Adaptive mechatronic mechanism information model

Abstract

Defect-free machining of materials and products with a strictly organized anisotropic structure (polymer composite materials), with an uneven change in physical and mechanical properties throughout the volume (synthegran) or with high strength properties (artificially grown superhard ruby and leucosapphire crystals) is either impossible or not economically feasible on modern CNC technological machines. The reason for this is the lack of information about the power parameter, e.g., the machining force and torque. Therefore, the use of the developed adaptive mechatronic mechanism (AMM) module, which implements parametric stabilization of the power machining parameter in an open-loop control system, was an effective solution to this technological problem. An analysis of the issue state in the field of mechatronic and intelligent machines has shown that to date, mechatronics as a science systematically combines mechanics, electronics, and informatics (computer science). Moreover, the term informatics indirectly reflects another component of mechatronics – automation. In this regard, two main methods of automatic control are considered: by deviation in a closed system with feedback and by disturbance in an open system without feedback on the controlled parameter. Examples of open-loop systems with disturbance control, in which the “disturbance compensation principle” is implemented, are given. This method cannot be replaced in the absence of sensors – sources of information about physical processes in technological machines for various purposes, for example, in machine tool building, biomedicine, nuclear and military technology. As a rule, in all these machines there is a reciprocating movement of the working body (tool). The information model of the AMM module presented in the article reflects its main elements and characteristics, including driving forces (electromagnetic and electrodynamic), a ball-bearing screw mechanism, a fixed (unmovable) stator with a field winding and a movable armature with armature winding. The place of this article in the general system of scientific research on the formulated new scientific direction “Mechatronic and intelligent technological machines” is shown. This article is an introduction to this scientific direction, when automatic regulation “by disturbance” is performed in a mechatronic machine, i.e., the principle of disturbance compensation is fulfilled.

Бездефектна механічна обробка матеріалів зі строго організованою анізотропною структурою (полімерні композиційні матеріали), з нерівномірною зміною фізико-механічних властивостей по всьому об’єму (синтегран) або з високими властивостями міцності (штучно вирощені надтверді кристали рубіна та лейкосапфіру) або неможлива, або економічно недоцільна на сучасних металорізальних верстатах з ЧПК. Причина цього полягає у відсутності інформації про силовий параметр – силу і крутний момент різання. Тому застосування розробленого модуля адаптивного мехатронного механізму (АММ),що реалізує параметричну стабілізацію силового параметра різання в розімкнутій системі управління, стало ефективним вирішенням зазначеної технологічної проблеми. Аналіз стану питання в галузі мехатронних та інтелектуальних машин показав, що на цей час мехатроніка як наука системно поєднує механіку, електроніку та інформатику. Причому термін інформатика побічно відбиває ще одну складову мехатроніки – автоматику. У зв'язку з цим розглянуті два основні способи автоматичного управління: за відхиленням у замкнутій системі зі зворотним зв’язком і за обуренням у розімкнутій системі без зворотного зв’язку за регульованим параметром. Наведено приклади розімкнених систем із регулюванням “за обуренням”, у яких реалізується “принцип компенсації обурень”. Такий спосіб не замінимо за відсутності датчиків – джерел інформації про фізичні процеси в технологічних машинах різного призначення, наприклад, у верстатобудуванні, біомедичній, атомній та військовій техніці. Як правило, у всіх цих машинах має місце зворотно-поступальний рух інструменту. Представлена у статті інформаційна модель модуля АММ відображає його основні елементи та характеристики, у тому числі рушійні сили (електромагнітна та електродинамічна), шарикопідшипниковий гвинтовий механізм, нерухомий статор з обмоткою збудження та рухомий якір. Показано місце цієї статті у загальній системі наукових досліджень щодо сформульованого нового наукового напрямку “Мехатронні та інтелектуальні технологічні машини”. Ця стаття є запровадженням у цей науковий напрям, коли у мехатронній машині здійснюється автоматичне регулювання за обуренням, тобто виконується “принцип компенсації обурень”.