מבוא ל-Mechatronic Systems ו-block Diagrams

מערכות Mechatronic הן בלב של אוטומציה מודרנית, רובוטיקה, ומכשירים חכמים.מערכות אלה משלבות רכיבים מכניים, מעגלים אלקטרוניים, ובקרת תוכנה לביצוע משימות מורכבות עם דיוק והתאמה.כדי לעצב, לנתח ולתקשר את ההתנהגות של מערכות כאלה, מהנדסים מסתמכים במידה רבה על חסימות מידע פרקטיות.אגרמת בלוקים קריטית מספקת ייצוג חזותי של רכיבי המערכת והקשרים שלהם, תוך התמקדות בזרימה של אותות אנרגיה מתקדמים, ופעולות הפעלה (בצורה של רכיבי בקרה) ומכשירים).

תפקיד החיישנים במערכות Mechatronic

חיישנים הם האיברים החושיים של מערכת mechatronic. הם מזהים כמויות פיזיות כגון טמפרטורה, לחץ, עקירה, מהירות, האצה, כוח או עוצמת אור וממירים אותם לתוך אותות חשמליים, בדרך כלל מתח או זרם.זמן הדיוק והתגובה של חיישנים משפיעים ישירות על יכולת המערכת לפקח ולהגיב לסביבה שלה.

סוגים נפוצים של חיישנים במכטרוניקה

מהנדסים חייבים לבחור חיישנים המבוססים על פרמטר פיזי ספציפי כדי למדוד ואת דרישות הביצועים של המערכת.סוגי חיישן משותף כוללים:

  • (FLT:0 חיישנים טמפרלטוריים:FLT:1 Thermocouples, RTDs (Resistance טמפרטורה Detectors), ואת המrmistors משמשים למעקב תרמי במערכות כמו HVAC או ניהול מנוע.
  • (FLT:0) חיישנים בלחץ: 1FLT:1 Strain-gauge מבוסס או חיישנים קיבוליים הם חיוניים במערכות הידראוליות ו pneumatic.
  • (FLT:0) מנגנונים של חיישנים: ibph:1 ; photoentiometers, משתנים משתנים משתנים לינאריים משתנים שונים (LVDTs), וקודמים אופטיים מספקים משוב על המיקום או התנועה של חלקי מכני.
  • (FLT:0) ו- Acceleration Sensors:BuildFLT) 1 Tachometers ו- Accelerometers (למשל, meMS accelerometers) משמשים לשליטה דינאמית וניתוח רטט.
  • (FLT:0)Force ו- Torque Sensors: FLT:1 לטעון תאים ומדני זנים מודדים כוחות החלים, קריטיים ברובוטים או מכונות בדיקה.
  • (ב) ⁇ :0) חיישנים של פרוקסימיות: FLT:1 אינדוקטיבי, קיבוליבי, וחיישנים קוליים מזהים את נוכחותם של אובייקטים ללא מגע פיזי.

לכל סוג חיישן יש מאפיינים נפרדים, כגון טווח, רגישות ותבנית פלט (analog או דיגיטלי) בתרשיםי בלוק, חשוב לציין את סוג החיישן כדי להעביר את האופי של הכמות המדוכמת.

ייצוג חיישנים בבלוק דיאגר

בתרשים בלוק, חיישן מיוצג על ידי בלוק מלבני עם תווית ברורה, ושני קווי אות מחברים אותו לשאר המערכת.

  • (ב) [ה]ה[[המאה ה-20]], [[המאה ה-20]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]
  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0)Label:BuildFLT:1) בתוך הבלוק, ציין את תפקוד החיישן או סוג, כגון "חיישנים טמפריים", "קודר", או "LVDT".

לדוגמה, דיאגרמת בלוק עבור מערכת מבוקרת טמפרטורה עשויה להראות בלוק שכותרתו "המשולש" עם חץ קלט מן "ההאטר" וחץ פלט ל"מבקר" תמונה זו בבירור מצביעה על כך שטמפרטורת החיישן ומספקת משוב. כמה דיאגרמות בלוקים בלוקים כוללים גם אבני תאורה לפני שהבקר יגביר או מסנן את הפלט, אבל זה לעתים קרובות מושם לייצוגים גבוה.

תפקיד של מנגנונים במערכות Mechatronic

החוקרים הם השרירים של מערכת mechatronic. הם מקבלים אותות שליטה מן הבקר וממיר אותם לפעולות פיזיות, כגון תנועה, כוח, או חום. Actuators הם הכרחיים לביצוע פקודות להשגת המערכת הרצויה.בגרפים, אקטוטורים מוצגים כבלוקים שמקבלים אות בקרה חשמלית או מכנית ומייצרים פלט פיזי שמשפיע על הצמח.

סוגים נפוצים של מעשים במכטרוניקה

ניתן לסווג את המנגנונים של מקור האנרגיה שלהם ומנגנון הפעולה:

  • (FLT:0) מנועים חשמליים: FLT:1 DC מנועים, מנועים ללא מכחול DC, מנועים צעד ומנועים סרבו משמשים נרחב עבור תנועה רוטארית מדויקת.
  • (FLT:0) ,Hydraulic Actuators:IRLT:1 , hydroulic cylinders ואופנועים לספק תנועה ליניארית או רוטרית כוח גבוה, המשמש לעתים קרובות מכונות כבדות כמו מחפרים או עיתונות.
  • (FLT:0) ⁇ ⁇ :00 (Pneumatic Actuators: FIRLT:1 ; ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0)Piezoelectric Actuators:FreaLT:1) אלה פועלים לייצר עקירות קטנות ומדויקות מאוד בתגובה למתח, אידיאלי עבור ננופוזיציה במיקרוסקופים או במערכות אופטיות.
  • (ב) ⁇ :0) סורנואידים: 1FLT:1 אלקטרומגנטיים פועלים בסתמים, בממסרים, ומנעול מנגנונים.
  • (FLT:0) לחוקרי הירוממים:FLT:1 Shapeסגסוגת זיכרון ו רצועות דו-מטאלי להגיב לשינויים בטמפרטורה, בשימוש פשוט בהתקני על-off.

ב-block דיאגרמות, חשוב לזהות את הסוג של הטור כדי להבין את האופי הפיזי של הפלט.לדוגמה, בלוק "DC Motor" מרמז על תנועה רוטאלית ו- torque, בעוד ש"הירולוליקלי Cylinder" מרמז על כוח ליניארי.

ייצוג של Actuators בבלוק דיאגרמות

ייצוג של פועל בתרשים בלוק עוקב אחר כנס סימטרי לחיישנים:

  • (ב) ויקרא י"א: ויקרא י"ד): "ה' אלקים אל דוכן ה' אלקים' (במדבר כ"ד) אשר יברך את ה' (במדבר כ"ד)" (ב)
  • (ב) חץ:0Output: FLT:1 נקודות מתוך בלוק המתאטור לכיוון הצמח או הסביבה, המייצג את הפעולה הפיזית (למשל, כוח, מומנט, עקירה, קצב זרימה).
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ : בתוך הבלוק, ציין את הסוג המכנה, כגון "שרת מוטור", "סונואיד Valve", או "Pneumatic Cylinder".

לדוגמה, בתרשים בלוק עבור מערכת החגורה של מפרש, חסימת הפעלה שכותרתו "אינטוסטר" תקבל אות שליטה מ- PLC ופלט לסיבובי המעבירים.החץ הפיזי עשוי להיות מסומן עם המשתנה FLT:0 ⁇ FLT:1 (מהירות זווית) או FLT:2FLT3 (כוח) אם יש צורך בהירות זוויתית) לבהירות ((D) אם יש צורך בבירור).

חיישנים אינפורמטיביים ו- Actuators ל-block Diagrams

יצירת תרשים בלוק יעיל עבור מערכת mechatronic דורש חיבור קלטי חיישן, לוגיקה בקר, ופלטי Actuator בזרימה קוהרנטית.הסידור הטיפוסי עוקב אחר מבנה משוב סגור:

  1. (ב) ⁇ :0) ,1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ פרמטר פיזי (למשל מהירות מנוע) ושולח אות חשמלי לבקר.
  2. (ב) [ה]הבקר משווה את הערך הממדד עם נקודת מפנה הרצויה ומצמיד אות שגיאה.זה יוצר פקודה שליטה המבוססת על אלגוריתם בקרה (למשל, PID).
  3. (ב) ,0) ,הכוח הוא הפקד, אשר מאמת את המערכת הפיזית בהתאם.
  4. (ב) ⁇ :0 (ב) ⁇ : ⁇ : 1) ה-[[1924]], ה[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]

בתרשים בלוק, הלולאה זו מיוצגת על ידי חיבור פלט החיישן לקלט הבקר, פלט הבקר לקלט המבצע, והפלט המבצעי למפעל.התפוקה של הצמח מזין חזרה לקלט החיישן.לבהירות, סמן משמשים כדי להשוות את נקודת המוצא ואת האות, ואת בלוק הבקר לעתים קרובות מכיל את חוק הבקרה (למשל, בקר).

DC Motor Speed Control

שקול מערכת בקרת מהירות של DC פשוטה בקרת מהירות מהירות.הרשומה כוללת:

  • (ב) ⁇ :0) ,5 ⁇ (ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) ,Controller:FLT:1 , A PID בקר בלוק כי הוא מצמיד את השגיאה בין המהירות הרצויה (נקודת התחלה) לבין מהירות נמדדת.
  • (ב) ,0) פועל: חסימה מנוע A DC שמקבלת צו מתח מהבקר והפלט הפלט והזווית הזוויתית לעומס.
  • (ב) ויקרא י"א: "ה' (ב') ,ב"ה, "ה', ירא או גלגל" (במדבר כ"ד).
  • (ב) ,0) , תוואי ה-FLT:1, מהירות הצמח מורגשת על ידי ה- tachometer ואכילה בחזרה אל הבקר.

בתרשים בלוק, בלוק החיישן עשוי להיות מסומן "מטר" עם קלט מן "Plant" ופלט ל"צומת ההחלמה" בלוק המבצע הוא התווית "DC Motor" עם קלט מ"מפקח PID" ופלט ל"Plant" ייצוג חזותי זה עושה את זה קל לראות את ההיגיון השולט לזהות איפה התאמות דיוק נחוצים.

משככי כאבים וייצוגם

לולאות משוב הן בסיסיות לשליטה סגורה והן מסומנים על ידי מסלול משוב מהפלט חיישן בחזרה לסימון צומת הסימון. בתרשיםs בלוק, נתיב משוב כולל לעתים קרובות את חיישן עצמו, אבל לפעמים החיישן ממוקם בתוך מסלול משוב לבד. צומת הממסים מראה את פעולת ההשוואה: סימן נוסף עבור נקודת הציון וסימן מינוס עבור האות.שלילי הוא התצורה הנפוצה ביותר עבור בקרת יציבה, כלומר, כדי להבטיח את הסימון כדי לבצע את פעולת ההחלפה פיזית, כדי לגרום לתפקוד, כדי לגרום לתפקוד של חומר חשמלי, כדי לגרום ל-intortortexertotor, כדי לגרום ל-intexativerativerativerative כדי לגרום ל-intor כדי לגרום ל-intexertopertortortortortortortortortexationertopertexitortexitortexation, סימן ל-totexation.

המונחים: Blogram Representation

בעוד דיאגרמות בלוק בסיסיות מספיקות לתכנון קונספטואלי, מערכות מכטרוניות מתקדמות דורשות פרטים נוספים כדי ללכוד מורכבות בעולם האמיתי.

המונחים: noise

פלטי חיישן לעתים קרובות זקוקים לניידות לפני שהם יכולים לשמש על ידי הבקר.זה כולל הדגימה, סינון, והמרות (למשל, אנלוגי-ל-דיגיטלי) בתרשיםים מפורטים, בלוק נפרד עבור "מצב זר" יכול להיות מוכנס בין חיישן לבין הבקר באופן דומה, נהגים הפעלה (למשל, נהגים או מגברי כוח) עשויים להראות כמו גם את הממשק הניקודד הני המתאים להחלפתו.

שימוש בסמלים סטנדרטיים ו Notation

כדי לשפר את התקשורת על פני קבוצות, מהנדסים צריכים לאמץ סמלים סטנדרטיים עבור דיאגרמות בלוקים.ארגונים כמו IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) ו- ISO (הארגון הבינלאומי לתקינה) מספקים הנחיות לבלוקים פונקציונליים במערכות בקרה.לדוגמה, חיישנים ופועלים מיוצגים לעתים קרובות על ידי בלוקים מלבניים עם תוויות פונקציונליות, אך ניתן להשתמש בצורות ספציפיות ל-Transducer (למשל, מעגל עם ייצוגי תיבות של קיבולת פשוטה יותר, עם LTF) של אינטגרטיבית (מתאים ברורים יותר, עם מותאמים אישית, עם אימונים של אימונים של אימונים של אימונים של אימונים).

מודלים של חוסר לינאריות ודינמיקה

בתרשיםי בלוק מפורטים, חיישנים ומבצעים מיוצגים לעתים קרובות על ידי פונקציות ההעברה שלהם, המתארים את תגובת התדירות שלהם או התנהגות דינמית.לדוגמה, מנוע עשוי להיות lag הזמנה ראשונה, בעוד חיישן עשוי להיות קבוע זמן.כולל פונקציות העברה אלה בתרשים בלוק מאפשר למהנדסים לחזות יציבות מערכת וביצועים באמצעות כלים כמו בודה או ניתוח לשקע שורש.

Best Practices for Clear and Effective Block Diagrams

כדי למקסם את התועלת של דיאגרמות בלוק בעיצוב mechatronic, בצע את התרגילים הטובים ביותר אלה:

  • (FLT:0) כיוונים של חץ עקביים: קיד 1 תמיד מציב חצים מהקלט הפיזי לחיישן כדי לפעול כדי לפעול לצמח, ומצמח בחזרה לחיישן עבור משוב זה, דבר המחזק ומונע בלבול.
  • (ב) ויקרא י"א): "כל ה'" (ב') ו'' (ב') ו''' (ב') ו''' (ב') ו''''' (ב') ו''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''', ו'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
  • (FLT:0) שמור על נתיבי משוב בלתי אפשריים:FreaLT:1) ודא כי לולאות משוב נמשכים ללא קווי מעבר מופרזים. השתמש פריסה נקייה עם נתיבים נפרדים עבור משוב והזנת אותות קדימה.
  • (FLT:0) לכלול נקודת מפנה והפרעות:ראה: איורים של מערכת הבקרה, להוסיף קלט נפרד עבור ה-SEC הרצוי והצגת שיבושים האופציונליים המשפיעים על הצמח (למשל, עומס טורק) זה הופך את הדיאגרמה להשלים לניתוח.
  • (FLT:0) ,Separate High-Level ו-Digrams מפורט:Felo 1 עבור עיצוב ראשוני, השתמש בתרשים בלוק ברמה גבוהה עם מרכיבים מרכזיים. as the designבשלs, ליצור דיאגרמות מפורטות יותר הכוללות מיזוג אותות, מגברי חשמל, פונקציות העברה ספציפיות.
  • (FLT:0) צבעי צבע באופן מיוחד: FLT:1 אם ציור דיגיטלית, השתמש בצבעים שונים עבור סוגים שונים של אותות שונים (למשל, כחול עבור חשמל, אדום עבור מכני) כדי לשפר את יכולת הקריאה, אבל להבטיח את הדיאגרמה הוא גם חד פעמי בקנה מידה אפור עבור תיעוד.

שיטות אלה מבטיחות כי דיאגרמת בלוק משמשת כלי תקשורת יעיל בין מהנדסי מכונות מכני, חשמל ותוכנות המעורבים בפרויקט.

דוגמאות ליישומים מעשיים

כדי לחזק את המושגים, שקול שתי מערכות מירוצניות נפוצות וכיצד דיאגרמות בלוק שלהם משלבות חיישנים ופועלים.

דוגמה: בקרת טמפרטורה ב-Oven

תנור תעשייתי משתמש חיישן טמפרטורה (מתקפה) כדי למדוד את הטמפרטורה הפנימית. פלט החיישן נשלח לבקר דיגיטלי (למשל, PLC או microcontroller) הבקר משווה את הטמפרטורה הממדדה לנקודת המקבע (שעון רכוב) וחושב את אות השליטה עבור המרכיב (למשל, במקרה זה הוא מרכיב מסתור (או גז).

דוגמה 2: בקרת מיקום הנשק הרובוטי

בזרוע רובוטית, לכל מפרק יש חיישן מיקום (למשל, קוד אופטי) ומעשה (למשל, DC מנוע עם תיבת הילוכים) תרשים בלוק עבור מפרק יחיד כולל: Setpoint (זווית קדמית) Summing צומת PID סימולטור משותף (מנהל) של מנוע DC (מתחליף) Encoder (ens) אחורי) כדי לבודד את ה-Squarecetating ה-cuating ה-cuating (מפרק) כדי ל-S) ל-Square (מתאים את ה-Simpulating) ל-S (מפרקים) ל-S (מפרקים) ל-S) ל-S (מפרקים (מתאים את ה-Squareceperty) ל-S) ל-S.

מסקנה

שילוב חיישנים ופועלים בתרשיםים הוא מיומנות בסיסית עבור מהנדסים mechatronic. a-re-Returnn בלוק דיאגרמה לוכדת את האינטראקציות החיוניות בין מדידה פיזית, בקרה על לוגיקה, ופעולה גופנית, המאפשרת עיצוב יעיל, ניתוח ותקשורת צוותית.על ידי ביצוע מוסכמות סטנדרטיות לבלוק, כולל תוויות ברורות והוראות תאורה, ולהרחיב דיאגרמות כדי לכלול פרטים מעשיים כגון מיזוג ומהנדסים מקצועיים, כגון: