МГТУ им. Н.Э. Баумана. Радиотехника. Приборостроение. Электроника. Электротехника. Робототехника. Лазерная техника. Оптические системы. 2023. (АРХИВ)

Книга посвящена одному из видов электрических приводов — частотно-управляемому с асинхронными электродвигателями, наиболее сложному и широко распространенному в современной технике. Рассмотрены проблемы теории и практики частотного управления асинхронными электродвигателями. Подробно изложены вопросы расчета статических характеристик, проанализированы режимы работы и управления частотно-управляемыми приводами. Теория работы частотно-управляемого привода рассмотрена применительно ко всем возможным приложениям, а особенности его работы, основные примеры и расчеты — к тяговому приводу. Предполагается знание читателем основ теории электротехники, электрических машин, преобразовательной техники, электроприводов и автоматического управления.

Представлены лабораторные работы по изучению методов и средств испытаний на триботехническую работоспособность конструкционных материалов при качении с проскальзыванием, по оценке потерь на трение и определению коэффициента полезного действия механической передачи в зависимости от режима работы на примере зубчатого, волнового и червячного редукторов.

Настоящее пособие подготовлено к изданию на основе конспекта лекций профессора Г.М. Мосягина по дисциплине «Теория оптико-электронных систем», которые он читал студентам кафедры «Лазерные и оптико-электронные системы» МГТУ им. Н.Э. Баумана. Целью дисциплины является эффективное освоение методов математического моделирования оптико-электронных приборов, используемых при выполнении базовых проектных процедур анализа и параметрической оптимизации.

Дано описание лабораторного стенда для изучения электрических цепей постоянного и переменного тока, включающего набор мини-блоков, источник питания, мультиметры и виртуальный измерительный комплекс «ВП ТОЭ». Приведены задания и порядок выполнения работы, а также контрольные вопросы.

Представлены лабораторные работы по курсу «Статистические методы управления качеством», посвященные основным теоретическим сведениям о вероятностных бумагах, контрольных картах и других методах статистического анализа качества. Описаны программные средства, применяемые при анализе качества.

Представлены современные подходы к модернизации существующих производств в различных секторах экономики на конкретных примерах компоновки средств доставки лазерного излучения (портальных, роботизированных, орбитальных). Приведены лучшие мировые практики производства лазерных технологических комплексов, компонентов интеллектуальной оснастки и реализации на их основе гибких производственных ячеек. Пособие призвано сформировать базовые компетенции у специалистов, участвующих в принятии решений по модернизации производства посредством создания на предприятии безлюдных зон, построенных на базе лазерных технологий.

Рассмотрены среда управления облачной платформой SAP HANA Cloud Platform и основы практической работы с платформой.

Рассмотрены сварка композиционных материалов и гибридные лазерные технологии сварки. Особое внимание уделено сварке концентрированными источниками энергии металлических композиционных материалов, упрочненных частицами, а также гибридной лазерно-дуговой и лазерно-плазменной сварке.

Рассмотрены основные типы систем хранения цифровой информации на оптических носителях, приведены требования к этим системам, определены их наиболее важные характеристики и параметры. Проанализированы методы наложения микроголограмм на голографический носитель. Помимо этого представлены оптические схемы регистрации одиночных голограмм в системах оптико-голографической памяти, метод компьютерного синтеза голограмм Фурье и оптическая схема для их записи на голографический носитель.

Рассмотрены вопросы создания голографических брэгговских решеток и характеристики фототерморефрактивных стекол. Представлены методика и результаты расчета дифракции света на объемных брэгговских решетках с применением метода связанных волн Когельника. Основное внимание уделено спектрально-угловой селективности брэгговских дифракционных решеток. Описаны основные направления применения брэгговских элементов в фототерморефрактивных стеклах и особенности их реализации в виде голографических элементов. Изложенный материал используется при создании голографических брэгговских решеток.

Рассмотрены методы расчета пространственных параметров гауссова пучка, формируемого устойчивыми зеркальными и зеркально-линзовыми резонаторами и оптической системой. Дан пример выполнения расчета. Приведены условие и варианты домашнего задания по дисциплине «Лазерная оптика», критерии его оценки и вопросы для защиты домашнего задания.

Представлена лабораторная работа по изучению работы центробежного вентилятора на сеть с переменным сопротивлением. Приведено описание центробежного вентилятора и лабораторного стенда. Дана методика выполнения испытаний и обработки экспериментальных данных.

Дано описание общей последовательности процессов микротехнологии на примерах производства интегральных микросхем и кремниевого микродатчика давления. Рассмотрены основные этапы получения кремниевых монокристаллических пластин, ключевые операции микротехнологии — изготовление кремниевых пластин, оксидирование. Акцентировано внимание на взаимосвязи между свойствами материалов, структуры, устройством и электрическими характеристиками микроструктур. Рассмотрены физико-химические модели и методы анализа качества технологических процессов микротехнологии.

Приведены пояснения и рекомендации для выполнения домашнего задания по дисциплине «Основы теории управления и цифровой обработки сигналов». В рамках выполнения курсовой работы предусмотрено создание в среде пакета MATLAB приложения, выполняющего функции фильтрации и модификации звукового сигнала.

Изложены требования к выполнению курсового проекта по дисциплине «Проектирование подводных робототехнических систем». Рассмотрены основные этапы выполнения курсового проекта. Особое внимание уделено структуре и правилам оформления расчетно-пояснительной записки, которая является наиболее распространенным видом текстовой технической документации. Приведены варианты заданий на курсовое проектирование и примеры оформления некоторых разделов расчетно-пояснительной записки.

В издании описаны процесс программирования скоординированных перемещений двух роботов-манипуляторов на базе коллаборативного робота IRB 14000 YuMi и особенности конфигурирования контроллера IRC5. Рассмотрены общие вопросы безопасности, процесс работы с пультом управления FlexPendant, данные о калибровке робота, структура программы и программных данных, управление входами и выходами.

Приведены основы термометрии, последовательность подготовки к измерению температуры на практике, а также рекомендации к определению и коррекции погрешности измерений. Предназначено для формирования у обучающихся системных знаний по проведению измерений температуры и обработке полученных данных.

Изложены основные теоретические сведения о классическом методе расчета переходных процессов в цепях первого и второго порядков. Представлены материалы, необходимые для проведения лабораторной работы: задание, порядок выполнения, методические указания к проведению работы, а также контрольные вопросы.

Представлена методика оценки показателей надежности электромагнитных электрорадиоэлементов с учетом их конструктивного исполнения, технологии изготовления и изменения характеристик материалов в условиях эксплуатации. Показано, что в процессе длительной эксплуатации сопротивление электрической изоляции существенно изменяется, и это приводит к снижению надежности аппаратуры. Рассмотрены причины отказов электромагнитных компонентов (магнитопроводов, обмоток, ферритовых материалов), приведены результаты исследования их надежности.

Рассмотрено моделирование двухлинзового склеенного объектива в программе ZEMAX, выполнен аберрационный расчет объектива. Показано формирование таблиц и графиков оптического выпуска на основании данных расчета. Учебно-методическое пособие предназначено для самостоятельного выполнения студентами домашнего задания по учебной дисциплине «Прикладная оптика».

Кратко изложены основы теории современного автоматизированного электропривода. Рассмотрены принципы построения и составные части электроприводов, их характеристики в статических и динамических режимах работы с двигателями постоянного и переменного тока, а также основные принципы управления и проектирования.

Изложены основы современной цифровой электроники. Рассмотрены импульсный режим работы электронного устройства, схемы и характеристики различных аналоговых ключей (коммутаторов). Приведены классы логических элементов и их параметры, показаны особенности логических элементов различных логик. Рассмотрены комбинационные цифровые устройства: шифраторы, дешифраторы, преобразователи кодов, мультиплексоры и демультиплексоры, сумматоры и компараторы. Дано описание последовательностных цифровых устройств: триггеров, счетчиков импульсов и регистров. Рассмотрены программируемые логические интегральные схемы, описаны их классы. Приведены базовые сведения о микропроцессорах и микроконтроллерах.

Изложены основы аналоговой электроники. Рассмотрены базовые элементы электронных устройств: полупроводники, диоды, биполярные и полевые транзисторы. Даны основы усилительной техники на биполярных и полевых транзисторах, операционных усилителей, генераторов гармонических и импульсных сигналов, активных фильтров и вторичных источников питания.

Представлены четыре лабораторные работы по дисциплине «Учебно-технологический практикум».

Издание содержит материалы, необходимые для выполнения и оформления типовых домашних заданий по модулям 5–7 курса «Основы теории цепей» (второй семестр обучения). Рассмотрено применение методов классического и операторного анализа переходных процессов. Показаны мгновенные распределения токов и напряжений по длине линии с распределенными параметрами в различных режимах ее работы.

Рассмотрено применение законов Кирхгофа и метода узловых потенциалов. Показаны преобразование «треугольник — звезда», график зависимости выделяемой на нагрузке мощности от сопротивления нагрузки, использование условия возникновения резонанса в цепи для поиска резонансных частот, применение метода контурных токов и расчет мощности гармонически изменяющегося тока. Приведено решение типовых заданий, в качестве примера проанализировано решение домашнего задания по теме «Цепи несинусоидального тока». Описано прохождение негармонических сигналов через цепи с комплексны частотно-зависимым импедансом. Рассмотрены способы расчета активной мощности негармонического переменного тока, выделяемой на нагрузке.

Даны основы применения микроконтроллеров для управления электронными устройствами. Приведены примеры подключения к микропроцессору внешних устройств с параллельным и последовательным интерфейсом. Рассмотрено управление программой микропроцессора по флагам простейшего кнопочного пульта и прерывание исполнения программы от внешнего устройства и таймера микроконтроллера.

Рассмотрены вопросы моделирования простых схем, процессы оптимизации этих схем, а также процессы цифровой модуляции сигналов, характерных для современных протоколов проводной (DSL) и беспроводной связи (Wi-fi, Wimax, LTE).

Рассмотрены основные темы курса «Электроника». Приведены краткие теоретические сведения, примеры расчета и проектирования электронных устройств, контрольные вопросы, сформулированы программы выполнения лабораторных работ по каждой теме и требования к оформлению отчета. Все работы могут выполняться с применением как реальных элементов электроники и реальной измерительной аппаратуры, так и программ-симуляторов, таких как Proteus, Electronics Workbench, Microсap и т. п.

Рассмотрены вопросы, связанные с планированием и проведением эксперимента в электронной промышленности и наноинженерии, анализом полученных результатов и практическим применением методов моделирования технологического процесса и параметров его продукта. Представлена методология планирования и обработки результатов многофакторного эксперимента. Описано домашнее задание и даны рекомендации к его выполнению.

Рассмотрены особенности технологических процессов управления формообразованием поверхностей плоских оптических деталей на этапах шлифования и полирования на современных станках рычажного типа. Дано обоснование структуры многофакторной математической модели процессов шлифования и полирования плоских оптических поверхностей на основе изучения законов движения исполнительных механизмов и зоны обработки оптических станков рычажного типа. Приведен анализ влияния технологических факторов и физико-химических особенностей процессов обработки поверхностей плоских оптических деталей на функцию съема оптического материала модели химико-механического метода обработки.

Представлены лабораторные работы, которые содержат технологические процессы управления формообразованием плоских оптических поверхностей и интерференционные методы контроля их статистических параметров, методики контроля параметров форм и радиуса кривизны сферических оптических поверхностей, а также методики контроля двойного лучепреломления и оптической однородности в плоских оптических заготовках из бесцветного стекла. Подробно рассмотрены процессы обработки на стадиях шлифования и полирования плоских оптических деталей и факторы, влияющие на эффективность формообразования. Приведены особенности технологии склеивания поверхностей сферических линз, оптические функциональные схемы и реализованные на их основе методики контроля децентричности, возникающей в процессе сборки блока (склейки из двух оптических линз).

Изложены основные теоретические сведения о составе, принципе действия универсального лабораторного стенда, используемого как основное оборудование для проведения лабораторных работ по дисциплине «Электротехника». Приведены характеристики основных измерительных приборов и устройств, задание, порядок выполнения и методические указания к проведению лабораторных работ.

Рассмотрены вопросы, связанные с разработкой твердотельных усилителей для аналоговых трактов радиотехнических систем. Определена область применения транзисторных усилителей, указаны особенности их построения. Приведен алгоритм расчета усилителей в соответствии с основными системными требованиями, даны примеры расчета.

Представлены основные понятия и выражения, необходимые для расчета пространственных параметров гауссова пучка, формируемого устойчивыми двухзеркальными резонаторами и оптической системой. Рассмотрен пример выполнения домашнего задания по дисциплинам «Основы квантовой электроники», «Физические основы лазеров» и «Лазеры», приведены критерии его оценки, а также условия и варианты домашнего задания.

Рассмотрен процесс фотолитографии. Изложено описание процедур проведения экспериментов по определению разрешающей способности операций фотолитографии и жидкостного травления тонкопленочных медных структур. Представлена методика обработки полученных результатов травления и выявления на их основе бокового подтрава токопроводящих структур и неравномерности тонкопленочного покрытия по площади заготовки.

Изложены основные теоретические сведения по расчету частотных характеристик пассивных электрических цепей. Даны примеры записи уравнений для расчета амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик. Приведены задания и порядок выполнения работы, а также контрольные вопросы.

Издание содержит материалы для освоения методов измерений характеристик устройств СВЧ и антенн, представленные в виде описания четырех лабораторных работ по дисциплине «Устройства СВЧ и антенны». Приведены формулы для расчета диаграмм направленности и основных характеристик рупорной и диэлектрической антенн, зеркальной антенны с моноимпульсным облучателем, фазированной антенной решетки и антенны с управляемой ферритовой линзой. Дано описание лабораторных установок для определения амплитудной диаграммы направленности антенны, коэффициента усиления антенны, элементов матрицы рассеяния ферритовых устройств СВЧ: вентиля, фазовращателя, Y-циркулятора.

Cодержит материалы для освоения методов измерений характеристик СВЧ-устройств, представленные в виде описания лабораторной работы. Даны сведения об основных электрических характеристиках рассматриваемых устройств. Изложены принципы работы и представлены конструкции волноводных ферритовых фазовращателей, а также элементов фазированных антенных решеток на их основе. Приведены описание лабораторной установки и методика измерения фазовой характеристики интегрированного элемента проходной фазированной антенной решетки с волноводным ферритовым фазовращателем.

Изложены краткие теоретические сведения, необходимые для изучения основных схем асинхронных и синхронных триггеров. Дано описание лабораторной работы. Приведен порядок ее выполнения.

В пособии изложены основные теоретические сведения о трехфазных электрических цепях, даны определения трехфазного источника питания и трехфазного потребителя. Рассмотрены схемы соединения источника и потребителя треугольником и звездой при симметричной и несимметричной нагрузке. Приведены способы измерения активной мощности. Представлены материалы для проведения лабораторной работы (задание, порядок выполнения), а также контрольные вопросы.

Изложены основные теоретические сведения по цепям синусоидального тока, даны определения резонанса напряжения и токов, а также частотные характеристики последовательного колебательного контура. Представлены задания, порядок их выполнения, а также методические указания к проведению лабораторной работы.

Изложены основные теоретические сведения о расчете цепей постоянного тока. Даны примеры записи уравнений по законам Кирхгофа. Рассмотрены различные режимы работы источника постоянного напряжения, условие согласованного режима работы источника ЭДС и нагрузки. Приведены задания и порядок выполнения работы, а также контрольные вопросы.

Рассмотрены логические элементы, таблицы истинности, запись и минимизация булевых выражений и перевод логической функции в базис И-НЕ. Дано описание работы в среде Multisim. Приведены задания и порядок выполнения работы.

Издание содержит методические указания для выполнения лабораторного практикума, состоящего из трех комплексных лабораторных работ, в которых решаются 11 различных задач, разделенных по трем темам. Приведенные материалы соответствуют программам дисциплин «Эксплуатация, диагностика и ремонт РЭС» и «Электропреобразовательные устройства РЭС». Рассмотрены основные методы расчета выпрямителей, стабилизаторов, трансформаторов, импульсных и вторичных источников питания. Практическая часть посвящена проектированию и исследованию разрабатываемых схем в САПР Multisim (программный продукт подразделения Electronics Workbench Group компании National Instruments).

Рассмотрены особенности интерференции и дифракции света от полихроматических источников. Введены понятия о пространственной и временной когерентности света, и определены комплексные функции, описывающие величины и степени когерентности. Особое внимание уделено практическому использованию теории частичной когерентности в фурье-спектроскопии, исследовании небесных тел и других научных и технических приложениях. Приведены примеры, иллюстрирующие особенности расчета интерференции и дифракции от частично когерентных источников.

Кратко рассмотрены основные механизмы испарения вещества под действием импульсов лазерного излучения на непрозрачные среды. Приведено описание методики экспериментального определения порога лазерной абляции.

Кратко рассмотрены основные механизмы разрушения прозрачных сред под действием импульсов лазерного излучения. Приведено описание методики экспериментального определения порога пробоя прозрачных диэлектриков.

Издание содержит материалы для изучения явления дифракции на препятствиях различного вида. Изложены краткие теоретические сведения о дифракции света на круглом отверстии, непрозрачном диске и на щели. Представлено описание лабораторной установки, приведены указания по выполнению лабораторной работы О-87 и обработке результатов измерений.

Издание подготовлено в помощь студентам, выполняющим курсовую работу по учебной дисциплине «Прикладная оптика». На конкретном примере рассмотрен габаритный, аберрационный и светоэнергетический расчет оптической системы призменного монокуляра. Дана оценка качества изображения полученной оптической системы.