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随着人们生活水平和装修品味的提高,以及对自身健康的关注,越来越多的人开始提出“重装饰、轻装修”的口号。在空间的营造过程中人们往往更注重空间的艺术性、可变性、参与性与互动性,注重家居氛围的营造、紧跟时尚潮流的设计等方面。“软装饰环境”设计越来越受到人们的青睐,在室内设计中发挥了重要的作用。
1、何谓“软装饰”
软装饰是相对于建筑本身的硬结构空间提出来的概念,是建筑视觉空间的延伸和发展。软装饰一般是指室内装潢中可以移动的、易于更换的饰物如窗帘、沙发、书画、工艺品、床上用品、家具等,对居室进行二度陈设和布置。软装饰作为可移动的装修,打破了传统装修行业的界定。
2、软装饰在室内设计中的作用
2.1 软装饰在居室的衬托作用
无论是作为室内家具的摆放、工艺陈设,还是在室内活动的人,都需要有相应的背景作为衬托。比如说在客厅里用羊毛毯、化纤毯等,都可以烘托家具。在小的空间,可适当在茶几下局部铺设,更能体现出客厅的主题,利用沙发的靠垫或装饰布来增加温馨的气氛,也是改变家具颜色的最方便的方法。
2.2 软装饰在居室的装饰作用
现代室内设计是包括软装饰在内的综合室内环境设计,它包括视觉环境和工程技术方面的问题,也包括声、光、热等物理环境以及氛围、意境等心理环境和文化内涵等内容。因此设计要遵循艺术规律,才能达到装饰美的目的。在发挥各种不同软装饰的作用而形成美感的同时,也要注意色泽、机理、图案等给人以视觉和触觉的对比和协调。如窗帘在室内的装饰作用更是值得称道的。随着人们对时尚生活的追求,窗帘已不再是单纯的调节温度、光线,遮光、防尘的功能,它在现代家居环境的美化及环境营造中它正发挥着越来越大的作用。优质纱帘薄如蝉翼,可增加室内的轻柔、飘逸气氛。
2.3 软装饰在居室的调整作用
由于软装饰的随意性大,便于更换,且能体现不同的装饰风格和品味,因此可以利用这一优势对室内许多不理想的方面进行调整。
如果房间不够明亮,可以用布质组织较为稀松、布纹具有几何图形的印花布做窗帘,同时,窗帘上的图案尽量和墙饰统一,这样能够让人的视野更开阔。如果房间显得太空洞,那么可以选择布纹较柔软、蓬松的材料,具有吸光质地的材料来装饰地板、墙壁,而窗户则大量选用有对比效果的材料,或在醒目的地方,采用颜色鲜亮的窗帘布幔、床罩。使其与地板和墙壁形成鲜明对比,改变房间空阔、单调的感觉:如果房间显得太矮,可使用色彩对比强烈的竖式条纹和图案来装饰墙壁和窗户:显得太窄的则可用横式条纹和图案装饰墙壁和窗帘,在狭窄的两端使用醒目的图案,可以利用材料的反差、对比。
2.4 软装饰在居室的分隔性
现代室内设计的趋势是争取流动的具有可变性、参与性的空间,而软装饰的利用,则是达到这种目的的重要手段。用帘帐、织物屏风划分室内空间,是我国传统室内设计中常用的手法,具有很大的灵活性和可控性,提高了空间的利用率和使用质量。2.5 软装饰在居室的系列性
系列变化是渐变、渐次、退晕、层次、统一、和谐、整体等形式法则的主要表现。各种软装饰都有它自身的系列性,如地毯有地毯系列:靠垫有靠垫系列;床罩有床罩系列;窗帘有窗帘系列。此外,窗帘和壁纸可以构成系列,窗帘和挂画也可以构成系列;靠垫和沙发可以构成系列,窗帘、床罩、枕垫也可以构成系列,甚至软装饰和室内的其他物件如家具、灯具、器皿、大件陈设物等,都可以构成系列变化形成统一风格。
2.6 软装饰在居室的整体性
软装饰由于要涉及到多种物品、多种材质,各种物品、材质之间的色彩、形状,多少的搭配与呼应就成为让许多人头痛。一些房子刚装修完以后很好看,但是业主一住进去,家具一摆,就面目全非了,或者随着季节、心情的改变,对已有的设计效果常常感到不满意;而有些房子的装修很一般,但是摆放完家居陈设品后,效果却出人意料地好。为什么会有两种相反的结果呢?这就与居室的“软装饰”有关。现代的装修观念已由重装修过渡到注重装饰、陈设,卧室软装饰逐渐成为人们日益关心的话题。其实这个相当专业化的难题完全可以简化处理,只要注意大色块的谐调和主导风格的统一,那么即使有一些小的局部不太理想,也无碍大局。
3、软装饰的分类及运用
3.1 室内纺织品
室内纺织品亦可统称为“布艺”,其在成功的室内环境设计中起着至关重要的作用。布艺是软装饰中用的最多的一种元素,从窗帘、纱、幔、床上用品、布艺沙发到地毯、壁挂和各房间的家具蒙面,布艺已不是单纯的功能上的配合,更多的是调和室内装修中生硬的、冰冷的和呆板的墙面、家具和地板,通过布艺柔和、弱化、重组室内空间中的棱角,使之有机的成为一个整体。不同的材质、不同图案和颜色的布艺带来不同的视觉享受,起到的效果也不尽相同。
3.2 字画
字画是室内软装饰的灵魂,它是主人思维深处的精灵,是跳动的音符,同时更是视觉的焦点。既然是视觉中心,那么只有个性鲜明的字画,才能吸引人的注意力。因此我们要在室内软装饰中尽可能用最少的视觉语言,表达最丰富的信息含量,从而使字画从正负形面积中跳跃出来,成为视觉捕捉的焦点。同时,字画的台理选择也是体现居室主人性情和文化修养的一个重要的方面。
3.3 室内绿化
在日益喧嚣的都市,现代人越来越崇尚自然元素。自然元素是指绿色植物、水、鲜花、自然光等。自然元素移植到室内,不仅可以净化室内空气,还使室内环境变得生机勃勃、趣味盎然。室内植物的选择一般是双向的,一是选择什么样的植物适合室内温度和湿度生长:二是室内空间对绿色植物的制约,选择不同的植物,在某种意义上,是寄托一种情思,一种期望,通过人与自然的对话,达到情境交融的意境。
3.4 光与影
灯是室内装饰中最重要的元素之一。在科技发达的今天,灯有了双重作用,一是用于居室空间的照明;二是用灯的造型装饰周围的环境。用光和影为主题,既可营造一面墙的磅礴气势也可营造一份温馨浪漫,还可以通过点光源成为视觉的中心,并利用其处理装修中的死角暗角,从而得到别有韵味的情趣。光源带来的光晕效果也诠释了现代人多元化的生活方式和宽松的生活状态。
3.5 工艺陈设品
每一件工艺品,都表现某种内在的东西,既然表现了就要传递某些信息。许多工艺品传递着“无目的性的、不可预测的和无法确定的抒情价值“并”能够引起种种诗意的反应。
因此这些工艺品的陈设突显个性,展现风格,使我们生活的环境更富有人性的魅力。在这里,家呈现的是一种风格,在随意摆放中,在有序无序问,或内敛,或释放,轻而无声地滑入主题空间,获取和追求某种内在的均衡与节奏,不经意地流露出一种生活态度,一种生活与心灵的契合。
结束语
软装饰因其轻便、舒适的独特质感和相对便宜的价格,带给生活许多便利和美感,它的作用是不容忽视的。在当今的室内环境设计和装修过程中,它的地位也在不断地得到提高。我们要充分发挥软装饰的作用,让其体现出更大的功效,让家居生活变得更加美好!
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。
4.1 全面理解设计要求
4.1.1 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。
4.1.2 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。
4.1.3 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。
4.2 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
4.3 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。
4.3.1 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。
4.3.2 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。
4.3.3 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。
4.3.4 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。
4.4 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。
4.5 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。
4.6 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。
4.6.1 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。
4.6.2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
4.6.3 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。
4.7 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。
4.8 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。