Егоров О.С., Подураев Ю.В. - Мехатронные модули. Расчет и конструирование (1053456), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Таблица 1.1 ФС-интеграция элементов в мехатронном модуле Исключаемые сепаратные элементы Функциональное преобразование на Мехатроииое Основные блоки птп решение Интерфейсы Фотоимпульсный датчик обратной связи Один датчик об- ратной связи Мехаиико- ииформациоииое 17, 18 Механическое уст- ройстао, сепарат- ные датчики обрат- ной связи Электромехаиическое и механико- информационное Веитильиый аысокомоментный двигатель 14, !7,!8 Избыточное устройстао обратной сеяти , Иитеялектуаль- 1 ! ный силовой ' и еобразоаатеяь Управляющие контроллеры на базе блоков РРОА Ииформационио- электрическое 15, 1б Цифро-аналоговый преобразователь Электро- ииформациониое !1,12 23 Интеллектуализацию ФИД обеспечивают встроенными микропроцессорами, которые выполняют следующие основные функции: кодирование информации датчика, обнаружение ошибок измерения, масштабирование сигнала и передача текущего кода в контроллер движения по стандартному протоколу.
Современная тендсщ!ия в создании ФИД заключается в объединении в едином сен- ~!;::: ' ~орном модуле конструктивных элементов (валов, подшипников), кодировочных дисков, фотоэлементов и микропроцессора. Таким образом, использование ФИД позволяет исключить йэ';.'"„;„ структуры традиционного привода один датчик обратной связи 'с::,'.':.', его интерфейсом (17), а также АЦП на входе УКУ (интерфейс 18).: ':.!а Применение высокомоментного двигателя (ВМД) (см.
гл.З) пое:.;: зволяет (второе решение в табл, !.!) заменить исполнительную пару "двигатель + преобразователь движения" на один приводной эле- ':,".::~ мент — «двигатель». Этот способ ФС-интеграции означает исклю-':.„-:,'!г г;:,, чение механического устройства и избыточного интерфейса 14 из структуры привода. Ниже перечислены основные преимущества мехатронных мо- .::;,!. дулей с ВМД; ° снижение материалоемкости, компактность и модульность конструкции; :33 е повышенные точностные характеристики привода благодаря ':::,: отсутствию зазоров, кинематических погрешностей, упругих де- -!! формации звеньев и т.д.; ° исключение трения в механической трансмиссии, что позво; лает исключить нелинейные динамические эффекты, особенно на ползучих скоростях. Для определения положения полюсов на роторе двигателя в конструкцию вентильного ВМД встраивают датчик положения.
В"".":- исполнительных приводах информацию с этого датчика могут использовать и как сигнал обратной связи. Следовательно, применение вентильных ВМД со встроенными ФИД позволяет упростить не только механическую часть модуля, но и цепь обратной связи, так как разработчику не требуется вводить в конструкцию модуля сепаратные датчики положения и скорости. ВМД могут быль как углового, так и линейного типа. До появ-' -., ления линейных двигателей традиционные электроприводы линейных перемещений включали в себя двигатель углового движения и механическую передачу для преобразования вращательного движения в поступательное (шарико-винтовую передачу, зубчатую рейку, ленточную передачу и т.п.), Основные преимушества мехатронных модулей на базе линейных двигателей по сравнению с традиционными приводами обусловлены исключением многоступенчатого преобразования движения, отсутствием характерных недостатков механических преобразователей (люфт, упругость, силы трения, высокая инерция).
Это позволяет добиться повышения в несколько раз линейной скорости и ускорения, высокой точности реализации движения, повышенной статической и динамической жесткости привода. В табл,1,1 приведены также два примера применения способа ФС-интеграции к элементам управляющей подсистемы модуля В состав мехатронных модулей могут входить интеллектуальные силовые преобразователи (ИСП). Их строят на базе полупроводниковых приборов нового поколения. Типичными представителями згих приборов явзгяются силовые полевгяе транзисторы (МОБРЕТ), :зиполярные транзисторы с изолированным затвором (1ОВТ)„заг|ирземые тиристоры с полевым управлением (МСТ).
Новое поколение приборов отличается высоким быстродействием (например, для транзисторов МОБРЕТ - 100 000 Гц), высокими значениями коммутируемых токов и напряжений (для 1ОВТ предельная сила коммутируемого тока - до 1200 А, предельное коммутируемое напряжение - до 3500 В). Особенность ИСП состоит в том, что они содержат встроенные блоки микроэлектроники, предназначенныс для выполнения интеллектуальных функций - управление движением, зап!ита в аварийных режимах и диагностика неисправностей. Использование ИСП в составе мехатронных модулей позволяет существенно снизить массогабаритные показатели силовых преобразователей, повысить их надежность при эксплуатации, улучшить технико-зкономические показатели.
Использование контроллеров движения с блоками РРОА (Г!е!д РгойгапипаЫе Оа!е Аггауз) [341 позволяет исключить цифроаналоговое преобразование сигналов при компьютерном управле.щи двигателем. На выходе блоков РРОА сразу формируется широтно-модулированный сигнал, который имеет цифровое представление. При этом онн обладают уникальным сочетанием очень высокой производительности (скорость вычислений соизмерима с аппаратными компонентами) с возможностью программирования как обычные микропроцессорные устройства. Обобщая рассмотренные примеры, интересно обратить внимание на то, что точками для ФС-интеграции являются структурные блоки, реализующие функциональные преобразования только дуэльного типа (см.
третий столбец табл.1,1), К этой группе относят информационно-электрический и электро-механический преобразователи, расположенные в прямой цепи функциональной модели мехатронного модуля (рис. 1.б) и электро-информационный и механико-информационный преобразователи в цепи обратной связи. Структурно-конструктивная интеграция (СК вЂ” интеграция) основана на анализе структурной модели мехатронного модуля, которая сформирована на этапе ФС-интеграции. Заданная структура ;Р модуля может быть реализована различными конструктивными ре, шениями.
СК вЂ” интеграция нацеливает разработчика мехатронных 25 модулей на выбор проектных решений, которые обеспечивают ис- "~~' ключение интерфейсов как сепаратных блоков путем встраивания'.::.' их в отдельный корпус. При автоматизированном проектировании принятые решения представляют в виде конструктивной модели' (рис. 1.4). Методическим ключом при поиске вариантов СК вЂ” интеграции является рассмотрение интерфейсных блоков 11-18 в качестве локальных точек, где потенциально возможна СК-интеграция.
Можно рекомендовать при проектировании опираться сразу на несколько точек интеграции. Примеры мехатронных модулей (см. гл.2), основанные на способе СК-интеграции элементов, приведены в табл. 1.2. Представленные решения основаны на анализе структурных моделей меха- тронных модулей, разработанных на предыдущем этапе и традиционного электропривода (рис. 1.7). Таблица 12 СК вЂ” интеграция элементов в мехатронном модуле Функциональные преобразования В аиваемые элементы Мехатронные модули и и/и Основные блоки Инте ейсы двигатель, механическое устрой- ство Электромеханическое Модуль движения и механическое Электромеханическое,механическое и механикоин о мационное двигатель, меха- ническое устрой- ство, дапгик об- ратной связи !4,!7,!В Мехатронный модуль движения Информационное, информационнозлектрическое, электрическое, элекг механическое Управляющий контроллер, силовой преобразователь, двигатель И нтеллектуал ьный мехатронный модуль !1,!2,П,!5,!б Интеграция элементов в мехатронных модулях является ведущей тенденцией при создании современных машин и систем, так как позволяет добиться качественно нового уровня по основным техническим показателям — скорости н точности движения, компактности конструкции и способности машины к быстрой реконфигурации.
Практическое воплощение этой тенденции в машинах сегодняшнего дня зависит от эффективности взаимодействия конструктора, который выдвигает новые интеграционные идеи, и технолога, реализующего предложенные проектные решения в автома- зг тизнрованных технологических процессах. 1.5. Основы методики конструирования мехатронных модулей Под методикой конструирования будем понимать последовагельность, взаимосвязь и взаимообусловленность этапов процесса конструирования мехатронного модуля (28].
Мехатронный модуль, который надлежит сконструировать, определим как часть некоторой мехатронной полсистемы, которая в сво|о очередь является частью более крупной мехатронной системы. Такое деление может считаться достаточно типичным, так как уровень сложности современных мехатронных систем заставляет уже при проектировании разбивать их на более мелкие подсистемы. При этом проектирование разделяют на две стадии — внешнее и внутреннее, Основным содержанием первой стадии проектирования является формулировка задачи, определение "'входов" и "выходов", а также существенных связей данного мехатронного модуля с другими частями мехатронной системы и с внешним окружением. Содержанием второй стадии является разработка принципиальной схемы, выявление наиболее важных технических характеристик модуля, вытекающих из его схемы и назначения, и затем подробная проработка конструкции.
Разрабатываемый мехатронный модуль должен быть достаточно рациональным. Критериями рациональности конструкции будем называть те признаки (оценки), по которым можно судить о рациональности создаваемого мехатронного модуля в ходе конструирования. К таким критериям можно отнести технологичность конструкции, минимизацию массы, минимизацию габаритов (объема), надежность, экономичность и т.
д. Выбор критериев рациональности конструкции зависит от множества взаимосвязанных переменных и прежде всего от данных 1ехнического задания. 1.5.1. Техническое задание При получении технического задания на конструирование нового мехатронного модуля, конструктор прежде всего ищет в задании возможно более полной и строгой формулировки той конечной цели, которая перед ним ставится.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
