Введение в мехатронику

Учебное пособие. — Минск: БНТУ, 2013. — 388 с.Изложены начальные основополагающие принципы и методы анализа и синтеза мехатронных систем, основанные на теории механических, электрических, электронных цепей с элементами теории регулирования и надёжности.В первой главе рассматриваются общие вопросы, которые необходимо решать при проектировании систем: математическое моделирование, надёжность и безопасность, наблюдаемость, идентифицируемость, управляемость.Вторая глава посвящена вопросам описания механики рабочих частей мехатронной системы. Кинематические цепи и их динамика, зависящая от геометрии масс, описываются на основе вариационного принципа Гаусса.В третьей главе рассматриваются вопросы описания гидро- и пневмоэлектроприводов на основе моделей звеньев механических и электрических цепей.Четвёртая глава содержит сведения о некоторых звеньях электронных цепей, позволяющих реализовать булеву логику для целей обработки информации и управления.В пятой главе содержатся начальные сведения из теории автоматического регулирования и управления.Шестая глава посвящена изложению концепции мехатронной системы с точки зрения теории конечных автоматов, что позволяет в единообразии рассматривать вопросы проектирования систем и инженерии программного обеспечения.В седьмой главе затрагиваются вопросы повышения надёжности мехатронных систем, в первую очередь за счёт программного обеспечения.Пособие предназначено для широкого круга студентов специальностей "Мехатроника", "Роботы и робототехника", "Киберсистемы", "Информационные системы", а также преподавателей, инженеров и научных сотрудников, работающих в этих областях.ВведениеЭлементы анализа и синтеза сложных гетерогенных систем Математическое моделирование сложных динамических системНадёжность технических системБезопасность системы и методы её повышенияНаблюдаемостьУстойчивость равновесия и движения системМетод цепей и переходных функций в динамических системахПримеры решения задачМеханика рабочих исполнительных подсистем Координатные системы и кинематические цепиПредставление силовых величин в кинематических цепяхСилы инерции в кинематических звеньях мехатронной системыАналитическое представление "роторов" двигателейПринцип Гаусса для механических систем с кинематическими парами пятого классаУпругое (обратимое) деформирование сплошных твёрдых телПластическое (необратимое) деформирование твёрдых телПредельное состояние материала конструкции при квазихрупком разрушенииУсталостное разрушениеМоделирование физико-механических свойств материалов методом механических цепей и диаграммПримеры решения задачМеханические и электрические исполнительно-усилительные подсистемы Гидравлические и пневматические приводыЭлектроприводы постоянного и переменного токаМатематическая модель типового электрогидравлического преобразователяАнализ и синтез электрических цепей в мехатронных системахПримеры решения задачЭлементы сенсотроники и схемотехники — измерительные, усилительные, детекторные электронные звеньяМоделирование непрерывных и дискретных информационных системДифференциальные уравнения для нелинейной системыУравнения дискретной системы (система разностных уравнений)Сенсорные алгоритмы оценивания состояния системыФормирующие фильтры непрерывных сигналов в информационных системахСенсорные, усилительные и детекторные электронные звеньяУсилительные устройстваДетекторы (различители)Электронные цепиЗапоминающие элементыСчётчикиСдвиговые регистрыКодирование и стандартные СИС-блокиПримеры решения задачУправляющие подсистемы — синтез кибернетики и информатики Аналоговое и цифровое управлениеМодель и алгоритм управления звеньями манипулятораПроектирование регулятораОптимальное линейное управление с обратной связьюРелейное управлениеДеинтерферентизацияКомпьютерное управление непрерывной системойКлассификация систем управления мехатронными системамиАлгоритмы оптимального регулирования (управления) приводамиИспользование z-преобразования для анализа дискретных системПример решения задачиКонечные автоматы в мехатронных системахПоведение конечного автомата. Состояния. ПереходыКлассификация конечных автоматовЗадание конечных автоматов таблицами и графамиЭквивалентные состояния автоматаМинимальная форма автоматаСенсорные автоматыСинтез конечных автоматовСтруктурный синтез конечных автоматовПримеры решения задач Повышение надёжности мехатронных системКонцепция аппарата конфигурируемого управления мехатронными системамиОтказы в мехатронных системахНадёжность программных средствЛитература