Электромеханический исполнительный привод (ЭМИП)

ЭМИП является в конструктивном и функциональном отношении самостоятельным изделием, включающим в себя механическую, электрическую (электротехническую) и информационную части, которые можно использовать индивидуально и в различных комбинациях с другими модулями. Отличием электромеханических мехатронных модулей движения (ЭМММД) от обычных не мехатронных ЭМИП является наличие встроенной информационной части.

Развитие современных технологий микроэлектроники сделали возможным изготовление миниатюрных датчиков, электронных блоков, которые могут успешно интегрироваться в ЭМИП и тем самым, превращать его в ЭМММД.

Укрупнено состав типичного ЭМИП представлен на рис. 10.3. Здесь ЭМИП состоит из электродвигателя – электротехнического преобразователя электрической энергии в механическую энергию. Для преобразования механического движения используются различные механические преобразователи (передаточные механизмы). Также сюда можно отнести и люфтовыбирающие механизмы и соединительные устройства (тормоза, муфты). Информационная часть включает измерительные приборы, преобразователи информационных сигналов. Обычно в информационной части используются кинестетические датчики, которые формируют информационный массив данных об механических величинах – обобщенных силах, координатах, скоростях, ускорениях.

 

Рис. 10.3. Состав ЭМИП

 

Электромеханический мехатронный модуль движения, которая включает расширенную информационно-измерительную систему, электронные силовые преобразователи для электродвигателей и микропроцеесорные системы управления называются интеллектуальным мехатронным модулем движения. В дальнейшем, в основным рассматриваются такие интеллектуальные мехатронные модули движения, которые названы электромехатронными модулями движения (ЭММД). Под интеллектуальными мехатронными модулями будем называть мехатронные модули движения, в которых применяются интеллектуальные методы в управлении. Ниже на рис. 10.4 приведена упрощенная функциональная схема ЭММД.

Здесь не показан источник питания, который может быть общим для всех энергопотребителей или отдельным для УК, СП и ЭД, МП.

На данной функциональной схеме показаны источник и обьект, которые не являются элементами ЭММД. Однако информация об обьекте является обязательным, как в процессе функционирования так и на стадии формирования цели функционирования ЭММД. Каждый из приведенных составных функциональных элементов, в дальнейшем, в той или иной мере будет рассмотрен. Здесь лишь следует заметить, что под УК понимается совокупность аппаратных и программных средств для автоматического управления через СП электродвигателем. Причем УК получает сигналы от системы управления, расположенного иерархически выше, а также получает информацию о внешней среде (обьекте) и внутреннем состоянии ЭММД с помощью информационно-измерительной системы. Силовой преобразователь представляет электронное устройство, систему предназначенную для непосредственного управления электродвигателем в соответствии с сигналами сформированными УК.

Следует заметить, что на схеме показано, что МП подключается в некоторых случаях к источнику питания. Такие случаи могут иметь место, если имеются электромагнитные муфты или тормоза, они также могут управляться от УК.

 

 

Рис. 10.4. Функциональная схема ЭММД

 

Важной особенностью ЭММД является то, что он содержит элементы различной природы, электронные, электротехнические, механические, информационные.

Особенность мехатронных систем в том, что в них циркулируют взаимосвязанные энергетические и информационные потоки. Это следует из анализа ЭММД, который является структурной единицей мехатронной системы.

 

Лекция 11. Измерительные элементы автоматики

Датчики

Измерительные элементы автоматики служат для измерения регулируемой величины, возмущающего воздействия или других величин, дающих необходимую информацию для управления.

Приведем некоторые понятия и определения.

Измерительный преобразователь – средство измерений служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки. Простейшим измерительным преобразователем является первичный преобразователь или чувствительный элемент, который изменяет свое состояние под действием внешнего возмущения. Например, фотодиод, тензорезистор. В технике широкое распространение получили датчики.

Датчик – это один или несколько измерительных преобразователей, который под воздействием физической величины выдает эквивалентный сигнал, являющийся однозначной функцией измеряемой величины.

Измерительный прибор (ИП) – это устройство, предназначенное для получения значения измеряемой физической величины в установленном диапазоне. По форме регистрации измеряемой величины приборы делятся на аналоговые и цифровые. По назначению – на приборы для измерения электрических и неэлектрических величин.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных средств измерений, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия. Она может содержать в своем составе меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, а также различные вспомогательные устройства.

Измерительная система – это совокупность функционально объединенных, соединенных между собой каналами связи средств измерений, ЭВМ и других технических устройств, размещенных в разных точках контролируемого объекта с целью измерения одной или нескольких физических величин и выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и использования в автоматических системах управления.

Измерительно-вычислительный комплекс представляет измерительную систему, предназначенную для конкретной измерительной задачи.

Информация о свойствах объектов измерения поступает на вход средств измерения в виде сигналов. В зависимости от природы физических явлений, сформировавших сигнал, они делятся на механические, электрические, магнитные, световые и др. В зависимости от характера изменения различают сигналы постоянные и переменные во времени. Переменные во времени сигналы в свою очередь подразделяются на случайные, детерменированные и квазидетерменированные сигналы. Квазидетерменированные сигналы имеют известные характеристики закона изменения во времени, но неизвестные один или несколько параметров. Например, косинусоидальный сигнал имеет известную частоту и амплитуду, но неизвестную фазу.

В общем, рассматриваемые здесь датчики, служат не только для измерения, но также они осуществляют необходимое для управления преобразование изменений требуемых величин в величину другого вида, удобную для передачи сигналов в информационно-измерительной системе. Большинство датчиков преобразуют различные физические величины в электрические за исключением пневматических датчиков.

В САУ входят технические устройства, реализующие процессы информационно-измерительной технологии. Датчики являются одним из важных элементов информационно-измерительной системы САУ. Как показано на рис. 7.20, датчик состоит из чувствительного элемента (ЧЭ) и преобразователя сигналов (ПС). В соответствии с физическими принципами, положенным в основу преобразования информации, различают следующие ЧЭ, применяемые в автоматике:

· Резистивные (включая тензо- и фоторезисторы);

· Электромагнитные (индуктивные, индукционные и др.);

· Преобразователи Холла;

· Оптические;

· Пьезоэлектрические.

Для ИП применяют два вида измерительных схем, предназначенных в основном для преобразования информации ЧЭ в электрические сигналы: параметрические и генераторные. В параметрических ИП производится преобразование сигналов с ЧЭ в электрический сигнал в форме напряжения или тока. В генераторных измерительных схемах ИП ЧЭ входит в состав генератора, при этом частота генерации сигнала равна резонансной частоте контура созданного с катушкой индуктиности и конденсатором.

 

Рис. 11.1. Схема датчика

В зависимости от выполняемой функции, датчики делятся на кинестетические, локационные, визуальные и тактильные. К кинестетическим датчикам относятся датчики положения и перемещения (резистивные датчики положения, электромагнитные датчики положения, фотоэлектрические датчики положения); датчики скорости (тахогенераторы); датчики динамических величин (пьезоэлектрические, магнитоупругие; электростатические, электромагнитные).

К локационным датчикам относятся:

Магнитные локационные системы;

Вихретоковые локационные системы;

Электромагнитные локационные системы;

Акустические локационные системы;

Оптические локационные системы.

К зрительным датчикам и системам относятся системы технического зрения.

Системы тактильного типа представляют датчики систем силомоментного очувствления, контактные датчики, датчики касания.

К статическим характеристикам датчика относятся: чувствительность, разрешение, статическое усиление, дрейф, рабочий диапазон, повторяемость и воспроизводимость. Чувствительность позволяет оценить выходной сигнал по пределам изменения измеряемой величины. Различают статическую и динамическую чувствительность. Статическая чувствительность измеряется на основании статической функции преобразования при этом, если обозначить сигналов на входе x и выходе y то y = Sx, где S -чувствительность или коэффициент преобразования.

Разрешение – это наименьшее значение измеряемой величины, которое может быть зафиксировано и точно показано датчиком. Статическое усиление – это коэффициент усиления датчика на очень низких частотах.

Дрейф представляет отклонение показаний датчика от нуля или от максимального показания, когда измеряемая величина остается постоянной в течение сравнительно продолжительного времени. Рабочий диапазон определяется максимальными значениями входных и выходных сигналов. Повторямость воспроизводимости определяется многократными измерениями одной и той же величины в разные моменты времени. При определении воспроизводимости берется большой интервал времени.

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: