integrerat fordonssäkerhetssystem (SCBA), som automatiskt kan hålla ett visst avstånd, stoppa bilen vid ett rött trafikljus, varna föraren att han vänder en gång hastighet högre än vad som tillåts av fysikens lagar. Till och med chockgivare med radiosignalanordning har utvecklats, som, när bilen träffar ett hinder eller kollision, anropar en ambulans.
Alla dessa elektroniska olycksförebyggande anordningar delas in i två kategorier. Den första inkluderar enheter i bilen som fungerar oberoende av signaler från externa informationskällor (andra bilar, infrastruktur). De behandlar information från en luftburet radar (radar). Den andra kategorin är system vars drift baseras på data från informationskällor som ligger nära vägen, särskilt från fyrar, som samlar in information om trafiksituationen och överför den via infraröda strålar till förbipasserande bilar.
SKBA har förenat en ny generation av de enheter som anges ovan. Den tar emot både radarsignaler och infraröda strålar från "tänkande" fyrar, och förutom dess grundläggande funktioner ger den förare och lugn rörelse för föraren på oreglerade korsningar av vägar och gator, begränsar rörelsens hastighet i svängar och i bostadsområden utanför de fastställda hastighetsgränserna. Som alla autonoma system kräver SKBA att fordonet är utrustat med ett antilåsningssystem (ABS) och en automatisk växellåda.
SKBA inkluderar en laseravståndsmätare som ständigt mäter avståndet mellan fordonet och eventuella hinder på vägen - rörligt eller stillastående. Om en kollision är sannolik och föraren inte saktar ner, ger mikroprocessorn kommandot att lindra trycket på gaspedalen och bromsa. En liten skärm på instrumentbrädan blinkar med en varningsvarning. På förarens begäran kan färddatorn ställa in ett säkert avstånd beroende på vägytan - våt eller torr.
SKBA (Figur 5.22) kan köra bil med fokus på de vita linjerna på vägytan. Men för detta är det nödvändigt att de är tydliga, eftersom de ständigt "läses" av den inbyggda videokameran. Bildbehandling avgör sedan maskinens position i förhållande till linjerna och det elektroniska systemet verkar på styrningen i enlighet därmed.
Inbyggda infraröda mottagare från SKBA arbetar i närvaro av sändare placerade med vissa intervall längs körbanan. Strålarna förökas i en rak linje och över ett kort avstånd (upp till cirka 120 m) och data som överförs av kodade signaler kan inte drunkna eller förvrängas.
Ris. 5.22. Integrerat fordonssäkerhetssystem: 1 - infraröd mottagare; 2 - vädersensor (regn, fuktighet); 3 - gasreglage för strömförsörjningssystemet; 4 - dator; 5 - extra magnetventil i bromsdriften; 6 - ABS; 7 - avståndsmätare; 8 - automatisk växellåda; 9 - fordonshastighetssensor; 10 - extra elektroventil för styrning; 11 - acceleratorsensor; 12 - styrsensor; 13 - signaltabell; 14 - elektronisk visionsdator; 15 - TV-kamera; 16 - skärm.
I fig. 5.23 visar en Boch vädersensor. Beroende på modell placeras en infraröd LED och en till tre fotodetektorer inuti. LED-lampan avger en osynlig stråle i en spetsig vinkel mot vindrutans yta. Om det är torrt ute reflekteras allt ljus tillbaka och träffar fotodetektorn (så är det optiska systemet utformat). Eftersom strålen moduleras av pulser reagerar sensorn inte på främmande ljus. Men om det finns droppar eller ett lager vatten på glaset förändras brytningsförhållandena och en del av ljuset går ut i rymden. Detta detekteras av en sensor och styrenheten beräknar lämpligt torkarläge. Längs vägen kan den här enheten stänga det elektriska taket i taket, höja glaset. Sensorn har ytterligare 2 fotodetektorer som är integrerade i ett vanligt hus med en vädersensor. Den första är utformad för att automatiskt sätta på strålkastarna när det blir mörkt eller bilen går in i tunneln. Den andra växlar mellan "hög" och "låg" ljus. Om dessa funktioner är aktiverade beror på den specifika fordonsmodellen.
Bild 5.23. Hur vädersensorn fungerar
Låsningsfria bromssystem (ABS), dess nödvändiga komponenter - hjulhastighetssensorer, elektronisk processor (styrenhet), servoventiler, en elektriskt driven hydraulpump och en tryckackumulator. Några tidiga ABS var "trekanalers", dvs. kontrollerade de främre bromsarna individuellt, men släppte helt alla bakbromsarna när någon av bakhjulen började blockera. Detta sparar en viss kostnad och designkomplexitet, men resulterade i lägre effektivitet jämfört med ett helt fyrkanalssystem där varje broms styrs individuellt.
ABS har mycket gemensamt med dragkraftssystemet (PBS), vars verkan kan betraktas som ”omvänd ABS”, eftersom PBS fungerar på principen att detektera ögonblicket när ett av hjulen börjar snurra snabbt jämfört med det andra (ögonblicket när slipningen börjar) och ger en signal för att sakta ner detta hjul. Hjulhastighetssensorer kan delas, och därför är det mest effektiva sättet att förhindra att drivhjulet snurrar genom att minska hastigheten att använda omedelbar (och vid behov upprepad) bromsverkan, bromspulser kan tas emot från ABS-ventilblocket. I själva verket, om ABS är närvarande, är detta allt som krävs för att tillhandahålla både PBS - plus ytterligare programvara och en extra styrenhet för att minska motorns vridmoment eller bränsletillförsel efter behov eller direkt ingripa i gaspedalens styrsystem. ..
I fig. 5.24 visar ett diagram över bilens elektroniska strömförsörjningssystem: 1 - tändningsrelä; 2 - central omkopplare; 3 - lagringsbatteri; 4 - en avgasgasneutraliserare; 5 - syresensor; 6 - luftfilter; 7 - massflödessensor; 8 - diagnosblock; 9 - tomgångsregulator; 10 - gasspjällssensor; 11 - gasreglage; 12 - tändningsmodul; 13 - fas sensor; 14 - munstycke; 15 - bränsletrycksregulator; 16 - kylvätsketemperatursensor; 17 - ljus; 18 - vevaxelpositionssensor; 19 - knackningssensor; 20 - bränslefilter; 21 - styrenhet; 22 - hastighetssensor; 23 - bränslepump; 24 - relä för att slå på bränslepumpen; 25 - bensintank.
Ris. 5.24. Förenklat diagram över injektionssystemet
En av komponenterna i SKBA är en krockkudde (se Fig. 5.25.) Vars delar är placerade i olika delar av bilen. Tröghetssensorer placerade i stötfångaren, vid motorpanelen, i pelarna eller i armstödsområdet (beroende på bilmodell), i händelse av en olycka, skickar en signal till den elektroniska styrenheten. I de flesta moderna är SKBA framsensorer konstruerade för slagkrafter vid hastigheter på 50 km / h eller mer. Sidokick utlöses vid svagare stötar. Från den elektroniska styrenheten flyter signalen till huvudmodulen, som består av en kompakt kudde ansluten till en gasgenerator. Den senare är en tablett med en diameter av cirka 10 cm och en tjocklek av cirka 1 cm med en kristallin kvävegenererande substans. En elektrisk impuls tänder en tändare i "tabletten" eller smälter en tråd, och kristallerna förvandlas till gas vid en explosionshastighet. Hela processen som beskrivs är mycket snabb. Den "genomsnittliga" kudden blåses upp i 25 ms. Ytan på den europeiska standardkrockkudden rusar mot bröstet och ansiktet med en hastighet på cirka 200 km / h, och den amerikanska - cirka 300. Därför rekommenderar tillverkare i bilar utrustade med krockkudde att spänna fast och inte sitta nära till ratten eller instrumentbrädan. I de mest "avancerade" systemen finns det enheter som identifierar närvaron av en passagerare eller ett barnstol och därmed antingen stänger av eller korrigerar inflationsgraden.
Bild 5.25 Fordonsairbag:
1 - bältessträckare; 2 - krockkudde; 3 - krockkudde; för föraren; 4 - styrenhet och centralsensor; 5 - verkställande modul; 6 - tröghetssensorer
Mer information om den moderna fordons-MS finns i manualen.
Förutom konventionella bilar ägnas stor uppmärksamhet åt skapandet av lätta fordon (LTS) med en elektrisk drivenhet (ibland kallas de icke-traditionella). Denna grupp av fordon inkluderar elektriska cyklar, rullar, rullstolar, elektriska fordon med autonoma kraftkällor. Utvecklingen av sådana mekatroniska system utförs av Scientific and Engineering Center "Mechatronics" i samarbete med ett antal organisationer. LTS är ett alternativ till transport med förbränningsmotorer och används för närvarande i ekologiskt rena områden (medicinsk och fritids-, turist-, utställnings-, parkkomplex) samt i detaljhandels- och lagerlokaler. Tekniska egenskaper hos prototypen elektrisk cykel:
Maxhastighet 20 km / h,
Drivkraftseffekt 160 W,
Nominell hastighet 160 rpm,
Maximalt vridmoment 18 Nm,
Motorvikt 4,7 kg,
Laddningsbart batteri 36V, 6 A * h,
Kör självständigt 20 km.
Grunden för skapandet av LTS är mekatroniska moduler av "motorhjulstyp" som i regel baseras på elmotorer med högt vridmoment.
Sjötransport. MS används alltmer för att intensifiera arbetet för besättningarna på havs- och flodfartyg i samband med automatisering och mekanisering av de viktigaste tekniska medlen, som inkluderar huvudkraftverket med service- och hjälpmekanismer, elkraftsystemet, allmänna fartygssystem, styrenheter och motorer.
Integrerade automatiska system för att hålla ett fartyg på en given bana (CPSS) eller ett fartyg som är avsett för utforskning av världshavet på en viss profillinje (CPSS) är system som ger den tredje nivån av styrautomation. Användningen av sådana system möjliggör:
Att öka den ekonomiska effektiviteten vid sjötransporter genom att genomföra den bästa banan, fartygsrörelse, med hänsyn till navigationsförhållandena och de hydrometeorologiska förhållandena.
För att öka den ekonomiska effektiviteten av oceanografiska, hydrografiska och marina geologiska prospekteringsarbeten genom att öka noggrannheten för att hålla fartyget på en viss profillinje, utöka utbudet av vindvågsstörningar, vilket säkerställer erforderlig kvalitetskontroll och ökar driftshastigheten för fartyget;
Lös uppgifterna för att implementera den optimala banan för fartygets rörelse vid avvikelse från farliga föremål; för att förbättra säkerheten vid navigering i närheten av navigeringsrisker på grund av mer exakt kontroll av fartygets rörelse.
Integrerade automatiska rörelsekontrollsystem enligt ett givet program för geofysisk forskning (ASUD) är utformade för att automatiskt föra fartyget till en viss profillinje, automatiskt hålla det geologiska och geofysiska fartyget på den undersökta profillinjen, manövrera vid övergång från en profillinje till annan. Det aktuella systemet gör det möjligt att förbättra effektiviteten och kvaliteten på geofysiska undersökningar till havs.
Under havsförhållanden är det omöjligt att använda konventionella metoder för preliminär prospektering (prospekteringsfest eller detaljerad flygfotografering), därför har den seismiska metoden för geofysisk forskning blivit den mest utbredda (fig 5.26). Ett geofysiskt kärl 1 drar på ett kabeltrep 2 en pneumatisk pistol 3, som är en källa för seismiska vibrationer, en seismografisk strimlare 4, på vilken mottagare av reflekterade seismiska vibrationer är placerade och en ändboj 5. Bottenprofilerna bestäms genom att registrera intensiteten av seismiska vibrationer reflekterade från gränsskikten 6 olika bergarter.
Bild 5.26. Schema för genomförande av geofysiska undersökningar.
För att få tillförlitlig geofysisk information måste fartyget hållas i en given position relativt botten (profillinjen) med hög noggrannhet, trots låg hastighet (3-5 knop) och närvaron av bogserade anordningar av avsevärd längd (upp till 3 km) med begränsad mekanisk hållfasthet.
Anjutz har utvecklat en integrerad MS som säkerställer att fartyget hålls på en given bana. I fig. 5.27 presenterar ett blockschema över detta system, som inkluderar: gyrokompass 1; fördröjning 2; instrument för navigationssystem som bestämmer fartygets position (två eller fler) 3; autopilot 4; minidator 5 (5a - gränssnitt, 5b - central lagringsenhet, 5c - centralbehandlingsenhet); stansad bandläsare 6; plotter 7; display 8; tangentbord 9; styrväxel 10.
Med hjälp av det aktuella systemet är det möjligt att automatiskt ta fartyget till den programmerade banan, som ställs in av operatören med hjälp av tangentbordet, som bestämmer de geografiska koordinaterna för vändpunkterna. I detta system beräknas koordinaterna för fartygets troliga position, oavsett vilken information som kommer från någon grupp instrument för det traditionella radionavigeringskomplexet eller ssom bestämmer fartygets position. gyrokompass och stocken.
Bild 5.27. Blockdiagram över en integrerad MS för att hålla ett fartyg på en given bana
Styrningen av kursen med hjälp av det aktuella systemet utförs av autopiloten, vars ingång får information om värdet på den givna kursen ψback, genererad av minidatorn med hänsyn till felet i fartygets position . Systemet monteras i en kontrollpanel. I dess övre del finns en display med kontroller för att justera den optimala bilden. Nedanför, på konsollens lutande fält, finns en autopilot med kontrollspakar. I det horisontella fältet på kontrollpanelen finns ett tangentbord, med hjälp av vilket program matas in i minidatorn. En brytare finns också här, med hjälp av vilket styrläge väljs. En minidator och ett gränssnitt finns i konsolens källardel. All kringutrustning placeras på specialställ eller andra konsoler. Det aktuella systemet kan fungera i tre lägen: "Kurs", "Övervaka" och "Program". I "Heading" -läget hålls den förinställda kursen med hjälp av autopiloten enligt gyrokompassavläsningarna. "Monitor" -läget väljs när övergången till "Program" -läget förbereds, när detta läge avbryts eller när övergången till detta läge är klar. De växlar till "Kurs" -läget när funktionsstörningar hos en minidator, strömförsörjning eller ett radionavigeringskomplex upptäcks. I detta läge fungerar autopiloten oberoende av minidatorn. I "Program" -läget styrs banan enligt data från radionavigeringsenheter (positionssensorer) eller en gyrokompass.
Underhåll av fartygets fasthållningssystem vid ZT utförs av operatören från konsolen. Valet av en grupp sensorer för att bestämma fartygets position görs av operatören enligt de rekommendationer som presenteras på skärmen. Längst ner på skärmen finns en lista över alla kommandon som är tillåtna för detta läge som kan skrivas in med tangentbordet. Oavsiktlig tryckning av någon förbjuden tangent blockeras av datorn.
Flygteknik. De framgångar som uppnåtts inom utvecklingen av flyg- och rymdteknik å ena sidan och behovet av att minska kostnaderna för riktade operationer å andra sidan stimulerade utvecklingen av en ny typ av teknik - fjärrstyrda flygplan (RPV).
I fig. 5.28 presenterar ett blockschema över fjärrkontrollsystemet för RPV-flygningen - HIMAT. Huvudkomponenten i HIMAT fjärrkontrollsystem är fjärrkontrollens markstation. RPV-flygparametrar tas emot vid markpunkten via en radiokommunikationslinje från flygplanet, mottas och avkodas av telemetri-behandlingsstationen och sänds till markdelen av datorsystemet, liksom till ivid markkontrollen. punkt. Dessutom tas en bild av den externa vyn, som visas med hjälp av en TV-kamera, från RPV-kortet. Tv-bilden som visas på skärmen på den mänskliga operatörens markarbetsstation används för att kontrollera flygplanet under luftmanövrer, närmar sig och landar sig själv. Markstationen för fjärrkontroll (operatörens arbetsstation) är utrustad med instrument som ger information om flygningen och tillståndet för RPV-komplex utrustning, samt medel för att styra flygplanet. I synnerhet har den mänskliga operatören till förfogande för flygplanets rull- och tonhöjdsstyrpinnar och pedaler, såväl som motorstyrspaken. I händelse av fel på huvudstyrsystemet utfärdas styrsystemets kommandon med hjälp av en speciell konsol med diskreta kommandon från RPV-operatören.
Bild 5.28. RPV fjärrstyrningssystem HIMAT:
bärare B-52; 2 - reservkontrollsystem på TF-104G-flygplanet; 3 - telemetri linje med marken; 4 - RPV HIMAT; 5 - telemetri-linjer med RPV; 5 - markstation för fjärrstyrning
Dopplers markhastighets- och driftvinkelmätare (DPSS) används som ett autonomt navigationssystem som ger dödräkning. Ett sådant navigationssystem används tillsammans med ett kurssystem som mäter banan med en vertikal sensor som genererar rull- och tonhöjdssignaler och en inbyggd dator som implementerar dödräkningsalgoritmen. Tillsammans bildar dessa enheter ett Doppler-navigationssystem (se figur 5.29). För att öka tillförlitligheten och noggrannheten vid mätning av flygplanets nuvarande koordinater kan DISS kombineras med hastighetsmätare
Bild 5.29. Diagram över ett Doppler-navigationssystem
Miniatyriseringen av elektroniska element, skapandet och serieproduktionen av speciella typer av sensorer och indikatoranordningar som fungerar pålitligt under svåra förhållanden, samt en kraftig minskning av kostnaden för mikroprocessorer (inklusive de som är speciellt utformade för bilar) skapade förutsättningar för omvandlingen av fordon till MS på en ganska hög nivå.
Snabb magnetiska levitationsfordon är ett utmärkt exempel på ett modernt mekatroniskt system. Hittills beställdes världens enda kommersiella transportsystem av detta slag i Kina i september 2002 och förbinder Pudongs internationella flygplats med centrala Shanghai. Systemet utvecklades, tillverkades och testades i Tyskland, varefter tågbilarna transporterades till Kina. Styrspåret, som ligger på en hög överfart, tillverkades lokalt i Kina. Tåget accelererar till en hastighet av 430 km / h och täcker 34 km på 7 minuter (maximal hastighet kan nå 600 km / h). Tåget svävar över spåret, det finns ingen friktion på spåret och huvudmotståndet mot rörelse tillhandahålls av luften. Därför får tåget en aerodynamisk form, fogarna mellan bilarna är stängda (Figur 5.30).
För att förhindra att tåget faller på spåret i händelse av ett strömavbrott i nödsituationer har det kraftfulla lagringsbatterier vars energi är tillräckligt för att stoppa tåget smidigt.
Med hjälp av elektromagneter bibehålls avståndet mellan tåget och styrspåret (15 mm) under rörelse med en noggrannhet på 2 mm, vilket helt eliminerar bilens vibrationer även vid maximal hastighet. Antalet och parametrarna för stödmagneterna är affärshemligheter.
Ris. 5.30. Magnetiskt upphängningståg
Transportsystemet på en magnetisk upphängning är helt datorstyrd, eftersom en person inte har tid att reagera på nya situationer vid så hög hastighet. Datorn kontrollerar också tågets acceleration och retardation, med hänsyn till spårets svängar, så att passagerarna inte känner obehag under accelerationen som uppstår.
Det beskrivna transportsystemet kännetecknas av hög tillförlitlighet och oöverträffad precision vid genomförandet av trafikschemat. Under de första tre driftsåren transporterades över 8 miljoner passagerare.
Idag är ledarna inom maglev-teknik (en förkortning för magnetisk levitation som används i väst) Japan och Tyskland. I Japan satte maglev ett världsrekord för järnvägstransportens hastighet - 581 km / h. Men Japan har ännu inte avancerat längre än att sätta rekord, tåg går bara på experimentella linjer i Yamanashi-prefekturen, med en total längd på cirka 19 km. I Tyskland utvecklas Maglev-tekniken av Transrapid. Även om den kommersiella versionen av Maglev inte har slagit rot i Tyskland själv körs tågen på Emsland Proving Ground av Transrapid, som var den första i världen som framgångsrikt implementerade en kommersiell version av Maglev i Kina.
Som ett exempel på redan existerande transportmekatroniska system (TMS) med autonom styrning kan man nämna en robotmaskin från VisLab och laboratoriet för maskinsyn och intelligenta system vid University of Parma.
Fyra robotbilar har täckt en oöverträffad väg för autonoma fordon på 13 tusen kilometer från italienska Parma till Shanghai. Detta experiment var tänkt att vara ett tufft test för det intelligenta autonoma körsystemet TMS. Det testades också i stadstrafik, till exempel i Moskva.
Robotbilar byggdes utifrån minibussar (Figur 5.31). De skilde sig från vanliga bilar inte bara i autonom styrning utan också i ren elektrisk dragkraft.
Ris. 5.31. VisLab autonomt fordon
På taket på TMC var solpaneler placerade för att driva kritisk utrustning: ett robotsystem som vrider ratten och trycker på gas- och bromspedalerna och datorns komponenter i bilen. Resten av energin tillfördes eluttag under resan.
Varje robotbil var utrustad med fyra laserskannrar fram, två par stereokameror som tittade framåt och bakåt, tre kameror som täckte ett 180-graders synfält i det främre "halvklotet" och ett satellitnavigeringssystem samt en uppsättning datorer och program som gör att maskinen kan fatta beslut i vissa situationer.
Ett annat exempel på ett autonomt styrt mekatroniskt transportsystem är RoboCar MEV-C robotfordon från det japanska företaget ZMP (Figur 5.32).
Bild 5.32. RoboCar MEV-C robotfordon
Tillverkaren positionerar denna TMC som en maskin för vidare avancerad utveckling. Den autonoma styrenheten innehåller följande komponenter: en stereokamera, en 9-axlig trådlös rörelsesensor, en GPS-modul, en temperatur- och luftfuktighetssensor, en laseravståndsmätare, Bluetooth, Wi-Fi och 3G-chips och ett CAN-protokoll som samordnar gemensam drift av alla komponenter ... RoboCar MEV-C mäter 2,3 x 1,0 x 1,6 m och väger 310 kg.
Den moderna representanten för det mekatroniska transportsystemet är transcooter, som tillhör klassen av lätta fordon med en elektrisk drivning.
Transcootrar är en ny typ av transformerbara multifunktionella landfordon för individuell användning med en elektrisk drivning, huvudsakligen utformad för personer med funktionsnedsättning (Figur 5.33). Det viktigaste kännetecknet för transcootern från andra landfordon är förmågan att passera trappor och implementeringen av multifunktionalitetsprincipen och därmed omvandlingsförmåga i ett brett spektrum.
Ris. 5.33. Utseendet på ett av proverna från en transcooter av Kangaroo-familjen
Transcooters propeller är baserad på en mekatronisk modul av typen "motorhjul". Funktionerna och följaktligen konfigurationerna som tillhandahålls av "Kangaroo" -familjen med trans-skotrar är som följer (Figur 5.34):
- "Scooter" - rörelse i hög hastighet på en lång bas;
- "Stol" - manövrerar på en kort bas;
- "Balans" - rörelse medan du står i gyrostabiliseringsläget på två hjul;
- "Compact-vertical" - rörelse när du står på tre hjul i gyro-stabiliseringsläget;
- "trottoarkant" - övervinna trottoarkanten medan du står eller sitter (vissa modeller har en extra funktion "sned trottoarkant" - att övervinna trottoarkanten i en vinkel på upp till 8 grader);
- "Stege upp" - klättra uppför trappstegen framåt, sittande eller stående;
- "Ladder down" - nedstigning längs trappstegen framåt medan du sitter;
- "Vid bordet" - låg sittplats, fötter på golvet.
Ris. 5.34. Grundläggande konfigurationer av en transcooter på exemplet med en av dess varianter
Transcootern innehåller i genomsnitt 10 kompakta elektriska drivenheter med högt vridmoment med mikroprocessorstyrning. Alla drivenheter är av samma typ - DC-ventilmotorer som styrs av signaler från Hall-sensorer.
För att styra sådana enheter används ett multifunktionellt mikroprocessorkontrollsystem (CS) med en inbyggd dator. Transcooter-kontrollsystemets arkitektur är tvåfasad. Den nedre nivån servar själva enheten, den övre nivån är den samordnade driften av enheterna enligt ett givet program (algoritm), testning och övervakning av systemet och sensorerna; externt gränssnitt - fjärråtkomst. Som en överordnad styrenhet (inbyggd dator) används PCM-3350 från Advantech, tillverkad i PC / 104-format. Den lägre nivåregulatorn är en Texas Instruments specialiserad mikrokontroller TMS320F2406 för styrning av elmotorer. Det totala antalet lågnivåkontrollanter som ansvarar för driften av enskilda enheter är 13: tio styrenheter; styrhuvudkontroll, som också är ansvarig för att indikera informationen som visas på displayen; styrenhet för bestämning av restkapaciteten hos lagringsbatteriet; batteriladdnings- och urladdningsregulator. Datautbyte mellan transcooterns inbyggda dator och kringutrustning stöds via en gemensam buss med ett CAN-gränssnitt, vilket gör det möjligt att minimera antalet ledningar och uppnå en verklig dataöverföringshastighet på 1 Mbit / s.
Omborddatorns uppgifter: styrning av elektriska enheter, service av kommandon från styrhuvudet; beräkning och visning av återstående batteriladdning; lösa banproblemet för att flytta uppför trappan; möjligheten till fjärråtkomst. Följande enskilda program implementeras via den inbyggda datorn:
Acceleration och retardation av skoter med kontrollerad acceleration / retardation, som är personligt anpassad för användaren;
Ett program som implementerar algoritmen för drivning av bakhjulen vid kurvtagning;
Längsgående och tvärgående gyrostabilisering;
Att övervinna trottoarkanten upp och ner;
Upp och ner för trappor
Anpassning till trappstorleken;
Identifiering av trappparametrar;
Hjulbasbyten (från 450 till 850 mm);
Övervakning av scootergivare, drivenhetsenheter, batteri;
Emulering baserad på avläsningarna av parkeringsradarsensorerna;
Fjärråtkomst till kontrollprogram, ändring av inställningar via Internet.
Transcootern har 54 sensorer som gör att den kan anpassa sig till miljön. Bland dem: Hallsensorer inbyggda i ventilens elmotorer; absolutvinkelskodare som bestämmer positionen för transcooterens komponenter; resistiv ratt sensor; infraröd avståndssensor för parkeringsradar; lutningsmätare, som låter dig bestämma lutningen för skoter under körning; accelerometer och vinkelhastighetssensor för gyrostabiliseringskontroll; radiofrekvensmottagare för fjärrkontroll; en resistiv linjär förskjutningsgivare för att bestämma stolens position relativt ramen; shuntar för att mäta motorströmmen och batteriets restkapacitet; potentiometrisk hastighetsjusterare; viktmätningssensor för att kontrollera vikten på enheten.
Det allmänna blockschemat för CS visas i figur 5.35.
Ris. 5.35. Blockdiagram över ett styrsystem med en transcooter av familjen "Kangaroo"
Legend:
RMC - absolutvinkelskodare, DX - Hall-sensorer; BU - styrenhet; ZhKI - indikator för flytande kristaller; MKL - vänsterhjulsmotor; MCP - höger hjulmotor; BMS - Power Management System; LAN - port för extern anslutning av fordonsdatorn för programmering, konfiguration osv. T - elektromagnetisk broms.
De viktigaste fördelarna med mekatroniska enheter jämfört med traditionella automatiseringsverktyg inkluderar:
Relativt låg kostnad på grund av en hög grad av integration, enande och standardisering av alla element och gränssnitt;
Hög kvalitet på implementeringen av komplexa och exakta rörelser på grund av användningen av intelligenta kontrollmetoder;
Hög tillförlitlighet, hållbarhet och bullerimmunitet;
Konstruktiv kompakthet hos moduler (upp till miniatyrisering och mikromaskiner),
Förbättrad vikt, storlek och dynamiska egenskaper hos maskiner på grund av förenkling av kinematiska kedjor;
Möjligheten att integrera funktionella moduler i komplexa mekatroniska system och komplex för specifika kunduppgifter.
Volymen av världsproduktionen av mekatroniska enheter ökar årligen och täcker fler och fler nya områden. Idag används mekatroniska moduler och system i stor utsträckning inom följande områden:
Maskinverktygsbyggnad och utrustning för automatisering av tekniska processer;
Robot (industriell och speciell);
Flyg, rymd och militär utrustning;
Fordon (till exempel låsningsfria bromssystem, fordonsstabiliseringssystem och automatisk parkering);
Icke-traditionella fordon (elektriska cyklar, lastvagnar, elektriska rullar, rullstolar);
Kontorsutrustning (till exempel kopieringsmaskiner och faxmaskiner);
Delar av datorteknik (till exempel skrivare, plottrar, hårddiskar);
Medicinsk utrustning (rehabilitering, klinisk, service);
Hushållsapparater (tvätt, sömnad, diskmaskiner och andra maskiner);
Mikromaskiner (för medicin, bioteknik, kommunikation och telekommunikation);
Kontroll- och mätutrustning och maskiner;
Foto- och videoutrustning;
Simulatorer för utbildning av piloter och operatörer;
Visa industri (ljud- och belysningssystem).
Naturligtvis kan denna lista utvidgas.
Den snabba utvecklingen av mekatronik på 90-talet som en ny vetenskaplig och teknisk riktning beror på tre huvudfaktorer:
Nya trender inom världens industriella utveckling;
Utveckling av de grundläggande grunderna och metoden för mekatronik (grundläggande vetenskapliga idéer, i grunden nya tekniska och tekniska lösningar);
Aktiviteten för specialister inom forsknings- och utbildningsområden.
Det nuvarande utvecklingsstadiet för automatiserad maskinteknik i vårt land äger rum i nya ekonomiska realiteter, när frågan handlar om landets tekniska livskraft och produkternas konkurrenskraft.
Följande trender kan identifieras i de viktigaste kraven på världsmarknaden i det aktuella området:
Behovet av att producera och underhålla utrustning i enlighet med det internationella kvalitetsstandardsystemet som formuleras i standarderna ISO serier 9000 ;
Internationalisering av marknaden för vetenskapliga och tekniska produkter och som ett resultat av behovet av aktivt implementering av former och metoder i praktiken
internationell teknik- och tekniköverföring;
Öka små och medelstora tillverkningsföretag i ekonomin på grund av deras förmåga att reagera snabbt och flexibelt på förändrade marknadskrav.
Den snabba utvecklingen av datorsystem och teknik, telekommunikation (i EEG-länderna år 2000 berodde dessa industrier på 60% av den totala nationella produkten); en direkt konsekvens av denna allmänna trend är intellektualiseringen av mekaniska rörelsekontrollsystem och tekniska funktioner hos moderna maskiner.
Det verkar lämpligt att ta integrationsnivån för de ingående elementen som det viktigaste klassificeringskriteriet i mekatronik. I enlighet med denna funktion kan mekatroniska system delas upp efter nivåer eller generationer, om vi betraktar deras utseende på marknaden för högteknologiska produkter, är historiskt sett mekatroniska moduler på första nivån en kombination av endast två inledande element. Ett typiskt exempel på en första generationens modul är en "växelmotor", där en mekanisk växellåda och en styrd motor tillverkas som en enda funktionell enhet. Mekatroniska system baserade på dessa moduler har funnits bred tillämpning i skapandet av olika sätt för komplex automatisering av produktionen (transportörer, transportörer, roterande bord, hjälpmanipulatorer).
Mekatroniska moduler av andra nivån uppträdde på 80-talet i samband med utvecklingen av ny elektronisk teknik, vilket gjorde det möjligt att skapa miniatyrsensorer och elektroniska enheter för att behandla sina signaler. Kombinationen av drivmoduler med dessa element ledde till framväxten av mekatroniska rörelsemoduler, vars sammansättning helt motsvarar ovanstående definition, när integrationen av tre enheter av olika fysiska natur har uppnåtts: 1) mekanisk, 2) elektrisk och 3) elektronisk. På grundval av mekatroniska moduler av denna klass har 1) styrda maskiner (turbiner och generatorer), 2) verktygsmaskiner och industriella robotar med numerisk styrning skapats.
Utvecklingen av den tredje generationen av mekatroniska system beror på att de relativt dyra mikroprocessorerna och styrenheterna baseras på dem på marknaden och syftar till att intellektualisera alla processer som förekommer i det mekatroniska systemet, främst processen att styra de funktionella rörelserna hos maskiner och församlingar. Samtidigt utvecklas nya principer och tekniker för tillverkning av högprecision och kompakta mekaniska enheter, liksom nya typer av elmotorer (främst borstlös och linjär med högt vridmoment), återkopplings- och informationssensorer. Syntesen av ny 1) precision, 2) information och 3) mätning av vetenskaplig intensiv teknik utgör grunden för design och produktion av intelligenta mekatroniska moduler och system.
I framtiden kommer mekatroniska maskiner och system att kombineras till mekatroniska komplex baserat på gemensamma integrationsplattformar. Syftet med att skapa sådana komplex är att uppnå en kombination av hög produktivitet och samtidigt flexibilitet i den tekniska och tekniska miljön på grund av möjligheten till dess omkonfigurering, vilket säkerställer konkurrenskraft och hög kvalitet på produkterna.
Moderna företag som inleder utveckling och produktion av mekatroniska produkter måste lösa följande huvuduppgifter i detta avseende:
Strukturell integration av avdelningar för mekaniska, elektroniska och informationsprofiler (som i regel fungerade självständigt och separat) i enhetliga design- och produktionsteam;
Utbildning av "mekatroniskt orienterade" ingenjörer och chefer som kan systemintegrera och hantera arbetet hos högspecialiserade specialister med olika kvalifikationer;
Integrering av informationsteknik från olika vetenskapliga och tekniska områden (mekanik, elektronik, datorkontroll) i en enda verktygslåda för datorstöd för mekatroniska uppgifter;
Standardisering och förening av alla element och processer som används vid konstruktion och tillverkning av MS.
Lösningen på dessa problem kräver ofta att man övervinner traditionerna för ledning som har utvecklats i företaget och ambitionerna hos mellanledare som är vana att bara lösa sina smala profiluppgifter. Det är därför medelstora och små företag, som enkelt och flexibelt kan variera sin struktur, är mer förberedda för övergången till produktion av mekatroniska produkter.
Liknande information.
Volymen av världsproduktionen av mekatroniska enheter ökar årligen och täcker fler och fler nya områden. Idag används mekatroniska moduler och system i stor utsträckning inom följande områden:
Verktygsmaskiner och utrustning för automatisering av teknik
processer;
Robot (industriell och speciell);
Flyg, rymd och militär utrustning;
Fordon (t.ex. låsningsfria bromssystem,
stabiliseringssystem för fordon och automatiska parkeringssystem);
Icke-traditionella fordon (e-cyklar, last
vagnar, elektriska rullar, rullstolar);
Kontorsutrustning (till exempel kopieringsmaskiner och faxmaskiner);
Element inom datateknik (till exempel skrivare, plottrar,
disketter);
Medicinsk utrustning (rehabilitering, klinisk, service);
Hushållsapparater (tvätt, sömnad, diskmaskiner och andra maskiner);
Mikromaskiner (för medicin, bioteknik,
telekommunikation);
Kontroll- och mätutrustning och maskiner;
Foto- och videoutrustning;
Simulatorer för utbildning av piloter och operatörer;
Visa industri (ljud- och belysningssystem).
REFERENSLISTA
1.
Yu. V. Poduraev "Fundamentals of Mechatronics" lärobok. Moskva. - 2000. 104 s.
2.
http://ru.wikipedia.org/wiki/Mechatronics
3.
http://mau.ejournal.ru/
4.
http://mechatronica-journal.stankin.ru/
Analys av strukturen för mekatroniska system för mekatroniska moduler
Handledning
I disciplinen "Design av mekatroniska system"
i specialiteten 220401.65
"Mekatronik"
g. Togliatti 2010
Krasnov S.V., Lysenko I.V. Design av mekatroniska system. Del 2. Design av elektromekaniska moduler för mekatroniska system
Anteckning. Läroboken innehåller information om sammansättningen av det mekatroniska systemet, platsen för elektromekroniska moduler i mekatroniska system, strukturen för elektromekroniska moduler, deras typer och funktioner, inkluderar steg och metoder för att designa mekatroniska system. kriterier för beräkning av belastningsegenskaper för moduler, kriterier för val av enheter etc.
1 Analys av strukturen för mekatroniska system för mekatroniska moduler 5
1.1 Analys av det mekatroniska systemets struktur 5
1.2 Utrustningsanalys av mekatroniska modulenheter 12
1.3 Analys och klassificering av elmotorer 15
1.4 Analys av strukturen hos drivenhetssystem 20
1.5 Teknik för att bilda en styrsignal. PWM-modulering och PID-reglering 28
1.6 Analys av drivenheter och numeriska styrsystem för verktygsmaskiner 33
1.7 Mekaniska omvandlare för energi och utgångar för drivenheter i mekatroniska moduler 39
1.8 Återkopplingssensorer för mekatroniska modulenheter 44
2 Grundläggande begrepp och metoder för design av mekatroniska system (MS) 48
2.1 Grundläggande principer för design av mekatroniska system 48
2.2 Beskrivning av konstruktionsstegen för MS 60
2.3 Tillverkning (implementering) av MS 79
2.4 Testa MS 79
2.5 Kvalitetsbedömning av MS 83
2.6 Dokumentation för MS 86
2.7 Ekonomisk effektivitet för MS 87
2.8 Utveckling av åtgärder för att säkerställa säkra arbetsförhållanden med elektromekaniska moduler 88
3. Metoder för beräkning av parametrar och design av mekatroniska moduler 91
3.1 Funktionell modellering av den mekatroniska modulens designprocess 91
3.2 Steg för design av en mekatronisk modul 91
3.3 Analys av urvalskriterier för motorer i mekatroniska system 91
3.4 Analys av den grundläggande matematiska apparaten för beräkning av enheter 98
3.5 Beräkning av erforderlig effekt och val av ED-flöden 101
3.6 Styrning av en likströmsmotor efter position 110
3.7 Beskrivning av moderna hårdvaru- och programvarulösningar för styrning av verkställande inslag i verktygsmaskiner 121
Lista över källor och litteratur 135
Mechatronics studerar den synergistiska kombinationen av precisionsmekaniska enheter med elektroniska, elektriska och datorkomponenter för att utforma och tillverka kvalitativt nya moduler, system, maskiner och ett komplex av maskiner med intelligent styrning av deras funktionella rörelser.
Mekatroniskt system - en uppsättning mekatroniska moduler (datorkärna, informationsenheter-sensorer, elektromekaniska (motordrivenheter), mekaniska (verkställande element - skärare, robotarmar etc.), programvara (speciellt - styrprogram, system - operativsystem och miljöer , förare).
Mekatronisk modul - en separat enhet i det mekatroniska systemet, en uppsättning hårdvara och programvara som rör en eller flera verkställande organ.
Integrerade mekatroniska element väljs av utvecklaren i designfasen och sedan erhålls nödvändigt tekniskt och tekniskt stöd.
Den metodiska grunden för utvecklingen av MS är metoderna för parallell design, det vill säga samtidigt och sammankopplade i syntesen av alla komponenter i systemet. Grundobjekt är mekatroniska moduler som utför rörelse som regel längs en koordinat. I mekatroniska system används metoder för intelligent styrning (nya idéer i styrteori, moderna datorer) för att säkerställa en hög kvalitet vid implementering av komplexa och exakta rörelser.
Huvudkomponenterna i en traditionell mekatronisk maskin är:
Mekaniska anordningar, vars sista länk är arbetsorganet;
Drivenhet inklusive kraftomvandlare och motorer;
Datorstyrenheter, vars nivå är en mänsklig operatör, eller en annan dator som ingår i ett datanätverk;
Sensorenheter konstruerade för att överföra information om maskinblocks faktiska tillstånd och rörelsen för det mekatroniska systemet till styrenheten.
Således är närvaron av tre obligatoriska delar: elektromekanisk, elektronisk, dator, ansluten med energi- och informationsflöden den primära egenskapen som skiljer ett mekatroniskt system.
För den fysiska implementeringen av ett mekatroniskt system krävs sålunda teoretiskt fyra huvudfunktionsblock, vilka visas i figur 1.1.
Figur 1.1 - Blockdiagram över det mekatroniska systemet
Om arbetet baseras på hydrauliska, pneumatiska eller kombinerade processer krävs lämpliga omvandlare och återkopplingssensorer.
Mekatronik är en vetenskaplig och teknisk disciplin som studerar konstruktionen av en ny generation elektromekaniska system med fundamentalt nya kvaliteter och ofta registrerar parametrar. Vanligtvis är ett mekatroniskt system en kombination av elektromekaniska komponenter som är korrekta med den senaste kraftelektroniken, som styrs av olika mikrokontroller, datorer eller andra datoranordningar. Samtidigt är systemet i ett verkligt mekatroniskt tillvägagångssätt, trots användning av standardkomponenter, byggt så monolitiskt som möjligt, designarna försöker kombinera alla delar av systemet tillsammans utan att använda onödiga gränssnitt mellan modulerna. I synnerhet använder man ADC: erna som är inbyggda direkt i mikrokontroller, intelligenta effektomvandlare etc. Detta ger en minskning av vikt och dimensioner, en ökning av systemets tillförlitlighet och andra fördelar. Alla system som styr en grupp enheter kan betraktas som mekatroniska. I synnerhet om hon kontrollerar en grupp rymdskeppsmotorer.
Figur 1.2 - Sammansättning av det mekatroniska systemet
Ibland innehåller systemet enheter som i grunden är nya ur designmässig synvinkel, till exempel elektromagnetiska upphängningar, som ersätter konventionella lagerenheter.
Låt oss överväga den allmänna strukturen hos datorer med datorkontroll, fokuserad på uppgifterna för automatiserad maskinteknik.
Den externa miljön för maskiner av den aktuella klassen är den tekniska miljön, som innehåller olika huvud- och extrautrustning, teknisk utrustning och arbetsföremål. När det mekatroniska systemet utför en given funktionell rörelse har arbetsobjekten en störande effekt på arbetskroppen. Exempel på sådana åtgärder är skärkrafter för bearbetningsoperationer, kontaktkrafter och krafttag under montering och reaktionskraften hos en vätskestråle under en hydraulisk skäroperation.
Externa miljöer kan i stor utsträckning delas in i två huvudklasser: deterministisk och icke-deterministisk. Deterministiska miljöer inkluderar miljöer där parametrarna för störande påverkan och egenskaper hos arbetsobjekt kan förutbestämmas med den grad av noggrannhet som krävs för att designa en MS. Vissa miljöer är av icke-deterministisk karaktär (till exempel extrema miljöer: under vattnet, under jorden, etc.). Egenskaperna hos tekniska miljöer kan vanligtvis bestämmas med hjälp av analytiska och experimentella studier och metoder för datormodellering. Till exempel, för att bedöma skärkrafterna under bearbetning utförs en serie experiment på speciella forskningsinstallationer, parametrarna för vibrationseffekter mäts på vibrationsställ, följt av bildandet av matematiska och datormodeller av störande effekter baserat på experimentella data .
Att organisera och genomföra sådana studier kräver emellertid ofta för komplex och dyr utrustning och mätteknik. Så för en preliminär bedömning av krafteffekterna på arbetskroppen under operationen för borttagning av robotblixt från gjutna produkter är det nödvändigt att mäta den faktiska formen och dimensionerna på varje arbetsstycke.
Figur 1.3 - Allmänt diagram över ett mekatroniskt system med datorns rörelsekontroll
I sådana fall är det tillrådligt att tillämpa metoderna för adaptiv kontroll, vilket gör det möjligt att automatiskt korrigera MS-rörelselagen direkt under operationen.
Strukturen för en traditionell maskin innehåller följande huvudkomponenter: en mekanisk anordning, vars sista länk är arbetsorganet; block av drivenheter, inklusive kraftomvandlare och verkställande motorer; en datorstyranordning, vars övre nivå är en mänsklig operatör, eller en annan dator som ingår i ett datanätverk; sensorer utformade för att sända information till styranordningen om maskinblocks faktiska tillstånd och MS-rörelsen.
Således är närvaron av tre obligatoriska delar - mekanisk (mer exakt elektromekanisk), elektronisk och dator, ansluten av energi och informationsflöden, den primära egenskapen som skiljer mekatroniska system.
Den elektromekaniska delen innehåller mekaniska länkar och transmissioner, en arbetsdel, elmotorer, sensorer och ytterligare elektriska element (bromsar, kopplingar). Den mekaniska anordningen är utformad för att omvandla länkarnas rörelser till den nödvändiga rörelsen hos arbetskroppen. Den elektroniska delen består av mikroelektroniska enheter, effektomvandlare och elektronik från mätkretsar. Sensorerna är utformade för att samla in data om det faktiska tillståndet för den externa miljön och arbetsföremål, den mekaniska anordningen och drivenheten, följt av primär bearbetning och överföring av denna information till datorstyrenheten (UCU). UCU i ett mekatroniskt system innehåller vanligtvis en dator på hög nivå och rörelsekontroll.
Datorstyrenheten utför följande huvudfunktioner:
Styrning av processen för mekanisk rörelse av en mekatronisk modul eller flerdimensionellt system i realtid med bearbetning av sensorisk information;
Organisationen av kontrollen av MS: s funktionella rörelser, vilket innebär samordning av kontrollen av MS: s mekaniska rörelse och de medföljande externa processerna. Som regel används diskreta ingångar / utgångar från enheten för att implementera funktionen för att styra externa processer;
Interaktion med en mänsklig operatör genom ett gränssnitt mellan människa och maskin i offline-programmeringslägen (offline) och direkt under MS-rörelsen (online-läge);
Organisation av datautbyte med kringutrustning, sensorer och andra systemenheter.
Det mekatroniska systemets uppgift är att omvandla ingångsinformationen från den övre kontrollnivån till en målmedveten mekanisk rörelse med kontroll baserat på återkopplingsprincipen. Det är karakteristiskt att elektrisk energi (mindre ofta hydraulisk eller pneumatisk) används i moderna system som en mellanliggande energiform.
Kärnan i det mekatroniska synsättet på design är integrationen i en enda funktionell modul med två eller flera element, möjligen till och med av olika fysisk karaktär. Med andra ord, i konstruktionsfasen utesluts åtminstone ett gränssnitt från den traditionella maskinstrukturen som en separat enhet, samtidigt som den fysiska kärnan i transformationen som utförs av denna modul bibehålls.
Idealiskt för användaren, kommer den mekatroniska modulen, efter att ha fått information om kontrollmålet vid ingången, utföra den angivna funktionella rörelsen med önskade kvalitetsindikatorer. Maskinvaruintegrering av element i enskilda strukturella moduler måste åtföljas av utveckling av integrerad programvara. MS-programvaran bör ge en direkt övergång från systemets design genom dess matematiska modellering till styrning av funktionell rörelse i realtid.
Användningen av det mekatroniska tillvägagångssättet när du skapar datorer med datorstyrning avgör deras huvudsakliga fördelar jämfört med traditionella automatiseringsverktyg:
Relativt låg kostnad på grund av en hög grad av integration, enande och standardisering av alla element och gränssnitt;
Hög kvalitet på implementeringen av komplexa och exakta rörelser på grund av användningen av intelligenta kontrollmetoder;
Hög tillförlitlighet, hållbarhet och bullerimmunitet;
Konstruktiv kompakthet hos moduler (upp till miniatyrisering i mikromaskiner),
Förbättrad vikt, storlek och dynamiska egenskaper hos maskiner på grund av förenkling av kinematiska kedjor;
Möjligheten att integrera funktionella moduler i komplexa system och komplex för specifika kunduppgifter.
Klassificeringen av manöverdonen i det mekatroniska systemet visas i figur 1.4.
Figur 1.4 - Klassificering av drivenheter i det mekatroniska systemet
Figur 1.5 visar ett schematiskt diagram över en elektromekronisk enhet baserad på en enhet.
Figur 1.5 - Diagram över den elektromekroniska enheten
Inom olika teknikområden används frekvensomriktare som utför kraftfunktioner i styrsystem för olika objekt. Automatisering av tekniska processer och industrier, särskilt inom maskinteknik, är omöjligt utan användning av olika drivenheter, som inkluderar: ställdon som bestäms av den tekniska processen, motorer och motorstyrsystem. I drivenheter av MC-styrsystem (tekniska maskiner, automatiska maskiner MA, PR, etc.) används exekutiva motorer som skiljer sig väsentligt i fysiska effekter. Förverkligande av sådana fysiska effekter som magnetism (elmotorer), tyngdkraften i form av omvandling av hydraulik och luftströmmar till mekanisk rörelse, expansion av mediet (förbränningsmotorer, jet, ånga, etc.); elektrolys (kapacitiva motorer), tillsammans med de senaste framstegen inom mikroprocessorteknik, gör det möjligt att skapa moderna drivsystem (PS) med förbättrade tekniska egenskaper. Förhållandet mellan frekvensomriktarens effektparametrar (vridmoment, ansträngning) och de kinematiska parametrarna (utgående axelns vinkelhastighet, hastigheten för linjär rörelse för stången IM) bestäms av de mekaniska egenskaperna hos elektrisk, hydraulisk, pneumatisk och drivenheter, tillsammans eller separat för att lösa problem med rörelse i tomgång) hos den mekaniska delen av MS (teknisk utrustning). Samtidigt, om det krävs att reglera maskinens utgångsparametrar (effekt, hastighet, energi), bör de mekaniska egenskaperna hos motorerna (drivenheterna) ändras på lämpligt sätt som ett resultat av styrning av styrenheterna, till exempel , nivån på matningsspänning, ström, tryck, vätske- eller gasflöde.
Enkelhet att generera mekaniska rörelser direkt från elektrisk energi i drivsystem med en elektrisk motor, dvs. i elektromekaniska system EMC, förutbestämmer ett antal fördelar med en sådan drivenhet framför hydrauliska och pneumatiska drivenheter. För närvarande produceras likströms- och växelströmsmotorer av tillverkare från tiondels watt till tiotals megawatt, vilket gör det möjligt att möta efterfrågan på dem (när det gäller den erforderliga effekten) både för användning i industrin och för många typer av transporter , i vardagen.
Hydrauliska drivenheter MS (teknisk utrustning och PR) jämförs med elektriska drivenheter, används i stor utsträckning inom transport, gruvdrift, konstruktion, väg, spår, markåtervinning och jordbruksmaskiner, lyft- och transportmekanismer, flygplan och undervattensfordon. De har en betydande fördel jämfört med den elektromekaniska drivenheten där betydande arbetsbelastningar krävs med små dimensioner, till exempel i bromssystem eller automatiska transmissioner av bilar, raket och rymdteknik. Den breda användbarheten av hydrauliska drivenheter beror på att arbetsmiljön i dem är mycket större än arbetsmiljöens spänning i elmotorer och industriella pneumatiska drivenheter. I verkliga hydrauliska drivenheter är arbetsmediets spänning i riktning för rörelseöverföring 6-100 MPa med flexibel reglering på grund av reglering av vätskeflödet med hydrauliska enheter som har olika kontroller, inklusive elektroniska. Den hydrauliska drivenhetens kompakthet och låga tröghet säkerställer en enkel och snabb förändring av MI-rörelsens riktning, och användningen av elektronisk styrutrustning ger acceptabla övergående processer och en given stabilisering av utmatningsparametrarna.
För att automatisera kontrollen av MS (olika tekniska utrustningar, automatiska maskiner och PR) används också pneumatiska drivenheter baserade på pneumatiska motorer i stor utsträckning för att genomföra både translationella och roterande rörelser. På grund av den betydande skillnaden i egenskaperna hos arbetsmediet för pneumatiska och hydrauliska drivenheter skiljer sig emellertid deras tekniska egenskaper på grund av gasernas betydande kompressibilitet jämfört med komprimerbarheten för en droppande vätska. Med en enkel design, god ekonomisk prestanda och tillräcklig tillförlitlighet, men låga kontrollegenskaper, kan pneumatiska drivenheter inte användas i läges- och konturlägen, vilket något minskar attraktiviteten för deras användning i MS (fordonets tekniska system).
Att bestämma den mest acceptabla typen av energi i frekvensomriktaren med den möjliga uppnåbara effektiviteten för dess användning under drift av teknik eller utrustning för andra ändamål är en ganska komplicerad uppgift och kan ha flera lösningar. Först och främst måste varje enhet uppfylla sitt serviceändamål, nödvändiga kraft och kinematiska egenskaper. De avgörande faktorerna för att uppnå de erforderliga effekt- och kinematiska egenskaperna, ergonomiska indikatorer för den utvecklade drivenheten, kan vara: körhastighet, positioneringsnoggrannhet och kontrollkvalitet, vikt och övergripande måttbegränsningar, enhetens placering i det allmänna arrangemanget av utrustningen. Det slutgiltiga beslutet med jämförbarheten mellan de avgörande faktorerna fattas baserat på resultaten av en ekonomisk jämförelse av olika alternativ för vald typ av enhet när det gäller start- och driftskostnader för dess design, tillverkning och drift.
Tabell 1.1 - Klassificering av elmotorer
Skicka ditt bra arbete i kunskapsbasen är enkelt. Använd formuläret nedan
Studenter, doktorander, unga forskare som använder kunskapsbasen i sina studier och arbete kommer att vara dig mycket tacksam.
Publicerat den http://www.allbest.ru/
Ministeriet för högre och sekundär specialundervisning i Republiken Uzbekistan
Bukhara Engineering Technological Institute
Självständigt arbete
Mekatroniska system för vägtransport
Planen
Introduktion
1. Syfte och problemförklaring
2. Lagar om kontroll (program) växling
3. Modern bil
4. Fördelar med nyheten
Bibliografi
Introduktion
Mekatronik uppstod som en komplex vetenskap från fusionen av separata delar av mekanik och mikroelektronik. Det kan definieras som en vetenskap som behandlar analys och syntes av komplexa system som använder mekaniska och elektroniska styrenheter i samma utsträckning.
Alla mekatroniska system för bilar är indelade i tre huvudgrupper beroende på deras funktionella syfte:
Motorstyrsystem;
Styrsystem för transmission och chassi;
Kontrollsystem för hyttutrustning.
Motorhanteringssystemet är indelat i hanteringssystem för bensin och dieselmotor. Enligt design är de monofunktionella och komplexa.
I monofunktionella system skickar ECU bara signaler till insprutningssystemet. Injektionen kan utföras kontinuerligt och i pulser. Med en konstant bränsletillförsel ändras mängden på grund av tryckförändring i bränsleledningen och med en puls - på grund av pulsens varaktighet och dess frekvens. Idag är bilar ett av de mest lovande användningsområdena för mekatroniska system. Om vi överväger bilindustrin kommer införandet av sådana system att göra det möjligt för oss att uppnå tillräcklig produktionsflexibilitet, bättre fånga modetrender, snabbt införa avancerad utveckling av forskare, designers och därigenom få en ny kvalitet för bilköpare. Själva bilen, särskilt en modern bil, är ett objekt för noggrann granskning ur designperspektiv. Den moderna användningen av en bil kräver ökade krav på körsäkerhet på grund av den ständigt ökande motoriseringen av länder och skärpta standarder för miljövänlighet. Detta gäller särskilt för storstäder. Svaret på dagens urbana utmaningar är utformningen av mobila spårningssystem som styr och justerar prestanda för komponenter och enheter, vilket uppnår optimal prestanda när det gäller miljövänlighet, säkerhet och fordonskomfort. Det brådskande behovet av att utrusta bilmotorer med mer komplexa och dyra bränslesystem beror till stor del på införandet av allt strängare krav på innehållet av skadliga ämnen i avgaserna, som tyvärr just har börjat utarbetas.
I komplexa system styr en elektronisk enhet flera delsystem: bränsleinsprutning, tändning, ventiltiming, självdiagnostik etc. Det elektroniska dieselmotorstyrsystemet styr mängden injicerat bränsle, ögonblicket för insprutningens start, strömmen till ficklampans kontakt , etc. I ett elektroniskt överföringsstyrsystem är föremålet för reglering huvudsakligen en automatisk växellåda. Baserat på signalerna från gasvinkeln och fordonshastighetssensorer väljer ECU det optimala överföringsförhållandet, vilket förbättrar bränsleeffektivitet och kontrollerbarhet. Chassistyrning inkluderar styrning av rörelseprocesser, banförändringar och bromsning av fordonet. De verkar på fjädring, styrning och bromssystem och bibehåller inställd hastighet. Interiörutrustningshanteringen är utformad för att öka komforten och konsumentvärdet hos fordonet. För detta ändamål, en luftkonditionering, en elektronisk instrumentpanel, ett multifunktionellt informationssystem, en kompass, strålkastare, en intermittent torkare, en indikator på utbrända lampor, en hinderavkänningsenhet vid backning, stöldskydd, kommunikationsutrustning, central dörrlås används, glaslyftare, säten med variabelt läge, säkerhetsläge etc.
1. Syfte och problemförklaring
Den avgörande betydelsen som hör till det elektroniska systemet i bilen får oss att ägna mer uppmärksamhet åt problemen i samband med underhållet. Lösningen på dessa problem är att integrera självdiagnostiska funktioner i det elektroniska systemet. Implementeringen av dessa funktioner baseras på funktionerna hos elektroniska system som redan används i fordonet för kontinuerlig övervakning och felsökning för att lagra denna information och diagnostik. Självdiagnos av mekatroniska system för fordon. Utvecklingen av elektroniska styrsystem för motor och växellåda har lett till en förbättring av fordonets prestanda.
Baserat på signalerna från sensorerna genererar styrenheten kommandon för att koppla in och ur kopplingen. Dessa kommandon skickas till magnetventilen, som kopplar in och ur kopplingsdriften. Två magnetventiler används för att växla växlar. Hydraulsystemet ställer in de fyra växellägena (1, 2, 3 och overdrive) genom att kombinera de öppna ventilerna. Vid växling kopplas kopplingen ur, vilket eliminerar följderna av att ändra momentet för växling.
2.
Styrlagar (program) växling i en automatisk växellåda ger de optimal överföring av motorenergi till fordonshjulen, med hänsyn till erforderliga drag- och hastighetsegenskaper och bränsleekonomi. Samtidigt skiljer sig programmen för att uppnå optimala drag- och hastighetsegenskaper och lägsta bränsleförbrukning från varandra eftersom det inte alltid är möjligt att uppnå dessa mål. Beroende på körförhållandena och förarens önskemål är det därför möjligt att välja "ekonomi" -program för att minska bränsleförbrukningen, "kraft" -programmet med en speciell brytare. Vad var parametrarna för din stationära dator för fem eller sju år sedan? Idag verkar systemblocken i slutet av 1900-talet vara en atavism och påstår sig bara vara en skrivmaskin. Situationen är liknande med fordonselektronik.
3. Modern bil
En modern bil är nu omöjlig att föreställa sig utan kompakta styrenheter och ställdon - ställdon. Trots viss skepsis fortsätter deras genomförande med stormsteg: vi kommer inte längre bli förvånade över elektronisk bränsleinsprutning, servos för speglar, takluckor och fönster, elektrisk servostyrning och multimediaunderhållningssystem. Och hur man inte kommer ihåg att införandet av elektronik i bilen faktiskt startades från den mest ansvarsfulla karossen - bromsarna. Nu, tillbaka 1970, revolutionerade den gemensamma utvecklingen av Bosch och Mercedes-Benz under den blygsamma förkortningen ABS den aktiva säkerheten. Det låsningsfria bromssystemet säkerställde inte bara kontrollen av bilen med pedalen tryckt "mot golvet" utan föranledde också skapandet av flera angränsande enheter - till exempel traktionskontrollsystemet (TCS). Denna idé implementerades först 1987 av en av de ledande utvecklarna av elektronik ombord - företaget Bosch. I grund och botten är dragkontrollen motsatsen till ABS: den senare förhindrar att hjulen glider vid bromsning och TCS vid acceleration. Elektronikmodulen övervakar hjulets dragkraft genom flera hastighetssensorer. Om föraren "trampar" gaspedalen hårdare än vanligt, vilket skapar ett hot mot hjulslipning, kommer enheten helt enkelt att "kväva" motorn. Designen "aptit" växte från år till år. Bara några år senare skapades ESP, Electronic Stability Program. Att utrusta bilen med sensorer för styrvinkel, hjulhastighet och sidoacceleration började bromsarna hjälpa föraren i de svåraste situationer som uppstår. Genom att bromsa ett eller annat hjul minimerar elektroniken risken för att bilen kör vid höga hastigheter i svåra svängar. Nästa steg: den inbyggda datorn lärde sig att sakta ner ... 3 hjul samtidigt. Under vissa omständigheter på vägen är detta det enda sättet att stabilisera bilen, som de centrifugala rörelsekrafterna kommer att försöka avleda från en säker bana. Men hittills har elektronik endast litats på en "övervakande" funktion. Chauffören fortsatte att skapa tryck i hydrauliken med pedalen. Traditionen bröts av den elektrohydrauliska SBC (Sensotronic Brake Control), som har installerats i serie på vissa Mercedes-Benz-modeller sedan 2006. Den hydrauliska delen av systemet representeras av en tryckackumulator, en huvudbromscylinder och ledningar. Elektrisk - pumppump, vilket skapar ett tryck på 140-160 atm. , tryckgivare, hjulhastighet och bromspedal. Genom att trycka på den sistnämnda flyttar föraren inte den vanliga stången på vakuumförstärkaren, utan trycker med foten på "knappen" och ger en signal till datorn, som om han kontrollerar någon form av hushållsapparat. Samma dator beräknar det optimala trycket för varje krets, och pumpen, genom styrventiler, levererar vätska till arbetscylindrarna.
4. Fördelar med nyheten
Fördelar med nyheten- prestanda, som kombinerar ABS-funktionerna och stabiliseringssystemet i en enhet. Det finns också andra fördelar. Om du till exempel plötsligt sparkar av gaspedalen kommer bromscylindrarna att mata dynorna till skivan som förberedelse för nödbromsning. Systemet är till och med länkat till ... torkarna. Enligt intensiteten i "torkarna" arbetar datorn med att den rör sig i regnet. Reaktionen är kort och omärklig för föraren att röra vid dynorna på torkskivorna. Tja, om du är "lycklig" att fastna i en trafikstockning i uppgång, oroa dig inte: bilen kommer inte att rulla tillbaka medan föraren flyttar foten från bromsen till bensin. Slutligen, med en hastighet på mindre än 15 km / h, kan du aktivera den så kallade mjuka retardationsfunktionen: när gasen släpps stannar bilen så försiktigt att föraren inte ens känner den slutliga "bettet". mekatronik mikroelektronikmotoröverföring
Vad händer om elektroniken misslyckas? Det är okej: de speciella ventilerna öppnas helt och systemet fungerar som en traditionell, om än utan vakuumförstärkare. Hittills vågar konstruktörerna inte helt överge de hydrauliska bromsanordningarna, även om framstående företag redan utvecklar "vätskefria" system med kraft och huvud. Till exempel meddelade "Delphi" att de hade löst de flesta tekniska problem som verkade återvändsgränd tills nyligen: kraftfulla elmotorer - ersättning för bromscylindrar utvecklades och elektriska manöverdon gjordes ännu mer kompakta än hydrauliska.
Lista l iterationer
1. Butylin V.G., Ivanov V.G., Lepeshko I.I. et al. Analys och utsikter för utveckling av mekatroniska styrsystem för hjulbromsning // Mekatronik. Mekanik. Automatisering. Elektronik. Datavetenskap. - 2000. - Nr 2. - S. 33 - 38.
2. Danov B.A., Titov E.I. Elektronisk utrustning för utländska bilar: Styrsystem för transmission, fjädring och broms. - M.: Transport, 1998. - 78 s.
3. Danov BA Elektroniska styrsystem för utländska bilar. - M.: Hot line - Telecom, 2002. - 224 s.
4. Shiga H., Mizutani S. Introduktion till fordonselektronik: Per. från japanska. - M.: Mir, 1989. - 232 s.
Upplagt på Allbest.ru
Liknande dokument
Bekanta med funktionerna i diagnostik och underhåll av moderna elektroniska och mikroprocessorsystem i en bil. Analys av de viktigaste kriterierna för klassificering av elektroniska komponenter i en bil. Allmänna egenskaper hos motorstyrsystem.
abstrakt, tillagt 09/10/2014
Begrepp för sensor och sensorutrustning. Diagnostik av det elektroniska motorhanteringssystemet. Beskrivning av funktionsprincipen för gasventilgivaren för en förbränningsmotor. Val och motivering av typ av enhet, patentsökning.
perioduppsats, tillagd 10/13/2014
Arkitekturen för bilmikroprocessorer och mikrokontroller. Omvandlare av analoga och diskreta enheter. Elektroniskt insprutnings- och tändsystem. Elektroniskt bränsletillförselsystem. Informationsstöd för motorstyrsystem.
test, tillagt 2016-04-17
Studie av quadcopter-enheten. Översikt över ventilmotorer och principerna för elektroniska regulatorers funktion. Beskrivning av grunderna för motorstyrning. Beräkning av alla krafter och moment som tillämpas på fyrhjulingen. Bildande av kontroll- och stabiliseringsslingan.
term paper, lagt till 2015-12-19
Bilens allmänna struktur och syftet med dess huvuddelar. Motorns arbetscykel, parametrarna för dess funktion och anordningen för mekanismer och system. Kraftöverföring, chassi- och upphängningsenheter, elektrisk utrustning, styrning, bromssystem.
abstrakt, tillagt 2009-11-17
Framväxten av nya typer av transporter. Positioner i världens och Rysslands transportsystem. Teknik, logistik, samordning av vägtransportaktiviteter. Innovativ strategi för USA och Ryssland. Vägtransportens attraktivitet.
abstrakt, tillagt 2009-04-26
Analys av utvecklingen av vägtransporter som en del av transportsystemet, dess plats och roll i Rysslands moderna ekonomi. Fordonets tekniska och ekonomiska egenskaper, egenskaper hos de viktigaste faktorerna som avgör sätten för dess utveckling och placering.
test, tillagt 2010-11-15
NISSAN motorblock och vevmekanism. Gasdistributionsmekanism, smörj-, kyl- och strömförsörjningssystem. Integrerat motorhanteringssystem. Delsystem för styrning av bränsleinsprutning och tändning.
test, tillagt 06/08/2009
Transport och dess roll i den ryska federationens sociala och ekonomiska utveckling. Egenskaper för regionens transportsystem. Utveckling av program och åtgärder för dess reglering. Principer och riktningar för strategisk utveckling av vägtransporter.
avhandling, tillagd 03/08/2014
Federal lag "om biltransport i Ryska federationen". Federal Law "Charter of Motor Transport of the Russian Federation". Lagliga, organisatoriska och ekonomiska villkor för vägtransportens funktion i Ryska federationen.
