機電一體化設計的整體

機電一體化設計的整體

　　摘要 對機電一體化設計的整體分析降低了模型的重復率、使不必要的成本最小化。
　　關鍵字 整體分析法 模型 重復率 成本削減
　　人們通過減少那些包含重新制作工作模型的設計成本, 來降低生產成本。當削減成本的決定還懸而未決時,工程師們常常擔心他們付出了幾個星期甚至幾個月心血的設計會修改或者被取消掉。更糟糕的是, 對設計進行從頭到尾的修改, 采取完全不同的方式來制作, 這對成本的削減有好處嗎反復的設計消耗的不僅僅是時間還有金錢, 這兩者都是現在我們所缺少的。
　　人們急需的是可以讓成本在設計之初就被最優化的方法。
　　如果我們看看其它已解決重復設計問題的地方, 就會發現機電一體化的整體分析法。所有的設計都有四個法則—機電一體化、電子、控制理論以及微處理器—這四個法則被完全集合起來進行檢查和塑模。結合每個部分來設計的目的是以整個系統的要求為基礎。采用這樣的方法, 每個部件就會和其它部分緊密合作, 使不必要的損耗最小化。
　　如果這樣的概念被用在成本削減上, 我們就能將不同的功能重新分配,使整體設計不僅成本低, 還可以降低模型重復率。
　　響。結果得到的簡單設計能夠將最終數值錯誤率最小化。
　　這個方法的問題是, 多數零部件都非常昂貴。溫差補償和性能調整需要在制造商零部件組裝線最后一步進行特別的測試和校準。另外, 需要調整的電路需要在信號鏈的每個設備上都進行安裝。結果是客戶需要為額外的測試和傳感器的彌補電路買單。
　　從我們新的、整體的觀點來看成本削減, 這樣額外的費用需要最先被砍掉。
　　為了實現這個目標, 我們必須簡化微控制器而不是每個零部件最后數值的調整和補償電路, 來交換整個系統最后測試校準步驟所需的高額零部件成本。這就需要我們為系統增加額外的功能— 例如電熱調節器以及無反復的存儲功能—但是其它功能也離不開溫度傳感器和存儲器, 因此成本的增加可以忽略。
　　因為 設計微控制器是為了處理加法、減法和乘法, 額外的補償電路、調節功能只會使軟件成本微弱的上升。
　　校準是大多數生產線上最不堪的一步, 但是相比非補償傳感器信號鏈和全調整補償零部件的價格差, 校準步驟還是非常值得的。另外, 微控制器可以幫助處理器在多通路同時運行校準功能, 在生產線最后的測試中自動對整個系統進行必要的校準以溫度為周期微控制器還可以在閑置狀態, 通過觀察傳感器輸出值的不一致狀況對系統的校準進行周期性檢查。
　　另外, 在生產線結尾處無需進行溫度檢測就可以對系統進行校驗和補償。
　　如果只需要傳感器用來監控指定參數的添加軸, 那就無需補償。同時也無需補償溫度變化。但是, 如果溫度是獲取傳感器信號鏈的要素, 那么則使用零部件溫度系數和電熱調節器, 此時微控制器需要“ 最佳猜想” 溫度補償, 而無需進行完整測試。
　　信號發生條件讓我們從一個簡單的例子著手— 傳感器, 它的信號發生條件鏈以及模數轉換器。如上圖當中就展示了一個帶過濾器、信號捕獲階段以及將最終數值轉換為數碼的系統。通常的辦法, 是通過根據低補償和持續獲取信號來調整零部件以限制最終數值的錯誤率。同時, 用溫差補償來清除環境的影驅動器那么驅動器電路又如何呢, 一一機電一體化設計方法又是如何幫助節省在驅動電機上的成本、數值或螺線管的不考慮驅動的是何種機器, 驅動器在一定范圍控制之下必須盡可能的達到高效。這通常是意味要安裝脈寬調制器襯一般的辦法是將微控制器的脈寬調制器四連接到集成驅動單元來帶動機器運轉。集成驅動器非常便捷, 因為它們包含了所有驅動器電路。另外, 實際輸出的金氧半場效電晶體「〔丁和外圍四讓微控制器更容易控制。遺憾的是, 驅動器單元有幾個缺點。它們價格昂貴, 在某種程度上屬于專業制造產品,同時輸出電晶體比分離的電晶體一般具有更高的等級電阻如果我們從機電一體化的角度來看問題, 首先需要提出的問題是—集成驅動器是否是必須的, 或是否需要將控制邏輯輸入其他的設計部分中, 并降低成本幸運的是, 我們發現微控制器制造商在近兩年間, 已在目外圍設備中構建了橋架驅動控制功能。
　　四外圍設備通常不僅僅包括或者全部日橋架驅動輸出值, 但是他們還常有一個比較器關閉功能見下方圖。這個日橋架驅動功能意味著溯外圍設備可以直接在日橋架中驅動四個分離的電晶體, 而無需集成驅動器中包含控制功能。
　　比較器關閉功能可以被用在過電關閉或者扭轉力控制循環的電流限制上。
　　在一些較新的溯外圍設備上, 比較器還安裝了模數轉換器來控制比較器閨值, 這樣便可以控制電機驅動器的速度和扭轉力。外部零部件僅需要丁電晶體以及簡單級別的—轉化〔通路驅動器。
　　可以將他們的傳感器直接集成到系統機械結構中。例如, 角度傳感器能夠監控伺服器控制的輸出值見圖, 巧頁一般的設計會將光學編碼器或電位計連接到軸上, 然后監控計數器或模數轉換器的輸出值。
　　這個設計當中最不容易削減成本的地方, 是設計需要安裝的聯軸器、傳感器以及組裝托架, 這增加了材料的成本并延長了組裝的時間。如果我們選擇光學編碼器, 我們還需要增加家用限制開關以及將編碼器連接到計數器上的電路接口。
　　從機電一體化的角度來看這個設計, 你會問為什么我們需要將傳感器添加到現有的軸承上, 為什么不直接在軸里面安裝傳感器, 另外, 如果需要進行絕對角測量, 為什么采用智能航跡推算系統為什么不直接測量角度大小這些問題提的都非常好。我們能有辦法在軸里面安裝傳感器并且進行絕對角測量嗎答案是有可能的。
　　讓我們來看看下面這些傳感器需求清單高可靠性絕對角測量軸上最少的延遲時間傳感器傳感器是機電一體化設計方法中可以確實降低成本的地方, 因為設計師們從電子和機械角度來看問題, 我們就會有如下的選擇電位計帶灰度掩模板的光學元件電導系統, 如分相器電容系統從可靠性角度來看, 我們從一開始就要去掉電位計。從磨損角度看, 電位計大大限制了設備的壽命。
　　如果我們在相對清潔的環境中工作, 那么則可以使用光學元件, 但是灰塵和潤滑劑會對光學元件產生影響。
　　電導系統不受灰塵和潤滑劑影響,但是將傳感器線圈安裝到軸上工藝復雜, 摩擦會附帶信號, 這樣又回到了灰塵和磨損問題上來。
　　電容傳感器不受灰塵或潤滑劑的影響, 也不需要和軸接觸, 更不用說繞軸安裝了。沒有任何磨損問題, 唯一接觸軸的是半圈帶電導的金屬板。電容的第二個金屬板是另外一個固定在系統外殼上的電導體, 與軸上的金屬板十分接近見圖, 左邊。可以用現在市場上的電容觸摸塊來進行電容測量, 或采用簡單的壓力對比器系統為模數轉化器進行充電放電。
　　結果是得到了無需接觸軸而能夠進行測量的相對簡單的傳感器。我們能夠采用一些簡單的、芯片微控制器外圍設備進行數碼轉換。另外, 這種類型的傳感器相對來說受灰塵和潤滑劑影響較小。更重要的是, 成本較低。
　　每個例子當中, 我們需要做的是避開一般的結構塊問題, 取而代之的是采用更加系統化的方法。這樣的方法將整個系統都考慮在內, 同時基于哪個系統能夠最有效的完成任務來分配功能。與此同時, 保留系統的完整’生和精確性。
　　最后, 這就是機電一體化設計—評估整個系統, 并且從采用對整個系統都受益的設計, 而不是分開來看。

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