Date post: | 01-May-2015 |
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MOVIMENTAZIONE CONTROLLATAELEMENTI DI CINEMATICA
Dipartimento diInformatica e Sistemistica
Alessandro DE CARLI
Anno Accademico 2006-07
MODALITÀ DI PROGETTAZIONE 2
AUTOMAZIONE 2
MOVIMENTAZIONE CONTROLLATA
- DELLA ARCHITETTURA DEL SISTEMA DI MOVIMENTAZIONE
CARATTERIZZAZIONE DELLA DINAMICA DEL CARICO
DEFINIZIONE:
- DEI PROFILI DI POSIZIONE - VELOCITÀ - ACCELERAZIONE
DIMENSIONAMENTO DELLA STRUTTURA DI SUPPORTO
- DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO DELLA MOVIMENTAZIONE
DIMENSIONAMENTO DEGLI AZIONAMENTI
VERIFICHE DI VALIDITÀ
- DELLE PRESTAZIONI
SIGNIFICATO 3
AUTOMAZIONE 2
PER CINETOSTATICA SI INTENDE LO STUDIO CHE PORTA ALLA SIN-TESI DI UNA CATENA CINEMATICA, AL DIMENSIONAMENTO IN PO-TENZA, COPPIA/FORZA, VELOCITÀ E POSIZIONE DI OGNI BLOCCO E DEGLI ATTUATORI
CINETOSTATICA
LE POSSIBILI ANALISI DA COMPIERE SONO:
CINEMATICA DIRETTA
CINEMATICA INVERSA
DINAMICA INVERSA
CINEMATICA DIRETTA 4
AUTOMAZIONE 2
CINEMATICA DIRETTA
SONO STATI FISSATI I PROFILI DI MOTO AGLI ATTUATORI, TRAMITE LA CONOSCENZA DELLA CATENA CINEMATICA
I PROFILI DI MOVIMENTAZIONE DEGLI ATTUATORI VENGONO TRASFORMATI NEI PROFILI DI MOVIMENTAZIONE DEI SINGOLI ELEMENTI
IL PROBLEMA È TIPICAMENTE DI ANALISI O DI VERIFICA
SONO NOTI
PROFILI DI MOTO DEGLI ATTUATORI
LA STRUTTURA DELLA CATENA CINEMATICA
VANNO CALCOLATI PROFILI DI MOTO DEI SINGOLI ELEMENTI FINALI
DIFFICOLTÀ METODI DI ANALISI CONSOLIDATI
SOFTWARE DI SUPPORTO
CINEMATICA INVERSA 5
AUTOMAZIONE 2
CINEMATICA INVERSASONO STATI ASSEGNATI I PROFILI DI MOTO DEGLI ELEMENTI FINALI
È STATA DEFINITA LA CATENA CINEMATICA
LA CINEMATICA INVERSA È IN GENERALE PIÙ COMPLESSA DELLA CINEMATICA DIRETTA A CAUSA DELLA NON UNIVOCITÀ E DELLE NONLINEARITÀ DELLE RELAZIONI INVERSE DEI CINEMATISMI
DEVONO ESSERE CALCOLATI I PROFILI DI MOTO DEGLI ATTUATORI
IL PROBLEMA È TIPICAMENTE DI SINTESI
PROFILI DI MOTO DEI SINGOLI ELEMENTI FINALI
SONO NOTI LA STRUTTURA DELLA CATENA CINEMATICA
VANNO CALCOLATI PROFILI DI MOTO DEGLI ATTUATORI
DIFFICOLTÀ METODI DI ANALISI CONSOLIDATI
SOLUZIONE NON UNIVOCA
POSSIBILITÀ DI INDIVIDUAZIONE DI SOLUZIONI SINGOLARI
6
AUTOMAZIONE 2
UN RIDUTTORE È UN CINEMATISMO BIUNIVOCO IN QUANTO LA RELA-
ZIONE DIRETTA TRA CAUSA ED EFFETTO AMMETTE UNA UNICA RELA-
ZIONE INVERSA
LA COMPLESSITÀ DEL PROBLEMA DELLA CINEMATICA INVERSA È LA
MEDESIMA DELLA CINEMATICA DIRETTA
ESEMPIO
R1
R2
1
2
CINEMATICA DIRETTA 2 = 1 R1/R2
CINEMATICA INVERSA 1 = 2 R2/R1
ESEMPIO DI CINEMATISMO BIUNIVOCO
ESMPIO DI CINEMATISMO NON UNIVOCO 7
AUTOMAZIONE 2
IN UNA STRUTTURA BIELLA-MANOVELLA, LA RELAZIONE CINEMATICA DIRETTA È UNIVOCA, OSSIA NOTA LA POSIZIONE DELLA MANOVELLA È UNICA LA POSIZIONE DEL PIEDE DI BIELLA INVECE LA RELAZIONE INVERSA NON È UNIVOCA
INFATTI PER OGNI POSIZIONE DEL PIEDE DELLA BIELLA LA MANOVEL-LA PUÒ TROVARSI IN DUE PUNTI DIFFERENTI
NELL’ANALISI INVERSA SI HANNO PUNTI DI SINGOLARITÀ QUANDO TUTTE LE ASTE SONO ALLINEATE
QUESTI PUNTI CORRISPONDONO A BIFORCAZIONI DEL MOTO
-
z = f()
= f -1(z)
- = f -1(z)
CINEMATICA DIRETTA
CINEMATICA INVERSAz
CINEMATICA 8
AUTOMAZIONE 2LO STUDIO DELLA CINEMATICA HA PORTATO AD INDIVIDUARE LA POSIZIONE, LA VELOCITÀ, L’ ACCELERAZIONE DEI PUNTI SIGNIFICATI-VI DELLA CATENA CINEMATICA
PER PROGETTARE LA MOVIMENTAZIONE DELLA CATENA CINEMATICA OCCORRE DIMENSIONARE GLI ATTUATORI, OSSIA CALCOLARE LA POTENZA, LA COPPIA OPPURE LA FORZA NECESSARIA PER OTTENE-RE I PROFILI DI MOTO DESIDERATI
A TALE SCOPO OCCORRE COLLEGARE:
• I PROFILI DI ACCELERAZIONE I CON LE MASSE E LE INERZIE DEGLI ORGANI IN MOVIMENTO
• LE VELOCITÀ CON I COEFFICIENTI DI ATTRITO ED I PROFILI DI CARICO
I PROFILI DI MOTO DEI SINGOLI ELEMENTI FINALI
SONO NOTI LA STRUTTURA DELLA CATENA CINEMATICA
MOMENTI DI INERZIA, COEFFICIENTI DI ATTRITO, ELASTICITÀ DI TUTTI GLI ELEMENTI DELLA CATENA CINEMATICA E DEL CARICO
CINEMATICA 9
AUTOMAZIONE 2IN DEFINITIVA
STUDIO CINEMATICO DALLA GEOMETRIA DEL MOTO ALLA DETER-MINAZIONE DEI PROFILI DI POSIZIONE, DI VE-LOCITÀ E DI ACCELARAZIONE DEGLI ELEMEN-TI SIGNIFICATIVI DELLA CATENA CINEMATICA
STUDIO CINETOSTATICO DAI PROFILI DI MOTO E DALLE FORZE/COPPIE NECESSARIE PER LA MOVIMENTAZIONE DEL CARICO AL DIMENSIONAMENTO DEGLI ATTUA-TORI NEL FUNZIONAMENTO A RÉGIME
PROBLEMA DIRETTO DAGLI ATTUATORI AI PROFILI DI MOVIMEN-TAZIONE DEI SINGOLI ELEMENTI DELLA CATE-NA CINEMATICA E DEL CARICO
PROBLEMA INVERSO DAI PROFILI DI MOVIMENTAZIONE DEI SINGOLI ELEMENTI DELLA CATENA CINEMATICA E DEL CARICO E DEI RELATIVI MOMENTI DI INERZIA, DEI COEFFICIENTI DI ATTRITO E DI ELASTICITÀAL DIMENSIONAMENTO DEGLI ATTUATORI
ESTENSIONE ALLA DINAMICA 10
AUTOMAZIONE 2
LA POSIZIONE - LA VELOCITÀ - L’ACCELERAZIONE VANNO
ESPRESSI COME GRANDEZZE VETTORIALI A SECONDA
DELLE MODALITÀ PREVISTE PER LA MOVIMENTAZIONE
IL DIMENSIONAMENTO IN POTENZA DEGLI ATTUATORI VA
EFFETTUATO TENENDO CONTO DEI VALORI DELLA
POSIZIONE - VELOCITÀ - ACCELERAZIONE RIFERITE
ALL’ASSE DELL’ATTUATORE
LE COORDINATE DI RIFERIMENTO DEI VETTORI
RAPPRESENTATIVI DELLA POSIZIONE - VELOCITÀ -
ACCELERAZIONE VANNO EFFETTUATE IN FUNZIONE
DELLA STRUTTURA DEL SISTEMA DI MOVIMENTAZIONESOFTWARE SPECIALISTICI SONO DI SUPPORTO ALLA PROGETTAZIONE DELLA MOVIMENTAZIONE
TRASMISSIONE DIRETTA 11
AUTOMAZIONE 2
L
R
Jm
Jc
Jc = .5 m R2
m= L R2
J = Jm + Jc
TRASMISSIONE CON RIDUTTORE 12
AUTOMAZIONE 2
Jc = .5 m R2
m= L R2 L
R
J1
Rc
JmRm
n = Rm
Rc
J = Jm + Jc
n2
TRASMISSIONE CON VITE SENZA FINE 13
AUTOMAZIONE 2
m
p
J = Jm + m2
p 2
AUTOMAZIONE 2
CARATTERISTICHE ESTERNE DEI MOTORI 14
DIMENSIONIESTERNEMOTORE
DIVELOCITÀ
ALTADINAMICA
DICOPPIA
ESCURSIONEVELOCITÀ
MOLTOAMPIE
LIMITATE
ALQUANTOLIMITATE
ESCURSIONECOPPIA
ALQUANTOLIMITATE
LIMITATE
MOLTOAMPIE
velocità
coppia MOTORE
DI VELOCITÀ
velocità
coppia MOTORE
DI COPPIA
velocitàco
ppia MOTORE
AD ALTADINAMICA
AUTOMAZIONE 2
CARATTERIZZAZIONE DELLE MOVIMENTAZIONE 15
MOVIMENTAZIONE CONTROLLATA
VELOCITÀ
POSIZIONE
CONTROLLO A CATENA APERTA A CONTROREAZIONE
PRESTAZIONI
• ATTENUAZIONE DELL’EFFETTO DEI DISTURBI DI COPPIA
• PRECISIONE NELL’INSEGUIMENTO DEL VALORE DESIDE-RATO DELLA VARIABILE CONTROLLATA
tempo
velo
cità
tempovelo
cità
tempo
velo
cità
tempo
velo
cità
CONTROLLO A CATENA APERTA REGOLAZIONE DI VELOCITÀ
ASSERVIMENTO DI VELOCITÀ ASSERVIMENTO DI VELOCITÀ
AUTOMAZIONE 2
RAPPORTO DI RIDUZIONE 16
velocità
cop
pia
CARICO
MOTORE
CARATTERISTICHE STATICHE COPPIA - VELOCITÀ
MOTORE MOMENTO DI INERZIA Jm
ATTRITO VISCOSO Fm
VELOCITÀ NOMINALE m
CARICO MOMENTO DI INERZIA Jc
ATTRITO VISCOSO Fc
VELOCITÀ NOMINALE c
RAPPORTO DI RIDUZIONE n = m
c
MOTORE + RIDUTTORE + CARICOVm c
AUTOMAZIONE 2
RAPPORTO DI RIDUZIONE 17
Jm +
Jc
n2Fm +
Fc
n2
MOTORE + RIDUTTORE + CARICOVm c
Jm
Fm
Jc
Fc
n
RIDUTTOREn
m
n CARICOJc
Fc
c
nc
Jc
n2
Fc
n2
MOTOREJm
Fm
mVm
AUTOMAZIONE 2
OTTIMIZZAZIONE DEL RAPPORTO DI RIDUZIONE 18
MOVIMENTAZIONE RAPIDA
SCELTA DEL RAPPORTO DI RIDUZIONE N* TALE DA OTTIMIZZARE LA RAPIDITÀ DI VARIAZIONE DELLA VELOCITÀ DI ROTAZIONE PER EFFET-TO DI VARIAZIONI DELLA COPPIA MOTRICE
IN FUNZIONE DEL MOMENTO DI INERZIA DEL MOTORE JM E DEL MO-MENTO DI INERZIA DEL CARICO JC RIFERITA ALL’ASSE DEL CARCO, IL RAPPORTO DI RIDUZIONE VA SCELTO N* VA SCELTO IN MODO CHE RISULTI EGUALE ALLA RADICE QUADRATA DEL RAPPORTO FRA IL MOMENTO DI INERZIA DEL CARICO E IL MOMENTO DI INERZIA DEL MOTORE
MOTORE CARICOJc
Jm
n* =
MO
LT
O R
AP
IDA
RA
PID
A
MO
LT
OL
EN
TA
LE
NT
A
AUTOMAZIONE 2
SCELTA DEL RAPPORTO DI RIDUZIONE 19
UTILIZZAZIONEDELLA CARATTERISTICA STATICA COPPIA-VELOCITÀ
cop
pia
velocitàn
cn
MOVIMENTAZIONE
AC
CO
PP
IAM
EN
TO
DIR
ET
TO
AC
CO
PP
IAM
EN
TO
AC
CO
RA
DA
TO
RA
PP
OR
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I RID
UZ
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E
MO
LT
O
EL
EV
AT
O
RA
PP
OR
TO
D
I RID
UZ
ION
E
EL
EV
AT
O