آموزش کاربردی مکاترونیک – محاسبات پایه طراحی درب های خودکار

توانایی استفاده ابزاری از قوانین فیزیکی و ریاضیاتی به معنی توانایی طراحی است و این توانایی به مفهوم توسعه یافتگی یک کشور از لحاظ صنعتی است. در پروژه های مکاترونیکی که فعلا در ایران انجام می شوند در بهترین حالت از ماژول های آماده و پکیج های یکپارچه استفاده می شود و کاری که برای مهندس ایرانی تعریف شده است، مونتاژ و سرهم بندی محصول نهایی است. به همین خاطر، تولیدات ما چه از لحاظ قیمت و چه از لحاظ دانش فنی هرگز قابل رقابت با تولیدات کشورهای پیشرفته نخواهد بود.

برای اینکه تولیدات صنعتی و از جمله تولیدات مکاترونیک ما قابل رقابت با تولیدات سایر کشورها باشد، ما باید توانایی و دانش فنی طراحی ماژول ها را نیز داشته باشیم. برای اجرایی کردن این هدف، راهکار این است که ما مانند کشورهای پیشرفته بر اصول پایه فیزیک و ریاضی تکیه کنیم و مراحل طراحی را قدم به قدم به پیش ببریم و در نتیجه به صورت اصولی به طراحی مکاترونیک و دانش فنی طراحی ماژول های پکپارچه مسلط شویم. در گام اول از آموزش مکاترونیک ما به محاسبات پایه برای طراحی قسمت مکاترونیک درب قطار مترو می پردازیم. این پروژه، قابل تعمیم به درب آسانسورها، درب های اتوماتیک و… نیز است.

نتیجه این کار این خواهد بود که برای نمونه بدانیم که ارتباط وزن درب قطار مترو با تعداد دور کلاف های سیم پیچی موتور الکتریکی انتخاب شده، چگونه است. یا مثلا قطعه به کار رفته در برد کنترلی مربوطه، چه ارتباطی با وزن درب دارد و یا ارتباط این قطعه با سرعت باز و بسته شدن درب به چه صورت است. در بخش اول آموزش، این پروژه را با سیستم انتقال نیروی پیچ ساچمه ای (Ball screw) انجام می دهیم. ما کار را با تکیه بر قوانین ساده فیزیکی شروع می کنیم و مشخصات بار را به دست می آوریم و آن را از طریق سیستم انتقال، به سمت محور موتور انعکاس داده و معادلات مکان، سرعت و شتاب موتور را به دست می آوریم. در ادامه، این معادلات را به گشتاور و متعاقبا به جریان موتور ربط داده و بدین ترتیب، معادله جریان الکتریکی موتور الکتریکی را به دست می آوریم. بعد از آن با توجه به پارامترهای پروژه، به گزینش موتور دست می زنیم.

پس از بخش اول آموزش به همین روش، پروژه های متعدد دیگری در بخش های بعدی ارائه خواهد شد که از آن جمله می توان به پروژه هایی اشاره کرد که یا به صورت مستقیم و یا از طریق سیستم های انتقال نیرو به موتور متصل شده اند. از جمله این پروژه ها می توان به: سیستم درایو آسانسور، پله برقی، خودروهای برقی، قطار، مترو و… اشاره کرد، سپس در بخش های بعدی از معادلات جریان الکتریکی به دست آمده در پروژه ها به عنوان جدول نصب العین (Lookup table) استفاده و آن را با استفاده از روش های کنترلی و با مدارهای الکترونیکی به موتور الکتریکی اعمال خواهیم کرد. روش های کنترلی و نیز الکترونیک مورد نیاز نیز به همین صورت عملی برای بخش های بعدی آموزش هدف گذاری شده اند.

فهرست سرفصل ها و رئوس مطالب مطرح شده در این مجموعه آموزشی، در ادامه آمده است:

• درس یکم: آشنایی با مکاترونیک
  • مقدمه
  • مکانیک
  • سیستم محرکه
  • کنترل
  • الکترونیک
• درس دوم: نمودارهای حرکت موتورهای الکتریکی
  • محاسبه پارامترهای حرکت از روی نمودارها
  • حرکت با شتاب متغیر موتورها
  • حرکت دادن موتورها با روش سرعت ذوزنقه ای شکل
    • روش هندسی
    • روش تحلیلی
  • حرکت دادن موتورها با روش سرعت S شکل
    • روش S شکل عمومی
    • روش S شکل خالص
  • به دست آوردن جدول برای روش S شکل خالص
  • مثال های طراحی و به دست آوردن معادلات مکان، سرعت و شتاب برای پروژه
  • حرکت در دو و سه بعد با تکیه بر نمودارهای حرکتی موتورها
    • روش حرکت گروهی
    • روش حرکت هماهنگ
• درس سوم: نیرو و انرژی در موتورهای الکتریکی
  • نیروی اصطکاک و معرفی عنصر دمپر
  • مفهوم انرژی و توان در زندگی روزمره و در مسائل مهندسی
  • حرکت دورانی یکنواخت و غیریکنواخت موتورها
  • محاسبات انرژی و توان در حرکت دورانی موتورها
• درس چهارم: سلسله محرکه ها از بار تا موتور
  • سیستم انتقال نیرو
    • جعبه دنده
    • نسبت لختی
    • سیستم انتقال نیروی پیچ‌ های هدایتی
  • لزوم استفاده از فیدبک
  • محاسبات گزینش موتور
    • گزینش براساس نمودار سرعت – گشتاور موتور
    • گزینش براساس پارامترهای داخلی موتور

مفید برای رشته های

• مهندسی برق
• مهندسی مکانیک