Введение в мехатронику

Description

Учебное пособие. — Минск: БНТУ, 2013. — 388 с.Изложены начальные основополагающие принципы и методы анализа и синтеза мехатронных систем, основанные на теории механических, электрических, электронных цепей с элементами теории регулирования и надёжности. В первой главе рассматриваются общие вопросы, которые необходимо решать при проектировании систем: математическое моделирование, надёжность и безопасность, наблюдаемость, идентифицируемость, управляемость. Вторая глава посвящена вопросам описания механики рабочих частей мехатронной системы. Кинематические цепи и их динамика, зависящая от геометрии масс, описываются на основе вариационного принципа Гаусса. В третьей главе рассматриваются вопросы описания гидро- и пневмоэлектроприводов на основе моделей звеньев механических и электрических цепей. Четвёртая глава содержит сведения о некоторых звеньях электронных цепей, позволяющих реализовать булеву логику для целей обработки информации и управления. В пятой главе содержатся начальные сведения из теории автоматического регулирования и управления. Шестая глава посвящена изложению концепции мехатронной системы с точки зрения теории конечных автоматов, что позволяет в единообразии рассматривать вопросы проектирования систем и инженерии программного обеспечения. В седьмой главе затрагиваются вопросы повышения надёжности мехатронных систем, в первую очередь за счёт программного обеспечения. Пособие предназначено для широкого круга студентов специальностей "Мехатроника", "Роботы и робототехника", "Киберсистемы", "Информационные системы", а также преподавателей, инженеров и научных сотрудников, работающих в этих областях.ВведениеЭлементы анализа и синтеза сложных гетерогенных систем Математическое моделирование сложных динамических систем Надёжность технических систем Безопасность системы и методы её повышения Наблюдаемость Устойчивость равновесия и движения систем Метод цепей и переходных функций в динамических системах Примеры решения задач Механика рабочих исполнительных подсистем Координатные системы и кинематические цепи Представление силовых величин в кинематических цепях Силы инерции в кинематических звеньях мехатронной системы Аналитическое представление "роторов" двигателей Принцип Гаусса для механических систем с кинематическими парами пятого класса Упругое (обратимое) деформирование сплошных твёрдых тел Пластическое (необратимое) деформирование твёрдых тел Предельное состояние материала конструкции при квазихрупком разрушении Усталостное разрушение Моделирование физико-механических свойств материалов методом механических цепей и диаграмм Примеры решения задачМеханические и электрические исполнительно-усилительные подсистемы Гидравлические и пневматические приводы Электроприводы постоянного и переменного тока Математическая модель типового электрогидравлического преобразователя Анализ и синтез электрических цепей в мехатронных системах Примеры решения задач Элементы сенсотроники и схемотехники — измерительные, усилительные, детекторные электронные звенья Моделирование непрерывных и дискретных информационных систем Дифференциальные уравнения для нелинейной системы Уравнения дискретной системы (система разностных уравнений) Сенсорные алгоритмы оценивания состояния системы Формирующие фильтры непрерывных сигналов в информационных системах Сенсорные, усилительные и детекторные электронные звенья Усилительные устройства Детекторы (различители) Электронные цепи Запоминающие элементы Счётчики Сдвиговые регистры Кодирование и стандартные СИС-блоки Примеры решения задачУправляющие подсистемы — синтез кибернетики и информатики Аналоговое и цифровое управление Модель и алгоритм управления звеньями манипулятора Проектирование регулятора Оптимальное линейное управление с обратной связью Релейное управление Деинтерферентизация Компьютерное управление непрерывной системой Классификация систем управления мехатронными системами Алгоритмы оптимального регулирования (управления) приводами Использование z-преобразования для анализа дискретных систем Пример решения задачи Конечные автоматы в мехатронных системах Поведение конечного автомата. Состояния. Переходы Классификация конечных автоматов Задание конечных автоматов таблицами и графами Эквивалентные состояния автомата Минимальная форма автомата Сенсорные автоматы Синтез конечных автоматов Структурный синтез конечных автоматов Примеры решения задач Повышение надёжности мехатронных систем Концепция аппарата конфигурируемого управления мехатронными системами Отказы в мехатронных системах Надёжность программных средствЛитература