تبلیغات
برق و الکترونیک - مکاترونیک و بیومکاترونیکMechatronic&Biomechatronic2

مکاترونیک و بیومکاترونیکMechatronic&Biomechatronic2

تاریخ:چهارشنبه 9 شهریور 1390-08:49 ب.ظ

این مطلب حاصل تلاش یکی از دانشجویان خوبم به نام آقای مهدی نجفی است که تقدیم دوستداران مکاترونیک و بیومکاترونیک می کنم: ایمان سریری

مکاترونیک و بیومکاترونیک2

جدول زیر خلاصه ای از تبدیل یک سیستم میکانیکی به یک سیستم مکاترونیکی میباشد :

ردیف

سیستم مکانیکی

سیستم مکاترونیکی

1

حجیم و بزرگ

قطعه ی کوچک و جمع و جور

2

مکانیزم پیچیده

مکانیزم ساده

3

مشکلات ارتباطی کابلها

پورتها و یا اتصال بی سیم

4

سیستمهای متصل به سیستم

کنترل داخلی سیستمهای متصل به سیستم مکاترونیکی

5

قطعات سخت و غیر قابل انعطاف

قطعات قابل انعطاف با فید بک الکترونیکی

6

کنترل آنالوگ خطی feed forward

کنترل دیجیتال غیر خطی با فید بک

7

تنظیم دقیق با تلرانس کم

تنظیم دقیق از طریق اندازه گیری و کنترل فیدبک

8

کمیتهای غیر قابل اندازه گیری

کمیتهای غیر قابل اندازه گیری با کنترل و تخمین

9

مونیتورینگ ساده

مونیتورینگ به همراه نظارت و عیب یابی

10

امکانات ثابت

امکانات با قابلیت یادگیری

13

1-5- سیستمهای پردازش اطلاعات و کنترل :

معمولا کنترل سیستمهای میکانیکی از طریق تغییرات محرکها قابل اجراست تغییراتی از قبیل (سرعت ،حالت،چرخش ، نیرو ،جریان ،و ولتاژ)

و بطور مستقیم خروجی این سیستمها (سرعت ،شتاب،حالت،نیرو و جریان است .

معماری سطوح مختلف کنترل:

·        سطح اول : low level control   یا  (سیستمهای با فیدبک ،فیدفوروارد ،تثبیت وخطی سازی )

·        سطح دوم : high level control       یا   (  سیستمهای با کنترل پیشرفته و فیدبک)

·        سطح سوم: supervision               یا    (شامل سیستمهای نظارتی)

·        سطح چهارم: optimization, coordination (of processes)      یا (بهبود دادن و هماهنگ کننده)

·        سطح پنجم: general process management      یا  فرایند  مدیریت عمومی

اخیرا در سیستمهای مکاترونیکی از سطوح پایینتر پردازش سیگنال استفاده میشود .یعنی کنترل بوسیله damping یا نظارت ساده

بهرحال سیگنالهای دیجیتالی میتوانند وظایفی همچون کنترل تطبیقی، نظارت با عیب یابی ، تصمیم برای تعمیر قطعه و هر عمل دیگر را بعهده بگیرند  سیستمهای پردازش اطلاعات در سطوح بالا به عنوان مدیریت فرایند شناخته میشوند .

1-5-1 پردازش سیگنال :

متدهای توصیف شده بطور ناقص میتواند کمیتهای غیر قابل اندازه گیری را که دوباره بوسیله توابع ریاضی نوسازی شده را اجرا نماید . بهرحال این امکان وجود دارد که نرخ دمپینگ کنترل شود و یا تنش مواد در برابر گرما ،لغزش کنترل شوند و یا کمیتهایی مانند مقاومت ،ظرفیت الکتریکی ، دمای بین اجزاء ، مستهلک شدن و فرسوده شدن نظارت شود. این پردازش سیگنال نیاز به یک فیلتر ویژه برای تشخیص و فرکانس لرزش و کمیتهای مشتق شده و همگرا شده دارد .

14

1-5-2 مدل و سیستمهای کنترلی تطبیقی

اطلاعات پردازش شده دست کم در سطوح پایین پرازش قرار دارند و با الگوریتم ساده و مدل ریاضی تحت شرایط real time قابل اجراست . این الگوریتم ها دارای پارامترهای قابل تنظیم میباشند که میتوانند با رفتارها دینامیکیو استاتیکی یک فرایند تطبیق داده شوند. در نقطه ی مقابل تنظیم دستی و سعی و خطا مدل ریاضی جهت تنظیم دقیق و سریع و اتوماتیک وجود دارد.

مدلهای ریاضی میتوانند با تخمین پارامترها و یا تعریف و شناسائی آنها بدست بیایند . که این پارامترها از سیگنالها ورودی و خروجی بدست میایند . این متد تنها برای سیستمهای خطی قابل اجرا نیست بلکه جهت سیستمهای غیر خطی نیز قابل اجراست .

1-5-3 نظارت و عیب یابی :

با افزایش قابلیتها و توابع اتوماتیک ، شامل اجزاء الکترونیکی (سنسورها و محرکها) ، افزایش پیچیدگیها ، افزایش مطالبات بصورت ایمن و واقعی ، یکپارچگی نظارت و عیب یابی سیستم بسیار بسیار مهم میشود این یک خصیصه- ی با اهمیت طبیعی در سیستمهای مکاترونیکی هوشمند میباشد این فرایند توسط شبیه سازی توسط نرم افزار های خاص قابل اجرا است و همچنین از طریق فیدبکهای سنسورها از قطعات مختلف درمناطق مختلف که به قطعات مکانیکی متصل میباشند این نظارت امکان پذیر میشود .این نظارت در سیستمهای مکاترونیکی بستگی به نوع سیستم متفاوت است . 

در شکل بالا میبینید که فرایند ها بوسیله اشکالها  متاثر شده اند . نویزها و عیوب میتواند یک خروجی غیر واقعی و انحراف ناخواسته در سیستم ایجاد نماید . نویز های خارجی در برخورد و تغذیه و الودگی میتواند بوجودآید . و نویزها و عیوب داخلی از سنسورها ، استهلاک و فرسودگی و خشک شدن روغنکاریها بوجود میایند .

راه کلاسیک و عمومی برای عیب یابی اندازه گیری کمیتها میباشد  . بهر حال عیب های ابتدائی در اکثر مواقع قابل تشخیص است و لی عیبهای پیشرفته با این راهها قابل تشخیص نمیباشند . مدل تشخیص عیوب و متدهای عیب یابی در سالهای اخیر پیشرفت کرده است.

16

1-6   واسطه های سیستم -  ابزارآلات و سیستم های کنترلی

فرایند جمع اوری اطلاعات از اندازه گیری کمیتهای فیزیکی،  بوسیله ی سنسورها آغاز میشود . سنسورها قادر به تولید بعضی سیگنالها میباشند که عموما این سیگنالها به صورت ولتاژآنالوگ و یا موجی شکل هستند .این سیگنال آنالوگ به یک مبدل انالوگ به دیجیتال فرستاده میشود که خروجی این مبدل نشان دهنده ی مقدار دسیمال و هگزادسیمال به صورتی است که میکروکنترلر قادر به خواندن ان میباشد .میکروکنترلر دارای حافظه ی داخلی و دیگر قطعات در دسترس است .در میکرو کنترلر برنامه از این سیگنالها با سیگنالهای ورودی دیگر جهت کالیبر کردن سیگنل خروجی و تشخیص دستور استفاده میشود . همانطور که ورودی انالوگ برای میکرو قابل خواندن و تبدیل به دیجیتال میباشد . سیگنالهای خروجی میکرو که بصورت دیجیتال هستند نیزجهت اجرای دستورات از طریق مبدلهای دیجیتال به آنالوگ به محرکها  داده میشوند . سیگنالهای آنالوگی برای تاثیر بر محیط و تاثیر بر اجزاء میکانیکی استفاده میشوند . سنسورها دوباره این تحرکات و تاثیرها را به شکل سیگنال آنالوگ به مبدلها و بعد به میکرو میرود تا حلقه ی فیدبک کامل شود زمان این فرایند به وسیله ی یک clockpulse    درونی سنکرون میشود 

-6-1 مثال خانگی و یا دفترکار از یک سیستم مکاترونیکی

سیستم گرمایش و یا سرمایش عمومی یک ساختمان میتواند مثالی از یک  سیستم مکاترونیکی باشد . سیستمهای ساده ی گرمایی و یا سرما زا از یک سنسور بیمتال جهت اندازه ی دما استفاده میکند و پس از آنکه دما به حد دلخواه رسید با قطع یا وصل کردن مدار دما را بالا و یا  پایین میآورند . در سیستمهای پیشرفته و مدرن از همین روش و متد استفاده میکنند بعلاوه ی یک پردازشگر اطلاعات جهت کنترل محیط .،سنسور دما حرارت محیط را اندازه میگیرد  و به سیگنالی تبدیل میکند (شکل زیر )بعد از تبدیل این سیگنال به دیجیتال میکرو از دمای به صورت دیجیتال استفاده میکند  و بعد از دریافت سیگنال دما از طریق میکرو به طور 24 ساعته ، ویا هر وقت که مصرف کننده بخواهد کنترل میشود.

                                  

1-6-2 سیگنالهای ورودی و خروجی  در سیستمهای مکاترونیکی

·        سیگنال خروجی سنسور ها / مبدلها

خروجی سنسورها معمولا آنالوگ است یک سیگنال ساده شده آنالوگ ،سیگنال ولتاژ است هر چند خطی نباشد . دومین سیگنال مدولاسیون عرض پالس یا PWM است که بیشتر توضیح داده خواهد شد . سومین نوع سیگنالها موجی شکل است  این سیگنالها معمولا به شکل مدولاسیون دامنه و یا فرکانسی میباشند و یا هر دو میباشند . این تغییرات به عنوان تغییرات حالت است که میتواند نشان داده شود .

سنسورهایی هم وجود دارد که خروجی آنالوگ ندارند بعضی از این سنسورها خروجی به صورت موج مربعی دارند که مستقیما به میکرو متصل هستند با استفاده از استاندارد  ارتباطی ( EIA 232  )   موج مربعی نشانگر یک مقدار باینری است بهر حال امکان دارد که یک سنسور به صورت on board   دارای مبدل آنالوگ به دیجیتال نیز باشد .

 

مشخصات فیزیکی یک سیستم مکاترونیکی :

           در طراحی یک سیستم مکاترونیکی باید به نکاتی توجه شود همانطور که میدانیم در یک سیستم مکاترونیکی قسمتهای مختلفی با یکدیگی در ارتباط هستند (اجزاء میکانیکی، اجزاء الکترونیکی ، میکرو پروسسورها و میکروکنترلرها و محرکها و سنسورها ) برای اینکه تمامی این اجزاء در یک سیستم بتواند به طور ایده آل کار کنند باید از نظر فیزیکی طراحی مناسبی صورت گیرد .این طراحی بر اساس اندازه ی انسان و فضای در دسترس او ،قدرت زیاد وسایل و متعلقات مورد استفاده در آن و ... صورت میگیرد . استفاده از ابر رساناها و هادیهای مناسب و ابزارالات مغناطیسی قدرتمند میتواند جایگزین محرکهای هیدرولیکی و پنوماتیکی با سرور موتور ها و دیگر ابزار آلات الکترومغناطیسی گردد .

29

در مقیاس مواد مورد استفاده و میکروالکترومیکانیک ها بوجود آمدن محرکهای قابل شارژ الکتریکی ، محرکهای پیزو الکتریک، محرک های فرو الکتریک گامی بلند را در تولید و طراحی سیستم های مکاترونیکی برداشته  است . در حالی که ابزارآلات الکترو میکانیک جدید در سیستمها مورد استفاده قرار میگیرند هنوز قوانین نیوتن و ماکسول استفاده میشود . استفاده از قوانین ؛ کیرشهف ، معماری اجسام دارای اینرسی ، و قانون الکترو مغناطیس برای اجزاء و قطعات دارای شار مغناطیسی کافی است .

معادلات بنیادی حرکتی برای اجسام فیزیکی قسمتی از معادلات دیفرانسیل می باشد که رفتار دینامیکی اجسام با زمان تشریح مینماید . سلسله حرکات ، الاستیک اجسام ، انرژی جنبشی و فلو داخل و اطراف اجسام بعلاوه نیروی الکتریکی و مغناطیسی با اطلاعات زودگذر . بیشتر دستگاههای الکترومکانیکی را میتوان بوسیله توده ای از اجرام و اجسام و خازنهای الکتریکی مدل کرد .

1-9-1  مدلهای بدنه ی سخت :

سینماتیک تشریحی از حرکت یک شیء میباشد که در آن بردارهای حالت (r)  ، سرعت ها (v) ، شتابها (a ) ، بردار طرز چرخش (w) ، تعمیم یافته کلی را با {qk(t)}   مانند بردار سرعت زاویه ای  در شکل زیر :

                                                                                

برای مثال در اتومبیلهای در پیچ و یا چرخش بردار سرعت زاویه ای با w مشخص میشود    شتاب در نقطه ای از جسم از رابطه ی زیر بدست میآید :                                          vP = vc + ω × ρ

30

پس برای طراحی یک سیستم مکاترونیکی باید تمامی مشخصات فیزیکی یک جسم  در نظر گرفه شود و همچنین نیروهایی که اجسام به هم متصل شده به هم وارد میکنند  حائز اهمیت است .

                                

1-9-2   ساختار فیزیکی عمومی  برای یک سیستم مکاترونیکی :

بدنه ی سیستمهای الکتورمکانیکی معمولا از موادی سبک و سخت استفاده میشود بر حسب نیروی وارده بر هر قسمت از ساختمان سیستم باید مواد بکار رفته ی در آن محاسبه گردد معمولا در ساختمان این ماشین آلات از سیلیکون استفاده میشود تا محکم و کم وزن باشند و همچنین نیروهای وارد شده بر هر قسمت محاسبه میشود تا در هنگام کار صدمه نبیند و یا از لحاظ رسانا بودن و غیر رسانا بودن نیز مورد توجه قرار میگیرد

http://powercontrol.mihanblog.com/extrapage/708




داغ کن - کلوب دات کام
نظرات()