Динаміка мехатронних систем

Під час вивчення курсу ви ортимаєте теоретичних знань та практичних навичок формування та розв’язання задач аналізу характеристик управління мехатронних систем та комплексів, приведення та перетворення систем координат, формування рівнянь кінематики та динаміки опорної та приводної складових механічної та управляючої систем пристрою; математичне моделювання та аналіз характеристик руху електромеханічних та гідро-пневмоприводних систем управління; розвините розуміння та володіння засобами алгоритмічного та програмного забезпечення моделювання кінематики та динаміки мехатронних пристроїв та структурними принципи їх побудови в сучасних програмних засобах.

Ознайомлення студентів із архітектурою та принципами побудови мехатронних систем, методами аналізу їх функціональних властивостей шляхом математичного моделювання кінематичних та динамічних характеристик. Вивчення та опису механічних властивостей руху та функціональних перетворень енергії, як необхідної основи подальшого проектування мехатронних пристроїв та комплексних електромеханічних систем з наперед означеними характеристиками руху. Задачами курсу є: отримання теоретичних знань та практичних навичок в таких питаннях, як: 1. перетворення систем координат руху і методи формування рівнянь кінематики; 2. методи формування рівнянь динаміки опорної та приводної частин систем; 3. математичне моделювання та аналіз характеристик руху електромеханічних систем; 4. алгоритмічне та програмне забезпечення моделювання кінематики та динаміки мехатронних пристроїв та структурні принципи їх побудови.

Результатом вивчення дисципліни є розуміння суті процесів, що відбуваються в об’єктах автоматизації та вміня проводити аналіз об’єктів автоматизації і обґрунтовувати вибір структур, алгоритмів та схем керування ними на основі результатів дослідження їх властивостей. Вміння застосовувати методи системного аналізу, моделювання, ідентифікації та числові методи для розроблення математичних та імітаційних моделей окремих елементів та систем автоматизації в цілому, для аналізу якості їх функціонування із використанням новітніх комп’ютерних технологій.

Тема 1. Вступ. Загальна структура та ієрархія мехатронних систем. Означення мехатроніки, та основні етапи її розвитку. Структура та ієрархія мехатронних пристроїв. Відмінні риси мехатронних систем від класичних систем автоматики та електромеханіки руху.  Функціональні характеристики, що висуваються до сучасних електромеханічних систем руху. Загальна методологія, структура та принцип побудови мехатронних пристроїв. Людино-машинний інтерфейс.

Тема 2. Мехатронні модулі руху. Еволюція створення мехатронних модулів руху (ММР). Побудова ММР, їх структура, як систем автоматичного управління. Споріднені та відмінні характеристики систем управління мехаторонними модулями руху в порівнянні з класичними електромеханічними системами. ММР в машинобудуванні, характеристики та вимоги до забезпечення механічних характеристик руху з боку різних технологічних задач. Структурний аналіз мехатронних систем та ММР на основі показників функціонального навантаження. Мехатронні технології в сучасному верстатобудуванні, структура систем управління що їх реалізують та порівняння з класичними системами.

Тема 3. Основи кінематики та динаміки просторових механізмів мехатронних систем. Узагальнені системи координат просторових механізмів, афінні матричні та векторні перетворення  координат руху матеріальних точок. Типи ланок та елементів передачі руху при описі кінематичних зв’язків. Приклади кінематичного опису маніпуляційних систем. Тема 4. Моделювання динаміки виконавчих механізмів на базі електродвигуна та гідроприводу. Основні компоненти функціонального перетворення енергії виконавчого приводу. Рівняння динаміки системи з голономними та не голономніми зв’язками. Модель динаміки приводу на базі двигуна постійного струму (ДПС). Структурна схема заміщення двигуна. Формування зв’язаного графу динамічних параметрів ММР. Модель динаміки гідроприводу з силовим гідроциліндром. Структурна схема заміщення приводу. Формування зв’язаного графу динамічних параметрів ММР на базі гідроприводу. Автоматизоване формування рівнянь динаміки приводів та аналіз руху, що ними створюється.

Тема 5. Програмні засоби аналізу динаміки мехатронних систем. Математичний опис неперервних та дискретних процесів в мехатронних системах. Характеристики та інструментарій програмних середовищ MathCAD та МАТLAB для моделювання динаміки мехатронних систем. Формалізація, чисельні методи та програмні функції MathCAD та МАТLAB при реалізації кінематичних та динамічних перетворень. Тема 6. Програмна реалізація рівнянь динаміки електроприводу та моделювання динаміки маніпуляційної систем робота з абсолютно жорсткими ланками. Реалізація закону управління електроприводом. Формування рівнянь динаміки електроприводу постійного та змінного струму. Моделювання руху виконавчого механізму, трансмісії. Формування узагальненої моделі динаміки маніпуляційної системи.

60 балів за виконання практичних завдань під час лабораторних робіт. 30 балів - результати написання двох КМР та активності та 10 балів за результатами роботи під час семінарських занять при опрацюванні матеріалу самостійного вивчення.