1. Projektowanie systemów i układów mechatronicznych

Transkrypt

1 1. Projektowanie systemów i układów mechatronicznych Paweł Witczak Instytut Mechatroniki i Systemów Informatycznych Politechniki Łódzkiej

2 Literatura: [1] D.C. Hanselman, Brushless Permanent Motor Design, The Writers Collective, 2003 [2] J.R. Hendershot, T.J.E. Miller, Design of Brushless Permanent Magnet Motors, Magna Physic Publications and Oxford Science Publications, 1994 [3] G. Kamiński, W. Przyborowski, Uzwojenia i parametry maszyn elektrycznych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2005 [4] J.H. Lienhardt IV, J.H. Lienhardt V, A Heat Transfer Textbook, Phlogiston Press, Cambridge 2008 [5] Witczak P.: Wibroakustyka maszyn elektrycznych z magnesami trwałymi (Rozdział 4), Wydawnictwa Politechniki Łódzkiej, 2012,

3 Wprowadzenie Proces projektowania systemu mechatronicznego rozpoczyna się od ustalenia zestawu parametrów wejściowych, na podstawie których zostaną dobrane parametry znamionowe układu zasilającego, elementu wykonawczego oraz zespołu przetworników pomiarowych pozwalających na kontrolę pracy układu i jego zabezpieczenie przed awarią. Wykład zawiera omówienie procesu projektowania silnika z magnesami trwałymi zasilanego z układu przekształtnikowego z wykorzystaniem współczesnych systemów CAD/CAE

4 Przegląd wybranych systemów CAD/CAE (1) Współczesne systemy CAD/CAE (Computer Aided Design / Computer Aided Engineering) dla urządzeń elektromechanicznych dzielimy na dwa rodzaje: Systemy obliczeniowe dedykowane dla szerokiej klasy obiektów o praktycznie dowolnej geometrii 2D lub 3D wyznaczające dane pole fizyczne (elektryczne, magnetyczne, mechaniczne, akustyczne etc.) wraz z całkowymi wielkościami pochodnymi za pomocą metody elementów skończonych; Systemy projektujące dedykowane dla wąskiej klasy obiektów o ściśle określonej geometrii 2D lub 3D obliczające wybrane parametry eksploatacyjne za pomocą metody elementów skończonych oraz metody schematów zastępczych.

5 Przegląd wybranych systemów CAD/CAE (2) Systemy obliczeniowe: OPERA (Cobham Corp.) pole elektromagnetyczne 2D/3D niskiej i wysokiej częstotliwości, środowiska nieliniowe i ortortopowe; IMSI MAGNET/ELECNET (Infolytica Corp.) pole elektryczne i magnetyczne 2D/3D niskiej i wysokiej częstotliwości, środowiska nieliniowe i ortortopowe; IMSI CST (Computer Simulation Technology Corp.) pole elektromagnetyczne 2D/3D niskiej i wysokiej częstotliwości, środowiska nieliniowe i ortortopowe; ANSYS (ANSYS Ltd.) pole elektromagnetyczne 2D/3D niskiej i wysokiej częstotliwości, pole termiczne, pole odkształceń i naprężeń mechanicznych, statyka i dynamika płynów, akustyka, środowiska nieliniowe i ortortopowe; IMSI FLUX (Magsoft Corp.) pole elektromagnetyczne 2D/3D niskiej i wysokiej częstotliwości, środowiska nieliniowe i ortortopowe; COMSOL (COMSOL) pole elektromagnetyczne 2D/3D niskiej i wysokiej częstotliwości, pole termiczne, pole odkształceń i naprężeń mechanicznych, statyka i dynamika płynów, akustyka, środowiska nieliniowe i ortortopowe; VIRTUAL LAB (LMS - SIEMENS) pole odkształceń i naprężeń mechanicznych, statyka i dynamika płynów, akustyka, środowiska nieliniowe i ortortopowe; IMSI IMSI dostępne w Instytucie Mechatroniki i Systemów Informatycznych

6 Przegląd wybranych systemów CAD/CAE (3) Systemy projektujące (maszyny elektryczne): MotorSolve (Infolytica Corp.) - IMSI SPEED (Magsoft Corp.) Systemy obliczeniowe oferujące wyznaczenie charakterystyk eksploatacyjnych silników z magnesami trwałymi, reluktancyjnych oraz indukcyjnych za pomocą sparametryzowanych szablonów (ang. Templates) ich konstrukcji. Określenie wszystkich parametrów wymaga podania kilkudziesięciu liczb powiązanych niejednokrotnie odpowiednimi ograniczeniami. Modele obliczeniowe wykorzystują zarówno technikę schematów zastępczych oraz metodę elementów skończonych. SPEED

7 Magsoft SPEED

8 Infolytica MotorSolve

9 Środowiska programowe Infolytica Corp.

10 Środowiska programowe Magsoft Corp.

11 Środowiska programowe ANSYS - Workbench

12 Podsumowanie 1. Wprowadzenie do powszechnej praktyki przemysłowej zintegrowanych systemów CAD/CAE pozwoliło na projektowanie i analizę teoretyczną obiektów z szybkością i dokładnością niedostępną dla tradycyjnych metod analitycznych. 2. Współczesne systemy obliczeniowe i projektujące posiadają znaczny stopień ogólności pozwalając jednocześnie użytkownikowi na ograniczenie do niezbędnego minimum pomocniczych prac typu rysowanie, obliczanie parametrów całkowych i pól fizycznych. 3. Elastyczność i bardzo szeroki zakres zastosowań tych narzędzi komputerowych, będąca efektem wieloletniej pracy dużych zespołów inżynierów i informatyków, wymaga jednocześnie od ich użytkownika głębokiej wiedzy z nowoczesnej matematyki dyskretnej, fizyki oraz informatyki.