Учебное пособие Харьков 014 удк
жүктеу/скачать 23,07 Mb. Pdf көрінісі
|
|
4.3 Метод объединения элементов мехатронного модуля Целью метода интеграции является минимизация конструктивной сложности мехатронных модулей путем создания интегрированных мехатронных модулей, реализующих несколько функциональных и структурных преобразований. Эта цель может быть достигнута на третьем этапе проектирования мехатронных систем – этапе струк- турно-конструктивного анализа (см. рис. 4.8). Структуру модуля, которая сформирована на предыдущем этапе, теперь считаем извест- ной. Задача разработки состоит в выборе конструктивных решений, реализуемых заданным набором элементов и связей между ними. Рассматриваемый метод интеграции заключается в аппаратно- конструктивном объединении выбранных элементов и интерфейсов в едином корпусе. Технологической базой для данного метода интегра- ции является гибридная сборка узлов и элементов. Аппаратное и конструктивное объединение элементов в единые модули должно сопровождаться разработкой интегрированного программного обес- печения. Методическим подходом поиска вариантов является рассмот- рение интерфейсных блоков I0-I8 (см. рис. 4.8) в качестве локальных точек, где потенциально возможна интеграция элементов. Для получения высокоинтегрированных модулей при проектировании можно базироваться на несколько интерфейсных точек одновременно. Группы мехатронных модулей, построение которых основано на методе интеграции, приведены в табл. 4.4. 122 Таблица 4.4 Мехатронные модули, построенные методом объединения элементов в едином корпусе Встраиваемые элементы Многофунк- циональные мехатронные модули Функциональные преобразования структурные блоки интер- фейсы Модули движения Электромеханическое и механическое Двигатель, механи- ческое устройство I4 Мехатронные модули движения Электромеханическое, механическое и механико- информационное Двигатель, меха- ническое устройство, датчик обратной связи I4, I7 Интеллектуальные мехатронные модули Информационное, инфор- мационно-электрическое, электрическое, электроме- ханическое, механическое, электроинформационное и механико-информационное УКУ, силовой преобразователь, двигатель, меха- ническое устрой- ство, датчики и устройства обратной связи I0...I8 В корпусе модуля движения объединены исполнительный дви- гатель и механическое устройство, причем вал двигателя является элементом механического преобразователя движения. Модули дви- жения реализуют электромеханическое и механическое функцио- нальные преобразования; их проектирование основано на исключе- нии интерфейса I4. Примерами модулей движения могут служить: мотор-редуктор, мотор-колесо, мотор-шпиндель и мотор-барабан. В состав современ- ных модулей движения помимо двигателей и преобразователей движения входят и другие виды механических устройств – тормоз- ные и люфтовыбирающие механизмы, направляющие и преобразо- ватели движения. Так, мехатронный модуль фирмы Dunkermotoren на базе асинхронного двигателя (см. рис. 1.32) содержит дополнительно тормозное устройство. НТЦ «Редуктор» (Санкт-Петербург) произ- водит мотор-редукторы с планетарно-фрикционными вариаторами скорости. К модулям движения можно отнести также высокообо- ротные мотор-шпиндели, которые получены объединением ротора электродвигателя и вала установки. Мехатронные модули движения являются многофункциональ- ными изделиями, которые выполняют электромеханическое, механи- 123 ческое и механико-информационное преобразования (табл. 4.4). В едином корпусе модуля находятся: двигатель, механическое уст- ройство и датчик обратной связи. Точками структурно-конструк- тивной интеграции этих элементов являются интерфейсы I4 и I7. Главной особенностью современного этапа развития мехатрони- ки является создание принципиально нового поколения модулей – интеллектуальных мехатронных модулей. По сравнению с мехатрон- ными модулями движения в их конструкцию дополнительно встраи- ваются компьютерные устройства и силовые электронные преобразо- ватели, что придает этим модулям интеллектуальные свойства и является их главным отличительным признаком. Интеллектуальные мехатронные модули реализуют все семь функциональных преобразований, представленных на рис. 4.7. В этих модулях структурно-конструктивная интеграция осуществля- ется по всем интерфейсным точкам I0-I8. В общем случае интеллектуальный мехатронный модуль состо- ит из следующих основных элементов: – электро- (или, например, гидро-) двигатель; – механическое устройство; – датчики и устройства обратной связи; – устройство компьютерного управления; – электронный силовой преобразователь; – интерфейс I0 для связи с компьютером верхнего уровня управления, а также внутренние интерфейсы ( I1 – I8). Основными преимуществами применения интеллектуальных мехатронных модулей являются: – способность выполнять сложные движения самостоятельно, без обращения к верхнему уровню управления, что повышает автономность модулей, гибкость и живучесть мехатронных систем; – упрощение коммуникаций между модулями и центральным устройством управления (например, с использованием беспроводных коммуникаций), что позволяет добиваться повышенной помехозащи- щенности мехатронной системы и ее способности к быстрой реконфигурации; – повышение надежности и безопасности мехатронных систем благодаря компьютерной диагностике неисправностей и автома- тической защите в аварийных и нештатных режимах работы; – создание распределенных систем управления с применением компьютерных и сетевых технологий; 124 – использование современных методов управления (программ- ных, адаптивных, интеллектуальных, оптимальных) непосредственно на исполнительном уровне для повышения качества процессов управления в конкретных реализациях; – интеллектуализация силовых преобразователей для защиты модуля в аварийных режимах и диагностики неисправностей; – интеллектуализация сенсоров для мехатронных модулей позволяет добиться более высокой точности измерения, программ- ным путем обеспечив в самом сенсорном модуле фильтрацию шу- мов, калибровку, линеаризацию характеристик вход/выход, компен- сацию перекрестных связей, гистерезиса и дрейфа нуля. Встраивание интеллектуальных устройств непосредственно в мехатронный модуль порождает и ряд ограничений. К ним следует отнести сложность модернизации, увеличение массогабаритных показателей модуля движения по сравнению с приводами, где управляющие и электронные устройства расположены отдельно. На рис. 4.9 представлен интеллектуальный мехатронный мо- дуль, на примере модуля «Simodrive Posmo SI» фирмы Siemens. Отличительной чертой этого модуля является то, что силовой преобразователь и управляющее устройство конструктивно объеди- нены с двигателем. С помощью штекерной техники осуществляется подключение цифровых входов и диагностических сигналов, а также электрическая связь между двигателем и силовым преобразователем. Связь с центральным устройством управления и другими модулями организуется через стандартную шину «PROFIBUS». Рис. 4.9. Мехатронный модуль фирмы Siemens |