Copyright © 1993-2001, Hugh Jack Engineer On a Disk Overview: This note set is part of a larger collection of materials available at http://claymore.engi- neer.gvsu.edu. You are welcome to use the material under the license provided at http://clay- more.engineer.gvsu.edu/eod/global/copyrght.html. As always any feedback you can provide will be welcomed. Copyright © 1993-2001, Hugh Jack email: jackh@gvsu.edu phone: (616) 771-6755 fax: (616) 336-7215 page 2 1. TABLE OF CONTENTS TABLE OF CONTENTS 2 OVERVIEW 8 PROCESS CONTROL 9 INTRODUCTION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9 CONTROL SYSTEM CHARACTERISTICS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 10 CONTROLLER TYPES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 11 PROCESS DIAGRAMS AND SYMBOLS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 11 PRACTICE QUESTIONS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 11 DISCRETE CONTROLLER DESIGN 12 POSITIONING CONTROLLERS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 12 TRACKING - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 22 DISTURBANCE RESISTANT - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 25 MULTI-CONTROLLER SYSTEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 28 SAMPLE TIME - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 34 SUMMARY - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 35 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 36 DISCRETE SYSTEMS 38 DISCRETE SYSTEM MODELLING WITH EQUATIONS - - - - - - - - - - - - - - - 38 DISCRETE CONTROLLERS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 48 BLOCK DIAGRAMS AND TRANSFER FUNCTIONS - - - - - - - - - - - - - - - - - - 56 SAMPLING FUNCTIONS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 68 SYSTEM RESPONSE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 72 STEADY STATE ERROR - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 76 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 78 PETRI NETS 81 INTRODUCTION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 81 IMPLEMENTATION FOR A PLC - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 87 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 91 CONTINUOUS CONTROL SYSTEMS 92 CONTROL SYSTEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 92 ROOT-LOCUS PLOTS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 113 DESIGN OF CONTINUOUS CONTROLLERS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 121 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 121 FUZZY LOGIC 126 COMMERCIAL CONTROLLERS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 130 REFERENCES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 130 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 131 MECHATRONICS CIRCUITS 132 POWER SWITCHING - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 132 USER INPUT/OUTPUT - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 132 HARDWARE BASED CONTROLLERS 134 CIRCUITS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 134 FLUIDICS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 134 PNEUMATICS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 134 page 3 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 134 EMBEDDED CONTROLLERS 135 TYPES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 135 CONTROLLER DESIGN EXAMPLE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 135 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 135 DISCRETE SENSORS 136 INTRODUCTION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 136 SENSOR WIRING - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 136 CONTACT DETECTION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 143 PROXIMITY DETECTION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 143 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 156 CONTINUOUS SENSORS 159 INPUT ISSUES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 159 SENSOR TYPES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 163 ANGULAR POSITION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 166 LINEAR POSITION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 170 VELOCITY - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 173 ACCELERATION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 174 FORCE/MOMENT - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 176 FLOW RATE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 181 TEMPERATURE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 182 SOUND - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 185 LIGHT INTENSITY - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 186 PRESSURE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 187 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 187 REFERENCES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 188 ACTUATORS 189 ACTUATOR TYPES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 189 DISCRETE ACTUATORS 189 INTRODUCTION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 189 TYPES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 190 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 195 CONTINUOUS ACTUATORS 196 ACTUATOR CONTROL - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 196 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 202 PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLERS 203 BASIC PLCs - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 203 A SIMPLE EXAMPLE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 212 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 212 PLC CONNECTION 215 SWITCHED INPUTS AND OUTPUTS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 215 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 226 PLC OPERATION 232 PLC ORGANIZATION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 232 PLC STATUS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 233 MEMORY TYPES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 234 page 4 SOFTWARE BASED PLCS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 234 PROGRAMMING STANDARDS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 234 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 236 SWITCHING LOGIC 238 BOOLEAN ALGEBRA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 238 DISCRETE LOGIC - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 240 SIMPLIFYING BOOLEAN EQUATIONS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 247 ADDITIONAL TOPICS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 250 DESIGN CASES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 253 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 254 NUMBERING 271 INTRODUCTION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 271 DATA VALUES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 272 DATA CHARACTERIZATION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 281 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 283 EVENT BASED LOGIC 286 INTRODUCTION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 286 TIMERS, COUNTERS, FLIP-FLOPS, LATCHES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 286 PROGRAM DESIGN METHODS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 303 DESIGN CASES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 306 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 314 SEQUENTIAL LOGIC DESIGN 321 SCRIPTS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 321 FLOW CHARTS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 325 STATE BASED MODELLING - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 335 PARALLEL PROCESS FLOWCHARTS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 360 SEQUENTIAL LOGIC CIRCUITS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 370 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 372 ADVANCED LADDER LOGIC FUNCTIONS 406 ADDRESSING - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 406 INSTRUCTION TYPES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 412 DESIGN TECHNIQUES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 440 DESIGN CASES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 442 FUNCTION REFERENCE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 445 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 471 PLC PROGRAMMING 478 PROGRAMMING STANDARDS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 478 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 480 STRUCTURED TEXT PROGRAMMING 481 INTRODUCTION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 481 THE LANGUAGE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 481 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 494 INSTRUCTION LIST PROGRAMMING 495 INTRODUCTION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 495 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 498 FUNCTION BLOCK PROGRAMMING 500 page 5 INTRODUCTION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 500 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 501 ANALOG INPUTS AND OUTPUTS 503 ANALOG INPUTS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 503 ANALOG OUTPUTS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 511 DESIGN CASES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 514 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 515 CONTINUOUS CONTROL 521 CONTROLLING CONTINUOUS SYSTEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 522 CONTROLLING DISCRETE SYSTEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 523 CONTROL SYSTEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 523 DESIGN CASES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 527 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 527 PLC DATA COMMUNICATION 528 COMPUTER COMMUNICATIONS CATEGORIES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 528 THE HISTORY - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 529 WITH PLCs - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 529 SERIAL COMMUNICATIONS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 530 PARALLEL - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 541 NETWORKS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 541 BUS TYPES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 554 DESIGN CASES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 562 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 563 HUMAN MACHINE INTERFACES (HMI) 566 INTRODUCTION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 566 HMI/MMI DESIGN - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 567 DESIGN CASES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 567 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 568 DESIGNING LARGE SYSTEMS 569 PROGRAMMING - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 569 DOCUMENTATION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 570 PLC PROGRAM DESIGN FORMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 571 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 578 IMPLEMENTATION 579 ELECTRICAL - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 579 SAFETY - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 591 PROCESS MODELLING 594 REFERENCES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 597 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 597 SELECTING A PLC 599 SPECIAL I/O MODULES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 603 PLC PROGRAMMING LANGUAGES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 607 ISSUES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 607 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 607 PLC REFERENCES 609 SUPPLIERS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 609 page 6 PROFESSIONAL INTEREST GROUPS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 610 PLC/DISCRETE CONTROL REFERENCES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 610 USING THE OMRON DEMO PACKAGE 614 OVERVIEW - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 614 REFERENCE GUIDE FOR OMRON PLC DEMO SOFTWARE - - - - - - - - - - - 618 INDUSTRIAL ROBOTICS 619 INTRODUCTION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 619 ROBOT TYPES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 632 ROBOT APPLICATIONS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 663 END OF ARM TOOLING (EOAT) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 666 ADVANCED TOPICS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 675 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 676 ROBOTIC PATH PLANNING METHODS 690 INTRODUCTION: - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 690 GENERAL REQUIREMENTS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 696 SETUP EVALUATION CRITERIA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 704 METHOD EVALUATION CRITERIA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 709 IMPLEMENTATION EVALUATION CRITERIA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 716 OTHER AREAS OF INTEREST - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 719 COMPARISONS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 720 CONCLUSIONS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 722 APPENDIX A - OPTIMIZATION TECHNIQUES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 722 APPENDIX B - SPATIAL PLANNING - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 725 APPENDIX C - TRANSFORMED SPACE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 731 APPENDIX D - FIELD METHODS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 738 APPENDIX E - NEW AND ADVANCED TOPICS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 740 REFERENCES: - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 741 ROBOTIC MECHANISMS 746 KINEMATICS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 746 MECHANISMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 749 ACTUATORS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 750 PATH PLANNING - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 752 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 758 MOTION PLANNING AND TRAJECTORY CONTROL 763 TRAJECTORY CONTROL - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 763 PATH PLANNING - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 767 MOTION CONTROLLERS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 771 SPECIAL ISSUES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 774 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 776 MICROBOT OVERVIEW - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 778 CRS PLUS ROBOT OVERVIEW - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 778 BASIC DEMONSTRATION STEPS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 779 CNC MACHINES 781 MACHINE AXES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 781 NUMERICAL CONTROL (NC) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 781 EXAMPLES OF EQUIPMENT - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 785 page 7 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 788 CNC PROGRAMMING 789 G-CODES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 790 APT - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 798 PROPRIETARY NC CODES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 801 GRAPHICAL PART PROGRAMMING - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 802 NC CUTTER PATHS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 803 NC CONTROLLERS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 805 PRACTICE PROBLEMS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 805 page 8 2. OVERVIEW Mechatronics deals with the long ignored union of machanical and electrical systems. page 9 3. PROCESS CONTROL • To put it simply - we figure out how the process behaves naturally, we determine how we want it to behave, and we insert a controller to make it do what we want. 3.1 INTRODUCTION • CONTROL - Using artificial means to manipulate the world - with a particular goal. • Continuous - the values to be controlled change smoothly. e.g. the speed of a car • Discrete - The value to be controlled are easily described as on-off. e.g. the car motor is on-off (like basic pneumatics). NOTE: all systems are continuous (Except for Heisenberg’s electrons) but they can be treated as discrete for simplicity. • Linear - Can be described with a simple differential equation (not a very accurate explanation). e.g. a car can be driving around a track and can pass same the same spot at a constant velocity. But, the longer the car runs, the mass decreases, and it travels faster, but requires less gas, etc. Basically, the math gets tougher, and the problem becomes non-linear. - This is the preferred starting point for simplicity, and a common approximation for real world problems. • Non-Linear - Not Linear. This is how the world works, but is very complicated. Especially when trying to do mathematical approximations. (Note: if the coefficients in a differential equation change it is non-linear) CONTROL CONTINUOUS DISCRETE LINEAR NON_LINEAR CONDITIONAL SEQUENTIAL e.g. PID e.g. MRAC e.g. FUZZY LOGIC BOOLEAN TEMPORAL e.g. TIMERS e.g. COUNTERS EVENT BASED EXPERT SYSTEMS page 10 • Temporal/sequential - the controller must not just keep track of things that changes, but it must know the time, or how long since something happened. • e.g. non-linear - as rocket approaches sun, gravity increases, so control must change. linear - We are driving the perfect car with no friction, with no drag, and can predict how it will work perfectly. discrete - “When I do this, that always happens!” For example, when the power is turned on, the press closes! How to tell the difference? An elevator is the perfect example. Discrete 1. The elevator must move towards a floor when a button is pushed. 2. The elevator must open a door when it is at a floor. 3. It must have the door closed before it moves. etc. Linear (our approximation commonly used in industry) NOTE: each floor will have a cer- tain motor position, and we know what that position is. 1. If the desired position changes to a new value, accelerate quickly towards the new position. 2. As the elevator approaches the correct position, slow down. Non-linear (not yet common in industry) e.g. Fuzzy logic, Neural Networks, Adaptive Control 1 Accelerate slowly to start. 2. Decelerate as you approach the final position. 3. Allow faster motion while moving. 4. Compensate for cable stretch, and changing spring constant, etc. 3.2 CONTROL SYSTEM CHARACTERISTICS • Control systems are present in most systems we see. Example - elevator height. • Some systems are naturally unstable and tend to self destruct. Example - balanced broom. • Other systems are self regulating, and tend to some stable state - these are good candidates for open loop control. Example - city water tank • Other systems need some sort of regulation mechanisms added, these are called closed loop sys- tems. Example - car cruise control . - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 131 MECHATRONICS CIRCUITS 132 POWER SWITCHING - - - - - - - - - - - - - - - - -. - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 805 page 8 2. OVERVIEW Mechatronics deals with the long ignored union of machanical and electrical