Применение Мехатронных систем в производстве

УТВЕРЖДАЮ: . . . . . . . . . . . . . .
Декан ФЭТиП, проф. Бровкова М.Б.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине:
ПРИМЕНЕНИЕ МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМ В ПРОИЗВОДСТВЕ
Направление:"Управление в технических системах"
Квалификация (степень) - магистр
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСА
«Применение мехатронных систем в производстве» является дисциплиной по выбору в
курсе обучения по направлению "Управление в технических системах".
Знания и умения, полученные в процессе изучения дисциплины применимы в области
роботизированного производства и автоматизации технологических процессов.
Целью изучения дисциплины является является формирование у студентов знаний и
компетенций в области проектирования мехатронных устройств, выбора основного и
вспомогательного технологического оборудования для различных видов производства.
Задачи курса – сформировать у студентов теоретические знания, навыки и компетенции
при проектировании мехатронных производственных систем.
Студент в результате освоения дисциплины должен овладеть следующими знаниями и
навыками:
знать устройство и основные принципы функционирования мехатронных устройств;
знать основы технологических процессов машино – и приборостроительного
производства;
уметь применять полученные знания для решения инженерных задач при разработке,
производстве и эксплуатации мехатронных систем.
2. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
2.1 Учебных часов
Вид занятий
1.
2.
3
4
Семестр
Лекции
Лабораторные работы
Коллоквиум
Самостоятельная работа
Итого
3
3
3
3
Количество часов
еженедельно
всего
7
1,5
27
2
108
144
2.2 Лекции:
Название, содержание
Трудоемкость
[акад.
час.]
1. Современное состояние проблемы разработки и проектирования
мехатронных устройств. Определения, состав , классификационный признак
поколений мехатронных устройств и систем. Цели и задачи изучения дисциплины
1
2. Основные этапы и принципы проектирования мехатронныхсистем.
Классификация мехатронного оборудования. Классификация технологических
процессов. Современные мехатронные системы; построение, моделирование,
2
применение. Задачи и основные этапы проектирования.
3. Кинематика и динамика исполнительных устройств промышленного
оборудования. Задачи кинематики манипуляторов. Прямые и обратные задачи о
положениях. Матричные методы решения задач. Прямая и обратная задачи
кинематики. Базовые и связанные системы координат. Векторно-матричные
методы преобразования координат. Решение прямой и обратной задач о
положениях. Определение законов изменения обобщенных координат при
движении точки схвата по заданной траектории.
2
4. Современные методы управления мехатронными модулями и системами.
Непрерывные и дискретные системы управления. Непрерывное программное
управление. Динамическая коррекция с помощью обратных связей. Адаптивное и
интеллектуальное управление
2
Итого
7
2.2. Самостоятельная работа студентов
Тема
Состав и структура современного машиностроительного производства.
Мехатронные модули движения. Структура, конструирование, оптимизация.
Моторы- редукторы, мехатронные модули вращательного движения на базе
высокомоментных двигателей.
Мехатронные модули линейного движения и типа «двигатель- рабочий орган».
Интеллектуальные мехатронные модули движения.
Гибкие производственные системы. Основное и вспомогательное оборудование.
Определение законов изменения обобщенных координат при движении точки схвата
по заданной траектории.
Определение скоростей и ускорений движения манипуляторов. Прямая и обратная
задачи о скоростях и ускорениях.
Методы кинематического анализа. Определение условных и линейных скоростей в
абсолютном и относительном движении.
Определение обобщенных скоростей манипулятора, реализующего движение по
заданной траектории с заданной ориентацией.
Силовой и динамический анализ в механике манипуляторов. Прямая и обратная
задачи динамики.
Принципы построения систем интеллектуального управления в мехатронике.
Силы и моменты, действующие на звенья манипуляторов. Приведенные массы и
моменты инерции звеньев.
Определение обобщенных сил и реакций в кинематических парах. Обратные задачи
динамики при выполнении технологических операций.
Метод кинетостатики в динамике манипуляторов. Примеры кинематического анализа
манипуляторов при решении прямой и обратной зада динамики.
Робастные системы управления.
Робототехнические комплекс механообработки.
Манипуляционные и технологические устройства на базе L-координатных
механизмов.
Методы решения задач кинематики механизмов с кинематической избыточностью.
Интеллектуальные системы управления на основе нейронных сетей и элементов
нечеткой логики.
2
Тремк.
[час]
4
4
4
4
4
4
6
6
6
6
6
4
4
6
6
6
6
6
6
6
САПР в мехатронике.
4
Итого 108
2.3. Лабораторные работы:
Название
Моделирование исполнительного механизма с программным управлением на основе
двигателя постоянного тока
Численное решение задач кинематики многозвенного манипулятора
Решение задач кинематики L-координатного механизма
Планирование траектории движения манипулятора в присоединенных координатах
Планирование траектории движения манипулятора в декартовых координатах
Программная модель, система команд и методы программирования
микроконтроллера семейства PIC (производитель Microchip)
Управление работой двигателя постоянного тока и шагового двигателя при помощи
МК семейства PIC
Итого
Трудоемкость,
час
2
4
4
4
4
4
5
27
3. Методы обучения
3.1 Лекции Лекции читаются с использованием мультимедийного оборудования.
Материалы лекций доступны в информационно-образовательной среде СГТУ.
3.2 Лабораторные работы. Лабораторные работы выполняются в соответствии с
методическими указаниями с использованием пакетов MATLAB, SIMULINK. По каждой
работе оформляется письменный отчет и проводится собеседования с преподавателем. Each
laboratory work ends with written and defended protocol. All labs are compulsory.
3.3 Самостоятельная работа студентов –выполняется во внеаудиторное время.
4. Литература
4.1 Основная
Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами.- Л.:
Энергоиздат.1982.
Беленький Ю.М., Гравве В.В., Шебанов А.В. Бесконтактные моментные двигатели серии
ДБМ.// приводная техника. № 10 ,1988.
Босинзон М.А., Черпаков Б.И. Электроприводы на базе линейных двигателей для станков на
выставке 12.ЕМО // СТИН, № 11, 1998.
Механика промышленных роботов. Уч. пособие для ВУЗов.- в 3-х кн. Под ред. К.В.Фролова,
Е.И.Воробьева.- М.:Высшая школа, 1989.
Манипуляционные системы роботов. /А.И.Корендясов, Ю.Л.Саламандра, Л.И.Тывес и др. Под
общ.ред. А.И.Корендясова.- М.:Машиностроение, 1989-472 с.
Проектирование манипуляторов промышленных роботов и роботизированных комплексов. Уч.
Пособие для студентов ВУЗов, обучающихся по спец. Робототехнические системы.
С.Ф.Бурдаков, В.П.Дьяченко, А.Н.Тимофеев. –М.:Высшая школа, 1986-264с.
Юревич Е. И. Основы робототехники : учебное пособие для вузов по направлению 652000
"Мехатроника и робототехника" (специальность 210300 "Роботы и робототехнические
системы") / Е. И. Юревич .— 2-е изд. — Санкт-Петербург : БХВ-Петербург, 2007 .— 401 c.
4.2 Дополнительная
Козырев Ю.Г. Промышленные роботы. Справочник.- М.:Машиностроение- 1983-387 с.
3
Промышленные роботы в машиностроении. Альбом схем и чертежей. Учебное пособие для
технических ВУЗов. Ю.М.Соломенцев, К.П.Жуков, Ю.А.Павлов и др. Под общ.ред
Ю.М.Соломенцева. –М.:Машиностроение, 1986.
Роботизированные производственные комплексы/ Ю.Г.Козырев, А.А.Кудинов, В.Э.Булатов и
др.: Под редю Ю.Г.Козырева, А.А.Кудинова.-М.: Машиностроение, 1987.-272 с.
Жавнер В.Л., Крамской Э.И. Погрузочные манипуляторы.-Л.:Машиностроение, 1975- 160 с.
Егоров В.А. и др. Транспортно-накопительные системы для ГПС /В.А.Егоров, В.Д.Лузанов,
С.М.Щербаков.-Л.: Машиностроение. Лен.отд., 1989.-193с.
WEB - адреса:
MATLAB
Microchip
http://www.mathworks.com; http://www.matlab.exponenta.ru
http://microchip.com
4.3 Оснащение:
Компьютерный класс с необходимым программным обеспечением, отладочные платы
микроконтроллера PIC, программаторы PICkit3 на каждое рабочее место.
5. Методы контроля знаний
По предмету проводится экзамен в форме тестирования с оценкой по 4х балльной
системе.
5.1 Тесты Тестовые задания включают вопросы по лекционному курсу и лабораторным
работам. Продолжительность теста составляет 1 акад час (45 минут). В течение тестирования
допускается использовать лекционные и иные материалы.
Подготовил:
доц. Егоров И.В.
Зав. Каф. СИИ.: …………… проф.. Глазков В.П.
4