时间:2023-01-19 22:34:52
引言:寻求写作上的突破?我们特意为您精选了4篇合金是不是混合物范文,希望这些范文能够成为您写作时的参考,帮助您的文章更加丰富和深入。
一、五相混合式步进电机的控制原理
混合式步进电机只有在转子磁钢和定子磁势相互作用下,才能产生电磁转矩,步进电机才能运行。给一个特定逻辑脉冲,步进电机便运行一步,通电状态每循环一次,转子转过一个齿距,改变轮流通电的顺序可以改变步进电机的转向。对步进电机加一个连续不断的控制脉冲,它可以连续不断的转动,转子的平均速度正比于控制脉冲的频率。因此,对步进电机的控制实质上是对步进电机驱动电路的控制信号的控制,所以可从以下两方面对步进电机控制:
(一)转速控制
步进电机运行速度与输入控制脉冲的频率成正比。两个脉冲的间隔越短,步进电机就转得越快。调整控制器发出的脉冲频率,就可以对步进电机进行调速。在一般情况下,步进电机在运行过程中都需有一个加速-恒速-减速-停止的过程,本文重点讨论步进电机的升降速控制。
(二)转向控制
本文所研究的五相混合式步进电机驱动电路采用五相星接半桥驱动,功放桥有十个输入端A,B,C,D,E和A,B,C,D,E分别表示上,下桥臂功率管的输入。当上桥臂的五个控制端中任意加控制脉冲使功率管导通时,相应的绕组便正向导通;下桥臂控制端加控制脉冲使功率管导通时,相应的绕组便反向导通。
步进电机的转向与输入给各相绕组脉冲的先后次序有关,考虑工程上要求获得最大的合成转矩,其五相十拍的各相通电顺序为ABCDE-BCDEA-CDEAB-DEABC-EABCD-ABCDE-BCDEA-CDEAB-DEABC-EABCD(其中A,B,C,D,E表示绕组通以正向电流,A,B,C,D,E则表示绕组中通以反向电流)。如果按给定工作方式正序换相通电,则步进电机正转;如果按反序换相通电,则电机就反转。
二、五相混合式步进电机的FPGA控制的实现
由FPGA控制实现的步进电机控制系统如图1所示。
如图1所示,控制系统的核心部件是FPGA,它由两大功能模块组成:
⑴转速控制模块。它在不同速度控制信号作用下,可将经分频器分频后的系统时钟改变为不同的PWM信号,将该信号作为转速控制模块的变频时钟,达到改变步进电机速度的目的。
⑵方向控制模块。在每个变频时钟周期内,脉冲分配器在不同的方向控制信号下产生不同方向的步进时序脉冲,从而控制步进电机的正转或反转。
(一)步进电机的升降速控制的实现及仿真
步进电机启动时,若直接将速度升到要求的运行速度,启动频率可能超过极限启动频率,造成电机失步或堵转。同样,如果电机到达终点时突然停下来,由于惯性,电机会发生过冲,影响位置控制精度。因此步进电机在启动时必须有加速过程;在停止时必须有减速过程。步进电机的速度控制是通过改变输入脉冲的频率来实现的。从而可驱动步进电机平滑启动和停止,以防止失步和过冲现象。
本文工程设计要求:设计一控制电路,使五相混合式步进电机加速阶段运行50步(n=50),50步后电机频率达到系统时钟频率,而后恒速运行400步(n=400),然后开始平滑减速50步(n=50)后停转,模型如下图2。其中fh为电机稳态运行时的系统频率;f0为电机启动频率。电机正是从启动频率开始平滑运行50步后达到系统频率,减速反之。
(1)步进电机的速度控制电路。由上述原理,步进电机的速度控制硬件原理如图3所示。
图3中 ,DVF为数控分频器,根据预置数据的不同,对输入时钟有不同的分频比。在设计中,利用FPGA的ROM存放不同分频比所需的预置数据,这样可以根据不同的分频要求灵活地改变存储数据的数量以及大小。
由于步进电机的减速过程是加速过程的逆过程,所以设计了一个可逆计数器作为预置数存储ROM的地址计数器,计数器的u_d端为高电平时,计数器进行加计数,对应步进电机升速过程,u_d端为低电平时,计数器进行减计数,电机进行降速过程。由于匀速过程介于升降速过程之间,当升速过程结束时,由单片机发出信号来控制en使能端,使可逆计数器处于保持状态,确保减速过程的正常运行。同时,步进电机进入匀速工作状态,变速、匀速过程的交替由MUX21选择器来实现,当S为高电平时,电机匀速转动,当S为低电平时,电机处于升速或降速过程。而计数器COUNT4是用来对DVF输出的PWM波形进行计数,每输出一个PWM波形,电机就走一步,计数器就计数一次,step就累加一次,进而达到对步进电机步数计数的要求。
(2)实验仿真。速度控制模块的仿真波形图如图4。
从图4可以看出,当s为高电平时,电机处于变速过程,此时u_d为高电平,电机处于均匀加速过程,当电机运行50步后,s为低电平,电机处于匀速运行状态,此时电机频率与系统时钟频率一致,电机匀速运行400步后,s再次为高电平,电机又处于变速过程,此时u_d为低电平,电机处于减速过程,减速运行50步后,电机停转。
(二)步进电机的转向控制的实现及仿真
猜想:金属越活泼越容易与潮湿的空气中氧气和水反应。
设计实验:应用控制变量法,取相同的铝片、铁片和铜片分别放入相同体积相同温度的水中,敞口放置。一段时间后发现铁锈蚀较严重,铜片有少量锈蚀而铝片没有锈蚀。
反思:铁片和铜片与氧气和水的反应实验现象符合猜想,但是铝片与氧气和水反应实验现象不符合。
查阅资料:铁与氧气和水反应生成了疏松的铁锈。铁锈不除去可以吸收空气中氧气和水蒸气,加快了铁的锈蚀。铝在常温下就可以与空气中氧气反应,生成了致密的氧化膜对铝起到了保护作用。
提出问题:铝片表面的氧化膜能起到保护作用?
设计实验:分别将一片打磨过的铝片和没打磨过的铝片加入相同浓度、相同体积的稀盐酸中,观察。
实验现象:打磨过的铝片与稀盐酸反应更剧烈,有较多的气体产生,没打磨的铝片与稀盐酸反应表面气体很少。
结论:铝片表面的氧化膜对铝起到了保护作用。
探究活动二:一些不法商贩常用黄铜冒充黄金,欺骗消费者。王奶奶买了一根“金条”,你有哪些方法帮助王奶奶鉴别金条的真假?
设计实验:黄铜金黄色,是铜、锌合金,具有合金的性质。黄金是纯金属,与黄铜在硬度、化学性质等方面差别较大。鉴别物质要利用物质性质的差异,但是不是所有的性质差异都可以用来鉴别物质的,只有操作简单、易行,现象明显易观察,才可以用来鉴别。
方法一:根据合金与纯金属的硬度不同鉴别,纯金属质软,合金较硬。例如用牙齿咬的方法鉴别。实验方法取黄铜合金与样品相互刻划,有明显划痕的是黄金,没有明显划痕的是黄铜。
方法二:根据金的化学性质不活泼,即使加热也不容易与空气中的氧气反应。而锌、铜的化学性质较活泼来鉴别。例如有“真金不怕火炼”的说法。实验方法取样品在火焰上加热,变黑的是黄铜,不变的是黄金。
方法三:根据金属与酸溶液能否反应及反应飞剧烈程度不同。黄铜中的锌常温下可以与稀盐酸或稀硫酸反应产生氢气,而金不能与稀硫酸或稀盐酸反应。实验方法将向样品滴加稀盐酸或稀硫酸,有气产生体的是黄铜,没有气体产生的是黄金。
方法四:根据金属可以与一些金属化合物溶液反应,例如铁可以与硫酸铜溶液反应。锌的活动性比
铁强,因此锌可以与硫酸铜溶液反应,而金的活动性不如铜所以金不能与硫酸铜溶液反应。操作方法将样品滴加硫酸铜溶液,如变为红色,则说明与硫酸铜溶液反应为黄铜。如不变色则为黄金。
随着人类对金属材料的需求急速增加,金属资源的保护和合理利用显得尤为重要。二十世纪以来金属废弃物急剧增加,不但造成资源浪费,还造成了环境污染,我们需要节约、回收金属资源。金属的回收利用能变废为宝,不仅达到节约资源和充分利用资源的目的而且还能起到保护环境的作用。通过学习我们发现金属的性质还与金属的使用历史、冶炼方法、回收方法等密切相关。
探究活动三:几位同学利用课余处理含有硫酸锌、硫酸铜和硫酸亚铁的废液,回收工业重要原料硫酸锌、铁和铜,请完成实验方案设计。
分析金属锌的活动性比铁、铜强,因此锌可以从硫酸亚铁、硫酸铜溶液中置换出单质铁和铜。因此设计向废液中加入过量的锌。那如何分离单质锌、铁和铜呢?铁可以利用磁铁吸引分离,锌和铜如何分离呢?金属锌可以与稀盐酸或稀硫酸反应,向锌和铜的混合物中加入足量的稀硫酸,将单质锌转化为硫酸锌,过滤分离出铜,蒸发滤液得到硫酸锌固体。
在过去的一百年中,体育材料的选择恰好与运输工业一样表明一个显著的进化.从自然生成的材料,如木材、绳子、肠线及橡胶,我们逐渐发展到使用高科技金属、聚合提及陶瓷、化合混成材料,本文中,我首先举列说明体育器材是如何设计的。随后我们更仔细地来看这些材料是如何影响各种绝对可量化的记录。
一、体育器材设计
体育器材的最佳设计涉及到许多学科的知识,它不仅是为了提高成绩,从避免伤害的角度来看,它也为了使器材本身更易于舒适地被使用。很明显,这种设计紧紧围绕着材料科学,机械设计学和力学原理;它还需要有解剖学、生理学及生命物理学的知识。生命物理学可以简单地定义为关于人的身体是如何应对内外作用力的学科。因此,这是一种把力学及机械原理应用到受负荷的身体中的关节,韧带及组织上尝试。在设计体育器材时,材料本身众多的特征应当被考虑进去,例如强度、延展性、密度、抗疲劳度、韧度、减震性及费用等。
为了满足体育器材的要求,材料的选择往往采取数种材料混合的方式——金属、陶瓷、混合体及混合体感念材料。通过采用富有创意的设计,并充分注意符合生命物理学的要求,他们被制造各种需要的器材。通过对比各自独特的属性,(例如,考虑到径赛用材料的密度),可以对各种不同材料的性质进行充分的评估。因此,如果我们需要一种材料拥有最可能高的硬度而最可能轻的重量,我们会选择那些特有高硬度的材料。由于密度比其他坚硬物体少,涡状感念材料则在此方面胜出其他单一性材料。在现行的复杂体育器材设计中,往往需要设定一个明确的设计标准以便选出最佳化的材料。
二、先进材料对体育运动的影响
(一)赛跑
在赛跑活动中,尤其是运动鞋很好地展示在此方面巨大的进步。毕竟在争论下的进步在舒适性避免伤害上大大超过了对绝对成绩的提高。1896第一届奥运会上当斯皮雷登·路易斯赢得马拉松(当时的距离实际比现在稍短些)以2小时59分突破了3小时的时候,全体希腊人为之庆祝。大约100年后,奥林匹克的该项记录为2小时12分36秒,提高了大约30%,这个提高中的大多数应归功于人类竞争能力的提高。如果我们将注意力转向残奥会,则完全是另外一个不同的情形。当1896年时对需借助假肢的人们不存在奥运会,下肢人移动尚有困难,因而从未设想参与田径竞争,而且还可以比使用自己四肢的我们中的大多数人创造更好的成绩。
(二)撑杆跳
1896年奥运会上,用竹竿跳出了十 英尺六英寸的高度,到了20世纪60年代,经过60年的慢慢增长,当铝制撑竺开始被采用时,记录开始大幅度被大破。今天,世界级的撑杆跳选用使用一个高精度的混合物撑竿,1996年达到了19英尺·5英尺的高度
(三)自行车
自行车是一个高度有效的运输工具,其能量消耗低于一个正常步行者,并大大低于那些机动车辆。中国人意识到这一点,也就每年制造生产1000多万辆。他又有大约近200年的历史,始寸;1817年的行走器,1885年Staslegshe设计出了首辆现代的安全自行车。
今天,先进的材料与空气力学上的考虑一起大大地改进了自行车。1989年,葛赛格·雷蒙斯赢得了环法自行车赛,这一成功得益于其把手的按式延伸部分及一个垫充管,他们增加了这一在空气动力学上叫流线型状的把手减少了空气的阻力。许多方面的进步已经大大促进了当前自行车的高效发展,他们包括在辐式车轮,链式概念气胎及附件(例如车座,杠杆式刹车,脚踏板)上的系列发展。不过两个主要的进步则体现在车架及车轮上。
除了强化碳钎维混合材料的骨架,现在也开始生产混合骨架,另外也开始生产混合骨架。例如强化碳钎维混合物与钛一起使用。
随着山地车不断地增加的稳固性,由强化玻璃钎维尼龙做的车轮及圆盘车轮已开始生产。对于圆盘车轮,适用铝合金或强化碳钎维混合材料制造的圆盘代替了传统车轮上的辐条。为了稳固性及良好的侧风空气动力性能,也发展了三辐或五辐式的车轮。
由先进材料给自行车运动带来的进步可以从奥运会自行车追逐赛纪录的提高得到评量。1964年Dales用了5分5秒赢了400米追逐赛,1992年博斯德曼在同样的比赛中用了3分22秒。
(四)网球
它是一项不可用绝对意义上的成绩来衡量的运动。但是谁都证明博比·雷格斯用他1939年时代的木质球拍,没有机会与备有扩大了击球区的超大号的混合材料球拍的安德列·阿加西米来争高低呢?
一直到25年前,网球球拍还一直用木质制作,而木岑木、枫木与加蓬榄木则为其中的上等材料。在20世纪60年代末,开始引用通常用钢或铝制的金属框架。而如今,无论从效率上(提高球速)还是从减缓威胁性的振动(可导致手肘炎)上来看,混合材料的球拍都极为盛行。
球员在回击——一个时速为160Kin的网球时,所受到的冲击力大致等于突然挺举起大约75公斤的重的物体。这些力量会传达给位于肘部外侧的侧耾上骨架一个很高的负荷,它会导致骨肉中的毛细血管及肘关节部位的韧带损伤,一个改良的球拍同样也可以其主要的帮助作用。现代网球拍设计的目标是增大“甜点”(球拍中央部位)这样与球撞击时,仅产生很小的振颤,对球手产生很小甚至一点都没有冲击力。这依靠骨架的硬度,拍柄及拍头的大上及形状。国际网联已经强行规定了球拍的最大尺寸。
现在的球拍主要用单一金属,包括钢、铝、镁、钛、金属母岩混合物制成的。但是,由于强化碳钎维混合材料的高硬度,使得它在传递给球更大的力量上面超过了金属材料。为了减低球撞击时产生的高效率振颤,求拍柄是由数层强化纤维包围着一个软的内核组成,而内核部分常常是注射进去的聚氨酯泡沫成巢状构造。
网球拍艺术上的一个典范是威尔逊·FFK,它由一个聚氨酯内核,84%的石墨,12%的凯维拉斯和4%的FR(一种纯的氧化铝陶瓷)纤维。石墨提供需要的强度及硬度,可以减少球拍头部的偏斜,它也帮助防止球拍头部在球撞击“甜点”的外区域时扭转凯维拉斯纤维导致增大强度及使用寿命,帮助减缓振颤。FR纤维则产生更大的硬度及对球拍产生更大的减缓振颤的作用。
(五)棒球/垒球
由于可能造成棒球过时无法适用要求(有过多的全垒打),铝制棒球棒在主要的联赛中被禁止使用。尽管棒球中存在的这样的禁止,但新的铝制棒球设计(像双堵口圆管状超轻型构造)及钛制球棒正引导垒球革命。这些球棒拥有更大的“甜点”,产生更高的速度。但是垒联也非常关注在内也手中间不断增加的受伤情况,因为他们无法面对这么高的速度去做出足够的反应。
三、对伦理道德上的一些思考
尽管刚刚讨论了一些在体育用品中使用先进材料的例子,但肯定还有更多的体育项目存在这种情况。在体育成绩可以用绝对值尺度来衡量!且器材起决定作用的体育运动中,已经产生了巨大的进步。但体育器材中先进材料的使用也提出了一些伦理道德上的问题。通过允许使用先进材料,我们可以清楚地提高行为能力,但到什么地步我们不可以接受,或者应该反对呢?有人认为,如果你拥有该方面的专利权,你(也只有你)就可以使用这种材料或设计。
这就带给我们第二个问题,由于设备的高昂价格,我们是否仅允许那些体育精英们才可以参加高水平的比赛呢?这又会引起可能是最争议的话题。我们允许一些种类的材料或设计。而禁止其他的。实际上我们可以鼓励那些将来会擅长此项目的人们。
铝制棒球撑杆、螺旋尾翼标枪、特殊涡状花的高尔夫球,更坚硬的碳纤维网球拍,以及美洲杯赛艇等等,它们都趋向更远更快,何处是它们的终点?我们能否保证是人在比赛而非是先进材料?当然了,我们不想强迫盖伊苔尼或沃尔坡泰斯特回到借助于木质盖伊苔尼或沃尔坡泰斯特。但是,关于其他呢?诸如,电子导引标枪,猎杀松鸡的热感弹头、增强型太阳能自行车,还有可以自动找到球网周围草地上最低的局部上状突起(球洞底处)的顺地型高尔夫球。
前面我们讨论盖伊苔尼或沃尔坡泰斯特使用盖伊苔尼或沃尔坡泰斯特使用的假肢。这种设备使运动员可以比常人更有效地往前冲刺(其价格由底高达7000美元),让我们来做一个类似的装置放到1996年亚特兰大100米冠军(9,84秒)奥林匹克·多诺万·贝利和200米冠军(19,32秒的世界纪录)迈克尔·约翰逊的身上会有人敢赌,贝利可以突破9秒。约翰能够跑进18秒。
面对高昂价格应如何去做?许多体育规则委员会认为一个合理的折中和解方案应该使更多的田径运动员,而非仅仅数个精英,都可以参加体育竞赛。例如,圆盘状车轮在奥林匹克自行车比赛中一开始是被禁止使用的,原因是它不被认为可以被大多数骑手有能力购买,是不是所有的独木舟都应单一船壳的设计呢?是否允许由玻璃串珠嵌于坚强的泡沫架组成的霍伊特弓箭与传统的弓箭进行对抗呢?由于几乎不吸潮,并且受热后丝毫不影响动作的完成,新型的弓可以在1440分钟拿到1350分,而30年前仅有1100分,但是这时有代价的。
让我们看两个关于先进材料的规定如何决定谁会取胜的例子。杰出的赛艇选手身高约2m,体重约95kg,相反,在独木舟中,优秀的选手则要矮15,30cm,,轻约14ks,这主要和允许的舵身大小有关;赛艇可以长度随意,意图加大力度甚至重量(更长的艇身将更多的重量分配与更大的面积上,避免划水过深,产生极度的拖拉力量)。相反,独木舟的长度则被严格限制,它则产生运动员一个最佳的有氧力度与体重的比率。
当标枪被重新设计得更轻更符合空气动力学原理时,则需要粗雕细凿以求飞行稳定准确,这方面的高手,如东德的威尔特劳姆在984年将标枪掷到了100m以外,这对观众及体育馆远处热身的运动员的安全产生极大的威胁,所以986年这种新型的设计被禁止,而世界纪录则急剧降20m.问题多又多,答案少之又少,我们又将如何去做。
参考文献:
[1]Atlant’ 96.The ofieial Commemosative Book of the centennial Olympic Garme . woodford press1996 Bjeklie”High Tech Olym-pians”Techology keview96(1993)p22
[2]Rastesling Advanced Materials for sports Equipment Chapman snd Hall 1993
最早的青铜器,由于制作工艺不成熟而体积很小,只能制成小工具或饰品,如带扣、镜子等,那时青铜器上的花纹也较少且简单。之后,由于技术的发展,工匠们逐渐能在青铜器上鎏金、镶嵌上装饰、篆刻上铭文和繁复的花纹,令青铜器种类丰富、花样繁多起来。其中,镜子值得一提,因为在水银镀层的玻璃镜发明之前,中国人用的都是青铜镜。中国古代的青铜镜不仅铸造工艺精湛,汉朝便造出了透光镜,而且“磨镜”这一工艺也体现了古代化学科技的萌芽。
简单来说,名为“玄锡”的磨镜药是一种锡汞齐和含钙、钾、硫、铝等材料的细颗粒混合物,用毡团蘸取磨镜药摩擦青铜镜面,就能使其表面银白光滑(如图6)。所以你瞧,古装电视剧里大家闺秀们用黄澄澄的大镜子可不算什么,用银亮亮的镜子才是应该的!
食具与礼器
民以食为天
在已出土的青铜文物中,有很大一部分青铜器是被古人用来盛放食物的。这些青铜器被分为了三大类:水器、酒器和食器。食器最早都是礼器,如鼎,既是贵族煮食的器具,又是祭祀上天的礼器。谈到酒器,那么尊应该是大家最为熟悉的了。它是一种很常见的青铜器,和食器相同,它除了盛酒,还可以作为祭祀用器皿。在青铜时代,国君们祭祀神明的时候,要告诉神明,谷物是否洁净,牲畜是否健康,而酒的香醇则代表德行美好。所以,青铜器既是酒器、食器,又是礼器,是不是很有民谚“民以食为天”的意味呢?
礼乐与金戈之声
钟鸣钲响
既然说到了“礼”,必然就要提到“乐”。在青铜时代的古人看来,礼乐即为一体。以编钟为例,它是一种早期宫廷御用的青铜乐器,由大小不同的扁圆钟,按照“宫、商、角、徵、羽”五音的次序排列起来,悬挂在一个巨大的钟架上,演奏者用丁字形的木锤和长形的棒分别敲打铜钟来演奏。
由发声的原理可知,敲击铜钟,钟壁振动就发出了声音。因为钟壁铸造的厚薄不同,敲击钟壁引起的振动频率也就不同,从而产生了不同的音调。古人的青铜铸造工艺极为精湛,因为出土的编钟组复原后,音准精确,乐音清远。按照乐谱敲打编钟,可以演奏出美妙的乐曲。
宫廷的乐音歌舞升平,代表礼仪和秩序;金戈铁马也离不开乐声。成语“鸣金收兵”中的“金”指的就是青铜器“钲”,它经常被口向上放置于战鼓之上,击打它发出的声音相当于现在军队中小号发出的军事指令,所以钲代表了停止战斗和休养生息。
刀 兵 铸 造
剑匕干戈
在中华文明早期,诸侯纷争,战乱不断。由青铜铸造的兵器在当时是最普遍的。最常见的文物是戈,它由一片或几片青铜刀头和竿身所组成,是适用于勾、啄的格斗兵器。戈由三部分组成,分别为内、援和胡。“内”通常表明了士兵所属的国家和诸侯的纹饰,“胡”是连接戈和竿身的接口,而“援”则是造成杀伤的刀刃。但是戈过于笨重,在作战时容易掉头,因此被逐渐淘汰,一度成为了仪仗兵器。成语“倒戈相向”就体现了戈的特点,正确的拿戈方法是“援”向着敌军,“内”朝着自己,所以“倒戈相向”就是指将戈转了180度朝向自己,投靠敌军的意思。
精 湛 工 艺
精雕细镂之源
要寻访青铜时代的足迹,对冶炼青铜的遗址的考古研究更是必不可少。河南安阳小屯、陕西长安张县马家坡等遗址,曾先后出土了陶范、炼渣、木炭、坩埚等,揭开了古代青铜铸造工艺的面纱。一般主要采用泥模法,即想做什么器物,先用泥土做个初胎,然后拍上泥土,做成外范。将铜矿石初炼后,放入坩埚或熔炉继续提炼,并加入锡,然后浇铸入泥模的外范内。这样的工艺很适合制作青铜器物,但无法铸造器形和雕镂复杂的器物,于是古人发明了失蜡法。