Mechatronika- pojęcie składające się z dwóch słów: mechanika i elektronika; termin stworzony ma pocz. Lat 70-tych w Japonii jako nazwa handlowa. Początkowo utożsamiano z nią konstrukcje mechaniki precyzyjnej uzupełnione przez elektronikę. Dziś-> dziedzina wiedzy inżynierskiej, oparta o klasyczne dyscypliny nauki, takie jak mechanika, elektronika, informatyka. Cel-> poprawienie funkcjonalności syst. techn. oraz zakresu ich stosowania.

Typowe definicje mechatroniki próbują ująć jej różne aspekty zast:

1)Typowy syst. mechatr. rejestruje sygnały, porównuje z sygnałem sterującym i przetwarza w np. siły i ruchy.

2) Mechatronika to synergiczne połączenie dziedzin mechanicznych i elektrycznych w nowoczesnych pracach konstrukcyjnych

3) Mechanika stanowi integrację inżynierii mechanicznej z elektroniką oraz intelig. sterowaniem komputerowym w konstruowaniu i wytwarzaniu produktów i procesów

System mechatroniki jest to zamknięty układ sterownia, zbudowany z nast. jedn. funkcjonalnych:

-obiektu podlegającego kontroli

-modułu pomiarowego

-układu sterującego

-modułu nastawczego

Inteligentny sensor

1. Pojemnościowe metody pomiarowe: pojemnościowe sensory są bardzo podobne do sensorów indukcyjnych jeśli chodzi o budowę, opracowanie sygnału i obszaru zastosowań. Jako efekt pomiarowy wykorzystywana jest zamiana pojemności kondensatora. $C = \epsilon\frac{S}{d}$ zmiana odległości

a)liniowe b)różnicowe c)zmienny ϵ

2. Czujniki siły i momentu. Tensometr to czujnik rezystancyjny wykonany z odpowiednio ukształtowanej, poprzez wytrawienie , folii metalowej naniesionej na izolacyjne podłoże i naklejone na obiekt ,w którymi naprężenia mogą być zmierzone

3. Silnik krokowy przekształca ciąg impulsów elektrycznych zasilających uzwojenia stojana na ciąg przesunięć krokowych pełny krok wirnika wirnika zależy od liczby impulsów podanych na uzwojeniu stojana, szybkość obrotów zależy od częstotliwości impulsów, kierunek obrotów zależy od sekwencji impulsów

Zwykle nie podaje się mocy znamionowej silnika bo wytworzenie mocy, bo nie jest to jego głównym zadaniem, jest nim wytwarzanie obrotów i podaje zwykle U_n,J_n,T_n

Klasyfikacja:1) reluktancyjne –każdy układ dązy do maksymalnej permeancji,polega na jednoczesnym sterowaniu dwóch fa-są mniejsze prądy-w sumie dostajemy dodatkowe położenie (między zębami stojana) 2) z magnesami trwałymi-zasilamy tu bipolarnie-mamy więcej możliwości; wada silnika- potężny bezprądowy moment trzymający(jest to zarazem wada i zaleta) 3) hybrydowe (silniejsze bo mają magnesy trwałe) ;likwidowany jest problem wyrywania z bezprądowego momentu trzymającego;więcej możliwośc ze względu na zasilanie bipolarne

Aktuatory nowego rodzaju: jako aktuatory nowego rodzaju aktuatory niekonwencjonalne określa się urządzenia nastawcze, które wykorzystywane inne niż dotychczas o tej pory przedstawione zasady fizyczne

Właściowości	Liniowe aktuatory elektromagnetyczne	Liniowe aktuatory hydrauliczne	Liniowe akuatory piecoekktryczne
Zalety	-prosta charakterystyka przenoszenia –duży zakres częstotliwości	- sprzyjający stosunek mocy do ciężaru – duże siły	- prosta charakterystyka przenoszenia – średni zakres częstotliwości
Wady	-duże masy – relatywnie małe siły	-charakterystyka przenoszenia zależna od dynamiki cieczy	- relatywnie duże długości zabudowy – drogi wzmacniacz wysokie napięcie
Zakres regulacji częstotliowości	<1000 MHz	<250 Hz	<500 Hz

Mechatronika- pojęcie składające się z dwóch słów: mechanika i elektronika; termin stworzony ma pocz. Lat 70-tych w Japonii jako nazwa handlowa. Początkowo utożsamiano z nią konstrukcje mechaniki precyzyjnej uzupełnione przez elektronikę. Dziś-> dziedzina wiedzy inżynierskiej, oparta o klasyczne dyscypliny nauki, takie jak mechanika, elektronika, informatyka. Cel-> poprawienie funkcjonalności syst. techn. oraz zakresu ich stosowania.

Typowe definicje mechatroniki próbują ująć jej różne aspekty zast:

1)Typowy syst. mechatr. rejestruje sygnały, porównuje z sygnałem sterującym i przetwarza w np. siły i ruchy.

2) Mechatronika to synergiczne połączenie dziedzin mechanicznych i elektrycznych w nowoczesnych pracach konstrukcyjnych

3) Mechanika stanowi integrację inżynierii mechanicznej z elektroniką oraz intelig. sterowaniem komputerowym w konstruowaniu i wytwarzaniu produktów i procesów

System mechatroniki jest to zamknięty układ sterownia, zbudowany z nast. jedn. funkcjonalnych:

-obiektu podlegającego kontroli

-modułu pomiarowego

-układu sterującego

-modułu nastawczego

Inteligentny sensor

Sensory(czujniki)- mogą być postrzegane jako filtry, które wydobywaja tylko czesc z ogólnie dostępnej informacji i przetwarzającą jej w ilościowy pomiar.

Klasyfikacje

1) (ze względu na zasadę działania):

1. Potencjometryczne- pomiary odległości, pomiary kąta obrotu

2. Pojemnościowe- pomiary odległości, ciśnienia i siły

3. Indukcyjne- pomiar odległości i kąta (czujnik LVDT różnicowy przetwornik przemieszczeń liniowych/kątowych wykorzystuje zjawisko zmiany natężenia pola magnetycznego wewnątrz uzwojenia spowodowane zmianą położenia rdzenia ferrytowego)

2) (ze względu na mierzoną wielkość):

a) położenia , odległości i kąta obrotu

b) temperatury

c) natężenia światła itd.

3) (ze względu na źródło energii i sygnał pomiarowy):

a) pasywne- energia potrzebna do wytworzenia sygnału wyjściowego jest czerpana ze zjawiska fizycznego (pomiar temp z wykorzystaniem termopary)

b) aktywne- wymagają zewnętrznego źródła energii do wytworzenia sygnału wyjściowego (pomiar natężenia z wykorzystaniem tensometru)

Parametry:

1. Zakres- relacja między największą a najmniejszą wielkością wejściową

2. Rozdzielczość- najmniejsza wykrywalna różnica między dwoma pomiarami

3. Liniowość- jest to zależność sygnału wyjściowego od zmienności sygnału wejściowego

4. Pasmo pomiarowe- częstość z jaką czujnik może dostarczyć pomiarów.

5. Czułość- jest to relacja między zmianą wielkości wyjściowej i wielkości mierzonej

6. Wrażliwość- czułość na inne parametry środowiska

7. Błąd= wielkość prawdziwa - wielkośc mierzona

8. Dokładność= (1-błąd)/wartość prawdziwa

9. Precyzja- powtarzalność wyników pomiarów

PODSTAWOWE STRUKTURY AKTUATORÓW ELEKTROMAGN PRĄDU STAŁEGO

1. Aktuator nurnikowy

Inne aktuatory: podkowiasty, dźwigowy, klapkowy

PODSTAWOWE STRUKTURY AKTUATORÓW ELEKTROMAGN PRĄDU ZMIENNEGO

- AKTUATORY typu E

- AKTUATORY typu C

Pojemnościowe metody pomiarowe: pojemnościowe sensory są bardzo podobne do sensorów indukcyjnych jeśli chodzi o budowę, opracowanie sygnału i obszaru zastosowań. Jako efekt pomiarowy wykorzystywana jest zamiana pojemności kondensatora. $C = \epsilon\frac{S}{d}$ zmiana odległości

a)liniowe b)różnicowe c)zmienny ϵ

Czujniki siły i momentu. Tensometr to czujnik rezystancyjny wykonany z odpowiednio ukształtowanej, poprzez wytrawienie , folii metalowej naniesionej na izolacyjne podłoże i naklejone na obiekt ,w którymi naprężenia mogą być zmierzone

Silnik krokowy przekształca ciąg impulsów elektrycznych zasilających uzwojenia stojana na ciąg przesunięć krokowych pełny krok wirnika wirnika zależy od liczby impulsów podanych na uzwojeniu stojana, szybkość obrotów zależy od częstotliwości impulsów, kierunek obrotów zależy od sekwencji impulsów

Zwykle nie podaje się mocy znamionowej silnika bo wytworzenie mocy, bo nie jest to jego głównym zadaniem, jest nim wytwarzanie obrotów i podaje zwykle U_n,J_n,T_n

Klasyfikacja:1) reluktancyjne –każdy układ dązy do maksymalnej permeancji,polega na jednoczesnym sterowaniu dwóch fa-są mniejsze prądy-w sumie dostajemy dodatkowe położenie (między zębami stojana) 2) z magnesami trwałymi-zasilamy tu bipolarnie-mamy więcej możliwości; wada silnika- potężny bezprądowy moment trzymający(jest to zarazem wada i zaleta) 3) hybrydowe (silniejsze bo mają magnesy trwałe) ;likwidowany jest problem wyrywania z bezprądowego momentu trzymającego;więcej możliwośc ze względu na zasilanie bipolarne

Aktuatory nowego rodzaju: jako aktuatory nowego rodzaju aktuatory niekonwencjonalne określa się urządzenia nastawcze, które wykorzystywane inne niż dotychczas o tej pory przedstawione zasady fizyczne

Właściowości	Liniowe aktuatory elektromagnetyczne	Liniowe aktuatory hydrauliczne	Liniowe akuatory piecoekktryczne
Zalety	-prosta charakterystyka przenoszenia –duży zakres częstotliwości	- sprzyjający stosunek mocy do ciężaru – duże siły	- prosta charakterystyka przenoszenia – średni zakres częstotliwości
Wady	-duże masy – relatywnie małe siły	-charakterystyka przenoszenia zależna od dynamiki cieczy	- relatywnie duże długości zabudowy – drogi wzmacniacz wysokie napięcie
Zakres regulacji częstotliowości	<1000 MHz	<250 Hz	<500 Hz

Aktuatory

Aktuator – urzadzenie wykonawcze które na podstawie sygnału sterującego odpowiednio steruje urzadzeniem mechanicznym . Sygnal sterujacy docierajacy do nastawnika energii nie niesie ze soba energii dlatego doprowadza się do nastawnika energii energie pomocnicza nastawiona do odpowiedniego poziomu, nastepnie energia ta w przetworniku energii jest przekształcana do odpowiedniej postaci wyjściowej

Aktuatory: translacyjne(liniowe), liniowe→obrotowe,obrotowe→liniowe,obrotowe→obrotowe,en.mech→en.mech rotacyjna

Aktuatory płynowe – hydrauliczne i pneumatyczne urz. nastawne do wytwarzania sil czy ruchu wykorzystujace ciekle lub gazowe nosniki energii

Aktuator hydrauliczny (duża moc, duży moment, ciśnienie do 420 Bar, ruch strumienia do 5 m/s, niewielkie straty przeciekowe, mała ściśliwość cieczy, dobre sterowanie prędkością, mała prędkość działania, b. duża gęstość mocy, ruch tłoku roboczego 0,15 m/s, duża zdolność do regulacji siły i momentu, oddawanie płynu do specjalnego pojemnika)

Aktuator pneumatyczny (mała moc, mały moment, szybkie działanie, ruch strumienia płynu do 40 m/s, słaba regulacja prędkości, dobra regulacja siły i momentu, ruch tłoku roboczego do 1,5 m/s, mała gęstość mocy, duża ściśliwość płynu, duże straty przeciekowe, oddawanie płynu do otoczenia).

Aktuatory elektormagnetyczne o ruchu liniowym:

Elektromechaniczne układy nieliniowe:

Rodzaj energii	D	M	energia	koenergia
Kinetyczna	v	p	Wk=∫0^pvdp	Tk=∫0^vpdv
Potencjalna	F	x	Wp=∫0^xFdx	Tp=∫0^FxdF
Magnetyczna	i	Ψ	Wm=∫0^ΨidΨ	Tm=∫0^iΨdi
Elektryczna	u	Q	We=∫0^qudQ	Te=∫0^uQdu

Elektromechaniczne układy liniowe:

Rodzaj energii	D	M	M=K*D	Energia= koenergii
Kinetyczna	v	p	p=mv	Wk=Tk=$\frac{1}{2}\text{pv} = \frac{1}{2}mv^{2} = \frac{1}{2}(p^{2}\ /m)$
Potencjalna	F	x	x=kF	Wp=Tp=$\frac{1}{2}\text{xF} = \frac{1}{2}kF^{2} = \frac{1}{2}{(x}^{2}/k)$
Magnetyczna	i	Ψ	Ψ=Li	Wm=Tm=$\frac{1}{2}$ Ψi=$\frac{1}{2}Li^{2} = \frac{1}{2}{(\varphi}^{2}/L)$
Elektryczna	u	Q	Q=Cu	We=Te=$\frac{1}{2}\text{Qu} = \frac{1}{2}Cu^{2} = \frac{1}{2}(Q^{2}\ /C)$

Mikrosilnik krzemowy

Wytwarzanie

-Naniesienie na krzemowe (silikonowe) podloże 1um warstwy dwutlenku krzemu i azotku krzemu w celu izolacji elementów od podłoza

-Nałożenie warstwy polisilikonu o grubości 350 um warstwa domieszkowana i kształtowana za pomoca pionowego trawienia w celu utworzeniu tarczy pod wirnikiem

- Naniesienie warstwy dwutlenku krzemu 2,3 um i kształtowanie powierzchni pomiedzy tarcza a wirnikiem

- Utworzenie przez trawienie głównej warstwy polisilikonu kształtu wirnika i biegunow stojana

- Formowanie przestrzeni pomiedzy wirnikiem i piasta pełniącej role lozyska ślizgowego przy pomocy nastepnej warstwy dwutlenku krzemu o grubości 300 um

- Ukształtowanie piasty z warstwy polisilikonu o grubości 1 um

- Uwolnienie wirnika za pomoca trawienia anizotropowego warstwy dwutlenku krzemu

CECHY : Stojan nie posiada uzwojeń lecz stanowi układ elektrod, uzębiony wirnik nie jest podlaczony do zasilania, silnik o 12 elektrodach stojana i 8 zebach wirnika , elektrody stojana podzielone sa na cztery sekcje po trzy elektrody na kazda sekcje (ABC)

Mikrosilnik elektrostatyczny zasada dzialania:

po zasileniu jednej sekcji elektrod stojana (npB) wirnik dąży do osiągnięcia położenia równowagi stabilnej. Jest to położenie, w którym część biegunów stojana i wirnika pokrywają się. Pomiędzy zasilaną elektrodą stojana, a najbliższym nie zasilonym zębem wirnika wytwarza się pole elektryczne. W orzasze szczeliny powietrznej bezpośrednio przy zasilonej elektrodzie stojana gromadzą się ładunki ujemne, natomiast w obszarze przy nie zasilonym zębie wirnika gromadzą się ładunki dodatnie odpychane przez dodatni potencjał stojana. Uzyskujemy kondensator, w którym dielektrykiem jest powietrze. Jeśli elektrody stojana są przełączone w odpowiedniej kolejności powstaje maszyna bazująca na układzie ładowanych i rozładowywanych pojemności.

System mechatroniki Inteligentny sensor Aktuator nurnikowy - AKTUATORY typu E typu C Pojemnościowe metody pomiarowe: a)liniowe b)różnicowe c)zmienny ϵ Rodzaj energii D M energia koenergia Kinetyczna v p Wk=∫0^pvdp Tk=∫0^vpdv Potencjalna F x Wp=∫0^xFdx Tp=∫0^FxdF Magnetyczna i Ψ Wm=∫0^ΨidΨ Tm=∫0^iΨdi Elektryczna u Q We=∫0^qudQ Te=∫0^uQdu Rodzaj energii D M M=K*D Energia= koenergii Kinetyczna v p p=mv Wk=Tk=$\frac{1}{2}\text{pv} = \frac{1}{2}mv^{2} = \frac{1}{2}(p^{2}\ /m)$ Potencjalna F x x=kF Wp=Tp=$\frac{1}{2}\text{xF} = \frac{1}{2}kF^{2} = \frac{1}{2}{(x}^{2}/k)$ Magnetyczna i Ψ Ψ=Li Wm=Tm=$\frac{1}{2}$ Ψi=$\frac{1}{2}Li^{2} = \frac{1}{2}{(\varphi}^{2}/L)$ Elektryczna u Q Q=Cu We=Te=$\frac{1}{2}\text{Qu} = \frac{1}{2}Cu^{2} = \frac{1}{2}(Q^{2}\ /C)$

System mechatroniki Inteligentny sensor Aktuator nurnikowy - AKTUATORY typu E typu C Pojemnościowe metody pomiarowe: a)liniowe b)różnicowe c)zmienny ϵ Rodzaj energii D M energia koenergia Kinetyczna v p Wk=∫0^pvdp Tk=∫0^vpdv Potencjalna F x Wp=∫0^xFdx Tp=∫0^FxdF Magnetyczna i Ψ Wm=∫0^ΨidΨ Tm=∫0^iΨdi Elektryczna u Q We=∫0^qudQ Te=∫0^uQdu Rodzaj energii D M M=K*D Energia= koenergii Kinetyczna v p p=mv Wk=Tk=$\frac{1}{2}\text{pv} = \frac{1}{2}mv^{2} = \frac{1}{2}(p^{2}\ /m)$ Potencjalna F x x=kF Wp=Tp=$\frac{1}{2}\text{xF} = \frac{1}{2}kF^{2} = \frac{1}{2}{(x}^{2}/k)$ Magnetyczna i Ψ Ψ=Li Wm=Tm=$\frac{1}{2}$ Ψi=$\frac{1}{2}Li^{2} = \frac{1}{2}{(\varphi}^{2}/L)$ Elektryczna u Q Q=Cu We=Te=$\frac{1}{2}\text{Qu} = \frac{1}{2}Cu^{2} = \frac{1}{2}(Q^{2}\ /C)$