无线电液控制器及其应用的研究
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摘要
微电子技术、无线电技术的发展和电液控制技术的紧密结合，逐步形成了无
线电液控制技术。它的出现改变了传统有线电液控制技术的使用现状，极大改善
了工程机械操作人员的工作环境，提高了工程机械的自动化程度，是电液控制技
术的一个重要发展方向。本论文围绕着无线电液控制技术这个主题，进行了以下
几个方面的研究，并得出一些相应的结论：
第一章首先阐述了电液控制技术的发展概况，然后分析了国内外无线电液控
制技术的发展现状及趋势，得出采用高性能的超大规模集成电路、无线数字通信
技术和纠错编码技术是无线电液控制技术的发展趋势，并由此得出本论文研究意
义和主要研究内容。
第二章首先分析了无线电液控制器的工作原理，然后给出无线电液控制器的
编码模块、解码模块和射频发射接收模块这三个功能模块的硬件设计与实现，并
提出相应的硬件抗干扰设计，从而最终实现了基于超大规模集成电路和数字通信
技术的无线电液控制器的硬件设计。
第三章给出了无线电液控制器的软件设计实现，采用具有模块化和结构化程
序设计、易于实现控制算法以及移植性很好的C51编写程序；并根据系统的实
际需要和实验结果设计出控制器的无线通信协议，提出了用0xFF和0x00作为数
据头，较好的解决nRF401随机输出信号的问题，并利用单片机多机通信的原理，
很好的解决了各个控制器之间的通信问题；根据划分的功能模块，给出了各个功
能模块的程序框图；最后从软件角度进行软件抗干扰设计，最终完成无线电液控
制器的软件设计。
第四章首先根据天线设计的相关理论以及电路原理知识，对低成本、易于在
PCB上实现的微带天线进行数学建模和阻抗匹配设计，并得出微带天线传播距
离的计算公式；根据实际设计参数计算得到无线电液控制器遥控范围，并通过实
验测得无线电液控制器实际遥控范围。
第五章首先阐述了BSC信道模型和GBSC信道模型的理论；然后通过实验
的方法建立了BSC和GBSC信道模型，经分析得出GBSC信道模型与无线电液
控制器信道的实际模型比较相符，为下一章纠错编码提供了理论依据。
第六章首先对第五章建立的GBSC信道模型进行仿真和分析，得出适合无线
电液控制器的纠错编码—交织BCH循环码；通过实验验证了交织BCH循环码在
不增加发送数据量的同时有较好的纠错性能，提高了无线电液控制器的抗干扰能
力。
第七章首先阐述自行设计的特殊结构形式电液比例减压阀的工作原理以及
摘要
特点;然后对该阀进行数学建模，分析其稳定性;最后对该电液比例减压阀进行
实验分析。理论分析及实验结果都证明，在电液比例减压阀的进油口与负载口之
间的特设液阻，在电液比例减压阀中形成了一个特殊液压桥路，使电液比例减压
阀用正遮盖的加工精度，达到微小负遮盖或接近零遮盖的控制性能，其稳定性也
明显得到改善。
第八章对本论文所做的研究工作进行了简要总结，并得出了一些结论;然后
分析了一些有待进一步研究的内容。
Tightly combined with the development of technologies of microelectronics, auto-control and radio engineering, the technology of wireless electro-hydraulic came into being. Compare to wire electro-hydraulic technology, the wireless electro-hydraulic have many advantages. With this technology, the work environment of modern engineering equipment is greatly improved, also does the automaticity of modern engineering equipment. Technology of wireless electro-hydraulic is one of the important development tendencies of the electro-hydraulic technology. Around the topic of wireless electro-hydraulic technology, the main contents of this thesis with the relevant conclusions are as follows:
In chapter 1, firstly the development of electro-hydraulic control technology is discussed, then the status and development tendency of wireless electro-hydraulic control technology at domestic and abroad is analyzed, and come to a conclusion that using VLSI, technology of wireless digital communication and technology of error-correction is the developing tendency of wireless electro-hydraulic technology, also the significance and the contents of the thesis are put forward.
In chapter 2, firstly the basic methods of wireless electro-hydraulic controller is analyzed, and it is divided into three functional modules. Then the hardware design and implementation of the functional modules are discussed in detail. Lastly the hardware methods of anti-disturbance are given, and entirely finished the hardware design of wireless electro-hydraulic controller based on VLSI and technology of digital communications.
In chapter 3, the software design of wireless electro-hydraulic controller is provided; the program is coded with the C51 language that have many advantages such as modularization, structurization, easily implementation the control algorithm and good compatibility. According to actual system requirements and experiments, the communication protocol is provided, using OxFF and 0x00 as the data head is a good solution to nRF40rs random output signal, and also using the muti-machine communication theory is a good solution to communication between the controllers. Then the flowcharts of functional modules are given. Lastly the software methods of anti-disturbance are described, and entirely finished the software design of the wireless electro-hydraulic controller.
In chapter 4, according to the relative theory of the antenna and the circuit theory,
the model of the low cost microstrip antenna which is easily manufactured on PCB is deduced, and the impedance matching of the antenna is put forward; also the formulas of the microstrip antenna's communication range are given. With the actual parameter of microstrip antenna, the remote control range of wireless electro-hydraulic controller is calculated, and with experiments, the actual remote control range of wireless electro-hydraulic controller is given.
In chapter 5, firstly the theory of the BSC and GBSC channel model are presented. Then with experiments, the BSC and GBSC model of the controller are established, and come to a conclusion that GBSC model is more suitable to describe the controller's channel model. The established GBSC model gives a design principle of error-correcting system in the next chapter.
In chapter 6, firstly according to the simulation and analysis results of the GBSC model established in chapter 4, the interleaved BCH code is selected. Experiments proved that interleaved BCH code has very high performance of error-correction, but the data size of the communication increase a little, and the anti-disturbance performance of the controller is greatly improved.
In chapter 7, firstly the operating principle of electro-hydraulic proportional reducing valve with special structure and characteristics is discussed in detail. Then the model of valve is established; also its stability is analyzed. Lastly, an experiment is made on the electro-hydraulic proportional reducing valve. The theoretical analysis and the result of experiments proved that electro-hydraulic pr
线电液控制技术。它的出现改变了传统有线电液控制技术的使用现状，极大改善
了工程机械操作人员的工作环境，提高了工程机械的自动化程度，是电液控制技
术的一个重要发展方向。本论文围绕着无线电液控制技术这个主题，进行了以下
几个方面的研究，并得出一些相应的结论：
第一章首先阐述了电液控制技术的发展概况，然后分析了国内外无线电液控
制技术的发展现状及趋势，得出采用高性能的超大规模集成电路、无线数字通信
技术和纠错编码技术是无线电液控制技术的发展趋势，并由此得出本论文研究意
义和主要研究内容。
第二章首先分析了无线电液控制器的工作原理，然后给出无线电液控制器的
编码模块、解码模块和射频发射接收模块这三个功能模块的硬件设计与实现，并
提出相应的硬件抗干扰设计，从而最终实现了基于超大规模集成电路和数字通信
技术的无线电液控制器的硬件设计。
第三章给出了无线电液控制器的软件设计实现，采用具有模块化和结构化程
序设计、易于实现控制算法以及移植性很好的C51编写程序；并根据系统的实
际需要和实验结果设计出控制器的无线通信协议，提出了用0xFF和0x00作为数
据头，较好的解决nRF401随机输出信号的问题，并利用单片机多机通信的原理，
很好的解决了各个控制器之间的通信问题；根据划分的功能模块，给出了各个功
能模块的程序框图；最后从软件角度进行软件抗干扰设计，最终完成无线电液控
制器的软件设计。
第四章首先根据天线设计的相关理论以及电路原理知识，对低成本、易于在
PCB上实现的微带天线进行数学建模和阻抗匹配设计，并得出微带天线传播距
离的计算公式；根据实际设计参数计算得到无线电液控制器遥控范围，并通过实
验测得无线电液控制器实际遥控范围。
第五章首先阐述了BSC信道模型和GBSC信道模型的理论；然后通过实验
的方法建立了BSC和GBSC信道模型，经分析得出GBSC信道模型与无线电液
控制器信道的实际模型比较相符，为下一章纠错编码提供了理论依据。
第六章首先对第五章建立的GBSC信道模型进行仿真和分析，得出适合无线
电液控制器的纠错编码—交织BCH循环码；通过实验验证了交织BCH循环码在
不增加发送数据量的同时有较好的纠错性能，提高了无线电液控制器的抗干扰能
力。
第七章首先阐述自行设计的特殊结构形式电液比例减压阀的工作原理以及
摘要
特点;然后对该阀进行数学建模，分析其稳定性;最后对该电液比例减压阀进行
实验分析。理论分析及实验结果都证明，在电液比例减压阀的进油口与负载口之
间的特设液阻，在电液比例减压阀中形成了一个特殊液压桥路，使电液比例减压
阀用正遮盖的加工精度，达到微小负遮盖或接近零遮盖的控制性能，其稳定性也
明显得到改善。
第八章对本论文所做的研究工作进行了简要总结，并得出了一些结论;然后
分析了一些有待进一步研究的内容。
Tightly combined with the development of technologies of microelectronics, auto-control and radio engineering, the technology of wireless electro-hydraulic came into being. Compare to wire electro-hydraulic technology, the wireless electro-hydraulic have many advantages. With this technology, the work environment of modern engineering equipment is greatly improved, also does the automaticity of modern engineering equipment. Technology of wireless electro-hydraulic is one of the important development tendencies of the electro-hydraulic technology. Around the topic of wireless electro-hydraulic technology, the main contents of this thesis with the relevant conclusions are as follows:
In chapter 1, firstly the development of electro-hydraulic control technology is discussed, then the status and development tendency of wireless electro-hydraulic control technology at domestic and abroad is analyzed, and come to a conclusion that using VLSI, technology of wireless digital communication and technology of error-correction is the developing tendency of wireless electro-hydraulic technology, also the significance and the contents of the thesis are put forward.
In chapter 2, firstly the basic methods of wireless electro-hydraulic controller is analyzed, and it is divided into three functional modules. Then the hardware design and implementation of the functional modules are discussed in detail. Lastly the hardware methods of anti-disturbance are given, and entirely finished the hardware design of wireless electro-hydraulic controller based on VLSI and technology of digital communications.
In chapter 3, the software design of wireless electro-hydraulic controller is provided; the program is coded with the C51 language that have many advantages such as modularization, structurization, easily implementation the control algorithm and good compatibility. According to actual system requirements and experiments, the communication protocol is provided, using OxFF and 0x00 as the data head is a good solution to nRF40rs random output signal, and also using the muti-machine communication theory is a good solution to communication between the controllers. Then the flowcharts of functional modules are given. Lastly the software methods of anti-disturbance are described, and entirely finished the software design of the wireless electro-hydraulic controller.
In chapter 4, according to the relative theory of the antenna and the circuit theory,
the model of the low cost microstrip antenna which is easily manufactured on PCB is deduced, and the impedance matching of the antenna is put forward; also the formulas of the microstrip antenna's communication range are given. With the actual parameter of microstrip antenna, the remote control range of wireless electro-hydraulic controller is calculated, and with experiments, the actual remote control range of wireless electro-hydraulic controller is given.
In chapter 5, firstly the theory of the BSC and GBSC channel model are presented. Then with experiments, the BSC and GBSC model of the controller are established, and come to a conclusion that GBSC model is more suitable to describe the controller's channel model. The established GBSC model gives a design principle of error-correcting system in the next chapter.
In chapter 6, firstly according to the simulation and analysis results of the GBSC model established in chapter 4, the interleaved BCH code is selected. Experiments proved that interleaved BCH code has very high performance of error-correction, but the data size of the communication increase a little, and the anti-disturbance performance of the controller is greatly improved.
In chapter 7, firstly the operating principle of electro-hydraulic proportional reducing valve with special structure and characteristics is discussed in detail. Then the model of valve is established; also its stability is analyzed. Lastly, an experiment is made on the electro-hydraulic proportional reducing valve. The theoretical analysis and the result of experiments proved that electro-hydraulic pr
引文
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