1

Aktory

Mechatronikai inteligentne systemy produkcyjne

2

Definicja aktora

Aktor (ang. actuator)-elektronicznie sterowany człon wykonawczy.

Aktor jest łącznikiem między urządzeniem przetwarzającyminformację (mikroprocesorem) i procesem, którego parametry należy zmieniać.

3

Umiejscowienie aktora w systemie mechatronicznym

Sensory Procesor Aktory

Proces

Energia

4

Cechy aktora

•Aktory pozwalają nastawiać w określony sposób (kierować) strumienie energii lub przepływy masy.

•Wielkością wyjściową aktora jest zazwyczaj energia mechaniczna.

•Wejście aktora jest sterowane elektrycznie (napięcie, prąd, wypełnienie impulsu, częstotliwość, słowo cyfrowe).

•Wzmocnienie mocy potrzebne sterowania dużym strumieniem energii za pomocą sygnału o małej mocy jest osiągane głównie na drodze elektrycznej, hydraulicznej lub pneumatycznej.

5

Wymagania stawiane aktorom

• Duża dokładność nastawiania (pozycjonowania)

• Możliwie dobra dynamika nastawiania

Te dwie grupy wymagań stoją do siebie w opozycji. Osiąganie dużej dokładności nastawiania odbywa się kosztem dynamiki i odwrotnie. Problem udaje się znacząco zminimalizować w zamkniętych obwodach sterowania położeniem (pozycją).

6

Czynniki ograniczające jakość regulacji

•Dokładność wykonania elementów mechanicznych

•Tarcie i straty w przekładniach

•Efekty histerezy i nasycania (np. magnetycznego)

•Nieliniowe charakterystyki statyczne

•Zmiany w procesie podlegającym sterowaniu

7

Budowa aktora

Aktor składa się z:

- przetwornika energii,- nastawnika energii.

Wielkością wejściową i wyjściową przetwornika energii jest energia, choć zazwyczaj następuje jej zamiana w inną formę, np.elektryczna->mechaniczna.

Wielkością wejściową nastawnika jest wspomniana wyżej wielkość elektryczna (energia pobierana ze źródła sygnału jest wielokrotnie mniejsza od energii przetwarzanej w przetworniku). Wielkością wyjściową jest sterowanie przetwarzaniem energii.

8

Tendencja rozwojowa aktorów

•Początkowo aktory były prostymi urządzeniami wykonawczymi o małej precyzji wykonania

•Z czasem zaczęto budować precyzyjne aktory, pozwalające na sterowanie szeroką gamą procesów

•W celu zwiększenia wydajności aktorów zaczęto zaopatrywać je w mikroprocesory, pozwalające na realizację podstawowych algorytmów sterowania wprost na pokładzie aktora, co poprawiło ich właściwości dynamiczne i zwiększyło dokładność bez zwiększania precyzji wykonania.

9

Tendencja rozwojowa aktorów- aktory inteligentne

•Dostarczenie aktorowi „inteligencji” pozwala na jego adaptację do aktualnych warunków otoczenia, co poprawia nastawianie, zmniejsza zużycie energii i zwiększa żywotność samego aktora.

Przykład – aktywne zawieszenie samochodu, przystosowujące się do rodzaju nawierzchni.

•Aktor inteligentny jest w rzeczywistości prostym systemem mechatronicznym.

10

Klasyfikacja aktorów

Aktory klasyfikuje się ze względu na formę energii pomocniczej, potrzebnej

do realizacji wybranego zadania. Najbardziej ogólny podział wyróżnia

aktory:

•Elektromechaniczne

•Hydrauliczne

•Pneumatyczne

•Niekonwencjonalne (inne)

11

Aktory elektromechaniczne

•Elektromagnesy

•Silniki prądu stałego

•Silniki prądu przemiennego

•Silniki krokowe

•Serwomechanizmy

•Inne

12

Aktory elektromechaniczne

Elektromagnesy, solenoidy: przetwarzają energię pola

magnetycznego wytworzonego wokół cewki z prądem na

przemieszczenie rdzenia metalowego lub magnesu stałego.

13

Aktory elektromechaniczne

Silniki prądu stałego: (bez/)komutatorowe, z rdzeniem

kubkowym, z magnesami stałymi itd.

Zasada działania

Źródło: http://pl.wikipedia.org/

Silnik kubkowy

Źródło: http://pl.wikipedia.org/

14

Aktory elektromechaniczne

Silniki prądu przemiennego:silniki asynchroniczne wymagają ścisłej

kontroli kąta obroty, ale są proste i tanie

silniki synchroniczne pozwalają na

wymuszenie prędkości obrotowej

zależnej tylko od częstotliwości prądu

przemiennego.

Źródło: http://pl.wikipedia.org/

15

Aktory elektromechaniczne

Silniki krokowe: komutacja jest realizowana układem elektronicznym, co

pozwala na precyzyjne wymuszenie kąta obrotu lub prędkości.

Źródło: http://pl.wikipedia.org/

16

Aktory elektromechaniczne

Serwomechanizmy: układy

nastawiania kąta obrotu w

zamkniętej pętli sprzężenia,

wykorzystują często silniki

kubkowe.

Źródło: http://pl.wikipedia.org/

17

Aktory hydrauliczne

•Siłowniki hydrauliczne: przetwarzają energię płynu pod

dużym ciśnieniem (zazwyczaj

oleju) w energię mechaniczną

Źródło: http://pl.wikipedia.org/

18

Aktory pneumatyczne

•Siłowniki pneumatyczne: przetwarzają energię gazu pod

dużym ciśnieniem (zazwyczaj

powietrza) albo ciśnieniem

mniejszym od atmosferycznego

w energię mechaniczną

•Przykład: młot pneumatyczny

19

Aktory niekonwencjonalne

•Piezoelektryczne

•Magnetostrykcyjne

•Elektrochemiczne

•Termobimetaliczne

•Inne

Źródło: http://pl.wikipedia.org/

Źródło: http://www.matint.pl/materialy-

elektrostrykcyjne.php

20

Najważniejsze parametry aktorów

•Siła nastawiania w funkcji prędkości

•Siła nastawiania w funkcji zakresu nastawiania

•Moc maksymalna w funkcji masy

21

Najważniejsze parametry aktorów

Siła nastawiania w funkcji prędkości

22

Najważniejsze parametry aktorów

Siła nastawiania w funkcji zakresu nastawiania

23

Najważniejsze parametry aktorów

Moc maksymalna w funkcji masy