9 mei 2017
Leestijd: 6 minuten

Praktisch begrip voor complexe mechatronische systemen

applied mechatronics Mikrocentrum

Deze lente start Mikrocentrum met een nieuwe cursus voor hoogopgeleide engineers. Tijdens deze vijfdaagse cursus komt Sven Hol Ph.D. aan het woord over theoretische aspecten van verschillende disciplines binnen het vakgebied Mechatronica. Dit is nadat de deelnemers zich vertrouwd maken met het modelleren, het simuleren en het aansturen mechatronische systemen. 

Dit artikel verscheen ook in Mikroniek issue 2 - 2017

Hoewel de Applied Mechatronics cursus geschikt is voor elke branche van de industrie, focust het vooral op de Manufacturing processen die meer dynamiek en precisie eisen. Dit geldt voor de daadwerkelijke fabricage van (onderdelen van) het product, maar ook voor montage-, pick & place en handlingsystems.

Behoefte aan mechatronische vakkennis

Mechatronica is een technische discipline dat mechatronica, elektronica, regeltechniek en informatica combineert. Deze combinatie voorkomt het creëeren van suboptimale oplossingen tot een controleprobleem in een enkele discipline. Factoren zoals thermisch management, wrijving, stabiliteit en prestaties wordt ook rekening mee gehouden.

Steeds meer bedrijven moeten uiteindelijk omgaan met verschillende disciplines door hun originele discipline (gedeeltelijk het geval bij mechanische technologie/precisietechnologie). Vaak is er een tekort aan de kennis of de ervaring van deze andere disciplines. Daarnaast is er veel te verdienen van de integratie van de verschillende disciplines. Sven Hol en Mikrocentrum hebben opgemerkt dat een praktische focus en hoogopgeleide cursus, die draait om deze aspecten, nodig is. In samenwerking met Mikrocentrum, dat het praktische aspect wilde toevoegen, heeft Sven Hol de cursus Applied Mechatronics ontwikkelt. 

Applied Mechatronics cursus doelgroep

De cursus is vooral bedoeld voor mensen in de industrie die al bekend zijn met Mechatronica. Voorbeelden daarvan zijn systeemarchitecten, mechatronische ontwerpers, machine-ingenieurs, elektrotechnici, software- en firmware-ontwikkelaars. De cursus gaat uit van een hogeropgeleide doelgroep, dus HBO of universiteit, en op zijn minst twee jaar werkervaring met Mechatronica. Het is getest dat op deze manier een specialist in een dergelijke discipline nog steeds de theorie en praktijk van andere disciplines kan begrijpen. Na de cursus, heeft de cursist nog altijd de mogelijkheid om de minder bekende disciplines te combineren met zijn of haar eigen vakkennis.

Mikrocentrum's bedoelde doelgroep voor de cursus zijn bedrijven die omgaan met mechatronische systemen met zoveel mogelijk precisie en gecontroleerde beweging, maar ook streven deze bedrijven naar hogere snelheid en productiviteit. Naast hightechbedrijven kunnen dit ook fabrikanten zijn van kantoorapparatuur (bijv. kopieerapparaten), verpakkings-, sorteer- of assemblage machines, maar ook medische apparatuur. Maar ook hun leveranciers hebben behoefte aan meer kennis, zodat ze kunnen begrijpen waar hun klanten aan werken.

De cursus is ook relevant als het aankomt op zware machines (zoals (wegen)bouwmachines, landbouw machines, recyclingsystemen of interne transport). Een hogere positioneringsnauwkeurigheid is hier vaak niet relevant. Deze bedrijven streven vaak wel naar een hogere productiviteit, lagere milieubelastingen, een lager energieverbruik en gegevensregistratie. Mechatronica kan een belangrijke rol spelen bij het bereiken van die doelstellingen.

Opstelling van de cursus Applied Mechatronics

De cursus duurt vijf dagen: drie dagen zijn vooral voor de theorie, modelleren en simuleren, gevolgd door twee dagen praktijk. Tijdens de eerste drie dagen worden de verschillende disciplines gediscussieerd, inclusief hun wiskundige modellen. Deze worden uiteindelijk samengevoegd in een compleet model. Het doel van het theoretische gedeelte is het maken van het model voor een demo systeem, die dan getest wordt tijdens de tweedaagse praktijk. Deze wordt ook gebruikt voor berekeningen en metingen. 

Op de eerste dag komt vooral mechanica aanbod. Deelnemers leren over de bedoeling van mechanische hoeveelheden en/of massa, stijfheid en verdamping. Maar ook hoe je ze in modellen verwerkt. Sensoren en actuatoren zijn het onderwerp van de tweede dag. Er wordt nader gekeken naar verschillende soorten aandrijvingen, sensoren en versterkers en hoe deze toegepast worden. De deelnemers maken modellen in het frequentiedomein (waar ze leren hoe ze resonanties interpreteren en hoe ze er mee omgaan, naast andere artefacten) en in het tijddomein (hoe een proces ontwikkelt door de tijd heen).

Op de derde dag komen PID-regeling, feedback en feedforward aanbod. De deelnemers implementeren hun eigen mechanisme en testen de validiteit. De focus zal ook liggen op de respons, de gevoeligheid en de stabiliteit (marge) van de controller en de prestaties van het complete systeem. Met de verschillende bouwblokken bouwen de deelnemers uiteindelijk een compleet model. Het modelproces wordt gerealiseerd met wiskundige computerprogramma's, MatLab en Simulink. De modellen en tools zijn zo gemaakt dat zelfs nieuwkomers er makkelijke gebruik van kunnen maken. Als laatste komen de praktische implementatie en finetuning aanbod.

Op de vierde en laatste dag worden theorie en het construeerde systeem beoordeeld aan de hand van een demo-systeem dat Sven Hol zelf heeft ontwikkeld en gebouwd met behulp van Mikrocentrum en een aantal partners.

Experimenteren

Deelnemers kunnen werken aan een demo systeem, d.w.z. een eenassig lineair systeem. Meerdere assen zullen een systeem uiteraard complexer maken; elke as kan echter op dezelfde manier worden gemodelleerd. Om het systeem goed te laten werken is dan ook een gekoppelde regelstrategie nodig, bijvoorbeeld een master-slavensysteem met een meerassige controller.

Het mechanisme bestaat uit een geluidsspoor met twee zogenaamde fases die onafhankelijk van elkaar kunnen bewegen. Daarachter zit een reeks magneten, die een lineaire motor creëeren. De verschillende fases bevatten een klein driefasig spoelsysteem en wanneer deze geactiveerd wordt, kunnen de fases langs de magneetreeks bewegen. Een lineaire encoder wordt op het geluidsspoor geplaatst om de positie van de fases nauwkeurig te bepalen.

De twee fases zijn verbonden met een vaste rotatie, die in verschillende posities kan worden geplaatst tussen twee bladveren. Op deze manier worden verschillende graden van stijfheid (van een hele stijve transformatie tot een hele zwakke) bereikt. De stijfheid tussen de aangedreven fase en de meetfase heeft invloed op de prestaties en stabiliteit van het complete systeem. Tijdens de praktijk ervaren de deelnemers hoe het demo systeem reageert op verandering in stijfheid en motor control. Op deze manier wordt een realistisch experiment gegeven aan de deelnemers en dat leidt tot een solide begrip van complexe mechatronische systemen.

Over de docent van cursus Applied Mechatronics

Sven Hol heeft Mechanical and Automation Engineering op de universiteit in Twente, Nederland, gestudeerd. Hij heeft zijn Ph.D. in Mechatronic Design in Eindhoven, Nederland, ontvangen. Bij ASML heeft hij een aantal functies gehad, inclusief elektronica-mechanical designer, customer service manager bij ASML Japan en onderzoeker. Tegenwoordig is hij mechatronic architect bij ASML en werkt hij als een onafhankelijke consultant die andere bedrijven helpt met mechatronica uitdagingen. 

Over de schrijver
Mikrocentrum

Mikrocentrum

Gerelateerde cursussen

Applied mechatronics

4 november 2021 5 bijeenkomsten