Структура мехатронных систем

17 
клавиатуру, щиты управления, пульты и рукоятки дистанционного управления 
и т.д. 

18 

19 
Аппаратные и программные средства систем управления на блок-схеме 
представлены в едином блоке как управляющий комплекс (УК).Управляющий 
комплекс выполняет обработку информации, при этом оно выполняет 
следующие основные функции: управляет информационным потоком, 
контролирует, находятся ли параметры МС в заданных пределах, инициирует 
соответствующее управляющие воздействия. Особенность компьютерного 
управления заключается в том, что оно происходит в реальном масштабе 
времени. УК без запаздывания должен реагировать на внешние события, т.е. 
на изменение внешней среды и других возмущающих факторов. УК должно 
параллельно обрабатывать различные сигналы и вести обработку информации, 
ждать информации извне от человека оператора или сенсорных датчиков. 
Совершенство МС во многом определяется возможностями УК. 
Интерфейс И2 служит для формирования на основе цифровых выходных 
сигналов УК управляющих электрических напряжений и токов для исполнения 
двигателем 
привода 
мехатронного 
модуля 
движения, 
адекватного 
управляющему воздействию. В состав И2 обычно входят цифро-аналоговые 
преобразователи, усилительно - преобразующие устройства для привода. 
Например, частоту вращения электродвигателя постоянного тока можно
изменять путем регулирования частоты включения и отключения якоря от
источника питания с помощью широтно-импульсного преобразователя (ШИП). 
Для этой цели используются транзисторные ключи и схема управления 
привода. При передаче информации используется вначале цифровая 
фильтрация и после ЦА-преобразования производится аналоговая фильтрация 
и согласование сигналов. 
Исполнительное устройство (ИУ) представляет устройство, выполняющее 
двигательные функции. В качестве исполнительных устройств применятся 
электродвигатели, пневмо и гидродвигатели или комбинированные двигатели, 
выполняющие вращательные движения и линейные перемещения. 
Интерфейс И3 представляют обычно механические передачи, 
трансмиссионные узлы и устройства. Этот интерфейс предназначен для 
передачи и преобразования движения от ИУ к входному звену исполнительного 
механизма. В качестве ИЗ можно рассматривать, например, редукторы, 
соединительные муфты, тормозные устройства и т.д. Совокупность ИУ и И3 
называют приводом. Управляемый привод или мехатроннй модуль состоит как 
правило из И2, ИУ и И3. 
Исполнительный механизм (ИМ) – это механическая система, 
предназначенная для выполнения своим рабочим органом заданных движений. 
В зависимости от конкретного приложения исполнительные механизмы могут 
существенно различаться как по конструкции, так и по потребляемой мощности 
и различным эксплуатационным характеристикам. Если исполнительный 
механизм манипуляционного робота представляет многозвенный манипулятор 
с рабочим органом, имеющим шесть управляемых степеней свободы, то 
бинарные звенья, например, клапан, электромеханическое реле относятся к 
двухпозиционным механизмам. В электрогидравлических системах в качестве 

20 
ИМ используется управляющие электромагниты [6]. В зависимости от 
конструктивной схемы подвижный элемент – якорь может совершать 
поступательное или вращательное движение. Якорь является и выходным 
звеном, связанным с регулирующим элементом гидроклапаном, золотником,
дросселем и т.д.
Следует отметить, всегда существуют внешние по отношению к МС 
факторы, с которыми при функционировании взаимодействует МС. 
Совокупность этих факторов можно назвать внешней средой. Внешней средой, 
например, для рабочего органа станка с ЧПУ является сила резания при 
операции металлообработки. По характеру взаимодействия с МС различают 
детерминированные и недетерминированные среды. К детерминированным 
средам относятся такие среды, воздействие которых может быть заранее 
определенно с необходимой точностью. Например, силы резания могут быть 
заранее оценены с помощью аналитико-экспериментальных исследований. 
Наоборот, возмущающие факторы недетерминированных сред трудно 
предусмотреть, ими невозможно управлять. К таким средам относятся 
подводная и космическая среда.
В последнее время для управления в неопределенной среде используются 
методы нечеткой логики. Нечеткая логика имеет дело с переменными, которые 
скорее наблюдаются, чем измеряются.
На рис. показаны интерфейсы датчиков И4, И5 и И6. Датчики выполняют 
преобразование измеряемого входного физического параметра в электрический 
сигнал. Датчики – это чувствительные элементы (сенсоры) и преобразователи, 
которые несут информацию о состоянии приводов, рабочего органа, внешней 
среды. Примером электромеханического датчика является акселерометр. 
Чувствительным элементом этого датчика является инерционная масса, 
связанная с основанием прибора с помощью пружины. Под действием 
ускорения чувствительный элемент перемещается, это перемещение 
преобразуется в определенные электрические сигналы. Тем самым измеряется 
ускорение.
В зависимости от вида выходных сигналов различают три класса датчиков: 

аналоговые датчики, вырабатывающие аналоговые сигналы: 

цифровые датчики, генерирующие последовательность дискретных 
сигналов; 

бинарные датчики, выходными сигналами которых являются 
сигналы лишь двух уровней: «включено»/ «выключено» (0/1). 
В качестве И7 может использоваться система технического зрения. 
В том случае, если интерфейс И4, И5,И6 включает аналоговый датчик, то 
перед входом на УКУ ставится интерфейс И7. Интерфейс И7 представляет 
аналогово-цифровой преобразователь. Необходимость в таком интерфейсе 
вызвана тем, что перед поступлением в компьютер все аналоговые сигналы 
должны быть преобразованы в цифровые. 
Интерфейсы И4, И5, И6, И7 представляют в совокупности
информационно-измерительную систему.

21 
В функционировании СУ большая роль отводится коммуникационной 
системе. 
Коммуникационную систему образует комплекс средств, аппаратных, 
программных предназначенных для выполнения функции коммуникации. 
Известно, что коммуникация – это процесс перемещения информации в 
пространстве. Процесс коммуникации включает в себя передатчик, 
передающий сообщение по каналам связи приемнику. На канал связи обычно 
влияет шум, искажающий сообщение и затрудняющий распознавание 
приемником сообщения. Например, при передаче аналоговых сигналов от 
датчиков (передатчика) по электрическому проводнику из-за нежелательных 
связей резистивного, индуктивного или емкостного характера возможно 
искажение сигнала. В этом случае для решения проблемы, часто желательно 
преобразовать аналоговый измерительный сигнал в последовательность 
импульсов, частота или продолжительность которых известным образом 
связана с уровнем исходного сигнала. Затем передавать этот преобразованный 
сигнал. Технически, прежде чем оцифровывать аналоговые сигналы от 
датчиков, используются аналоговые фильтры, а после АЦ - преобразования 
используется цифровая фильтрация.
Укрупненно структуру МС можно представить состоящей из трех 
компонент: 

внешней среды, включающей источники всех внешних воздействий 
на МС; 

исполнительной системы, состоящей из привода, механического 
преобразователя движения и исполнительного механизма (органа); 

управляющей 
системы, включающей УК, информационно-
измерительную систему и систему коммуникаций. 

жүктеу/скачать 3,35 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: