Μηχανοτρονικά Συστήματα - Robotics...

5
Page 1 of 5 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΚΑΙ ΑΕΡΟΝΑΥΠΗΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Μηχανοτρονικά Συστήματα Έκδοση 18ης Οκτωβρίου 2013 Ακαδ/κό Έτος 2013-14 Καθηγητές Ν. Ασπράγκαθος & Σ.Δ. Φασόης Αγαπητέ φοιτητή/τρια, Καλώς ήλθες στο μάθημα των Μηχανοτρονικών Συστημάτων! Το παρόν φυλλάδιο έχει σκοπό να σε κατατοπίσει σχετικά με τα ακόλουθα: [Α] βασική οργανωτική δομή του μαθήματος, [Β] ακριβή περιεχόμενα, [Γ] εργαστηριακές ασκήσεις, και [Δ] πρόσθετη βιβλιογραφία.. Πολλές ευχές για ένα παραγωγικό και αποδοτικό ακαδημαϊκό έτος! Περιεχόμενα [A] Οργάνωση Μαθήματος ..................................................................................................................................1 [B] Περιεχόμενα Μαθήματος ............................................................................................................................... 4 [Γ] Εργαστηριακές Ασκήσεις ............................................................................................................................... 4 [Δ] Πρόσθετη Βιβλιογραφία ................................................................................................................................ 5 [A] Οργάνωση Μαθήματος Διαλέξεις: Τετάρτη 11:00 - 13:00 Αμφιθέατρο ΑΠ1 Πέμπτη 09:00 - 11:00 Αμφιθέατρο ΑΠ1 Η παρακολούθηση όλων των διαλέξεων είναι απαραίτητη & πολύ σημαντική για την κατανόηση του μαθήματος! Εργαστήριο: Εκτελούνται 6 εργαστηριακές ασκήσεις σε ισάριθμες εβδομάδες. Η παρακολούθηση των ασκήσεων είναι υποχρεωτική. ΔΕΝ εκτελούνται επαναληπτικές ασκήσεις. Διδάσκοντες: Διαλέξεις: Σ.Δ. Φασόης, Καθηγητής Μηχ/γων & Αερ/γών Μηχανικών Εργαστήριο Στοχαστικών Μηχανολογικών Συστημάτων & Αυτοματισμού 1 ος όροφος κτιρίου επέκτασης Μηχ/γων & Αερ/γων Μηχ/κων Επικοινωνία: e-mail [email protected] Τηλ: 2610 96 94 92 Ιστοσελίδα: http://www.smsa.upatras.gr Ν. Ασπράγκαθος, Καθηγητής Μηχ/γων & Αερ/γών Μηχανικών 1 ος όροφος κτιρίου επέκτασης Μηχ/γων & Αερ/γων Μηχ/κων . Επικοινωνία: e-mail [email protected] Τηλ: 2610 969409 Ιστοσελίδα: http://www.mech.upatras.gr/~Robotics/

Transcript of Μηχανοτρονικά Συστήματα - Robotics...

Page 1 of 5

Ε Λ Λ Η Ν Ι Κ Η Δ Η Μ Ο Κ Ρ Α Τ Ι Α

ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ

ΚΑΙ ΑΕΡΟΝΑΥΠΗΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ

Μηχανοτρονικά Συστήματα

Έκδοση 18ης Οκτωβρίου 2013

Ακαδ/κό Έτος 2013-14 Καθηγητές Ν. Ασπράγκαθος & Σ.Δ. Φασόης

Αγαπητέ φοιτητή/τρια, Καλώς ήλθες στο μάθημα των Μηχανοτρονικών Συστημάτων! Το παρόν φυλλάδιο έχει σκοπό να σε κατατοπίσει σχετικά με τα ακόλουθα: [Α] βασική οργανωτική δομή του μαθήματος, [Β] ακριβή περιεχόμενα, [Γ] εργαστηριακές ασκήσεις, και [Δ] πρόσθετη βιβλιογραφία.. Πολλές ευχές για ένα παραγωγικό και αποδοτικό ακαδημαϊκό έτος!

Περιεχόμενα [A] Οργάνωση Μαθήματος .................................................................................................................................. 1

[B] Περιεχόμενα Μαθήματος ............................................................................................................................... 4

[Γ] Εργαστηριακές Ασκήσεις ............................................................................................................................... 4

[Δ] Πρόσθετη Βιβλιογραφία ................................................................................................................................ 5

[A] Οργάνωση Μαθήματος Διαλέξεις: Τετάρτη 11:00 - 13:00 Αμφιθέατρο ΑΠ1 Πέμπτη 09:00 - 11:00 Αμφιθέατρο ΑΠ1 Η παρακολούθηση όλων των διαλέξεων είναι απαραίτητη & πολύ σημαντική για την κατανόηση του μαθήματος! Εργαστήριο: Εκτελούνται 6 εργαστηριακές ασκήσεις σε ισάριθμες εβδομάδες. Η παρακολούθηση των ασκήσεων είναι υποχρεωτική. ΔΕΝ εκτελούνται επαναληπτικές ασκήσεις. Διδάσκοντες: Διαλέξεις: Σ.Δ. Φασόης, Καθηγητής Μηχ/γων & Αερ/γών Μηχανικών Εργαστήριο Στοχαστικών Μηχανολογικών Συστημάτων & Αυτοματισμού

1ος όροφος κτιρίου επέκτασης Μηχ/γων & Αερ/γων Μηχ/κων Επικοινωνία: e-mail [email protected] Τηλ: 2610 96 94 92

Ιστοσελίδα: http://www.smsa.upatras.gr Ν. Ασπράγκαθος, Καθηγητής Μηχ/γων & Αερ/γών Μηχανικών

1ος όροφος κτιρίου επέκτασης Μηχ/γων & Αερ/γων Μηχ/κων . Επικοινωνία: e-mail [email protected] Τηλ: 2610 969409

Ιστοσελίδα: http://www.mech.upatras.gr/~Robotics/

Τμήμα Μηχ/γων & Αερ/γων Μηχ/κων Μηχανοτρονικά Συστήματα Ακαδ. Έτος 2013-14

Page 2 of 5

Εργαστήριο: Στις εργαστηριακές ασκήσεις συμμετέχουν διδακτικά η κα. Σ. Κατωπόδη (ΕΕΔΙΠ ΙΙ) και Υποψήφιοι Διδάκτορες. Υποστήριξη Μαθήματος: κα. Σ. Κατωπόδη (ΕΕΔΙΠ ΙΙ), Εργ/ριο Στοχ/κών Μηχ/κών Συστημάτων & Αυτοματισμού (ΣΜΣΑ), Επικοινωνία: e-mail [email protected] Τηλ: 2610 96 94 92 Ωρες Γραφείου: Καθηγητής Σ.Δ. Φασόης

Δευτέρα 13:15 - 14:45, Πέμπτη 11:15 – 13:15 Πρόσθετες ώρες κατόπιν προσυνεννοήσεως.

Καθηγητής Ν. Ασπράγκαθος 08:00 – 15:00 καθημερινά (εκτός των ωρών απουσίας για διδακτικές και διοικητικές υποχρεώσεις)

Συνεργάτες Εργ/ριου ΣΜΣΑ (εργαστηριακές ασκήσεις 1-3): Δευτέρα 13:00- 14:15, Τετάρτη 13:00-14:15, Παρασκευή 13:00 – 14:00 1ος όροφος κτιρίου επέκτασης & 2ος όροφος Πολυορόφου Συνεργάτες Ερ/κής Ομάδας Ρομπτικής (εργαστηριακές ασκήσεις 4-6): Δευτέρα 14:00- 15:00, Τετάρτη 13:00-14:00, Παρασκευή 14:00 – 15:00 1ος όροφος κτιρίου επέκτασης

Χρησιμοποιούμενα Συγγράμματα: 1. Διαφάνειες των Κεφαλαίων 1, 2 και 7 (διαθέσιμες από την ιστοσελίδα του μαθήματος στο eclass).

2. Σ. Παπαϊωάννου, «Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική», Πάτρα 2004. (Θα διανεμηθεί από την κα. Μ. Αναλυτή – βλ. γραφείο ανωτέρω)

3. ΕΠΙΛΟΓΗ Α: Auslander, D.M., Kempf, C.J., «Μηχανοτρονική: Προσαρμοστικά Μηχανικών Συστημάτων», σελ. 336, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις ΕΜΠ 1998. Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 25897

4. ΕΠΙΛΟΓΗ Β: Alciatore, D., Histand, M., “Introduction to Mechatronics and Measurement Systems”, 4th edition, McGraw - Hill 2011. ISBN: 9780071086042 [Αντίγραφα και στην Βιβλιοθήκη – ιστοσελίδα βιβλίου: www.engr.colostate.edu/mechatronics] Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 12869151

5. Ασκήσεις Μηχανοτρονικών Συστημάτων (διαθέσιμες από την ιστοσελίδα του μαθήματος στο eclass). 6. Εγχειρίδιο Εργαστηριακών Ασκήσεων (διαθέσιμο από την ιστοσελίδα του μαθήματος στο eclass). Επίσης

διαθέσιμος από την ιστοσελίδα είναι και ο κώδικας MATLAB της Άσκησης 3 ώστε να μπορείτε να τον τρέξετε κατά την μελέτη σας.

7. Ενδεικτικό διαγώνισμα του μαθήματος είναι διαθέσιμο από την ιστοσελίδα του μαθήματος στο eclass. Δικτυακή σελίδα μαθήματος: Το μάθημα υποστηρίζεται μέσω της πλατφόρμας e-class http://eclass.upatras.gr δια της οποίας γίνεται πλήρης διαχείριση. Στον ιστότοπο του μαθήματος αναρτώνται ανακοινώσεις, βαθμοί, και εκπαιδευτικό υλικό θεωρίας και εργαστηριακών ασκήσεων (συμπεριλαμβανομένων των χρησιμοποιούμενων ρουτινών MATLAB). Παρακαλείσθε όπως εγγραφείτε στην πλατφόρμα και στο μάθημα ηλεκτρονικά, και ελέγχετε τακτικά τον ιστότοπο για ανακοινώσεις σχετικά με τις διαλέξεις, τα εργαστήρια, αλλά και ανανεωμένο υλικό. Οργ/ση Εργαστηριακών Ασκήσεων: Εργ/κες Ασκήσεις: Εκτελούνται 6 Εργ/κές Ασκήσεις σε ισάριθμες εβδομάδες. Οργ/ση - Ωράριο: Το σύνολο των φοιτητών υποδιαιρείται σε ομάδες. Κάθε φοιτητής υποχρεούται να συμμετέχει στην ανακοινωθείσα ομάδα του και μόνο σε αυτή. Φοιτητές άλλων ομάδων δεν γίνονται δεκτοί.

Τμήμα Μηχ/γων & Αερ/γων Μηχ/κων Μηχανοτρονικά Συστήματα Ακαδ. Έτος 2013-14

Page 3 of 5

Παρακολούθηση: Υποχρεωτική. Δεν θα γίνουν επαναληπτικές εργ/κές ασκήσεις. Σε περίπτωση δύο (2) ή περισσοτέρων απουσιών, το Εργαστήριο επαναλαμβάνεται συνολικά κατά το επόμενο ακαδημαϊκό έτος.

Εργ/κες Εκθέσεις: Οι Εργ/κες Εκθέσεις είναι υποχρεωτικές και παραδίδονται την προκαθορισμένη ημέρα κατά την προσέλευση στον εργ/κο χώρο. Καθυστερημένες Εκθέσεις δεν γίνονται δεκτές. Οι φοιτητές μπορούν να υποβάλουν ένα αντίγραφο έκθεσης ανά δύο (σταθερά στο εξάμηνο) άτομα.

Φοιτητές παλαιοτέρων ετών: Οσοι δεν έχουν περατώσει το Εργαστήριο (> 1 απουσίες), υποχρεούνται σε συνολική επαναπαρακολούθηση του μαθήματος κατά το τρέχον Ακαδ/κό Έτος. Είναι απαραίτητο να δηλώσουν συμμετοχή εντός μίας εβδομάδος από την έναρξη των μαθημάτων (υπεύθυνη κα. Σ. Κατωπόδη). Λογισμικό Εργαστηριακών Ασκήσεων: Χρησιμοποιούνται τα εξής πακέτα λογισμικού:

1) ΜΑΤLAB και δευτερευόντως το SIMULINK www.mathworks.com. To MATLAB (MAThematics LABoratory) είναι γενικής χρήσεως μαθηματικό πακέτο, ιδιαίτερα κατάλληλο για προβλήματα συστημάτων καί αυτομάτου ελέγχου, με πολύ καλή υποστήριξη σε γραφικά. Το SIMULINK αποτελεί συμπλήρωμα του MATLAB για την γραφική μοντελοποίηση, προσομοίωση και ανάλυση δυναμικών συστημάτων. Τα MATLAB και SIMULINK είναι εγκατεστημένα στο Υπολογιστικό Κέντρο του Τμήματος και χρησιμοποιούνται στις Εργαστηριακές Ασκήσεις. Οι φοιτητές μπορούν να εξοικειώνονται και να εργάζονται με τα αυτά κατά τις ώρες λειτουργίας του Υπολογιστικού Κέντρου.

Συνίσταται η μελέτη (με ταυτόχρονη χρήση Η/Υ – MATLAB) εισαγωγικού υλικού σχετικά με την χρήση του MATLAB. Μπορείτε να προμηθευθείτε τέτοιο υλικό από την ιστοσελίδα http://wps.prenhall.com/esm_dorf_modctrlsys_11/74/19165/4906397.cw/index.html

Για όσους διαθέτουν προσωπικό Η/Υ είναι δυνατή η ατομική προμήθεια της φοιτητικής έκδοσης (Student Edition) των MATLAB/SIMULINK για ιδία χρήση. Πληροφορίες παρέχονται στην διαδικτυακή διεύθυνση: http://www.mathworks.com/academia/student_version/index.html

Εναλλακτικά στα ανωτέρω μπορεί να χρησιμοποιηθούν τα συναφή πακέτα SCILAB / SCICOS (είναι αντίστοιχα των MATLAB/SIMULINK) τα οποία διατίθενται δωρεάν από την διαδικτυακή διεύθυνση

http://scilabsoft.inria.fr/

2) Electronics Workbench (EWB) http://www.electronicsworkbench.com/ Στo EWB μπορούμε να σχεδιάζουμε ηλεκτρικά-ηλεκτρονικά κυκλώματα και να εξομοιώσουμε την

απόκριση τους. Το πακέτο είναι κατάλληλο για την επίλυση ηλεκτρονικών και ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Διαθέτει δυνατότητες για εύκολη προσομοίωση πραγματικών και ιδανικών ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών στοιχείων, και οργάνων μέτρησης ηλεκτρονικού εργαστηρίου. Εχει πολύ καλή υποστήριξη σε γραφικά τόσο για το σχεδιασμό όσο και για την παράσταση της απόκρισης των κυκλωμάτων. Οι φοιτητές είναι εξοικοιωμένοι με το EWB από τις εργαστηριακές ασκήσεις του μαθήματος Ηλεκτροτεχνία και Ηλεκτρικές Μηχανές. Το πακέτο είναι εγκατεστημένο στους υπολογιστές του Υπολογιστικού Κέντρου του Τμήματος μετά την προμήθεια πολλαπλών αδειών χρήσης και οι φοιτητές μπορούν να το χρησιμοποιούν και εκτός των ωρών που είναι προγραμματισμένες για την εργαστηριακή εξάσκηση. Βαθμολογία: Εργαστήριο: 10% (μετρά υποχρεωτικά)

Τελικό Διαγώνισμα: 90% (μετρά υποχρεωτικά) Σημειώσεις: (α) Τo διαγώνισμα διεξάγεται με κλειστά βιβλία – σημειώσεις. Επιτρέπεται η χρήση ατομικού τυπολογίου 2,5 φύλλων Α4. (β) Ο βαθμός του Εργαστηρίου συμπεριλαμβάνεται στον συνολικό βαθμό μόνο για δύο έτη, ήτοι του έτους πρώτης παρακολούθησης του μαθήματος και του επομένου.

Τμήμα Μηχ/γων & Αερ/γων Μηχ/κων Μηχανοτρονικά Συστήματα Ακαδ. Έτος 2013-14

Page 4 of 5

[B] Περιεχόμενα Μαθήματος Συνοπτική Περιγραφή Εισαγωγή στα μηχανοτρονικά συστήματα, είδη υποσυστημάτων, προσομοίωση και απόκριση, μηχανικά – ηλεκτρικά – υδραυλικά - θερμικά υποσυστήματα, ηλεκτρονικά υποσυστήματα, δίοδοι - τρανζίστορ – αναλογικά και ψηφιακά κυκλώματα, αισθητήρες & ενεργοποιητές (συμβατικοί και μη), μικροεπεξεργαστές και εξωτερική επικοινωνία, μετατροπείς σημάτων από αναλογικό σε ψηφιακό και αντίστροφα, ψηφιακή επεξεργασία σημάτων, αρχές σχεδιασμού, ολοκληρωμένα πρακτικά παραδείγματα μηχανοτρονικών συστημάτων.

Αναλυτική Περιγραφή [διδακτικές εβδομάδες – αρχικά διδάσκοντος] ΚΕΦ. 1 Εισαγωγή στα Μηχανοτρονικά Συστήματα

Σκοπός. Ορισμοί. Παραδείγματα. Λειτουργίες. [½ Ε - ΣΦ]

ΚΕΦ. 2 Είδη Υποσυστημάτων – Προσομοίωση & Απόκριση 2.1 Αρχές προσομοίωσης. 2.2 Θεμελιώδη χαρακτηριστικά απόκρισης. 2.3 Πεδίο χρόνου – πεδίο συχνοτήτων.

[1½ Ε - ΣΦ]

ΚΕΦ. 3 Μηχανικά, Ηλεκτρικά, Υδραυλικά, Θερμικά Υποσυστήματα [1 Ε - ΣΦ] ΚΕΦ. 4 Ηλεκτρονικά Υποσυστήματα

4.1 Δίοδοι. 4.2 Τρανζίστορ. 4.3 Αναλογικά & ψηφιακά κυκλώματα.

[4 Ε - NA]

ΚΕΦ. 5 Αισθητήρες & Ενεργοποιητές 5.1 Γενικά περί αισθητήρων & ενεργοποιητών – δυναμική συμπεριφορά. 5.2 Βηματικοί κινητήρες και κυκλώματα οδήγησης αυτών.

[2 Ε – ΣΦ - NA]

ΚΕΦ. 6 Μικροεπεξεργαστές & Εξωτερική Επικοινωνία 6.1 Συνδιαστικά λογικά κυκλώματα 6.2 Ολοκληρωμένα ψηφιακά κυκλώματα 6.3 Στοιχεία μνήμης 6.4 Εφαρμογές 6.5 Διατάξεις επικοινωνίας υπολογιστη με συσκευές

[1½ Ε – NA]

ΚΕΦ. 7 Μετατροπή Σημάτων (Αναλογικό ↔ Ψηφιακό) και Ψηφιακή Επεξεργασία 7.1 Μετατροπείς A/D και D/A. 7.2 Φίλτρα antialiasing. 7.3 Ψηφιακά φίλτρα και βασική επεξεργασία σημάτων.

[1½ Ε – ΣΦ]

ΚΕΦ. 8 Ολοκληρωμένα Παραδείγματα Μηχανοτρονικών Συστημάτων [1 Ε – ΣΦ]

[Γ] Εργαστηριακές Ασκήσεις

Σημαντική Σημείωση Δείτε την ιστοσελίδα του μαθήματος στο eclass σχετικά με την ομάδα στην οποία ανήκετε και την ακριβή ώρα έναρξης της κάθε άσκησης. Παρακαλείσθε όπως προσέρχεσθε προετοιμασμένοι σε κάθε άσκηση μέσω του υλικού που είναι διαθέσιμο στην ιστοσελίδα του μαθήματος. Έως μια απουσία.

Ασκηση

Τίτλος Εργαστηριακής Ασκησης (υπεύθυνος καθηγητής)

Αίθουσα Ημερ/νία

Ασκηση 1 Εργαστηριακά μηχανοτρονικά συστήματα – εισαγωγή (ΣΔΦ)

Εργ/ριο ΣΜΣΑ1 Τρίτη 29/10/13

Ασκηση 2 Εισαγωγή στο MATLAB (ΣΔΦ) ΥΚΤ2 Τετάρτη 13/11/13

Ασκηση 3 Απόκριση και χαρακτηριστικά μηχανοτρονικών συστημάτων με χρήση MATLAB/SIMULINK (ΣΔΦ)

ΥΚΤ Τετάρτη 20/11/13

Τμήμα Μηχ/γων & Αερ/γων Μηχ/κων Μηχανοτρονικά Συστήματα Ακαδ. Έτος 2013-14

Page 5 of 5

Ασκηση 4 Λογικές πύλες με διόδους (NA) ΥΚΤ Tρίτη 10/12/13

Ασκηση 5 Τροφοδοτικό συνεχούς (NA) ΥΚΤ Τρίτη 7/1/14

Ασκηση 6 Διπολικά τρανζίστορς (NA) ΥΚΤ Τρίτη 14/1/14 1Εργ/ριο ΣΜΣΑ: Εργαστήριο Στοχαστικών Μηχανολογικών Συστημάτων & Αυτοματισμού 2ΥΚΤ: Υπολογιστικό Κέντρο Τμήματος

[Δ] Πρόσθετη Βιβλιογραφία

1. Isermann, R., “Mechatronic Systems: Fundamentals”, pp. 624, Springer 2003. [καλό βιβλίο με ευρεία κάλυψη και ενδιαφέροντα πρακτικά παραδείγματα – δεν καλύπτει το ηλεκτρονικό τμήμα]

2. Cannon R.H., “Dynamics of Physical Systems”, McGraw-Hill 1967 [εξαιρετικό κλασσικό βιβλίο για

την μαθηματική μοντελοποίηση και ανάλυση συστημάτων] [B] 3. R.H. Bishop (ed.), “Mechatronics: An Introduction”, CRC Press 2006 [σύντομη και εισαγωγική

κάλυψη των εννοιών] 4. Nachtigal C.L. (ed.), “Instrumentation and Control: Fundamentals and Applications”, pp. 890,

John Wiley and Sons 1990. [σύντομη αλλά περιεκτική κάλυψη πολλών θεμάτων] [B] 5. Bradley, D.A., Dawson, D., “Mechatronics”, pp. 528, Chapman and Hall 1993. 6. C.M. Close, D.H. Frederick, J.C. Newell, “Modeling and Analysis of Dynamic Systems”, 3rd

edition, John Wiley and Sons 2002. [B – έκδοση 1978] 7. C. Fraser, J. Milne, “Integrated Electrical and Electronc Engineering for Mechanical Engineers”,

McGraw - Hill 1994. [B] 8. A. Kent Stiffer, “Design with Microprocessors for Mechanical Engineers”, McGraw - Hill 1992.

[B] 9. C. Schuler, W. McNamee, “Industrial Electronics and Robotics”, McGraw - Hill, 1986. 10. Χατζίκος Ε.Β., «MATLAB 6 για Μηχανικούς», Εκδόσεις Τζιόλα, 2002 [για συστηματική εκμάθηση και

εμβάθυνση στο MATLAB] 11. Messner W.C., Tilbury, D.M., “Control Tutorials for MATLAB and SIMULINK: A Web-Based Approach”,

Addison-Wesley [χρήσιμο μικρό εγχειρίδιο με δισκέτα που περιέχει παραδείγματα σχεδιασμού συστημάτων ελέγχου στο MATLAB/SIMULINK].

12. M. Moris Mano, «Ψηφιακή Σχεδίαση», Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδος, Αθήνα 1986.

Σημ.: Με [B] σημειώνονται τα βιβλία που είναι διαθέσιμα από την Βιβλιοθήκη του Πανεπιστημίου Πατρών.