Mexatronik tizimlar Mexatronikada kompyuter va aqlli boshqaruv Mexatronik tizimlarning asosiy vazifalari

Mexatronikada kompyuter va aqlli boshqaruv
Turli ob'ektlarning harakatini kompyuter orqali boshqarishni amalga oshiradigan kompyuterlar va mikrokontrollerlardan foydalanish mexatronik qurilmalar va tizimlarga xos xususiyatdir. Mexatronik tizim tarkibiy qismlarining holati va ushbu tizimga ta'sir ko'rsatadigan ta'sirlar to'g'risida ma'lumot olib boruvchi turli sensorlardan signallar boshqaruv kompyuteriga yuboriladi. Kompyuter axborotni unga kiritilgan raqamli boshqaruv algoritmlariga muvofiq qayta ishlaydi va tizimning ijro etuvchi elementlarida boshqaruv harakatlarini hosil qiladi.
Kompyuter mexatronik tizimda etakchi rol o'ynaydi, chunki kompyuter boshqaruvi yuqori aniqlik va mahsuldorlikka erishish, boshqaruv ob'ektlarining chiziqli bo'lmagan xususiyatlarini, ularning parametrlarining o'zgarishi va tashqi omillar ta'sirini hisobga oladigan murakkab va samarali boshqaruv algoritmlarini amalga oshirish imkonini beradi. omillar. Shu sababli, mexatronik tizimlar yangi sifatlarga ega bo'lib, mustahkamlikni oshiradi va bunday tizimlarning o'lchamlari, vazni va narxini pasaytiradi. Yangi, ko'proq narsaga erishish yuqori daraja Yuqori samarali va murakkab kompyuterni boshqarish qonunlarini amalga oshirish imkoniyati tufayli tizimlarning sifati texnik kibernetikaning zamonaviy rivojlanishining rivojlanayotgan kompyuter paradigmasi sifatida mexatronika haqida gapirishga imkon beradi.
Kompyuter boshqaruviga ega mexatronik tizimning odatiy namunasi - vektor boshqaruviga ega bo'lgan kontaktsiz ko'p fazali AC elektr mashinasiga asoslangan nozik servo haydovchi. Datchiklar guruhining mavjudligi, shu jumladan yuqori aniqlikdagi vosita mili holati sensori, raqamli ma'lumotlarni qayta ishlash usullari, boshqaruv qonunlarini kompyuterda amalga oshirish, elektr mashinasining matematik modelidan foydalanishga asoslangan transformatsiyalar va yuqori tezlikda boshqaruvchi. siz 30-50 ming soatgacha yoki undan ko'proq xizmat muddatiga ega bo'lgan aniq yuqori tezlikli haydovchini qurishingiz kerak.
Kompyuter boshqaruvi ko'p koordinatali chiziqli bo'lmagan mexatronik tizimlarni qurishda juda samarali bo'lib chiqadi. Bunday holda, kompyuter barcha komponentlarning holati va tashqi ta'sirlar to'g'risidagi ma'lumotlarni tahlil qiladi, hisob-kitoblarni amalga oshiradi va uning matematik modelining xususiyatlarini hisobga olgan holda tizimning ijro etuvchi komponentlari bo'yicha boshqaruv harakatlarini hosil qiladi. Natijada, muvofiqlashtirilgan ko'p koordinatali harakatni boshqarishning yuqori sifatiga erishiladi, masalan, mexatronik texnologik mashinaning ishchi organi yoki mobil robot.
Mexatronikada alohida o'rinni aqlli boshqaruv egallaydi, bu kompyuter boshqaruvini rivojlantirishning yuqori bosqichi bo'lib, turli xil sun'iy intellekt texnologiyalarini amalga oshiradi. Ular mexatronik tizimga ma'lum darajada insonning intellektual qobiliyatlarini ko'paytirishga imkon beradi va shu asosda nazorat maqsadiga erishish uchun oqilona harakatlar to'g'risida qaror qabul qiladi. Mexatronikada eng samarali aqlli boshqaruv texnologiyalari loyqa mantiq texnologiyalari, sun'iy neyron tarmoqlar va ekspert tizimlaridir.
Intellektual boshqaruvdan foydalanish boshqaruv ob'ektining batafsil matematik modeli mavjud bo'lmaganda, turli noaniq omillar ta'sirida va tizimning ishlashida kutilmagan vaziyatlar xavfi ostida mexatronik tizimlar ishlashining yuqori samaradorligini ta'minlashga imkon beradi.
Mexatronik tizimlarni aqlli boshqarishning afzalligi shundaki, ko'pincha bunday tizimlarni qurish uchun ularning batafsil matematik modelini va ularga ta'sir qiluvchi tashqi ta'sirlarning o'zgarish qonuniyatlarini bilish talab etilmaydi va nazorat yuqori malakali mutaxassislar tajribasiga asoslanadi.
"Mexatronika" so'zi ikki so'zdan tuzilgan - "mexanika" va "elektronika". Bu atama 1969 yilda Yaskawa Electric kompaniyasining katta ishlab chiqaruvchisi, yaponiyalik Tetsuro Mori tomonidan taklif qilingan. 20-asrda Yaskawa Electric doimiy elektr drayvlar va motorlarni ishlab chiqish va takomillashtirishga ixtisoslashgan va shuning uchun bu sohada katta muvaffaqiyatlarga erishdi, masalan, u erda disk armaturasi bo'lgan birinchi DC motori ishlab chiqilgan.
Bu birinchi apparat CNC tizimlari bilan bog'liq ishlanmalar kuzatildi. Va 1972 yilda bu erda Mechatronics brendi ro'yxatga olingan. Tez orada kompaniya elektr haydovchi texnologiyasini ishlab chiqishda katta muvaffaqiyatlarga erishdi. Keyinchalik "Mexatronika" so'zidan kelib chiqqan holda savdo belgisi, kompaniya rad etishga qaror qildi, chunki bu atama ham Yaponiyada, ham butun dunyoda juda keng tarqalgan.
Qanday bo'lmasin, Yaponiya texnologiyada bunday yondashuvning eng faol rivojlanishining vatani bo'lib, elektr haydovchini yuqori aniqlik bilan boshqarishni amalga oshirish uchun mexanik elementlarni birlashtirish zarurati tug'ilganda, elektromobillar, quvvat elektronikasi, mikroprotsessorlar va dasturiy ta'minot.
Mexatronikaning umumiy grafik belgisi RPI veb-saytidagi diagrammaga aylandi (Rensselaer Politexnika Instituti, NY, AQSh):
Mexatronika - bu kompyuter tomonidan boshqariladigan harakat.
Mexatronikaning maqsadi sifat jihatidan yangi harakat modullarini, mexatronik harakat modullarini, aqlli mexatronik modullarni va ular asosida harakatlanuvchi aqlli mashinalar va tizimlarni yaratishdir.
Tarixan mexatronika elektromexanikadan rivojlangan va o'z yutuqlari asosida elektromexanik tizimlarni kompyuterni boshqarish qurilmalari, o'rnatilgan sensorlar va interfeyslar bilan muntazam ravishda birlashtirish orqali oldinga boradi.
Elektron, raqamli, mexanik, elektr, gidravlik, pnevmatik va axborot elementlari - dastlab boshqa fizik tabiatga ega elementlar sifatida mexatronik tizimning bir qismi bo'lishi mumkin, ammo tizimdan sifat jihatidan yangi natija olish uchun birlashtirilgan, ammo erishib bo'lmaydigan narsa. har bir elementdan individual ijrochi kbi.

Alohida shpindelli dvigatel DVD pleer tepsisini o'z-o'zidan chiqarib tashlay olmaydi, lekin mikrokontrollerdagi dasturiy ta'minot sxemasi nazorati ostida va vintli haydovchiga to'g'ri ulangan bo'lsa, hamma narsa oson ishlaydi va xuddi shunday ko'rinadi. oddiy monolit tizim. Shunga qaramay, tashqi soddaligiga qaramay, bitta mexatronik tizim ta'rifi bo'yicha bir-biriga bog'langan va muayyan funktsional harakatlarni bajarish, muayyan muammoni hal qilish uchun o'zaro ta'sir qiluvchi bir nechta mexatronik birliklar va modullarni o'z ichiga oladi.
Bitta mexatronik modul - bu mustaqil mahsulot (tarkibiy va funktsional) o'zaro kirish va uning tarkibiy qismlarini bir vaqtning o'zida maqsadli apparat-dasturiy ta'minot integratsiyasi bilan harakatlarni amalga oshirish uchun mo'ljallangan.
Oddiy mexatronik tizim o'rnatilgan elektromexanik va quvvat elektron komponentlaridan iborat bo'lib, ular o'z navbatida shaxsiy kompyuter yoki mikrokontrollerlar tomonidan boshqariladi.
Bunday mexatronik tizimni loyihalash va qurishda ular keraksiz tugunlar va interfeyslardan qochishga harakat qilishadi, ular nafaqat qurilmaning og'irligi va o'lchamlarini yaxshilash, balki qurilmaning hajmini oshirish uchun ham hamma narsani ixcham va imkon qadar muammosiz bajarishga intiladilar. butun tizimning ishonchliligi.
Ba'zida muhandislar qiyin vaqtga duch kelishadi, ular juda noodatiy echimlarni aniq topishga majbur bo'lishadi, chunki turli tugunlar turli xil ish sharoitlarida, ular butunlay boshqacha ishlarni qilishadi. Masalan, ba'zi joylarda an'anaviy podshipnik ishlamaydi va u elektromagnit suspenziya bilan almashtiriladi (bu, xususan, quvurlar orqali gazni pompalaydigan turbinada amalga oshiriladi, chunki an'anaviy podshipnik bu erda gazning kirib borishi tufayli tezda ishdan chiqadi. uning moylanishiga).

Qanday bo'lmasin, bugungi kunda mexatronika hamma joyda, maishiy texnikadan tortib qurilish robotlari, qurollar va kosmik aviatsiyagacha kirib bordi. Barcha CNC mashinalari, qattiq disklar, elektr qulflar, avtomobilingizdagi ABS tizimi va boshqalar - hamma joyda mexatronika nafaqat foydali, balki zarur. Qo'lda boshqarishni topishingiz mumkin bo'lgan holatlar allaqachon kamdan-kam uchraydi, hamma narsa siz tugmachani mahkamlamasdan bosganingiz yoki shunchaki sensorga tegishingiz bilan bog'liq - siz natijaga erishdingiz - bu, ehtimol, bugungi kunda mexatronika nima ekanligining eng ibtidoiy misolidir.
Mexatronikada integratsiya darajalarining ierarxik diagrammasi
Integratsiyaning birinchi darajasi mexatronik qurilmalar va ularning elementlari bilan shakllanadi. Integratsiyaning ikkinchi darajasi integratsiyalashgan mexatronik modullar orqali shakllanadi. Integratsiyaning uchinchi darajasi integratsiya mexatronik mashinalar orqali shakllanadi. Integratsiyaning to'rtinchi darajasi mexatronik mashinalar majmualari bilan shakllanadi. Beshinchi integratsiya darajasi mexatronik mashinalar va robotlar majmualari tomonidan yagona integratsiya platformasida shakllantiriladi, ular qayta konfiguratsiya qilinadigan moslashuvchan ishlab chiqarish tizimlarini shakllantirishni o'z ichiga oladi.
Bugungi kunda mexatronik modullar va tizimlar quyidagi sohalarda keng qo'llaniladi:
stanoksozlik va avtomatlashtirish uskunalari, mashinasozlikda texnologik jarayonlar;
sanoat va maxsus robototexnika;
aviatsiya va kosmik texnologiyalar;
politsiya va maxsus xizmatlar uchun harbiy texnika, transport vositalari;
tez prototiplash uchun elektron muhandislik va uskunalar;
avtomobil sanoati (motorli g'ildirak modullari, blokirovkaga qarshi tormozlar, avtomat uzatmalar, avtomatik to'xtash tizimlari);
noan'anaviy transport vositasi(elektr avtomobillar, elektr velosipedlar, nogironlar aravachalari);
ofis jihozlari (masalan, nusxa ko'chirish va faks mashinalari);
kompyuterning tashqi qurilmalari (masalan, printerlar, plotterlar, CD-ROM disklari);
tibbiy va sport jihozlari (nogironlar uchun bioelektrik va ekzoskelet protezlari, tonlama simulyatorlari, boshqariladigan diagnostika kapsulalari, massajchilar va boshqalar);
maishiy texnika (kir yuvish mashinalari, tikuv mashinalari, idishlarni yuvish mashinalari, avtonom changyutgichlar);
mikromashinalar (tibbiyot, biotexnologiya, aloqa va telekommunikatsiyalar uchun);
nazorat-o'lchash asboblari va mashinalari;
lift va ombor uskunalari, mehmonxonalar va aeroportlardagi avtomatik eshiklar; foto va video uskunalar (video disk pleerlar, videokamera fokuslash qurilmalari);
murakkab texnik tizimlar operatorlari va uchuvchilarni tayyorlash uchun simulyatorlar;
temir yo'l transporti (poezdlar harakatini kuzatish va barqarorlashtirish tizimlari);
oziq-ovqat va go'sht-sut sanoati uchun aqlli mashinalar;
bosma mashinalar;
shou sanoati uchun aqlli qurilmalar, attraksionlar.
Shunga ko'ra, mexatronik texnologiyalarga ega bo'lgan kadrlarga bo'lgan ehtiyoj ortib bormoqda.
Endi avtomobillar har xil turdagi qutilar bilan jihozlangan. Avtomobillarga faqat "mexanika" o'rnatilgan vaqtlar allaqachon o'tib ketgan. Hozirgi vaqtda zamonaviy avtomobillarning yarmidan ko'pi boshqa turdagi vites qutilari bilan jihozlangan. Hatto mahalliy ishlab chiqaruvchilar asta-sekin avtomatik uzatishga o'ta boshladi. "Audi-Volkswagen" konserni deyarli 10 yil oldin paydo bo'lgan yangi uzatish- DSG. Bu quti nima? Uning qurilmasi nima? Ish paytida muammolar bormi? Bularning barchasi va yana ko'p narsalar - bizning maqolamizda.