Problemy mechatronicznego

podejścia

do projektowania

Podnośniki z odmiennymi

sposobami realizacji ruchu

Rozwiązanie a:

• konstrukcja zwarta

• duży zasięg

• współrzędne zadania – xy

• współrzędne sterowania (napędów) – r q

Rozwiązanie b:

• konstrukcja duża

• mały zasięg

• współrzędne zadania – xy

• współrzędne sterowania

(napędów) – xy

Podnośniki – współrzędne

zadania i sterowania

Rozwiązanie a:

• współrzędne zadania – xy

• współrzędne sterowania (napędów) – r q

• Trudne sterowanie

Rozwiązanie b:

• współrzędne zadania – xy

• współrzędne sterowania

(napędów) – xy

• Łatwe sterowanie

Po zróżniczkowaniu powyższego otrzymamy:

),(

),(

ry

rx

y

x

rx

r

y

x

r

x

y

x

Zależność pomiędzy współrzędnymi napędów (r, q), a współrzędnymi

procesu (x, y) można przedstawić związkami

gdzie: J(F) jest tzw. jakobianem.

Odwracając powyższe równanie

otrzymamy:

F

rJy

x )(

F

y

xJr )(1

Mechatroniczne sterowanie ruchem

podnośnika

Mechatroniczne sterowanie

centralne

Porównanie układu

mechatronicznego z tradycyjnym

Równiarka - maszyna do

niwelacji gruntu

Równiarka - maszyna do

niwelacji gruntu

Równiarka - maszyna do

niwelacji gruntu

Równiarka – współrzędne procesu i

sterowaniaWspółrzędne zadania (procesu) – pozycjonowanie i orientowanie

lemiesza w przestrzeni:

- kartezjańskie - xyz, ax ay az

Współrzędne sterowania napędów:

- długości siłowników: l1, l2, l3, l4, l5, a6

Związki pomiędzy ruchami maszyny, a przestrzenią zadania można

sformułować w postaci:

),,,,,(

),,,,,(

),,,,,(

),,,,,(

),,,,,(

),,,,,(

654321

654321

654321

654321

654321

654321

aa

aa

aa

a

a

a

a

a

a

lllll

lllll

lllll

lllllz

llllly

lllllx

z

y

x

z

y

x

z

y

x

Równiarka – rozwiązanie

kompletne

Maszyna do równania zwisów

skalnych w kopalniach

Nawijarka przędzy

Nawijarka przędzy

Pułapka na myszy - czy

mechatronizacja ma zawsze sens?

Pułapka na myszy –

mechatroniczno - ekologiczna

Cechy systemów projektowanych

konwencjonalnie i mechatronicznie

Cechy systemów projektowanych

konwencjonalnie i mechatronicznie

Przykład realizacji systemu konwencjonalnie

i mechatronicznie – samochód osobowy

Projektowanie Konwencjonalne

1. Mechaniczny podwójny gaźnik

2. Mechanicznie sterowana pompa

wtryskowa zawory wtryskowe

3. Wiele kabli

4. Napęd pasowy urządzeń pomocniczych

5. Mechaniczny pedał gazu

6. Ręczne (nożne) sterowanie samochodem

podczas poślizgu kół

7. Monitorowanie gazów wydechowych

podczas przeglądu w warsztacie

8. Stałe programy dla automatycznej skrzyni

Projektowanie Mechatroniczne

1. Wtrysk elektroniczny

2. Pompa wysokociśnieniowa i magnetyczne

zawory wtryskowe (common rail)

3. Magistrala kablowa

4. Zdecentralizowany napęd urządzeń

pomocniczych

5. Elektroniczne, nieliniowe sterowanie

przepustnicą

6. Sprzężeniowo zwrotne sterowanie kątem

podczas poślizgu kół przez

obserwatora stanu poślizgu i

zróżnicowane hamowanie (ABS)

7. Natychmiastowe wykrywanie złego spalania

przez pomiar szybkości wału

korbowego (sonda lambda)

8. Adaptacja automatycznej skrzyni biegów do

biegów konkretnego kierowcy

Ogólny schemat urządzenia

mechatronicznego

Projektowanie mechatroniczne

• pokazuje jak integrować urządzenia

mechaniczne ze sterowanie komputerowym

• zajmuje się badaniem i rozwojem nowych

systemów mechaniczno-elektronicznych

cechujących się pewnym stopniem inteligencji –

możliwość rozstrzygania

• uczy projektowanie zespołowego.

Zastosowania urządzeń

mechatronicznych

- zastępowanie konwencjonalnych urządzeń

mechanicznych,

- dołączanie elektronicznych urządzeń

sterowniczych do maszyn

konwencjonalnych,

- tworzenie nowych rozwiązań układów

mechatronicznych,

Projektowanie urządzeń

mechatronicznych

Klasyczny sposób projektowania – szeregowy.

Projektowanie w ujęciu mechatronicznym –

zespołowe, równoległe.

Projektowanie mechatroniczne –

obszar zastosowania

• produkty techniczne (zegarki, komputery, telefony, agd, rtv, samochody, samoloty, ...)

• urządzenie wytwórcze (obrabiarki numeryczne, roboty, systemy wytwórcze, systemy magazynowe,...)

• zespoły i elementy maszyn (sensory, silniki, elektryczne, elementy pomiarowe, wyświetlacze,...)

Powody stosowania Mechatroniki w

maszynach

1) Poszerzenie charakterystyk (konstrukcja mech. bez zmian – nowe sterowanie – lepsza wydajność dokładność, szybkość, elastyczność, niezawodność – np. silnik samochodowy)

2) Uproszczenie złożonych mechanizmów (modułowy układ mechatron. zastępuje kilka złożonych mechanizmów - np. obrabiarka numeryczna, maszyny offsetowe drukarskie,...)

3) Inowacyjność (możliwość tworzenia układów, które bez elektroniki byłyby niemożliwe –układy analizy wizji, sztuczna inteligencja ...)

Pozatechniczna rola Mechatroniki

• Moda – jako przyczyna rozwoju mechatroniki

• Rozwój potrzeb konsumenckich – wideo, kamery, pralki

automatyczne, ...

• Konkurencja na rynku – potrzeba ciągle nowych

produktów