ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE

Transkript

1 ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE Přednáška č.3 MECHATRONIKA Ing. Jana Kovářová

2 Co je o mechaonika? Inedisciplinání obo Mechanika Elekonika Řízení Výpočení echnika Obsah Waův eguláo Základní pojmy Výuka mechaoniky na KME Aplikace

3 Jeden z pvních mechaonických sysémů Waův eguláo

4 Jeden z pvních mechaonických sysémů Waův eguláo

5 Pincipy Waova eguláou Jeden z pvních mechaonických sysémů Waův eguláo Závislos zvednuí klapky přívodu páy na odsředivé síle, keá je způsobena momenem vyvozeným paním sojem.

6 Základní pojmy Dopředné řízení Zpěnovazební řízení U mooů jsou snímány vibace, keé by v posou cesujících vyvolaly hluk a do posou cesujících je poušěn kompenzační signál, keý eno hluk polačí Venilem se oočí, až když člověk pocíí chlad

7 Základní pojmy - egulační smyčka Senzo Polohy Tlaku Oáček Chemická koncenace ad. Akční člen Moo Elekomagne Venil Piezoelekický člen ad. Oevřená smyčka dopředné kompenzační řízení Rízení Poces Uzavřená smyčka zpěnovazební řízení u u Poces Rízení y y

8 Sukua jednoduchého egulačního obvodu lumení vibací sedačky: čidla na poloosách a na sedačce známe přenos od poloos k sedačce měřielná poucha požadovaná hodnoa nulové zychlení na čidle na sedačce

9 Důležios výběu veličin po egulaci α y y je okem měřielná (vidíme, kolik lana je namoáno) a umpálem ovlivnielná veličina (kývání džbeu) je hluboko ve sudni a nevíme kde, poo je okem neměřielná, ale je ovlivnielná pomocí úhlu α, keý je okem měřielný a ukou ovlivnielný (umpálem ne) Kóování v mechanice je oienované od pevné pozice kóy mají pevně daný smě, keý se dodžuje. Pokud má výchylka (ychlos, zychlení) smě opačný než učený sysém, pojeví se o znaménkem. Smě ychlosi a zychlení je předpokládám ve shodném směu jako je smě výchylky

10 Vlasní fekvence a vlasní va kmiu vlasní fekvence je fekvence, při keé kmiající sysém klade nejmenší odpo vůči defomaci (ampliudě kmiání). Tva akového kmiání se nazývá vlasní va Pokud na sousavu působí buzení blízké vlasní fekvenci sousavy jedná se o ezonanční buzení Tacoma Naows Bidge flue Vojáci zuši kok Hudební násoje

11 Základní chaakeisiky Ampliude Impulse Response Impulsní chaakeisika odezva na buzení impulsem (řízený a neřízený sysém) Time (sec) Ampliudová chaakeisika (řízený a neřízený sysém) Fázová chaakeisika (řízený a neřízený sysém)

12 Mechaonika na KME Mechaonik je záoveň kybeneik, elekoechnik, mechanik, pogamáo Poože vše nelze děla na 100%, mechaonik z KME je sousředěn na mechanickou čás a o osaních musí mí přehled a musí je umě použí Náš výzkum se sousředí převážně na lumení vibací Nejdůležiější pací MECHAonika v našem pojeí je sesavi koekní model po řízení. Zkoumání odezev na ůzné buzení, analýza poblému z hlediska momenálního savu (kde jsou možné úpavy, kam se může umísi senzo, akčníčlen, co způsobuje ozkmiání soje vlivy okolí ), mechanické epeimeny po naladění eoeického modelu (ideálního modelu) na model eálný Spolupáce při vobě modelu s Kaedou kybeneiky (nuná specifikace ypu senzoů a akčních členů po učení vhodné polohy a ím i sesavení modelu)

13 Tvoba modelů Analyicky MKP meoda konečných pvků Idenifikací epeimenálně Epeimenálně vyhodnocení kmiání MKP olopakované kolo Analyicky např. lineání kombinací bázových funkcí kmiání nosníku

14 MKP Y MN Z X MX File: Hidel_S50MC-C

15 kde m hmonos b lumení k uhos y - výchylka ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) F kq bq mq F q k v b a m & && Teno vzah je možné použí po vyvoření savového modelu vhodného po řízení. Převedeme difeenciální ovnici 2. řádu na dvě difeenciální ovnice pvního řádu: m b k F q ( ) ( ) ( ) ( ),, 2 1 q q & ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) F m m b m k 1, & & Kmiání hmoy na pužině Z ovnováhy sil plyne ( ) ( ) ( ) ( ) } ( ) } ( ) } [ ] ( ) ( ). 0 1, & & & C y u B A y F m m b m k Kde maice A,B,C jsou savové maice známe model sysému, sysém přesává bý čenou skříňkou.

16 V případě závislosi výsupu přímo na vsupu vysupuje ve savové ovnici i maice D a ovnice má poé va: & A Bu, y C Du. Pomocí savových maic A,B,C,D lze sesavi přenosovou funkci sysému. Příkladem, kde vysupuje D je pávě umpál zde je délka lana (výsup) přímo závislá na oáčení umpálem (vsup) V případě složiějších sousav o více hmoách, pužinách a lumičích nebo v případě řešení pomocí MKP přecházejí skaláy v předchozích ovnicích ve vekoy a maice F ( ) M q&& ( ) B q& ( ) K q( ) Tyo maice lze z MKP výpoču získa přímo nebo pomocí dalších chaakeisik jako jsou vlasní vay kmiu a vlasní fekvence

17 Zavedeme zpěnou vazbu za předpokladu, že vsup u je řízeným vsupem, keý závisí paameicky na savu savová zpěná vazba. Pokud závisí paameicky na výsupu výsupní zpěná vazba Savový popis Maice dynamiky u sysém A,B,C y Neřízený sysém & y A Bu C. & A Bu A u sysem A,B,C izeni F y Sysém se savovou zpěnou vazbou Sysém s výsupní zpěnou vazbou u F & A BF u Fy & A BFy & A BFC & & ( A BF) ( A BF) ( A ) BFC ( A BFC)

18 Řízená hmoa na pužině m k b q F R ízení m k b q F R ízení Zpěnovazební řízení Dopředné kompenzační řízení ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) R F kq bq mq R F q k v b a m & & & ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) R F kq bq mq R F q k v b a m & & & ( ) ( ) ( ) q R R q R & 2 1 ( ) ( ) R F R 1

19 Aplikace Vesmíný půmysl Roboické uce a jiné manipuláoy Tlumení vibací (půmysl, budovy) Dosavadní aplikace mechaonických sysémů v běžném živoě Pačka Mikovlnná ouba Auomobil Leadlo Fooapaá Tomogaf a další

20 Aplikace na nosník Na nosníku je senzo polohy, z něj vede signál do řídící jednoky, keý vyhodnoí naměřená daa a poé dá pokyn akčnímu členu v omo případě vyvolá magneickou sílu díky cívce s jádem.

21 Příklady použií piezo maeiálů Jednou z oblasí, dosávající se dnes do popředí jsou sma maeiály. Mezi yo maeiály paří piezo maeiály, což jsou maeiály, keé mají schopnos indukova napěí v odezvě na aplikované mechanické namáhání a obáceně.

22 Použií oscilace piezo-nosníku po oování y Hamonickým buzením složeným z dvou fekvencí, kdy duhá má dvojnásobnou fekvenci než pvní je vybuzeno ložisko k oáčení (pvní dva členy Fouieovy ansfomace apoimují signál na obázku níže)

23 Obáběcí soj Řízení přesnosi obábění Tlumení vibací nože Tlumení vibací přenášejících se do okolí

24 Tlumení vibací přenášejících se z okolí přesnos snímkování Tomogaf

25 Přenos nákladu co nejychleji bez kmiu při zasavení Jeřáby

26 Shnuí Waův geneáo Regulační smyčka Dopředná zpěná vazba Jednoduchý egulační obvod MKP Vlasní fekvence, vlasní vay a chaakeisiky Mechaonika na KME Tvoba modelů Aplikace Aplikace na nosník Piezo maeiály Příklady aplikace lumení vibací