畢業(yè)設(shè)計-大型啟閉機液壓缸的設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計-相位計電路的設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計（論文）題目大型啟閉機液壓缸的設(shè)計完成日期 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明:所呈交的學(xué)位論文,是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外,本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體,均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。作者簽名:年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文評選機構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1、保密□，在_________年解密后適用本授權(quán)書。2、不保密□。（請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打“√”）作者簽名：年月日導(dǎo)師簽名：年月日TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 參考文獻[1]郭應(yīng)龍,陶亦壽.三峽船閘人字門啟閉機液壓缸的撓度與縱壓穩(wěn)定性計算[J].水利電力機械,1996,(5):7-10。[2]郭應(yīng)龍,陶亦壽.三峽船閘人字門啟閉機液壓缸撓曲與穩(wěn)定性試驗研究[J].水利電力機械,1997,(2):8-12。[3]行少阜.小浪底工程啟閉機械設(shè)計[J].人民黃河,1999,21,(5):15-17。[4]趙進平.二濰水電站液壓啟閉機的布置及設(shè)計特點[J].金屬結(jié)構(gòu),2000,(2):28-37。[5]趙瑞花.液壓啟閉機中液壓缸的設(shè)計[J].山西水利,2006,22,(6):81,111。[6]王雨露.液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計及通用程序[J].東北重型機械學(xué)院，1989,(06)。[7]劉曉明.液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計及運行特性分析，沈陽工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院，2013,（07）。[8]李維嘉.液壓缸穩(wěn)定性計算公式算法探討，華中理工大學(xué)，1990，(04）。[9]閆寶芳.液壓缸設(shè)計中的幾個主要問題的簡述，涿鹿高壓容器有限公司，2009,(10)。[10]武曉鳳.液壓缸復(fù)合型緩沖結(jié)構(gòu)及緩沖過程的分析(D).浙江:浙江大學(xué),2004。[11]鄢勇.液壓缸間隙密封流場仿真分析(D).武漢:武漢科技大學(xué)自動化學(xué)院及控制研究所,2011。[12]劉偉林.三峽樞紐工程中的液壓啟團機關(guān)鍵技術(shù)研究[D];太原理工大學(xué),2003年[13]劉波.液壓缸緩沖結(jié)構(gòu)和緩沖過程的研究[D];浙江大學(xué);2004,03

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相位測量儀也常用于學(xué)校實驗室中，由于傳統(tǒng)教學(xué)儀器使用不便或不易讀出準確數(shù)值，實驗室設(shè)備更新和硬件更新費時費力等原因，用鎖相環(huán)來設(shè)計和實現(xiàn)相位測量儀來滿足需要是一個相當不錯的方法。相位計電路（Phasemetercircuit）隨著電路的發(fā)展應(yīng)運而生。在一般的電路系統(tǒng)之中，負載電壓電流的相位產(chǎn)生的功率因數(shù)，導(dǎo)致系統(tǒng)能量傳輸效率下降。另外，不當?shù)南辔?，可能會?dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定出現(xiàn)問題。對于通訊系統(tǒng)，相位導(dǎo)致的延遲，可能會使信號失真。相位一致性是指將圖像傅里葉分量相位最一致的點作為特征點，它不但能夠通過觀察相位一致性高的點檢測到階躍特征、線特征以及屋頂特征等亮度特征，而且能夠檢測到由于人類視覺感知特性而產(chǎn)生的馬赫帶現(xiàn)象。設(shè)一維信號為F(x)，則其傅里葉級數(shù)展開為：假定信號的邊界在相位一致性值較大的地方出現(xiàn)，相位一致性值PC(x)在0~1之間變化，1表示檢測到了非常顯著的邊緣信息，而0表示沒有檢測到任何信息。雖然利用相位一致性檢測的邊緣信號效果尚可，但是對信號頻率分解的計算過程卻非常復(fù)雜，實時性較差，所以對其進一步簡化，得到近似模型，即局部能量模型。2011年以來，隨著政府刺激內(nèi)需政策效應(yīng)的逐漸顯現(xiàn)以及國際經(jīng)濟形勢的好轉(zhuǎn)，相位計下游行業(yè)進入新一輪景氣周期從而帶來相位計市場需求的膨脹，相位計行業(yè)的銷售回升明顯，供求關(guān)系得到改善，行業(yè)盈利能力穩(wěn)步提升。同時，在國家“十二五”規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的大方針下，相位計面臨巨大的市場投資機遇，行業(yè)有望迎來新的發(fā)展契機。在電子技術(shù)中，相位是最基本的參數(shù)之一，相位測量在信號提取、檢測、處理等方面有著重要的意義，并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此相位的測量就顯得更為重要。在諸多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。當今世界各個國家的航天、通信、信號采集和信息處理分析等諸多領(lǐng)域飛速發(fā)展，競爭日益激烈。基于相位測量所處的重要地位，相位測量儀仍需要不斷地改進，以滿足生產(chǎn)生活的實際需要。

相位測量儀也常用于學(xué)校實驗室中，由于傳統(tǒng)教學(xué)儀器使用不便或不易讀出準確數(shù)值，實驗室設(shè)備更新和硬件更新費時費力等原因，用鎖相環(huán)來設(shè)計和實現(xiàn)相位測量儀來滿足需要是一個相當不錯的方法。

第一章設(shè)計要求及功能框圖1.1設(shè)計要求該相位計的技術(shù)指標羅列如下：輸入信號需為同頻率的兩信號，但其頻率可以為未知的；采用表頭顯示，顯示范圍為0°~359.9°；采用直流電源+5V供電。1相位測量能夠保證測量精確度的頻率范圍2相位量程相位測量無模糊測相的范圍3電平范圍相位測量在規(guī)定的幅度-相位誤差范圍內(nèi)所容許的最大信號電平范圍。4相位分辨率（相位靈敏度）相位測量能夠分辨的最小單位。它通常為顯示最低一個數(shù)字代表的相位差。5相位極性相位測量結(jié)果的極性是以參考信號的相位作為參考來定義的。6相位準確度相位測量的實際值與理論值的偏差程度。7相位-頻率特性相位準確度或誤差隨信號頻率變化的特性。1.2功能框圖（功能分解）此處輸入信號A,B是同頻率的正弦波電源。第二章背景知識2.1相關(guān)知識相位作為電的基本參數(shù)之一在電子工程技術(shù)中具有重要的意義，相位的測量隨著科技的發(fā)展也經(jīng)歷了深刻的變革。測量相位的方法有很多，像傳統(tǒng)的借助于示波器測量相位其測量范圍和測量精度受到很大的限制，在一些要求比較高的場合就不能用它了。除此之外還有一些專用的用來測量相位的裝置，例如：電子計數(shù)式測頻裝置，特別是微控制技術(shù)發(fā)展到一定階段后像單片機的出現(xiàn)使相位測量的設(shè)計發(fā)展到一定的水平和高度。在任務(wù)書的基本要求中提出相位測量儀的頻率范圍，相位測量儀的輸入阻抗大于等于，允許兩路輸入正弦信號峰峰值可在0.3V~0.5V范圍內(nèi)變化，相位測量絕對誤差小于等于2o，具有頻率測量及數(shù)字顯示功能，相位差數(shù)字顯示，要求相位讀數(shù)為0~360o，分辨力為0.1o。測相的原理:如圖2-1所示，，分別為被測網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出信號，，的相位差是θ=360o，現(xiàn)在對于相位測量儀來說和均未知。通常對于相位差的測量有以下幾種方法： 圖2-1相位測量原理2.1.1示波器測量法用示波器測量相位差的方法。其測量機理是利用雙線示波器。將兩個信號，分別接到示波器的兩個通道，示波器置雙路顯示方式，同步觸發(fā)源信號選擇兩被測信號之一，最好選擇其中幅度較大的那一個，調(diào)節(jié)有關(guān)旋鈕，使熒光屏上顯示兩條大小適中的穩(wěn)定波形，如下圖2-2所示，利用熒光屏上的坐標測出信號的一個周期在水平方向所占的長度Xt，然后再測出兩波形上對應(yīng)點（如過零點、峰值點等）之間的水平距離X，則相位差θ為θ=360o圖2-2雙蹤示波法測量相位差利用示波器的多波顯示，是測量相位差的最直觀、最簡便的方法，而且對所有頻率信號均能進行。尤其適用于測量電路內(nèi)部的固有位移。但準確度較低。2.1.2過零檢測技術(shù)法所謂過零檢測就是采用一種電路或?qū)ｉT技術(shù)準確檢測并指示信號的過零點所處位置。它具有以下優(yōu)點：相位信息從正弦信號的過零點提取，因為正弦信號的過零點的導(dǎo)數(shù)有極大值（波形斜率最大），故測量的靈敏度和精度高，它對信號幅度的依賴性??；由于采用脈沖鑒相技術(shù)，鑒相器的線性很好，即鑒相誤差與被測相位值大小無關(guān)；相位計容易實現(xiàn)數(shù)字化和自動化。這種設(shè)計技術(shù)的實現(xiàn)采用了單片機與CPLD相結(jié)合方式。即用單片機完成人機界面、系統(tǒng)控制、信息分析、處理和變換，用CPLD完成數(shù)據(jù)采集及顯示控制邏輯。2.2主要原器件介紹。2.2.1異或門異或門（英語：Exclusive-ORgate，簡稱XORgate，又稱EORgate、ExORgate）是數(shù)字邏輯中實現(xiàn)邏輯異或的邏輯門，有2個輸入端、1個輸出端。若兩個輸入的電平相異，則輸出為高電平1；若兩個輸入的電平相同，則輸出為低電平0。雖然異或不是開關(guān)代數(shù)的基本運算之一，但是在實際運用中相當普遍地使用分立的異或門。大多數(shù)開關(guān)技術(shù)不能直接實現(xiàn)異或功能，而是使用多個門設(shè)計，如下圖所示圖2-1異或門的原理圖異或門能實現(xiàn)模為2的加法，因此，異或門可以實現(xiàn)計算機中的二進制加法。半加器就是由異或門和與門組成的。異或門的邏輯函數(shù)如表2-2所示：表2-2異或門邏輯函數(shù)表AB輸出Y000011101110

異或門的常用邏輯符號如下圖所示。對異或門的任何2個信號（輸入或輸出）同時去反，而不改變結(jié)果的邏輯功能。在“圈到圈”的設(shè)計中，我們選用最能表達要實現(xiàn)的邏輯功能的符號如圖2-3。圖2-3，異或門的邏輯功能圖邏輯表達式：2.2.2CD4046鎖相環(huán)CD4046是通用的CMOS鎖相環(huán)集成電路，其主要特點是：電源電壓范圍寬（為3V-18V）;輸入阻抗高（約100MΩ）;動態(tài)功耗小，在中心頻率f0為10kHz下功耗僅為600μW，屬于微功耗器件。圖2-4CD4046的引腳排列圖2-4CD4046的引腳排列圖2-4是CD4046的引腳排列，采用16腳雙列直插式。表2-5CD4046引腳功能描述:符號引腳名稱功能Ph031輸出端（相位脈沖輸出）相位比較器2輸出的相位差信號，為上升沿控制邏輯。環(huán)路人鎖時為高電平，環(huán)路失鎖時為低電平Ph1114相位比較器輸入端（基準信號輸入），相位比較器輸入信號，輸入允許將0.1V左右的小信號或方波信號在內(nèi)部放大并再經(jīng)過整形電路后，輸出至相位比較器。PH123相位比較器輸入端（比較信號輸入）通常PD來自VCO的參考信號。PH012PDⅠ輸出端相位比較器1輸出的相位差信號，它采用異或門結(jié)構(gòu)，即鑒相特性為。PH0213PDⅡ輸出端相位比較器Ⅱ的輸出端，它采用，上升沿控制邏輯。VC019壓控振蕩器的控制端。VC004壓控振蕩器輸出端INH5VCO禁止端，1有效控制信號輸入，高電平時禁止，低電平時允許壓控振蕩器工作。R111VCO外接電阻R1R212VCO外接電阻R2C16.7并接振蕩電容C1，以控制VCO的振蕩頻率。DEM010解調(diào)信號輸出端15內(nèi)部獨立的齊納穩(wěn)壓二極管負極。CD4046鎖相的意義是相位同步的自動控制,功能是完成兩個電信號相位同步的自動控制閉環(huán)系統(tǒng)叫做鎖相環(huán),簡稱PLL。它廣泛應(yīng)用于廣播通信、頻率合成、自動控制及時鐘同步等技術(shù)領(lǐng)域。鎖相環(huán)主要由相位比較器（PC）、壓控振蕩器（VCO）、低通濾波器三部分組成,如圖2-6所示。圖2-6鎖相環(huán)的工作流程下圖2-7是CD4046內(nèi)部電原理框圖，主要由相位比較1，2，壓控振蕩器（VCO）,線性放大器，源跟隨器，整形電路等部分構(gòu)成。比較器1采用異或門結(jié)構(gòu)，當兩個輸入信號Ui，Uo的電平狀態(tài)相異時（即一個為高電平，一個為低電平），輸出信號UΨ為高電平；反之，Ui，Uo電平狀態(tài)相同時（即兩個均為高電平，或均為低電平），UΨ輸出為低電平。當Ui，Uo的相位差Δφ在0o-180o范圍內(nèi)變化時，UΨ的脈沖寬度m亦隨之改變，即占空比亦在改變。從比較器1的輸入和輸出信號的波形可知，其輸出信號的頻率等于輸入信號的頻率的兩倍，并且與兩個輸出信號之間的中心頻率保持90o相移。從圖中還可知，fout不一定是對稱波形。對相位比較器1，它要求Ui，Uo的占空比均為50％（即方波），這樣才能使鎖定范圍為最大。相位比較器2是一個由信號的上沿控制的數(shù)字存儲網(wǎng)絡(luò)。它對輸入信號占空比的要求不高，允許輸入非對稱波形，它具有很寬的捕捉頻率范圍，而且不會鎖定在輸入信號的諧波。它提供數(shù)字誤差信號和鎖定信號（相位脈沖）兩種輸出，當達到鎖定時，它在相位比較器2的兩個輸入信號之間保持0o相移。圖2-7圖2-7CD4046的工作原理圖圖2-8圖2-8電容充放電圖2-9圖2-9對相位比較器2而言，當14引腳的輸入信號比3引腳的比較信號頻率低時，輸出為邏輯“0”；反之則輸出邏輯“1”。如果兩信號的頻率相同而相位不同，當輸出信號的相位滯后于比較信號時，相位比較器2輸出的正脈沖，當相位超前時則輸出為負脈沖。在這兩種情況下，從1腳都有與上述正、負脈沖寬度相同的負脈沖產(chǎn)生。從相位比較器2輸出的正、負脈沖的寬度均等于兩個輸入脈沖上升沿之間的相位差。而當兩個輸入脈沖頻率和相位均相同時，相位比較器2的輸出為高阻態(tài)，則1腳輸出高電平。上述波形如圖2-8所示。由此可見，從1腳輸出信號是負脈沖還是固定高電平就可以判斷兩個輸入信號的情況了。CD4046鎖相環(huán)采用的是RC型壓控振蕩器，必須外接電容C1和電容R1作為充放電原件。當PLL對跟蹤的輸入信號的頻率寬度有要求時還需要外接電阻R2。由于VCO是一個電流控制振蕩器，對定時電容C1的充電電流與從9腳輸入的控制電壓成正比，使VCO的震蕩頻率亦正比于該控制電壓。當VCO控制電壓為0時，其輸出頻率最低；當輸入控制電壓等于電源電壓VDD時，輸出頻率則先行地增大到最高輸出頻率。VCO震蕩頻率的范圍由R1，R2和C1決定。由于它的充電和放電都由同一個電容C1完成，故它的輸出波形是對方波。一般規(guī)定CD4046的最高頻率為1.2MHz（VDD=15V）,若VDD<15V，則fmax要降低一些。CD4046內(nèi)部還有線性放大器和整形電路，可將14腳輸入的100mV左右的微弱輸入信號變成方波或脈沖信號送至兩相位比較器。源跟蹤器是增益為1的放大器，VCO的輸出電壓經(jīng)源跟蹤器至10腳作FM解調(diào)用。齊納二極管可單獨使用，其穩(wěn)壓值為5V，若與TTL電路匹配時，可用作輔助電源。綜上所述，CD4046工作原理如下：輸入信號Ui從14腳輸入后，經(jīng)放大器A1進行放大，整形后加到相位比較器1，2的輸入端，圖2-7開關(guān)拔至2腳，則比較器1將從3腳輸入的比較信號U0與輸入信號Ui作相位比較，從相位比較器輸出的誤差電壓UΨ則反映出兩者的相位差。UΨ經(jīng)R3，R4及C2濾波后得到一控制電壓Ud加至壓控振蕩器VCO的輸入端9腳，調(diào)整VCO的振蕩頻率f2，使f2迅速逼近信號頻率f1.VCO的輸出又經(jīng)除法器再進入相位比較器1，繼續(xù)與Ui進行相位比較，最后使得f2=f1,兩者的相位差為一定值，實現(xiàn)了相位鎖定。若開關(guān)K撥至13腳，則相位比較器2工作，過程與上述相同。第三章電路設(shè)計3.1信號處理電路A1A1圖3-1信號處理電路電路中，C1是隔直流電容，具有單向?qū)ㄐ阅艿亩O管VD1，VD2是為了防止信號輸入為負的，或者太高的電壓。異或門H1接成反相器，下面并聯(lián)R1電阻形成一個放大器。+5V的穩(wěn)壓電源保證上輸入端是高電勢。下輸出端通過二極管接地保證電源輸入電壓介于-0.7V-5.7V之間。兩個輸入電源通過異或門放大器輸出，進入相位鎖定電路。信號相位鎖定電路A2A1

圖3-2信號相位鎖定電路A2A1下圖為鎖相環(huán)CD4046的電路原理圖該鎖相環(huán)輸入信號Ui從14腳輸入后，經(jīng)放大器A1進行放大，整形后加到相位比較器1，2的輸入端，圖中開關(guān)拔至2腳，則比較器1將從3腳輸入的比較信號U0與輸入信號Ui作相位比較，從相位比較器輸出的誤差電壓UΨ則反映出兩者的相位差。UΨ經(jīng)R3，R4及C2濾波后得到一控制電壓Ud加至壓控振蕩器VCO的輸入端9腳，調(diào)整VCO的振蕩頻率f2，使f2迅速逼近信號頻率f1.VCO的輸出又經(jīng)除法器再進入相位比較器1，繼續(xù)與Ui進行相位比較，最后使得f2=f1,兩者的相位差為一定值，實現(xiàn)了相位鎖定。若開關(guān)K撥至13腳，則相位比較器2工作，過程與上述相同。輸入信號通過信號相位鎖定電路轉(zhuǎn)換為具有固定占空比和振幅為5V的數(shù)字信號。輸入信號B執(zhí)行與信號A一樣的信號處理以及相位鎖定電路。3.3相位檢測電路A2B2A2B2圖圖3-3相位檢測電路輸入信號1，2通過H3進行相位比較，積分器R11和C11對輸出信號進行平均，通過運放輸出端接到反相輸入端，從而接成電壓跟隨器，對輸出起到緩沖的作用。當源輸入信號A,B相位差愈大，由A1輸出的電壓就俞高。表頭M，電阻R12和微調(diào)電位器RP1組成相移指示器，因此用5V的穩(wěn)壓電源為該相位計供電。第四章