Учебное пособие Харьков 014 удк
Метод переноса функциональной нагрузки
жүктеу/скачать 23,07 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Электроника Информатика
| 4.4 Метод переноса функциональной нагрузки
на интеллектуальные устройства На этапе проектирования осуществляется распределение функ- ций между структурными элементами мехатронной системы. Совре- менная тенденция при построении машин заключается в переносе функциональной нагрузки от механических узлов к интеллек- туальным (электронным, компьютерным и информационным) компо- нентам, относительно дешевым и легко перепрограммируемым под новую задачу. Использование данного метода интеграции позволяет минимизировать механическую сложность мехатронной системы. На рис. 4.10 представлен график показывающий динамику этого процесса в производственных машинах за последние десятилетия. Анализ показывает, что еще в начале 90-х годов XX века подав- ляющее большинство функций машины (более 70%) реализовы- валось механическим путем. Однако современные механические устройства все чаще становятся узким местом в сложных машинах. Это объясняется их недостаточной функциональной гибкостью, наличием трения, люфтов и упругостей в передачах, относительно высокой стоимостью изготовления. Механика Объем вып олняемых функций , % 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1970 1980 1990 2000 2010 Электроника Информатика Рис. 4.10. Распределение функциональной нагрузки в производственных машинах Поэтому в последующие десятилетия происходило постепенное вытеснение механических узлов сначала электронными, а затем и компьютерными блоками. В мехатронных системах упрощаются 126 механические решения, но используются сложные интеллектуальные системы управления. В настоящее время объем функций (а соот- ветственно и стоимость) распределен между механическими, элект- ронными и компьютерными компонентами практически равномерно. При этом доля компьютерной части возрастает, и есть все основания прогнозировать сохранение этой тенденции на будущее. Мехатронный подход предполагает не дополнение, а замещение функций, традиционно выполняемых механическими элементами системы, электронными и компьютерными блоками. Если одна и та же функция может быть реализована устройствами различной физи- ческой природы, то при разработке системы необходимо учитывать технологические и организационно-экономические критерии. Метод электронной редукции, является примером, когда управ- ляемый исполнительный механизм отслеживает движение задаю- щего устройства (рис. 4.11). Этот метод является аналогом способа копирующего управления, широко используемого для дистанционно управляемых роботов и манипуляторов. Рис. 4.11. Система управления движением на основе метода электронной редукции Для количественного анализа и оценки мехатронных модулей и систем вводят специальную меру – показатель распределения функ- циональной нагрузки. Этот показатель позволяет оценить объем функциональной нагрузки, которую несет каждый из структурных 127 элементов или блоков в исследуемой системе. Чем выше значение данного показателя, тем большее влияние оказывает данный элемент на качество системы в целом, т. е. ее стоимость, надежность и другие комплексные характеристики. Показатель распределения функцио- нальной нагрузки определяет важность структурной единицы (эле- мента, группы элементов, подсистемы) на основе наличия и числа ее связей с другими элементами системы. Чем выше ранг данного узла, тем большую функциональную нагрузку он несет, и тем сущест- веннее влияет на качество системы в целом. Этот показатель рассчитывается по алгоритму вычисления рангов структурных элементов и анализу распределения функцио- нальной нагрузки внутри системы, разработанному на основе теории графов и матриц. В работах Ю.В. Подураева методика расчета показателя расп- ределенной функциональной нагрузки рассматривалась на примере трех вариантов системы управления робота «PUMA» (результаты расчета приведены в табл. 4.5). Структура исследуемой системы включала в себя как управляющую подсистему, так и электроме- ханическую часть (электродвигатель и фотоимпульсные датчики обратной связи), неизменной при выполнении анализа. В табл. 4.5 приведены средние значения показателя распреде- ленной функциональной нагрузки для группы элементов, содержа- щих компьютерные и электронные компоненты. Таблица 4.5 Распределение функциональной нагрузки между элементами компьютерной и электронной группы Структурные варианты подсистемы управления Средний показатель распр. функц. нагрузки, % Традиционная структура (первый уровень интеграции) 7,6 Структура второго уровня интеграции 12,4 Структура третьего уровня интеграции 21,3 Из табл. 4.5, следует что рассматриваемый показатель для структуры третьего уровня интеграции (с подсистемой управления на основе контроллеров движения) почти в 3 раза выше, чем в случае традиционного варианта. Таким образом, оценка функционально-структурной интеграции и показатель распределения функциональной нагрузки – в сово- купности позволяют на этапе проектирования оценивать уровень 128 структурных решений. Эти показатели не учитывают всех особен- ностей мехатронной системы, но дают возможность анализировать общесистемные структурные характеристики жүктеу/скачать 23,07 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|