智能抢答器毕业论文设计

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液压伺服系统设计 液压伺服系统设计 在液压伺服系统中采用液压伺服阀作为输入信号的转换与放大元件。液压伺服系统能以小功率的电信号输入，控制大功率的液压能（流量与压力）输出，并能获得很高的控制精度和很快的响应速度。位置控制、速度控制、力控制三类液压伺服系统一般的设计步骤如下： 1）明确设计要求：充分了解设计任务提出的工艺、结构及时系统各项性能的要求，并应详细分析负载条件。 2）拟定控制方案，画出系统原理图。 3）静态计算：确定动力元件参数，选择反馈元件及其它电气元件。 4）动态计算：确定系统的传递函数，绘制开环波德图，分析稳定性，计算动态性能指标。 5）校核精度和性能指标，选择校正方式和设计校正元件。 6）选择液压能源及相应的附属元件。 7）完成执行元件及液压能源施工设计。 本章的内容主要是依照上述设计步骤，进一步说明液压伺服系统的设计原则和介绍具体设计计算方法。由于位置控制系统是最基本和应用最广的系统，所以介绍将以阀控液压缸位置系统为主。 全面理解设计要求 全面了解被控对象 液压伺服控制系统是被控对象—主机的一个组成部分，它必须满足主机在工艺上和结构上对其提出的要求。例如轧钢机液压压下位置控制系统，除了应能够承受最大轧制负载，满足轧钢机轧辊辊缝调节最大行程，调节速度和控制精度等要求外，执行机构—压下液压缸在外形尺寸上还受轧钢机牌坊窗口尺寸的约束，结构上还必须保证满足更换轧辊方便等要求。要设计一个好的控制系统，必须充分重视这些问题的解决。所以设计师应全面了解被控对象的工况，并综合运用电气、机械、液压、工艺等方面的理论知识，使设计的控制系统满足被控对象的各项要求。 明角设计系统的性能要求 1）被控对象的物理量：位置、速度或是力。 2）静态极限：最大行程、最大速度、最大力或力矩、最大功率。 3）要求的控制精度：由给定信号、负载力、干扰信号、伺服阀及电控系统零飘、非线性环节（如摩擦力、死区等）以及传感器引起的系统误差，定位精度，分辨率以及允许的飘移量等。 4）动态特性：相对稳定性可用相位裕量和增益裕量、谐振峰值和超调量等来规定，响应的快速性可用载止频率或阶跃响应的上升时间和调整时间来规定； 5）工作环境：主机的工作温度、工作介质的冷却、振动与冲击、电气的噪声干扰以及相应的耐高温、防水防腐蚀、防振等要求； 6）特殊要求；设备重量、安全保护、工作的可靠性以及其它工艺要求。 负载特性分析 正确确定系统的外负载是设计控制系统的一个基本问题。它直接影响系统的组成和动力元件参数的选择，所以分析负载特性应尽量反映客观实际。液压伺服系统的负载类型有惯性负载、弹性负载、粘性负载、各种摩擦负载（如静摩擦、动摩擦等）以及重力和其它不随时间、位置等参数变化的恒值负载等。 拟定控制方案、绘制系统原理图 在全面了解设计要求之后，可根据不同的控制对象，按表6所列的基本类型选定控制方案并拟定控制系统的方块图。如对直线位置控制系统一般采用阀控液压缸的方案，方块图如图36所示。图36 阀控液压缸位置控制系统方块图表6 液压伺服系统控制方式的基本类型伺服系统 控制信号 控制参数 运动类型 元件组成机液电液气液电气液 模拟量数字量位移量 位置、速度、加速度、力、力矩、压力 直线运动摆动运动旋转运动 1.阀控制：阀-液压缸，阀-液压马达2.容积控制：变量泵-液压缸；变量泵-液压马达；阀-液压缸-变量泵-液压马达3.其它：步近式力矩马达 动力元件参数选择 动力元件是伺服系统的关键元件。它的一个主要作用是在整个工作循环中使负载按要求的速度运动。其次，它的主要性能参数能满足整个系统所要求的动态特性。此外，动力元件参数的选择还必须考虑与负载参数的最佳匹配，以保证系统的功耗最小，效率高。 动力元件的主要参数包括系统的供油压力、液压缸的有效面积（或液压马达排量）、伺服阀的流量。当选定液压马达作执行元件时，还应包括齿轮的传动比。 供油压力的选择 选用较高的供油压力，在相同输出功率条件下，可减小执行元件——液压缸的活塞面积（或液压马达的排量），因而泵和动力元件尺寸小重量轻，设备结构紧凑，同时油腔的容积减小，容积弹性模数增大，有利于提高系统的响应速度。但是随供油压力增加，由于受材料强度的限制，液压元件的尺寸和重量也有增加的趋势，元件的加工精度也要求提高，系统的造价也随之提高。同时，高压时，泄漏大，发热高，系统功率损失增加，噪声加大，元件寿命降低，维护也较困难。所以条件允许时，通常还是选用较低的供油压力。 常用的供油压力等级为7MPa到28MPa，可根据系统的要求和结构限制条件选择适当的供油压力。 伺服阀流量与执行元件尺寸的确定 如上所述，动力元件参数选择除应满足拖动负载和系统性能两方面的要求外，还应考虑与负载的最佳匹配。下面着重介绍与负载最佳匹配问题。 （1）动力元件的输出特性 将伺服阀的流量——压力曲线经坐标变换绘于υ－FL平面上，所得的抛物线即为动力元件稳态时的输出特性，见图37。 图37 参数变化对动力机构输出特性的影响a）供油压力变化；b）伺服阀容量变化；c）液压缸面积变化 图中 FL——负载力，FL=pLA； pL——伺服阀工作压力； A——液压缸有效面积； υ——液压缸活塞速度， ； qL——伺服阀的流量； q0——伺服阀的空载流量； ps——供油压力。 由图37可见，当伺服阀规格和液压缸面积不变，提高供油压力，曲线向外扩展，最大功率提高，最大功率点右移，如图37a。 当供油压力和液压缸面积不变，加大伺服阀规格，曲线变高，曲线的顶点A ps不变，最大功率提高，最大功率点不变，如图37b。 当供油压力和伺服阀规格不变，加大液压缸面积A，曲线变低，顶点右移，最大功率不变，最大功率点右移，如图37c。 （2）负载最佳匹配图解法 在负载轨迹曲线υ－FL平面上，画出动力元件输出特性曲线，调整参数，使动力元件输出特性曲线从外侧完全包围负载轨迹曲线，即可保证动力元件能够拖动负载。在图38中，曲线1、2、3代表三条动力元件的输出特性曲线。曲线2与负载轨迹最大功率点c相切，符合负载最佳匹配条件，而曲线1、3上的工作点α和b，虽能拖动负载，但效率都较低。 （3）负载最佳匹配的解析法 参见液压动力元件的负载匹配。 （4）近似计算法在工程设计中，设计动力元件时常采用近似计算法，即按最大负载力FLmax选择动力元件。在动力元件输出特性曲线上，限定 FLmax≤pLA= ，并认为负载力、最大速度和最大加速度是同时出现的，这样液压缸的有效面积可按下式计算： （37） 图38 动力元件与负载匹配图形 按式37求得A值后，可计算负载流量qL，即可根据阀的压降从伺服阀样本上选择合适的伺服阀。近似计算法应用简便，然而是偏于保守的计算方法。采用这种方法可以保证系统的性能，但传递效率稍低。 （5）按液压固有频率选择动力元件 对功率和负载很小的液压伺服系统来说，功率损耗不是主要问题，可以根据系统要求的液压固有频率来确定动力元件。 四边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为 （38） 二边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为 （39） 液压固有频率ωh可以按系统要求频宽的（5～10）倍来确定。对一些干扰力大，负载轨迹形状比较复杂的系统，不能按上述的几种方法计算动力元件，只能通过作图法来确定动力元件。 计算阀控液压马达组合的动力元件时，只要将上述计算方法中液压缸的有效面积A换成液压马达的排量D，负载力FL换成负载力矩TL，负载速度换成液压马达的角速度 ，就可以得到相应的计算公式。当系统采用了减速机构时，应注意把负载惯量、负载力、负载的位移、速度、加速度等参数都转换到液压马达的轴上才能作为计算的参数。减速机构传动比选择的原则是：在满足液压固有频率的要求下，传动比最小，这就是最佳传动比。 伺服阀的选择 根据所确定的供油压力ps和由负载流量qL（即要求伺服阀输出的流量）计算得到的伺服阀空载流量q0，即可由伺服阀样本确定伺服阀的规格。因为伺服阀输出流量是限制系统频宽的一个重要因素，所以伺服阀流量应留有余量。通常可取15%左右的负载流量作为伺服阀的流量储备。 除了流量参数外，在选择伺服阀时，还应考虑以下因素： 1）伺服阀的流量增益线性好。在位置控制系统中，一般选用零开口的流量阀，因为这类阀具有较高的压力增益，可使动力元件有较大的刚度，并可提高系统的快速性与控制精度。 2）伺服阀的频宽应满足系统频宽的要求。一般伺服阀的频宽应大于系统频宽的5倍，以减小伺服阀对系统响应特性的影响。 3）伺服阀的零点漂移、温度漂移和不灵敏区应尽量小，保证由此引起的系统误差不超出设计要求。 4）其它要求，如对零位泄漏、抗污染能力、电功率、寿命和价格等，都有一定要求。 执行元件的选择 液压伺服系统的执行元件是整个控制系统的关键部件，直接影响系统性能的好坏。执行元件的选择与设计，除了按本节所述的方法确定液压缸有效面积A（或液压马达排量D）的最佳值外，还涉及密封、强度、摩擦阻力、安装结构等问题。 反馈传感器的选择 根据所检测的物理量，反馈传感器可分为位移传感器、速度传感器、加速度传感器和力（或压力）传感器。它们分别用于不同类型的液压伺服系统，作为系统的反馈元件。闭环控制系统的控制精度主要决定于系统的给定元件和反馈元件的精度，因此合理选择反馈传感器十分重要。 传感器的频宽一般应选择为控制系统频宽的5～10倍，这是为了给系统提供被测量的瞬时真值，减少相位滞后。传感器的频宽对一般系统都能满足要求，因此传感器的传递函数可近似按比例环节来考虑。 确定系统方块图 根据系统原理图及系统各环节的传递函数，即可构成系统的方块图。根据系统的方块图可直接写出系统开环传递函数。阀控液压缸和阀控液压马达控制系统二者的传递函数具有相同的结构形式，只要把相应的符号变换一下即可。 绘制系统开环波德图并确定开环增益 系统的动态计算与分析在这里是采用频率法。首先根据系统的传递函数，求出波德图。在绘制波德图时，需要确定系统的开环增益K。 改变系统的开环增益K时，开环波德图上幅频曲线只升高或降低一个常数，曲线的形状不变，其相频曲线也不变。波德图上幅频曲线的低频段、穿越频率以及幅值增益裕量分别反映了闭环系统的稳态精度、截止频率及系统的稳定性。所以可根据闭环系统所要求的稳态精度、频宽以及相对稳定性，在开环波德图上调整幅频曲线位置的高低，来获得与闭环系统要求相适应的K值。 由系统的稳态精度要求确定K 由控制原理可知，不同类型控制系统的稳态精度决定于系统的开环增益。因此，可以由系统对稳态精度的要求和系统的类型计算得到系统应具有的开环增益K。 由系统的频宽要求确定K 分析二阶或三阶系统特性与波德图的关系知道，当ζh和K/ωh都很小时，可近似认为系统的频宽等于开环对数幅值曲线的穿越频率，即ω-3dB≈ωc，所以可绘制对数幅频曲线，使ωc在数值上等于系统要求的ω-3dB值，如图39所示。由此图可得K值。 图39 由ω-3dB绘制开环对数幅频特性a）0型系统；b）I型系统 由系统相对稳定性确定K 系统相对稳定性可用幅值裕量和相位裕量来表示。根据系统要求的幅值裕量和相位裕量来绘制开环波德图，同样也可以得到K。见图40。 实际上通过作图来确定系统的开环增益K，往往要综合考虑，尽可能同时满足系统的几项主要性能指标。 系统静动态品质分析及确定校正特性 在确定了系统传递函数的各项参数后，可通过闭环波德图或时域响应过渡过程曲线或参数计算对系统的各项静动态指标和误差进行校核。如设计的系统性能不满足要求，则应调整参数，重复上述计算或采用校正环节对系统进行补偿，改变系统的开环频率特性，直到满足系统的要求。 仿真分析 在系统的传递函数初步确定后，可以通过计算机对该系统进行数字仿真，以求得最佳设计。目前有关于数字仿真的商用软件，如Matlab软件，很适合仿真分析。

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原文在自己下载.抢答器的设计一,设计要求1,画出电路原理图;2,元件及参数选择;3,SCH文件生成与打印输出;二, 技术指标1,设计6组参赛的抢答器,每组设置一个抢答按钮.2,电路具有第一抢答信号鉴别与锁存功能,抢答成功后,显示组别,发出声音. 3,设置记分电路,每组开始预置100分,抢答后由主持人记分,答对一次加10分,答错一次减10分.4,设置犯规电路,对提前抢答或超时抢答的组别发出声音.抢答器的设计摘要:传统的抢答器都是导线布线,受现场环境影响很大.本文介绍的六路无线抢答器,是以8051单片机为核心制成的,其功能为连续可调的0到9秒的 ,抢答有效有高频铃声并显示组别,抢答无效有低频铃声也是显示组别,并且有计分功能,预置100分,答对为加10分,答错为减10分,由主持人手动复位,加减分,所以此抢答操作方便,在很多的场所都可以使用,并且给人的视觉效果非常好.关键字:抢答器,智能抢答器,无线编解码,单片机.一,引言抢答器广泛用于电视台,商业机构及学校,为竞赛增添了刺激性,娱乐性,在一定程度上丰富了人们的业余生活.二,总体设计方案1.设计思路本课题我主要采用单片机电路来实现的.主要设计思路是:在主持人下达命令后,能够准确判断出第一抢答信号并将其锁存,同时将输入信号封锁,使其它抢答无效.主持人没有下达命令时抢答视为犯规.并显示犯规组别,发出低频铃声,抢答成功后对第一信号译码,显示组别并发出高频铃声.定时电路由设置的时间为9秒.计分电路有三个数码管显示.下次抢答时必须由主持人再次操作清除和开始状态开关.2.总体设计框图图1总体框图3.设计原理分析整个流程过程主要四大块:显示部分,计时部分,预置部分,控制部分.电源用正5伏,8051主控制器,当主持人按下复位键后,定时器开始计时,在0~9秒的时间内如果没有人抢答则为弃权,如果有人按键定时器停止计时间,自动显示组别并发出高频铃声,如果答对主持人按键加10分,答错则减10分,然后按复位键开始下一轮抢答.三,主要元件介绍分析芯片:8051芯片含有40个管脚,其中32个管脚是P0,P1,P2,P3,四个I/O接口,两个时钟电路引脚XTAL1,XTAL2,四个控制引脚RST, ALE,PSEN和EA,一个电源引脚和一个接地引脚.其中XTAL1,XTAL2引脚用来控制时钟电路,RST是复位信号输入端,当此输入端保持两个机器周期的高电平时,就可以完成复位操作,ALE端是地址锁存允许信号端,PSEN程序存储允许输出信号端,EA外部程序存储器地址允许输入端.含有20个接口,8个输入端,8个输出端,一个电源接口和一个接地口,LE和OE接口. 3.数码管:数码管有8个输入接口和一个共阴极端,8个输入端分别接A,B,C,D,E,F,G七个显示管和一个小数点端DP.图2数码管4.扬声电路:该电路由一个作为驱动作用的三极管,一个电阻和一个喇叭组成.5.计分电路:该集成电路具有"清零",预置数,加计数和减计数四个功能.进行预置时,在P0口输入100,当抢答成功的时候手动加10分,不成功时候减10分.当需要加分时,按键使P0口输入高电平,在程序寄存器中送入10,则显示器个位进1,显示加10分.当需要减分的时,按键使P0口输入低电平在程序寄存器中送入10,则显示器十位减10分,则显示少10分.四,程序介绍1.定时整定:复位键复位以后,处理器收到整定时间的信号,这样给片内用于定时设置的单元连续的加1操作,其过程的状态显1位显示器显示,当断开整定开关程序转入下一步的访问.2.组别显示:当有人抢答时,则停止定时显示组别,抢答有效发出高频铃声(输出2KHZ脉冲),无效为低频铃声(输出为1KHZ脉冲),此处用了一个键操作程序,还有一个脉冲信号输出程序.3.加减分程序:先预置100分,若抢答成功,主持人按键加10分,若回答错误则减10分,若犯规则执行显示组别,发出低频铃声.4.消噪子程序:以防止误动作,查询得到组别号码,暂存于单片机内指定单元,同时完成下述操作:关闭定时钟,封闭抢答查询,以保证以后 抢答无效.YNYNYNYN图3程序流程图五,源程序清单:ORG 0000HAJMP MAINORG 000BHAJMP MAINORG 3000HMAIN:MOV SP,#2FHMOV B,#5AH ;中断90次MOV TOMD,#01HMOV TL0,#0B0HMOV TH0,#3CHSETB TR0SETB ET0SETB EASJMP $RE: MOV TL0,#0B0HMOV TH0 #3CHDJNA B,LOOPCLR TR0LOOP: SETB RESETLJMP MAINORG 2000HSETB TOMDMOV TMOD #01HCPL P0MOV DPTR,#7F04H ;把地址送到DPTRMOV A,#0BH ;送10次循环MOV @DPTR,AINC DPTRMOV A,#40HMOV @DPTR,AMOVX DPTR,#7F00HRESETORG4000HMOV A,#00H ;向数据输出输入口送0MOV SUBF,AKL0: JNB TI,KL0 CLR TIKL1: JNB ;键是否按下JB : ACALL D10MS ;延时10秒JNB : ACALL D10MSJNB : ACALL D10MSKL4: JNB A,R4 ;取键号ADD A,R3SUBB A,#0AH ;是命令键吗JNC KL6 ;转向命令键处理MOV DPTR,#TABL #TABL ;字型码表初值送DPTRADD A,#0AH ;恢复键号MOVC A,@A+DPTR ;取字型数据MOV R0,60H ;取显示缓冲区指针MOV @R0,A ;将字型码入显示缓冲区INC R0 ;显示缓冲区地址加1CJNE R0,#60H,KD ;判断是否到最高位MOV 60H,#58H ;保存显示缓冲区地址KD : MOV 60H,R0KD1: ACALL LED ;调用显示子程序RETKL6: MOV B,#03 ;修正命令键地址转移表指针MUL ABMOV DPTR,LTB ;地址表转移指令送DPTRLJMP @A+DPTRTABL: DB CCH,86H,92H,CFHDB 80H,8FH,E0H,A4HLED: SETB P0 ;开放显示器MOV R7,#03 ;显示位数送R7LED1: MOV A,@R0 ;送显示数据MOV SUBF,ALED2: JNB TI,LED2CLR TIINC R0DJNZ R7,LED1CLR P0RETORG 5000HMOVX @DPTR,#100HMOV A,@DPTRMOV P0,DPTRLED: SUBB P0,#10HAJMP KF0RG 6000HKE: MOV A,#0B6H ;输入控制字MOVX @DPTR,A ;方式控制字输入MOV DPTR,#7FFEH ;指向计数器MOV A,#0D0H ;1MS周期计数值MOV @DPTR,AMOV A,#02H MOV @DPTR,A ;1KHZ方波输出KF: MOV A,#0B6H MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#7FFFHMOV A,#0E0HMOV @DPTR,AMOV A,#02HMOV @DPTR,A ;2KHZ方波输出ORG 7000HSETB R7,#1EHDL: MOV R6,DL1DJNZ R7,DLCLR 8000HSTART: LJMP MAINLJMP PG INT0NOPNOPLJMP ERRLJMP PGT0NOPNOPLJMP ERRRESETEND总结与体会经过近两周的努力,在老师和同学的帮助下,我基本上完成了设计任务.通过这次课程设计,我充认识到了自学的重要性,以及学以致用的道理.我在图书馆查阅了大量的资料,同时也认识到了图书馆的重要作用.在今后的学习过程中,应该多到图书馆看一些专业方面的书籍,以丰富自己的知识.也使我加深了对单片机及接口技术的理解和应用.由于知识水平的局限,设计中可能会存在着一些不足,我真诚的接受老师和同学的批评和指正.最后衷心感谢老师的悉心指导和同学门的热心帮助!参考文献:[1]李朝青主编,《单片机原理与接口技术》,北京航天航空大学出版社,1994[2]何立民主编,《单片机应用与设计》,北京航天航空大学出版社,1990[3]邹逢兴编著,《计算机硬件技术基础实验教程》,高等教育出版社,1994

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