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Introduzione al sistema basato su Mechatronics

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Introduzione ai Sistemi basati su Mechatronics

C1M2T2_V1 Mechatronics Based Systems Till ora, un termine o una parola sono stati molto regolarmente utilizzati e quel termine è sistema. Come per quanto riguarda il punto di vista ingegneristica, un sistema può essere definito come una scatola o un insieme delimitato o di volume che ha determinati input e determinati output, dove esiste una serie di relazioni tra gli elementi. Questi elementi sono input e output. Il set di relazione tra l'input e l'output rappresenta il comportamento del sistema reale. Quando questa relazione è rappresentata in forma matematica, allora quel processo si chiama modellazione del sistema. Un semplice esempio di sistema è un termometro. Termometro è un sistema molto comune che si può avere. L'input al sistema o l'input al termometro è la temperatura. Termometro misura la temperatura. L'elemento di input a questo sistema è la temperatura e da questo termometro troviamo un valore s o un numero, visualizzato sullo schermo se si tratta di un termometro digitale o se si tratta di un termometro analogico, allora possiamo vederlo sulla scala. C'è una relazione di questo numero con la temperatura di ingresso, in quanto la temperatura aumenta anche il numero. Quindi, si può dire che il numero visualizzato sullo schermo sia direttamente proporzionale alla temperatura Questa relazione quando rappresentata matematicamente si chiama modellazione del sistema. Un motore può essere assunto come secondo esempio. Per il motore, l'input è la potenza elettrica e l'output è una rotazione. Di nuovo, c'è una relazione, la rotazione del pozzo del motore ruoterà ad alta velocità quando viene applicata una maggiore potenza elettrica. Quindi, il motore o un termometro possono essere chiamati come sistemi che stanno avendo determinati input e uscite. Un altro esempio del termine sistema è un sistema meccanico tipico e quello tipico sistema meccanico è una primavera. La primavera è ampiamente utilizzata in varietà di applicazioni ingegneristiche. L'applicazione più importante o più comune della primavera è in sospensione dell'automotive. Le molle arrivano in una varietà di tipi come; primavera di compressione, estensione primaverile, primavera torsione, primavera e foglia di foglia. Inoltre, un'altra applicazione della primavera è nella nostra precedente lezione che si trova in orologi o orologi. Ora, considerando una sorgente tipica e una disposizione di forza; in primavera, quando viene applicata una forza alla fine libera della primavera, la sua fine viene sfollata. Così, l'input al sistema è una forza e l'output è lo spostamento. La primavera segue la legge di Hooke's law.Hooke è un principio di fisica, che afferma che, la forza necessaria per estendere o comprimere una primavera da qualche distanza è proporzionale a quella distanza stessa. Questa legge è stata data da un fisico britannico nel 17 secolo. Quando una sorgente è allungata o compressa, la sua lunghezza cambia di una quantità x dalla sua lunghezza di equilibrio, poi esercita una forza F, cioè in direzione verso la posizione di equilibrio. La forza che la primavera esercita non è nulla, ma la forza di ripristino. Ripristina la primavera alla sua lunghezza di equilibrio. Matematicamente, la legge di Hooke può essere rappresentata come F = Kx dove F è la forza a Newton, x è la distanza in metri e K è la costante di proporzionalità e si chiama come rigidità della primavera. Il diagramma di blocco di un tipico sistema primaverale può essere visto sulla figura di cui sopra. Si sa che, una primavera ha una forza e uno spostamento e segue il principio di funzionamento come F = Kx. Quindi, questa relazione sarebbe vera in caso di condizione di stato costante. Tuttavia, in realtà, la primavera oscillerà e vibrerà sulla sua posizione di equilibrio e raggiungerà la sua posizione di equilibrio dopo un certo tempo. Quindi, se si applica una forza sulla primavera, si osserva un'estensione della primavera. Tuttavia, questo non sarà l'estensione finale o il valore finale che otterremo, la primavera oscillerà e vibra e dopo qualche tempo si stabilizzerà. Ora verranno discussi i vari blocchi di costruzione di un sistema automatizzato basato su auto automatiche. Il primo blocco edificio di un sistema automatizzato è il sistema di misurazione. Il sistema di misurazione dispone di vari sensori, dispositivi di condizionamento del segnale e unità di visualizzazione. Il secondo blocco di costruzione sono le unità e i sistemi di azionamento. Il terzo è un sistema di microprocessore e il quarto blocco di costruzione è il software. Si sa che, il software è una serie di programmi che controllano le operazioni del sistema di microprocessore. In una disposizione che mostra i blocchi di costruzione di un sistema automatizzato, si può osservare un sistema meccanico che è sostanzialmente controllato da un sistema di controllo basato su microprocessore. Questo sistema di controllo basato su microprocessore ottiene input da vari sensori, che possono essere sensori digitali o sensori analogici. Questi sensori stanno dando ulteriori segnali ai dispositivi di condizionamento del segnale. Il condizionamento del segnale può essere conversione di segnali analogici in segnali digitali. Può anche avere le varie funzioni come amplificazione, linearizzazione, rimozione del rumore, modulazione. Questo condizionamento del segnale sarà discusso in dettaglio nelle nostre prossime lezioni. Il microprocessore dà segnali agli attuatori attraverso una serie di dispositivi di condizionamento del segnale. È noto che, i microprocessori stanno producendo una serie di impulsi e basati su quella serie di impulsi dobbiamo azionare gli attuatori. Tuttavia, alcuni attuatori utilizzano l'input analogico come motore. In questo caso converte il segnale digitale che viene dal microprocessore nella forma analogica e che il segnale analogico sarà utilizzato dall'attuatore. Gli attuatori stanno attuando il sistema meccanico. Si tratta di una disposizione tipica in cui ha un sistema meccanico di base e questo è controllato da un sistema di controllo basato su microprocessore. Ha i blocchi importanti cioè il sistema di misurazione e il sistema di azionamento.

Domanda di valutazione PAGE 2 #1 Quale di seguito è la rappresentazione matematica della Legge di Hooke? Trascina la risposta corretta nello spazio fornito

Risposta corretta: F = Kx Ingiusta risposta: K=Fx, F=Xk, X = Kf

PAGE 3 C1M2T2_V2 Mechatronics - Based Spring System Per comprendere questi blocchi di costruzione, facciamo un esempio molto semplice di sistema primaverale e cerchiamo di sviluppare un sistema automatizzato basato su mechatronics per il sistema primaverale. Nella presente lezione, la primavera è considerata come un modello e che il modello di sistema meccanico sarà convertito in modello di sistema a base di mechatronica. A tal fine verrà considerato un dispositivo cilindro a pistone idraulico. Si vede in primavera che, imita la legge di Hooke, cioè F = Kx. Così, per avere un sistema automatizzato, qui facciamo scattare un dispositivo cilindro idraulico. Ha un cilindro, il cilindro ha un pistone, il cilindro ha due porte, porta numero 1 e porta numero 2. Quando applichiamo fluido pressurizzato attraverso la porta 1 c'è un'estensione del cilindro, il pistone uscirà dal cilindro. Se il fluido pressurizzato viene applicato attraverso la porta 2, allora c'è la contrazione del cilindro. Il pistone si muoverà all'interno del cilindro e questo è un tipico dispositivo cilindro idraulico. Quando viene applicata una pressione fluida, con la forza, F in funzione di estensione, si ottiene un'estensione del cilindro x. Per rendere questo processo in modo automatico, sono necessari sensori e un sistema di misurazione. Anche in questo caso, allo scopo di prendere decisioni automaticamente, viene utilizzato un microprocessore. Un microprocessore non è altro che un dispositivo che sta avendo cancelli logici e elementi di memoria. Il microprocessore svolge funzioni logiche che vengono implementate tramite software. Consideriamo, potremmo volere un output se input A e input B, entrambi stanno dando segnali. Vogliamo un output quando input A e input B, entrambi stanno dando segnali al microprocessore, poi, vogliamo avere l'output. Ci può essere una situazione o ci può essere un programma che chiede al microprocessore di produrre output quando sia presente l'input. Questi tipi di condizioni, quando i microprocessori vengono insegnati attraverso i programmi, poi si dice che stiamo sviluppando un sistema di controllo basato su microprocessori. Quando le porte input-output, la memoria e tutti i cancelli logici sono integrati su un singolo chip, che viene chiamato come microcontrollori. Un sistema incorporato è un sistema basato su microprocessore, progettato per controllare una serie di funzioni e non per essere programmato dall'utente finale. In altre parole, il significato di sistema incorporato è che, quando i microcontrollori o il sistema basato su microprocessore sono integrati nel sistema meccanico e l'utente finale non è autorizzato a programmare. Un esempio semplice è la lavatrice. L'utente non può riprogrammare o non può modificare il programma della lavatrice. Qualunque sia il designer o il produttore ci ha dato, quindi dobbiamo usare lo stesso programma o la stessa modalità di funzionamento. Il prossimo blocco edificio è di generazione di segnali di livello adeguato e di tipo adatto. Poi arriva l'azionamento, che non è altro che l'estensione o la contrazione del cilindro. Questa estensione o contrazione del cilindro verrebbe effettuata utilizzando fluido idraulico pressurizzato. Quel fluido idraulico pressurizzato verrà generato utilizzando una disposizione a pompa elettrica e idraulica. Pompa e disposizione motoria sono i dispositivi di azionamento. E poi è necessario scrivere un programma informatico, e una serie di istruzioni che stanno imitando la legge di Hooke. Ora, rappresentando tutti questi elementi come diagramma di blocco, abbiamo preso il sistema di bombola del pistone idraulico, poi dobbiamo selezionare un sensore adatto. In questo caso viene considerato LVDT, che è un trasformatore differenziale variabile lineare. È il sensore di spostamento basato sul contatto. I sensori stanno producendo i segnali che saranno condizionati e la forma analogica sarà convertita in forma digitale, e che i segnali digitali sono dati al microprocessore. Come è noto, il microprocessore capisce la forma digitale del segnale. Qual è il significato della forma analogica del segnale? In forma analogica, il segnale è funzione continua del tempo. Tuttavia, in forma digitale i segnali non sono altro, ma sequenza di impulsi. Stiamo ricevendo i segnali in termini di impulsi. I microprocessori comprendono solo i segnali digitali, per i quali il segnale analogico viene convertito in forma digitale. Microprocessore ha il programma impostato dal programmatore. Genera l'output nel formato digitale e tale output è necessario per convertire ulteriormente in formato analogico, perché il nostro attuatore è un motore elettrico. Il motore è in esecuzione in base alla potenza elettrica, quindi gli impulsi digitali vengono convertiti in adeguato livello di segnale analogico e tale segnale analogico sta attivando il motore. Il motore guida la pompa, e la pompa guida la disposizione del cilindro a pistone idraulico. Si estende o si contrae contratti basati su una certa disposizione della pompa motoria e di poche altre apparecchiature ausiliari, e in base a ciò, di nuovo genera alcuni segnali a sensori di trasformatori differenziali variabili lineari. Che i sensori stanno dando input al microprocessore, il microprocessore di nuovo elabora le informazioni e prende il segnale e dà alla pistola idraulica a pistone. In questo modo è facile imitare la legge di Hooke cioè F = Kx. Sulla base della discussione di cui sopra, come possiamo avere le modalità effettive di tutti questi elementi si può vedere. Così, nella figura, possiamo vedere una disposizione tipica che può essere sviluppata per imitare che alla legge di Hooke. In questo caso, se si vuole convertire questo sistema mechatronico equivalente in un sistema automatizzato a base di mechatronica, quali sono le varie cose richieste; ne verrà discusso. Nella figura possiamo vedere una disposizione tipica. Questa disposizione tipica ha la disposizione del cilindro a pistone idraulico. Alla fine del pistone è attaccata una piastra. C'è una serie di sensori, sensore LVDT 1 e sensore 2. Sensore 1 intuirà l'estensione del cilindro, il sensore 2 avvertirà la contrazione del cilindro. Sono presenti anche il convertitore analogico digitale, il sistema di microprocessore, il convertitore digitale al convertitore analogico. Il microprocessore del sistema sta controllando le operazioni della pompa idraulica, il processore sta dando segnali alla pompa, avvia la pompa e spezza la pompa. Il sistema sta anche regolando la pressione all'interno del sistema. Il processore sta anche orientando il flusso di fluido all'interno del sistema. Il microprocessore sta anche monitorando la qualità del fluido idraulico che viene utilizzato monitorando i segnali provenienti dal filtro. Se il fluido è contaminato, se ha molte particelle fisiche che possono coagulare il sistema, che potrebbe danneggiare il sistema, allora il microprocessore che daremo l'allarme chiederà all'operatore di cambiare il fluido. Si può vedere, come il microprocessore può funzionare la disposizione del cilindro a pistone. Per l'estensione, il microprocessore darà il segnale alla pompa idraulica per pompare il fluido pressurizzato al porto A. Come un fluido pressurizzato arriva attraverso la porta A, il pistone si allontanerà che uscirà il cilindro e che sarà percepito dal sensore LVDT 1. LVDT è in contatto diretto con la piastra di fine. L'input del sensore verrà utilizzato dal microprocessore e se lo spostamento è come per il desiderio, la sua multa, ma se non è come per il valore impostato, allora chiederà alla pompa idraulica di pompare più fluido al porto A fino a raggiungere il suo valore prefissato. Per cambiare la direzione del movimento del pistone o per la contrazione, allora il microprocessore può chiedere alla parete di controllo di mettere la pressione dall'altra parte del pistone, a tal fine, la parete di controllo sarà azionata dal microprocessore e il fluido pressurizzato sarà dato dall'altra parte del pistone. Quando il fluido pressurizzato arriva in quest' area, allora il pistone si configura fino a raggiungere la sua posizione designata. In questo modo il microprocessore controlla la pompatura del fluido idraulico all'interno della disposizione del cilindro del pistone, regola la pressione e controlla la direzione di movimento del fluido all'interno del sistema. In questo modo possiamo convertire un sistema in un tipico sistema automatizzato basato su microprocessore. Per questa molte apparecchiature sono necessari molti sensori, gli attuatori e uno deve imparare a programmare anche i microprocessori.

Domanda di valutazione PAGE 4 #2 Quale dei seguenti NON è un blocco edilito di un sistema automatizzato a base di mechatronic? Scegli una risposta.

Risposta corretta: Posizionamento Systems di risposta errata: Sistema di misurazione, Drives e sistemi di azionamento, sistema Microprocessore e Software