INTRODUCCION ALA REPRESENTACION DE SISTEMAS MECATRONICOS

UNIDAD 2 INTRODUCCION A LA REPRESENTACION DE SISTEMAS MECATRONICOSEQUIPO #2LUIS HERNANDEZ TORRESOMAR SALINAS GALINDOFIDEL ARIZPE GONZALESLUIS GABRIEL REYNAGA VALDEZJOSE ANGEL ESCOBEDO AGUIARMARCO ANTONIO MARTINEZ LANDEROSDAVID BAUTISTA HERNANDEZEDUARDO MEDINA SILVAHUMBERTO GONZALEZ SALINAS

2.- INTRODUCCION ALA REPRESENTACION DE LOS SISTEMAS MECATRONICOS2.1.- INTRODUCCION

2.2.- SISTEMAS MULTIPUERTOS Y BOND GRAPHS

2.3.- COMPONENTES BASICOS DE LOS MODELOS2.1INTRODUCCIONQue es un sistema mecatrnico?

Un sistema mecatrnico es aquel que en todo momento esta procesando informacin, registra, procesa, y acta, puede aprender y mecanizar aparte de poseer un cierto grado de inteligencia, comandado a travs de programas, es un sistema inteligente es un "ente" mecatrnica. Las partes de un sistema mecatrnica son:Estructura: Es el "cuerpo" de nuestro sistema, en el irn todos los dems elementos que lo integran.Sensores: Es un dispositivo capaz de detectar magnitudes fsicas o qumicas y transformarlas en variables elctricas.Actuadores: Los actuadores son, como su nombre lo dice, los que realizan una accin, existen muchos tipos de actuadores, por ejemplo los motores.Controladores: Los controladores son los que regulan todas las funciones asociadas de temporizacin, cadencia y conteo lgico.Interfaces: es el medio por el cual se conectan dos sistemas o dispositivos.Un ejemplo seria, un servomotor, que es un motor con la capacidad de retroalimentarse por medio de sensores para generar movimientos complejos y precisos, consiste de componentes mecanicos, electricos y electronicos

2.2 Sistemasmultipuertos y Bond GraphsEl mtodo Bond Graph (Enlace Grfico) es bsicamente una expresin grfica de un sistema usando smbolos o elementos que representan sus partes constitutivas y enlaces o lneas que los relacionan y dan la idea de la direccin del flujo de energa. Cada lnea o enlace en un Bond Graph implica la existencia de un par de seales que fluyen en direcciones opuestas, este par de seales son por ejemplo voltaje y corriente para un sistema elctrico o fuerza y velocidad para un sistema mecnico o en su forma ms general esfuerzo (e) y flujo (f ) en cualquier tipo de sistema.

El producto de estas seales es la potencia que fluye entre los elementos del sistema

Puertos Existen diferentes tipos de puertos dependiendo del manejo que se haga en ellos de la energa y de las variables energticas. Especficamente puede darse una clasificacin:

Almacenamiento tipo I: Tambin llamados, elementos inductivos o inerciales, son aquellos en los que la energa se almacena debido a la integracin (acumulacin) del esfuerzo e, resultando en la variable de estado p (momentum generalizado). Una masa con velocidad, un inductor elctrico son ejemplos de la interpretacin fsica de este tipo de puertos.

Almacenamiento tipo C: Este tipo de puertos representa la integracin del flujo f con el fin de acumular la variable estado q (desplazamiento generalizado), por ejemplo, los resortes almacenan energa gracias a la elongacin o compresin de este, un capacitor lo hace debido a una diferencia de voltaje, un tanque por diferencia de alturas, etc.

Elementos resistivos: Representados como R, son aquellos puertos donde la energa se disipa, ya sea por efectos de friccin en el caso mecnico, o por resistencia al flujo de corriente o fluido en los sistemas elctricos e hidrulicos respectivamente.

Fuentes y sumideros: Son elementos que entregan o extraen energa del sistema, ya sea en forma de esfuerzo (Se) o de flujo (Sf). Mediante ellos se modelan las condiciones de frontera de los modelos, pues se consideran entidades externas al sistema.

Dominio de la Energaesfuerzoe smbolounidad e (mtrico)unidad e (imperial)fluirf smbolounidad f (mtrico)unidad f (imperial)Mecnica, traduccinFuerzaFNlbVelocidad linealvm / sft / s, mphMecnica, la rotacinEsfuerzo de torsinN mft lbVelocidad angularrad / srad / sElctricoFuerza electromotrizV o UVVCorrienteI o iLaLaHidrulicoPresinPPappsiCaudal volumtricoQm / sft / sTrmicotemperaturaT C o K FFlujo de la entropaSW / Cft lb / s FJuntas Las juntas son elementos de distribucin instantnea de energa en los que no se realiza ninguna transformacin, almacenamiento o disipacin de esta.

Juntas 0: Es un multipuerto (puerto con varias uniones asociadas) en el que todos los esfuerzos de entrada y salida son iguales, mientras que la suma de los flujos debe ser igual a cero. Este elemento es anlogo a un nodo en una red elctrica, en el que se cumple la ley de corrientes de Kirchhoff.

Juntas 1: Es la contraparte de la junta 0 pues en este la constante es el flujo y la suma de esfuerzos es cero, equivalente a una malla elctrica regida por la ley de voltajes de Kirchhoff.

Modelado mediante grficos de unin A continuacin se mencionan los pasos ms generales para la realizacin de un bond Graph

Identificar velocidades (esfuerzos para sistemas no mecnicos) y asignarles una junta 1 (0).

Identificar elementos R, C e I y conectarlos a las respectivas juntas.

Asignar flujos de energa de referencia, asumiendo todos los elementos de almacenamiento descargados, es decir, estos flujos se dirigen desde las fuentes hacia los elementos R, I, C y los sumideros de energa. Eliminar nodos de referencia.

Simplificar el grfico.

Asignar causalidad.

2.3 Componentes Bsicos De Los ModelosSe hace uso de modelos de sistemas reales para entender las relaciones internas del sistema y para hacer predicciones acerca de su comportamiento. La simulacin tambin se emplea como un sustituto de los experimentos sobre un sistema existente.

Se considera ms barato modelar prototipos virtuales que construir prototipos reales.

Algunos estados del sistema no se pueden generar en el sistema real, o por lo menos no de una manera no destructiva.

Los modelos simulados son por lo general completamente controlables. Por lo tanto, todas las variables y parmetros de entrada del sistema pueden determinarse previamente.

Los modelos simulados casi siempre pueden monitorearse completamente. ModeladosEl desarrollo asistido por computador de sistemas mecatrnicos es un proceso que abarca tres diferentes puntos de vista del modelado:

"Constructivo" Construccin y especificacin del modelo en el estado de desarrollo de ingeniera usando herramientas CAD y CAE.

2. "Descriptivo" Construccin del modelo para el anlisis del comportamiento dinmico fsico e informacional.

3. "Procedimental" Modelado para codificar en computador y ser utilizado en sistemas de simulacin y experimentos computacionales.Su modelado puede verse como un proceso de dos etapas.

En la primera etapa la realidad se analiza y se modela empleando descripciones verbales, ecuaciones, relaciones o leyes de la naturaleza, con lo cual se establece inicialmente un modelo conceptual.

En la segunda etapa del modelado, el modelo conceptual se transforma en un modelo ejecutable, es decir, simulable, como parte de la implementacin.

Generalmente, un sistema mecatrnico es un sistema mixto y resulta muy ventajoso transferir los modelos mecnicos a la forma de modelos electrnicos y viceversa. Esto permite considerar la mecnica en un simulador electrnico y viceversa. De esta forma la mayora del modelado puede resolverse empleando mtodos estndar. Por otra parte, esto hace que surja la pregunta acerca de cmo formular la electrnica dentro del mundo del modelado de la mecnica y viceversa.

El problema de la simulacin y control de manipuladores robotizados ha hecho que los investigadores produzcan algoritmos computacionalmente eficientes para modelos dinmicos y cinemticos no lineales complejos.Las dos tcnicas mas utilizadas son :1. Programacin orientada a objetos para simulacin de manipuladores. (C++)Eficiencia computacional.Permite su implementacin en tiempo real.El cdigo es compilado, no interpretado, esto lo hace mas rpido.Utilizar las caractersticas del lenguaje C++.

2. Programacin y/o manejo matemtico con las utilidades de Matlab. (Rutinas que utilizan algoritmos eficientes para la cinemtica y dinmica de los robots)Las rutinas son generalmente escritas de manera plana o en texto, til. Las utilidades proveen muchas de las herramientas necesarias para modelado y simulacin de robots, as tambin como para el anlisis experimental e instruccin. Rpido prototipado de las leyes de control y estrategias de generacin de trayectorias, pero la naturaleza interpretativa de MATLAB previene el uso eficiente de los recursos del computador para proveer implementacin en tiempo real.

Independientemente de la tcnica utilizada y de las ventajas y desventajas de cada una de ellas, estas se rigen por los mismos principios cinemticos y dinmicos.Cinemtica.Es el problema de resolver la posicin cartesiana y orientacin del efector final conociendo la cinemtica de la estructura y las coordenadas de las juntas. La cinemtica de la estructura puede ser bien descrita en trminos de los parmetros de Denavit-Hartenberg. Cinemtica Inversa, es el problema de encontrar las coordenadas de las juntas, dada una transformacin homognea que representa la posicin del efector final.DinmicaLa dinmica de los manipuladores trata con las ecuaciones de movimiento, la forma en que el manipulador se mueve en respuesta a torques aplicados por los actuadores, o fuerzas externas. Dinmica directa, es el clculo de la aceleracin de las juntas dadas la posicin y la velocidad en un estado, y los torques aplicados por los actuadores tiles en simulacin de sistemas de control de robots.Dinmica inversa, calcula los torques requeridos en las juntas para alcanzar la condicin de posicin de la junta, velocidad y aceleracin.Analogas entre la electrnica analgica y la mecnica rotacional y traslacional.