Предисловие

Предлагаемое вниманию читателей учебное пособие представляет собой конспект лекций, разработанный в соответствии с Государственным образовательным стандартом Российской Федерации специальности 220401 – Мехатроника и Рабочей программой по дисциплине “Введение в мехатронику” для студентов Магнитогорского государственного технического университета.

Поскольку учебное пособие написано в виде конспекта лекций, материал тематически объединен и изложен в объеме, позволяющем рассматривать его в течение двух академических часов. Количество лекций рассчитано на изучение дисциплины в течение одного семестра (18 недель).

Материал лекций разбит на введение и на четыре главы. Во введении дается понятие мехатроники, приведено описание структуры мехатронной системы, принципов интеграции ее элементов. Сформулированы задачи подготовки инженеров-мехатроников, дано описание учебного плана, реализуемого в Магнитогорском государственном техническом университете. В первой и во второй главах приведено описание исполнительных двигателей мехатронной системы. Достаточно подробно рассмотрены устройство, принцип действия и статические характеристики как электрических двигателей углового движения (постоянного тока, асинхронных и синхронные двигателей), линейных электродвигателей, так и гидроприводов. Приведены общие принципы работы силовых преобразователей электрической энергии. В третьей главе дано описание кинематики различных преобразователей движения (зубчатых, червячных, передач с гибкими связями, винт-гайка). Четвертая глава посвящена рассмотрению общих вопросов управления мехатронными системами и модулями.

Вопросы курса изложены с учетом наличия знаний у студентов дисциплин “Физика” и “Математика” программы средней общеобразовательной школы и не требует специальной подготовки.

Лекции не содержат ссылок на литературу, однако все литературные источники, которые авторы использовали при написании пособия, приведены в конце книги. Поэтому при возникновении каких-либо вопросов в процессе изучения курса студентам необходимо пользоваться указанной литературой.

Авторы надеются, что настоящее учебное пособие окажет достойную помощь студентам при изучении соответствующего курса, а также будет полезно в их дальнейшей профессиональной деятельности.

Понимая, что материал пособия может быть изложен в более доступной форме, авторы с благодарностью примут все замечания по его содержанию, которые следует направлять по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, МГТУ, кафедра “Автоматизированного электропривода и мехатроники”, или на e-mail: RadionovAA@rambler.ru.

Введение

Мехатроника является новой динамично развивающейся отраслью науки и техники. Она базируется на знаниях и достижениях в областях механики, электротехники, электро- и гидропривода, электроники, теории автоматического регулирования и цифрового компьютерного управления.

Историю мехатроники принято отсчитывать с 1969 года, когда японская фирма Yaskawa Electric ввела новый термин “МЕХАТРОНИКА” как комбинацию слов “МЕХАника” и “элекТРОНИКА”. В 1972 году эта фирма зарегистрировала термин Mechatronics как товарный знак.

Бурное развитие электротехники, электроники и информационных технологий в последние десятилетия ХХ века привело к замещению во многих областях техники механических систем на мехатронные системы. При этом часть функциональной нагрузки было перенесено от механических узлов к интеллектуальным компонентам (электронным и информационным). Так по данным материалов всемирной выставки “Промышленность, автоматизация и инновации”, 2000 г. доля технологических функций, выполняемых механической частью оборудования сократилась с 90 % в 1970 году до 40 % в 2000 году (см. рис. В.1). При этом информационная доля только за последнее десятилетие возросла вдвое, и по прогнозу экспертов подобная тенденция в ближайшие годы будет сохранена.