System mechatroniczny-jest to zamknięty układ sterowania zbudowany z: systemu mechanicznego, sensorów, procesora, aktuatora.
Sensor-mogą być postrzegane jako filtr, który wydobywa część z ogólnie dostępnej informacji i przetwarzają w ilościowy pomiar,
Klasyfikacja sensorów: ze względu na zasadę działania, ze względu na mierzoną wielkość, ze względu na źródło energii sygnału pomiarowego. Parametry czujników:zakres pomiarowy, rozdzielczość, liniowość, pasmo pomiarowe, czułość, wrażliwość, błąd, dokładność, precyzja. Rodzaje sensorów: Pomiar drogi i kąta: metoda potencjometryczna (nieskończenie duża rozdzielczość, niewrażliwe na temp., mała trwałość); czujnik indukcyjne (liniowa charakterystyka przy zastosowaniu układu różnicowego); czujnik ultradźwiękowy ( wysyła krótkie impulsy, a następnie mierzy czas do momentu w którym odbierze odbity sygnał); sensory absolutne (przetwarzają bezpośrednio drogę w sygnał cyfrowy); sensory inkrementacyjne (zliczające impulsy); pojemnościowa metoda pomiaru (na zasadzie zmiany odległości między okładkami kondensatora, na zasadzie zmiany przenikalności, na zasadzie zmiany powierzchni); Do pomiaru prędkości: prądnice tachometryczne; pośrednio z wykorzystaniem czujników przesunięcia; Czujniki siły i momentu: tensometr (jest to czujnik rezystancyjny wykonany z odpowiednio ukształtowanej wytrawionej folii metalowej naniesionej na izolacyjne podłoże i naklejone na obiekt w którym naprężenia mają być mierzone); belka do pomiaru sił ( jest to belka na której znajduję się kilka tensometrów).
AKTUATOR: to urządzenie wykonawcze, które na podstawie sygnału sterującego odpowiednio steruje urządzeniem mechanicznym. Przetworniki energii: zmiana energii translacyjnej(liniowej) na translacyjną; translacyjnej na rotacyjną, rotacyjnej na rotacyjną, elektryczna na mechaniczną translacyjną, elektryczna na mechaniczną rotacyjną, energia płynów(hydrauliczna) na translacyjną lub rotacyjną.
Aktuatory płynowe (hydrauliczne/pneumatyczne) – urządzenia nastawcze które wykorzystują ciekłe lub gazowe nośniki energii:
-hydrauliczne (duża moc, duży moment, ciśnienie do 420 Bar, ruch strumienia do 5 m/s, niewielkie straty przeciekowe, mała ściśliwość cieczy, dobre sterowanie prędkością, mała prędkość działania, b. duża gęstość mocy, ruch tłoku roboczego 0,15 m/s, duża zdolność do regulacji siły i momentu, oddawanie płynu do specjalnego pojemnika)
-pneumatyczny (mała moc, mały moment, szybkie działanie, ruch strumienia płynu do 40 m/s, słaba regulacja prędkości, dobra regulacja siły i momentu, ruch tłoku roboczego do 1,5 m/s, mała gęstość mocy, duża ściśliwość płynu, duże straty przeciekowe, oddawanie płynu do otoczenia).
Aktuatory elektormagnetyczne o ruchu liniowym:
Elektromechaniczne układy nieliniowe:
Rodzaj energii
D
M
energia
koenergia
Kinetyczna
v
p
Wk=0pvdp
Tk=0vpdv
Potencjalna
F
x
Wp=0xFdx
Tp=0FxdF
Magnetyczna
i
Ψ
Wm=0ΨidΨ
Tm=0iΨdi
Elektryczna
u
Q
We=0qudq
Te=0uQdu
Elektromechaniczne układy liniowe:
M=K*D
Energia= koenergii
p=mv
Wk=Tk=12P^2m
x=kF
Wk=Tk=12x^2k
Ψ=Li
Wk=Tk=12 Ψi
Q=Cu
Wk=Tk=12Q^2C
Aktuatory DC: akuator nurnikowy. akuator dźwigowy, akuator podkowiasty, akuator klapkowy; aktuatory AC: akuator typu E, akuator typu C, akuator z nurem kotwicowym
Silnik krokowy: przekształcają ciąg impulsów elektrycznych zasilających uzwojenie stojana na ciąg krków, pełny obrót zależy od liczby impulsów podanych na stojan, szybkość obrotu zależy od częstotliwości podawania impulsów. Gdy silnik osiągnie swoje położenie to w celu stabilizacji jedno z uzwojeń jest cały czas zasilane wyłączenie prądem trzymającym(mniejszym od znamionowego) wytwarzającym moment trzymający. Zastosowanie: zarówno liniowe i nieliniowe w układach precyzyjnego pozycjonowania. Klasyfikacja: reluktancyjne(wytwarzające moment reluktancyjny, wirnik wykonany z ferromagnetyka); z magnesem trwałym(moment synchroniczny); hybrydowe(oba momenty). Sposoby zwiększania rozdzielczości: zwiększenie liczby uzwojeń stojana, zwiększenie ilości zębów wirnika, zastosowanie sterowania półkrokowego, stosowanie biegunów uzębionych(najlepszy sposób). Aktuator piezoelektryczny: jest to zjawisko fizyczne polegające na mechanicznej deformacji kryształu pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego.
Mikrosilnik elektrostatyczny: po zasileniu jednej sekcji elektrod stojana wirnik dąży do osiągnięcia położenia równowagi stabilnej. Jest to położenie, w którym część biegunów stojana i wirnika pokrywają się. Pomiędzy zasilaną elektrodą stojana, a najbliższym nie zasilonym zębem wirnika wytwarza się pole elektryczne. W orzasze szczeliny powietrznej bezpośrednio przy zasilonej elektrodzie stojana gromadzą się ładunki ujemne, natomiast w orzasze przy nie zasilonym zębie wirnika gromadzą się ładunki dodatnie odpychane przez dodatni potencjał stojana. Uzyskujemy kondensator, w którym dielektrykiem jest powietrze. Jeśli elektrody stojana są przełączone w odpowiedniej kolejności powstaje maszyna bazująca na układzie ładowanych i rozładowywanych pojemności.
Energia i koenergia magnetyczna i elektryczna Siła – obliczanie itp. Aktuatory liniowe prądu zmiennego i stałego – budowa, charakterystyki, zasada działania itp. Silniki krokowe – budowa, zasada działania.
1. Podstawy mechatroniki - istota mechatroniki. - definicja, rozwój i cele mechatroniki - podstawowe cechy i struktury urządzeń mechatronicznych; przykłady prostych urządzeń mechatronicznych, - systemy mechatroniczne. 2. Elementy mechatroniki – sensory. - rola sensora w systemie mechatronicznym - mechaniczne wielkości pomiarowe i klasyfikacja urządzeń sensorycznych - rodzaje sensorów 3. Elementy mechatroniki – aktuatory. - rola aktuatorów w urządzeniach mechatronicznych - klasyfikacja i zasada działania aktuatorów 4. Aktuatory hydrauliczne i pneumatyc...
matachari