Aplicarea sistemelor mecatronice în aparatele de uz casnic. Dispozitive mecatronice auto

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

postat pe http://www.allbest.ru/

Ministerul Învățământului Superior și Secundar Special al Republicii Uzbekistan

Institutul Tehnologic de Inginerie Bukhara

Muncă independentă

Sisteme mecatronice pentru transportul rutier

Plan

Introducere

1. Scopul și enunțul problemei

2. Legile controlului (programelor) schimbarea vitezelor

3. Mașină modernă

4. Avantajele noutății

Bibliografie

Introducere

Mecatronica a apărut ca o știință complexă din fuziunea unor părți separate ale mecanicii și microelectronicii. Poate fi definită ca o știință care se ocupă cu analiza și sinteza sistemelor complexe care utilizează în aceeași măsură dispozitive de control mecanice și electronice.

Toate sistemele mecatronice ale mașinilor sunt împărțite în trei grupe principale în funcție de scopul lor funcțional:

Sisteme de control al motorului;

Sisteme de control al transmisiei și al șasiului;

Sisteme de control al echipamentelor cabinei.

Sistemul de management al motorului este subdivizat în sisteme de management al motoarelor pe benzină și diesel. Prin proiectare, acestea sunt monofuncționale și complexe.

În sistemele monofuncționale, ECU trimite semnale doar către sistemul de injecție. Injecția poate fi efectuată continuu și în impulsuri. Cu o alimentare constantă cu combustibil, cantitatea acestuia se modifică din cauza unei modificări a presiunii în conducta de combustibil și cu un impuls - datorită duratei pulsului și frecvenței acestuia. Astăzi, unul dintre cele mai promițătoare domenii de aplicare a sistemelor mecatronice este automobilele. Dacă luăm în considerare industria auto, introducerea unor astfel de sisteme ne va permite să obținem o flexibilitate de producție suficientă, să surprindem mai bine tendințele modei, să introducem rapid dezvoltări avansate ale oamenilor de știință, designeri și, prin urmare, să obținem o nouă calitate pentru cumpărătorii de mașini. Mașina în sine, în special o mașină modernă, este un obiect de o atenție atentă din punct de vedere al designului. Utilizarea modernă a unei mașini impune de la aceasta cerințe sporite pentru siguranța la conducere, datorită motorizării tot mai mari a țărilor și înăspririi standardelor pentru respectarea mediului. Acest lucru este valabil mai ales pentru megaorașe. Răspunsul la provocările de astăzi ale urbanismului este proiectarea sistemelor mobile de urmărire care monitorizează și corectează performanța componentelor și ansamblurilor, obținând performanțe optime în ceea ce privește respectarea mediului, siguranța și confortul operațional al vehiculului. Necesitatea urgentă de a echipa motoarele auto cu sisteme de combustibil mai complexe și mai costisitoare se datorează în mare măsură introducerii unor cerințe din ce în ce mai stricte pentru conținutul de substanțe nocive din gazele de eșapament, care, din păcate, abia începe să fie rezolvată.

În sistemele complexe, o unitate electronică controlează mai multe subsisteme: injecția de combustibil, aprinderea, sincronizarea supapelor, autodiagnostica etc. Sistemul electronic de control al motorului diesel controlează cantitatea de combustibil injectat, momentul pornirii injecției, curentul ștecherului pistolului. , etc. Într-un sistem electronic de control al transmisiei, subiectul reglementării este în principal o transmisie automată. Pe baza semnalelor de la unghiul accelerației și senzorii de viteză a vehiculului, ECU selectează raportul optim de transmisie, care îmbunătățește eficiența consumului de combustibil și controlabilitatea. Controlul șasiului include controlul proceselor de mișcare, schimbări de traiectorie și frânare a vehiculului. Acţionează asupra suspensiei, direcţiei şi sistemului de frânare şi menţin viteza setată. Managementul echipamentului interior este conceput pentru a crește confortul și valoarea consumatorului vehiculului. În acest scop, un aparat de aer condiționat, un panou de instrumente electronic, un sistem informatic multifuncțional, o busolă, faruri, un ștergător intermitent, un indicator al lămpilor arse, un dispozitiv de detectare a obstacolelor la mers înapoi, dispozitive antifurt, echipamente de comunicare, centrală. se folosesc încuietori pentru uși, ridicători de sticlă, scaune cu poziție variabilă, modul de siguranță etc.

1. Scopul și declarația problemei

Importanța decisivă care revine sistemului electronic din mașină face necesară acordarea unei atenții sporite problemelor asociate întreținerii acestora. Soluția la aceste probleme este încorporarea funcțiilor de autodiagnosticare în sistemul electronic. Implementarea acestor funcții se bazează pe capacitățile sistemelor electronice deja utilizate în vehicul pentru monitorizare continuă și depanare în scopul stocării acestor informații și diagnosticare. Autodiagnosticarea sistemelor mecatronice ale vehiculelor. Dezvoltarea sistemelor electronice de control pentru motor și transmisie a condus la o îmbunătățire a performanței vehiculului.

Pe baza semnalelor de la senzori, ECU generează comenzi pentru cuplarea și decuplarea ambreiajului. Aceste comenzi sunt trimise la supapa solenoidală, care cuplează și decuplează transmisia ambreiajului. Două supape solenoide sunt folosite pentru a schimba vitezele. Combinând stările deschis-închis ale celor două supape, sistemul hidraulic stabilește cele patru poziții ale treptei (1, 2, 3 și overdrive). La schimbarea vitezelor, ambreiajul este decuplat, eliminând astfel consecințele schimbării momentului asociate cu schimbarea vitezelor.

2.

Legile de control (programele) schimbarea vitezelorîntr-o transmisie automată, acestea asigură transmisia optimă a energiei motorului către roțile vehiculului, ținând cont de proprietățile necesare de tracțiune și viteză și economia de combustibil. În același timp, programele pentru atingerea proprietăților optime de viteză de tracțiune și a consumului minim de combustibil diferă unele de altele, deoarece atingerea simultană a acestor obiective nu este întotdeauna posibilă. Prin urmare, în funcție de condițiile de condus și de dorințele șoferului, este posibil să se selecteze programul „economie” pentru reducerea consumului de combustibil, programul „putere” folosind un comutator special. Care au fost parametrii computerului tău desktop acum cinci sau șapte ani? Astăzi, blocurile de sistem de la sfârșitul secolului al XX-lea par a fi un atavism și pretind doar a fi o mașină de scris. Situația este similară cu electronicele auto.

3. Mașină modernă

Acum este imposibil să ne imaginăm o mașină modernă fără unități de control compacte și dispozitive de acționare - actuatoare. În ciuda unui oarecare scepticism, implementarea lor decurge cu salturi și limite: nu veți mai fi surprins de injecția electronică de combustibil, servo-urile pentru oglinzi, trape și geamuri, servodirecție electrică și sisteme de divertisment multimedia. Și cum să nu ne amintim că introducerea electronicelor în mașină, de fapt, a fost începută de la cel mai responsabil organism - frânele. Acum, în 1970, dezvoltarea comună a Bosch și Mercedes-Benz sub modesta abreviere ABS a revoluționat siguranța activă. Sistemul de frânare antiblocare nu numai că a asigurat controlul mașinii cu pedala apăsată „până la podea”, dar a determinat și crearea mai multor dispozitive adiacente - de exemplu, sistemul de control al tracțiunii (TCS). Această idee a fost implementată pentru prima dată în 1987 de către unul dintre cei mai importanți dezvoltatori de electronice de bord - compania Bosch. În esență, controlul tracțiunii este opusul ABS: acesta din urmă împiedică alunecarea roților la frânare și TCS la accelerare. Modulul electronic monitorizează tracțiunea roții prin mai mulți senzori de viteză. În cazul în care șoferul „pășește” pedala de accelerație mai tare decât de obicei, creând o amenințare de alunecare a roților, dispozitivul va „strânge” pur și simplu motorul. „Apetitul” de design a crescut de la an la an. Doar câțiva ani mai târziu, a fost creat ESP, Programul Electronic de Stabilitate. După ce au echipat mașina cu senzori pentru unghiul de rotație, viteza roții și accelerația laterală, frânele au început să ajute șoferul în cele mai dificile situații care apar. Frânând una sau alta roată, electronica minimizează riscul ca mașina să deragă la trecerea la viteză mare a virajelor dificile. Următoarea etapă: computerul de bord a fost învățat să încetinească... 3 roți în același timp. În anumite circumstanțe, pe șosea, aceasta este singura modalitate de a stabiliza mașina, pe care forțele centrifuge de mișcare vor încerca să o devieze de la o traiectorie sigură. Dar până acum electronicii au fost de încredere doar cu o funcție de „supraveghere”. Șoferul a continuat să creeze presiune în acționarea hidraulică cu pedala. Tradiția a fost întreruptă de sistemul electro-hidraulic SBC (Sensotronic Brake Control), care a fost instalat în serie pe unele modele Mercedes-Benz din 2006. Partea hidraulică a sistemului este reprezentată de un acumulator de presiune, un cilindru principal de frână și conducte. Electric - pompa-pompa, creand o presiune de 140-160 atm. , senzori de presiune, viteza roții și cursa pedalei de frână. Apăsând pe acesta din urmă, șoferul nu mișcă tija obișnuită a amplificatorului de vid, ci apasă cu piciorul pe „buton”, dând un semnal computerului, de parcă ar controla un fel de electrocasnic. Același computer calculează presiunea optimă pentru fiecare circuit, iar pompa, prin supape de control, furnizează fluid cilindrii de lucru.

4. Avantajele noutății

Avantajele noutății- performanta, combinand functiile ABS si ale sistemului de stabilizare intr-un singur dispozitiv. Există și alte beneficii. De exemplu, dacă apăsați brusc pedala de accelerație, cilindrii de frână vor alimenta plăcuțele către disc pentru a pregăti frânarea de urgență. Sistemul este chiar legat de... ștergătoarele de parbriz. După intensitatea lucrului „Ștergătoarelor”, computerul ajunge la concluzia că se mișcă pe ploaie. Reacția este scurtă și imperceptibilă pentru șofer la atingerea plăcuțelor de pe discurile de uscare. Ei bine, dacă sunteți „norocos” să rămâneți blocat într-un ambuteiaj în creștere, nu vă faceți griji: mașina nu se va întoarce înapoi în timp ce șoferul își mută piciorul de la frână la accelerație. În cele din urmă, la o viteză mai mică de 15 km/h, puteți activa așa-numita funcție de decelerare moale: atunci când gazul este eliberat, mașina se va opri atât de ușor încât șoferul nici măcar nu simte „mușcătura” finală. mecatronica microelectronica transmisie motor

Ce se întâmplă dacă electronica eșuează? E în regulă: supapele speciale se vor deschide complet, iar sistemul va funcționa ca unul tradițional, deși fără amplificator de vid. Până acum, designerii nu îndrăznesc să abandoneze complet dispozitivele de frânare hidraulică, deși companii eminente dezvoltă deja sisteme „fără lichide” cu putere. De exemplu, „Delphi” a anunțat că a rezolvat majoritatea problemelor tehnice care păreau până nu demult în fund: au fost dezvoltate motoare electrice puternice - înlocuirea cilindrilor de frână, iar actuatoarele electrice au fost făcute chiar mai compacte decât cele hidraulice.

Lista l iterații

1. Butylin V.G., Ivanov V.G., Lepeshko I.I. et al. Analiza și perspectivele de dezvoltare ale sistemelor mecatronice de control al frânării roților // Mecatronică. Mecanica. Automatizare. Electronică. Informatică. - 2000. - Nr. 2. - S. 33 - 38.

2. Danov B.A., Titov E.I. Echipamente electronice ale mașinilor străine: Sisteme de control al transmisiei, suspensiilor și frânelor. - M .: Transport, 1998 .-- 78 p.

3. Danov BA Sisteme electronice de control al mașinilor străine. - M .: Hot line - Telecom, 2002 .-- 224 p.

4. Shiga H., Mizutani S. Introducere în electronica auto: Per. din japoneză. - M .: Mir, 1989 .-- 232 p.

Postat pe Allbest.ru

Documente similare

Cunoașterea caracteristicilor de diagnosticare și întreținere a sistemelor electronice și microprocesoare moderne ale unei mașini. Analiza principalelor criterii de clasificare a componentelor electronice ale unei mașini. Caracteristici generale ale sistemelor de control al motorului.

rezumat, adăugat 09.10.2014


Concepte de senzori și echipamente cu senzori. Diagnosticarea sistemului electronic de management al motorului. Descrierea principiului de funcționare a senzorului supapei de accelerație a unui motor cu ardere internă. Selectarea și justificarea tipului de dispozitiv, căutarea brevetelor.

lucrare de termen, adăugată 13.10.2014


Arhitectura microprocesoarelor și microcontrolerelor auto. Convertoare de dispozitive analogice și discrete. Sistem electronic de injecție și aprindere. Sistem electronic de alimentare cu combustibil. Suport informațional pentru sistemele de control al motorului.

test, adaugat 17.04.2016


Studiul dispozitivului quadcopter. Prezentare generală a motoarelor cu supape și a principiilor de funcționare a regulatoarelor electronice. Descrierea elementelor fundamentale ale controlului motorului. Calculul tuturor forțelor și momentelor aplicate quadcopterului. Formarea buclei de control și stabilizare.

lucrare de termen, adăugată 19.12.2015


Structura generală a mașinii și scopul părților sale principale. Ciclul de lucru al motorului, parametrii funcționării acestuia și dispozitivul mecanismelor și sistemelor. Transmisia puterii, unități de șasiu și suspensie, echipamente electrice, direcție, sistem de frânare.

rezumat, adăugat 17.11.2009


Apariția unor noi tipuri de transport. Poziții în sistemul de transport al lumii și al Rusiei. Tehnologii, logistica, coordonare in activitatile de transport rutier. Strategia de inovare a SUA și a Rusiei. Atractivitatea investițională a transportului rutier.

rezumat, adăugat 26.04.2009


Analiza dezvoltării transportului rutier ca element al sistemului de transport, locul și rolul acestuia în economia modernă a Rusiei. Caracteristicile tehnice și economice ale vehiculelor, caracteristicile principalelor factori care determină modalitățile de dezvoltare și amplasare a acestuia.

test, adaugat 15.11.2010


Bloc motor NISSAN și mecanism manivelă. Mecanism de distribuție a gazelor, sisteme de lubrifiere, răcire și alimentare cu energie. Sistem integrat de management al motorului. Subsisteme de control al injecției de combustibil și al sincronizarii aprinderii.

test, adaugat 06.08.2009


Transportul și rolul său în dezvoltarea socială și economică a Federației Ruse. Caracteristicile sistemului de transport al regiunii. Elaborarea de programe și măsuri pentru reglementarea acesteia. Principii și direcții de dezvoltare strategică a transportului rutier.

teză, adăugată 03.08.2014


Legea federală „Cu privire la transportul auto în Federația Rusă”. Legea federală „Carta transporturilor cu motor a Federației Ruse”. Condiții juridice, organizatorice și economice pentru funcționarea transportului rutier în Federația Rusă.

Avantajele sistemelor și dispozitivelor mecatronice (MS&D) Principalele avantaje ale MS&D în comparație cu instrumentele tradiționale de automatizare includ următoarele. 1. Cost relativ scăzut datorită gradului ridicat de integrare, unificare și standardizare a tuturor elementelor și interfețelor. 2. Calitatea înaltă a implementării mișcărilor complexe și precise datorită utilizării metodelor inteligente de control. 1

3. Fiabilitate ridicată, durabilitate, imunitate la zgomot. 4. Compactitatea constructivă a modulelor (până la miniaturizare în micromașini). 5. Greutate, dimensiune și caracteristici dinamice îmbunătățite ale mașinilor datorită simplificării lanțurilor cinematice; 6. Capacitatea de a integra module funcționale în sisteme mecatronice complexe și complexe pentru sarcini specifice ale clienților. 2

Aplicarea modulelor mecatronice (MM) și a sistemelor mecatronice (MS) Astăzi MM și MS sunt utilizate în următoarele domenii. Construcție de mașini-unelte și echipamente pentru automatizarea proceselor de producție. Robotică (industrială și specială). Echipamente aviatice, spațiale și militare. Automobile (de exemplu, sisteme de stabilizare a vehiculelor și parcare automată). Vehicule netradiționale (biciclete electrice, cărucioare de marfă, scaune cu rotile etc.). 3

Echipamente de birou (cum ar fi fotocopiatoare). Echipamente de calcul (de exemplu, imprimante, hard disk-uri). Echipamente medicale (de reabilitare, clinice, de service). Aparate electrocasnice (spălat, cusut, mașini de spălat vase etc.). Micromașini (pentru medicină, biotehnologie, comunicații și telecomunicații). Aparate si masini de control si masura; Echipamente foto si video. Simulatoare pentru instruirea piloților și operatorilor. Spectacolul este o industrie. 4

Dezvoltarea mecatronicii Dezvoltarea rapida a mecatronicii in anii 90 si acum, ca noua directie stiintifica si tehnica, se datoreaza a 3 factori principali. 1) Noi tendințe în dezvoltarea industrială mondială. 2) Dezvoltarea bazelor fundamentale și a metodologiei mecatronicii (idei științifice de bază, soluții tehnice și tehnologice fundamental noi); 3) Activitatea specialiștilor în domeniile de cercetare și educație. 6

Principalele cerințe ale pieței mondiale în domeniul sistemelor mecatronice Necesitatea producerii și deservirii echipamentelor în conformitate cu sistemul internațional de standarde de calitate formulat în standardul ISO9000. Internaționalizarea pieței produselor științifice și tehnice și, ca urmare, necesitatea implementării active în practică a formelor și metodelor de inginerie internațională și transfer de tehnologie. opt

Creșterea rolului întreprinderilor mici și mijlocii de producție în economie datorită capacității lor de a răspunde rapid și flexibil la cerințele în schimbare ale pieței, Dezvoltarea rapidă a sistemelor și tehnologiilor informatice, telecomunicațiile (în țările CEE, până la 60% din creşterea produsului naţional agregat este asigurată tocmai datorită acestor industrii). O consecință directă a acestei tendințe este intelectualizarea sistemelor mecanice de control al mișcării și a funcțiilor tehnologice ale mașinilor moderne. nouă

Întreprinderile moderne care se angajează în dezvoltarea de produse mecatronice trebuie să rezolve următoarele sarcini principale. 1. Integrarea structurală a departamentelor de profiluri mecanice, electronice și informaționale în echipe unificate de proiectare și producție. 2. Pregătirea inginerilor și managerilor cu orientare mecatronică capabili să integreze sisteme și să gestioneze munca specialiștilor de înaltă specializare de diverse calificări. 3. Integrarea tehnologiilor informaționale din diverse domenii științifice și tehnice – mecanică, electronică, control computerizat, într-un singur set de instrumente pentru suportul informatic al sarcinilor mecatronice. unsprezece

Nivelul de integrare a elementelor constitutive este luat ca principal criteriu de clasificare în mecatronică. În conformitate cu această caracteristică, MS poate fi împărțită pe niveluri sau generații, dacă luăm în considerare apariția lor pe piața produselor intensive în știință în mod cronologic. 12

Generația MM Prima generație Element de bază Motor electric Modul motor Motor cu cuplu mare Modul element motor care funcționează Module de mișcare mecatronică a doua generație (rotative și liniare) Module mecatronice inteligente de a treia generație Element suplimentar Convertor de putere Dispozitiv mecanic Element de lucru Senzori de feedback Senzori de informații Microcalculator (controller) ) Diagrama de dezvoltare a modulelor de mișcare mecatronică 13

MM-urile de nivelul 1 sunt unirea doar a două elemente originale. În 1927, firma „Bauer” (Germania) a dezvoltat un design fundamental nou, care combină un motor electric și o cutie de viteze, care ulterior a devenit larg răspândită și a fost numită cutie de viteze cu motor. Astfel, motor-reductorul este un modul de construcție compact în care sunt combinate un motor electric și un convertor-reductor de mișcare. paisprezece

MM-urile din a doua generație au apărut în anii 80 în legătură cu dezvoltarea noilor tehnologii electronice, care au făcut posibilă crearea de senzori miniaturali și unități electronice pentru procesarea semnalului. Combinația modulelor de acționare cu aceste elemente a condus la apariția mișcării MM, pe baza căreia au fost create mașini cu putere controlată, în special mașini PR și CNC. 15

Un modul de mișcare este un produs independent din punct de vedere funcțional și structural, care include părți mecanice și electrice care pot fi utilizate individual și în diferite combinații cu alte module. Modul de mișcare mecatronică - un modul de mișcare care include în plus o parte de informații, care include senzori pentru diverse scopuri. 16

Caracteristica principală care distinge modulul de mișcare de acționarea industrială generală este utilizarea arborelui motorului ca unul dintre elementele convertorului mecanic. Exemple de module de mișcare sunt motorul angrenajului, motorul roții, motorul tamburului, axul electric etc. 17

MM a 3-a generație. Dezvoltarea lor se datorează apariției pe piață a microprocesoarelor și controlerelor relativ ieftine bazate pe acestea. Ca urmare, a devenit posibilă intelectualizarea proceselor care au loc în MS, în primul rând, procesele de control al mișcărilor funcționale ale mașinilor și ansamblurilor. Un modul mecatronic inteligent (IMM) este un modul de mișcare mecatronică care include în plus un dispozitiv de calcul cu microprocesor și un convertor de putere. optsprezece

Dispozitivele mecatronice din a 4-a generație sunt microsisteme mecatronice și micro-roboți care măsoară și controlează informațiile (de exemplu, pătrund în vasele din organism pentru a lupta împotriva cancerului, a aterosclerozei și a opera asupra organelor și țesuturilor deteriorate). Aceștia sunt roboți pentru detectarea și repararea defectelor din interiorul conductelor, reactoarelor nucleare, navelor spațiale etc. 19

În dispozitivele mecatronice de generația a 5-a, instrumentele tradiționale de calculator și software pentru control numeric vor fi înlocuite cu neurocipuri și neurocomputere bazate pe principiile creierului și capabile de activitate intenționată într-un mediu în schimbare. douăzeci

Domenii de aplicare a sistemelor mecatronice. Principalele avantaje ale dispozitivelor mecatronice în comparație cu automatizarea tradițională înseamnă: cost relativ scăzut datorită unui grad ridicat de integrare, unificare și standardizare a tuturor elementelor și interfețelor; calitate înaltă a implementării mișcărilor complexe și precise datorită utilizării metodelor inteligente de control; fiabilitate ridicată, durabilitate și imunitate la zgomot; compactitatea constructivă a modulelor până la miniaturizare și micromașini îmbunătățite...

Dacă această lucrare nu ți s-a potrivit în partea de jos a paginii, există o listă de lucrări similare. De asemenea, puteți utiliza butonul de căutare

Curs 4. Domenii de aplicare a sistemelor mecatronice.

Principalele avantaje ale dispozitivelor mecatronice în comparație cu instrumentele tradiționale de automatizare includ:

Cost relativ scăzut datorită unui grad ridicat de integrare, unificare și standardizare a tuturor elementelor și interfețelor;

Calitate înaltă a implementării mișcărilor complexe și precise datorită utilizării metodelor inteligente de control;

Fiabilitate ridicată, durabilitate și imunitate la zgomot;

Compactitatea constructivă a modulelor (până la miniaturizare și micromașini),

Greutate, dimensiune și caracteristici dinamice îmbunătățite ale mașinilor datorită simplificării lanțurilor cinematice;

Abilitatea de a integra module funcționale în sisteme mecatronice complexe și complexe pentru sarcini specifice ale clienților.

Volumul producției mondiale de dispozitive mecatronice crește anual, acoperind din ce în ce mai multe zone noi. Astăzi modulele și sistemele mecatronice sunt utilizate pe scară largă în următoarele domenii:

Masini-unelte si echipamente pentru automatizarea tehnologica
procese;

Robotică (industrială și specială);

echipamente aviatice, spațiale și militare;

industria auto (de exemplu, sisteme de frânare antiblocare,
sisteme de stabilizare a mișcării vehiculelor și parcare automată);

vehicule netradiționale (biciclete electrice, marfă
cărucioare, role electrice, scaune cu rotile);

echipamente de birou (de exemplu, fotocopiatoare și faxuri);

elemente ale tehnologiei de calcul (de exemplu, imprimante, plotere,
unități de dischetă);

echipamente medicale (de reabilitare, clinice, de service);

aparate electrocasnice (spălat, cusut, spălat vase și altele
mașini);

micromașini (pentru medicină, biotehnologie, comunicații și
telecomunicații);

aparate si masini de control si masura;

echipamente foto si video;

simulatoare pentru instruirea piloților și operatorilor;

Industria spectacolului (sisteme de sunet și iluminat).

Desigur, această listă poate fi extinsă.

Dezvoltarea rapidă a mecatronicii în anii 90 ca nouă direcție științifică și tehnică se datorează a trei factori principali:

Noi tendințe în dezvoltarea industrială mondială;

Dezvoltarea bazelor fundamentale și a metodologiei mecatronicii (de bază
idei științifice, fundamental noi tehnice și tehnologice
soluții);

activitatea specialiştilor în cercetare şi educaţie
sfere.

Etapa actuală în dezvoltarea ingineriei mecanice automatizate în țara noastră se desfășoară în noi realități economice, când se pune întrebarea despre viabilitatea tehnologică a țării și competitivitatea produselor.

Următoarele tendințe pot fi identificate în cerințele cheie ale pieței mondiale din zona în cauză:

nevoia de eliberare și service a echipamentelor în conformitate cu
sistemul internaţional de standarde de calitate formulat în
standard ISO 9000;

internaţionalizarea pieţei produselor ştiinţifice şi tehnice şi cum
drept consecinţă, necesitatea introducerii active în practică a formelor şi metodelor
inginerie internațională și transfer de tehnologie;

creşterea rolului întreprinderilor mici şi mijlocii de producţie în
economie datorită capacității lor de a răspunde rapid și flexibil
la cerințele în schimbare ale pieței;

Dezvoltarea rapidă a sistemelor și tehnologiilor informatice, telecomunicațiile (în țările CEE în 2000, 60% din
Produsul Național a apărut tocmai datorită acestor industrii);
o consecinţă directă a acestei tendinţe generale este intelectualizarea
sisteme de control pentru mișcare mecanică și tehnologică
funcțiile mașinilor moderne.

Pare oportun să luăm ca principal criteriu de clasificare în mecatronică nivelul de integrare a elementelor constitutive.În conformitate cu această caracteristică, sistemele mecatronice pot fi împărțite pe niveluri sau pe generații, dacă avem în vedere apariția lor pe piața produselor de înaltă tehnologie, din punct de vedere istoric, modulele mecatronice de primul nivel sunt o combinație de doar două elemente inițiale. Un exemplu tipic de modul de primă generație este un „motor angrenat”, în care o cutie de viteze mecanică și un motor controlat sunt produse ca o singură unitate funcțională. Sistemele mecatronice bazate pe aceste module și-au găsit o largă aplicație în crearea diferitelor mijloace de automatizare complexă a producției (conveioare, transportoare, mese rotative, manipulatoare auxiliare).

Modulele mecatronice de al doilea nivel au apărut în anii 80 în legătură cu dezvoltarea noilor tehnologii electronice, care au făcut posibilă crearea de senzori miniaturali și unități electronice pentru procesarea semnalelor acestora. Combinația modulelor de acționare cu aceste elemente a condus la apariția modulelor de mișcare mecatronică, a căror compoziție corespunde pe deplin definiției de mai sus, când se realizează integrarea a trei dispozitive de natură fizică diferită: mecanic, electric și electronic. Pe baza modulelor mecatronice din această clasă au fost create mașini cu putere controlată (turbine și generatoare), mașini-unelte și roboți industriali cu comandă numerică.

Dezvoltarea celei de-a treia generații de sisteme mecatronice se datorează apariției pe piață a microprocesoarelor și controlerelor relativ ieftine bazate pe acestea și are ca scop intelectualizarea tuturor proceselor care au loc în sistemul mecatronic, în primul rând procesul de control al mișcărilor funcționale ale mașinilor și ansambluri. În același timp, sunt dezvoltate noi principii și tehnologii pentru fabricarea ansamblurilor mecanice compacte și de înaltă precizie, precum și noi tipuri de motoare electrice (în primul rând cu cuplu ridicat fără perii și liniare), senzori de feedback și informații. Sinteza de noi tehnologii de precizie, informare și măsurare intensivă în știință oferă baza pentru proiectarea și producerea de module și sisteme mecatronice inteligente.

În viitor, mașinile și sistemele mecatronice vor fi combinate și complexe mecatronice bazate pe platforme comune de integrare. Scopul realizării unor astfel de complexe este de a realiza o combinație de productivitate ridicată și în același timp flexibilitate a mediului tehnic și tehnologic datorită posibilității de reconfigurare a acestuia, ceea ce va asigura competitivitatea și calitatea înaltă a produselor.

Întreprinderile moderne care se angajează în dezvoltarea și producția de produse mecatronice trebuie să rezolve următoarele sarcini principale în acest sens:

Integrarea structurală a departamentelor de profiluri mecanice, electronice și informaționale (care, de regulă, funcționau autonom și separat) în echipe unificate de proiectare și producție;

Formarea de ingineri și manageri „orientați spre mecatronic”, capabili să integreze sistemele și să gestioneze munca specialiștilor de profil îngust de diverse calificări;

Integrarea tehnologiilor informaționale din diverse domenii științifice și tehnice (mecanică, electronică, control computerizat) într-un singur set de instrumente pentru suportul computerizat al sarcinilor mecatronice;

Standardizarea și unificarea tuturor elementelor și proceselor utilizate în proiectarea și fabricarea MS.

Rezolvarea acestor probleme necesită adesea depășirea tradițiilor de management care s-au dezvoltat la întreprindere și a ambițiilor managerilor de mijloc, obișnuiți să-și rezolve doar sarcinile de profil îngust. De aceea, întreprinderile mijlocii și mici, care își pot varia structura ușor și flexibil, sunt mai pregătite pentru trecerea la producția de produse mecatronice.

Modulele mecatronice sunt din ce în ce mai utilizate în diverse sisteme de transport.

Concurența acerbă pe piața auto îi obligă pe specialiștii din acest domeniu să caute noi tehnologii avansate. Astăzi, una dintre principalele provocări pentru dezvoltatori este crearea de dispozitive electronice „inteligente” care pot reduce numărul de accidente rutiere (RTA). Rezultatul lucrărilor în acest domeniu a fost crearea unui sistem integrat de siguranță a vehiculului (SCBA), care este capabil să mențină automat o anumită distanță, să oprească mașina la un semafor roșu, să avertizeze șoferul că face un viraj la un viteză mai mare decât este permisă de legile fizicii. Au fost dezvoltați chiar și senzori de șoc cu semnal radio, care, atunci când mașina lovește un obstacol sau o coliziune, cheamă o ambulanță.

Toate aceste dispozitive electronice de prevenire a accidentelor se împart în două categorii. Primul include dispozitive din mașină care funcționează independent de orice semnale din surse externe de informații (alte mașini, infrastructură). Ei procesează informații de la un radar (radar) aeropurtat. A doua categorie o constituie sistemele a căror funcționare se bazează pe date primite din surse de informații situate în apropierea drumului, în special de la faruri, care colectează informații despre situația traficului și le transmit prin raze infraroșii mașinilor care trec.

SKBA a unit o nouă generație de dispozitive enumerate mai sus. Primește atât semnale radar, cât și raze infraroșii ale balizelor „de gândire”, iar pe lângă funcțiile sale de bază, oferă șoferului mișcare non-stop și calmă pe intersecțiile nereglementate de drumuri și străzi, limitează viteza de deplasare în curbe și în zone rezidenţiale în afara limitelor de viteză stabilite. Ca toate sistemele autonome, SKBA cere ca vehiculul să fie echipat cu un sistem de frânare antiblocare (ABS) și o transmisie automată.

SCBA include un telemetru laser care măsoară în mod constant distanța dintre vehicul și orice obstacol de pe parcurs - în mișcare sau staționar. Dacă este probabilă o coliziune, iar șoferul nu încetinește, microprocesorul dă comanda de a elibera presiunea asupra pedalei de accelerație și de a aplica frânele. Un mic ecran de pe tabloul de bord clipește cu o avertizare de pericol. La cererea șoferului, computerul de bord poate seta o distanță de siguranță în funcție de suprafața drumului - umed sau uscat.

SKBA este capabil să conducă o mașină, concentrându-se pe liniile albe ale marcajelor de la suprafața drumului. Dar pentru aceasta este necesar ca acestea să fie clare, deoarece sunt în mod constant „citite” de camera video de la bord. Procesarea imaginii determină apoi poziția mașinii în raport cu liniile, iar sistemul electronic acționează în consecință asupra direcției.

Receptoarele infraroșu de bord ale SKBA funcționează în prezența emițătoarelor plasate la anumite intervale de-a lungul carosabilului. Fasciculele se propagă în linie dreaptă și pe o distanță scurtă (până la aproximativ 120 m), iar datele transmise prin semnale codificate nu pot fi nici înecate, nici distorsionate.

Orez. 3.1 Sistem de securitate integrat al vehiculului: 1 - receptor infrarosu; 2 - senzor vreme (ploaie, umiditate); 3 - acţionarea clapetei de acceleraţie a sistemului de alimentare cu energie; 4 - calculator; 5 - supapă solenoidală auxiliară în acționarea frânei; 6 - ABS; 7 - telemetru; 8 - transmisie automată; 9 - senzor de viteza vehiculului; 10 - electrovalva auxiliara pentru directie; 11 - senzor de accelerație; 12 - senzor de direcție; 13 - tabel de semnalizare; 14 - calculator electronic cu viziune; 15 - camera de televiziune; 16 - ecran.

În fig. 3.2 prezintă senzorul de vreme al companiei " Boch ". În funcție de model, în interior sunt amplasate un LED cu infraroșu și unul până la trei fotodetectoare. LED-ul emite un fascicul invizibil la un unghi ascuțit față de suprafața parbrizului. Dacă afară este uscat, toată lumina este reflectată înapoi și lovește fotodetectorul (așa este proiectat sistemul optic). Deoarece fasciculul este modulat de impulsuri, senzorul nu va reacționa la lumina străină. Dar dacă există picături sau un strat de apă pe sticlă, condițiile de refracție se schimbă și o parte din lumină merge în spațiu. Acest lucru este detectat de un senzor, iar controlerul calculează modul de ștergere adecvat. Pe parcurs, acest dispozitiv poate închide trapa electrică din acoperiș, poate ridica geamul. Senzorul are încă 2 fotodetectoare, care sunt integrate într-o carcasă comună cu un senzor de vreme. Primul este conceput pentru a aprinde automat farurile atunci când se întunecă sau mașina intră în tunel. Al doilea, comută lumina „înaltă” și „scăzută”. Dacă aceste funcții sunt activate, depinde de modelul de vehicul specific.

Figura 3.2 Cum funcționează senzorul de vreme

Sisteme de frânare antiblocare (ABS),componentele sale necesare sunt senzori de turație a roților, un procesor electronic (unitate de control), valve servo, o pompă hidraulică acționată electric și un acumulator de presiune. Unele ABS-uri timpurii erau „cu trei canale”, adică. a controlat frânele din față individual, dar a eliberat complet toate frânele din spate atunci când oricare dintre roțile din spate a început să se blocheze. Acest lucru a economisit o oarecare cantitate de costuri și de complexitate a designului, dar a dus la o eficiență mai scăzută în comparație cu un sistem complet cu patru canale în care fiecare frână este controlată individual.

ABS-ul are multe în comun cu sistemul de control al tracțiunii (PBS), a cărui acțiune ar putea fi considerată „ABS invers”, deoarece PBS funcționează pe principiul detectării momentului în care una dintre roți începe să se învârtească rapid în comparație cu cealaltă. (momentul în care începe alunecarea) și dând un semnal să încetinească această roată. Senzorii de turație a roților pot fi partajați și, prin urmare, cea mai eficientă modalitate de a preveni rotirea roții motoare prin scăderea vitezei acesteia este aplicarea unei acțiuni de frânare instantanee (și, dacă este necesar, repetată), impulsurile de frânare pot fi primite de la blocul de supape ABS. De fapt, dacă ABS este prezent, acesta este tot ceea ce este necesar pentru a furniza atât PBS - plus niște software suplimentar și o unitate de control suplimentară pentru a reduce cuplul motorului sau aportul de combustibil, după cum este necesar, sau pentru a interveni direct în sistemul de control al pedalei de accelerație. ..

În fig. 3.3 prezintă o diagramă a sistemului electronic de alimentare cu energie al mașinii: 1 - releu de aprindere; 2 - comutator central; 3 - acumulator de stocare; 4 - neutralizator de gaze de eșapament; 5 - senzor de oxigen; 6 - filtru de aer; 7 - senzor debit masa aer; 8 - bloc de diagnosticare; 9 - regulator de ralanti; 10 - senzor de poziție a clapetei de accelerație; 11 - conducta de acceleratie; 12 - modul de aprindere; 13 - senzor de fază; 14 - duză; 15 - regulator presiune combustibil; 16 - senzor de temperatură lichid de răcire; 17 - lumânare; 18 - senzor de poziție arbore cotit; 19 - senzor de detonare; 20 - filtru de combustibil; 21 - controler; 22 - senzor de viteza; 23 - pompa de combustibil; 24 - releu pentru pornirea pompei de combustibil; 25 - rezervor de gaz.

Orez. 3.3 Schema simplificată a sistemului de injecție

Una dintre componentele SKBA este un airbag ( airbag ) (vezi Fig. 3.4), ale căror elemente sunt situate în diferite părți ale mașinii. Senzorii inerțiali amplasați în bara de protecție, la placa motorului, în stâlpi sau în zona cotierei (în funcție de modelul mașinii), în caz de accident, trimit un semnal către unitatea de control electronică. Majoritatea senzorilor frontali moderni SKBA sunt proiectați pentru forța de impact la viteze de 50 km/h. Loviturile laterale sunt declanșate la impacturi mai slabe. De la unitatea electronică de control, semnalul circulă către modulul principal, care constă dintr-o pernă așezată compact, conectată la un generator de gaz. Acesta din urmă este o tabletă cu un diametru de aproximativ 10 cm și o grosime de aproximativ 1 cm cu o substanță generatoare de azot cristalin. Un impuls electric aprinde un aprinzător din „tabletă” sau topește un fir, iar cristalele se transformă în gaz cu viteza unei explozii. Întregul proces descris este foarte rapid. Perna „medie” este umflată în 25 ms. Suprafața airbag-ului standard european se grăbește spre piept și față cu o viteză de aproximativ 200 km/h, iar cea americană - aproximativ 300. Prin urmare, la mașinile echipate cu un airbag, producătorii sfătuiesc să se închidă catarama și să nu stea aproape. la volan sau la bord. În cele mai „avansate” sisteme, există dispozitive care identifică prezența unui pasager sau a unui scaun pentru copii și, în consecință, fie opresc, fie corectează gradul de umflare.

Orez. 3.4. Airbag auto:

1 - întinzător de centură; 2 - airbag; 3 - airbag; pentru șofer; 4 - unitate de control și senzor central; 5 - modul executiv; 6 - senzori inerțiali

Pe lângă mașinile convenționale, se acordă multă atenție creării de vehicule ușoare (LTS) cu propulsie electrică (uneori sunt numite netradiționale). Acest grup de vehicule include biciclete electrice, role, scaune cu rotile, vehicule electrice cu surse de alimentare autonome. Dezvoltarea unor astfel de sisteme mecatronice este realizată de Centrul științific și de inginerie „Mecatronică” în cooperare cu o serie de organizații.

Greutate motor 4,7 kg,

Baterie reîncărcabilă 36V, 6 A * h,

La baza creării LTS se află modulele mecatronice de tip „roată-motor” bazate, de regulă, pe motoare electrice cu cuplu mare. Tabelul 3.1 prezintă caracteristicile tehnice ale modulelor de mișcare mecatronică pentru vehicule ușoare. Piața mondială de LTS tinde să se extindă și, conform previziunilor, capacitatea sa până în 2000 era de 20 de milioane de unități, sau în termeni de valoare, de 10 miliarde de dolari.

Tabelul 3 .1

Transport maritim.MS sunt din ce în ce mai utilizate pentru a intensifica munca echipajelor navelor maritime și fluviale asociate cu automatizarea și mecanizarea principalelor mijloace tehnice, care includ centrala electrică principală cu sisteme de serviciu și mecanisme auxiliare, sistemul de energie electrică, sistemele generale ale navelor, dispozitive de direcție și motoare.

Sistemele automate integrate pentru menținerea unei nave pe o traiectorie dată (CPSS) sau a unei nave destinate explorării Oceanului Mondial pe o anumită linie de profil (CPSS) sunt sisteme care asigură al treilea nivel de automatizare a controlului. Utilizarea unor astfel de sisteme permite:

Creșterea eficienței economice a transportului maritim prin implementarea celei mai bune traiectorii, deplasarea navelor, ținând cont de condițiile de navigație și hidrometeorologice ale navigației;

Creșterea eficienței economice a lucrărilor de explorare oceanografică, hidrografică și geologică marine prin creșterea preciziei menținerii navei pe o anumită linie de profil, extinderea gamei de perturbări ale valurilor vântului, care asigură calitatea necesară a controlului și creșterea vitezei de operare a vasul;

Rezolvați sarcinile de implementare a traiectoriei optime a mișcării navei atunci când se abate de la obiectele periculoase; pentru a îmbunătăți siguranța navigației în vecinătatea pericolelor de navigație datorită controlului mai precis al mișcării navei.
Sistemele integrate de control automat al mișcării conform unui anumit program de cercetare geofizică (ASUD) sunt proiectate pentru a aduce automat nava la o linie de profil dată, pentru a menține automat nava geologică și geofizică pe linia de profil investigată și pentru a manevra în timpul tranzițiilor de la o linie de profil. altcuiva. Sistemul luat în considerare face posibilă îmbunătățirea eficienței și calității studiilor geofizice offshore.

În condiții de mare, este imposibil să se utilizeze metode convenționale de explorare preliminară (partid de prospectare sau fotografiere aeriană detaliată), prin urmare metoda seismică de cercetare geofizică a devenit cea mai răspândită (Fig. 3.5). Un vas geofizic 1 remorcă pe un cablu 2 un tun pneumatic 3, care este o sursă de vibrații seismice, un streamer seismografic 4, pe care sunt amplasați receptori de vibrații seismice reflectate și o geamandură de capăt 5. Se determină profilele de fund. prin înregistrarea intensității vibrațiilor seismice reflectate de straturile limită 6 rase diferite.

Orez. 3.5. Schema de realizare a sondajelor geofizice.

Pentru a obține informații geofizice fiabile, nava trebuie să fie ținută într-o poziție dată față de fund (linia de profil) cu mare precizie, în ciuda vitezei reduse de mișcare (3-5 noduri) și a prezenței dispozitivelor remorcate de lungime considerabilă (în sus până la 3 km) cu rezistență mecanică limitată.

Anjutz a dezvoltat un MS integrat, care asigură menținerea navei pe o traiectorie dată. În fig. 3.6 este o diagramă bloc a acestui sistem, care include: girobusola 1; lag 2; instrumente ale sistemelor de navigație care determină poziția navei (două sau mai multe) 3; pilot automat 4; mini-computer 5 (5 a - interfață, 5 b - depozit central, 5 v - unități centrale de procesare); cititor de bandă perforată 6; plotter 7; display 8; tastatura 9; mecanism de directie 10.

Cu ajutorul sistemului luat în considerare, este posibilă aducerea automată a navei la traiectoria programată, care este setată de operator cu ajutorul tastaturii, care determină coordonatele geografice ale punctelor de cotitură. În acest sistem, indiferent de informațiile provenite de la oricare grup de instrumente ale complexului tradițional de radionavigație sau dispozitive de comunicație prin satelit care determină poziția navei, coordonatele poziția probabilă a navei sunt calculate din datele emise de către girobusola și bușteanul.

Orez. 3.6. Diagrama bloc a unui MS integrat pentru menținerea unei nave pe o traiectorie dată

Controlul cursului folosind sistemul luat în considerare este efectuat de pilotul automat, a cărui intrare primește informații despre valoarea cursului dat ψ spatele generat de minicalculator ținând cont de eroarea de poziție a vasului. Sistemul este asamblat într-un panou de control. În partea superioară există un afișaj cu comenzi pentru reglarea imaginii optime. Mai jos, pe câmpul înclinat al consolei, se află un pilot automat cu pârghii de comandă. Pe câmpul orizontal al panoului de control se află o tastatură, cu ajutorul căreia se introduc programe în mini-computer. Aici se află și un comutator, cu ajutorul căruia este selectat modul de control. Un mini-computer și o interfață sunt situate în subsolul consolei. Toate echipamentele periferice sunt amplasate pe standuri speciale sau alte console. Sistemul luat în considerare poate funcționa în trei moduri: „Curs”, „Monitor” și „Program”. În modul „Îndreptare”, cursa prestabilită este ținută folosind pilotul automat în funcție de citirile girobussolei. Modul „Monitor” este selectat când se pregătește trecerea la modul „Program”, când acest mod este întrerupt sau când trecerea la acest mod este finalizată. Aceștia trec în modul „Curs” atunci când sunt detectate defecțiuni ale unui mini-computer, surse de alimentare sau un complex de radionavigație. În acest mod, pilotul automat funcționează independent de minicomputer. În modul „Program”, cursul este controlat în funcție de datele aparatelor de radionavigație (senzori de poziție) sau a unui girobusolă.

Întreținerea sistemului de reținere a navei la ZT este efectuată de către operator din consolă. Alegerea unui grup de senzori pentru determinarea pozitiei vasului se face de catre operator conform recomandarilor prezentate pe ecran. În partea de jos a ecranului este o listă cu toate comenzile permise pentru acest mod care pot fi introduse folosind tastatura. Apăsarea accidentală a oricărei taste interzise este blocată de computer.

Tehnologia aviației.Succesele obținute în dezvoltarea tehnologiei aviației și spațiale, pe de o parte, și nevoia de reducere a costurilor operațiunilor vizate, pe de altă parte, au stimulat dezvoltarea unui nou tip de tehnologie - aeronavele pilotate la distanță (RPV).

În fig. 3.6 este o diagramă bloc a sistemului de control de la distanță al zborului RPV - HIMAT ... Componenta principală a unui sistem de pilotare la distanță HIMAT este un punct de masă al telecomenzii. Parametrii de zbor RPV sunt recepționați la punctul de la sol printr-o linie de comunicație radio de la aeronavă, recepționați și decodați de stația de procesare de telemetrie și transmiși către partea de sol a sistemului de calcul, precum și către dispozitivele de afișare a informațiilor de la controlul de la sol. punct. În plus, de pe placa RPV este primită o imagine a vederii exterioare, afișată cu ajutorul unei camere de televiziune. Imaginea de televiziune afișată pe ecranul stației de lucru la sol a unui operator uman este utilizată pentru a controla aeronava în timpul manevrelor aeriene, apropierii și aterizării în sine. Cabina de pilotaj a stației terestre pentru control de la distanță (stația de lucru a operatorului) este echipată cu instrumente care oferă indicarea informațiilor despre zbor și starea echipamentului complex RPV, precum și mijloace pentru controlul aeronavei. În special, operatorul uman are stick-urile de control al ruliului și tangajului și pedalele aeronavei, precum și stick-ul de control al motorului. Dacă sistemul de control principal eșuează, comenzile sistemului de control sunt emise prin intermediul unei console speciale de comenzi discrete a operatorului RPV.

Orez. 3.6 Sistem de pilotare la distanță RPV HIMAT:

1. purtător B-52; 2 - sistem de control de rezervă pe aeronavă TF -104 G ; 3 - linie de telemetrie cu solul; 4 - RPV HIMAT ; 5 - linii de telemetrie cu RPV; 5 - statie la sol pentru pilotaj la distanta

Contoarele Doppler de viteză la sol și unghiul de derivă (DPSS) sunt utilizate ca sistem de navigație autonom, care oferă calcul. Un astfel de sistem de navigație este utilizat împreună cu un sistem de direcție care măsoară cursul cu un senzor vertical care generează semnale de rulare și tanare și un computer de bord care implementează algoritmul de estimare. Împreună, aceste dispozitive formează un sistem de navigație Doppler (vezi Figura 3.7). Pentru a crește fiabilitatea și acuratețea măsurării coordonatelor curente ale aeronavei, DISS poate fi combinat cu contoare de viteză.

Orez. 3.7 Diagrama unui sistem de navigație Doppler

5. Vehicule mecatronice

Modulele mecatronice sunt din ce în ce mai utilizate în diverse sisteme de transport. În acest manual, ne vom limita la o scurtă analiză a vehiculelor ușoare (LTS) cu propulsie electrică (uneori sunt numite netradiționale). Acest grup de vehicule, nou pentru industria autohtonă, include biciclete electrice, role, scaune cu rotile și vehicule electrice cu surse de alimentare autonome.

LTS sunt o alternativă la transportul cu motoare cu ardere internă și sunt utilizate în prezent în zone ecologic curate (medicale și recreative, turistice, expoziționale, complexe de parcuri), precum și în spațiile comerciale și de depozitare. Luați în considerare caracteristicile tehnice ale unui prototip de bicicletă electrică:

Viteza maxima 20 km/h,

Putere nominală a conducerii 160 W,

Viteza nominala 160 rpm,

Cuplu maxim 18 Nm,

Greutate motor 4,7 kg,

Baterie reîncărcabilă 36V, 6 А "h,

Conducere autonomă 20 km.

La baza creării LTS se află modulele mecatronice de tip „roată-motor” bazate, de regulă, pe motoare electrice cu cuplu mare. Tabelul 3 prezintă caracteristicile tehnice ale modulelor de mișcare mecatronică pentru vehicule ușoare.

Piața mondială de LTS tinde să se extindă și, conform previziunilor, capacitatea sa până în 2000 se va ridica la 20 de milioane de unități, sau în termeni valoric, 10 miliarde de dolari.

Volumul producției mondiale de dispozitive mecatronice crește anual, acoperind din ce în ce mai multe zone noi. Astăzi modulele și sistemele mecatronice sunt utilizate pe scară largă în următoarele domenii:

Masini-unelte si echipamente pentru automatizarea tehnologica

procese;

Robotică (industrială și specială);

Echipamente aviatice, spațiale și militare;

Auto (de exemplu, sisteme de frânare antiblocare,

sisteme de stabilizare a mișcării vehiculelor și parcare automată);

Vehicule netradiționale (biciclete electrice, marfă

cărucioare, role electrice, scaune cu rotile);

Echipamente de birou (de exemplu, fotocopiatoare și faxuri);

Elemente de tehnologie de calcul (de exemplu, imprimante, plotere,

unități de dischetă);

Echipamente medicale (de reabilitare, clinice, de service);

Aparate de uz casnic (spălat, cusut, mașini de spălat vase și alte mașini);

Micromașini (pentru medicină, biotehnologie,

telecomunicații);

Aparate si masini de control si masura;

Echipamente foto și video;

Simulatoare pentru instruirea piloților și operatorilor;

Industria spectacolului (sisteme de sunet și iluminat).

LISTA DE REFERINTE

1.
Yu. V. Poduraev „Fundamentals of Mecatronics” Manual. Moscova - 2000. 104 p.

2.
http://ru.wikipedia.org/wiki/Mechatronics

3.
http://mau.ejournal.ru/

4.
http://mechatronica-journal.stankin.ru/

Analiza structurii sistemelor mecatronice de module mecatronice

Tutorial

La disciplina „Proiectarea sistemelor mecatronice”

la specialitatea 220401.65

„Mecatronică”

g. Togliatti 2010

Krasnov S.V., Lysenko I.V. Proiectarea sistemelor mecatronice. Partea 2. Proiectarea modulelor electromecanice ale sistemelor mecatronice

Adnotare. Manualul include informații despre compoziția sistemului mecatronic, locul modulelor electromecatronice în sistemele mecatronice, structura modulelor electromecatronice, tipurile și caracteristicile acestora, include etapele și metodele de proiectare a sistemelor mecatronice. criterii de calcul a caracteristicilor de sarcină ale modulelor, criterii de selectare a variațiilor etc.

1 Analiza structurii sistemelor mecatronice de module mecatronice 5

1.1 Analiza structurii sistemului mecatronic 5

1.2 Analiza echipamentelor unităților modulelor mecatronice 12

1.3 Analiza și clasificarea motoarelor electrice 15

1.4 Analiza structurii sistemelor de control al acționării 20

1.5 Tehnologii de formare a unui semnal de control. Modulația PWM și reglarea PID 28

1.6 Analiza acţionărilor şi sistemelor de comandă numerică a maşinilor-unelte 33

1.7 Convertoare mecanice de energie și ieșire ale acționărilor modulelor mecatronice 39

1.8 Senzori de feedback ai unităților cu module mecatronice 44

2 Concepte și metodologii de bază pentru proiectarea sistemelor mecatronice (MS) 48

2.1 Principii de bază de proiectare pentru sisteme mecatronice 48

2.2 Descrierea etapelor de proiectare ale MS 60

2.3 Fabricarea (implementarea) MS 79

2.4 Testarea MS 79

2.5 Evaluarea calității MS 83

2.6 Documentație pentru MS 86

2.7 Eficiența economică a MS 87

2.8 Elaborarea de măsuri pentru asigurarea condițiilor de lucru sigure cu module electromecanice 88

3. Metode de calcul a parametrilor și proiectarea modulelor mecatronice 91

3.1 Modelarea funcțională a procesului de proiectare a modulelor mecatronice 91

3.2 Etape pentru proiectarea unui modul mecatronic 91

3.3 Analiza criteriilor de selecție pentru motoarele sistemelor mecatronice 91

3.4 Analiza aparatului matematic de bază pentru calcularea acţionărilor 98

3.5 Calculul puterii necesare și selectarea alimentărilor ED 101

3.6 Controlul unui motor de curent continuu prin poziția 110

3.7 Descrierea soluțiilor hardware și software moderne pentru controlul elementelor executive ale mașinilor-unelte 121

Lista surselor și literaturii 135

Mechatronics studiază combinația sinergică a unităților de mecanică de precizie cu componente electronice, electrice și computerizate pentru a proiecta și produce module, sisteme, mașini calitativ noi și un complex de mașini cu control inteligent al mișcărilor funcționale ale acestora.

Sistem mecatronic - un set de module mecatronice (nucleu de computer, dispozitive de informare-senzori, electromecanice (acționări cu motor), mecanice (elementele executive - freze, brațe robot etc.), software (în special - programe de control, sistem - sisteme de operare și medii). , șoferi).

Modul mecatronic - o unitate separată a sistemului mecatronic, un set de hardware și software care mișcă unul sau mai multe organe executive.

Elementele mecatronice integrate sunt selectate de către dezvoltator în faza de proiectare, iar apoi este asigurat suportul ingineresc și tehnologic necesar.

Baza metodologică pentru dezvoltarea MS este metodele de proiectare paralelă, adică simultane și interconectate în sinteza tuturor componentelor sistemului. Obiectele de bază sunt module mecatronice care efectuează mișcare, de regulă, de-a lungul unei coordonate. În sistemele mecatronice, pentru a asigura o înaltă calitate a implementării mișcărilor complexe și precise, se folosesc metode de control inteligent (idei noi în teoria controlului, calculatoare moderne).

Principalele componente ale unei mașini mecatronice tradiționale sunt:

Dispozitive mecanice, a căror verigă finală este corpul de lucru;

Unitate de antrenare, inclusiv convertoare de putere și motoare de putere;

Dispozitive de control computerizat, al căror nivel este un operator uman sau un alt calculator inclus într-o rețea de calculatoare;

Dispozitive senzori concepute pentru a transmite informații despre starea actuală a blocurilor mașinii și mișcarea sistemului mecatronic către dispozitivul de control.

Astfel, prezența a trei părți obligatorii: electromecanica, electronică, computerizată, conectate prin fluxuri de energie și informații este trăsătura principală care distinge un sistem mecatronic.

Astfel, pentru implementarea fizică a sistemului mecatronic, teoretic, sunt necesare 4 blocuri funcționale principale, care sunt prezentate în Figura 1.1.

Figura 1.1 - Schema bloc a sistemului mecatronic

Dacă lucrarea se bazează pe procese hidraulice, pneumatice sau combinate, atunci sunt necesare convertoare adecvate și senzori de feedback.

Mecatronica este o disciplină științifică și tehnică care studiază construcția unei noi generații de sisteme electromecanice cu calități fundamental noi și, adesea, parametri de înregistrare. De obicei, un sistem mecatronic este o combinație de componente electromecanice propriu-zise cu cea mai recentă electronică de putere, care sunt controlate de diferite microcontrolere, PC-uri sau alte dispozitive de calcul. În același timp, sistemul într-o abordare cu adevărat mecatronică, în ciuda utilizării componentelor standard, este construit cât mai monolitic posibil, proiectanții încearcă să combine toate părțile sistemului împreună fără a folosi interfețe inutile între module. În special, utilizarea ADC-urilor încorporate direct în microcontrolere, convertoare inteligente de putere etc. Acest lucru oferă o reducere a greutății și dimensiunilor, o creștere a fiabilității sistemului și alte avantaje. Orice sistem care controlează un grup de unități poate fi considerat mecatronic. În special, dacă ea controlează un grup de motoare cu reacție de nave spațiale.

Figura 1.2 - Compoziția sistemului mecatronic

Uneori sistemul conține unități care sunt fundamental noi din punct de vedere al designului, cum ar fi suspensiile electromagnetice, care înlocuiesc unitățile de rulmenți convenționale.

Să luăm în considerare structura generalizată a calculatoarelor cu control computerizat, axată pe sarcinile ingineriei mecanice automate.

Mediul extern pentru mașinile din clasa luată în considerare este mediul tehnologic, care conține diverse echipamente principale și auxiliare, echipamente tehnologice și obiecte de lucru. Atunci când sistemul mecatronic efectuează o anumită mișcare funcțională, obiectele de lucru au un efect perturbator asupra corpului de lucru. Exemple de astfel de acțiuni sunt forțele de tăiere pentru operațiunile de prelucrare, forțele de contact și momentele forțelor în timpul asamblării și forța de reacție a unui jet de lichid în timpul unei operații de tăiere hidraulice.

Mediile externe pot fi împărțite în linii mari în două clase principale: deterministe și nedeterministe. Mediile deterministe includ medii pentru care parametrii influențelor perturbatoare și caracteristicile obiectelor de lucru pot fi predeterminați cu gradul de precizie necesar pentru proiectarea unui MS. Unele medii sunt de natură nedeterministă (de exemplu, medii extreme: subacvatice, subterane etc.). Caracteristicile mediilor tehnologice pot fi determinate de obicei folosind studii analitice și experimentale și metode de modelare pe computer. De exemplu, pentru aprecierea forțelor de așchiere în timpul prelucrării, se efectuează o serie de experimente pe instalații speciale de cercetare, se măsoară parametrii efectelor vibrațiilor pe suporturi de vibrații, urmată de formarea modelelor matematice și informatice ale efectelor perturbatoare pe baza datelor experimentale. .

Cu toate acestea, organizarea și desfășurarea unor astfel de studii necesită adesea echipamente și tehnologii de măsurare prea complexe și costisitoare. Deci, pentru o evaluare preliminară a efectelor forței asupra corpului de lucru în timpul operațiunii de îndepărtare automată a blitz-ului din produsele turnate, este necesar să se măsoare forma și dimensiunile reale ale fiecărei piese de prelucrat.

Figura 1.3 - Diagrama generalizată a unui sistem mecatronic cu control al mișcării computerului

În astfel de cazuri, este recomandabil să se aplice metodele de control adaptiv, care fac posibilă corectarea automată a legii de mișcare a MS direct în cursul operațiunii.

Structura unei mașini tradiționale include următoarele componente principale: un dispozitiv mecanic, a cărui verigă finală este corpul de lucru; bloc de acționări, inclusiv convertoare de putere și motoare executive; un dispozitiv de control al computerului, al cărui nivel superior este un operator uman sau un alt computer inclus într-o rețea de calculatoare; senzori menționați să transmită informații despre starea actuală a blocurilor mașinii și mișcarea MS către dispozitivul de control.

Astfel, prezența a trei părți obligatorii - mecanice (mai precis electromecanice), electronice și informatice, conectate prin fluxuri de energie și informații, este caracteristica primară care distinge sistemele mecatronice.

Partea electromecanică include legături și transmisii mecanice, un corp de lucru, motoare electrice, senzori și elemente electrice suplimentare (frâne, ambreiaj). Dispozitivul mecanic este conceput pentru a transforma mișcările legăturilor în mișcarea necesară a corpului de lucru. Partea electronică este formată din dispozitive microelectronice, convertoare de putere și electronice ale circuitelor de măsurare. Senzorii sunt proiectați pentru a colecta date despre starea reală a mediului extern și a obiectelor de lucru, a dispozitivului mecanic și a unității de acționare, urmate de procesarea primară și transmiterea acestor informații către dispozitivul de control al computerului (UCU). UCU al unui sistem mecatronic include de obicei un computer de nivel înalt și controlere de mișcare.

Dispozitivul de control al computerului îndeplinește următoarele funcții principale:

Controlul procesului de mișcare mecanică a unui modul mecatronic sau a unui sistem multidimensional în timp real cu procesarea informațiilor senzoriale;

Organizarea controlului mișcărilor funcționale ale SM, care presupune coordonarea controlului mișcării mecanice a SM și a proceselor externe aferente. De regulă, intrările / ieșirile discrete ale dispozitivului sunt utilizate pentru a implementa funcția de control al proceselor externe;

Interacțiunea cu un operator uman printr-o interfață om-mașină în modurile de programare offline (off-line) și direct în timpul deplasării MS (modul on-line);

Organizarea schimbului de date cu dispozitive periferice, senzori și alte dispozitive de sistem.

Sarcina sistemului mecatronic este de a transforma informațiile de intrare de la nivelul superior de control într-o mișcare mecanică intenționată cu control bazat pe principiul feedback-ului. Este caracteristic că energia electrică (mai rar hidraulică sau pneumatică) este utilizată în sistemele moderne ca formă de energie intermediară.

Esența abordării mecatronice a proiectării este integrarea într-un singur modul funcțional a două sau mai multe elemente, eventual chiar de natură fizică diferită. Cu alte cuvinte, în etapa de proiectare, cel puțin o interfață este exclusă din structura tradițională a mașinii ca dispozitiv separat, păstrând în același timp esența fizică a transformării efectuate de acest modul.

În mod ideal pentru utilizator, modulul mecatronic, după ce a primit informații despre obiectivul de control la intrare, va efectua mișcarea funcțională specificată cu indicatorii de calitate doriti. Integrarea hardware a elementelor în module structurale individuale trebuie să fie însoțită de dezvoltarea unui software integrat. Software-ul MS ar trebui să ofere o tranziție directă de la proiectarea sistemului prin modelarea sa matematică la controlul mișcării funcționale în timp real.

Utilizarea abordării mecatronice în crearea mașinilor controlate de calculator determină principalele avantaje ale acestora față de instrumentele tradiționale de automatizare:

Cost relativ scăzut datorită unui grad ridicat de integrare, unificare și standardizare a tuturor elementelor și interfețelor;

Calitate înaltă a implementării mișcărilor complexe și precise datorită utilizării metodelor inteligente de control;

Fiabilitate ridicată, durabilitate și imunitate la zgomot;

Compactitatea constructivă a modulelor (până la miniaturizare în micromașini),

Greutate, dimensiune și caracteristici dinamice îmbunătățite ale mașinilor datorită simplificării lanțurilor cinematice;

Abilitatea de a integra module funcționale în sisteme complexe și complexe pentru sarcini specifice ale clienților.

Clasificarea actuatoarelor sistemului mecatronic este prezentată în Figura 1.4.

Figura 1.4 - Clasificarea acţionărilor sistemului mecatronic

Figura 1.5 prezintă o diagramă schematică a unei unități electromecatronice bazată pe o unitate.

Figura 1.5 - Diagrama unității electromecatronice

În diverse domenii ale tehnologiei, sunt utilizate pe scară largă variatoarele care îndeplinesc funcții de putere în sistemele de control pentru diferite obiecte. Automatizarea proceselor și industriilor tehnologice, în special, în inginerie mecanică, este imposibilă fără utilizarea diferitelor unități, care includ: actuatoare determinate de procesul tehnologic, motoare și sistemul de control al motorului. În acționările sistemelor de control ale MS (mașini tehnologice, mașini automate MA, PR etc.), sunt utilizate motoare executive care diferă semnificativ în efecte fizice. Realizarea unor efecte fizice precum magnetismul (motoare electrice), gravitația sub formă de conversie a fluxurilor hidraulice și de aer în mișcare mecanică, extinderea mediului (motoare cu ardere internă, reacție, abur etc.); electroliza (motoare capacitive), împreună cu cele mai recente progrese în tehnologia microprocesoarelor, face posibilă crearea de sisteme de acționare (PS) moderne cu caracteristici tehnice îmbunătățite. Relația dintre parametrii de putere ai motorului (cuplu, efort) cu parametrii cinematici (viteza unghiulară a arborelui de ieșire, viteza de mișcare liniară a tijei IM) este determinată de caracteristicile mecanice ale electrice, hidraulice, pneumatice și altele. acţionează, în agregat sau separat, rezolvând problemele de mişcare (funcţionare, ralanti) a părţii mecanice a MS (echipament tehnologic). În același timp, dacă este necesară reglarea parametrilor de ieșire ai mașinii (putere, viteză, energie), atunci caracteristicile mecanice ale motoarelor (unităților de acţionare) ar trebui modificate în mod corespunzător ca urmare a controlului dispozitivelor de control, de exemplu , nivelul tensiunii de alimentare, curent, presiune, debit lichid sau gaz.

Ușurința de a genera mișcări mecanice direct din energia electrică în sistemele de antrenare cu un motor electric, de ex. în sistemele electromecanice EMC, predetermina o serie de avantaje ale unei astfel de acționări față de acționările hidraulice și pneumatice. În prezent, motoarele electrice DC și AC sunt produse de producători de la zecimi de watt la zeci de megawați, ceea ce face posibilă satisfacerea cererii pentru acestea (din punct de vedere al puterii necesare) atât pentru utilizarea în industrie, cât și pentru multe tipuri de transport. , în viața de zi cu zi.

Acționările hidraulice MS (echipamente tehnologice și PR) în comparație cu acționările electrice, sunt utilizate pe scară largă în transporturi, minerit, construcții, drumuri, șenile, mașini de recuperare a terenurilor și mașini agricole, mecanisme de ridicare și transport, avioane și vehicule subacvatice. Acestea au un avantaj semnificativ față de propulsia electromecanică unde sunt necesare sarcini de lucru semnificative cu dimensiuni reduse, de exemplu, în sistemele de frânare sau transmisiile automate ale mașinilor, rachete și tehnologie spațială. Aplicabilitatea largă a acționărilor hidraulice se datorează faptului că tensiunea mediului de lucru în ele este mult mai mare decât tensiunea mediului de lucru în motoarele electrice și acționările pneumatice industriale. La antrenările hidraulice reale, tensiunea mediului de lucru în sensul de transmitere a mișcării este de 6-100 MPa cu control flexibil datorită reglării debitului de fluid prin dispozitive hidraulice care au diverse comenzi, inclusiv electronice. Compactitatea si inertia redusa a actionarii hidraulice asigura o schimbare usoara si rapida a directiei de miscare a MI, iar utilizarea echipamentelor electronice de control asigura procese tranzitorii acceptabile si o stabilizare data a parametrilor de iesire.

Pentru a automatiza controlul MS (diverse echipamente tehnologice, mașini automate și PR), acționările pneumatice bazate pe motoare pneumatice sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă pentru a implementa atât mișcări de translație, cât și mișcări rotative. Cu toate acestea, datorită diferenței semnificative între proprietățile mediului de lucru al acționărilor pneumatice și hidraulice, caracteristicile tehnice ale acestora diferă din cauza compresibilității semnificative a gazelor în comparație cu compresibilitatea unui lichid care picătură. Cu un design simplu, performanțe economice bune și fiabilitate suficientă, dar proprietăți de control scăzute, acționările pneumatice nu pot fi utilizate în moduri de funcționare poziționale și de contur, ceea ce reduce oarecum atractivitatea utilizării lor în MS (sistemele tehnice ale vehiculului).

Determinarea celui mai acceptabil tip de energie în unitate cu eficiența posibilă atinsă a utilizării acestuia în timpul funcționării echipamentelor tehnologice sau în alte scopuri este o sarcină destul de complicată și poate avea mai multe soluții. În primul rând, fiecare unitate trebuie să-și satisfacă scopul de serviciu, puterea necesară și caracteristicile cinematice. Factorii decisivi în atingerea puterii și a caracteristicilor cinematice necesare, parametrii ergonomici ai unității dezvoltate pot fi: viteza de antrenare, precizia poziționării și calitatea controlului, restricțiile de greutate și dimensiuni generale, amplasarea acționării în dispunerea generală a echipamentelor. Decizia finală cu comparabilitatea factorilor determinanți se ia pe baza rezultatelor unei comparații economice a diferitelor opțiuni pentru tipul de acționare selectat în ceea ce privește costurile de pornire și operare pentru proiectarea, fabricarea și funcționarea acestuia.

Tabel 1.1 - Clasificarea motoarelor electrice