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

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IAM

EN

TO

AC

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RA

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EV

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