矿用网络电话软件设计方法探讨论文[本站推荐]

第一篇：矿用网络电话软件设计方法探讨论文[本站推荐]

摘要：网络电话在矿山生产中发挥着越来重要的作用，为了提高煤矿井下通讯效率，设计了一种矿用网络电话系统，叙述了网络电话系统的构成，重点介绍了系统上位机和下位机软件的设计方法，该电话系统功能齐全，操作方便，应用效果良好．

关键词：煤矿；网络；电话；软件

中图分类号：TP311文献标识码：A

作者简介：陈林坤(1981－)，男，安徽蚌埠人，唐山开诚电控设备集团助理工程师

随着计算机网络技术、通信技术的飞速发展和我国矿山生产规模的不断扩大以及自动化水平的不断提高，原有的通讯手段已不适应生产的需要．当前，“数字化矿山”建设正方兴未艾，人们利用高科技来监测、监控矿山的生产和管理，其中，网络通信是离不开的关键技术［1］．本文结合煤矿井下通讯的实际，设计了一种效率较高的网络电话系统，介绍了该系统上位机和下位机软件的设计方法．实际应用表明，该系统功能齐全，使用方便，有效地提高了煤矿生产管理中通话的实时性和可靠性，进而提高了煤矿生产和管理的效率．

1硬件结构组成矿用网络电话系统主要用于煤矿调度音频通讯场合［2］，采用工业以太网、网络寻呼台和井下电话组成网络系统，对煤矿调度生产进行语音通话和语音播报．该系统由上位机、交换机、网络寻呼台、网络电话板等组成。

2系统上位机软件设计

矿用网络电话系统上位机软件采用C#语言编写，基于MicrosoftVisualStudio2010开发平台，软件由2部分构成，包括网络音频软件PCNetTel和网络音频配置软件PCManger．

2．1网络音频软件

网络音频软件的功能主要有：监听在线客户端设备的登陆状态及客户端连接状态，对客户端的广播、组播、对讲通话以及通话内容音频文件进行回放以及历史记录查询等［3］．网络音频软件流程图如图2所示．网络音频软件在对讲模式下的呼叫、挂断以及伴随的振铃逻辑稍显复杂，此处采用事件驱动后台线程实现，网络通讯采用TCP和UDP混合编程模式，这提高了系统的实时响应性能．在音频文件生成方面采用设备IP、日期、时间方式来命名文件夹和音频文件，以便于数据的查询和回拨．

2．2网络音频配置软件

网络音频配置软件的功能是搜索局域网内设备，进行参数修改配置，主要配置参数包括：本机IP地址、子网掩码、网关、服务器IP地址、寻呼台IP地址以及设备编号;输入音源、增益、音量、振铃次数、设备组播以及设备Modbus从站地址、串口波特率等参数．网络音频配置软件搜索局域网内设备时采用发送全网广播询问帧方式，以实现跨网段的未知设备IP的查询．在数据帧校验方面，采用MCU的全球唯一ID号作为算法数据源生成设备ID．

3系统下位机软件设计

系统下位机软件采用标准C语言编写，硬件平台为STM32F10X系统嵌入式单片机，软件由2部分组成，包括网络寻呼台软件和网络电话板软件．

3．1网络寻呼台软件

网络寻呼台软件的功能是建立与上位机和网络电话板的通讯［4］．网络寻呼台可单独与上位机或网络电话板使用，也可与上位机和网络电话板一起接入网络使用．当与上位机音频通讯时，建立网络连接后，可与上位机进行双向对讲互话、接收上位机的组播或广播通知，也可接收上位机发出的音频文件进行本地播放．当与网络电话板音频通讯时，可对网络内所有寻呼台IP配置为本设备IP的网络电话板进行双向互话、对其语音广播、组播、多播操作．

3．2网络电话板软件

网络电话板软件主要功能为与上位机或网络寻呼台联网组成网络电话系统，可主动呼叫上位机或网络寻呼台，也可接收上位机或网络寻呼台的对讲呼叫、广播或组播．网络电话板软件实现方法与网络寻呼台软件设计方法类似，再此不再赘述．

4结论

矿用网络电话系统上位机软件采用C#语言编写，基于MicrosoftVisualStudio2010平台进行开发，采用多线程管理事件，软件界面设计友好、操作简洁、安装方便．下位机软件采用标准C语言编写，硬件平台为STM32F10x系列嵌入式单片机，采用UCOS－II操作系统实时地对接入网内的网络电话板进行多任务管理，提高了通话的实时性、可靠性;配合3．5寸彩色显示屏可动态地对网络电话板和上位机的连接进行查看管理及呼叫操作显示．该系统已在多个煤矿进行应用，使用效果良好．

参考文献：

［1］高杰．矿山多媒体应急通信系统软件设计［D］．西安科技大学，2008．

［2］王涛．企业VoIP网络电话系统的设计和实现［D］．天津大学，2008．

［3］庄乾成．嵌入式网络电话机设计［J］．仪表技术．2009，(7)：36-38．

［4］纪秀辉．基于Linux系统嵌入式网络电话设计［J］．电脑知识与技术，2010，6(1)：216-217．

第二篇：软件设计模式浅析论文

软件设计模式浅析

陈亚东

（中原工学院软件学院，河南 郑州450000）

摘要：什么是软件设计模式呢？其实广义的来讲，软件设计模式是可解决一类软件问题并且能反复使用的软件设计方案；狭义的来讲，软件设计模式是对被用来在特定场景下解决一般设计问题的类和相互通信的对象的描述。是在类和对象的层次描述的可反复使用的软件设计问题的解决方案。软件设计模式通常描述了一组相互紧密作用的类与对象。

在课堂学到的软件设计模式，我学习的并不好，对各种模式的运用和实现，感觉简单，但是要做起来还是有些难度。本文简单讲述了以面向对象技术为基础的软件设计模式的分析。

关键词：设计模式；设计方案；面向对象

中国分类号：TP311.5文献标志码：A

Software design patterns is

analysed

Chenyadong

（Zhongyuan University of TechnologySoftware college，henan zhengzhou450000）Abstract: What is a software design pattern? Actually, broadly speaking, the software design pattern is a type of the software can solve the problem and the repeated use of the software design;Narrowly speaking, the software design pattern is to be used in specific scenarios and communicate with each other to solve the problem of general design of the description of the object.Is described in the level of the classes and objects can be repeated use of the software design of the solution of the problem.Software design patterns usually describes a set of mutually close function classes and objects.Learned in the class of software design pattern, I'm not a very good learning, for the use of various patterns and implementation, feeling is simple, but want to do or some difficulty.This article simply describes the software design based on object-oriented technology pattern analysis.Key words: design patterns;Design scheme;object-oriented

对于软件设计模式，从上课到现在，我在头脑中还没有一个完整的概念，主要是因

为我的基础比较差，凭自身能力还不能写出

来一个项目。通过上网搜索，知道了什么是

软件设计模式，它是一套被反复使用，多数

人知晓的，经过分类编目的，代码设计经验的总结，使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性

[1]厂模式、单例模式、生成器模式、工厂方法模式、原型模式、适配器模式等等。

一、设计模式 模式是用来描述所交流的问题及解决方案的,一个完整的设计模式主要由模式名称、问题、解决方案、效果四个基本要素组成。设计模式体现的是程序整体的一种构思，所以有时候它也会出现在分析或者是概要设计阶段中，设计模式的核心思想是通

过增加抽象层，把变化部分从那些不变的部[2][2]。软件设计模式分为基础模式、委托模式、接口模式、代理模式、创建型模式、抽象工

分中分离出来。这就是我所了解的设计模式。设计模式有五种原则，“开-闭”原则（OCP）、单一职责原则(SRP)、里氏代换原则(LSP)、依赖倒置原则(DIP)和接口隔离原则(ISP)[3]，设计模式就是实现了上面所说的五种原则，从而达到了代码复用、增加可维护性的目的。

在设计模式经典著作《GOF95》中，设计模式从应用的角度上被分为三个大的类型，分别是创建型模式、结构型模式和行为型模式。又根据模式的范围分，模式既用于类又用于对象，类模式是处理类和子类之间的关系，这些关系通过继承建立，是静态的，在编译时刻便确定下来了；对象模式是处理对象间的关系，这些关系在运行时刻是可以变化的，更具动态性。从某种意义上来说，几乎所有模式都使用继承机制，所以“类模式”只指那些集中于处理类间关系的模式，而大部分模式都属于对象模式的范畴。

二、设计模式的分类

创建型设计模式是用来创建对象的模式，抽象了实例化过程，工厂模式、抽象工厂模式、单件模式、生成器模式、原型模式都属于创建型设计模式。简单来说一下创建型结构模式有哪几种模式吧，首先说一下工厂模式，工厂模式：客户类和工厂类分开，消费者任何时候需要某种产品，只需要向工厂请求即可，消费者无须修改就可以接纳新产品；缺点就是当产品修改时，工厂类也要做出相应的修改。比如：如何创建及如何向客户端提供。抽象工厂模式：为一个产品族提供统一的创建接口，当需要这个产品族的某一系列的时候，可以从抽象工厂中选出相应的系列创建一个具体的工厂类。单件模式：保证一个类有且仅有一个实例，提供一个全局访问点。生成器模式：将复杂对象创建与表示分离，同样的创建过程可创建不同的表示，允许用户通过指定复杂对象类型和内容来创建对象，用户不需要知道对象内部的具体构建细节。原型模式：通过“复制”一个已经存在的实例来返回新的实例（不新建实例）。被复制的实例就是“原型”，这个原型是可定制的。原型模式多用于创建复杂的或者耗时的实例，因为这种情况下，复制一个已经存在的实例使程序运行更高效；或者创建值相等，只是命名不一样的同类数据。这几种模式老师也让做过作业，做起来感觉也挺简单的。

结构型模式讨论的是类和对象的结构，它采用继承机制来组合接口或实现（类结构型模式），或者通过组合一些对象来实现新的功能（对象结构型模式）。结构型模式有这几种模式，组合模式：定义一个接口，使之用于单一对象，也可以应用于多个单一对象组成的对象组。装饰模式：给对象动态添加额外的职责，就好像给一个物体加上装饰物，完善其功能。代理模式：在软件系统中，有些对象有时候由于跨越网络或者其他障碍，而不能够或者不想直接访问另一个对象，直接访问会给系统带来不必要的复杂性，这时候可以在客户程序和目标对象之间增加一层中间层，让代理对象来代替目标对象打点一切，这就是代理模式。享元模式：Flyweight是一个共享对象，它可以同时在不同上下文（Context）使用。外观模式：外观模式为子系统提供了一个更高层次、更简单的接口，从而降低了子系统的复杂度，使子系统更易于使用和管理。外观承担了子系统中类交互的责任。桥梁模式：桥梁模式的用意是将问题的抽象和实现分离开来实现，通过用聚合代替继承来解决子类爆炸性增长的问题。适配器模式：将一个类的接口适配成用户所期待的接口。一个适配器允许因为接口不兼容而不能在一起工作的类工作在一起，做法是将类自己的接口包装在一个已存在的类中。对于这几种模式，我理解的太笼统，也不太明白，只是根据这些定义来用心理解来消化。

行为型设计模式着力解决的是类实体之间的通讯关系，希望以面向对象的方式描述一个控制流程。行为型设计模式种类比较多，其中观察者模式和访问者模式运用的比较多。模版模式：定义了一个算法步骤，并允许子类为一个或多个步骤提供实现。子类在不改变算法架构的情况下，可重新定义算法中某些步骤。观察者模式：定义了对象之

间一对多的依赖，当这个对象的状态发生改变的时候，多个对象会接受到通知，有机会做出反馈。迭代子模式：提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素, 而又不需暴露该对象的内部表示。责任链模式：很多对象由每一个对象对其下一个对象的引用而连接起来形成一条链。请求在这个链上传递，直到链上的某一个对象决定处理此请求。发出这个请求的客户端并不知道链上的哪一个对象最终处理这个请求，这使系统可以在不影响客户端的情况下动态的重新组织链和分配责任。备忘录模式：在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。这样以后就可将该对象恢复到原先保存的状态。命令模式：将请求及其参数封装成一个对象，作为命令发起者和接收者的中介，可以对这些请求排队或记录请求日志，以及支持可撤销操作。状态模式：允许一个“对象”在其内部状态改变的时候改变其行为，即不同的状态，不同的行为。访问者模式：表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作。可以在不改变各元素的类的前提下定义作用于这些元素的新操作。解释器模式：给定一个语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。中介者模式：用一个中介对象来封装一系列的对象交互。策略模式：定义一组算法，将每个算法都封装起来，并且使它们之间可以互换。策略模式使这些算法在客户端调用它们的时候能够互不影响地变化。因为是学时太少的原因，老师讲的模式并不多，这几个模式好多都没有讲，我们只能根据一些书籍和资料来学习。

三、模式分析

对于工厂模式，是最常见的一种模式之一。在面向对象编程中, 常用的方法是用new操作符构造对象实例，但在有些情况下，new操作符直接生成对象会带来一些问题。创建对象之前必须清楚所要创建对象的类信息，但个别情况下无法达到此要求，譬如打开一个视频文件需要一个播放器对象，但是用户可能不知道具体播放器叫什么名字，需要系统分派给这个视频文件一个合适的播放器，这种情况下用new运算符并不合适。许多类型对象的创造需要一系列步骤，比如需要计算或取得对象的初始设置，需要选择生成哪个子对象实例，在生成需要对象之前必须先生成一些辅助功能对象。在这些情况, 新对象的建立就是一个 “过程”，而不仅仅是一个操作。为了能方便地完成这些复杂的对象创建工作，可引入工厂模式。工厂模式的实例分析： // EventFactory类

public class EventFactory:LogFactory{

public override EventLog Create(){

return new EventLog();} }

// FileFactory类

public class FileFactory:LogFactory{

public override FileLog Create(){

return new FileLog();} }

客户程序有效避免了具体产品对象和应用程序之间的耦合，增加了具体工厂对象和应用程序之间的耦合，在类内部创建对象通常比直接创建对象更灵活，通过面向对象的手法，将具体对象的创建工作延迟到子类，提供了一种扩展策略，较好的解决了紧耦合问题。

工厂模式客户端程序： public class App {

public static void Main(string[] args){

LogFactory factory = new EventFactory();

//FileFactory factory = new FileFactory();

Log log = factory.Create();

log.Write();} }

对于抽象工厂模式，在软件系统中，经常面临“一系列相互依赖对象”的创建工作，由于需求变化，这“一系列相互依赖的对象”也要改变，如何应对这种变化呢？如何像工厂模式一样绕过常规的”new”，提供一种“封装机制”来避免客户程序和这种“多系列具体对象创建工作”的紧耦合呢？其中有一种说法就是可以将这些对象一个个通过工厂模式来创建。但是，既然是一系列相互依赖的对象，它们是有联系的，每个对象都这样解决，如何保证他们的联系呢？所以运用抽象工厂模式，是一种有效的解决途径。抽象工厂模式提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定他们具体的类。适用于一个系统独立于其产品创建、组合和表示时，一个系统由多个产品系列中的一个来配置时，强调一系列相关产品对象的设计以便进行联合时，提供一个产品类库，只想显示其接口而非实现时。抽象工厂模式的结构，如下图：

图1抽象工厂模式的结构

抽象工厂模式与工厂模式的区别就在于工厂模式提供一个接口，用于创建相关和依赖对象的家族，而不需要明确指定具体类。抽象工厂模式允许客户使用抽象接口来创建一组相关产品，而不需要关心具体实际产出的产品是什么。

对于适配器模式，是将一个类的接口，转换成客户期望的另一个接口，适配器让原本接口不兼容的类可以一起工作。打个比方

说，一个team要为外界提供S类服务，但team里面没有能够完成此项任务的member，只有team外的A可以完成这项服务。为保证对外服务类别的一致性（提供S服务），一是将A招安到team内，负责提供S类服务，二是A不准备接受招安，可安排B去完成这项任务，并让B做好A的工作，让B工作的时候向A请教，此时，B是一个复合体（提供S服务，是A的继承弟子）。这种模式的使用过程是客户通过目标接口调用适配器的方法对适配器发出请求，适配器使用被适配者接口把请求转换成被适配者的一个或者多个调用接口，客户接收到调用的结果，但并未察觉这一切是适配器在起转换作用。就是将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的类可以一起工作。适配器模式有三种适用场合，一是使用一个已经存在的类，而它的接口不符合要求，二是创建一个可以复用的类，该类可以与其他不相关的类或不可预见的类（即那些接口可能不一定兼容的类）协同工作，三是使用一些已经存在的子类，但不可能通过子类化以匹配各自接口。对象适配器可以适配它的父类接口。适配器模式还分为了累适配器和对象适配器两种，这里就不再具体介绍了。适配器模式的优点就是方便设计者自由定义接口，不用担心匹配问题，而它的缺点是这个模式属于静态结构，由于只能单继承，所以不适用于多种不同的源适配到同一个目标。

对于命令模式，将一个请求封装为一个对象，可用不同请求对客户进行参数化；对请求排队或记录请求日志，以及支持可撤消的操作。这种模式的适用性是抽象出待执行的动作以参数化某对象，在不同时刻指定、排列和执行请求，支持取消操作，支持修改日志，用构建在原语操作上的高层操作构造一个系统。命令模式的实现：

public class Receiver{//接收者public void action(){

System.out.println(“我在行动

");} }

public interface Command {//抽象命令

public abstract void execute();} public

class

ConcreteCommand

implements Command{//具体命令Receiver rcv;//含有接收者的引用

ConcreteCommand(Receiverrcv){this.rcv=rcv;}publicvoid execute(){rcv.action();}//执行命令}

public class Invoker{//请求者Command command;public command){

this.command=command;}

public void startExecuteCommand(){command.execute();} }

public class Application{//客户程序public static void main(String args[]){Command ConcreteCommand(r);

Invoker i=new Invoker();i.startExecuteCommand();} }

命令模式的结构：

command=new

void

setCommand(Command

图2命令模式的结构

命令模式中请求者不直接与接收者交互，即请求者不包接收者的引用，彻底消除了彼此之间的耦合。满足“开-闭原则”。如果增加新的具体命令和该命令的接受者，不必修改调用者的代码，调用者就可以使用新的命令对象；反之，如果增加新的调用者，不必修改现有的具体命令和接受者，新增加的调用者就可以使用已有的具体命令。由于请求者的请求被封装到了具体命令中，就可以将具体命令保存到持久化的媒介中，在需要的时候，重新执行这个具体命令。因此，使用命令模式可以记录日志。使用命令模式可以对“请求”进行排队。每个请求都各自对应一个具体命令，因此可以按一定顺序执行这些具体命令。

四、总结

在现代软件开发当中，软件设计模式起

到至关重要的作用。尤其是自从面向对象的语言普遍使用以后，促成了团队合作设计的软件设计几乎成了不可能完成的任务。软件设计模式在程序中的运用是非常广的，在程序设计的过程中，是对反复出现的问题的很用设计模式可确保更快的开发正确的代码，并且降低在设计或者视线中出现的错误的可能性。通过学习软件设计模式这门课程，了解到这么多种模式，虽然还不能熟练运用和操作，但是我会在以后的工作和实践中去多加锻炼。

Receiverr=new Receiver();热潮，而在此时，没有一个好的设计模式，i.setCommand(command);好的解决办法，是良好思路的经验集成。使

参考文献：

[1]钟茂生，王文明。软件设计模式及其使用[J].计算机应用，2002，22(8):32-35 [2]Gamma E.Design patterns elements of reusable object-oriented software[M].北京：机械工业出版社,2002

[3]廖志刚，李增智。设计模式在系统中的应用[J]。计算机工程与应用，2002,(12):7-10

第三篇：BFK_型煤矿用封孔泵及封孔方法.

BFK 型煤矿用封孔泵及封孔方法 一、概述

BFK 型封孔泵是专为煤矿井下各种类型钻孔研制的封孔设备，其最大的特点在于：

① 封孔能力强：对水平钻孔的最大封孔长度可达20m，对垂直上向钻孔的最大封孔长度可达15m；

② 同时具有搅拌、输送高稠度浆料的特点：对于水泥浆，其水灰比达到：矿渣水泥，水泥：水

=1：0.32；硅酸盐水泥，水泥：水=1：0.4；

③ 无需对待封钻孔段进行扩孔和把送浆管送到待封钻孔的底部，只需把送浆管在待封钻孔的孔

口作适当的固定和封堵即可；

④ 由于具有上述特点，大大简化了封孔工艺，降低了封孔作业的劳动强度； ⑤ 高稠度水泥浆具有的基本不收缩性，对任何钻孔都能确保封孔的严密性，提高钻孔的封孔质量。B F K---------10/2.4 封孔 ∣→流量和压力 泵

二、结构特征与工作原理 1 工作原理

① 对浆体的搅拌

当防爆电动机处于运转状态时，变速传动系统通过安全离合器驱动搅拌机活动叶片旋转，使得对

按水灰比要求加入到搅拌机内的混合物进行不断的掺和，直到混合均匀，实现对浆体的搅拌。在对浆

体的搅拌过程中，离合器在操作手柄的控制下处于脱开状态，送浆泵不运转。② 对浆体的输送

在浆体搅拌均匀后，操作离合器的手柄使离合器处于接合状态，此时，变速系统通过离合器的作 用驱动送浆泵转动，送浆泵在转动过程中的抽吸负压将搅拌机内混合均匀的浆体通过连接管吸入送浆

泵体内，经加压后从泵的出口输出，完成对浆体的输送。在送浆泵运转过程中，搅拌机一直处于旋转 工作状态。2．主要结构

BFK 型封孔泵主要由防爆电动机、安全离合器、变速系统、搅拌机、操作离合器、送浆泵及机座

组成，如图1 所示： 1 三、技术特征

① 工作压力 １.2 MPa，2.4Mpza ② 工作流量 8—10 l/min，8—10 l/min ③ 工作电压 380V /660V ④ 电动机型号：YBK2-100L2-4

⑤ 防爆型式：矿用隔爆型，防爆标志ExdI ⑥ 电动机功率 3 Kw，4KW ⑦ 搅拌机净容积 30 L ⑧ 外型尺寸 1450 ×400× 800(mm×mm×mm), 2120 ×400× 800(mm×mm×mm)⑨ 质量 240 Kg, 280KG

四、封孔方法

① 工作管的预处理

封孔的目的是形成由浆体包裹工作管(可以是煤层注水管、瓦斯抽放管或防灭火注浆管)的、具有

严密密封性的浆体固化段，为保证浆体在注浆封孔过程中能有效地充满待封钻孔段和确保浆体对工作

管的包裹及浆体对工作管与钻孔之间空隙的填实，需对钻孔工作管进行预处理，处理方法如下：

a)工作管前端应捆扎棉纱或布条，捆扎棉纱或布条是为了防止注入的浆体进入工作管前端造成

工作管堵塞，捆扎好的棉纱或布条呈马尾状，应避免将棉纱或布条捆扎成一团，造成送管困难。

b)捆扎好的棉纱距工作管端头的距离应大于 0.5m，防止由于棉纱对钻孔堵塞不严密造成注浆过

程中少量浆体渗漏堵塞工作管，如图２所示： 图2 工作管的预处理方法示意

c)对于煤层注水而言,由于注水压力高，当采用塑料管（或铝塑管）作为工作管时，在塑料管的

尾端即露出孔口部分应采用钢管代替，钢管在钻孔内的长度应保证固化后的浆体能完全将钢管与塑料

管连接段包裹并超过压力破碎带，一般要求钢管距煤壁孔口的长度不应小于0.5 m ；钢管与塑料管之 ≥0.5m 铁丝 棉纱 工作管 2 间的联接方式有两种：硬质塑料管及铝塑管与钢管之间采用螺纹连接，软质塑料管与钢管之间的连接

采用铁丝捆扎的方式，钢管与软质塑料管之间的接合段长度应大于0.1m。② 工作管的埋设

将预处理好的工作管送入钻孔内，在送管过程中应避免将工作管向外拉，工作管送到钻孔内预定

位置后应将工作管旋转的同时稍微向外拉，以促使棉纱成团将工作管端头与钻孔非封孔段隔开，形成

防止注入钻孔内的浆体流入非封孔段的密封段，如图3 所示。图3 工作管埋设示意图 ③ 孔口处理

在工作管埋设好后，将注浆管（其中的一端连接在泵的出口上）送入钻孔内，其送入长度不应小

于0.5m，注浆管送入钻孔后，用棉纱或布条将工作管、注浆管孔口段堵塞，其长度不应小于0.2m，避免在送浆过程中封孔段内浆体压力升高将注浆管向外推出；对具有较大仰角的上向钻孔，在钻孔孔

口应采用木楔裹缠棉纱将工作管和注浆管楔紧，以保证能将浆体压注到钻孔的深部；如图4 所示。图4 注浆管埋设示意图 ④ 封孔用水泥稠浆的配制 a 封孔用水泥浆用量的确定

封孔水泥浆用量的多少采用下式计算： G=(V1 —V2)×K×γ

式中：G---封孔所需水泥浆的质量 V1---封孔段长度范围内钻孔的体积 V2---封孔段长度范围内工作管的体积 K---富裕系数K=1.2 γ--封孔用水泥浆的密度,经测定:水灰比 水泥:水1:0.32—0.4 时，水泥浆密度γ≈2 b 水泥及清水用量的确定

根据实际使用情况及试验室试验测定结果表明,具有良好封孔效果水泥稠浆的水灰比为:矿渣水 ≥0.2m ≥0.2m 注浆管 工作管 孔口堵塞物 3 泥，水泥:水=1:0.32;硅酸盐水泥,水泥:水=1:0.4。配制上述质量为G 的水泥稠浆所需水泥及清水用量为： 矿渣水泥： 水泥用量 G 灰= G/1.32 清水用量 G 水= G— G 灰

硅酸盐水泥： 水泥用量 G 灰= G/1.4 清水用量 G 水= G— G 灰 ⑤ 封孔操作方法

拉起离合器手柄使离合器处于接合状态，此时注浆泵开始工作，搅拌机内的水泥稠浆被吸入送浆

泵，经过加压后由注浆管注入待封钻孔内。

a 对于水平钻孔、俯斜钻孔，以待封孔钻孔内水泥稠浆压力上升，待封钻孔孔口有水泥浆返出或

孔口封堵棉纱被推出钻孔外时，封孔长度即达到设计封孔长度，此时应徐徐将注浆管向外拉出，压下

离合器操作手柄使其处于脱开状态，关机。

b 对于仰孔，应采用严格控制注入待封钻孔内水泥稠浆的数量来保证封孔长度，避免待封钻孔内

浆体压力上升过高将孔口封堵整体向外推出，导致封孔失败。

五、开机前的准备

① 开机前应使用兆欧表对电动机冷态绝缘电阻进行测量，电动机冷态绝缘电阻

应高于10 MΩ；

否则,应对电动机进行干燥处理。

② 使用电动机时应注意保护好电动机的防爆面，在连接电缆时应采用密封圈引入装置，且通过橡

胶套夹紧螺母、夹紧套等压紧固定。③ 杂物清除

开机前应清除搅拌机内可能存在的杂物，并取下送浆泵上的清洗螺堵，用清水对搅拌机进行清洗。

清洗后重新上好清洗螺堵，向搅拌机内注入清水； 送浆泵运转方向的确定

④ 开启电动机，使离合器处于接合状态，送浆泵开始运转，送浆泵出口能输出清水，则电动机

转动方向满足送浆泵工作要求，送浆泵输不出清水则可能存在着下述情况： a 电动机的转动方向与送浆泵工作所要求的转向不一致，应对电动机的供电进行换相；

b 泵在上次工作结束后未能清洗干净，水泥浆固化造成送浆泵出口或入口堵塞，应对送浆泵进行 清理或修理。

六、维护与保养

良好的保养是确保设备使用寿命的关键。

① 严防杂物通过搅拌机进入送浆泵，造成送浆泵泵体损坏；

② 每次使用完毕必须对整机进行清洗，严防浆液特别是水泥浆沉积于搅拌机、送浆泵及其管路 内造成设备损坏； ③ 清洗方法

a 取下送浆泵清洗螺堵，用水清洗干净搅拌机及连接管；严格防止水泥浆等积留在保护套附近，4 避免运转时损坏保护套造成浆体将连接轴与转子固化成一个整体，损坏设备。b 重新上好螺堵，向搅拌机内注入清水，开启电动机，使离合器处于结合状态，直到送浆泵出口 呈清水流出为止。注：较长时间不使用时应通过搅拌机吸浆孔向送浆泵内加入一定数量的机油，并 开动封孔泵至送浆泵出口有机油排出为止，防止送浆泵定子与转子粘合在一起造成启

动困难。

七、注意事项 ① 清洗过程中，严禁用硬物从送浆泵清洗螺堵口向内捅，防止损坏橡胶密封套； ② 严禁送浆泵空运转；

③ 对于连续进行多个钻孔的封孔作业，需进行水泥浆的多次搅拌时，应将停留于泵体内的干稠

浆体排出，防止在短时间内凝结造成堵塞；具体方法为：向搅拌机内注入清水进行搅拌，将泵体内的

干稠浆体用清水或稀浆置换；

④ 注浆封孔过程中应将送浆泵清洗螺堵上紧，防止漏气造成送浆泵达不到额定负压，送浆泵对

搅拌机内水泥浆的抽吸能力下降或吸不进浆；

⑤ 在启动过程中送浆泵不能运转时应压下离合器使送浆泵与变速箱脱开，利用离

合器上的四个孔和机架侧面所配置的不锈圆钢强行转动送浆泵数转。

⑥ 在进行浆料的搅拌过程中，应按照开启电动机，断开送浆泵离合器（此时送浆泵不运转），使

搅拌机处于运转状态下，加入清水，然后逐渐加入水泥等封孔材料，直至达到要求的配合比，严禁将

水泥等封孔材料一次性倒入搅拌机造成机体损坏或烧毁电动机。⑦ 离合器操作注意事项

a 离合器的接合与断开无须停机；

b 在通过手柄操作离合器的断开与接合过程中，拉起或压下手柄时要求有力、迅速,使离合器一次

完全接合或完全断开，应尽量避免离合器工作于未完全接合或未完全断开状态，造成离合器啮合齿在

短时间内由于相互磨损而损坏；

c 在向上拉起手柄迫使离合器接合时，若一次未能成功，应迅速压下手柄，重新进行操作；

d 离合器处于接合状态时，原则上应保持操作手柄处于向上拉紧状态；

e 封孔长度较长，由于封孔时间也相应较长，可用木锲、石块等物将操作手柄向上锲紧。

⑧ 应经常检查送浆泵清洗螺堵是否上紧、密封是否损坏，连接管是否扎紧，防止由于上述两处漏

气造成送浆泵吸不进浆。

八、送浆泵结构示意及易损件更换方法 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5 图5 送浆泵结构示意图 输出座 2 转子螺母 3 圆柱销 4 定子 5 转子 连接轴 7 保护套扎环 8 保护套 9 进浆体 10 座体

送浆泵的定子为具有内蛇型腔的橡胶硫化体，转子为表面镀铬的金属蛇型体，连接轴穿过转子内

部在转子的端头处通过圆柱销与转子连接，连接轴的另一端同样利用圆柱销与泵体的输入轴连接。结

构上；转子、定子的中心线与泵体的输入轴呈偏心状态。转子与定子呈内啮合状态。输出座与定子之

间采用螺纹连接，定子与进浆体之间采用螺栓连接。

泵橡胶定子与保护套的更换（定子与橡胶保护套属相对易损件）： 1 将泵的定子固定好，强行反旋输出座取下输出座； 2 折下定子与进浆体之间的连接螺栓； 在定子与转子间的腔体内注入少许机油将定子从转子上旋下来，如用手旋不动时可用管子钳扎

住定子外壳强行旋下； 取下转子螺母和圆柱销，依次取下保护套扎环和保护套； 5 换下损坏件按照相反顺序依次装配； 装配时应在定子内腔和转子表面图一层机油或润滑脂，一可以使装配容易，二可以避免启动困 难； 在装配时应注意各连接部位的密封和整台泵的平整与同心，泵更换零件后在使用前要先试运行，检查各部位是否正常。

九、其它

封孔泵泵在使用过程中，必须注意以下事项： a 封孔泵电机必须接地；

b 根据电机功率大小和使用条件正确选用电缆、铜铝接头；电缆直径要与密封圈孔径相符，确保

密封圈与电缆间和密封圈与连通节盒口无间隙。

C 拆装出线盒接线时，应注意保护隔爆面，装配时在隔爆面上涂置换型防锈油。__

第四篇：矿用液压支架油缸结构的改进方法研究

矿用液压支架油缸结构的改进方法研究

【摘 要】近年来随我国煤炭事业的飞速发展，都需要先进的机电设备作为强有力的后盾。在一井一面综采设备上，支架性能及适应性以及地质构造的诸多因素，直接影响煤炭的产量。我国的综采工作面绝大部分分布在缓倾斜中稳及中稳以上顶板的中厚煤层，而其它条件下的煤层，现有的液压支架适应性差，使用效果不理想，本文对液压缸存在的一些结构不合理和拆卸比较困难的状况进行改进，以提高液压缸的内在质量，减小损坏率，降低维修费用。

【关键词】液压油缸；防尘压盖；导向套

1.液压支架的类型结构

液压支架有许多类型。按围岩的相互作用和维护回采空间的方式，可分为支撑式、掩护式和支撑掩护式三类；按移架方式可分为整体自移式和迈步前移式两类；按使用地点不同可分为中间架、过渡架和端头架三类；工作面支架按煤层厚度和开采方法不同可分为铺联网支架和放顶煤液压支架。

支撑掩护式液压支架是在支撑式液压支架的基础上，吸取掩护式液压支架的特点而设计的。液压支架的前梁和顶梁是箱体焊接结构，支撑着工作面顶板，起着防止漏矸冒顶的作用。前梁千斤顶控制着前梁向上和向下摆动，可以较好适应顶板的起伏不平，改善其接顶性能。四根立柱（双作用单伸缩油缸）支撑在顶梁与底座之间，立柱与顶梁、底座接触处为球面铰，可以改善立柱受力。为了适当增大支架的支撑高度，扩大适用范围，根据需要可在立柱上端加接机械加长杆。

掩护梁是由钢板焊接而成的箱型结构，下端通过前、后连杆与底座铰接成四连杆机构，起着稳定支架重心和防止采空区岩石涌入工作面的作用，既能保证支架前梁顶端与煤壁的间距基本恒定，又承担了支架在工作过程中的水平分力，以保证支架的工作稳定性；底座是钢板焊接的箱型结构，它与底板直接接触，将立柱传来的顶板压力传递给底板。底座的后部与前后连杆铰接，前端焊接有安装推移千斤顶的联结耳，推移千斤顶的另一端与工作面运输机连接，通过推移千斤顶的伸缩，实现推溜和移架功能。

2.缸底焊缝的改进

对于推移千斤顶，有一种损坏形式就是缸底焊缝开裂。因为这种推移千斤顶的安装方式一般是中间耳轴连接，其缸体和缸底的焊缝不仅承受液体均匀的周向力，还要承受轴向力，所以这种连接方式比其他固定端在缸底的千斤顶对焊缝的要求更高。原因之一：在以往的设计中，往往缸底厚度设计的比缸筒壁厚大很多，以为这样更安全。其实，在焊接时因壁厚差大造成传热和散热不均，致使缸底和缸筒不能很好的融合，并产生很高的应力集中，因此在使用中出现掉底的现象。原因之二：采用V型焊缝。因V型焊缝在焊接时因底部狭小，难以使焊口底部的金属很好的融合。

建议推移缸底的焊缝改为U形坡口，减小缸底上和缸筒焊接部分的壁厚，也可有一个较平缓的过渡，让缸底焊接的部分厚度和缸筒相近，并使焊缝稍离开缸底底部较厚的部分一段距离，让缸底焊接的部分也打上U形坡口，使缸底和缸筒在焊接时传热和散热均匀，都能与焊缝金属很好地融合，并且减少了截面的突变量，使应力集中减小，从而能提高焊缝的质量。对于其他立柱和千斤顶的缸底和缸筒的焊接及中缸缸筒和中缸缸底的焊接也存在类似的结构，在设计中也应注意尽量避免。

3.防尘压盖的改进

对于具有三半环或四半环连接形式的各种型号的立柱和千斤顶，在使用过程中表现出良好的使用性能，其抵抗侧向力的能力远大于螺纹式联接，其损坏的比例也远小于螺纹式联接的液压缸，但是在拆卸方面却不如螺纹式。螺纹式可用专用的拆装机，拆装省时省力，而半环式就比较费力，尤其是在拆的过程中，因为防尘压盖A面和缸体配合间隙较小，它的范围一般为0.056―0.347 mm，在使用一段时间后，压盖和缸体之间会存在煤尘和锈蚀，并且用于拆卸的螺纹孔一般都会损坏或锈蚀，就算螺纹是完好的，由于压盖和缸体拆卸时需要的力较大（因压盖上还需要装防尘圈，给螺纹剩下的空间有限，一般螺孔都是M5的，只有千斤顶的活塞杆和缸体内壁之间空间大可以布置稍大的螺纹孔）也很难拆下。建议适当扩大压盖和缸体内壁之间的配合间隙，让压盖外径和缸体内壁配合间隙在0.3―0.5mm为宜，这样当活柱（活塞杆）承受侧向力或弯矩时，由于防尘压盖和缸体之间的间隙小于导向套和外缸的配合间隙，则侧向力或弯矩由导向套传给外缸，而不会加在压盖上然后传递给外缸缸口薄弱的部位。

在液压缸的维修中，对于半环式的，拆防尘压盖时，一般用的拆卸方法是用螺栓焊在压盖上然后在螺栓上施力，或是用工装把螺栓卡在活柱或活塞杆上利用液压力的作用带出来，之后把螺栓割掉，把压盖磨平，这种拆卸方式很浪费人力和物力，而且在焊接的过程中很容易损坏活柱（活塞杆）、外缸体和压盖。对于现有的液压缸，那些活塞杆和缸体内壁空间大的可进行如下改造，将压盖的2个螺纹孔加大至M10―M16，并加工成通孔，使通孔对准在导向套上，平时用尼龙堵堵上，拆卸时拧掉呢绒堵，拧上螺栓，螺栓顶在导向套上后，交替拧2个螺栓，用螺栓螺纹的力量把压盖带出来。对于液压支架的立柱，活柱和缸体内壁之间的空间小，布置不下较大的螺纹，把原压盖加长，缩短缸体半环槽到缸口的距离C（原设计C这段距离足够大，适当缩短这段距离不会影响缸体的强度，并且会减小拔防尘压盖的力），让压盖伸出缸口一段距离，压盖的环形槽留出取弹簧卡的空间，这样就留在缸口外部一个环形槽B，可以在环形槽上施力，或是做一个简单的工装卡在活柱上利用液压力带出压盖。为了取弹簧卡容易些，用窄弹簧卡比较好。半环处为了防尘，也可在压盖和三半环之间压一个O形圈。这种压盖虽然加工比原结构复杂些，伸出外缸约30 mm，外观上稍差，但在拆卸时施力简单方便，且不会损伤其他零部件，可大大提高立柱的拆卸工艺性。

对千斤顶也可做类似的改造，拆卸时可直接用尖锥等工具在环形槽上施力。立柱和千斤顶改造后可大量节省拆卸时间，并节省大量人力和物力。

4.半环的改进

三半环或四半环式的液压缸，有时使用后由于导向套对半环压得比较紧，或是半环有些许变形时比较难取，有的千斤顶半环较小，上面的拆卸孔直径一般仅有3 mm或更小，用挑针有时比较难取，假如在半环的头部做一个65°左右的斜面，拆卸时用扁铲或尖锥等工具很容易就可以从斜面处把半环剔出来，相对来说更容易取出。假如说改造后安装时不如以前用挑针方便可以保留小孔。

5.锁紧螺母式连接的活塞杆的改进

在液压支架的维设计中，大部分千斤顶的活塞和活塞杆的连接为螺纹联接，一般用2个粗牙的对顶螺母防松，防松效果很差，一些螺纹在变载荷和液压冲击下防松失效，联接松动，导致螺纹损坏，有的活塞从活塞杆上脱落并且把对顶螺母压碎，有的螺纹损坏后活塞很难拆下，这些拆不下活塞的，由于活塞杆前端较大，导向套在活塞杆上无法拆掉，只能按报废处理。建议该处联接设计为细牙螺纹，并在连接处加一个防转顶丝。即提高了防松效果还提高了联结强度和耐冲击性。

【参考文献】

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第五篇：交流电动机调速系统软件设计-本科论文(精)

XXX大学本科毕业设计(论文电机交流调速软件设计 学生姓名: 学生学号: 院(系: 年级专业: 指导教师:教授 助理指导教师:副教授 二〇一一年六月

Xxx大学本科毕业设计(论文摘要 摘要

本文主要介绍基于意法公司STM32处理器的三相交流异步电动机调速系统的软件设计。详细阐述异步电动机矢量控制系统和电压空间矢量PWM(SVPWM调制技术原理及软件实现。使用IAR公司的EWARM开发环境进行C语言程序开发,同时嵌入μcos-ii实时操作系统,以提高系统的实时性。然后通过MATLAB/Simulink 软件进行仿真验证。实验及仿真结果表明,所设计的三相交流异步电动机调速系统具有转矩脉动小,输出电流波形好,系统响应速度快等优点。

关键词三相异步电动机,矢量控制,SVPWM,STM32,μcos-ii实时操作系统,MATLAB仿真

本科毕业设计(论文 ABSTRACT 目录 绪论 矢量控制的基本原理 电压空间矢量PWM(SVPWM的基本原理 4 STM32简介 μcos-ii实时操作系统简介 基于STM32的μcos-ii实时操作系统移植 7 MATLAB/Simulink仿真软件简介 8 调速系统软件实现 9 调速系统仿真模型及仿真 1 绪论

当前,三相交流异步电动机已广泛应用于现代工业及相关领域,其调速系统显然成为应用的关键,而调速系统的实现有很多种方式。20世纪70年代德国学者Blaschke等人提出了矢量控制方法。这种控制方法就是采用矢量变换使交流异步电机定子电流励磁分量和转矩分量之间实现解耦,交流异步电动机的磁通和转矩分别进行独立控制,从而使交流异步电动机变频调速系统具有了直流调速系统的优点。因此,近几年来得到相当广泛的应用。

矢量控制采用脉宽调制(PWM技术控制输出电压,PWM技术主要有正弦PWM(SPWM、消除指定次数谐波的PWM(SHEPWM、电流滞环跟踪PWM(CHBPWM、电压空间矢量PWM(SVPWM等控制技术。其中经典的SPWM控制主要着眼于使变压变频器的输出电压尽量接近正弦波,并未顾及输出电流的波形。而电流滞环跟踪控制则直接控制输出电流,使之在正弦波附近变化,这就比只要求正弦电压前进了一步。然而交流电动机需要输入三相正弦电流的最终目标是在电

动机空间形成圆形旋转磁场,从而产生恒定的电磁转矩,这正是电压空间矢量PWM(SVPWM控制技术的控制目标。如此,SVPWM控制技术具有系统逆变器直流端母线电压利用率高、开关损耗小、电动机转矩波动小等优越性能,应用更为广泛。

本文详细阐述异步电动机矢量控制系统和电压空间矢量PWM(SVPWM调制技术原理及基于意法公司STM32处理器的软件实现,同时嵌入μcos-ii实时操作系统,以提高系统的实时性,然后通过MATLAB/Simulink软件进行仿真验证。实验及仿真结果表明,该设计的三相交流异步电动机调速系统具有转矩脉动小,输出电流波形好,系统响应速度快等优点。矢量控制的基本原理 2.1矢量控制的基本思路

通过坐标变换,使异步电动机等效成直流电动机,模仿直流电动机的控制策略,得到直流电动机的控制量,然后经过相应的坐标反变换,就能够控制异步电动机。即通过坐标变换实现的控制系统就叫作矢量控制系统(VC 系统。基结构框图如图2-1。

2.2坐标变换 2.2.1坐标变换引出

由于异步电动机的动态数学模型复杂,即是一个多变量(多输入输出,并且电压(电流、磁通、转速、频率之间相互影响的高阶、强耦合、非线性系统,因此,要分析和求解这样的数学模型所列的方程显然是十分困难的。在实际应用中必须设法予以简化,而简化的基本方法就是坐标变换。

2.2.2坐标变换的基本思路

坐标变换的基本思路是能把异步电动机的物理模型等效的变换为类似直流电动机的模式,所依据的原则是:在不同的坐标下所产生的磁动势完全一样。

首先看看直流电动机的物理模型,如图2-1中所示。图中F 为励磁绕组,A 为电枢绕组,其中F 在定子上,A 在转子上。这里把F 的轴线称作d 轴,主磁通Ф的方向就是沿着d 轴的方向;A 的轴线则称为q 轴,由于换向器电刷的作用,电刷两侧每条支路中导线的电流方向总是相同的,因此,电枢磁动势的轴线始终被电刷限定在q 轴位置上,其效果好象一个在q 轴上静止的绕组一样,即电枢绕组。由此可描述直流电动机的物理模型是建立在两个相互垂直的坐标系上的,其中d 轴励磁绕组A 的励磁电流a i 决定主磁通Ф,而q 轴电枢绕组F 的电枢电流f i 在主磁通Ф下产生电磁转矩,与主磁通Ф无关。

在交流电动机三相对称的静止绕组A、B、C 中,通以三相平衡的正弦电流A i ,B i ,C i 时,所产生的合成磁动势是旋转磁动势F ,它在空间呈正弦分布,以同步转速 1 顺着 A-B-C 的相序旋转。其物理模型如图2-2(a 所示。

依据坐标变换的原则,要建立与直流电动机的物理模型等效的物理模型,可由下面的方法进行坐标变换:一是将三相静止坐标系转换为两相静止坐标系(3/2变换,二是将两相静止坐标系转换为两相旋转坐标系(3s/2r 变换,如图2-2。如

此得到与直流电动机的物理模型的等效的坐标系。2.2.3坐标变换之三相二相变换(2s/2r 变换

2s/2r 变换即二相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换,α、β轴为静止的, d,q 轴是以转速 1ω旋转的,α轴与d 轴的夹角为ϕ,根据文献[8]知,(式2-4 ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=⎥⎦⎤⎢⎣⎡C B A β232302121132αi i i i i

⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=2323021211322/3C ⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦ ⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=2321232110322/3C ⎥⎦ ⎤⎢⎣⎡=⎥⎦

⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡q d s 2/r 2q d βαcos sin sin cos i i C i i i i ϕϕϕϕ 则两相旋转坐标系到二相静止坐标系的变换的变换阵为,(式2-5 由(式2-4两边左乘以变换阵的逆矩阵,可得(式2-6 则二相静止坐标系到两相旋转坐标系变换的变换阵为,(式2-7 2.3异步电动机在两相同步旋转坐标上的数学模型 2.3.1磁链方程

在dq 坐标系的磁链方程为,(式2-8 其中, —— dq 坐标系定子与转子同轴等效绕组间的互感;

—— dq 坐标系定子等效两相绕组的自感;——dq 坐标系转子等效两相绕组的自感;sd ψ、sq ψ、rd ψ、rq ψ分别表示d、q 轴上定子磁链,d、q 轴上转子磁 链;⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=ϕϕϕϕcos sin sin cos s 2/r 2C ⎥⎦

⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡βαq d cos sin sin cos i i i i ϕϕϕϕ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=ϕϕϕϕcos sin sin cos r 2/s 2C ⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡rq rd sq sd r m r m m s m s rq rd sq sd 00000000i i i i L L L L L L L L ψψψψr m r l L L L +=ms m 23L L =s m s l L L L += sd i、sq i、rd i、rq i 分别表示d、q 轴方向定子绕组电流,d、q 轴方向转子绕组电流;2.3.2电压方程

在dq 坐标系的电压方程为,(式2-9 其中, s R 为转子内电阻,r R 为定子内电阻;1ω为同步角转速,其等于定子频率;s ω为转差,ωωω-=1s ,ω为转子转速;sd u、sq u、rd u、rq u 分别表示d、q 轴方向定子绕组电压,d、q 轴方向转子绕组电压。

2.3.3转矩与运动方程 在dq 坐标系的电转矩方程为，(式2-10 运动方程为,(式2-11 2.3.4异步电动机在两相同步旋转坐标上的状态方程 由于鼠笼型转子内部是短路的,故有 rd u = rq u = 0 ,由代数变换可知,其状 态方程,即s r i--ψω状态方程, ⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+-+-+--+=⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡rq rd sq sd r r r s m m s r s r r m 1m m m 1s s s 1m 1m s 1s s rq rd sq sd i i i i p L R L p L L L p L R L p L p L L p L R L L p L L p L R u u u u ωωωωωωωω(rq sd rd sq m p e i i i i L n T-=t n J T T d d p L e ω+=(式2-12(式2-13(式2-14(式2-15(式2-16 其中, ——电机漏磁系数;——转子电磁时间常数。2.4按转子磁链定向的矢量控制 2.4.1按转子定向的旋转坐标系

现令d 轴沿着转子总磁链矢量方向,并称之为M 轴,而q 轴再逆时针转90°,即垂直于转子总磁链矢量,称之为T 轴。即有

r rm rd ψψψ==, 0==rt rq ψψ(式2-17 2.4.2按转子定向的旋转坐标系的状态方程 转矩方程为(式2-18 L p rq sd rd sq r m 2p(d d T J n i i JL L n t--=ψψωsd

r m rq 1rd r rd(1d d i T L T t +-+-=ψωωψψsq r m rd 1rq r rq(1d d i T L T t +---=ψωωψψs sd sq 1sd 2r s 2m r 2r s rq r s m rd r r s m sd d d L u i i L L L R L R L L L T L L L t i σωσωψσψσ+++-+=s sq sd 1sq 2r s 2m r 2r s rd r s m rd r r s m sq d d L u i i L L L R L R L L L T L L L t i σωσωψσψσ+-+--=r r r R L T =r s 2m 1L L L-=σr st r m p e ψi L L n T = 转差方程为(式2-19 d、q 解耦方程(式2-19 2.4.3按转子磁链模型(计算 ϕ 按转子磁链模型如下图图2-3, 2.4.4按转子磁链定向的矢量控制 矢量控制的结构框图如下图2-4，r r st m s 1ψωωωT i L ==-sm r m r 1i p T L +=ψ 电压空间矢量PWM(SVPWM的基本原理 4 STM32简介

4.1基于CORTEX-M3内核的STM32 CORTEX-M3是ARM公司最新推出的基于ARM v7体系架构的处理器核,具有高性能、低成本、低功耗的特点,专门为嵌入式应用领域设计。ARM v7架构采用了Thumb.2技术。保持了对现存ARM解决方案完整的代码兼容性,比单纯 ARM代码少使用3l%的内存,减少了系统开销,同时能够比Thumb技术高出38%的性能。在中断处理方面,CORTEX-M3集成了嵌套向量中断控制器 NVIC。NVIC可以配置 1~ 240 个带有256个优先级、8级抢占优先权的物理中断。同时,抢占(Pre-eruption、尾

链(Tail-chaining、迟到技术(Late-arriving的使用,大大缩短了异常事件的响应事件。CORTEX-M3异常处理过程中由硬件自动保存和恢复处理器状态,进一步缩短了中断响应时间,降低了软件设计的复杂性。

STM32是意法公司基于CORTEX-M3内核的一款高性能单片机,在具有与其它单片机相同功能的同时,在电机控制方面尤为突出,可产生高精度的可控6路PWM 波,其可设置死区时间与故障输出保护,并且设有正交编码器速度反馈接口,实现高精度速度检测。并且意法公司针对交流感应电动机还专门设计了应用程序库,方便使用者二次开发。ARM是目前嵌入式领域应用最广泛的 R I S C微处理器结构,它以低成本、低功耗、高性能等优点占据了嵌入式系统应用领域的领先地位。

C o r t e x-M3内核是 A R M新型 V 7架构系列的微控制器版本,广泛应用于企业、汽车系统、家庭网络和无线技术领域,特别在电机数字控制领域的性能尤为突出。

4.2STM32的高级定时器 4.2.1高级定时器的结构图 参考文献[11],其结构如下图4-1, 4.2.2高精度PWM产生

时钟可为APB总线频率的2倍,最大72MHz,可提供13.8ns 定时精度。有边沿或中心对称模式,方便PWM波的结构调整。在更新率倍频模式,中心对称模式下无精度损失,每个PWM周期可产生两次中断或DMA连续传输。

4.2.2高精度PWM管理

可编程的死区产生是其最大的特点,由8位寄存器控制死区时间,在时钟为

72MHz时13.8ns 最大精度(从0 到14µs, 非线性。有专门的故障停机输入控制,由关闭6路PWM输出且发出中断请求来实现,且异步操作(无须时钟同步,更适合实时控制。

4.3STM32的速度检测

STM32可直接与增量式正交编码器相连而无需外部逻辑电路,其中正交编码器的第三个输出口,可连至外部中断口来触发定时器的计数器复位。当自动重载寄存器的值配置为正交编码器每转产生的计数脉冲时,则计数器的值直接为转子的角度/位置,非常方便速度检测。

4.4STM32的ADC ADC转换速度可达1MHZ,精度为达12位,采样时间可编程(1.5-239.5个时钟周期,最小采样时间达107ns,满足高性能异步电动机调速的采样频率要求。有多通道基于定时器的扫描采样功能,且每个ADC通道可被来自定时器的6个事件触发,或由外部事件和软件触发,由此可将ADC与定时器并联控制,得到更好的调速性能。μcos-ii实时操作系统简介

µC/OS-II是著名的源代码公开的实时内核,是一个完整的,易移植、易固化、易裁剪的占先式实时多任务内核。µC/OS-II是用ANSI C编写的,包含一小部分与微处理器类型相关的汇编语言代码,使之可供不同架构的微处理器使用。虽然µC/OS-II是在PC机上开发和测试的,但µC/OS-II的实际对象是嵌入式系统,并且很容易移植到不同架构的微处理器上。至今,从8位到64位,µC/OS-II已在超过40中不同架构的微处理器上运行。基于STM32的μcos-ii实时操作系统移植 7 MATLAB/Simulink仿真软件简介 8 调速系统软件实现

8.1调速系统软件的结构图 调速系统软件的结构图如图8-1，磁场定向控制(FOC 软件的流程图如图8-2, 8.2 9 调速系统仿真模型及仿真 电流采样

(A i ,B i ,C i =得到相电流(αi ,βi = Clarke(A i ,B i ,C i(d i ,q i = Park(αi ,βi *d V = PID 调节(d i ,*d i *q V = PID 调节(q i ,*d i(q V ,d V = 饱和处理(*q V ,*d V(αV ,βV = 反Park(q V ,d V SVPWM(αV ,βV

结 束 结论

参考文献

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电出版社,2010,08.[15] 马小亮.大功率交--交变频调速及矢量控制技术(第3版.北京:机械工业出版社,2004, 07.[16] Schildt, Herbert.c: The complete Reference(c 4/E.McGraw-Hill/Osborne Media ,2000,4.[17] Jean J.Labrosse.Embedded Software.Newnes ,2007,9.65 攀枝花学院本科毕业设计（论文）(空 1 行 附录 A：XX 公式的推导 附录 A：XX 公式的推导(空 1 行(空 1 行 黑体三号居中 XX 公式的推导过程是：（宋体五号，距行固定值 20 磅，英文用 Times New Roman 五号）65 攀枝花学院本科毕业设计（论文）(空 1 行 致谢 致 谢(空 1 行 黑体三号居中 XXX…（宋体小四号，距行固定值 20 磅）67