Vakcode: wbtp209

Vaknaam: Mechatronica Project

Het betreft een Project

ECTS studiepunten: 9

Faculteit der Werktuigbouwkunde en Maritieme Techniek

Sectie Systeem- en Regeltechniek

Docent(en): Seiffers, ing J.E.; Teerhuis, ir. P.C.;

                     den Hoedt, ing F.

Tel.:  015-27 86893 /      

Trefwoorden:

Mechatronica, mechanica, elektronica informatica, meten, sensoren, actuatoren, aandrijving, filters, digitaal-IO, signaalconditionering, modelleren, dynamica, regelen, computer programmeren.

Cursusjaar:

BSc 2^e jaar

Semester:

Coll.uren p/w:

Andere uren:

Toetsvorm:

Schriftelijk

Tentamenperiode:

(zie jaarindeling)

Voorkennis (vakcodes):

Alle thematische projecten 1e jaar dienen te zijn afgerond, minimaal 21 TUD  studiepunten, inclusief de twee modulen Analyse (wi1250, wi1251) en Systeem & Regeltechniek 1 (wb2104). Programmeren Visual Basic (in2049wb) dient door de A-groep parallel aan het mechatronica project te worden gevolgd. Voor alle andere groepen dient Visual Basic te zijn afgerond alvorens met het mechatronica project gestart mag worden.

Wordt vervolgd door (vakcodes):

Wb2414, Mechatronisch ontwerpen (keuzevak in 4e jaar) 

Uitgebreide beschrijving van het onderwerp:

Deel 1 bevat o.a.:

Basis elektronica

·       Netwerken met passieve - en actieve componenten

Passieve componenten (weerstanden, condensatoren en spoelen)

Actieve componenten (opamp, transistor)

·         Signaalconditionering.

Versterkers en filters voor analoge signalen

Relais en optocouplers voor digitale signalen

·         Meettechniek:

Analoge meetinstrumenten (multimeter, scoop) specificaties en inzetbaarheid

Digitale meetinstrumenten, de consequentie van bemonsteren. (bemonsteringstheorema, aliasing)

Meetfouten.

Deel 2 bevat o.a.:

·         Sensoren:  

-          De fysische werking van sensoren.

-          Lezen van specificaties van sensoren.

·         Actuatoren:

-          De gelijkstroommotor met permanente magneten.

-          Statische en dynamische karakteristieken bepalen m.b.v. modelvorming van desbetreffende motor.

-          Meten en valideren van het gemaakte model.

-          Stappenmotor

·         Dynamica:

-          Modelvorming van twee gekoppelde massaveersystemen en controleren doormiddel van metingen aan dit systeem.

Deel 3:

Ontwerpen en realiseren  van een geautomatiseerd regelproces. De kennis die is opgedaan, uit  voorgaande delen inclusief de programmeer ervaring uit het vak in2049wb, moeten in deze opdracht worden gebundeld om tot een succesvol eindresultaat te komen.

College materiaal:

·        Handleiding en opdrachten TUD Mechatronica Project, hierin opgenomen is:

-          'Onzekerheidsanalyse', Lagendijk, Thematische projecten Mechatronica en Energie

Referenties vanuit de literatuur:

·        'Mechatronics', W. Bolton ISBN 0-582-25634-8,

·        'Programming in Visual Basic', J.Case Bradley, ISBN 0-07-115432-9,

·         'Feedback Control of Dynamic Systems', Franklin, Powell, Emani-Naeini

Opmerkingen (specifieke informatie over tentaminering, toelatingseisen, etc.):

Het eerste en 2 deel wordt afgesloten met een schriftelijke toets

Leerdoelen:

De student kan:

1. Spanningen en stromen in een complex weerstandennetwerk meten en de meetnauwkeurigheid en gemaakte meetfouten bepalen

2. Theoretische overdrachtsfuncties van actieve (opamp, transister) en passieve filternetwerken (weerstanden, spoelen en condensatoren ofwel R, L en C) bepalen, de overdracht meten en het theoretische model valideren met behulp van Bode Karakteristieken

3. Overdrachtsfuncties berekenen bij schakelingen waarbij de Opamp wordt gebruikt voor signaalconditionering

4. Schakelingen waarbij de Opamp wordt gebruikt voor signaalconditionering, bouwen en doormeten in laboratorium

5. Principe en optredende problemen van tijd- en amplitude discretisatie bij digitale meetsystemen beschrijven, eenvoudige redeneringen en berekeningen voor A/D- en D/A-omzetters opzetten, om hiermee de door de discretisatie geïntroduceerde  meetfouten in amplitude- en frequentiespectrum te bepalen (bemonsteringstheorema, aliasing)

6. Sensoren classificeren in de categorieën absoluut, relatief, analoog, digitaal; specificaties van sensoren lezen en interpreteren; de werkingsprincipes van de in het lab gebruikte sensoren beschrijven en deze sensoren aansluiten

7. Werking van DC-elektromotor met permanente magneten beschrijven; basis vergelijkingen en gedrag van DC-motor met permanente magneet afleiden, beschrijven en interpreteren; metingen uitvoeren om het gedrag van een DC-motor te bepalen

8. Het dynamisch motorgedrag door middel van een wiskundig model beschrijven en m.b.v. Matlab en Simulink simuleren. Schakelingen en opstellingen voor het meten van dynamische motorkarakteristieken bedenken, bouwen en gebruiken. Divergentie tussen werkelijkheid en model verklaren

9. Verschillende typen en toepassingen van rekstrookjes beschrijven, met behulp van Brug van Wheatstone rek-berekeningen maken en interpreteren; plaatsings-principes van rekstroojes in de Brug van Wheatstone en implicaties hiervan voor compensatie-werking beschrijven

10. Eigenfrequenties van torsietrillingen bij benadering berekenen en simuleren met Simulink; torsietrillingen in een lab-situatie opzetten en meten; massatraagheidsmoment door middel van eigenfrequentie bepalen

11. Een open technische opgave, door middel geïntegreerde toepassing van mechanica, elektronica en informatica, zelfstandig oplossen en deze oplossing praktisch realiseren

Computer gebruik:

Computer gebruik is noodzakelijk. De computer wordt gebruikt als meetinstrument (virtual instrument), en als regelorgaan. Synchroniseren van twee parallelle processen. Programmeren in Visual Basic is een vereiste.

Project:

Het project bestaat uit 3 delen beslaat in het totaal ca. 9 weken. De college uren en de ingeroosterde laboratoriumwerkzaamheden worden in het rooster weergegeven. De delen 1 en 2 worden in teams van twee personen uitgevoerd. Van deze delen moeten alle opgaven en metingen met bijbehorende uitwerking worden verwerkt in een logboek. De eindopdracht (deel 3) wordt in groepjes van vier personen uitgevoerd en hiervan dient een eindrapport te worden gemaakt.

Ontwerp component:

Het ontwerp is het afsluitende deel  van dit project: de eindopdracht, het oplossen van probleem in een open vraagstelling. De opdracht is het ontwerpen en bouwen van een automatisch werkend systeem met een aantal complex taken en handelingen, welke m.b.v. de computer verwerkt en geregeld worden in een automatisch proces. De laatste jaren werd een tonnen sorteer en vulsysteem ontworpen.

Percentage ontwerponderwijs:  30%