曲线运动控制系统

曲线运动控制系统（精选8篇）

曲线运动控制系统 篇1

摘要：针对机械运动件在高速运行下保证平滑性的控制问题,比较了传统凸轮曲线的控制方法,研究了五次多项式和正余弦修正的两种凸轮曲线的算法,提出了针对位置定位和速度定位两种场合下对应合适的应用曲线。在基于AB运动控制系统的基础上设计出了适用于高速运行的电子凸轮控制方案。通过实验模拟了运动在不同场合下的两种凸轮曲线的作用效果,测试记录了速度、电流等实际输出曲线。研究结果表明,电机运行在这两种凸轮轨迹下,不仅在加速度及加加速度上能够保证连续性、使系统不会产生冲击,并且在其曲线的过渡过程中也能保证平滑性、使系统运行更为稳定、使用寿命更长。

关键词：运动控制,凸轮曲线,电子凸轮

0引言

随着电子技术的突飞猛进,运动控制得到了广泛的应用,设备的运行速度不断在提高,控制精度要求也越来越高。而为了实现这些目标,除了本身器件的硬性指标外,其控制的算法也起着至关重要的作用。传统的方法有使用梯形、指数等,虽然在一定程度上得到了速度的连续性,但是加速度是阶跃性的,并非连续。 在柔性要求较高的场合传统也采用7段S曲线,7段曲线保持了加速度曲线的连续性,但是其加速曲线都为线性,曲线平滑度不够导致加加速度是阶跃性的突变,在一定程度上会加快机械磨损速度[1,2]。而梯形、 指数曲线的应用在高速运行的过程中经常出现冲击过流等问题,机械损耗也较大,影响使用寿命。

国外在运动控制方面的应用早于国内,在对于运动曲线的优化方面也有不少的研究,通过电子凸轮来实现曲线的运行轨迹以满足速度和精度都要求比较高的应用场合,主要服务的行业在印刷、造纸、烟草等,这些行业现在主流的设备大多采用国外进口。国内在这方面虽然也采用运动控制技术应用于这些领域,但其控制方式都比较简单,没有或很少有曲线算法应用于实际工程之中,所以在关键性能上还是无法达到国外的同等水平。

本研究引入两种凸轮曲线的算法,对于高速的位置定位采用5次多项式的凸轮轨迹; 对于高速的速度定位则采用正余弦修正的凸轮轨迹,借助AB的控制系统进行硬件和软件的设计,把理论的曲线算法直接应用于工程之中,通过实验结果可验证这两种曲线的合理性。

1传统凸轮曲线

传统的曲线大多为梯形、指数和7段S曲线[3,4], 梯形曲线的算法包括3个阶段: 恒加速、匀速、恒减速。

速度和加速曲线如图1( a) 所示,速度呈连续线性变化而加速度的变化不是连续的;

指数算法的曲线同样如图1( b) 所示,速度和加速度的算法呈现指数形,但在匀速阶段加速度仍存在阶跃跳变的不连续[5,6,7,8,9];

7段S曲线如图1( c) 所示,可以看出速度的变化可以做到平滑、连续地过渡,加速过程分为7个阶段呈连续线性变化,但没有平滑过渡导致加加速度产生阶跃性的变化,没有连续性。

速度和加速度曲线的不平滑对电机和机械机构会产生冲击,电机最大输出电流增大,高速下的系统稳定性变弱,加加速度的不连续性又会加大对机械的磨损速度[10,11]。故而为了保证速度和加速度的连续性和平滑性,本研究提出了五次多项式和正余弦修正的两种凸轮曲线。

2两种凸轮曲线算法

2.1五次多项式曲线算法

五次多项式的算法由三次演变而来,但三次的加速率在起始阶段有断点的存在,使其无法满足高速的应用环境,五次多项式顾名思义根据其变量的最高次方数来定义,如式( 1) 所示:

式中: s—实际的位移值; t—时间变量; C0~ C5—不同情况下的固定系数。

通过对式( 1) 求一阶导和二阶导得出式( 2) 和式( 3) :

式中: s',s″—速度和加速度。对加速度的求导生成加加速度曲线,设在t = 0启动的时刻初始位移、速度和加速度都为0,其对应的曲线如图2所示。

位移总行程记为S,对应t的总行程时间为T,又因为行程结束时的末速度和末加速度回归为零,可以得到以下方程组:

通过计算可以得出式( 5) :

从而得到五次多项式的凸轮曲线公式( 6) :

由得到的公式可知,在已知给定的总时长和需要走的总行程后,就可以确定时间和位移的函数关系,整个过程的加速度和加加速度不仅连续而且其本身也是多项式函数,曲线各点实现了平滑性过度。

在系统最大允许加速度方面,传统的曲线如梯形运行因为其特性是前后加减速中间匀速,故而最大加速度是在起始和结束段,其能达到的最大值是为在系统总惯量下伺服电机以给出100% 额定转矩启动时电机得到的加速度值,而五次多项式曲线的加速度曲线是连续性而非阶跃性的跳变,故而其最大加速度必然小于传统曲线运行产生的最大加速度。由于电机输出的扭矩取决于系统惯量和加速度的乘积,惯量保持不变,这样系统相比于传统的曲线运行所需的扭矩和电流更小。

因为五次多项式是在初速V0和初加速A0都为零的条件下,位移-时间的函数关系仅取决于总行程和总时长; 在V0或A0不为零的情况下,曲线还受这两个因素耦合,在实际工程中该凸轮曲线的算法适用于由零速到零速的位置定位场合。

2.2正余弦修正曲线算法

正余弦修正曲线是在摆线运动的基础上修正而来的,普通的摆线曲线如图3所示。其加速度 α 幅值较大导致电机的输出力矩T = J·α 上升( J为系统惯量) ,且加速度变化率高影响系统稳定性和使用寿命。

正余弦修正曲线如图4所示,对加速段分为了三段组合,设横轴总时长为T,总行程为S,第一段曲线为 ( 0 - 1 /8) T,第二段从( 1 /8 - 7 /8) T,第三段为( 7 /8 1) T,每一段的时间t和位移s的函数关系见式( 7) :

对应的各阶段的速度与时间的函数关系见式( 8) ,对应的加速度和时间的函数关系见式( 9) :

由式( 7) 可以得出当在t = T/2处时,速度达到最大值V1,加速度恢复到零,设初速为V0,得到式( 10) :

本研究得出最大速和给定的初速之差只和总行程和总时长相关,此时的位移由式( 7) 得出也恰好在S /2处,所以当要求速度在规定的时间或是总行程之内达到指定速度的加速场合之下,可以采用正余弦修正曲线的前半段作为运行轨迹; 当要求减速应用的场合下则选用曲线的后半段。两种速度定位场合的应用下利用正弦修正曲线的特性保证其加速度和加加速度的连续性和平滑性[12]。

3实验设计

针对两种凸轮曲线的应用效果,本研究设计了基于AB运动控制系统的硬件架构和软件程序,把两种曲线直接应用于伺服的控制之中,并进行了测试记录。

3.1硬件设计

实验的CPU控制器选用AB的集成运动控制功能的中型控制器,型号选用1769-L18ERM,该款控制器带有双口以太网,支持CIPmotion即以太网控制的伺服运动系统,可以带两个物理伺服轴,程序容量最高可支持到512 KB。伺服驱动器选用AB的Kinetix5500系列,选用两个相同型号2198-H003-ERS的驱动器作为实验,电机型号选用VPL-A0631M,此电机采用单电缆技术,电源和编码器采用同一根电缆接入到伺服驱动器之中,电机支持的额定转速是7 200 r/min,额定扭矩为0. 46 N·m,峰值扭矩可达1. 33 N·m[13,14]。硬件系统如图5所示。

3.2程序设计

编程软件在AB的logix5000环境下进行组态编程的设计,标准程序和运行控制程序都可以在这款软件下完成。该软件支持梯形、顺序、功能块和语句表的编程语言。

程序设计的流程框图如图6所示。

主程序设计功能主要负责对凸轮曲线计算的程序调用、物理轴运行指令调用以及紧急停止和复位的相关功能。对于曲线在程序中的设计,因为考虑到物理轴的轨迹为凸轮曲线,本研究设计成master和slave的主从轴的位置关系来规划曲线,master作为主轴采用虚拟轴的方式始终做匀速运行,对应曲线算法中的时间横轴,程序设计把总轨迹分成一百个单位以数组的形式让控制器执行,点与点采用程序中cubic弧线的方法连接。

对于五次多项式预先定义好主轴和从轴的总行程变量及初 始位置,本研究把 先前计算 好的系数C0- C5编入程序当中,程序执行计算把主从轴每一个单位对应点填入数组之中,其形式为cam[x]. master和cam[x]. slave,x为数组单位序列,在1 s内位置由零位移动到6 000°( 定义电机一圈对应100°) 设计的程序描点曲线如图7所示,对应计算出的多项式系数如图中所示。

对于正余弦修正曲线除了预先定义主从轴的初始值变量以外,还需要定位初始速度和末速度的变量,用以服务速度定位功能,本研究在程序设计轨迹规划时对三段总行程进行统一设计,根据逻辑判断指令要求如果是加速情况,则选用曲线的前半段存入主从数组中作为执行轨迹,如果是减速情况,则选用曲线的后半段存入主从数组中作为执行轨迹,在1 s内加速到90 r / s的速度定位设计的程序描点曲线如图8所示,其对应的计算曲线公式如式( 11) 所示:

从图8中可以看出在程序中规划出来的曲线其加速从零开始又由零结束,系统冲击变小,并且可以看到加速度和加加速度的曲线都是平滑过渡,系统运行的稳定性加强。

最后,本研究通过软件中凸轮指令MAPC来运行物理轴,同时在程序中增加主从轴数组清空程序,当根据变量的不同重新规划曲线轨迹前,对之前的曲线进行清空。

4测试结果及分析

为了验证两种曲线执行的平滑性,本研究在空载的情况下分别进行了高速位置定位和速度定位的两种测试,每种测试下通过对物理轴1采用传统梯形曲线的定位方式和对物理轴2采用规划的曲线定位方式进行比较,记录运行过程中伺服电机速度和电流变化趋势。

第一个测试使伺服轴从位置0在1 s内移动到位置6 000( 对应电机60圈处) ,得到两个测试结果如图9、图10所示。

图9显示电机在加速和减速过程中有阶跃的冲击,电机电流的最大值达到额定的28% ,图10显示整个的定位过程中电机的电流始终保持连续性,其电流最大值在24% 。

第2个测试使伺服轴由速度0在1 s内加速到5 400 r / min,之后保持匀速,得到如下两个测试如结果图11、图12所示。

如图11所示,在定速过程中电机电流阶跃性变化,其电流最大值达到额定的20% ,如图12所示,电流变化平滑,其最大电流值为14% 。

由两个测试结果可见,根据五次多项式和正余弦修正曲线轨迹运行的伺服轴其扭矩的波动幅值小于传统的梯形曲线,系统冲击变小,并且平滑度也更优于梯形曲线运行的伺服轴。

5结束语

当前,为了提高生产效率,设备速度被不断提升, 但同时又需要保证高精度、高稳定性的要求,传统的曲线轨迹逐渐无法满足这些要求。

本研究通过引入两种不同的凸轮曲线应用于位置定位和速度定位的两种场合之中,成功实现了运动控制在高速下扭矩波动更小,运行更稳定。相信其在汽车、轮胎、机器人、包装等制造业会得到越来越多的应用,并且为适应更高的要求,更加优化的凸轮曲线也会应用于工业领域。

“曲线运动”检测卷 篇2

1.已知物体的速度方向和它所受恒力的方向，如图1所示，可能的运动轨迹是

（）

2.下列关于运动和力的叙述中，正确的是（）

A.做曲线运动的物体，其加速度方向一定是变化的

B.物体做圆周运动时，所受的合力一定指向圆心

C.物体所受合力方向与运动方向相反，该物体一定做直线运动

D.物体运动的速率在增加，所受合力方向一定与运动方向相同

3.甲、乙两物体均做匀速圆周运动，甲的质量和轨道半径均为乙的一半，当甲转过60°时，乙在这段时间里正好转过45°，则甲物体的向心力与乙物体的向心力之比为

（）

A.1：4

B.2：3

C.4：9

D.9：16

4.如图2所示，两个相同材料制成的靠摩擦传动的轮A和B水平旋转，两轮半径RA=2RB.当主动轮A匀速转动时，在A轮边缘上放置的小木块恰能相对静止在A轮边缘上.若将小木块放在B轮上，欲使小木块相对B轮也静止，则木块距B轮转轴的最大距离为（）

5.关于离心运动，下列说法正确的是

（）

A.当物体受到离心力的作用时，物体将做离心运动

B.当物体所受的离心力大于向心力时产生离心现象

C.做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消失时，它将沿着半径方向“离心”而去

D.做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消失时，它将沿这一位置的切线方向飞出，做匀速直线运动

6.如图3所示，在不计滑轮摩擦和绳子质量的条件下，当小车匀速向右运动时，物体A的受力情况是（）

A.绳的拉力大于A的重力

B.绳的拉力等于A的重力

C.绳的拉力小于A的重力

D.绳的拉力先大于A的重力，后变为小于重力

7.一种玩具的结构如图所示，竖直放置的光滑铁环的半径为R=20cm，环上有一穿孔的小球m，仅能沿环做无摩擦的滑动，如果圆环绕着过环心的竖直轴以10rad/s的角速度旋转（取g=10m/s?），则小球相对环静止时与环心O的连线与1O2的夹角是（）

A.30°

B.45°

C.60°

D.75°

8.如图5所示，一倾斜的匀质圆盘垂直于盘面的固定对称轴以恒定的角速度ω转动，盘面上离转轴距离2.5m处有一小物体与网盘始终保持相对静止，物体与盘面间的动摩擦因数为，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力），盘面与水平面间的夹角为30°，g取10m/S?.则ω的最大值是（）

A.√5rad/s

B.√3rad/s

C.1.0rad/s

D.0.5rad/s

二、多项选择题（每小题4分，计16分，在每小题给出的四个选项中，有多个选项是符合题目要求的，选对但不全得2分，错选或不选得0分） 9.下列说法正确的是（） A.曲线运动一定是变速运动 B.平抛运动一定是匀变速运动 C.匀速圆周运动是速度不变的运动 D.只要两个分运动是直线运动，合运动一定也是直线运动

10.一小船在静水中的速度为3m/s，它在一条河宽为150m，水流速度为4m/s的河流中渡河，则该小船（）

A.能到达正对岸

B.渡河的时间可能等于50s

C.以最短时间渡河时，它沿水流方向的位移大小为200m

D.以最短位移渡河时，位移大小为200m

11.如图6所示，可视为质点的质量为m的小球，在半径为R的竖直放置的光滑圆形管内做网周运动，下列有关说法中正确的是（）

A.小球能够通过最高点的最小速度为O

B.小球能通过最高点的最小速度

C.如果小球在最高点时的速度大小为，则此时小球对管道有向上的作用力

D.如果小球在最低点时的速度大小为，则小球通过该点时与管道间无相互作用力

12.如图7，两个质量均为m的小木块a和b（可视为质点）放在水平圆盘上，a与转轴OO'的距离为ι，b与转轴的距离为2ι木块与圆盘的最大静摩擦力为木块所受重力的k倍，重力加速度大小为g.若网盘从静止开始绕轴缓慢地加速转动，用ω表示圆盘转动的角速度，下列说法正确的是（）

A.b一定比a先开始滑动

B.a、b所受的摩擦力始终相等

c.开始滑动的临界角速度

D.当时，a所受摩擦力的大小为kmg

，三、填空题（共5题，共20分，把答案直接填在空格内）

13.如图8所示装置中，三个轮的半径分别为r、2r、4r，则图中a、b、c各点的线速度之比va：vh：vc=____ ；角速度之比ωa：ωb：ωc=____；向心加速度之比aa：ab：ac=____.

14.如图9所示，将质量为m的小球从倾角为θ的光滑斜面上A点以速度vo水平抛出（即vo∥CD），小球运动到B点，已知A点的高度h，则小球到达B点时的速度大小为

15.一人站在匀速运动的自动扶梯上，经时间20s到楼上.若自动扶梯不动，人沿扶梯匀速上楼需要时间30s.当自动扶梯匀速运动的同时，人也沿扶梯匀速（速度不变）上楼，则人到达楼上所需的时间为____s.

16.半径为R的水平圆盘绕过网心O的竖直轴转动，A为圆盘边缘上一点，在O的正上方有一个可视为质点的小球以初速度v水平抛出时，半径OA方向恰好与v的方向相同，如图10所示.若小球与网盘只碰一次，且落在4点，重力加速度为g，则小球抛出时距O的高度h=______；圆盘转动的角速度大小为________.

nlc202309042208

17.（1）在“研究平抛物体运动”的实验中，可以描绘平抛物体运动轨迹和求物体的平抛初速度，实验简要步骤如下：

A.让小球多次从_______位置上滚下，记下小球穿过卡片孔的一系列位置；

B.安装好器材，注意斜槽末端水平和平板竖直，记下斜槽末端O点和过O点的竖直线，检测斜槽末端水平的方法是____.

C.测出曲线上某点的坐标x、y，用vo=

算出该小球的平抛初速度，实验需要对多个点求vo的值，然后求它们的平均值.

D.取下白纸，以O为原点，以竖直线为轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛轨迹.

上述实验步骤的合理顺序是____（只排列序号即可）.

（2）如图11所示，在“研究平抛物体运动”的实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长ι=1.25cm.若小球在平抛运动途中的几个位置如图中的a、b、c、d所示，则小球平抛的初速度的计算式为vo=________（用ι、g表示），其值是____（取g=9.8m/s?），小球在b点的速率是____.

四、计算题（本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）

18.如图12所示，某人距离平台右端xo=10m处起跑，以恒定的加速度向平台右端冲去，离开平台后恰好落在地面上的小车车箱底板中心.设平台右端与车箱底板间的竖直高度H=1.8m，与车箱底板中心的水平距离x=1.2m，取g=10m/S?.求人运动的总时间.

19.如图13所示，在光滑水平桌面上有一光滑小孔O，一根轻绳穿过小孔，一端连接质量为m=lkg的小球A，另一端连接质量为M=4kg的重物B，已知g=10m/S?，则

（1）当4球沿半径r=0.1m的网周做匀速圆周运动，其角速度ω1为多大时，B物体处于将要离开、而尚未离开地面的临界状态？

（2）当小球A的角速度为ω3=10rad/s时，物体B对地面的压力为多大？

20.如图14所示，质量m=lkg的小球用细线拴住，线长ι=0.5m.细线所受拉力达到F=18N时就会被拉断.当小球从图示位置释放后摆到悬点的正下方时，细线恰好被拉断.若此时小球距水平地面的高度h=5m，重力加速度g=10m/s?，求小球落地处到地面上P点的距离？（P点在悬点的正下方）

21.如图15所示，一小球从平台上抛出，恰好落在邻近平台的一倾角为a=53°的光滑斜面并下滑，已知斜面顶端与平台的高度差h=0.8m，重力加速度g=10m/S?，（sin53°=0.8 ，cos53°=0.6）求：

（1）小球水平抛出的初速度vo是多少；

（2）斜面顶端与平台边缘的水平距离s是多少；

（3）若斜面顶端高H=20.8m，则小球离开平台后经多长时间到达斜面底端.

参考答案

1. C 2. C 3. C 4. C 5. D 6. A7. B 8. C 9. AB 10. BC 11. AC12. AC

13. 1： 1： 2

2： 1： 1

2： 1： 1

17.同一.将小球放在水平槽中若能静

18. 10.6s

19. （1）ω1=20rad/s（2）30N 20.2m

21. （1） 3m/s

（2） 1.2m

（3） 2.4s

应用MATLAB分析曲线运动 篇3

MATLAB是一种与数学密切相关的算法语言,具有强大的数值计算和可视化功能。信息科技的发展对教育教学的影响深远,利用计算机手段辅助学习,提高学习效率,能够使学生避免繁琐复杂、重复的计算,将问题的分析引向更深的层次。MATLAB的数值计算和友好的图形显示功能将使得物理课程中的抽象概念直观易懂,有利于学生的理解和认知。

1 曲线运动实例与理论分析

曲线运动的数学分析比较麻烦,运算结果往往只看到特定点下的运动结果,而借助于MATLAB可以绘制出曲线运动的整个过程,直观地看到曲线运动过程中变量的变化过程。

比如,一曲线运动实例。

长度为R=0.5m的一段不可伸长的轻质细绳,一端悬于固定点O点,另一端拴一质量m=50g的小球。如图1所示,把细绳拉直与O点处于同一水平高度A处,由A处静止释放,分析小球由A点下摆至最低点B的过程中小球竖直方向运动的加速度以及重力做功的变化情况。

不计空气阻力,当小球运动到摆线与水平方向成a角,速度为v,小球所受重力做功的瞬时功率可表示为P=mgvy。小球运动到与水平方向成a角,速度为v时的受力分析如图2所示。

(b)速度v的正交分解示意图 (参见下页)

根据小球在运动过程中的运动特征,应用牛顿第二定律得

式中,ay为小球竖直方向运动的加速度。

小球由A向B运动做圆周运动。运动到C点时运动满足

并且小球在整个运动过程中,初始状态时小球静止势能最大,运动过程中随着速度的变化,动能发生变化,满足

联立式(1)~(3),解得小球竖直方向运动的加速度ay

从式(4)可以看出,a从0°变化到90°时sina的数值增加,ay的数值随着角度a增加而减小,当a=arcsin√3/3时,小球竖直方向运动的及速度ay=0。

小球从水平方向运动到与水平方向成a角时,重力所做的瞬时功率为

把式(3)代入式(5),可以求得重力所做的瞬时功率为

把小球质量m以及细绳长度R代入式(6),得

从式(7)看出,重力所做的瞬时功率随着 的变化而变化。

2 应用MATLAB分析重力做功P以及竖直方向的加速度ay的变化情况

编写MATLAB程序,分析重力做功P以及竖直方向的加速度ay随小球运动的位置与水平方向之间夹角a的变化情况。

为能够在绘制的图中清晰地看到重力做功P随小球运动的位置与水平方向之间夹角a的变化情况,将其实际数值扩大10倍处理。

clf;clear all;

jiaodu=0:0.1:90;

jiaodu_hudu=pi/180;

xx=jiaodu*jiaodu_hudu;

ay=10-3*10*sin(xx).^2;

plot(x,ay,'g');

grid on

hold on

yy=10*sqrt(2.5)*cos(xx).*sqrt(sin(xx));% 将重力做功数值扩大10倍处理

plot(x,yy,'r')

程序运行结果,如图3所示。

从图3看出,当a=35.4°时,重力瞬时做功P达到最大值0.981W,这时竖直方向的加速度ay=0。在角度a从0°变化到35.4°时,ay递减变化,而P递增变化;但a值由35.4°变化到90°时,ay仍旧是递减变化,P值由最大值0.981W递减到零。

3 小结

曲线运动控制系统 篇4

一、求恒力的功

例1如图1,质量为m的物体沿曲线从初位置1运动到末位置2,高度差为h,求重力做的功.

解析: 物体沿图示曲线的运动可分解为水平方向的运动与竖直方向的运动,重力对物体所做的功等于在水平方向运动做的功与竖直方向做功的代数和. 由于重力在水平方向不做功所以重力所做的功等于物体在竖直方向运动做的功,W = mgy =mgh. 课本用微元法求物体做曲线运动时重力做的功,先求出重力在每一小段位移的功,然后相加,W = W1+ W2+ W3+ W4+ …= Fxcosα1+ Fxcosα2+ Fxcosα3+ … = mgh1+ mgh2+ mgh3+… = mgh. 两种方法比较,可见运动的分解法要简洁多了.

从上面的分析可以得出: 不论物体做何种曲线运动,重力对物体所做的功都可等效为物体在重力方向发生的分位移所做的功.

推广: 带电体在电场中所受的电场力一般为恒力,若带电体在电场中做曲线运动,电场力对物体所做的功等于沿电场力方向发生的分位移做的功.

二、求恒力的功率

例2在空中以40 m/s的初速度沿水平方向抛出一个重为10 N的物体,不计空气的阻力,g取10 m / s2求:

( 1) 抛出后3 s末重力的功率( 设物体未着地) .

( 2) 抛出后3 s内重力的功率.

解析: 物体抛出后做平抛运动,平抛运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动,重力在水平方向不做功,在竖直方向做功,所以重力的功率就是在竖直方向做功的功率. ( 1) Pt= Gvy= Ggt = 10×10×3 W = 300 W . ( 2)

点评: 将公式P = Gvcosα转化为P = Gvy. 解第一问时就不需要求3 s末合速度的大小以及此时合速度与重力方向的夹角.解第二问时也不需要考虑速度的方向不断变化的问题,避繁就简,化难为易.

巩固练习: 如图2所示,细线的一端固定于O点,另一端系一小球,在水平拉力F作用下,小球以恒定速率在竖直平面内由A点运动到B点,在此过程中,拉力的瞬时功率变化情况是()

( A) 逐渐增大( B) 逐渐减小

( C) 先增大后减小( D) 先减小后增大

答案: 小球速率恒定,由动能定理知,合力的功为0,拉力的功与克服重力的功始终相等,拉力的功率与克服重力的功率相等,将小球的速率分解,可发现小球在竖直方向分速度逐渐增大,克服重力做功的瞬时功率增大,则拉力的瞬时功率也逐渐增大,正确选项为( A) .

三、求恒力功率的最大值

例3如图3所示,用长为L的细线悬挂质量为m一小铁块,将小铁块拉直到水平位置,然后放手使小铁块从静止向下摆动,阻力不计. 在小铁块向最低点摆动的过程中重力对小铁块做功的功率怎样变化? 最大值是多少?

曲线运动控制系统 篇5

近些年, 随着人们对产品外包装的认识更加深化, 促使着我国食品饮料包装机械取得了较快发展。但相对国外同行业技术的发展, 国内生产技术较为落后, 大部分仍采用陈旧的通用设备加工, 机械零部件精度较低;其次我国包装机械的设计主要还是测绘、仿制及稍加国产化改进, 独立开发新产品能力不足, 产品开发缺少创新, 设计方法主要依赖于传统算法, 其计算量大, 经运行发现, 设计出的凸轮存在较大柔性冲击且易磨损。针对诸多难题, 我公司设计人员从更新设计理念出发, 运用Autodesk Inventor中的运动仿真模块完成贴标机凸轮曲线的设计。

1 传统设计方法分析

1.1 凸轮机构工作要求分析

如图2所示, 工作中, 从动件十字拨叉随回转大盘转动, 同时在双层凸轮的作用下产生与回转大盘旋转方向相反的自转运动, 且分为匀加速、匀速和匀减速三个阶段。如图1所示, 当回转大盘转过θ1区域时, 十字拨叉自转角速度从零匀加速至最大角速度ωmax, 自转角度α1;转过θ2区域时, 其以角速度ωmax匀速自转角度α2;转过θ3区域时, 其角速度从ωmax匀减速至零, 自转角度α3。由于在方瓶贴标过程中标签接缝相对瓶身要求精准定位, 为满足贴标要求, 十字拨叉进入θ1区域时要求有一条边指向回转大盘中心, 转出θ3区域时也要有一边指向大盘中心。即:

1.双层凸轮2.十字拨叉3.驱动齿轮4.回转大盘5.瓶型 (方瓶) 6.瓶托齿轮

1.2 十字拨叉上任意一点轨迹曲线的计算

如图1, 以任意一点为原点, 水平方向为x轴, 竖直方向为y轴建立直角坐标系, 各参数见表1。

十字拨叉中心点O1 (x01, y01) 运动轨迹方程为:

十字拨叉上任意一点B (x, y) 运动轨迹方程为:

由以上各式得十字拨叉上任意一点运动轨迹方程为:

将式 (2) 和式 (3) 所形成的轨迹曲线进行一定的修改即为凸轮曲线。

2 基于运动仿真设计凸轮曲线的计算与建模

2.1 凸轮曲线设计的参数计算

为满足整机贴标要求, 即吸标转鼓线速度V吸应等于回转大盘线速度V盘与瓶身自转线速度V瓶之和;同时十字拨叉应满足凸轮机构工作要求分析中的式 (1) 。

因十字拨叉与瓶托之间依靠齿轮传动, 且驱动齿轮与瓶托齿轮的传动比为i。

a为匀加速段的加速度。

由式 (6) 、 (7) 得t加=2α1/ωmax。匀减速段同于匀加速段, 可得t减=2α3/ωmax。

2.2 运动仿真的建立与三维建模

2.2.1 运动仿真模型建立及驱动条件与优化方式的选择

首先将十字拨叉与回转大盘建立三维模型并正确约束组装为一装配体, 通过Autodesk Inventor菜单【环境】选项中的【运动仿真】模块建立仿真运动。其次, Autodesk Inventor运动仿真中所需驱动条件分为位置、速度和加速度三种, 根据上述参数计算, 十字拨叉经过匀加速、匀速和匀减速段所需时间已知, 故可选【速度】为运动仿真的驱动条件。根据设计要求, 可在【选定扇区的特性】的下拉菜单中选择合适的修正曲线。

2.2.2 十字拨叉自转和回转大盘旋转驱动条件参数设定

在满足式 (1) 的要求下, 根据设计要求分别设定十字拨叉自转角度值α1、α2和α3, 且ω、ωmax、t加、t匀和t减通过上述算式可知。十字拨叉速度驱动条件应分为三段:1) 匀加速段。如图3黄色区域, 起始点速度和时间均为零, 运动结束点速度为ωmax, 时间为t加;2) 匀速段。起始速度为ωmax, 运动时间为t加+t匀;3) 匀减速段。起始点速度为ωmax, 时间为t加+t匀, 运动结束点速度为零, 时间为t加+t匀+t减。将三段运动参数 (匀加速前和匀减速后分别增加了一段无自转运动) 分别对应输入驱动条件参数表 (如图3所示) 。同理设定回转大盘驱动条件参数。

2.2.3 凸轮曲线的生成与建模

将仿真生成的四条运行轨迹导出至草图经修剪和向中心外方向偏移d1/2距离得到生产加工的凸轮曲线。运动仿真的生成和凸轮三维实体建模如图4所示。

3 结论

基于运动仿真设计出的双层凸轮曲线经加工成零部件, 装机并通过长时间生产运行证明, 凸轮机构柔性冲击小, 使用寿命长。体现了其设计方法的合理性与正确性, 设计过程避免了大量的轨迹方程的计算, 降低误差累积的同时很大程度上提高了工作效率, 对回转式贴标机双层凸轮曲线的设计具有一定的实际指导意义。

摘要：在分析凸轮曲线传统设计方法的基础上提出了新的设计理念, 运用Autodesk Inventor设计软件中的运动仿真模块进行零部件的三维动态模拟, 将形成的运动轨迹曲线转化成草图并修剪得到凸轮曲线。经设计加工出来的凸轮机构在多台回转式贴标机上生产运行后, 证明了运用运动仿真来设计双层凸轮曲线方法的可行性与正确性。

关键词：回转式贴标机,运动仿真,双层凸轮曲线,Autodesk Inventor

参考文献

[1]唐湘民.Autodesk inventor有限元分析和运动仿真详解[M].北京:机械工业出版社, 2009.

[2]张俊玲.回转式贴标机凸轮的设计与研究[D].济南:山东大学, 2006.

曲线运动控制系统 篇6

步进扫描式光刻机是当代主流的半导体制造装备,具有扫描视场大、可精确调焦、套刻精度高和生产效率高等优点,是投影光刻技术的重大革新,也是当今各国光刻设备的研究热点。荷兰ASML公司的TWINSCAN系列双工件台浸没式光刻机是世界最高端的光刻设备,TWINSCAN NXT:1950i型光刻机的套刻精度为2.5 nm,产率达到175晶圆/小时,可以在32 nm节点实现芯片的量产,代表了当代光刻机的最高水平。步进扫描光刻机主要包括掩模台、硅片台、光学透镜和测量对准等组成部分,实现硅晶圆上下片、精确对准、硅片表面形貌测量、调焦调平、步进运动和曝光扫描运动等功能[1,2]。目前一般采用直径300 mm的硅晶圆作为加工对象,需要根据光刻机透镜的视场和生产芯片的大小把硅晶圆划分为几十个扫描区域,分别进行曝光处理。从提高产率的角度,要求扫描速度尽量快,加减速时间和步进时间尽量短,需要对曝光扫描过程和步进过程的运动轨迹分别进行规划,运动轨迹的品质直接影响到晶圆的曝光效果和光刻机的产率。

扫描过程和步进过程的运动轨迹一般采用离线方法进行设计,通常采用高阶的S曲线。S曲线的速度和加速度的具有连续性,可以避免加减速突变造成的冲击,已经广泛的应用于高精度加工装备。文献[3]和文献[4]分别设计了3阶和4阶的S曲线,可以避免加减速突变超出机床承受能力而导致加工精度降低。文献[5]分析了S曲线品质对加工设备生产效率的影响。文献[6]对比了几种常用的S曲线设计方法,并针对硅片台特性以最小冲击为准则设计了S曲线。S曲线的其它设计准则包括时间最优[7,8,9]、冲击最小[10,11]和耗能最少[12]等。硅片台的扫描运动和步进运动所实现的功能完全不同,步进运动过程是一个动态精度要求不高的点对点运动,设计步进轨迹时优先考虑步进时间最优。

本文以步进扫描光刻机为工程背景,分析了硅片台扫描运动和步进运动的特性,为曝光扫描过程设计了一种5阶S曲线。对硅片台步进运动设计了一种改进S曲线,其设计思想是根据步进运动的运行特点提出优化指标,根据最优控制相关理论计算出曲线的表达式形式和参数。改进S曲线的特点是综合考虑了步进时间最优和冲击力最小,与低阶曲线相比更加平滑,具有明确的数学表达式,容易在实际工程中实现。

1 硅片台步进扫描运动

对一片硅晶圆进行曝光,需要对每一个划分好的扫描区域分别进行曝光扫描处理,曝光完毕后硅片台需要步进运动到下一个曝光位,如图1所示。曝光扫描过程中,掩模台和工件台运动方向相反,扫描速度成4:1的关系,扫描过程中掩模台和工件台在同一自由度上必须保证运动的同步性。由于掩模台的宏动为单自由度,每两个扫描区域进行曝光后完成一个往返运动,相邻的两个扫描区域的扫描方向相反,可以避免掩模台出现多余的复位运动。一个完整的扫描过程包括加速时间段、调整时间段、曝光扫描时间段、过扫描时间段和减速时间段。曝光扫描时间段是整个系统精度要求最高的部分,工件台和掩模台的动态跟踪精度和同步精度必须保证在纳米级别。加减速时间和调整时间越短,光刻机的生产效率越高,但对执行电机的容量和控制系统的动态响应品质也要求越高,是控制系统设计的难点之一。

步进运动是硅片台从一个曝光位置移动到下一个曝光位置的过程,由于动态精度要求相对较低,步进速度一般高于扫描速度。图2中,从B点到C点的运动是一个步进运动。硅片台的实际运行过程中,当曝光扫描之后的减速运动开始时,就可以开始进行步进运动,扫描运动和步进运动的位置关系相互垂直,不会互相干扰,这样可减小步进运动的耗时。

2 扫描过程5阶S曲线规划

整个扫描过程中,曝光扫描时间段内要求速度恒定,加减速过程为对称曲线,而且加减速的时间尽量短,扫描时间由曝光区域决定,加减速时间由执行机构决定,图3和图4为5阶S曲线的轨迹图。

S曲线分成3个运动过程,为加速过程、匀速过程和减速过程。匀速过程包括曝光扫描时间段调整时间段和过扫描时间段,加速度及其各阶导数恒为零。加速过程中S曲线的位置5阶导数为零或正负常值,可细分为15个时间段,如图4中的h(t),由h(t)开始进行数值积分运算,可以分别求出每个时间段内的位置、速度和加速度,故一个完整5阶S曲线需要对31个时间段进行规划,每个时间段内的计算表达式为

其中:h表示加速度的三阶导数,h只可能是零或者定常值,s0、v0、a0、j0和d0分别为位置、速度、加速度、加速度一阶导数和加速度二阶导数的初值。

3 步进过程改进S曲线设计

步进运动的目的是使硅片台从一个曝光位快速移动到下一个曝光位,相对于扫描过程精度要求比较低,而且步进速度也比较大。步进运动轨迹的设计过程中,应该以步进时间最优为主要设计目的,但单纯从时间最优的角度设计轨迹很容易引起加速度过大和突变,实际中执行机构难以实现,本文提出一种兼顾时间和冲击力的改进S曲线。最优指标为

其中:s(t)为轨迹的位移,ρ为可调参数。边界值满足:自由。

设标量函数

根据欧拉方程可得:

将式(3)代入式(4):

通过积分关系可以建立改进S曲线位置是s(t)及其各阶导数的表达式:

其中:c0、c1、c2、c3、c4和c5为待定常数。由于包括tf在内一共7个待定常数,边界条件只可以确定6个常数,需要增加横截条件来确定tf。

优化指标函数式(2)的增量为

根据中值定理和泰勒公式,式(7)可以转换为

其中:为的高阶无穷小。

根据连续性条件可得到式(2)的变分:

由于边界条件的左端固定,可知:

根据变分法的定义对上式进行整理得:

末端时间tf自由,位置s(tf)、速度和加速度约束为固定值,可以写出横截条件为

对式(12)进行化简得:

综合边界条件和式(13),计算式(6)的各个待定系数为

优化后的改进S曲线位置表达式为

4 仿真分析

对硅晶圆的一个扫描区域的扫描运动和步进运动进行仿真,扫描运动采用5阶S曲线,步进运动采用改进S曲线。图5为曝光扫描过程的5阶S曲线,扫描速度为0.3 m/s,最大加速度为10 m/s2,加速时间50 ms,稳定时间15 ms。图6为=0.000 001时改进S曲线的位置、速度和加速度曲线。如果步进过程采用和扫描过程类似的S曲线,则步进时间为137.3 ms,当采用改进S曲线时,步进时间为103.3 ms,耗时减少了24.76%。改进S曲线虽然缩短了步进时间,但最大速度和加速度分别增加到0.47 m/s和14.1 m/s2。

改进S曲线设计过程中存在一个可变系数,图7和图8分别是当取不同值时的位置和速度曲线。在优化指标中,相对于时间系数而定,越小优化时间的权重越大,步进时间越短,但付出的代价是步进速度和加速度增大,容易超出硅片台执行电机和机械结构的承受范围。

5 结论

利用积分法设计的5阶S曲线可以保证硅片台在曝光扫描过程中扫描速度恒定,加减速时间较短并且加速度变化平滑连续。对于硅片台的步进运动,以时间最优和冲击力最小设计的复合最优指标,在保证加速度不产生突变的前提下使步进时间大幅度缩短,有利于提高光刻设备的产率。

参考文献

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曲线运动控制系统 篇7

关键词：曲线运动,高考,探究,分析

结合中学物理课程改革和高考的实际考查情况, 以及物理新课程标准对物理教学提出新的要求。本文将对高考方案变革进行分析, 对高三和高一学生学习“曲线运动”内容后的学习效果进行了分析, 在此基础上确定出该部分内容的核心知识及难点知识, 探索了学习者学习过程中存在学习困难的原因, 并尝试提出了解决问题的策略, 最后对11年新高考方案下学生如何复习适应新高考进行思考及展望, 希望能为教师的课堂教学提供一定的参考和借鉴。

一、研究背景

曲线运动的是普通高中课程标准实验教科书人教版物理必修2第五章的内容。其基本思路是:如果物体不受力, 它将做匀速直线运动→圆周运动不是直线运动, 沿圆周运动的物体一定受力→匀速圆周运动的物体, 受的力是什么方向→考虑实例。然后根据牛顿第二定律和向心加速度的表达式得到向心力的表达式, 定义向心力的概念, 讨论向心力的性质和特点。

二、曲线运动在课本中的位置以及课程标准要求

本章节的主要研究方法是力的合成与分解。在第一、二章中, 学生学习了运动的描述和匀变速直线运动的规律, 对运动的知识有了一定的了解;在第三、四章中, 学生学习了关于力的基本知识和牛顿运动定律, 对动力学的知识也有了一定的了解。本节内容所学之前学生已经初步认识了匀速圆周运动, 会用线速度、角速度、周期、频率描述匀速圆周运动的快慢及其计算式, 从教材的编排可以看出:“向心力、向心加速度”一节是本章承上启下的重要知识, 学好这节内容, 一方面可以深化前面所学的知识, 另一方面又为后续学习万有引力定律的应用打好必要的基础。

三、高考对曲线运动的具体要求

结合新课标准、三维目标、课程基本理念以及高考物理学科命题的指导思想, 可以知道高考对本模块的具体要求是:对匀速圆周运动、角速度、线速度、向心加速度知识要知道其内容及含义, 并能在有关问题中识别和直接使用, 与课程标准中“了解”和“认识”相当。匀速圆周运动的向心力, 离心现象知识要理解其确切含义及与其他知识的联系, 能够进行叙述和解释, 并能在实际问题的分析、综合、推理和判断等过程中运用, 与课程标准中“理解”和“应用”相当。

四、对历年高考在本模块的命题分析

1.本模块在近四年高考中的位置

(1) 主干知识, 坚持考察, 趋于稳定。 (2) 重点内容与知识、重要能力与方法历年反复考察。 (3) 逐年开始重视与生活实际的联系, 加强审题能力和从实际情景中抽象出物理模型的能力考查, 考查运用物理原理分析、解决实际问题的能力, 注重物理综合能力的考察。 (4) 继续重视考查运用数学知识求解物理问题的能力, 但数学运算量适度减小, 难度明显降低, 有利于考生发挥。

2.近四年本模块考察分值的变化

3.本模块在历年考试分值分布的特点

总体来说本知识点的考查分为两种, 一种是行星的运动, 每年都会考, 分值在3—5分, 另一种是与其它知识相结合一起进行能力与方法反复考查, 一般与机械能守恒定律以及磁场相结合, 难度逐年稳步提高, 所占分数比例也逐年增加。越来越重视与生活实际的联系, 加强审题能力和从实际情景中抽象出物理模型的能力考查, 考查运用物理原理分析、解决实际问题的能力。

4.命题立意

(1) 重视与生活实际的联系, 加强审题能力和从实际情景中抽象出物理模型的能力考查, 考查运用物理原理分析、解决实际问题的能力。

(2) 考查学生对新情景材料的阅读理解能力、分析能力和建模能力。

(3) 重视对作图、读图、识图和运用图像解决问题的能力的考查。

(4) 继续重视考查运用数学知识求解物理问题的能力, 但数学运算量适度减小, 难度明显降低, 有利于考生发挥。

5.在备考复习中要做到以下几点

(1) 要注重基础知识、基本概念的教学和复习。

(2) 加强实验能力的培养, 突出知识的应用和技能的掌握。

(3) 要注重培养学生运用数学知识解决物理问题的能力。

(4) 要加强学生物理过程分析能力的培养。

(5) 在复习过程中, 合理安排时间。

五、新课程高考复习的几点建议

(1) 理解新课标, 把握高考复习方向。在高三物理复习时要注意教材的这种变化.教师应有计划地组织好单元训练和适应性训练, 使得学生全面、熟练掌握在高考中物理究竟考的是什么内容。

(2) 立足基础, 注重物理思想、物理方法和能力的培养。首先, 让学生自己决定复习哪个选考模块, 学生复习要重视课本内容, 切忌轻教材重资料。有些学生重视课外, 忽视了课堂, 重视资料, 忽视了课本。这是一种主次颠倒, 本末倒置的做法。课本是基础, 课堂是主战场, 两者都不能忽视。

(3) 注意课程内容的时代性, 理论联系实际。新课程中设置的附加版块如“思考与讨论”“演示”“做—做”“说一说”“科学足迹”“科学漫步”“课题研究”等都要给予全面的重视和理解, 这类内容是高考命题的重要取材点。

(4) 适应新要求, 重视物理思维方法和建模能力的培养。复习中, 要以新课标为指导, 更新教学观念, 引导学生要突出思想方法, 重视物理思维方法和建模能力的培养。

参考文献

[1]汪海林.高中物理“曲线运动”内容的比较及教学实践的研究[D].苏州大学, 2008 (3) .

[2]廖柳清.对新课程高考物理试题命制内容的几点思考[J].三明市教育科学研究所, 2009 (4) .

[3]阎金铎, 郭玉英.中学物理新课程教学概论[M].北京师范大学出版社, 2008

[4]陈峰.物理新课程实施的理论与实践[M].上海科学技术出版社出版, 2005.

曲线运动控制系统 篇8

1 资料与方法

1.1 研究对象

2005年7月至2007年1月,36例肺动脉高压患者,符合2003年威尼斯会议诊断标准。根据临床有无右心衰竭表现分为肺动脉高压A组(无右心衰组)和B组(右心衰组);男18例,女12例,年龄28~76岁;平均年龄55.6±18.1岁;20例为健康志愿者,心电图正常,无慢性心肺病史,多普勒超声未见异常;男12例,女8例,年龄34~62岁;平均年龄41.3±11.5岁。

1.2 仪器

使用GE Vivid7彩色多普勒超声仪,探头频率2.0~4.0 MHz。

1.3 检查方法

受检者取仰卧位或左侧卧位,连接心电图,取心尖四腔心切面(A4CH),胸骨旁心底短轴切面(PSAX)及左心长轴切面(PLAX),常规测量右心系统包括右室壁厚度、右室及右房内径,左心内径,最大三尖瓣反流速度、三尖瓣反流程度,肺动脉瓣反流、心包积液等。测量舒张末期右心室面积/收缩末期面积,按照下例公式计算右心室面积变化率:RVPCA=(RVEDA-RVESA)/RVEDA×100%。取标准心尖四腔心切面,调节探头以获得最大右室,将取样点置于三尖瓣环侧壁处,如图1所示,每个心动周期测量三尖瓣环从舒末至收末最大的距离,取连续3个心动周期的平均值。

1.4 统计学处理

采用SPSS 13.0统计学软件,计量资料以参考原文符号表示,各组间均数比较采用单因素方差分析,P<0.05代表差异有统计学意义。

2 结果

2.1 常规超声心动图

肺动脉高压右心衰组右心较肺动脉高压无右心衰组及正常组增大,肺动脉高压右心衰组及无心衰组右室壁增厚,三尖瓣反流程度明显,左房内径相对正常组偏小但无统计学意义。

2.2 三尖瓣环M型运动曲线位移和右室面积改变分数(RVFAC)

肺动脉高压右心衰组显著低于肺动脉高压无右心衰组及正常组,具有统计学意义(见表1)。三尖瓣环M型运动曲线位移和右室面积改变分数相关性分析呈正相关(r=0.72,P<0.05)。

3 讨论

肺动脉高压影响右心循环,右室后负荷增加,右室功能不全[1]。慢性肺高压患者约三分之二因右室功能不全而病死,右室收缩功能衰竭是决定慢性肺动脉高压患者预后的一个关键因素。因此,早期识别右室功能至关重要。目前,右室收缩功能评价包括热稀释法、MRI、超声心动图、对比心室造影等。MRI可精确评价右室功能而不依赖于右室几何形状,因此成为测量右室功能的标准方法[2]。但其价格昂贵,费时,不适合进行一系列评估。超声心动图可无创评价心脏形态及血流动力学具有显著优势,是筛选肺动脉高压最重要的检查方法。本研究显示:肺动脉高压右心衰组右心较肺动脉高压无右心衰组及正常组增大,肺动脉高压右心衰组及无心衰组右室壁增厚。

因右室解剖结构复杂,肌小梁及心内膜面较为粗糙,而常规超声测量右室功能需要勾画确定心内膜边界。因此,超声测量右室收缩功能常较为困难而不准确。加之右室功能易受心包、右心容量和压力超负荷影响,测量右室容量和射血分数非常困难。因而常规心脏超声检查中较少测量右室功能。近年来,有学者认为[3]上腔静脉血流频谱能够反映右心室舒张功能。声学定量自动心内膜检测可用于客观评价右室功能;彩色动力学技术(CK)可用于定量评价节段性右室收缩和舒张性能。然而,声学定量的准确性大大依赖于图像质量,右室复杂的形状及表面不规则常常是导致误差的来源。Mishra等[4]经食道超声心脏手术中观察发现,肝静脉前向血流可间接测量右室收缩功能,与长径最大改变相关。本研究发现,三尖瓣环M型运动位移与右心功能密切相关,心衰组其值显著低于肺动脉高压无心衰及正常组,可反映右室收缩功能,进一步研究发现三尖瓣环运动位移与面积变化率呈正相关,与Alpesh等的结果一致[5]。由于右室肌包括表浅长径肌层、深层肌层,其运动包括三尖瓣环朝向心尖的运动、腔室变窄及由于左室收缩运动而导致右室游离壁朝向室间隔运动等。当右心收缩功能受损,基底朝向心尖的运动减弱,表现为三尖瓣环M型运动位移减小。Rushmer等报道右室缩短主要是沿其长轴或由基底朝向心尖方向运动。因此,测定右心室长径收缩功能即可代表右室整体射血功能。既往二维超声研究显示,右室基底朝向心尖运动的降低是右室心梗的敏感指标[6]。Thohan等[7]报道三尖瓣环运动位移能判断左心衰预后,是病死和住院的高危因素。

既往对心脏的研究往往集中在体循环和左室,而对右室的研究仅从左室的影响中推断,但左室和右室之间存在根本不同,包括对后负荷和灌注的反应不同;二者存在不同的胚胎学起源。研究证实,右室功能在预测肺动脉高压患者预后的重要性;大多数研究是基于无创性右室血流动力学指标而间接测量右室功能,如右房大小、三尖瓣反流、心包积液或更加复杂的多普勒方法。这些方法虽然有效,但临床应用不够广泛。文献报道,三尖瓣环位移小于1.5 cm可作为判断右室功能异常[8]。

本研究通过三尖瓣环运动位移可直接测量右室功能,很容易从常规经胸超声获得,而不必要求复杂的程序和有经验的医师测量。综上所述,三尖瓣环M型运动曲线位移评价右室功能,简单、准确,具有重要价值。

摘要：目的探讨三尖瓣环M型运动曲线在评价右室功能中的价值。方法对36例肺动脉高压患者及20例正常者进行右心功能评价。根据有无右心衰竭临床表现将肺动脉高压组分为两组:肺动脉高压A组(无右心衰组)和B组(右心衰组)。取标准心尖四腔心切面,调节探头以获得最大右室,将取样点置于三尖瓣环侧壁处,每个心动周期测定三尖瓣环从舒末至收末最大的距离。三尖瓣反流程度及速度、心包积液;测定右室面积改变分数。结果肺动脉高压B组三尖瓣环运动幅度和右室面积改变分数(RVFAC)显著低于肺动脉高压A组及正常组。结论肺动脉高压右心衰组三尖瓣环M型运动曲线位移显著降低,可用于评价右室功能。

关键词：肺动脉高压,右室功能,三尖瓣环,M型运动曲线

参考文献

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