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导言:作为写作爱好者,不可错过为您精心挑选的10篇酒席致谢词,它们将为您的写作提供全新的视角,我们衷心期待您的阅读,并希望这些内容能为您提供灵感和参考。
起重机械可以广泛的应用到各类工程施工,尤其是大型材料的运送,起重机械的应用,可以有效的提高施工效率,推动相关工程的顺利完成。现阶段,起重机械主要采用PLC控制系统的控制方式,在提高控制水平的基础上,增加起重机械运行的效率性和安全性,规避安全隐患的发生。但是在实际的PLC控制系统应用时,会受到一些干扰的影响,不但会影响PLC控制的信息传递和控制水平,甚至可能引起安全事故的发生。为此,在分析PLC控制的同时,需要强化对抗干扰问题的分析,提高起重机械PLC控制系统的运行水平,推动相关产业的持续健康发展。
1 起重机械PLC控制系统及其电磁干扰分析
1.1 PLC在起重机械中的应用
PLC控制系统主要采用串行通信的方式,针对起重机械的运行情况进行控制,使得起重机械可以执行相关的执行的作业,提高起重机械的运行效率,规避安全隐患。其中,PLC控制系统,可以对起重机械的运动、过程和开关量进行落控制,构建良好的运动控制模块等,发挥PLC控制系统的功能性,提高起重机械的运行质量。此外,PLC控制系统可以完成数据的处理任务,并结合串行通信的方式,实现信息的传递。PLC控制系统应用到起重机械中,对其的功能性和运行稳定性具有良好推动作用。
1.2 起重机械的PLC控制系统的电磁干扰
PLC控制系统在实际的运行过程中,会受到内部因素和外部因素的影响,使得PLC控制的效率和控制的质量不能得到保障,影响控制系统的效果。其中电磁干扰是干扰的主要因素。由于干扰源的存在,会使得PLC系统中的通信部分和测量部分存在误差,也就会导致操作人员输入的相关指令不能得到有效的实施,影响PLC控制的质量和控制的效率,导致安全问题的产生。因此,在实际的起重机械应用的过程中,需要重视对PLC控制系统的抗干扰分析,科学的进行抗干扰设计,减少控制系统的干扰问题。
2 PLC控制系统的电磁干扰主要来源
2.1 空间的辐射干扰
空间辐射干扰主要来源电力系统的暂态过程和感应雷、无线电广播等的存在,会导致空间辐射干扰产生。由于辐射干扰的来源较为广泛,对PLC控制系统造成的影响较为直接,导致PLC控制系统的稳定性和可靠性受到影响。空间辐射干扰主要是对PLC内部的电路感应和通信内网络造成影响,致使PLC控制系统的功能性不能得到发挥,导致误差的产生。
2.2 起重机械系统外引线的干扰
传导干扰是现代起重机械PLC控制系统中,最为常见的干扰问题,也是最为严重的干扰问题,影响整个系统的运行安全,其中主要有电源的干扰和信号线引入的干扰等,干扰的来源不同,但同样会导致起重机械的运行质量受到影响。其中电源干扰,主要来自于电力系统的相关波动,会通过输电线路传递到起重机械的电源中,也就会导致起重机械的电源出现干扰。对于信号线引入的干扰,主要是由于PLC中需要通过各类信号传输线,而这些信号线会导致各类干扰的入侵,使得信号之间互相干扰,最终导致PLC控制的质量不能得到保障。此外,接地系统混乱的干扰同样会对PLC控制系统造成影响,当接地系统出现紊乱时,会使得系统中的电位发生变化,致使电位差的产生,也就会导致系统出现感应电流,由于耦合现象的发生,使得PLC控制系统出现死机或数据错乱的现象,制约PLC控制系统的可靠性。
2.3 PLC内部的干扰
PLC控制系统是由诸多电气元件构成的,在实际的运行过程中,各类电气元件之间会有电流通过,而这一过程中,会导致电气元件之间出现电磁辐射。由于辐射是相互的,会使得电气元件的运行质量受到影响,制约系统的持续稳定运行,导致控制不够合理的情况发生。PLC内部的干扰是普遍存在的,对PLC控制系统的干扰也是十分明显的,为此,需要经过有效的控制。
3 起重机械PLC控制系统的抗干扰措施
3.1 科学的设备选型
针对PLC控制系统中,切实存在干扰的情况,在实际的起重机械设备和系统元件的选择时,需要重视设备的抗干扰能力,使得设备本身具有良好的抗干扰效果,使得电磁干扰影响设备的运行的效果降低。此外,PLC控制系统设计时,要明确系统的抗干扰等级,并根据工作场所的干扰强度,合理的对系统进行构建,降低干扰对控制系统控制效果的影响。对于起重机械的电缆部分,需要根据不同的信号类型,选择适宜的电缆类型,并采用平行敷设的方式,避免电缆间的交叉和杂乱的情况。
3.2 严格的控制电源
电源的可靠性,对PLC控制系统具有十分明显的影响,尤其是起重机械,需要合理的对独立电源进行设置,减少电力系统中的电流对PLC控制系统造成影响。还可以选择具有良好隔离性能的电源,抑制电源的波动情况。例如:UPS电源应用到起重机械中,可以有效的提高控制系统的稳定性。
3.3 科学的对接地进行控制,规避接地混乱
针对起重机械的PLC系统的实际情况,需要重视对接地点的选择,使得接地点的选择有效合理,满足PLC控制系统的实际需求,提高系统的可靠性。通常情况下,提高系统的抗干扰的能力可以采用直接接地、浮地接地的方式,促使接地水平和接地质量的提升。并合理的对接地线之间的距离和走向进行控制,采用单独接地的方式,避免解读出现混乱的情况。
3.4 严格的对作业环境进行控制
空间辐射带来的起重机PLC电磁干扰,需要强化对起重机机械作业环境的控制。结合工程建设项目的基本情况,选择适宜的位置进行起重机械的组装,减少作业环境对起重机械PLC控制系统的干扰。需要由专业的勘察人员,提前展开相关勘察活动,获得工程现场的基本情况,对施工现场存在的干扰源进行标记,并结合干扰源的干扰范围,合理的展开起重机械的布置工作,使得起重机械可以有效的避免临近高压线、信号塔、无线电发射设备。此外,还需要严格的对周边车辆进行控制,由于车辆的启动对PLC会造成干扰,控制周边车辆的运行。减少作业环境对起重机械的PLC控制系统的影响,发挥PLC控制系统的功能性。
4 结束语
起重机械是现代工程中的重要部分,承担重物运送,提高施工的效率和施工的质量。在实际的PLC控制系统的运行中,会受到系统内部和外部的因素导致系统出现干扰问题。为此,需要分析干扰的主要来源,并制定有效的应对措施,提高起重机械PLC控制系统的抗干扰能力,实现起重机械的功能性提升,推动相关行业的持续健康发展。
参考文献
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引言
机械手是一种能够自动定位,用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作的机器。目前机械手常采用电力驱动的方式,采用伺服电机控制,通过伺服电机,将电脉冲信号转换为相应的角位移或者直线位移,达到控制机械手运动的目的[2]。机械手的核心是控制系统,为了实现高精度快速跟踪和减少不确定性因素的干扰,必须采取合适的控制策略。除了外界的扰动和系统自身的不确定性,由于机械手各个关节处存在相互耦合,使得机械手的非线性特性十分明显,难以建立数学模型。文章介绍了通过把滑模控制和自适应理论相结合的方法对双关节机械手设计一种自适应滑膜控制器,以提高伺服精度,克服抖震问题,减少干扰误差,实现机械手高精度位置跟踪控制。
1 双关节机械手动力学方程
文章选用双关节机械手进行研究,对于双关节机械手,它的动力学方程为:
(1)
它是一种非线性微分方程,其中,q=[q1 q2]T,?子=[?子1 ?子2]T,H,C,G是与?琢、?茁、?着、?浊相关的矩阵。其中?琢、?茁、?着和?浊为与机械手物理参数相关的常数[6]。对上面的方程进行适当的变换,取a=[?琢 ?茁 ?着 ?浊]T,■=[■ ■ ■ ■]T。令■=■-a,由于a为常数向量,则 。则有
2 控制器的设计
一般的控制方法如PID控制,对线性系统模型能取得较理想的控制效果,但机械手系统是一个高耦合,不确定性很强的非线性系统,在实际控制过程中,如机械手负载发生变化时,传统的PID控制不能使系统达到较好的动态与稳态性能。因此,文章设计一种强鲁棒性的自适应滑模控制器,使系统能快速,准确的跟踪期望轨迹。
根据式(1),假设?琢、?茁、?着和?浊为未知常数,取误差■(t)=q(t)-qd(t),
定义■r=■d-?撰■, ,其中,?撰=■■,?姿1和?姿2均大于零。设计滑模函数为: (2),设计控制器为:?子=■(q)■r+■(q,■)■r+■(q)-Kds(3),其中,Kd为对角矩阵,由于H为正定阵,设计Lyapunov函数为:V=■sTHs+■■■?祝■其中?祝为大于零的对角矩阵[7]。将控制律式(3)代入上式,得■=sT(■■r+■■r+■-Kds-Cs)+■sT■s+■■?祝 根据机械手动力学方程的线性化特性,有: ,Y
依据前面方程分析计算可得。于是 设计
自适应律为: (4),则 ,从而可知当t∞时,■0。符合系统设计要求。
3 仿真结果分析
被控对象采用式(1),取?琢=6.7,?茁=3.4,?着=3.0,?浊=0,两关节指令分别为qd1=sin(2?仔t)和qd2=sin(2?仔t)。控制律和自适应律分别采用式(3)和式(4)。取?撰=■■,Kd=■■,?祝为单位对角矩阵,被控对象初始状态为[1 0 1 0],结果如图1和图2所示。
图1 第一个关节的角度和角速度跟踪
图2 第二个关节的角度和角速度跟踪
由图1和图2可以看出,系统在0.5s之前,跟踪信号与理想信号有一定的误差,这是信号跟踪的过程需要一定的时间,并且跟踪信号与理想信号之间的误差是成递减趋势,误差范围也是在可允许范围之内。0.5s之后,跟踪信号曲线就几乎与理想曲线重合,表明采用自适应滑模控制设计的控制器使系统响应速度有所提高,克服了系统的抖震问题,实现了高精度位置跟踪。
4 结束语
文章针对机械手耦合程度高,难于建立数学模型,且控制过程中容易产生振荡,控制精度有待提高等问题,对机械手的系统进行了详细的描述,建立了动力学方程。应用变结构控制理论和自适应控制理论相结合的方法,设计了一种应用于机械手双关节处控制的自适应滑模控制器,提高了其伺服精度。实验结果表明,自适应滑模控制器的应用使双关节机械手系统消除了系统的抖震,提高了系统鲁棒性,实现了高精度位置跟踪。
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[关键词] 17-β雌二醇; 流体剪切力; 协同作用; 成骨细胞
[中图分类号] Q 25 [文献标志码] A [doi] 10.7518/hxkq.2013.01.016 正常状态下骨形成与骨吸收处于一种平衡状态,该平衡是由成骨细胞介导的新骨形成和破骨细胞介导的骨吸收作用来实现的。MC3T3-E1细胞株是成骨分化研究中的经典细胞株,很多学者将其用于骨形成机制的研究[1]。影响成骨及破骨细胞增殖及活性的因素有很多,雌激素和应力是影响成骨细胞活性及增殖的重要因素[2]。
研究[3-4]表明:雌激素对成骨细胞的功能有促进作用。还有学者[5]发现:流体剪切力(fluid shear stress,FSS)能够活化成骨细胞的跨膜受体,促进成骨细胞增
殖。Yeh等[6]通过研究证实:雌激素可以通过雌激素受体增加成骨细胞对FSS的敏感性。本实验采用MC3T3-E1成骨细胞系,对其施加不同浓度的17-β雌二醇及不同力值的FSS,探讨17-β雌二醇、FSS以及二者共同作用对成骨细胞增殖活性的影响。
1 材料和方法
1.1 实验材料
MC3T3-E1第3代细胞株(ADCC公司,美国)。17-β雌二醇、二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide,DMSO)、MTT(Sigma公司,美国),胰蛋白酶(Gibco公司,美国),含105 U・L-1青霉素及100 mg・L-1链霉素的α-MEM培养基、胎牛血清(Gibco公司,美国),碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)试剂盒(南京建成生物有限公司),Triton X-100(Fluka公司北京原生生物
技术有限公司分装)。Multiskan MK3酶联免疫检测仪(Thermo公司,美国),平行板流室加力装置(四川大学华西口腔医学院FSS课题组提供)。
1.2 细胞培养及传代
将第3代MC3T3-E1细胞系用α-MEM培养基(含体积分数为10%胎牛血清、105 U・L-1青霉素及100 mg・L-1链霉素)在37 ℃、5%CO2潮湿环境下培养,2~3 d换
液1次,待细胞均匀一层铺满培养瓶底部时,用0.25%胰蛋白酶消化获得细胞,用于后续实验。
1.3 实验方法
1.3.1 17-β雌二醇处理分组 将用于17-β雌二醇处理的细胞等分为A、B、C、D、E共5组,每组再分为4个小组,分别标记为A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4……以此类推。在A、B、C、D组的培养基中分别添加浓度为10-10、10-9、10-8、10-7 mol・L-1的17-β雌二醇,每一大组的4个小组分别培养1、3、5、7 d。E组为对照组,不加17-β雌二醇,其余处理同实验组。设置30个重复样本。
1.3.2 FSS处理分组 将用于FSS处理的细胞等分为a、b、c、d、e、f共6组,每组再分为3个小组,分别标记为a1、a2、a3、b1、b2、b3……以此类推。将各组细胞接种于放置在六孔板中的盖玻片上,移入细胞培养箱静置培养至细胞完全贴壁。采用平行板流室加力装置分批次对a、b、c、d、e组细胞分别施加每平方厘米力值为2×10-5、6×10-5、12×10-5、20×10-5、25×10-5 N的力,每组中3个小组的作用时间分别为15、60、120 min。f组为对照组,不施加FSS,其余处理同实验组。设置30个重复样本。
1.3.3 FSS+17-β雌二醇双因素处理分组 经上述实验筛选出17-β雌二醇的最佳浓度和最佳培养天数后,设置双因素作用组Ⅰ、FSS组Ⅱ、17-β雌二醇组Ⅲ、对照组Ⅳ。各组细胞的接种方法同1.3.2,其中Ⅰ、Ⅲ组添加最佳浓度的17-β雌二醇进行培养,Ⅱ、Ⅳ组添加等量DMSO培养,常规培养经1.3.1步骤筛选出的最佳天数后,Ⅰ、Ⅱ组施加经1.3.2步骤筛选出的最佳力值及时间。设置30个重复样本。
1.3.4 MTT检测 在规定时间内,将实验样本用0.25%胰蛋白酶消化获取悬浮细胞,将细胞分别置于EP管离心5 min,接种于96孔板中,添加适量培养基,静置培养6 h至细胞完全贴壁后,每孔加入5 g・L-1的MTT溶液20 μL,37 ℃继续孵育4 h,终止培养,小心吸弃孔内培养上清液,每孔加入150 μL DMSO,置摇床上低速振荡10 min,使结晶物充分溶解,然后置于酶联免疫检测仪上检测,波长为490 nm,记录光密度A值。空白对照组做相同处理。
1.3.5 ALP活性检测 获取细胞及接种方法同上,根据ALP试剂盒的说明,分别加入试剂1、2液50 μL离心5 min后加入试剂3液50 μL,置于酶联免疫检测仪上检测,选择520 nm波长,记录吸光度A值。空白对照组做相同处理。
1.4 统计学分析
采用SPSS 16.0软件进行统计学分析,同一时间组内比较采用单因素方差分析,不同时间组间两两比较使用秩和检验,检验水准为双侧α=0.05。
2 结果
2.1 17-β雌二醇处理组
不同浓度17-β雌二醇作用不同时间后,经MTT检测得到的A值见表1。从表1可见:同一处理时间,C组(10-8 mol・L-1组)多优于其他实验组,实验组多优于E组(对照组);各处理时间组的表现趋势相同,均随着17-β雌二醇浓度的增高,成骨细胞活性增强,达到高峰后逐渐回落。各时间组的增长百分比结果见图1,可见各时间段的曲线趋势大致相同,随着17-β雌二醇浓度的升高,曲线升高,达到峰值后开始回落,其中5、7 d组中D组(10-7 mol・L-1组)呈现明显负增长,5 d组中C组(10-8 mol・L-1组)明显高于其他各组。
ALP结果的分析趋势与MTT相同,表现为C3组成骨细胞分化活性最佳。
2.2 FSS处理组
2.2.1 细胞形态观察 倒置相差显微镜下观察可见:FSS作用前细胞呈多角形、梭形,排列无序(图2左);
FSS作用后细胞呈长梭形,细胞长轴沿力的方向排列(图2右)。
2.2.2 MTT检测结果 不同力值的FSS作用不同时间后,MTT检测结果见表2:每个作用时间组内,随着力值增大,A值呈上升趋势,到达高峰后,随着力值继续增大,A值则呈下降趋势;在3组数据中,作用60 min组明显高于其他组。经统计学检验,1组(作用15 min组)内各实验组与对照组的差异无统计学意
义(P>0.05);2组(作用60 min组)内,c2组(12×10-5 N)优于其他各组,e2组(25×10-5 N)低于对照组(P
2.2.3 ALP检测结果 ALP检测结果见表3。经统计学分析,ALP的变化趋势与MTT结果基本相同,c2组(12×10-5 N作用60 min)成骨细胞的增殖活性最佳。
2.3 FSS+17-β雌二醇双因素处理组
将筛选出的最佳浓度(10-8 mol・L-1)17-β雌二醇和最佳FSS力值(12×10-5 N)用作双因素处理,不同处理组的MTT和ALP检测结果见表4。MTT数据分析结果显示:Ⅰ组大于其他3组(P0.05),但均大于对照组(P
3 讨论
随着我国国民结构的老龄化,骨质疏松患病率的增高、骨折危险性的增加及牙齿缺失后牙槽骨的吸收都成为现代医学亟需解决的问题。如何维持骨改建的平衡,促进骨的生长和重建,抑制或减缓骨吸收成为近年研究的热点。影响骨改建的因素很多,
雌激素和FSS刺激是其中2个重要的因素[2],目前关
于这2种因素影响骨改建的研究也是一大热点。
雌激素是由卵巢分泌的一种性激素,能够维持机体的生理功能,可用来治疗由于雌激素缺乏所导致的各种疾病。这种替代疗法已得到普遍应用。雌二醇可以通过雌激素受体抑制成骨细胞凋亡,促进成骨细胞增殖,提高ALP活性,促使骨基质矿化。有研究[7]发现:成骨细胞是雌二醇的直接靶器官。本实验结果显示:成骨细胞的活性并不始终与17-β雌二醇的浓度呈正相关关系,在17-β雌二醇浓度为10-8 mol・L-1作用5 d时,细胞的增殖活性最佳,而随着浓度的继续升高,增殖活性开始降低。
机械应力是影响骨改建的另一个重要因素,适当的机械应力刺激能够促进骨组织的生长。在骨改建过程中,成骨细胞的增殖和分化有重要的作用。吴丹等[8]研究证实:FSS作用于成骨细胞后,其增殖能力提高,细胞活性增强。本研究结果表明:对体外培养的MC3T3-E1细胞施加FSS,力值为12×10-5 N作用60 min时,其促增殖效果最明显;加力后可见细胞长轴沿力的方向排列。FSS施加力值和时间长短不同,成骨细胞的反应也不同。随着力加载时间的延长,成骨细胞对应力的敏感性减弱,这可能与其逐步适应了应力刺激有关。当力值较大时,细胞活性反而降低,提示过大的应力非但不能促进成骨细胞的增殖反而会抑制其生长活性。在有关成骨细胞的体外研究中,应注意FSS强度的取值范围。
Genetos等[9]研究证实:骨小管内液体的流动对
成骨细胞的作用主要由剪应力介导。FSS加载装置有很多种,平行板流室加载系统有其独特的优势,在平行板流动小室里,能够达到层流和二维流动,通过调节蠕动泵来提供稳定有效的FSS,而且设备轻便,培养基更换方便,易于培养,易于镜下观察,加力所需培养基的量也较少。本实验所采用的四川大学获取专利的FSS加载装置能够精确地控制力值的大小[10],较好地模拟了体内骨组织的成骨细胞受到的应力状态,其施加的FSS大小均一,并且可以调节到很小的范围,得到的实验结果具有代表性。
成骨细胞受到10-8 mol・L-1的17-β雌二醇和12×10-5 N的力影响时,细胞增殖活性明显高于单纯施加10-8 mol・L-1的17-β雌二醇和单纯施加12×10-5 N的加力组,提示17-β雌二醇和FSS对成骨细胞具有协同作用。这可能与二者提高了成骨细胞对彼此的敏感性有关,亦有可能与二者共同促进某一离子通道的开放或者激活某一信号通路有关。
综上所述,由本实验可以得出以下结论:浓度为10-8 mol・L-1的17-β雌二醇作用5 d时,成骨细胞的增殖活性优于其他17-β雌二醇处理组;FSS力值为12×10-5 N作用60 min时,成骨细胞的增殖活性大于其他FSS处理组;当二者同时作用于成骨细胞时,其增殖活性大于任一单因素处理组,此双因素具有协同作用。本实验为探讨体外培养成骨细胞的骨代谢相关信号传导通路提供了一定的参考。
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