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机电一体化改变运动控制设计

作者:C.G. Masi, Control Engineering高级编辑2008.11.30阅读 4780

  机械、电气以及软件工程的集成正在改变运动控制设计及其发展的面貌。

  基于自己在传统机器制造业中的经验,Rockwell Automation 的Kinetix Motion Control Business产品市场经理John Pritchard说,“单独的机械、控制和电气设计小组进行独立的工作,生产整台机器的个别部件。通常这种情况下,机械功能与控制系统的结合并不是最理想的,只是够用而已。机电一体化则提供了更有效的设计方法。”
  在过去的两年内,已经有了很多有助于机电一体化运动控制系统设计及发展的关于仿真软件、项目管理工具和协作软件的著述。虽然这些工具是发展项目的重要及潜在的主要部分,却仍不能与优良超前的计划及工程学头脑相提并论。这份项目发展指南展示了软件工具与优良的项目管理是如何结合的,并描述了怎样塑造优秀的机电一体化工程师。  


用于配置转动负荷的机电子系统包括伺服电动机定子及其电枢、轴以及负载。

  从良好的计划书开始
  用于配置转动负荷的机电子系统包括伺服电动机定子及其电枢、轴以及负载。
  每个发展项目都是从计划书开始的。对于产品发展项目,计划书由基于消费者需求的

行销或营业部门提供。若项目中包括用于内部使用的机械的开发,则“消费者”为使用者部门的经理。不论哪种情形,说明书总是由预期使用者,而非开发者或系统综合者来起草。
  被问到如何设计用于运动应用的定制电动机时,Incremotion Associates 的会长Dan Jones说道,“我需要知道从何处入手。基本的首要问题总是聚焦于:你能从电动机取得什么?你的策略是什么?你想使之具有哪方面的性能?”
  提供给参与运动控制项目设计的工程师的计划书在某种意义上应是有些模糊的,它应为设定正确的方向提供足够的信息,但不应提供太多的细节而限制了最佳解决方案的出炉。例如www.cechina.cn,一份恰当的用于原料传输系统的计划书应如下:
  “物体从机器A的输出以介于Rmin和Rmax单位每分钟之间的速率传输,并将其供给机器B。系统应具有最小正常工作时间Umin及低于Emax的错误发生率。需配备溢出缓冲器。”
  这份计划书要提供对新机械必须连接的现有设备的描述,详述合格的性能范围并阐明新机械必须达到的效果。这份计划书并不告诉工程师怎样实现这个结果。
  对于同一项目,一份不当的计划书可能是:“在机器A和B之间安装一个SCARA。”这份计划书犯了三个错误:第一,它没有提供关于所需性能的定量信息;第二,它没有提供SCARA所要连接的机械的完整描述;第三,也可能是最重要的一点,它迫使综合者提供SCARA,而这不一定是最好的解决方法。

  项目划分
  《高卢战记》中,尤利乌斯·恺撒的第一句话是“Gallia est omnis divisa in partes tres”,字面意义为“所有的Gaul分为三种”。
  作为历史上最伟大的将军之一,凯撒知道一个人不可能立刻完成整项任务www.cechina.cn,而将自己不能吃掉的多余部分吐出来,是一个解决问题之法。其他的评论家,包括Machiavelli, Sun Tsu和 Lau Tsu,都曾有过类似的言论。这成为了现代管理项目的基础之一。
  因此,在做其他事情之前,开发者必须将项目划分为若干独立任务,每一任务可以作为一个单位来进行工作。方块图提供了划分工程设计项目的一种方法。
  方块图有两个部分:各方块及它们间的互连。方块表示共同工作以完成整项任务的子系统或组件。上面提到的物料输送系统有三个方块:从机器A处接收物件的方法,将其传送到机器B的方法,以及将其供应给机器B的方法。
  互联,在方块图中通常用箭头表示,用于各方块间物资的传递。传递之物可能是信息CONTROL ENGINEERING China版权所有,物理的相互作用例如压力或力矩,或者物质对象。通常它是这三者的集合。
  方块非常有用,是因为它们通常不表示单个对象,而表示子系统。它们是黑盒子,工程师可以打开它以修补其中的机械,或任其闭合使之在它们之间的界面上工作。当然控制工程网版权所有,在工程师打开黑盒子并放入一些东西之前,它是空而无用的。  


方块图提供了将系统划分为更多便于管理的部分的方法。

  选择将什么放入其中的第一个步骤是列出所有可能的选项,然后剔除其中明显不适合或过于复杂的项。例如www.cechina.cn,若机器A的输出和机器B的输入之间相隔了四分之一英里CONTROL ENGINEERING China版权所有,则SCARA不能担当此工作——至少不能独自担当。一条传送线路或许也不能胜任。事实上,AGV可能是最好的办法。
  “我所希望看到的做法是,” Pritchard说,“工程师能从相关类型运动剖面在物理学上需要相应类型压力这一基础着手,但是,工程师通常只拿起他们的工具箱然后攫取一些以前使用过的东西。”
  这是一种危险的做法,Pritchard说:“若我们选择仅仅是够用的东西,结果也只是普普通通。若我们选择了最佳的东西,那么很有可能会得到不平常的结果。”
  关

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