Будь умным!


У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.ru

мехатроники как науки

Работа добавлена на сайт samzan.ru: 2015-07-10

Загрузка...

Диплом на заказ

1) Определение «мехатроники» как науки.

Мехатроника – область науки и техники посвященая созданию и экспл-и систем и машин с компьютерным управлением движения, базирующиеся на знаниях в областях механики, электроники и микропроцессорной техники, информатики и компьютерного управления движением машин и агрегатов. В данном определении особо подчеркнуто приединая сущность мехатронной системы, в основу построения которой заложена идея глубокой взаимосвязи механических, электронных и компьютерных элементов. Поэтому эмблемой мехатроники ставят 3 пересекающихся круга, включенных в общую оболочку: производство,менеджмент,требования рынка. Таким образом, системная интеграция 3 указанных видов элемента является необходимым условием построения мехатронной системы. Известно несколько определений мехатроники как науки. Мехатроника как новая область науки и техники находится в стадии своего становления, ее терминология, границы и классификационные признаки еще строго не очерчены.

3. Основные методы познания в мехатронике

1)Системный подход, в основе которго лежит исследование объектов как систем. Методическая специфика системного подхода закл. в том, что она ориентирует исследователя на раскрытие сущности объекта и обеспечивающих его механизмов, на выявления многообразия типов связей сложного объекта и сведение их в единую теоретическую картину. Системой наз-ся дискретная совокупность взаимосвязанных частей и свойства обусловлено их взаимодействием. При этом окружающий мир делится на 2 части: систему и внешнюю среду. Из внеш. среды на систему воздействуют управляющий сигнал и возмущение.

2)Синергетический подход  выявляет общие закономерности процессов самоорганизации сложных структур, новыми являются мехатр. объекты. , приводящие к распознованию в них новых свойств.

3) Редукционизм – т.е. сведение сложного к более простому с целью формализации. При этом нужно сохранять связи: входы, выходы и т.д.

4) Моделирование – применительно к мехатроники оно всегда является предметом, т.е. представляет собой воспроизведение определенных геометрических, физических, динамических, либо функциональн. характеристик объекта.

4 Синергия - это совместное действие, направленное на достижение единой цели. При этом важно, что составляющие части непросто дополняют друг друга, а объединяются таким образом, что образованные системы обладают качественно новыми свойствами. В мехатронике все энергетические и информационные потоки направлены на достижение единой цели в реализации заданного управляемого движения.

 6. Метод параллельного проектирования. Методологической основой разработки мехатронных систем служат методы параллельного проектирования. При традиционном проектировании машин с компьютерным управлением проводятся разработка механической ,электронной , сенсорной и компьютерной частей системы, а затем выбор интерфейсных блоков. Особенность параллельного проектирования заключается в одновременном и взаимосвязанном синтезе всех компонентов системы. Интерфейс – связь двух систем различной природы или кодировки.

8. Мехатронная система (МС).

МС предназначены для реализации заданного движения. Критерии качества выполнения движения МС – проблемное ориентирование , т е определяется постановкой конкретных приставных задач.н-р: в станкостроении и робототехнике одна из основных задач состоит в реализации перемещений выходных звеньев раб-го  органа станка(робота). При  этом необходимо координировать управление пространством  перемещения МС с управлением различными внешними процессами. Н-р: регулирование силового взаимодействия рабочего органа с объектом работ при механообработке, контроль и диагностика текущего состояния МС и тп.Такие сложные коод-е движения назыв. Функциональными. Примеры мехатронных систем: современные стиральные машины-автоматы, пылесосы, автомобили, точнее — тормозная система автомобиля с антиблокировочной системой, ЭВМ -  содержит массу мехатронных составляющих: жёсткие диски, CD-drives, современные накопители на магнитных лентах, в промышленности - современные роботы, станки, роботы-станки, измерительные комплексы.

Внешней средой для таких машин - технологическая среда, которая содержит различное основное и вспомогательное оборудование, технологическую оснастку и объекты работ.

9. Деление ММ по составу объединяемых устройств.

ММ по составу об-х устройств делятся на три группы(вспомнить сх из лекций): 1)Модули движения, состоящие  из движения механич-х устройств. 2) ММД, добавление информационного устройства.3) Интеллектуальные ММ – конструктивно и функционально самостоятельные изделия построенные путем синергетической интеграции  двигательной механической информац-й электронной и управляемой частей.

 12. Интеллектуальные ММ (ИММ).

ИММ. В полной мере определению мехатроники  соот-т только ИММ, которое содержит все три определения подсистемы. ИММ - конструктивно функционально самостоятельное изделие построенное путем синергетической интеграции двигательной механической, информационной, электронной и управляющей частей.  ИММ появились на рынке сравнительно недавно, выпускаются в единичном  производстве. общем случае интеллектуальный мехатронный модуль состоит из следующих основных элементов:- электродвигатель (хотя возможно использование движителей и других типов, например гидравлических);- механическое устройство;- датчики и устройства обратной связи;- устройство компьютерного управления (УКУ);- электронный силовой преобразователь;- интерфейс. Рассмотрим основные преимущества, которые дает применение ин¬теллектуальных мехатронных модулей:- способность ИММ выполнять сложные движения самостоятельно, без обращения к верхнему уровню управления, что повышает автоном¬ность модулей, гибкость и живучесть мехатронных систем, работающих в изменяющихся и неопределенных условиях внешней среды;- упрощение коммуникаций между модулями и центральным уст¬ройством управления (вплоть до перехода к беспроводным коммуника¬циям), что позволяет добиваться повышенной помехозащищенности ме¬хатронной системы и ее способности к быстрой реконфигурации;- повышение надежности и безопасности мехатронных систем бла¬годаря компьютерной диагностике неисправностей и автоматической защите в аварийных и нештатных режимах работы;- создание на основе ИММ распределенных систем управления с применением сетевых методов, аппаратно-программных платформ на базе персональных компьютеров и соответствующего программного обеспечения;- использование современных методов управления (программных, адаптивных, интеллектуальных, оптимальных) непосредственно на ис¬полнительном уровне, что существенно повышает качество процессов управления в конкретных реализациях;- интеллектуализация силовых преобразователей, входящих в состав ИММ, для реализации непосредственно в мехатронном модуле интеллектуальных функций по управлению движением, защите модуля в аварийных режимах и диагностики неисправностей;- интеллектуализация сенсоров для мехатронных модулей позволяет добиться более высокой точности измерения, программным путем обес¬печив в самом сенсорном модуле фильтрацию шумов, калибровку, линеаризацию характеристик вход/выход, компенсацию перекрестных связей, гистерезиса и дрейфа нуля.

14.Требованя, предъявляемые к функциональным характеристикам мехатронных машин.

Новые требования, предъявляемые функциональным характеристикам технологических модулей и машин:

1. Сверхвысокие скорости движения рабочих органов машин, определяющие новый уровень производительности технологических машин

2. Сверхвысокие точности движения, необходимые для реализации прецизионных технологий (вплоть до микро- и наноперемещений)

3. Максимальная компактность конструкции и минимизация массогабаритных показателей модулей

4. Интеллектуальное поведение машин, функционирующих в изменяющихся и неопределенных внешних средах

5. Реализация быстрых и точных перемещений рабочих органов по сложным контурам и поверхностям

6. Существенное расширение технологических и функциональных возможностей оборудования желательно без увеличения его стоимости

7. Способность системы к реконфигурации в зависимости от выполняемой конкретной задачи или операции

8. Высокая надежность и безопасность функционирования

Передовой мировой уровень в области станкостроения можно оценить по новейшим образцам оборудования, которых ведущие производители представили на международной выставке в Японии в ноябре 2002 года. Приводные системы современных металлообрабатывающих станков обеспечивают следующие характеристики: скорость рабочей подачи до 15 м/мин, скорость холостого хода до 200 м/мин, ускорение приводов при разгоне до 3g, точность обработки порядка 2-3 микронов, число одновременно управляемых осей до 20 в одном обрабатывающем комплексе.

16. Функции устройства компьютерного управления.

1. Управление процессом механического движения мехатронного модуля или            многомерной системы в реальном времени с обработкой сенсорной информации.

2. Организация управления функциональными движениями мехатронной системы, которая предполагает координацию управления механическим движением мехатронной системы и сопутствующими внешними процессами. Как правило, для реализации функции управления внешними процессами используются дискретные входы/выходы устройства.

3. Взаимодействие с человеком-оператором через машинный интерфейс в режимах автономного программирования (режим off-line) и непосредственно в процессе движения мехатронной системы (режим on-line).

4. Организация обмена данными с периферийными устройствами, сенсорами и другими устройствами системы

 13.Мехатронные машины.

Мехатронные машины – это интеллектуальные многомерные системы, построенные на мехатронных принципах и технологиях, которые способны эффективно выполнять программы функциональных движений в изменяющихся условиях внешней среды.ММ являются многомерными системами которые компонуются на базе двух или более мехатронных модулей. Внешней средой для рассматриваемого класса является технологическая среда, которая содержит различное основное и вспомогательное оборудование тех. Оснастку и объекты работ.внешние среды укрупненно можно разделить на два класса:  детерменированные и недетерминированные. К детерм-м относятся среды, для которых параметры возмущающих воздействий и характеристики объектов работ могут быть заранее определены с необходимой точностью. Некоторые среды являются недетерменированными по своей природе, напр-р экстримальные проводные и подземные среды. В состав мех-й машины входят четыре основные части: 1)механич-е устройство, конечным звеном которого является рабочий орган2) блок приводов включающий в себя силовые преобразователи и исполнительные двигатели.3) УКУ на вход которого поступают команды чел-ка оператора либо ЭВМ верхнего уровня.4) информационное устройство предназначенное для получения и передачи в УКУ данных о реальном движении машины и фактическим состоянии ее подсистем.

15.Состав мехатронной машины.

В состав традиционной машины входят следующие основные

компоненты: механическое устройство, конечным звеном которого является

рабочий орган; блок приводов, включающий силовые преобразователи и

Рис. 2 Обобщенная схема машины с компьютерным

управлением движением

исполнительные двигатели; устройство компьютерного управления, верхним

уровнем для которого является человек-оператор, либо другая ЭВМ, входящая в

компьютерную сеть; сенсоры, предназначенные для передачи в устройство

управления информации о фактическом состоянии блоков машины и движении

МС.

Таким образом, наличие трех обязательных частей - механической (точнее

электромеханической), электронной и компьютерной, связанных

энергетическими и информационными потоками, является первичным

признаком, отличающим мехатронные системы.

Внешней средой для машин рассматриваемого класса является технологическая среда, которая содержит различное основное и вспомогательное оборудование, технологическую оснастку и объекты работ. При выполнении мехатронной системой заданного функционального движения объекты работ оказывают возмущающее воздействие на рабочий орган. Примерами таких воздействий может служить сила резания для операций механообработки, контактные силы и моменты сил при сборке, сила реакции струи жидкости при операции гидравлической резки.

 7. Мехатронный модуль (ММ).

Базовым объектом изучения мехатроники является мехатронный модуль (ММ) который  выполняет движение по одной управляющей координате. Мехатронные модули — это базовые функциональные компоненты мехатронных систем и машин с компьютерным управлением, предназначенные для выполнения движений, как правило, по одной управляемой координате.Качественно новые свойства мехатронных модулей по сравнению с традиционными приводами достигаются синергетической интеграцией составляющих элементов.Из нескольких таких модулей компонуются сложные системы . Синергетическая интеграция – это не просто соединение отдельных частей в систему с помощью интерфейсных блоков, а построение единого приводного модуля через конструктивное объединение и даже взаимопроникновение элементов, которые имеют, как правило, различную физическую природу.

Назначением мехатронных модулей является реализация заданного управляемого движения, как правило, по одной управляемой координате.

Мехатронные модули движения являются теми функциональными «кубиками», из которых затем можно компоновать сложные многокоординатные мехатронные системы.

Сущность мехатронного подхода к проектированию состоит в объединении в единый приводной модуль составляющих элементов. Применение мехатронного подхода к проектированию модуля движения базируется на определении возможных точек интеграции элементов в структуре привода. Выявив также точки интеграции можно затем на основе технико-экономического и технологического анализа принимать конкретные инженерные решения на проектирование и изготовления модуля движения.

10. Модули движения (МД).

Модуль движения (МД) – конструктивно и функционально само¬стоятельное изделие, в котором конструктивно объединены управляемый двигатель и механическое устройство.Главным отличающим признаком модуля движения от общепро¬мышленного привода является использование вала двигателя в качестве одного из элементов механического преобразователя движения. В современных мехатронных модулях наиболее часто используются электрические двигатели – асинхронные и синхронные электромашины, двигатели постоянного тока, шаговые и пьезоэлектрические двигатели и др. Однако для многих прикладных задач целесообразно применять ме¬хатронные модули на основе электрогидравлических двигателей В состав механического устройства могут входить разнообразные редукторы, преобразователи движения, вариаторы, ограничительные и предо¬хранительные элементы.

11. Мехатронные модули движения (ММД).

ММД - конструктивно функционально самостоятельное изделие включающее в себя управляемый двигатель, механич-е и информационное устройства.  Главным отличающим признаком модуля движения от общепро¬мышленного привода является использование вала двигателя в качестве одного из элементов механического преобразователя движения. В современных мехатронных модулях наиболее часто используются электрические двигатели – асинхронные и синхронные электромашины, двигатели постоянного тока, шаговые и пьезоэлектрические двигатели и др. Однако для многих прикладных задач целесообразно применять мехатронные модули на основе электрогидравлических двигателей В состав механического устройства могут входить разнообразные редукторы, преобразователи движения, вариаторы, ограничительные и предохранительные элементы.

 2. Область изучения мехатроники.

Мехатроника - изучает синергетическое объединение узлов  точной механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами с целью проектирования и производства качественно новых модулей, машин, систем и  комплексов машин с интеллектуальным управлением с их функциональными движениями.

Пояснения к определению:

1. Мехатроника изучает особые методологический подход построения машин с качественно новыми характеристиками. Этот подход является универсальным и может быть применен в машинных системах различного назначения. Однако, следует отметить, что обеспечить высокое качество управления мехатронной системой можно только с учетом специфики конкретного управляемого объекта.

2. В определении подчеркивается синергетический характер интеграции составляющих элементов мехатронных объектов. Синергия - это совместное действие, направленное на достижение единой цели. При этом важно, что составляющие части непросто дополняют друг друга, а объединяются таким образом, что образованные системы обладают качественно новыми свойствами. В мехатронике все энергетические и информационные потоки направлены на достижение единой цели в реализации заданного управляемого движения.

3. Интегрированные мехатронные элементы выбираются разработчиком уже на стадии проектирования машин, а затем обеспечиваются необходимые инженерная и технологическая поддержка при производстве и эксплуатации машин. В этом отличие мехатронных машин от традиционных, когда пользователь зачастую был вынужден самостоятельно объединять систему  в разнородные механические , электронные и информационные управляющие устройства различных изготовителей. Именно поэтому многие сложные комплексы показали на практике низкую надежность и невысокую технико-экономическую эффективность.

4. Методологической основой разработки мехатронных систем служат методы параллельного проектирования. При традиционном проектировании машин с компьютерным управлением проводятся разработка механической ,электронной , сенсорной и компьютерной частей системы, а затем выбор интерфейсных блоков. Особенность параллельного проектирования заключается в одновременном и взаимосвязанном синтезе всех компонентов системы.

5. Базовыми объектами изучения мехатроники является мехатронный модуль, который выполняет движения по одной управляемой кординате. Из таких модулей как из функциональных кубиков компануются сложные системы модульной архитектуры.

6. Мехатронные системы предназначены для реализации заданного движения. Критерий качества выполнения движения мехатронных систем – проблемное ориентирование, то есть определяется постановкой конкретной прикладной задачи. Специфика задач автоматизированного машиностроения состоит в реализации перемещений выходных звеньев рабочего органа технологической машины (инструмент на станке). При этом необходимо координировать управление пространством перемещения мехатронных систем с управлением различными внешними процессами.

5. Синергетическая интеграция. Синергетическая интеграция - это не просто соединение отдельных частей в систему с помощью интерфейсных блоков, а построение единого приводного модуля через конструктивное объединение и даже взаимопроникновение элементов, которые имеют, как правило, различную физическую природу.

Назначением мехатронных модулей является реализация заданного управляемого движения, как правило, по одной управляемой координате.

Мехатронные модули движения являются теми функциональными «кубиками», из которых затем можно компоновать сложные многокоординатные мехатронные системы.

Сущность мехатронного подхода к проектированию состоит в объединении в единый приводной модуль составляющих элементов. Суть синергетической интеграции состоит в объединении в единый модуль элементов различной физической природы при сохранениифункционального преобразования, выполняемого данным модулем.

Синергетическая интеграция элементов при проектировании мехатронных модулей основана на трех базовых принципах:

– реализация заданных функциональных преобразований минимально возможным числом структурных и конструктивных блоков путем объединения двух и более элементов в единые многофункциональные модули;

– выбор интерфейсов в качестве локальных точек интеграции и исключение избыточных структурных блоков и интерфейсов как сепаратных элементов;

– перераспределение функциональной нагрузки в мехатронной системе от аппаратных блоков к интеллектуальным (электронным и компьютерным) компонентам.

Практическая реализация принципов синергетической интеграции при проектировании позволяет обеспечить основные преимущества мехатронных систем по сравнению с традиционными машинами и добиться качественно новых показателей, в первую очередь по компактности конструкции, скорости и точности движений.

Синергетическую интеграцию в мехатронике осуществляют при проектировании двумя основными способами – функционально-структурной интеграцией (ФС-интеграция) и структурно-конструктивной интеграцией (СК-интеграция), которые объединяют в общий алгоритм проектирования мехатронных систем.

 17. Назначение и состав информационных устройств.

Основные положения

Дадим определения элементам и изделиям измерительной техники. В соответствии с рекомендациями по межгосударственной стандартизации, которые введены в действие в 2002 году.

Средство измерений – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменными (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне.

Измерительная система – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т.п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных  этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях.

Измерительный преобразователь – техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи.

Первичный измерительный преобразователь – измерительный преобразователь, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина, т.е. первый преобразователь в измерительной цепи измерительного прибора.

Датчик – конструктивно обособленный первичный преобразователь, от которого поступают измерительные сигналы(он “дает” информацию)

Регистрирующее устройство средства измерений – совокупность элементов средства измерений, которая регистрирует значение измеряемой или связанной с ней величины.

Измерительный сигнал – сигнал, содержащий информацию об измеряемой физической величине.

Введём ещё один термин - запись физического процесса называется его реализацией.

19. Классификация му по числу степеней подвижности

По числу степеней подвижности. ПР имеют от трех до шести и более степеней подвижности. Принципиально трёх степеней подвижности достаточно для вывода концевой точки манипулятора в любую точку обслуживаемого роботом пространства. Ещё три степени подвижности необходимы, чтобы в этой точке осуществлять любую угловую ориентацию захватного устройства или инструмента. Более шести степеней подвижности необходимо при обходе каких-либо препятствий.

степени подвижности - стационарные, мобильные, смешанные;

20.Рабочий орган мехатронной машины.

Рабочий орган мехатронной машины – это составная часть механического устройства для непосредственного выполнения технологических операций и/или вспомогательных переходов.

Примеры рабочих органов в робототехнике: механические схваты, вакуумные и электромагнитные захватные устройства, сварочные клещи (для точечной сварки), инструментальные головки для механообработки и лазерных операций, окрасочный пистолет. Таким образом, рабочий орган – это управляемый модуль, который в свою очередь может иметь несколько степеней подвижности и состоять из нескольких элементов. Поэтому при его разработке также могут использоваться мехатронные принципы интеграции. Примером может служить мотор-шпиндель, где инструмент и ротор электродвигателя представляют собой единый объект.

 22. Погрешность позиционирования.

Определение суммарной погрешности позиционирования промышленных роботов.

  В роботе каждая степень подвижности имеет автономный привод, обеспечивающий определенную точность позиционирования. Погрешность позиционирования по степени подвижности определяется выражением КИ*Si/Di,   где Si;  КИ – коэффициент, характеризующий качество измерительной системы. В современных измерительных системах роботов КИ=1,5…2,0.

   Так как в позиционировании участвуют степени подвижности, осуществляющие как прямолинейное, так и вращательное перемещения, суммарная погрешность робота имеет вид , где ΔS – составляющая погрешности от степеней подвижности, осуществляющих прямолинейное движение; Δϕ – составляющая погрешности от степеней подвижности, осуществляющих вращательное движение (К – коэффициент запаса, равный 1,2… 1,3). Величину ΔΣ определяют исходя из требований к точности установки объекта манипулирования, а величины ΔS и Δϕ – исходя из взаимосвязи линейных и угловых погрешностей робота и их значений, приведённых к объекту манипулирования:; , где βПi – угол между направлением перемещения i-степени подвижности и направлением, в котором задана допустимая погрешность позиционирования, φi – перемещение по вращательной степени подвижности, град; li – расстояние от оси вращения до объекта манипулирования, мм; βВi – угол между касательной к траектории и направлением, в котором задаются погрешности; Di – число дискрет датчика, используемых на перемещениях. Величины βПi, βВi, li определяются из геометрических зависимостей взаимного положения схвата и звеньев робота при позиционировании.

24. Показатели распределенной функциональной нагрузки (РФН).

Анализ научно – технической эволюции мехатр модулей и мехатр систем показывает, что в основе их построения лежит концепция «встроенного проектирования» Эта концепция предполагает синергетическое объединения механич, электронных и компьют элементов. Путем их структурного и конструктивного проникновения, введение в систему глубоких энергетических и информационных взаимосвязей. В ряде работ рассмотрен подход к проектированию и анализу мехатр систем, основанный на совмесном анализе их функциональной  и структурной моделей. На основе введенного критерия « функционально структурной интеграции » (ФСИ) дана классификация и постановка задачи оптимизации мехатр структуры и подсистем на нач уровне.

При этом задается методика расчета и получены оценки для трех вариантов построения управляющей системы по критерию ФСИ. Для структурной оценки мехатр модулей и систем предлогается использовать новую количественную меру, названную показателем распределения функциональной нагрузки. Показатель РФН является численной мерой, позволяющей оценить объем функциональной нагрузки, которую несет каждый из структурных элементов или блоков в исследуемой системе. Чем выше значение данного показателя, тем больше влияние оказывает данный элемент на качество системы в целом, ее стоимость, надежность и др комплексные функциональные характеристики.

Анализ проводится в соответствии с алгоритмом, разработанным на основании монографий.

В традиционной системе управления ЦП и демультиплексор являются наиболее нагруженными элементами. В то время как 6 МП несут нагрузку в несколько раз меньшую (РФН для них 2%).

Для второго варианта показатель РФН для каждого из 3 компьютерных компонентов существенно превосходит нагрузку других элементов системы.

Наибольший показатель РФН среди всех рассматриваемых компонентов имеет контроллер движения в системе 3-го уровня интеграции (14%).

Показатели РФН для группы элементов, содержащих электронные и компьютерные компоненты, ответственные за информационные, информационно-электрические и электро-информационные функциональные преобразования в мехатронной системе, складываются следующим образом в значение РФН.

Традиционная структура 7.6%

Структура 2-го уровня 12.4%

Структура 3-го уровня 21.3%

 26.Технологический базис мехатроники.

Реальное воплощение мехатронных идей на практике связано с появлением новых технологий на всех этапах жизненного цикла изделий машиностроения. Технологический базис мехатроники представлен на рис. 1.30. 

Пирамидальная форма и состав технологической пирамиды мехатроники полностью соответствуют ее структурному базису.

Безусловно, фундаментом технологического базиса мехатроники являются новые технологии в ее базисных направлениях. К ним относятся прецизионные и модульные технологии механики, микроэлектроника и новые информационные технологии. Однако особый интерес для развития мехатроники представляют комбинированные технологии, принадлежащие граням технологической пирамиды, к которым можно отнести:

1. Гибридные технологии электромеханики и мехатроники.

2. Цифровые технологии управления движением.

3.Технологии автоматизированного проектирования управляемых машин и CALS-технологии.

Выпуск мехатронных изделий требует стандартизации и унификации всех используемых элементов и процессов при их автоматизированном проектировании, производстве и сервисном обслуживании на основе CALS (Continuous Acquisition and Life-Cycle Support) технологий. Одним из первых в России вопрос о создании комплексных систем поддержки жизненного цикла изделий поставил и развил в своих работах чл.-кор. РАН Ю.М. Соломенцев [38].

CALS – принятая в промышленно развитых странах концепция информационной поддержки ЖЦ продукции, основанная на использовании интегрированной информационной среды, обеспечивающая единообразные способы информационного взаимодействия всех участников этого цикла: заказчиков и производителей продукции, эксплуатационного и ремонтного персонала. Концепция и стандарты CALS определяют набор правил и регламентов, в соответствии с которыми организуется информационное взаимодействие субъектов в процессах проектирования, производства, испытаний, эксплуатации и сервиса.

Для мехатроники особо следует выделить серьезную проблему различия информационных платформ, которыми владеют специалисты различных отраслей инженерных знаний. Так, машиностроители в своей конструкторской деятельности широко применяют программные системы автоматизированного проектирования механических систем (например, программные пакеты AutoCAD, ProEngineer, TFLEX-CAD). Эти пакеты обычно не знакомы специалистам в области электроники и компьютерного управления, которые в свою очередь пользуются при моделировании и проектировании программными системами MATLAB/ Simulink, MAPLE, LabView, P-CAD и т.п.

Для успешного решения задач мехатроники необходимо разработать междисциплинарные программные среды, способные эффективно поддерживать высокопроизводительный обмен документами, данными и объектами (в том числе графическими файлами) в ходе выполнения про-ектно-исследовательских и опытно-конструкторских работ группой спе­циалистов.

 27.Гибридные технологии электромеханики и мехатроники

Гибридная сборка соответствует конструкторской идее объединения разноприродных элементов в едином корпусе. В этом случае компоненты указанных групп хотя и являются составными частями общего конструктор­ского замысла, но их изготовляют независимо и параллельно на различных технологических линиях либо приобретают у различных производителей.

Однако мехатронные модули, полученные способом гибридной сборки, имеют и существенные ограничения в применении и эксплуатации:

• комбинация в одном корпусе всех элементов приводит к увели­чению массы и габаритов модуля движения по сравнению с традицион­ными приводами, где управляющие устройства и силовые преобразовате­ли расположены отдельно от исполнительных компонентов. Такое уве­личение критично для некоторых мехатронных машин, например мани­пуляторов, имеющих последовательную кинематическую цепь;

• в процессе эксплуатации исполнительные элементы оказывает температурные, вибрационные, электромагнитные воздействия на интел­лектуальные блоки; чем плотнее монтаж и выше мощность модуля, тем сильнее это негативное влияние.

Указанные ограничения гибридной сборки дают основание считать наиболее перспективной для мехатроники интеграцию элементов на бо­лее ранней технологической фазе  – уже при изготовлении элементов.

Гибридные технологии предусматривают использование общих ма­териалов (например, полупроводников) и общих технологических про­цессов при производстве как исполнительных, так и интеллектуальных элементов. Это позволяет радикально уменьшить размеры мехатронного модуля, добиваясь качественно новых свойств в особо компактных и ми­ниатюрных модулях. При серийном выпуске таких изделий стоимость мехатронного модуля зачастую даже уменьшается по сравнению с тради­ционными технологиями.

Перспективной для мехатронных технологий является группа "ак­тивных" материалов, которые способны трансформировать энергию оп­ределенного физического поля (электрического, магнитного, теплового и т.п.) в различные механические эффекты либо изменять свои свойства под воздействием внешних полей. К числу таких материалов можно от­нести кварц, керамику, магнитострикционные сплавы, "интеллектуаль­ные" сплавы с памятью формы.

28.Достоинства и недостатки гибридной сборки.

ГС соответствует конструкторской идее объединения разноприродных элементов в едином корпусе. В этом случае компоненты указанных групп хотя и являются составными частями общего конструкторского замысла, но их изготовляют независимо и параллельно на различных технологических линиях либо приобретают у различных производителей.

Недостатки гибридной сборки: 1) увеличение габаритов и массы по сравнению с традиционными модулями; 2) в процессе эксплуатации на встроенные элементы действуют вредные силы: t, электромагнитные поля, вибрации.

29.Назначение приборов МОSFЕТ, IGBT, GТО, IPM.

К основным типам силовых электронных приборов в настоящее время относятся: 1) силовые полевые трансформаторы MOSFET; 2) биполярные транзисторы IGBT; 3) коммутируемые тиристоры GTO; 4) интеллектуальные силовые IPM. Преимущества нового поколения приборов: а) высокое быстродействие (для MOSFET частота коммутации до 100 кГц); б) высокое значение коммутируемых токов и напряжений (для IGBT предельная сила коммутируемого тока до 2400А, предельное коммутируемое напряжение до 3300В); в) малые коммутационные потери; г) малая мощность управления.

30. Цифровой сигнальный процессор (DSР), назначение, состав, достоинства, недостатки.

Цифровые сигнальные процессоры (DSP) оптимизированы для реализации таких задач со скоростью, достаточной для цифровой обработки сигналов в реальном масштабе времени, выполняя арифметические операции и накопления результатов за один машинный цикл. В соcтав процессора входят: ЦПУ, ОЗУ, ПЗУ, последовательные (параллельные) интерфейсы, схемы обработки прерываний. Гибкая архитектура и набор команд позволяют достичь высокой степени параллелизма при выполнении операций. Размеры процессора: корпус - 1 см2, толщина - 1,35 мм, объём внутренней памяти 2 Мбита. DSP-процессоры выполняют следующие операции: 1) аналогово-цифровое преобразование; 2) цифровая обработка сигналов по заданному алгоритму (производительность 80*10^6)

 23.Погрешность обработки траектории.

Погрешность отработки траектории является характеристикой точности сварочных, окрасочных и других ПР, оснащенных контурными системами ПУ. Для ее определения в захватное устройство робота устанавливается карандаш, отрабатываются поочередно совмещенные в плоскостях координат тестовые программы и оцениваются отклонения от идеальной (теоретической) траектории. Этот метод рекомендуется для приемочных и приемосдаточных испытаний.

При выборе роботов и манипуляторов для выполнения конкретных технологических операций важное значение имеют параметры, определяющие точность позиционирования рабочего органа и отработки траектории его движения. Отклонение фактического положения рабочего органа от положения заданного управляющей программой, называется погрешностью позиционирования рабочего органа. Максимальная абсолютная погрешность позиционирования определяется как результат геометрического суммирования приведенных к объекту манипулирования максимальных ошибок позиционирования отдельных степеней подвижности.

Для роботов, у которых движение рабочего органа должно осуществляться по заданной траектории, одним из основных параметров является также погрешность обработки траектории рабочего органа. Погрешность позиционирования и отработки траектории рабочего органа оценивают в абсолютных (линейных или угловых) или относительных единицах. Относительная погрешность (%) позиционирования рабочего органа определяется как отношение абсолютной ошибки перемещения рабочего органа в заданную управляющей программой точку зоны обслуживания к минимальному расстоянию от оси ближайшей к основанию робота кинематической пары до границы рабочей зоны. Относительная погрешность отработки траектории равна, выраженному в процентах, отношению максимальной абсолютной ошибки перемещения рабочего органа по траектории в пределах зоны обслуживания к максимальному расстоянию от оси ближайшей к основанию робота кинематической пары до границы рабочей зоны. Номинальные абсолютные погрешности позиционирования промышленных роботов должны соответствовать ряду, установленному ГОСТ 26050—89, или отраслевым нормативным документам.

25. Структурный базис мехатроники.

Важнейшее направление, разработанное отечественной научно-инженерной школой технологии машиностроения, состоит в конструктивно-технологическом формировании изделий. Оно осуществляется путем совместной работы конструктора и технолога на всех стадиях проектирования, производства и эксплуатации машины .

Применение конструктивно-технологического подхода к задачам мехатроники означает понимание самого мехатронного объекта как целостной системы и понимание всех фаз его жизненного цикла как системных по применяемым технологиям. Поэтому начнем рассмотрение со взаимосвязей между структурным и технологическим базисами мехатро­ники.

Согласно определению в мехатронных системах укрупненно принято выделять три главные части – механическую, электронную и информационную, совокупность которых и образует систему в целом. Указанные части составляют структурный базис мехатроники, который можно наглядно представить в форме пирамиды (рис. 1.29).

В историческом развитии структур производственных машин от "однополярной" механики к современной "многокоординатной" мехатро-нике можно выделить ряд стадий. Первоначально три базисных направления (точная механика, электроника и информатика) интегрировались попарно, образуя три гибридные направления, которые показаны боко­выми гранями пирамиды. Это электромеханика (объединение механических узлов с электротехническими изделиями и электронными блоками), компьютерные системы управления (аппаратно-программное объединение электронных и компьютерных устройств), а также системы автоматизированного проектирования механических систем (САПР). Затем – уже на стыке гибридных направлений – возникает мехатроника.

 18.Мехатронное устройство.

Мехатронное устройство (система) включает в себя датчики состояния внешней среды и самого устройства, источники энергии, исполнительные механизмы, усилители, вычислительные элементы (компьютеры и микропроцессоры) и представляет единый комплекс электромеханических, электронных элементов и средств вычислительной техники, между которыми осуществляется непрерывный обмен энергией и информацией.

Основные составляющие мехатронных устройств:

1) исполнительные органы, выполняющие функциональные технологические задачи;

2) измерительно-информационная система, с помощью которой выполняется сбор необходимой информации о ходе выполнения технологического процесса, режимах работы  приводов и внешней среде.

Третья составляющая объединяетэлементы обработки информации и базируется на вычислительной технике. Кроме того, авторы книги сформулировали следующие положения:

-прогресс мехатроники определяется развитием микроэлектроники;

-уменьшение массогабаритных характеристик микропроцессорных систем позволяет их легко встраивать в машины и отдельные механизмы;

-существует положительное взаимовлияние на развитие мехатроники и микроэлектроники;

-современное содержание машин можно разделить на «массовое» (от понятия масса), «энергетическое» и «информационное», и при проектировании мехатронных устройств системы уравнений должны учитываться зависимости, существующие между информацией, массой и энергией;

-нельзя добиться прогресса в мехатронике, делая упор лишь на достижения микроэлектроники. Если не будет прогресса в разработке исполнительных механизмов, усилителей и т. д., то нельзя будет рассчитывать на раскрытие всех возможностей микроэлектроники;

-развитие мехатроники требует обеспечения заданной точности времени.

21.Рабочая зона мехатронной машины.

Рабочая зона мехатронной машины – совокупность всех точек декартового пространства, которые могут быть достигнуты рабочим органом машины. Очевидно, что форма и размеры рабочей зоны зависят от кинематической структуры машины, конструктивных параметров и ограничений на перемещения в ее степенях подвижности. Для машин с нелинейным базисом исполнения движений рабочая зона описывается сложными кривыми. Рабочая зона ПР - это пространство, в котором может находиться рабочий орган при его функционировании. Она характеризуется своими формой (или видом) и объемом.

Форма, или вид рабочей зоны, пространственная фигура, описываемая рабочим органом ПР при прохождении им предельно достижимых положений. Вид рабочей зоны обусловлен назначением промышленного робота и определяется числом степеней подвижности манипулятора, типом и взаимной ориентацией кинематических пар в пространстве и относительными размерами звеньев манипуляционной системы.

Объем рабочей зоны (или рабочий объем) - это объем пространства, в пределах которого может перемещаться рабочий орган ПР при его функционировании, измеряется в м3 и позволяет судить о масштабе ручного труда, доступного промышленному роботу. По величине обслуживаемого рабочего объема все роботы можно разделить на пять классов.

 31 .Процессор Pentium , назначение, состав, достоинства, недостатки

Процессоры типа Pentium представляют собой центральное процессорное устройство (ЦПУ), выполненнное на одном кристалле. Процессоры недостаточно хорошо приспособлены к задачам цифровой обработки сигналов, например, они не поддерживают реализацию операции умножения с последующим сложением за один машинный цикл. Данная операция важна для выполнения решений в реальном масштабе времени, манипуляции с графическими изображениями и т.п. Новой элементной базой цифровых систем управления для выполнения вычислительных функций стали цифровые сигнальные процессоры (DSP). Они оптимизированы для реализации таких задач со скоростью, достаточной для цифровой обработки сигналов в реальном масштабе времени, выполняя арифметические операции и накопления результатов за один машинный цикл. В соcтав процессора входят: ЦПУ, ОЗУ, ПЗУ, последовательные (параллельные) интерфейсы, схемы обработки прерываний. Гибкая архитектура и набор команд позволяют достичь высокой степени параллелизма при выполнении операций. Размеры процессора: корпус - 1 см2, толщина - 1,35 мм, объём внутренней памяти 2 Мбита. DSP-процессоры выполняют следующие операции: 1) аналогово-цифровое преобразование; 2) цифровая обработка сигналов по заданному алгоритму (производительность 80*10^6)

32. Программируемые вентильные матрицы.

Программируемые вентильные матрицы FRGA представляют собой интегральные микросхемы, содержащие большое количество (до нескольких тысяч) стандартных логических ячеек. Ячейки объединяются в матрицу с помощью программируемых переключателей. Логическая микросхема состоит из следующих блоков: 1) блок ввода-вывода для соединения внутренней логики кристалла с внешними устройствами; 2) ктнфигурируемые логические блоки; 3) блочная память; 4) модуль управления синхронизацией. Программирование микросхемы осуществляет пользователь. Для этого используется специальное программное обеспечение, в которое входят: модули текстового и схемного ввода, моделирование, автоматическая трассировка, создание и загрузка конфигурационных данных, специальные библиотеки макросов. Разработчик с внешнего устройства имеет возможность многократно загружать необходимые данные в микросхему, тестировать её работу на реальном изделии.

35.Мотор - шпиндели.

Мехатронный модуль вращательного главного движения станков - высокоскоростной электродвигатель главного движения, на роторе которого смонтирован шпиндель станка. Конструкция и элементы такого шпиндельного узла, называемого мотор-шпинделем, предназначенного для скоростной обработки, существенно отличаются от традиционных решений. В конструкциях привода главного движения высокоскоростных станков при максимальных частотах вращения шпинделя практически невозможно использовать электродвигатель с механическими передачами. Поэтому в этих станках применяются устройства типа мотор-шпинделя, которые относятся к приводу прямого действия. Режущий инструмент с оправкой крепится с передней части мотор-шпинделя. Статор электродвигателя размещается в корпусе шпиндельного узла и приводит во вращение ротор. В мотор-шпинделях применяется система эффективного охлаждения электродвигателя и шпиндельных опор. Датчики частоты вращения, положения ротора и температуры передают сигналы в систему ЧПУ по каналам связи, разъемы которых находятся на левом торце шпиндельного узла.

36. Бесконтактные двигатели постоянного тока, назначение, состав.

Бесконтактными (или вентильными) двигателями постоянного тока называются электрические машины, где функции коллектора и щеток выполняют полупроводниковые управляемые ключи. Они свободны от недостатков, присущих традиционным двигателям постоянного тока, которые обусловлены наличием щеточно-коллекторного узла. Вентильные двигатели по сравнению с коллекторными аналогами имеют преимущества: 1) высокую надежность, большой срок службы, не требуется обслуживание при эксплуатации (так как нет коллекторного искрения и износа щеток, уменьшено трение и нагрузка на подшипники); 2) улучшенные тепловые характеристики (отсутствуют тепловыделяющие элементы в роторе, поэтому тепло рассеивается только на обмотках статора), малые сечения проводов; 3) высокое быстродействие за счет малого момента инерции ротора, стабильную частоту вращения, которая не зависит от частоты напряжения питающей сети; 4) большую перегрузочную способность по моменту, постоянный момент во всем диапазоне регулирования скорости; 5) широкий диапазон регулирования скорости, линейные механические и регулировочные характеристики, равномерное вращение на низких скоростях. Бесконтактные двигатели постоянного тока состоят из трех основных элементов: 1) электрической машины синхронного типа с m-фазной обмоткой на статоре и ротором в виде постоянного магнита; 2) датчика положения ротора (ДПР), выполненного в одном корпусе с двигателем и предназначенного для выработки сигналов управления моментами времени и последовательностью коммутации токов в обмотках статора; 3) электронного коммутатора, осуществляющего по сигналам ДПР коммутацию токов в обмотках статора. Датчики положения ротора определяются их чувствительными элементами, которые могут быть построены с использованием ЭДС Холла, фотоэффекта и т.д.

 39. Устройство и принцип действия фотоэлектрических датчиков.

Все детекторы световых излучений можно разделить на две группы: квантовые и тепловые преобразователи. Квантовые детекторы работают в интервале от УФ до среднего ИК диапазонов, в то время как тепловые датчики чаще используются в диапазонах среднего и дальнего ИК излучений, где их эффективность при комнатных температурах намного превышает эффективность квантовых преобразователей.

Роль световых датчиков могут играть отдельные полупроводниковые компоненты: фотодиоды, фототранзисторы, фоторезисторы.

Принцип действия фотодиодов можно описать следующим образом. При воздействии излучения соответствующей частоты на прямо смещенный р-n переход (в котором положительный вывод батареи подключен к зоне р), ток через фотодиод возрастет незначительно по сравнению с темновым током. Другими словами, ток смещения в этом случае будет намного превышать ток, генерируемый светом.

Фотодиод напрямую преобразует фотоны в носители зарядов — один фотон образует одну пару электрон-дырка. Фототранзисторы помимо фотоэлектрического преобразования выполняют функцию усиления тока, что значительно повышает чувствительность детектора. Переход коллектор-база является обратно смещенным диодом.

Также как и фотодиод, фоторезистор является фотопроводящим устройством. Для изготовления фоторезисторов, как правило, применяется сульфид кадмия (CdS) и селенид кадмия (CdSe). Эта материалы являются полупроводниками, сопротивление которых меняется при попадании на их поверхность света, т.е. фотоэффект здесь заключается в изменении удельного сопротивления материала.

41 .достоинства распределенной системы управления на основе ИММ.

Применение распределённых систем решает ряд проблем, характерных для мехатроники. К числу основных преимуществ распределённой системы относятся: 1) отсутствие многочисленных соединительных кабелей и проводов, что особенно важно для многокоординатных мехатронных систем; 2) возможность применения современных вычислительных алгоритмов и методов управления движением, например, матем. операции с плавающей точкой, работа в режиме онлайн и т.д.; 3) открытая архитектура, придающая системам гибкость, возможность оперативно формировать законы управления в соответствии с требованиями технологического процесса, быстро реконфигурировать и расширять систему для решения новых функциональных задач; 4) высокая надёжность и работоспособность системы, диагностика работы в ходе самой работы.

42.Уровни интеграции.

Первый уровень интеграции образуют мехатронные устройства и составляющие их элементы. Второй уровень включает ИММ. Набор мехатронных устройств определяет тип мехатронного модуля. В общем случае для интеллектуального модуля можно выделить две основные группы устройств. В исполнительную группу входят механические устройства и двигатели. Группа интеллектуальных устройств включает электронные, информационные и управляющие компоненты. Третий уровень интеграции: из мехатронных модулей компануются многокоординатные мехатронные машины. Четвёртый (высший) уровень предполагает построение на единой интегрированной платформе комплексов мехатронных машин для реконфигурируемого производства.

44.В чем заключается «проблема интерфейсов»?

Интерфейс между составляющими устройствами или элементами является самым слабым местом в МС,

Многочисленные интерфейсы в мехатронной машине связывают устройства различной физической природы, что предопределяет их конструктивную и аппаратно-программную сложность. При классическом проектировании интерфейсы представляют собой самостоятельные устройства и узлы. Обычно это блоки, которые выпускаются специальными фирмами или изготавливаются самим пользователем.

45.4 этапа проектирования ИММ.

Она предусматривает четыре взаимосвязанных этапа:

-  определение функций мехатронных модулей на основе анализа исходных требований к мехатронной машине;

-  функционально-структурный анализ с целью выбора структуры всех мехатронных модулей и формирование структурной модели системы;

-  структурно-конструктивный анализ и конструирование модулей, формирование конструктивной модели системы;

-  планирование и оптимизация функциональных движений, разработка программ движения машины и ее модулей

 46.Методы интеграции при проектировании ИММ.

Методы интеграции можно классифицировать по характеру объединения составляющих устройств и способу решения "проблемы интерфейсов" проектировщиком и производителем мехатронных модулей и сис­тем. Каждый из методов может применяться как самостоятельно, так и в комбинации с другими методами, поскольку они реализуются на различных этапах проектирования.

Первый метод состоит в построении интегрированных мехатронных модулей и машин путем исключения из их структуры промежуточных преобразователей и соответствующих интерфейсов. Это наиболее глубокий уровень интеграции, позволяющий получать мехатронные решения, полностью соответствующие пониманию синергизма в определении мехатроники. Исключение многоступенчатого преобразования энергии и информации в мехатронных модулях создает фундаментальную основу для достижения высокой точности и быстродействия, компактности и надежности мехатронных машин.

Второй метод предполагает аппаратно-конструктивное объединение устройств различной физической природы в едином корпусе многофункционального мехатронного модуля. Все структурные блоки встраиваются в единый конструктив вместе с другими устройствами, поэтому для пользователя такие модули движения, по сути, представляются едиными изделиями.

Третий метод интеграции отражает современную тенденцию при построении машин нового поколения, которая заключается в переносе функциональной нагрузки от механических узлов к интеллектуальным (электронным, компьютерным и информационным) устройствам. Интеллектуальные устройства, в отличие от механических элементов придают системе гибкость, поскольку их легко перепрограммировать под новую задачу. При этом их цена постоянно снижается, а функциональные возможности быстро расширяются. Использование данного метода позволяет минимизировать механическую сложность мехатронной системы.

47.Методы построения моделей сложных технических систем.

Известны два основных подхода к построению моделей сложных технических систем. Первый заключается в функциональном определении рассматриваемой системы через ее поведение по отношению к внешним объектам и внешней среде. Второй подход основан на структурном представлении системы и связей между ее элементами. Исследование и оптимизация взаимосвязей между функцией и структурой системы лежит в основе функционально-структурного подхода, который мы применяем к задачам мехатроники.

49.Типы преобразователей ММ.

Выбор физической природы промежуточного преобразователя определяется возможностями технической реализации, исходными требованиями и особенностями применения. В мехатронных модулях широко применяют:

-  гидравлические преобразователи, которые наиболее эффективны в машинах, испытывающих тяжелые нагрузки, в первую очередь благодаря их высокой удельной мощности;

-  пневматические преобразователи, которые крайне просты, надежны и обладают высоким быстродействием;

-  химические преобразователи применяются в биоприводах, аналогичных по принципу действия мускулам живых организмов;

-  тепловые энергетические процессы используются в микромеха-тронных системах и основаны на использовании материалов с памятью формы;

-  комбинированные преобразователи, основанные на энергетических процессах различной физической природы.

в мехатронном модуле следует реализовать семь функциональных преобразований (см. рис.).

Три из них назовем моноэнергетическими (информационный, электрический и механический преобразователи), где входные и выходные переменные имеют одну и ту же физическую природу. Остальные четыре являются дуальными (двойственными), так как в них входные и выходные переменные принадлежат различным физическим видам. К этой группе относятся информационно-электрический и электромеханический преобразователи, расположенные в прямой цепи функциональной модели, а также электроинформационный и механико-информационный преобразователи в цепях обратной связи.

 48.Функциональная модель ММ.

Функциональное представление мехатронного модуля в форме "черного ящика" (см. рис. 2.5) содержит два информационных входа (программа движения и информационная обратная связь), дополнительный механический вход (силы реакции внешней среды) и один выход – целенаправленное механическое движение. Следовательно, в общем случае функциональная схема мехатронного модуля может быть построена как информационно-механический преобразователь.

Для физической реализации мехатронного информационно-механического преобразования необходим внешний энергетический источник. На современной стадии развития мехатроники для этой цели в основном используют электрические источники энергии. Введя соответствующие электроэнергетические преобразования, получаем следующую функциональную модель мехатронного модуля (рис. 2.6).

Полученная функциональная модель в общем случае содержит семь базовых преобразователей, связанных энергетическими и информационными потоками.

50. Схема традиционного электропривода с компьютерным управлением.

можно говорить о структурной избыточности традиционного электропривода. Наличие избыточных блоков приводит к снижению надежности и точности технической системы, ухудшению ее массогабаритных и стоимостных показателей.

51 .Метод объединения элементов ММ в едином корпусе.

Технологической базой для данного метода интеграции является гибридная сборка узлов и элементов. Аппаратное и конструктивное объединение элементов в единые модули должно обязательно сопровождаться разработкой интегрированного программного обеспечения.

В корпусе модуля движения объединены исполнительный двигатель и механическое устройство, причем вал двигателя является элементом механического преобразователя движения. Модули движения реализуют электромеханическое и механическое функциональные преобразования; их проектирование основано на исключении интерфейса I4 как самостоятельного (с точки зрения пользователя) блока.

Примерами модулей движения могут служить: мотор-редуктор, мотор-колесо, мотор-шпиндель и мотор-барабан [17]. В состав современных модулей движения помимо двигателей и преобразователей движения входят и другие виды механических устройств – тормозные и люфтовыбирающие механизмы, направляющие и преобразователи движения.

Главной особенностью современного этапа развития мехатроники является создание принципиально нового поколения модулей – интеллектуальных мехатронных модулей (ИММ). По сравнению с мехатронными модулями движения в конструкцию ИММ дополнительно встраиваются компьютерные устройства и силовые электронные преобразователи, что придает этим модулям интеллектуальные свойства и является их главным отличительным признаком.

 40. Схема децентрализованной распределенной системы управления на основе ИММ.

Мехатронные модули с централизованным устройством управления управляются через локальную сеть, в результате чего получим децентрализованную систему управления, предст. на схеме:

 

Расстояние между ЭВМ верхних уровней и контроллерами ИММ может достигать нескольких сотен метров.

Обмен информацией и управляющими командами осуществляется через высокоскоростную компьютерную сеть.

Применение распределённых систем решает ряд проблем, характерных для мехатроники. К числу основных преимуществ распределённых систем относятся:

-отсутствие многочисленных дополнительных кабелей и проводов. Это особенно важно для многокоординатных МС

-возможность применения современных вычислительных алгоритмов и методов управления движения, например, математические операции с плавающей точкой, работа в режиме он-лайн и т.д.

43.Основные интерфейсы МС.

Для соединения элементов в систему традиционно вводят специальные интерфейсные устройства, обозначенные И1-И7.

Интерфейс И1 представляет собой комплекс аппаратно-программных средств для сопряжения УКУ модуля с верхним уровнем системы управления. Функции верхнего уровня управления выполняет высокопроизводительный компьютер либо человек-оператор.

Интерфейс И2 обычно состоит из цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) и усилительно-преобразующего устройства и служит для формирования управляющих электрических напряжений для исполнительных приводов.

Интерфейсы И3 — это, как правило, механические передачи, связывающие исполнительные двигатели со звеньями механического устройства. Конструктивно такие трансмиссии обычно включают редукторы, муфты, гибкие связи, тормоза и т.п.

Интерфейс И4 на входе УКУ в случае применения в электромеханическом мехатронном модуле сенсоров с аналоговым выходным сигналом строится на основе аналоговых цифровых преобразователей (АЦП).

Интерфейсы сенсоров И5, И6, И7, в зависимости от физического характера наблюдаемых переменных можно разделить на электрические и механические. К механическим интерфейсам относятся присоединительные устройства для датчиков обратной связи приводов (фотоимпульсных, кодовых, тахогенераторных и т.п.), силомоментных и тактильных датчиков, а так же других средств очувствления и информации о движении звеньев механической цепи, двигателей и внешних объектов. Преобразование и передача сигналов о переменных состояниях системы, которые имеют электрическую природу осуществляется электрическими интерфейсами. В их состав помимо усилительно-преобразующих плат входят также соединительные кабели и коммутационная аппаратура.

Сравнивая представленные блок-схемы можно прийти к выводу о том, что число преобразующих и интерфейсных блоков в традиционной структуре привода с компьютерным управлением избыточно по отношению к минимально необходимому числу функциональных преобразований.

 33 .Встроенные контроллеры движения.

Современные технологии управления движением позволили перейти в системах управления от внешних управляющих устройств к контроллерам движения. Перспективы мехатроники связаны с системами управления на основе персональных компьютеров, а также встроенных контролеров движения. Встроенные контроллеры, которые технологически реализованы на отдельной плате или одном чипе, уже в настоящее время используются в половине всех приложений. Основные преимущества и особенности контроллеров движения: 1) координированное управление движением по нескольким осям одновременно; 2) обеспечение высококачественных движений благодаря реализа­ции сложных законов управления; 3) планирование и генерация сложных траекторий; 4) развитое программное обеспечение для инсталляции, программирования и мониторинга движений; 5) взаимодействие с компьютером верхнего уровня, работа с программами пользователя, операционной системой реального времени, возможность загрузки программ по сети Интернет; 6) широкие интерфейсные возможности благодаря встроенным цифровым счетчикам, АЦП, ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь), дискретным входам/выходам, наличию цифровой шины; 7) выдача аналоговых и импульсных командных сигналов, получение и обработка информации от датчиков обратной связи.

34.Мотор - редукторы.

Мотор-редукторы, по-видимому, исторически первые по принципу своего построения модули движения, которые стали выпускаться серийно и нашли широкое применение в приводах различных машин. Мотор-редуктор представляет собой компактный конструктивный модуль, объединяющий электродвигатель и редуктор. По сравнению с традиционным соединением двигателя и редуктора через муфту мотор-редукторы обладают целым рядом существенных преимуществ: 1) меньшими габаритными размерами; 2) сниженной стоимостью за счет сокращения числа присоединительных деталей, уменьшения затрат на установку, наладку и запуск изделия; 3) улучшенными эксплуатационными свойствами: минимальным уровнем вибраций, пыле – и влагозащищенностью, безопасностью и надёжностью работы в неблагоприятных производственных условиях.

Конструктивное исполнение модуля мотор-редуктора определяется типом редуктора и электродвигателя.

37.Принцип работы бесконтактного двигателя постоянного тока.

Двигатель имеет: три обмотки на статоре, сдвинутые в пространстве на 120° и соединенные в звезду, датчик положения ротора (ДПР) с одним сигнальным элементом (СЭ) и тремя чувствительными элементами (ЧЭ) (их число равно числу обмоток статора), а также коммутатор, выполненный на трех транзисторах, работающих в ключевом режиме. Cигнальный элемент через чувствительный элемент открывает транзистор. Намагничивающая сила (НС) обмотки  взаимодействует с потоком постоянного магнита ротора. Возникает вращающий момент, и двигатель приходит во вращение. Вместе с ротором поворачивается и сигнальный элемент ДПР. При повороте ротора на угол, чуть больший 30°, СЭ воздействует сразу на два чувствительных элемента. В результате открываются два транзистора. Ток протекает по обеим обмоткам и возникает результирующая сила, повернутая на 60° по сравнению с первым положением. Эта сила продолжает взаимодействовать с полем постоянного магнита и двигатель развивает вращающий момент. Когда угол поворота станет чуть больше 90°, первый транзистор закроется, ток будет проходить только по второй обмотке. Поле ротора будет взаимодействовать только с НС этой обмотки, однако вращающий момент по-прежнему будет вращать ротор двигателя в том же направлении. В конечном итоге двигатель разовьет такую скорость, при которой его момент будет уравновешиваться моментом нагрузки.

38. Преобразователи движения на основе планетарных зубчатых передач.

Частоту вращения бесконтактных двигателей можно регулировать в широких пределах путем изменения амплитуды напряжения питания либо скважности (длительности импульсов) для широтно-импульсного метода управления.

Преобразователи движения на основе планетарных зубчатых передач находят широкое применение в мехатронных модулях. Это объясняется: их компактностью и малой массой, реализацией больших передаточных отношений, малой нагрузкой на опоры, большим коэффициентом полезного действия, высокой кинематической точностью и жесткостью. Конструкция планетарного редуктора, входящего в состав мехатронных модулей движения серии ЕС-mах, приведена на рис

 52 Прямые и косвенные методы активного контроля

Методы контроля за состоянием режущего инструмента можно разделить на прямые и косвенные. Коротко: прямые связаны с изменением геометрии резца, а косвенные: с термосостоянием зоны резания, с виброакустическими изменениями, с силовыми изм-ями. Применение этих методов в производстве затруднено вследствие наличия стружки.

Подробнее: Прямые состоят в непосредственном измерении параметров инструмента, при этом калибруется износ расстояние от режущей кромки до центра  лунки, глубина лунки, уменьшение объема или массы инструмента, размерный износ режущей кромки и др. Недостаток: в условиях производства эти методы можно применять только после прекращения процесса резания (межоперационный контроль) , поэтому не исключается появление брака изделий между контрольные операциями. Эти методы не универсальны.

Косвенные методы активного контроля используются в процессе резания , который сопровождается рядом физ.явлений, основные: изменение термоэлектрического состояния зоны контакта детали  с инструментом, изменение составляющих, величины силы резания,  изменение характера вибросигналов. Т.О. косвенные связаны с изменениями термосостояния зоны резания,  виброакустическими, с силовыми. Применение этих методов в производстве затруднено вследствие наличия стружки.

54. Самообучающиеся системы.

Самообучающаяся система - самоприспосабливающаяся система, алгоритм функционирования которой вырабатывается и совершенствуется в процессе самообучения. Этот процесс сводится к «пробам» и «ошибкам». Система выполняет пробные изменения алгоритма и одновременно контролирует результаты этих изменений. Если результаты благоприятны с точки зрения целей управления, то изменения продолжаются в том же направлении до достижения наилучших результатов либо до начала ухудшения процесса управления.

Классический пример самообучения живых систем — условные рефлексы.

Стратегия «обучения с учителем» предполагает задание специалистом для каждого примера значений признаков, показывающих его отношение к определенному классу ситуаций. При «обучении без учителя» система должна самостоятельно выделять классы ситуаций по степени близости классификационных признаков. В результате обучения системы автоматически строятся обобщенные правила или функции, определяющие принадлежность ситуаций классам, которыми обученная система пользуется при интерпретации новых возникаю-щих ситуаций. Таким образом, автоматически формируется база знаний, используемая при решении задач классификации и прогнозирования. Эта база знаний периодически автоматически корректируется по мере накопления опыта реальных ситуаций, что позволяет сократить затраты на ее создание и обновление.

Построенные в соответствии с этими принципами самообучающиеся системы имеют следующие недостатки:

 относительно низкую адекватность баз знаний возникающим реальным проблемам из-за неполноты и/или зашумленности обучающей выборки;

 низкую степень объяснимости полученных результатов;

 поверхностное описание проблемной области и узкую направленность применния

 из-за ограничений в размерности признакового пространства.

55.Адаптивная система, адаптивное управление.

Адаптивная система - система автоматического управления, к-рая в процессе функционирования способна изменять своё поведение или состояние (приспосабливаться) при непредвиденном изменении св-в управляемого объекта, цели управления или условий окружающей среды, сохраняя свою работоспособность. По способу адаптации С. с. подразделяются на самонастраивающиеся системы, самообучающиеся системы и самоорганизующиеся системы. В технике наибольшее распространение получили самонастраивающиеся системы; их применение позволяет оптимизировать режим функционирования управляемого объекта, облегчает задачу унификации систем управления, сокращает время на испытания и наладку управляющих устройств. позволяет снизить технологич. требования на изготовление ряда узлов устройств управления, освобождает обслуживающий персонал от трудоёмких операций настройки.

Адаптивное управление — совокупность методов теории управления, позволяющих синтезировать системы управления, которые имеют возможность изменять параметры регулятора или структуру регулятора в зависимости от изменения параметров объекта управления или внешних возмущений, действующих на объект управления. Подобные системы управления называются адаптивными. Адаптивное управление широко используется во многих приложениях теории управления.

 59 Динамометрические устройства МРС

Управляемый МРС должен иметь источник информации - сигнал об изменении условий функционирования системы или об отражении полосы изменений контролируемых технологических факторов, связанных определённой зависимостью с параметром или рядом параметров качества обработки, производительности. Источник информации, как правило, - преобразователь механических перемещений звеньев МРС в электрический сигнал. Часто такой преобразователь называют датчиком информации.

В конкретном случае датчик должен по своей характеристике соответствовать характеристике контролируемого технологического параметра для получения минимально возможного искажения форме и значения этого параметра. Таким образом, выбор и правильное встраивание датчика информации в систему - главнейшие этапы в создании управляемых МРС. От выбора датчика и места его встраивания зависят точность полу¬чаемой информации и скорость ее передачи.

Самое существенное и важное условие снятия информации - получение ее от контролируемого параметра с минимально возможным искажением.

Упругое звено с датчиком сигнала называют динамометрическим устройством. Первые измерения упругих перемещений проводились с помощью проволочных датчиков, сигнал кото¬рых снимался через тензомегрический усилитель. Но такая схе¬ма измерения оправдала себя лишь в лабораторных условиях, так как возникают трудности снятия сигнала с быстровращающихся звеньев МРС и, кроме того, требуется герметическая за¬щита наклеенных проволочных датчиков в зоне резания от СОЖ.

Ранние конструкции упругих звеньев были в виде тарельчатых пружин, встроенных в узел винт-гайка. Эти первые динамометрические устройства имели основной недостаток - большую петлю гистерезиса в своих характеристиках «упругое перемещение - сила». Сами по себе тарельчатые пружины, являясь упругим звеном, давали линейную зависимость перемещений от прилагаемой силы при нагружении и разгружении. но их перемещения слагались с перемещениями других неупругих звеньев в узле винт-гайка, что приводило к большой неточности работы динамометрического устройства, особенно при измерении малых значений сил.

В дальнейшем развитие в разработке динамометрических устройств сводилось к тому, чтобы получить конструкцию устройства безгистсрезисной. И такие конструкции созданы. Безусловно, встроенные упругие элементы снижают жесткость МРС в целом, но они могут быть созданы с характеристикой (по жесткости). близкой характеристике наиболее податливого звена МРС, и поэтому снижение жесткости в целом не превысит 5%.

61 Автоколебания в процессе резания: причины, последствия

Причинами возникновения интенсивных автоколебаний при резании металлов могут быть различные физические явления. Это падающая зависимость силы резания от скорости резания и фазовое отставание изменения силы резания от изменения толщины среза. Но автоколебания возникают и на скоростях, где отсутствует падающая зависимость силы от скорости, и при выстое (остановке подачи) инструмента, где отсутствуют изменения толщины среза. Интенсивные высокочастотные автоколебания сопровождаются свистом с высоким уровнем звукового давления, а малозаметные автоколебания обязательно присутствуют при резании материалов с поликристаллической структурой.

Автоколебания приводят к тому, что при нагружении резца силой, параллельной скорости резания, его вершина смещается не только в тангенциальном направлении, но и в каком-то ортогональном (радиальном при рассмотрении смещений на плоскости) направлении. Если при этом резец стремится углубиться в заготовку, то это явление «самозатягивания», но чаще возникает отжатие резца от обрабатываемой поверхности.

Наиболее негативными последствиями грозят автоколебания с траекториями, ориентированными преимущественно в радиальном направлении. При образовании сливной стружки создается стабильное давление на переднюю грань инструмента. Это не позволяет инструменту существенно смещаться от поверхности резания. Автоколебания присутствуют и при сливном стружкообразовании (на стружке присутствуют едва заметные зубчики), но здесь сдвиг элемента стружки ведет к очень кратковременному освобождению вершины инструмента. При этом стружка не теряет своих упругих свойств и после сдвига быстро восстанавливает свое воздействие на инструмент, не позволяя ему существенно смещаться от поверхности резания.

Позитивное влияние вибрационного резания (направление и амплитуда колебаний инструмента задаются с помощью специального генератора) заключается именно в снижении сил трения на поверхностях инструмента и в реализации ударного воздействия на отделяемый слой металла.

 64. Структурная модель автоколебаний, уменьшения величины автоколебаний регулированием скорости резания.

1 – модель динамической характеристики силы резания

2 – преобразование Pz в колебания резца Zp 

3 – преобразование Zp в колебания ад на поверхности детали

4 – блок задержки на время одного оборота заготовки

Первоначально возмущающим входным воздействием разработанной модели является аз припуска на заготовке.

Изменения припуска приводят к колебаниям силы резания Pz, что определяется моделью ее динамической характеристики. Изменение Pz вызывает колебание Zp резца. Дальнейшие преобразования колебания резца в колебания ад детали, позволят перейти к колебаниям на обработанной поверхности детали.

Введение обратной связи путем подачи колебания ад на вход модели с задержкой на время одного оборота заготовки учитывает обработку «по следу».

В результате моделирования установлено следующее:

1 Регулированием скорости резания в условиях автоколебаний  можно добиться уменьшения их амплитуды. В дальнейшем амплитуда может снова возрастать, что требует повторного изменения скорости резания.

2 Величина изменения скорости резания заметно влияет на длительность периода снижения и восстановления уровня автоколебаний.

3 Для каждой частоты автоколебаний существует свое оптимальное значение изменения скорости резания.

4 Чем выше частота автоколебаний, тем меньше должно быть значение V

5 Чем меньше заданная допустимая амплитуда автоколебаний, тем с большей частотой следует изменять скорость резания.

Последнее свидетельствует о том, что область применения предложенного метода подавления автоколебаний ограничена динамическими характеристиками привода главного движения (ПГД). На основании результатов моделирования разработан алгоритм адаптивного управления приводом главного движения в целях снижения уровня автоколебаний. Исходя из технологических условий задают допустимую амплитуду автоколебаний технологической системы. В отсутствие задания система сама устанавливает мнимое значение адоп.

 Содержание

  1.  Определение «мехатроники» как науки.
  2.  Область изучения мехатроники.
  3.  Основные методы познания в мехатронике (системный подход, синергетический подход, редукционизм, моделирование).
  4.  Синергия.
  5.  Синергетическая интеграция.
  6.  Метод параллельного проектирования.
  7.  Мехатронный модуль (ММ).
  8.  Мехатронная система (МС).
  9.  Деление ММ по составу объединяемых устройств.

10.Модули движения (МД).

11 .Мехатронные модули движения (ММД).

12.Интеллектуальные ММ (ИММ).

13.Мехатронные машины.

14. Требования, предъявляемые к функциональным характеристикам мехатронных машин.

15.Состав мехатронной машины.

16. Функции устройства компьютерного управления (УКУ).

17.Назначение и состав информационных устройств.

18.Мехатронное устройство (МУ).

19.Классификация МУ по числу степеней подвижности.

20. Рабочий орган мехатронной машины.

21 .Рабочая зона мехатронной машины.

22 .Погрешность позиционирования.

23. Погрешность обработки траектории.

24.Показатели распределенной функциональной нагрузки (РФН).

25.Структурный базис мехатроники.

26. Технологичекий базис мехатроники.

27.Гибридные технологии электромеханики и мехатроники.

28.Достоинства и недостатки гибридной сборки.

29.Назначение приборов МО$ГЕТ, IGBT, ОТО, IPM.

30. Цифровой сигнальный процессор (08Р), назначение, состав, достоинства, недостатки.

31 .Процессор Pentium , назначение, состав, достоинства, недостатки.

32. Программируемые вентильные матрицы.

33 .Встроенные контроллеры движения.

34.Мотор - редукторы.

35.Мотор - шпиндели.

36. Бесконтактные двигатели постоянного тока, назначение, состав.

37.Принцип работы бесконтактного двигателя постоянного тока.

  1.  Преобразователи движения на основе планетарных зубчатых передач.
  2.  Устройство и принцип действия фотоэлектрических датчиков.
  3.  Схема децентрализованной распределенной системы управления на основе ИММ.

41 .достоинства распределенной системы управления на основе ИММ.

42.Уровни интеграции.

43.Основные интерфейсы МС.

44.В чем заключается «проблема интерфейсов»?

45.4 этапа проектирования ИММ.

46.Методы интеграции при проектировании ИММ.

47.Методы построения моделей сложных технических систем.

48.Функциональная модель ММ.

49.Типы преобразователей ММ.

50. Схема традиционного электропривода с компьютерным управлением. 51 .Метод объединения элементов ММ в едином корпусе.

52.Прямые и косвенные методы активного контроля.

53 .Детерминированная и недетерминированная среды.

54. Самообучающиеся системы.

55.Адаптивная система, адаптивное управление.

56. Адаптивные системы управления, классификация.

57.Адаптивные системы управления станками, назначение.

58.Состав и назначение узлов адаптивных систем управления станками.

59.Динамометрические устройства МРС.

б0.Этапы проектирования мехатронных технологий обработки металлов резанием.

61 .Автоколебания в процессе резания: причины, последствия

  1.  Минимизация автоколебаний выбором движения подачи.
  2.  Адаптивный способ повышения виброустойчивости мехатронного станка.
  3.  Структурная модель автоколебаний, уменьшения величины автоколебаний регулированием скорости резания.

 60.Этапы проектирования мехатронных технологий обработки металлов резанием.

Существует точка зрения, что мехатронные технологии включают в себя технологии новых материалов и композитов, микроэлектронику, фотонику, микробионику, лазерные и др. технологии.

Однако, при этом происходит подмена понятий и, вместо мехатронных технологий, которые реализуются на основе использования мехатронных объектов, в этих работах идет речь о технологии изготовления и сборки таких объектов.

Большинство научных работников в настоящее время считают, что мехатронные технологии всего лишь формируют и реализуют необходимые законы исполнительных движений механизмов с компьютерным управлением, а также агрегатов на их основе, или осуществляют  анализ этих движений для решения диагностических и прогностических задач.

В механической обработке эти технологии направлены на обеспечение точности и производительности, которые невозможно достигнуть без использования мехатронных объектов, прообразами которых являются металлорежущие станки с открытыми системами ЧПУ. В частности такие технологии позволяют компенсировать погрешности, которые возникают вследствие колебания инструмента относительно заготовки.

Однако, предварительно следует отметить, что мехатронные технологии включают в себя следующие этапы:

1. Технологическая постановка задачи;

2. Создание модели процесса с целью получения закона исполнительного движения;

3. Разработка программного и информационного обеспечения для реализации;

4. Дополнение информационной управляющей и конструкторской базы типового мехатронного объекта, реализующего предлагаемую технологию, если в этом есть необходимость

63. Адаптивный способ повышения виброустойчивости токарного станка.

В условиях использования разнообразного режущего инструмента, обрабатываемые детали сложной формы и широкой номенклатуры как обрабатываемых, так и инструментальных материалов резко возрастает вероятность возникновения автоколебаний и потеря виброустойчивости технологической системы станка.

Это влечет за собой снижение, интенсивности обработки или дополнительные капитальные вложения в технологический процесс. Перспективным способом снижения уровня автоколебаний является изменение скорости резания в процессе обработки.

Такой способ достаточно просто реализуется технически и оказывает эффективное воздействие на процесс резания. Ранее этот способ реализовался как априорное регулирование на основе предварительных расчетов, что ограничивает его применение, так как не позволяет учитывать многообразие причин и изменчивость условий возникновения вибраций.

Значительно более эффективны адаптивные системы регулирования скорости резания с оперативным контролем силы резания и ее динамической составляющей.

Механизм считывания уровня автоколебаний при обработке с изменяемой скоростью резания можно представить следующим образом.

Пусть при обработке детали со скоростью резания V1 технологическая система находится в условиях автоколебаний. При этом частота и фаза колебаний на обработанной поверхности совпадают с частотой и фазой колебаний силы резания и самого резца (эти колебания выражаются в виде дробления, волнистости и шероховатости).

При переходе к скорости V2 колебания на обработанной поверхности детали относительно резца при последующем обороте (при обработке «по следу») происходит с другой частотой и синхронности колебаний, то есть их фазовое совпадение нарушается. Благодаря этому, в условиях обработки «по следу» интенсивность автоколебаний снижается, а в их спектре появляются высокочастотные гармоники.

С течением времени в спектре начинают преобладать собственные резонансные частоты и процесс автоколебаний вновь интенсифицируется, что требует повторного изменения скорости резания.

Из сказанного следует, что основными параметрами описанного метода является величина изменения скорости резания V, а также знак и частота этого изменения. Эффективность влияния изменения скорости резания на показатели обработки следует оценивать по длительности периода восстановления автоколебаний. Чем он больше, тем дольше сохраняется пониженный уровень автоколебаний.

Разработка метода адаптивного управления скоростью резания предполагает имитационное моделирование этого процесса на основе математической модели автоколебаний, которая должна:

1.Учитывать динамику процесса резания;

2.Принимать во внимание обработку «по следу»;

Адекватно описывать процесс резания в условиях автоколебаний.

. 53 .Детерминированная и недетерминированная среды.

Рассмотрим обобщенную структуру машин с компьютерным управлением, ориентированных на задачи автоматизированного машиностроения.

Внешней средой для машин этого класса является технологическая среда, которая содержит различное основное и вспомогательное оборудование, технологическую оснастку и объекты работ. При выполнении мехатронной системой заданного функционального движения объекты работ оказывают возмущающие воздействия на рабочий орган. Внешние среды укрупненно можно разделить на два основных класса: детерминированные и недетерминированные. К детерминированным относятся среды, для которых параметры возмущающих воздействий и характеристики объектов работ могут быть заранее определены с необходимой для проектирования МС степенью точности. Некоторые среды являются недерминированными по своей природе (например, экстремальные среды: подводные, подземные и т.п.). Характеристики технологических сред как правило могут быть определены с помощью аналитико-экспериментальных исследований и методов компьютерного моделирования. Например, для оценки сил резания при механообработке проводят серии экспериментов на специальных исследовательских установках, параметры вибрационных воздействий измеряют на вибростендах с последующим формированием математических и компьютерных моделей возмущающих воздействий на основе экспериментальных данных.

56. Адаптивные системы управления, классификация.

Классификация систем адаптивного управления.

Естественной является необходимость оснащения станка таким устройством, которое реагировало бы на изменение возмущающих факторов и вносила бы коррективы в работу в соответствии с поставленной целью, т.е. приспосабливало (адаптировало) бы станок к этим изменениям. Такие устройства получили название систем адаптивного управления (САУ).

В настоящее время под САУ металлорежущего станка понимают наличие технических и программных средств, обеспечивающих автоматическое управление процессом обработки в соответствии с поставленной целью; в зависимости от того, что является предметом управления (регулирования) САУ в станкостроении принято подразделять на технологические и геометрические. Технологические САУ управляют технологическими параметрами, в основном режимами резания; геометрические – точностью обработки. Комбинированная САУ управляет как технологическими, так и геометрическими параметрами. В зависимости от используемого признака управления САУ как технологические, так и геометрические подразделяют на предельные, оптимальные и самообучающиеся (интеллектуальные). Адаптивные системы предельного управления в свою очередь подразделяются на системы стабилизации, следящие и пространственного регулирования. Системы стабилизации предназначены для поддержания какого-либо параметра на заданном уровне: мощность резания, крутящий момент, силы резания, скорости резания и т.д. Следящие системы предназначены для управления положениями деталей или инструмента с целью компенсации упругих деформаций системы СПИД, погрешностей кинематических цепей. В системах программного регулирования закон изменения управляющего воздействия известен заранее.

Самообучающиеся системы. Данные системы имеют возможность использовать предыдущий опыт для коррекции закона управления. Если целью управления является достижение оптимального значения выбора, то такие САУ называют системами оптимального управления. В зависимости от алгоритма обеспечения оптимального выбранного критерия СОптУ подразделяют на поисковые и беспоисковые.

57.Адаптивные системы управления станками, назначение.

При работе на единичных станках с ЧПУ задача достижения требуемой точности может быть решена при составлении управляющих программ за счет соответствующего построения цикла обработки, выбора оптимальных режимов резания, и т.д. При автоматизации мелкосерийного производства, для которого характерен весьма широкий диапазон изменения режимов резания, параметров обрабатываемых деталей, припуска и твердости заготовок, система пассивного адаптивного управления не может обеспечить оптимальные показатели процесса обработки. Это стало возможным лишь при использовании адаптивных систем (АС).

Экономической предпосылкой создания первых АС явилось требование производить обработку с экономически эффективными режимами резания на дорогостоящем оборудовании. Технической предпосылкой создания АС явилось требование повысить точность обработки за счет компенсации колебаний размера динамической настройки Ад, обусловленных действием таких случайных факторов как изменение припуска и твердости материала заготовки, затупление режущего инструмента и т. д. Как указывалось ранее, размер динамической настройки Ад в совокупности с размерами установки Ау и статической настройки Ас определяет замыкающий размер А , выдерживаемый при обработке, то есть: А  = Ау + Ас + Ад. Из анализа формулы могут быть предложены три способа сокращения погрешности обработки, обусловленной влиянием размера динамической настройки Ад: 1. Адаптивное управление размером динамической настройки Ад. 2. Адаптивное управление размером статической настройки Ас. 3. Адаптивное управление одновременно размерами динамической и статической настройки (комбинированный способ).




1. Правовые основы экологической сертификации
2.  Цели и задачи прокурорского надзора в РФ
3. Отчет по результатам социологического исследования Женщина в современном российском обществе
4. Сравнительный анализ туристских ресурсов Internet
5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ’11 Резонанс напряжений название лабораторного исследования 70 Последо.html
6. Экономика и менеджмент КУРСОВАЯ РАБОТА План финансового оздоровления ОАО Брянский мясокомби
7. Проект конвертерного цеха годовой производительностью 38 млн
8. задание для студентов обучающихся по заочной форме обучения Составитель- доцент кафедры д
9. РЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата економічних наук7
10. лекція Іноземна мова за проф.
11. тема беспозвоночных животных [0
12. гудвилл понимается 3
13. научных исследований Заключение Список литературы Введение ldquo;Чем больше проходит времени чем
14. 511902ПР 02 Особенности конструкции механизмов и систем подводных крыльев и устройств успокоит
15. это добровольное общественное объединение граждан связанных общими производственными профессиональными
16. тематизированных традиционных представлений о мире- 1
17. Тема- Оборудование для сухой обработки поверхности зерна
18. . ПРИЧИНЫ РАЗЛИЧИЙ В ДОХОДАХ Конечной целью экономического развития является рост благосостояния человека
19. Шпаргалка- Гражданское право, как отрасль частного права
20. Какие налоги (кроме единого) нужно платить при УСН