Учебное пособие Харьков 014 удк
жүктеу/скачать 23,07 Mb. Pdf көрінісі
|
| Интеллектуальные силовые модули.
Рассмотрим возможные способы интеллектуализации мехатрон- ных модулей и подходы, направленные на интеграцию контроллеров движения и силовых преобразователей. Такое решение целесообраз- но для многомерных мехатронных систем, компоненты которых расположены на значительном удалении друг от друга. В этих слу- чаях реализовать систему управления на базе одного персонального компьютера очень сложно, а иногда и технически невозможно из-за проблем передачи сигналов и данных на большие расстояния. Блок управления каждым модулем в таких системах встраи- вается в корпус преобразователя или даже в клеммную коробку электродвигателя. Такие модули получили название интеллектуаль- ных силовых модулей (ИСМ). Интеллектуальные силовые модули строятся на базе полупро- водниковых приборов нового поколения. Типичными представителя- ми этих приборов являются силовые полевые транзисторы (MOSFET), биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT), запира- емые тиристоры с полевым управлением (МСТ). Новое поколение приборов отличается высоком быстродействием (для транзисторов IGBT частота коммутации составляет до 50 кГц, для транзисторов MOSFET – 100 кГц), высокими значениями коммутируемых токов и напряжений (для IGBT предельное значение коммутируемого тока – 183 до 1200 А, предельное коммутируемое напряжение – до 3500 В), малой мощностью управления. В состав ИСМ входят, кроме традиционных приборов силовой электроники (ключей на базе силовых транзисторов или тиристоров, диодов и др.), элементы микроэлектроники, предназначенные для выполнения интеллектуальных функций: управление движением, защита в аварийных режимах и диагностика неисправностей. Исполь- зование ИСМ в составе приводов мехатронных модулей позволяет существенно снизить массогабаритные показатели силовых преобра- зователей, повысить их надежность при эксплуатации, улучшить технико-экономические показатели. Интеллектуальные сенсоры мехатронных модулей и систем. Создание интеллектуальных сенсоров – объединение функций измерения текущих параметров механического движения, их преоб- разования и компьютерной обработки по заданным алгоритмам в едином информационно-измерительном модуле. С точки зрения структуры речь идет об интеграции сенсорного и компьютерного блоков мехатронного модуля. Интеллектуализация сенсоров позво- ляет добиться более высокой точности измерения, программным путем обеспечив в самом сенсорном модуле фильтрацию шумов, калибровку, линеаризацию характеристик вход/выход, компенсацию перекрестных связей, гистерезиса и дрейфа нуля. В мехатронных модулях сенсоры предназначены для сбора данных о фактическом состоянии элементов движущейся системы (исполнительного привода, механического устройства и рабочего органа), их обработки в реальном времени и передачи сигналов обратной связи в устройство компьютерного управления. Типичными измеряемыми величинами, информация о которых используется при управлении мехатронными модулями и системами, являются: перемещение (линейное или угловое), скорость, ускорение и момент, развиваемый исполнительными двигателями; внешние усилия, действующие на рабочий орган (например, на шпиндель); положение и ориентация рабочего органа в пространстве (например, схвата промышленного робота или щупа контрольно-измерительной машины). Проблема проектирования и технологии производства интел- лектуальных сенсоров (ИС) является сложной научно-технической задачей. Для мехатроники представляют интерес способы интегра- ции ИС в мехатронные модули движения и методы минимизации 184 промежуточных преобразований измеряемой физической величины в цифровой код, пригодный для ввода в устройство компьютерного управления. С точки зрения минимизации промежуточных преобразований одним из наиболее эффективных (и потому очень широко применя- емых в мехатронике) интеллектуальных датчиков обратной связи являются оптические энкодеры (абсолютные и инкрементальные) со встроенными микропроцессорами. Абсолютные энкодеры дают ин- формацию о величине перемещения (линейного или углового) дви- жущегося вала относительно фиксированного нулевого положения. Преимуществами абсолютного энкодера являются надежность изме- рения (даже при временном отключении питания информация датчи- ком не будет потеряна), высокая точность при больших скоростях движения, запоминание нулевого положения (важно при необходи- мости управления реверсивными и аварийными движениями машин). Инкрементальный датчик дает информацию о направлении и вели- чине перемещения в приращениях относительно исходного поло- жения, вполне достаточную для многих практических приложений. Среди отличительных преимуществ современных энкодеров следует выделить: возможность определения, как перемещения, так и скорости движения; высокую точность и низкие шумы при измере- нии; многооборотность; конструктивную компактность и возмож- ность встраивания в мехатронный модуль. Важно подчеркнуть, что абсолютные энкодеры выдают выходной сигнал в кодовой форме, что удобно для компьютерной обработки в реальном времени. Интеллектуализация энкодеров обеспечивается встроенными микропроцессорами, которые выполняют следующие основные функции: кодирование информации датчика, обнаружение ошибок измерения, масштабирование сигнала и передача текущего кода в контроллер движения по стандартному протоколу. Современная тен- денция в создании энкодеров заключается в объединении в едином сенсорном модуле конструктивных элементов (валов, подшипников), кодировочных дисков, фотоэлементов и микропроцессора. жүктеу/скачать 23,07 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|