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电梯控制系统设计基于西门子PLC的电梯控制系统

无线遥控开题报告

随着现代通信技术的飞速发展，近距离无线通信技术呈现出良好的发展势头。受到越来越多人的关注。

设计背景与目标

设计背景：

随着科技的进步和社会的发展，现代电子产品设计越来越注重产品的简易和实用，快节奏的现代生活使得许多电子产品也必须作到小巧、方便、简易。为满足这一需求。便产生了无线遥控系统。

它的产生使人们在工业、农业、航天以及家庭生活中都得到极大的便利，使人们在一定的距离内可以控制其他机器、系统等的正常运作。给工业的发展带来了方便。他是电子行业以后发展的必然趋势。在曾经的工业生产中,不管是机器的启动,还是系统的关闭。

都采用的是有线控制,需要人亲自到控制中心进行手动的操作。给工业生产的进步和生产效率的提高带来了限制。随着科技的不断进步,这样的控制必定会被先进的所取代。因此遥控控制系统的产生,给工业带来了新的革命。

它极大的方便了工业的控制生产。使人们能够在一定距离内甚至在遥远的宇宙中也去控制另外的机器,系统的运作大大的提高了生产效率,为经济的提高做出了很大的贡献,也决定了一个国家在国际中所站的地位。因此,作为国家未来建设者。我们学好遥控知识,是自身的必备,也是国家和时代的需求。 设计目标：

1.控制距离至少20米

2.通过不同的按键控制开关通断 3.可实现开关通、断、延时关等功能

设计思路、技术路线

本次设计采用的是315MHz稳频无线电遥控组件及其它的外围元件，组装的遥控开关。通过单片机可以对十路220V以上的各种电器进行控制。

发射电路扫描键盘的键位，由单片机发出相应的控制信号，送到PT2262的数据输入端。由PT2262编码并调制在315MHZ载波上，经过一级高频放大后由天线发射出去。

再由接收板接收信号，经过两级放高频放大后，由检波电路解调出调制信号，数字信号经过双运算集成放大块LM358两级高增益放大后送入PT2272进行解码，输出端送给单片机，单片机根据动作信号分别去控制相应用电器的控制继电器。完成对用电器的控制。

发射部分：315M

无线发射模块

接收模块：315M无线接收模块

设计进度计划

1、2014年12月—2015年1月 毕业论文选题，与导师见面。

2、2015年1月—2015年1月 收集相关资料，建立框架。

3、2015年1月 毕业论文开题答辩。

4、2015年2月—2015年3月 用Protel软件画出各部分电路,并编写单片机程序。

5、2015年3月—2015年4月 监测电路并进行调整。

6、2015年5月—2015年5月 优化程序，撰写论文。

7、2015年5月2日—2015年5月11日 完成论文，毕业论文答辩。

1.课题研究的目的和意义

遥控开关是智能化控制时代必不可少的发展，给我们的生活带来的很多的方便快捷。如在家庭中运用智能开关，能实现智能开关控制灯光、电器、窗帘、门锁，享受随时随地的智能家居遥控，使智能与时尚完美结合。

常用遥控器大致分为两类：红外线遥控器，无线电遥控器。

人们见到的红外遥控系统分为发射和接收两部分。发射部分的发射元件为红外发光二极管，它发出的是红外线而不是可见光。常用的红外发光二极管发出的红外线波长为 940nm 左右，外形与普通φ5mm 发光二极管相同，只是颜色不同。单只红外发光二极管的发射功率约 100mW。接收电路的红外接收管是一种光敏二极管，使用时要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作而获得高的灵敏度。红外接收二极管一般有圆形和方形两种。由于红外发光二极管的发射功率较小，红外接收二极管收到的信号较弱，所以接收端就要增加高增益放大电路。然而现在不论是业余制作或正式的产品，无线电遥控是利用无线电信号对远方的各种机构进行控制的遥控设备。

(1)发射器电路由3V电源提供，低频信号40KHZ的载波形成皆用与非门加外部元件实现，具有较高的稳定性，这部分电路用到了一个与非门集成电路。

(2)接收器电路又由几个部分组成，使用了LM567集成块实现了锁相环加密功能，用双稳态电路对继电器进行控制，利用继电器的开关对负载实现控制。

无线电遥控系统一般分为发射和接收两部分。发射机主要包括编码电路和发射电

路。编码电路由操作开关控制，通过操作开关使编码电路产生所需要的控制指令。编码电路产生的指令信号都是频率较低的电信号，无法直接传送到遥控目标上，还要将指令信号送到发射电路使它载在高频载波上，才能由发射天线发射出去。接收机有接收电路及译码电路组成。由接收天线送来的信号经由接收机高频部分的选择和放大后，送到解调器。解调器的作用是从载波上卸载指令信号，由于卸载的指令信号是混杂的，所以再送到译码电路译码，还原指令信号。

无线电遥控是利用无线电信号对远方的各种机构进行控制的遥控设备。无线电遥控系统一般分为发射和接收两部分。发射机主要包括编码电路和发射电路。编码电路由操作开关控制，通过操作开关使编码电路产生所需要的控制指令。编码电路产生的指令信号都是频率较低的电信号，无法直接传送到遥控目标上，还要将指令信号送到发射电路使它载在高频载波上，才能由发射天线发射出去。接收机有接收电路及译码电路组成。由接收天线送来的信号经由接收机高频部分的选择和放大后，送到解调器。解调器的作用是从载波上卸载指令信号，由于卸载的指令信号是混杂的，所以再送到译码电路译码，还原指令信号。

采用Silicon Laboratories 研制的无线发射芯片Si4010、无线接收芯片Si4313和C8051F920 单片机设计并制作的无线电遥控多路开关系统，结构简单，性能稳定，控制方便，适用于含有较多受控电器的场合，并可实现多路多功能控制。

无线电遥控多路开关系统由无线电发射电路和无线电接收控制电路两大部分组成。

红外遥控器由于受遥控距离、角度等影响，使用效果不是很好， 如采用调频或调幅发射接收编码，则可提高遥控距离，并且没有角度影响。红外遥 控发射和接收模块可以用在室内红外遥控中，它不影响周边环境、不干扰其它电器 设备。由于其无法穿透墙壁，所以不同房间的`家用电器可使用通用遥控器而不会产生相互干扰;电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入 工作;编解码容易，可进行多路遥控。相对于有线遥控，无线遥控不受距离的影响，完全消除了拖缆式遥控装置所带来的故障隐患，给人们的日常工作和生活带来了更多的便利。

随着数字处理技术的快速发展，无线数字通信技术日趋成熟，其抗干扰能力强和易于对数字信号进行各种处理等优点，使得无线遥控系统的抗干扰性能逐步提高，安全性能大大改善。

相对于超声波遥控和红外线遥控，无线电遥控是利用无线电信号在空气中传播，根据无线电波的频率来遥控，可穿透一定的障碍物，传播距离较远，因此成为无线遥控领域的首选，在国防、军事、科研和日常工作生活领域应用越来越广。

2.课题研究的主要内容

设计一种无线电遥控开关，要求

(1)遥控开关的发射频率为。

(2)遥控距离为10m左右，主要用于家庭内遥控家庭电器开关。

(3)发射器电源电压要求在10V以下。

(4)遥控接收器要求能够较准确的接收的载频信号，并解调出控制家用电器开关的信号的控制开关动作。

(5)整个遥控电路尽可能简单可行。

3、研究方法

无线遥控器：

无线遥控就是利用高频无线电波实现对模型的控制。目前，传统无线遥控系统普遍存在同频干扰和遥控距离小两大问题。主要原因是载频较低导致带宽较窄和控制信息以模拟方式传输使得同频干扰可能性的增大。而采用先进的 GHz扩频技术，从理论上讲可以让上百人在同一场地同时遥控自己的模型而不会相互干扰.而且在遥控距离方面也颇具优势， GHz遥控系统的功率仅仅在100 mW以下，而它的遥控距离可以达到1以上，而且由于频率高，天线长度只有3 cm;另外，可借鉴的商用技术较多。因此，很有必要将 GHz扩频通信技术应用于无线遥控领域。

无线模块：

nRF24LE1无线芯片模组

挪威Nordic公司nRF24LE1用作遥控器的主控芯片，其内部有两个部分：增强型的8051MCU和内嵌低功耗无线收发内核nRF24L01P，空中速率有三个选择:250 kbps, 1 Mbps，2 Mbps，保证数据的空中快速传输。两者之间通过SPI接口进行通信。还拥有丰富的外设资源，尤其是内置128 bit AES硬件加密器，可对任何无线传输的数据进行高强度的加密，确保无线数据的安全，特别满足RFID对高安全性的要求。CPU的工作模式可以通过开关状态寄存器的控制位来控制，当工作在发射模式下发射功率为-6dBm，电流消耗为9mA，接收模式时为，该特性为设计低功耗系统提供了先天性条件。

nRF24LU1+芯片内部结构和nRF24LE1基本一致，考虑到成本的计算，采用nRF24LU1+符合全速USB 标准的器件控制器。

JTT-24L01+ 嵌入式微功率无线数传模块

JTT-24L01+是一款工作在 的通用ISM 频段的单芯片微功率无线收发模块，是成都江腾科技有限公司采用高性能的无线射频芯片nRF24L01+以及高精度外围元件开发的一款无线通信模块。

特点：

(1) 内置 天线,体积小巧 15mm X 24mm

(2) 传输距离远,开阔地无干扰视距100米,具体距离视环境而定

(3) 采用真正的GFSK 单收发芯片

(4) 全球开放 ISM 频段免许可证使用

(5) 自动应答及自动重发功能

(6) 地址及CRC 检验功能及点对多点通信地址控制

(7) 最高工作速率2Mbps,高效 GFSK 调制,抗干扰能力强,特别适合工业控制场 合,可以传输音频、视频

(8) 标准 DIP 间距接口,便于嵌入式应用

(9) SPI 接口数据速率0~10Mbps

(10) 125 个可选工作频道,满足多点通信和跳频通信需要

(11) 支持无线唤醒,很短的频道切换时间可用于跳频

(12) 采用10PPM的高精度晶振

(13) 采用高Q值0402封装的电感和电容

(14) 工作电压,推荐,但是不能超过.可以把电压尽可能靠近 但是不超过

JF24D无线收发模块

JF24D整合了高频键控(GFSK)收发电路的功能，以特小体积实现高速数据传输的功能。JF24D的传输速率可达到1Mbps,并具有快速跳频校验等功能，可在拥挤的ISM 频段中达到稳定可靠的短距离数据传输。工作在全球开放的ISM频段面许可证适用。

特点：

(1) 低电压，高效率

(2) 低成本，双向高速数据传输

(3) 特小体积(不需要外接天线)

(4) 具有快速跳频，前向纠错，校验等功能

本课题拟采用JF24D无线收发模块。

多路遥控的实现

(1)采用51系列单片机(AT89S51)进行软件编程完成信号的编码译码工作以实现多路遥控。

(2)采用无线遥控器编码/译码芯片完成信号的编码译码工作以实现多路遥控。如：EV1527,PT2262,PT2294-M4,PT2264等。

虽然实现该设计的方法很多，但我觉得使用JF24C无线收发模块和单片机来完成较好，以下是我决定的研究方法：

JF24D采用SPI数字接口与单片机连接。它支持SPI标准格式(CKPHA=0)。

说明：JF24C可以和各种单片机配套，对于硬件上没有SPI的单片机可以用IO口或者串口模拟SPI。与51系列单片机配套时在P0口加一个10K的上拉电阻，其余IO口可以和JF24C直接相连。单片机可以用5V供电，JF24C用供电。JF24C工作电压不得超过，否则会损坏器件。

4.实施计划

第七学期：

第 8 周: 选择毕业设计课题。完成指导教师和毕业设计课题确定。

第 9-12 周：完成开题报告和外文翻译。

第 12 周: 完成毕业设计的开题答辩。

第13-20周：根据拟定的课题实施方案，进行深入研究，基本完成毕业设计相关的硬件或软件设计工作。

第 21 周：在教师的指导下，完成系统总体方案设计、系统软、硬件设计、实验测试等相关方面进行深入研究。

第八学期：

第 1-5 周：继续完成论文设计。

第 6- 9周：向指导教师提交毕业设计/论文初稿，根据指导意见对初稿进行修改。

第10-14周：完成毕业论文定稿和毕业论文格式审查。

第 15 周：毕业答辩。

5、参考文献：

[1] 陈永甫.实用无线电遥控电路.北京：人民邮电出版社，2007.

[2] 朱卫华,陈和.高频电子线路.北京：电子工业出版社，2003.

[3] 黄智伟，王彦.全国大学生电子竞赛训练教程.北京：电子工业出版社，2005.

[4] 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计.北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[5] Tavares, Board for of Minho, Portugal.

指导教师意见

指导教师签字：

年 月 日

摘要：通过对红外遥控器各按键发送冲波形的分析可以识别码型，从而为软件解码提供依据。本文以实例介绍红外遥控器与单片机的硬件接口，并从原理出发给出软件解码的方法。这是一个可以直接引用的成功例子，同时也为各类红外遥控器在单片机控制产品中的开发应用提供了一个非常实用的参考。 关键词：遥控器 软件解码 单片机在单片机控制产品的开发应用中，为了向控制系统软件控制命令，键盘往往是不可缺少的。传统方法是利用并行输入/输出接口芯片扩展一个键盘接口，或者直接利用单片机的并行端口进行扩展。在某些应用环境下，这种方式2个弊端：①键盘和控制系统连在一起，不灵活，环境适应性差；②浪费单片机的端口，且硬件成本较高。使用红外遥控器作为控制系统的输入设备，具有成本低、灵活方便的特点。本文目的就在于介绍软件解码研究的一般方法和红外遥控器进行二次开发的应用技术。该方法已在多个应用系统设计中成功地实现，效果良好。红外遥控器是一种非常容易买到，且价格便宜的产品，种类很多，但它们都是配合某种特定电子产品的（如各种电视机、VCD、空调器等），由专用CPU解码，作为一般的单片机控制系统能直接使用。使用现成遥控器作为控制系统的输入，需要解决如下几个问题：如何接收红外遥控信号；如何识别红外遥控信号；解码软件的设计。其它的问题都是非本质的，例如遥控器面板功能键标注的问题，可自行设计、重印即可。1 红外遥控信号的接收接收电路可以使用集成红外接收器成品。接收器包括红外接收管和信号处理IC。接收器对外只有3个引脚：Vcc、GND和1个脉冲信号输出PO。与单片机接口非常方便，如图1所示。①Vcc接系统的电源正极（+5V）；②GND接系统的地线（0V）；③脉冲信号输出接CPU的中断输入引脚（例如8031的13脚INT1）。采取这种连接方法，软件解既可工作于查询方式，也可工作于中断方式。2 脉冲流分析要了解一个未知的遥控器，首先要分析其脉冲流，从而了解其脉冲波形特征（以何种方式携带“0”、“1”信息），进而了解其编码规律。脉冲流的分析应从分析脉冲的高、低电平宽度入手。笔者用软件的方法实现了对脉冲流的分析。以图1所示的接口为例，如果没有红外遥控信号到来，接收器的输出端口PO保持高电平；当接收到红外遥控信号时，接收器件信号转换成脉冲序列加到CPU的中断输入引脚。用软件测试引脚的逻辑电平，同时启动TC计时器，测量该引脚分别为逻辑“0”和逻辑“1”情况下的时间值，存储起来，然后打印、分析。下面用8051汇编语言给出对脉冲流进行采集、存储的程序段：MOV R0，#00HMOV R1，#28HMOV TMOD，#01HTK：JB ，TK ；等待低电平到来；测低电平宽度TK1：MOV TH0，#00HMOV TL0，#00HSETB TR0TK0：JB TF0，TKE ；超时无效返回JNB ，TK2CLR TR0MOV A，TH0MOVX @R0，AINC R0MOV A，TL0MOVX @R0，AINC R0；测高电平宽度MOV TH0，#00HMOV TL0，#00HSETB TR0TK3：JB TF0，TKE ；超时无效返回JB ，TK3CLR TR0MOV A，TH0MOVX @R0，AINC R0MOV A，TL0MOVX @R0，AINC R0DJNZ R1，TK1 ；循环TKE：RET这段程序首先将TC0设置成16位定时器方式，初始化RAM地址指针R0和循环计数指针R1，每当引脚的逻辑电平发生跳变时，停止计时，将计时值保存到连续的RAM中。这段程序可以连续测量40个脉冲的时间值（包括40个低电平脉宽）。笔者以TC9012芯片的遥控器为对象，采集了所有按键的编程脉冲波形，并且对同一按键进行了重复实验。限于篇幅，采样数据不能给出，仅给出脉冲流的规律（仿真机CPU晶振为6MHz）：①引导脉冲是一个时间值为0937H～0957H的低电平和时间值为084FH～086FH的高电平；②数据脉冲的低电平时间值约为～0177H；③高电平时间值有2种情况：00BBH～00FFH（窄）、02EFH～0333H（宽）。由大量数据总结分析，按键编码有如下规律：①除引导脉冲外的脉冲是数据编码脉冲，数据“位”信息由高电平脉宽决定：窄脉宽表示“0”、宽脉宽表示“1”；②每个按键的脉冲流译码后，包含4个字节的信息：*所有按键的前2个字节编码都一样，都是2个字节的“0EH”；*第3字节是键码；*第4字节是键码的反码。经过对相同按键脉冲进行多次采样发现，相同按键脉冲序列的对应位置脉宽时间值是在一个小范围内波动的（不是一个确定值），因此，对模式的识别不能采取精确比较法。对此，本人采取模糊的办法进行了抽象处理。根据上述实验规律，将软件译码时对脉冲的分析判断依据及算法设计思想总结如下：①引导脉冲的低电平和高电平宽度的判断依据是时间值的“高字节大于08H”，低字节忽略；②数据脉冲流的低电平脉宽相同，忽略不判断；③高电平脉宽是判断数据流每位是“0”还是“1”的依据。本人抽取的判断是脉宽的高字节若小于2表示“0”，否则表示“1”，脉宽的低字节忽略。实践证明，上述判据是有效可行的。这样处理不仅使解码软件的设计简单化，而且大大提高了解码的速度。使用上述判据编写软件解码程序时，要注意脉冲流采样数据存储地址与脉冲的对应关系。软件主要有如下几部分：①判断遥控信号的到来（在解码前调用1个独立的子程序）；②采样并存储脉冲流；③判断引导脉冲是否有效；④解码前2个字节并判断是否为“0EH”；⑤解码第3个字节，该字节即为有效键码；⑥键码的查表映射（如果使用原键码，可省略这一步）。3 解码软件的设计基于上述思路设计的软件解码系统成功地应用于多个控制系统。下面给出一个实例（用MCS-51系列MC交通规则TC9012红外遥控器进行软件解码）的汇编语言程序。程序中使用的参数是针对MCU使用6MHz晶振的情况，使用其它频率的晶振，只需修改脉宽判据即可。为便于理解，尽量保持与原理叙述中的致性，程序中给出了较详细的注翻译，详见网络补充版（ ）。本文虽然是用MCS-51系列MCU对TC9012红外遥控器软件解码的研究，但其方法具有一般性。具体的应用，可自行变通

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。