Unidad 1: Introducción a la Mecatrónica

Profesor: Ing. Israel Chaves Arbaiza

Curso: Mecatrónica

Agenda

  • Definiciones importantes

  • Historia

  • Elementos clave

  • Fundamentos de los sensores y actuadores

  • Mecatrónica en la sociedad: aplicaciones

¿Qué es Mecatrónica?

Definiciones

  • Según Yasakawa Electric Company; meca proviene de mecanismo, y trónica viene de electrónica. Es decir, mecatrónica es la tecnología que incorpora más y más electrónica en los mecanismos, de forma íntima y orgánica

  • Otros dicen que Mecatrónica es la aplicación de toma decisiones complejas en la operación de sistemas físicos

  • Actualmente, se sugiere que: Un sistema mecatrónico no sólo es una unión de lo eléctrico con lo mecánico, y es más que un sistema de control, es una integración completa de todos ellos

  • Formalmente, se considera que un sistema ó elemento mecatrónico, debe tener un componente mecánico, otro electrónico, y uno de computación (ó bien de control)

¿Qué es y qué no es un sistema mecatrónico?

  • Sistemas de cierre/apertura de puertas de garaje
  • Vending Machines
  • Puerta deslizante de supermercado
  • PLC
  • Refrigeradora
  • Aire acondicionado

Historia

  • Desde la antigüa Grecia (entre el 300 y el 1 A.C.), se buscaba automatizar sistemas mecánicos, como el reloj de Ktesibios:
  • En Europa y Rusia, entre los siglos 17 y 18, se inventaron dispositivos como el regulador de temperatura ó de presión, de los primeros sistemas con realimentación.

Historia

  • En 1769, el regulador de Watt, potenció el desarrollo de la teoría de control
  • Entre 1930 y 1960, hubieron avances en sistemas de medición, motores de corriente alterna, métodos analíticos y matemáticos para describir sistemas
  • La Segunda Guerra Mundial implementó control automático en sistemas de armas, aviones, y mejoró las comunicaciones
  • Y en el aspecto comercial, el ahorro de costos al implementar la producción automatizada, fue una prioridad, desde 1940.
  • Por último, el desarrollo del microprocesador a finales de los 60's, permitió dar control por computadora a los productos y procesos.

Historia

Elementos clave

Elementos clave

  • Variables medidas: Salidas de los sensores
  • Variables manipuladas: O variables de control, lo que nos interesa ajustar
  • Variables de referencia: Los niveles deseados de las variables de control
  • Variables monitoreadas: Usualmente son variables indirectas, calculadas a partir de las variables medidas; y se aprovechan mediante software

Funciones de los sistemas mecatrónicos

  • División de las funciones entre mecánica y electrónica
  • Mejora de las propiedades operativas gracias al control de lazo cerrado (Basado en modelos y control adaptativo)
  • Nuevas funciones, gracias a la electrónica digital.

Arquitectura de control multinivel

  1. Control de bajo nivel (retroalimentación, estabilización)
  2. Control de alto nivel (técnicas avanzadas)
  3. Supervisión y diagnóstico
  4. Optimización y coordinación de procesos
  5. Gestión general del proceso

Pasos de diseño de un sistema mecatrónico

  1. Definir flujos (energía y materia)
  2. Diagramas de flujo (fuentes, convertidores, reservorios)
  3. Representación gráfica, diagramas de bloques
  4. Ecuaciones de los procesos
  5. Relación entre las ecuaciones
  6. Cálculo global del modelo

Pasos de diseño de un sistema mecatrónico

Fundamentos de los sensores y actuadores

Fundamentos de los sensores y actuadores

  • Sensor es un dispositivo que al ser expuesto ante un fenómeno físico (temperatura, desplazamiento, fuerza, etc.), produce una señal de salida (eléctrica, mecánica, magnética, lumínica, etc.) proporcional.
  • Un transductor, es un aparato que convierte una forma de energía en otra.
  • Los sensores se pueden clasificar de diferentes formas, si son analógicos ó digitales, pasivos (no requieren energía externa) ó activos (ocupan una fuente de energía para operar)

Fundamentos de los sensores y actuadores

  • Por otro lado, un actuador, es el dispositivo que recibe una señal de control (típicamente eléctrica), y produce un cambio físico (fuerza, movimiento, flujo, calor, etc.) en el sistema.

Fundamentos de los sensores y actuadores

  • Los actuadores se pueden clasificar según el tipo de energía que trabajan, principalmente eléctricos, hidráulicos, neumáticos, electromecánicos ó electromagnéticos. Aunque actualmente se tienen actuadores de materiales inteligentes, microactuadores y nanoactuadores.
  • También se pueden clasificar en binarios ó continuos, dependiendo de la cantidad de estados-estables que tenga el actuador como salidas. Un relé es un actuador binario, y un motor es uno continuo.

Mecatrónica en la sociedad

Mecatrónica en la sociedad

Mecatrónica en la sociedad

Mecatrónica en la sociedad

Mecatrónica en la sociedad

Las refris de antes tienen un control más analógico, pero cuenta como control El PLC por sí solo no es un elemento mecatrónico, debe tener un mecanismo

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DIVISIÓN DE FUNCIONES: Al separar las tareas en: las que pueden ser hechas por circuitos electrónicos, sensores, amplificadores, se simplifica muchísimo la construcción mecánica necesaria NUEVAS FUNCIONES: Cálculo de cantidades no medibles, adaptar parámetros, supervisión y diagnóstico

FLUJOS: fluidos, calor, electricidad, materiales 2. Disipadores, almacenamiento 3. Diagramas de bloques o diagramas multipuertos 6. Variables de salida y de entrada Espacio de estados Ecuaciones diferenciales, funciones de transferencia