Учебное пособие Харьков 014 удк
жүктеу/скачать 23,07 Mb. Pdf көрінісі
|
| Глава
1 ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МЕХАТРОНИКИ. МЕХАТРОНИКА И ЭЛЕКТРОПРИВОД Термин «мехатроника» появился в 1969 г. в Японии, где активно проводилась разработка прецизионных электроприводов для станков с программным управлением и отрабатывающих центров. Автор термина, Тецуро Мориа (Tetsuro Moria) – старший инженер компании «YASKAWA ELECTRIC». Этот термин был им введен для обозначения осуществлявших приведение в движение рабочих органов машин и агрегатов, электромеханических устройств с элект- родвигателями, управляемыми электронными полупроводниковыми преобразователями и представлял комбинацию слов «механика» и «электроника». В СССР, Германии и в некоторых других странах устройства преобразования электрической энергии в механическую для приве- дения в движение рабочих органов (исполнительных механизмов), начиная с 30-х годов прошлого столетия получили название «электрический привод». Этот термин в Японии и США не был распространен, что обусловило введение для характеристики данного класса устройств нового определения. Первоначально термин «мехатроника» был зарегистрирован как торговый знак. Технические успехи Японии в области электроники, станкостроения и создании роботов обусловили достаточно широкое распространение этого термина, в том числе в США, и компания впоследствии отказалась от использования его как товарного знака. Из иностранных источников термин «мехатроника» пришел и утвердился в европейских странах и СССР. С методической точки зрения целесообразно уяснить сходство и отличия системы электропривода в традиционном понимании и мехатронной системы. С этой целью рассмотрим функциональные схемы электропривода и мехатронной системы (рис. 1.1). Уясним общие признаки и различие системы электропривода в традиционном понимании и мехатронной системы, исходя из их функциональных схем. На рис. 1.1а представлена схема электропривода, который по определению является электромеханической системой, предназна- ченной для преобразования электрической энергии в механическую и 6 управления движением в соответствии с требованиями технологичес- кого процесса. а б Рис. 1.1. Функциональные схемы: а – система электропривода; б – мехатронная система Электрический привод состоит из следующих элементов: – электродвигательного устройства (ЭДУ), предназначенного для преобразования электрической энергии в механическую. Роль ЭДУ обычно выполняют различного вида электродвигатели; – силового преобразовательного устройства (СПУ), предназна- ченного для преобразования параметров электрической энергии: напряжения, тока, частоты, источника электрической энергии (ИЭЭ) к значениям, необходимым для питания ЭДУ. В современных элект- роприводах СПУ выполняют на базе полупроводниковых приборов – тиристорах и транзисторах различных типов; – передаточного механизма (ПМ), осуществляющего преобра- зование параметров механической энергии ЭДУ к заданному виду (вращательное, поступательное) и требуемым значениям (крутящего 7 момента, силы, частоты вращения, скорости), необходимым для функционирования рабочего органа (исполнительного механизма) машины или агрегата; – датчиков параметров (координат) Д1-Д3, характеризующих текущее состояние ЭП, информация о которых используется для формирования обратных связей, необходимых для управления дви- жением в соответствии с технологическими и техническими требова- ниями. Координатами являются токи и напряжения СПУ и ЭДУ, движущие и упругие моменты, скорость, угловое и линейное перемещения и др.; – управляющего устройства (УУ), которое на основании задающего сигнала U з и сигналов от датчиков обратных связей вырабатывает необходимый сигнал управления, подаваемый на силовое преобразовательное устройство. Управляющие устройства в своем развитии прошли путь от релейных, ламповых, транзисторных схем усиления и логики, регуляторов на операционных усилителях до современных компьютерных устройств – микропроцессоров. Сигнал задания поступает от оператора, программного блока либо от компьютеризированной системы более высокого уровня иерархии, контролирующего ход технологического процесса в целом. В ГОСТах СССР электропривод определялся как «устройство». Рабочий орган (исполнительный механизм) и источник электричес- кой энергии в его состав не включались. Однако создание электропривода, исследование динамических и установившихся режимов, синтез системы ЭП, обеспечивающей требуемые показатели регулирования, невозможен без знания стати- ческих и динамических характеристик нагрузки. При питании от источника электрической энергии ограниченной мощности следует учитывать и его параметры. Поэтому на практике система ЭП рассматривалась как единая электромеханическая система, включа- ющая в свой состав вышеуказанные компоненты. Это нашло отраже- ние в более поздних определениях ЭП как электромеханической системы. Рассмотрим функциональную схему мехатронной системы, представленной на рис. 1.1, б. В данной схеме: – микропроцессор выполняет роль управляющего устройства, формируя на выходе в цифровой форме сигнал управления, исходя из поступающих к нему сигнала задания от «системы управления и 8 индикации» и сигналов от датчиков информации через входные преобразователи; – датчики информации фиксируют текущие значения координат движения исполнительного механизма в виде электрических сигналов; – входные преобразователи преобразуют значения электричес- ких сигналов к виду, воспринимаемому микропроцессором, т. е. к цифровой форме; – выходные преобразователи преобразуют цифровое значение выходного сигнала микропроцессора в электрический сигнал управ- ления мехатронным модулем; – мехатронный модуль обеспечивает преобразование электри- ческой энергии источника питания в механическую с значениями крутящего момента и скорости, необходимыми для работы испол- нительного механизма; В данной схеме отсутствует источник электрической энергии, что может быть объяснимо для автономных роботов, если полагать, что он входит в состав мехатронного модуля. Однако для мехатрон- ных систем промышленных роботов и станков с ЧПУ роль источника выполняет электрическая сеть, т. е. предполагается, что, как и в электроприводе он не входит в состав мехатронной системы. Укажем на общие признаки и отличия рассматриваемых систем электропривода и мехатронной системы. Главным общим признаком обеих систем является то, что они являются электромеханическими системами и их задачей является преобразование электрической энергии в механическую и управле- ние движением рабочего органа (исполнительного механизма) в соответствии с требованиями технологического процесса. Это зна- чит, что и мехатронные системы, и электропривод относятся к жүктеу/скачать 23,07 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|