控制权分配原理研究（精选8篇）
控制权分配原理研究 第1篇
造纸业是国民经济中的重要产业。变频调速控制应用于造纸机传动系统, 具有节约电能、提高产量和纸张质量等优点, 是造纸企业降低成本、增加竞争力的重要途径。
纸机变频传动控制技术的水平是和变频器的技术发展水平息息相关的。自从上世纪80年代中期变频技术实用化阶段以来, 变频调速纸机系统也在不断发展变化。在上世纪90年代初期, 由于变频器自身及其应用的局限, 大部分纸机传动系统是以开环和单机运行的。在上世纪90年代中后期以后, PLC、工控机和DCS控制开始出现并得到广泛应用。
目前, 造纸机控制系统普遍采用基于PLC的网络集散控制, 其控制功能主要包括线速度同步、速度链功能、负荷分配功能、张力控制, 此外, 还有其他控制要求, 如爬行、紧纸、急停等。其中, 负荷分配控制是当前造纸机控制系统的一大研究热点。负荷分配问题主要存在于造纸机的网部、压榨部、施胶机等, 由于这些地方属于多电机驱动同一负载或负载之间存在刚性连接, 它们之间要求线速度同步的同时, 必须负载率均衡, 否则有可能撕坏毛布或造成断纸。因此, 有必要对造纸机的负荷分配进行研究与实验。
本研究针对造纸机传动控制系统中的负荷分配问题, 提出基于PLC网络通讯的负荷分配控制方案。
1 基于PLC的造纸机多电机变频传动控制系统结构
基于PLC的造纸机多电机变频传动控制系统采用3层结构, 系统结构框图如图1所示。
第一层为传动控制层, 例如研究人员采用ABB公司的ACS550系列 (ACS550-01) 矢量控制变频器;第二层为PLC控制层, 例如研究人员采用Siemens S7-200PLC以及威伦触摸屏, 通过MODBUS现场总线将PLC、触摸屏和变频器组成网络通讯系统, 进行实时高速通讯, 协调工作;第三层为上位控制层, 例如研究人员采用研华公司IPC-610工控机, 与PLC之间通过以太网通信, 实时监控纸机系统运行[1]。
传动控制系统的各个传动点不但要求速度同步, 运动协调, 而且对于需要负荷分配的传动点必须采用负荷分配控制。整个传动控制系统以西门子S7-200PLC为主控制器, 同时配合多个主操作台作为系统操作控制面板, 每个控制面板上配置一个触摸屏, 利用触摸屏来控制各传动点以及显示各传动点的工作速度。变频器根据PLC指令, 执行对异步电机的速度、电流、转矩等参数的控制[2]。
2 负荷分配控制理论分析
2.1 负荷分配的产生及影响
造纸机网部的真空伏辊与驱网部、压榨部的上部与下部等, 经过加压同步运行。对于类似这样的传动, 只控制电动机速度同步并不能满足实际系统的工作要求, 实际系统还要求各传动点电机负载率相同, 否则会出现某台电机出力大、某台电机出力小的情况, 影响正常造纸, 甚至撕坏纸张和毛布, 造成变频器及机械设备的损伤。因此, 造纸机多点传动时必须控制负载均衡。造纸机网部与压榨部结构如图2所示。
2.2 负荷分配数学分析
在造纸机传动控制系统中, 同一个分部的各个传动电机由于所处位置的不同以及毛布包角大小的不同, 承受的负荷是不同的, 即各个电机的出力大小不同。而负荷分配要求各个传动电机的负载率相同, 即:
式中:Pi第i台电机实际输出功率, PNi第i台电机额定功率[3]。
通常代表实际负荷的参数有电机功率P、电机电流I、电机转矩M。根据所选变频器的不同, 可选择合适的控制参数。例如, 安川变频器用功率表示电机的出力方向和大小, 所以负荷分配可选择用P作为检测量;ABB变频器用转矩表示电机的出力方向和大小, 所以负荷分配可选择用M为检测量[4]。
利用功率的负荷分配公式如下:
式中:pn第n台电机实际输出转矩, PNn第n台电机额定功率。
利用转矩的负荷分配公式如下:
式中:Mn第n台电机实际输出转矩, MNn第n台电机额定转矩。
依据所选择的变频器及其检测参数, 利用式 (2) 或式 (3) 对参与负荷分配的各台电机进行调节, 使各个电机的负载率相等, 即可实现对多电机传动的负荷分配[5]。
3 负荷分配控制方案
造纸机的负荷分配比较复杂, 也是当前造纸机传动系统的研究热点之一, 其主要原因是变频器内的电流环无法直接控制。当前常用的负荷分配实现方法可归纳为5类: (1) 采用高性能变频器 (转矩控制型, 譬如ACS800变频器) 实现负荷分配; (2) 采用某些公司研发的负荷分配控制器; (3) 通过PLC的模拟控制实现负荷分配; (4) 通过PLC通信功能实现负荷分配; (5) 利用软件 (譬如西门子变频器的负荷分配开发软件) 实现负荷分配。
在5种负荷分配方案中, 第 (2) 和第 (3) 种方法属于模拟控制, 稳定性差, 易受干扰。第 (1) 和第 (5) 种方法控制精度较高, 但只适用于某些负载情况, 且由于采用了专用软件或较高的硬件配置, 大大增加了投资成本。相比之下, 第 (4) 种方法的性价比较高[6]。
负荷分配控制过程如图3所示。
首先, PLC通过Modbus通信采集两点电流, 计算两点转矩的比值, 并与已知功率的比值做比较, 如果不一致, 则调节速度给定, 直至输出转矩的比值与额定功率的比值相一致, 从而实现功率大的电机出力大, 功率小的电机出力小, 即实现负荷分配的目的。由于纸机工作时负载是波动的, 负荷分配是一个动态过程, 即处于不断检测和不断调整之中。基于PLC的负荷分配子程序流程如图4所示[7]。
4 负荷分配Matlab仿真
已知负荷分配仿真模型参数:初始转矩M1=90 Nm、M2=160 Nm、总转矩M=250 Nm;额定输出功率Pe1=40 k W, Pe2=60 k W;PID参数kp=1.8、ki=0.5、kd=0.6。仿真运行结果如图5所示, 经8 s后M1和M2分别达到稳定值100 Nm和150 Nm[8]。
5 负荷分配现场试验研究
以沭阳博大包装纸业有限公司4200/250型造纸机为例, 该纸机用于生产包装纸, 纸机各参数如表1所示。
为检验造纸机系统的运行状态, 笔者利用Matlab开发了系统检测GUI界面程序“Trace.fig”。S7-200PLC通过Modbus通信采集各传动点电机的转速、电流, 并计算出转矩。“Trace.fig”程序对其滤波处理, 并在图形坐标上显示数据波形。
本研究选择真空伏辊 (PN=45 k W) 和驱网辊 (PN=75 k W) 两传动点进行负荷分配控制实验。设工作车速为200 m/min, 期望负载转矩设定为250 Nm。由两点功率可知负荷分配比为3∶5, 转矩分别稳定在94 Nm和156 Nm。降载实验, 当t=10 s时, 本研究将期望转矩降低224 Nm到后, 真空伏辊和驱网辊两传动点的负载波形如图6、图7所示, 转矩调整为84 Nm和140 Nm, 负荷分配比仍为3∶5。现场试验研究表明, 该控制方案能实时监控纸机各传动点的电流, 并通过Modbus通讯调整各变频器频率, 响应速度较快, 满足负荷分配要求。
6 结束语
本研究采用S7-200 PLC和变频器组成的Modbus网络通讯系统, 采集各负荷分配电机的电流, 并通过PLC计算和处理后, 调整各传动点的速度, 进而实现负荷分配。在Matlab软件环境下, 采用Simulink工具箱, 对负荷分配进行了仿真;并通过沭阳博大包装纸业有限公司造纸机传动系统的现场调试试验, 验证了负荷分配控制方案的可行性。
本研究的创新点是采用通讯方式实现负荷分配控制, 很大程度地减小了干扰, 大大增加了系统的可靠性。该系统自投入运行以来, 一直运行可靠, 为该企业取得了良好的经济效益。
摘要：针对造纸机传动控制系统中的负荷分配问题, 对造纸机负荷分配产生的原因、影响、数学算法等方面进行了研究, 提出了基于PLC网络通讯的负荷分配控制方案, 并采用Matlab/Simulink工具箱, 对负荷分配控制方案进行了仿真。最后, 利用Matlab软件开发了GUI界面程序“Trace.fig”。“Trace.fig”将采集到的现场信号进行了滤波处理, 并在图形坐标上显示数据波形。实验研究结果表明, 该控制方案能实时监控纸机各传动点的电流, 并通过Modbus通讯调整各变频器频率, 实现负荷分配。系统自投入运行以来, 性能可靠、稳定。
关键词：造纸机,负荷分配,PLC,Matlab/Simulink,Modbus通讯
参考文献
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会计剩余控制权分配的博弈分析 第2篇
关键词：会计剩余控制权 有限期预期条件 无限期预期条件
激励与惩罚模型
在企业剩余控制权中，会计剩余控制权作为其中的重要组成部分，通常情况下，会计剩余控制权是在财务决策中运用企业剩余控制权，进一步在财务报告上体现企业的剩余控制权。会计准则作为一种社会公共契约，其特点主要表现为不完备性、刚性，在制定、修订及执行会计准则的过程中，均存在巨大的交易成本。对于复杂的经济环境，不是任何具有有限理性的利益相关者所能完全认知的，在这种情况下，对于各利益相关者来说，只能按照一般性会计规范做出相应的市场规范，而特殊的会计规范只能由企业自己决定。而这些由企业自主决策的特殊会计规范便构成了企业的会计剩余控制权[1]。
会计剩余控制权的缔约双方是管理者与股东，会计剩余控制权的履行是以缔约当事人中，管理者的声誉资本为基础的。由于声誉资本的积累是以管理者过去的行为记录和履约历史情况为基础的，因此，当管理者声誉资本的价值收益超过其从违约行为、偷懒和错误行为中获取的利益时，声誉损失的威慑就足以促成契约的执行[2]。不同于法律机制规定了交易双方权利与义务的大致范围，声誉机制负责的是契约中没有规定的或难以规定清楚的事项[3]。相较于法律机制和产权制度等实现机制，声誉机制成本更低、效率更高，特别是在难以有效执行法律机制的情况下，声誉机制的存在更加必要。
由于管理者与股东的利益并不总是一致的，管理者存在损害股东利益，增加其自身利益的动机，为了更详尽地分析管理者与股东之间的博弈，本文将管理者与股东的惩罚与激励模型分为有限期预期条件和无限期预期条件两种情况[4]。
1 有限期预期条件下的惩罚与激励模型
有限期预期条件下的惩罚与激励模型基于的假定是：在一个时期中，从股东的观点出发，他们认为管理者具有利用会计剩余控制权损害股东利益的动机和机会主义行为。具体来说，管理者可能是“诚实的”，不愿意声称维护股东利益却损害股东利益，或者，管理者维护股东利益的成本并不超过损害股东利益成本的。由此，管理者被分为两种类型：“诚实的”和“不诚实的”。假定“诚实的”管理者总是维护股东利益的，提供高质量管理服务，不会利用会计剩余控制权牟取私利;而“不诚实的”管理者存在两种行为策略，一种是维护股东利益，提供高质量管理服务，另一种是不维护股东利益，提供低质量管理服务，利用会计剩余控制权牟取私利。
在有限期预期条件下，为了简化模型，考虑两个时期的情况。由于信息不对称，假定只有管理者知道自己的类型，那么，“诚实的”管理者总是提高高质量管理服务，而“不诚实的”管理者的行为有以下两种情况：一种是他从一开始便坦诚自己的类型，在第一期就提供低质量管理服务。如此一来，股东便会推断他是“不诚实的”，因此，预期他在第二期也不会提供高质量管理服务。但是，另一种策略可能是，“不诚实的”管理者在第一期提供高质量管理服务，力图使股东认定他是“诚实的”。于是股东预期他在第二期仍会提供高质量管理服务，并愿意为此付出高价。在这种策略下，“不诚实的”管理者通过在第二期高价格时提供低质量管理服务而榨取其声誉。这种策略在第一期承受的损失是提高管理服务质量对声誉进行投资所造成的履约成本增加，而在第二期可以得到来自声誉的收益补偿。
在每一个时期（t=1，2），管理者在高质量管理服务（q=1）和低质量管理服务（q=0）中进行选择。高质量管理服务的成本为c1，低质量管理服务的成本为c0，其中c1>c0≥0。如果股东购买管理服务，其每一时期的平均效用为θqt-pt，如果股东不购买管理服务，其每一时期的效用为0。管理者有两种可能的类型：“诚实的”（概率为x1）和“不诚实的”（概率为1-x1）。管理者知道自己的类型，而股东并不知道管理者的类型。“诚实的”管理者总是提供高质量管理服务，“不诚实的”管理者会最大化其跨期利润，特别是，他总是在第二期提供低质量管理服务（因为成本低，而且保护声誉是无用的）。
在每一个时期开始，管理者报一个价格（p），然后挑选一种管理服务质量（q）。股东只能观察价格，在一个时期结束之后才能知道管理者的管理服务质量。为简化，省略了管理者与股东之间讨价还价的过程，假定，在给定时期股东或者全部接受管理者提出的价格，或者全部不接受。为了寻找独立于第一期价格的均衡行为，将存在一种均衡状态，在这一均衡中，第一期的价格p1不传递任何信息。首先选取任意的第一期价格p1，然后在这个基础上讨论“不诚实的”管理者的行为选择，最后再来确定管理者在第一期将收取怎样的价格。
假定股东购买管理服务，通过提供低质量管理服务，“不诚实的”管理者能够节省的成本为c1-c0。在第一期期末，股东知道管理者是“不诚实的”，那么第二期管理者的利润为0，根据预期第二期管理者会提供低质量管理服务。管理者如果在第一期提供高质量管理服务，那么他在第二期最多能获得的利润为δ（θ-c0）。这是因为，在第一期期末，股东认为管理者是“诚实的”，并愿意支付θ;然后，管理者在第二期榨取声誉，获得的利润为θ-c0。
如果c1-c0>δ（θ-c0），那么，“不诚实的”管理者的占优策略是：在第一期提供低质量管理服务，此时，第一期管理服务的最高价格是p1=θx1。但是如果c1-c0<δ（θ-c0），与其诚实声誉价值收益相比，当提供低质量管理服务而节省的成本较小时，在第一期“不诚实的”管理者极有可能对“诚实的”管理者进行模仿，进而提供较高质量的管理服务。这能够成为均衡，如果在第一期，两类管理者提供的管理服务具有相同的质量，那么，任何有价值的信息通过观察管理服务质量不能获得。于是，股东在第二期遇到“诚实的”管理者，得到高质量管理服务的概率仍然是x1。因此，股东愿意支付的价格为E（θq2）=θx1。上述推导证明，只有当c1-c0<δ（θ-c0）时，“不诚实的”管理者才愿意提供高质量管理服务。如果满足这一条件，在榨取声誉前的一个时期，管理者确实会提供高质量管理服务。当然，管理者的诚实不能被股东完全认定。但是，管理者保持了不确定性，这使他在第二期可以按价格θx2销售其管理服务。
2 无限期预期条件下的惩罚与激励模型
建立和完善惩罚机制，对管理者声誉进行管理，这是对降低管理服务质量管理者的市场惩罚，进而在一定程度上促使其保持高质量管理服务。管理者的市场惩罚与“质量溢价”模型的思想基础是：在重复博弈中，股东能够用终止购买管理者所在公司股票的方式，或通过董事会解除与管理者聘约来对管理者降低管理服务质量作出回应。通常情况下，只有当高质量管理服务能够得到合理“质量溢价”时，这种反应才能构成对管理者的惩罚。
在无限期预期条件下，假定：
①股东会无限期重复购买管理服务，T=1，2，3，…，令δ= 表示贴现因子，0 ②每一时期期初，管理者选择当期的管理服务质量，并且可以调整其管理服务质量（符号为q），在低质量管理服务（q=0）和高质量管理服务（q=1）之间，管理者可以进行自由选择。提供低质量、高质量管理服务的单位成本分别为c0、c1，其中，c1>c0，且c0′，1>0，c0″，1>0。 ③对于自己的管理服务质量，管理者事先已知道，只有得到管理服务之后，股东才能了解管理服务质量，也就是说，在t+1时期，股东才能了解t期的管理服务质量。 ④根据管理者的声誉，股东对其管理服务质量形成预期，在t-1时期，管理者根据所选择的管理服务质量来衡量t时期的声誉Rt，Rt=qt-1，因此他们预期qt=Rt。假定R1=1（股东先假定管理者在第1期提供高质量管理服务）。而此时，管理者的价格为p1，管理者总是提供高质量管理服务，并一直索取同样的价格。如果管理者在某一时期降低了管理服务质量，而股东只能在购买后，即这一时期的滞后期发现，因此当期管理者还是可能索取价格p1，但股东可以通过出售管理者所服务公司的股票或者解聘管理者来对其实施惩罚。 ⑤股东相信管理者一旦由高质量管理服务转变为低质量管理服务，就不会再提高管理服务质量。如果管理者选择高质量管理服务，那么价格为p1，管理者所获得的跨期利润为：（p -c ）（1+δ+δ +……）= =（ ）（p -c ）。 如果管理者索取价格p1，却提供低质量管理服务，那么当期能获得的利润是p1-c0，而在此后各期获得的利润将为0。均衡的必要条件化简为：p1-c1？叟r（c1-c0）。 因此，为了进一步使管理者提高管理服务质量，管理者通过提供高质量的管理服务进而在一定程度上获得足够的“溢价”，与其成本c1相比，价格p1至少高出r（c1-c0）。对于管理者来说，如果通过降低管理服务质量的方式欺骗股东，管理者当期的收益为服务成本的节约额：c1-c0。但是，他将失去未来所有的“溢价”：（p -c ）（1+δ+δ +……）= 。 当（p1-c1）/r>c1-c0时，理性的管理者会从股东的利益出发保持管理服务质量，不会利用会计剩余控制权损害股东利益。通过上述推导，本文发现这一模型的理论前提是：与损害股东利益的所得相比，只有当高质量管理服务带来的“溢价”较高时，管理者担心降低管理服务质量会损失这种溢价，在这种情况下，他才有动力提供高质量管理服务。 随贴现率r的提高，最低限度质量溢价r（c1-c0）也在不断增加。这是因为，平均每一单位时间的利率是给定的，那么，平均每一时期的利率随时间间隔延长而提高。假定时期之间的间隔延长，股东花费在观察过去的管理服务质量上的时间将会增加，因为管理服务质量的降低需要更长的时间才能被观察到，管理者就会产生降低管理服务质量的动机，为了防止管理者降低管理服务质量，必须提高“质量溢价”。因而，人们可以得到一个均衡，在这个均衡里，因畏惧股东的惩罚，管理者需要保持高质量的管理服务，只有较高的管理服务质量，股东才会重复购买其管理服务。“质量溢价”就是未来管理费用损失所造成的代价超过现期降低管理服务质量所带来的成本节省的部分，在无限次重复博弈条件下得到这种均衡。 3 结论 根据惩罚机制与激励机制的博弈分析，本文发现在有限期条件下，只要股东对高质量管理服务提供的“溢价”足够高，即使管理者是“诚实的”的初始概率非常小，也会提供高质量的管理服务。而在无限期条件下，只有当高质量管理服务带来的“溢价”高于损害股东利益的所得时，管理者担心降低管理服务质量会损失这种溢价，他才有动力提供高质量管理服务。 参考文献： [1]Fama.E，Agency problems and the theory of the firm[J]. 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[4]李连军，审计市场中的信号显示机制：理论与实证分析[J].产业经济研究，2005（1）：53-60. 基金项目：本文受国家社会科学基金项目“会计信息质量测度及监管创新研究”资助，基金编号：10BGL015，立项者：袁建国。 作者简介：宋文娟（1984-），管理学博士，研究方向：财务管理。 高压共轨燃油喷射系统能有效改善柴油机的排放、油耗和噪声, 很多研究者致力于开发和研究先进的共轨系统［１］。我国自主开发的新型蓄压分配燃油喷射系统具有成本低、效率高等优点, 是一种经济适用的柴油机燃油喷射系统。 轨压控制的精度影响油量控制的精度及喷射波形。因此, 设计更高级的轨压控制策略成为共轨系统研究的热点［２－９］。影响轨压控制的因素较多, 包括喷油电磁阀的稳定性、进油计量阀的响应特性、轨压的采样方法等。文献[2]等基于流体动力学和电磁理论详细研究了多次喷射共轨系统模型, 该模型主要用于液力分析和诊断, 也可用于控制设计;文献[3]等研究了五阶非线性模型, 并设计了滑模控制算法对轨压进行控制;文献[4-5]等设计了基于角度域的时变控制算法来控制轨压;文献[6]等建立了轨压的混杂模型, 设计了混杂多采样率控制算法。国内的研究者也对轨压的控制算法进行了大量的研究［７－９］。以上模型和算法都比较复杂。本文从控制的角度建立了轨压控制模型, 设计了轨压串级控制策略, 提出了一种基于微分器的PID控制算法来对轨压进行反馈控制。此外, 针对试验中发现的轨压剧烈波动现象分析了其剧烈波动的机理, 并提出了新的控制技术来避免轨压的剧烈波动。 1 系统工作原理及试验方案 1.1 蓄压分配泵工作原理 蓄压分配燃油喷射系统的工作原理如图1 所示。低压输油泵将燃油从油箱抽出, 燃油流经进油计量阀, 通过进油阀进入高压油泵的柱塞腔。通过电控单元改变计量阀的电流可改变进入柱塞腔的流量, 实现轨压的控制。高压油经柱塞将加压后通过一个单向阀进入轨中。油轨通过一根高压油管与分配头连接。从油轨中出来的高压油通过一个类似于“总开关”的供油阀, 喷油量和喷油时刻的调节通过控制供油阀的开启时刻和供油脉宽来实现。在供油阀的下游还装有一个回油阀, 其机械原理与供油阀类似。回油阀的主要作用是通过电控单元控制回油阀的开启时刻来控制喷射压力的波形, 实现灵活的喷射速率控制。为了降低控制的复杂性, 回油阀的脉宽可以设置一个最大值 (本系统定为2000μs) 以保证多余的高压油回到油箱。回油阀的另一个作用是可以通过推迟其开启时刻来提高系统的效率。由一个机械分配头实现从油轨到各缸的燃油分配。 与传统的高压共轨系统相比, 该系统不需要采用电磁阀喷油器, 因此对油品的适应性更好, 成本更低。同时, 双阀的设计则能实现较为灵活的喷油速率控制。所以, 蓄压分配燃油喷射系统是一种适合我国国情的先进共轨系统。 1.2 试验装置 试验在燃油喷射系统试验台上进行, 如图2 所示。采用Simulink设计控制算法, 并采用targetlink软件自动生成代码。以MC9S12-XEP100为硬件平台进行试验。试验数据通过CANape通讯监控软件采集。泵的参数如下:泵腔柱塞直径8mm, 凸轮凸峰数×升程为3×14.5mm, 最大轨压160MPa, 油泵最高转速1200r/min。 2 轨压算法理论及试验 2.1 控制模型 计量阀的线圈可以简化为由电阻和电感组成的串联。根据电路原理建立其微分方程: 式中, Iｉｍｖ为进油计量阀线圈的电流, A;Rｉｍｖ为进油计量阀线圈的电阻, Ω;Lｉｍｖ为进油计量阀线圈的电感, H;Uｂａｔｔ为负载供电电压;u为控制占空比。 计量阀线圈电流和体积流率Qｉｍｖ之间的关系为非线性关系, 通过试验来辨识其模型: 考虑泵的效率η (n, p) 主要取决于转速和油压, 则进入轨内的燃油的体积流率Qｐｍｐ可表示为 从轨内流出的流量Qｏｕｔ一部分流经高压阀喷入缸内, 一部分通过回油阀回到了油箱, 剩余的一部分为泄漏量。泄漏量主要通过试验由轨压和油温查表确定。 式中, Qｉｎｊ、Qｂａｃｋ和Qｌｅａｋ分别为喷油量、回油量和泄漏量, m３/s。 根据燃油的物态方程, 轨内压力波动的动态方程为 考虑泵油的时延特性, 取 弹性模量采用经验公式［３］计算: 式中, p为轨内压力, Pa;Vｒａｉｌ为轨的容积, m３;Kｆ为弹性模量, Pａ;n为发动机转速;Tｄ为延迟时间。 式 (1) ~式 (7) 为轨压控制系统的数学模型。轨压的控制目标为克服喷油过程、电压波动、系统参数变化等扰动。控制量为轨压p, 控制输出为u, 状态变量为Qｐｍｐ、Iｉｍｖ。 2.2 微分器理论 对于带有噪声的任意信号v (k) , 采用传统的微分理论求信号的导数具有噪声放大效应, 甚至导致微分值不可用。采用滤波后再微分或微分后再滤波的办法则将导致相位滞后［１０］。本文采用非线性跟踪微分器求信号的跟踪值和微分值［１１］。 f () 的计算方法如式 (9) 所示。 式中, z１１和z１２分别为跟踪值和微分值;h为计算步长;r为可调参数, 代表跟踪的快慢。 采用非线性跟踪微分器来对信号进行处理可以平滑输入信号, 并且在带有噪声的情况下依然能获得理想的微分值［１１］。 2.3 轨压控制算法 为了提高系统的抗扰动能力, 采用串级控制策略来实现对轨压的精确控制。检测计量阀的电流iａｃｔ实现状态反馈。主回路为轨压环, 副回路为电流环。与单回路系统相比, 串级控制策略减小了回路中环节的时间常数, 可及时克服进入副回路的各种二次扰动。主调节器的输出工况变化而变化, 从而不断改变副调节器的设定值, 使副调节器的设定值随工况而变化, 使该算法具有一定的自适应能力。主调节器起定值控制作用, 采用PID调节器;副回路是随动系统, 要求输入能快速准确地复现主调节器输出, 采用基于模型的控制。设计的控制器控制策略如图3所示。 主回路采取前馈反馈控制。前馈控制克服喷油等过程对轨内燃油的平衡造成的扰动, 保持目标轨压与实际轨压的偏差值较小。根据式 (4) , 可以得到前馈控制量 考虑到模型不精确, 设计PID反馈控制器来补偿系统偏差。由于D部分对噪声敏感, 本文采用非线性跟踪微分器来对PID控制进行改进:根据式 (8) 和式 (9) , 对目标轨压求跟踪值z１１和微分值z１２, 对实际轨压求跟踪值z２１和微分值z２２。改进的PID算法为 式中, β０、β１、β２分别为比例增益、积分增益、微分增益。 控制量为前馈和反馈控制之和。 根据进油计量阀的特性, 可以通过需求的进油量得到目标电流iｔｇｔ。 副回路根据进油电磁阀的数学模型 (1) 得到。 另外, 系统参数可能发生变化。例如, 温度变化将导致线圈电阻发生变化。设置闭环积分对参数变化进行补偿: 式中, Kｃ为积分项系数。至此, 轨压控制器设计完成。 2.4 轨压控制试验 采用传统的PID控制策略进行单闭环控制, 在油泵台架上进行轨压阶跃响应试验。PID参数取kｐ=12, kｉ=15, kｄ=3。目标轨压从50MPa阶跃至65MPa, 再从65MPa阶跃至80MPa。试验结果如图4所示。从65MPa阶跃至80MPa时实际轨压的上升时间约为0.5s, 稳定时间约为1.3s, 超调量为8MPa, 稳定后的波动幅度为±5MPa。65MPa稳态时控制精度为±3MPa左右。 采用本文给出的串级控制策略进行试验。带入系统相关参数:Rｉｍｖ=2.8Ω, Lｉｍｖ=9mH;非线性跟踪微分器的参数设置为r=800, h=0.01;轨压闭环控制器参数为β０=6, β１=10, β２=2;电流修正闭环积分参数设置为Kｃ=5。试验结果如图5所示。稳态精度几乎控制在±1MPa以内, 且几乎没有超调, 电流环也控制稳定。 对比两次轨压控制试验的结果可以发现:由于轨压的时滞及非线性特性, 采用传统PID控制波动幅度较大, 易超调, 自适应能力差;采用串级控制和改进的微分算法则稳态精度大为改善, 瞬态无超调。此外, 在试验过程中也发现, 采用串级控制策略由于减小了回路中环节的时间常数, 参数比简单的PID算法容易整定。 3 轨压波动试验及分析 3.1 轨压波动试验 在试验过程中发现, 油泵转速和驱动频率满足一定关系时, 轨压发生剧烈波动。为了研究轨压波动的原因, 在CANape中采集轨压值, 并将进油计量阀的驱动频率设置为变量以研究油泵转速和驱动频率的关系。油泵的转速可以通过油泵试验台上的电机来设定。表1为500r/min时多组驱动频率下的轨压波动幅度数据。 蓄压分配燃油系统轨压控制试验研究 第3篇
分析表1 中的数据可以发现油泵转速为500r/min时, 驱动频率取100、125、150、167、200Hz时, 轨压波动超过±4MPa。驱动频率为200Hz时, 轨压波动甚至达到 ±5.9MPa。而避开这些频率2~5Hz, 轨压恢复正常波动。在其他油泵转速时也有类似现象。
图6所示为频率180Hz、转速1200r/min时轨压波动的测试数据。从图6可以发现, 轨压以1Hz的频率在波动, 波动幅度达到±6MPa。副回路电流环的波动幅度也达到±30mA。
3.2 轨压波动机理分析及变频控制
从表1试验数据中可以发现:轨压剧烈波动时, 驱动频率和转速满足一定的关系。实际上, 轨内的柴油同时受到来自于计量阀和喷油高速电磁阀工作时产生的激励。喷油高速电磁阀的工作频率与转速成正比。当计量阀以某个固定的驱动频率工作且转速稳定时, 计量阀和喷油电磁阀对燃油产生的激励都为周期函数。计量阀产生的激励的基频为其驱动频率, 喷油高速电磁阀产生的激励的基频与转速相关。
将周期函数f (t) =f (t+T) 展开成傅里叶级数:
式中, ω=2π/T;a0/2为直流分量。也就是说, 周期函数可以展开成直流分量、基波和所有阶谐波的叠加。计量阀工作时对柴油的激励的基波频率f1为其驱动频率;在稳定工况下, 高速电磁阀工作产生时对柴油的激励的基波频率f2等于每秒喷油的次数 (喷油频率) 。对于四冲程柴油机, 喷油频率的计算方法如式 (17) 所示:
式中, n为发动机转速 (油泵转速的2 倍) ;i为冲程系数, 四冲程柴油机i=2, 二冲程柴油机i=1;N为发动机缸数。
根据式 (16) , 当进油计量阀驱动频率f１及其谐波频率与喷油频率f２及其谐波频率有相等的值的时候, 进油计量阀和喷油电磁阀工作产生的激励波在轨内传播可能形成波的干涉。在发生波的干涉时进行轨压闭环控制, 易导致轨压失控。
为了避开干涉区域, 喷油频率和驱动频率理论上应该互为质数。为了简化计算, 结合试验经验, 考虑三阶谐波即可基本避开振动区域。例如, 表1 中油泵转速为500r/min时, 驱动频率138Hz时轨压波动幅值只有±1.17MPa (138Hz为500r/min时喷油频率的四阶谐波的整数倍) 。
为了整个工作范围内避免轨压剧烈波动, 根据波的干涉原理计算共轨系统驱动频率: (1) 在一定转速范围内, 以100r/min为步长, 按式 (17) 计算各个转速下的喷油频率, 并计算其整数倍频率;计算所有喷油频率、倍喷油频率的倍喷油频率的整数倍频率, 以转速为横轴, 频率为纵轴画共轨系统压力波的干涉图; (2) 根据进油阀的选型, 选择最佳驱动频率附近的两个质数, 由这两个质数构成的区间作为驱动频率区间。计算这两个频率线与干涉频率线的所有交点; (3) 取上交点的中间值; (4) 快速通过干涉线, 确认下交点是否避开干涉线, 否则调整上交点的取值; (5) 依次连接上交点和下交点, 得到轨压变频控制曲线。
图7为采用Excel软件计算得到的四冲程六缸发动机轨压系统波的干涉图。本案例中的Meun阀的最佳频率为180Hz, 选择187Hz和173Hz这两个质数作为上、下界。
根据共轨系统驱动频率计算步骤计算驱动频率的值如图8所示。
图9 为变频控制的效果图。 油泵转速为500r/min, 驱动频率初值设为105Hz。在第470s时将驱动频率设置为100Hz, 轨压剧烈波动。 在第482s时, 将驱动频率设为103Hz, 轨压波动恢复正常。在第488s时候将驱动频率设为125Hz, 轨压又发生了干涉现象。 在第508s将驱动频率设置为127Hz, 轨压波动恢复正常。可见, 驱动频率对轨压稳定产生巨大影响。按照本文提供的驱动频率计算方法可以基本上避开波动区域, 改善系统的控制。
4 结论
(1) 基于非线性跟踪微分器的PID算法能克服传统微分对噪声的放大效应, 从而改进PID算法的响应。
(2) 采用串级控制的轨压控制系统比单闭环PID控制系统抗扰动能力更强, 且具有自适应能力。
(3) 在喷油和进油计量阀工作过程中, 轨内易产生波的干涉现象, 从而造成轨压剧烈波动。
(4) 采用变频控制技术可避免波的干涉造成的轨压失控。
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控制权分配原理研究 第4篇
从组织资源的角度去考察企业的经营管理, 无非是使企业组织内部的“人与物”形成了的结合, 而构成了现实生产力的推动而已。关乎这一点, 在企业管理实践的很长时间里被奉为圭臬。然而, 随着梅奥的“霍桑实验”的开展, 证明了:员工除了具有获得经济利益的驱动, 同时还具有情感领域的诉求。之后, 在行为理论学派中马斯诺提出了著名的“需求层次理论”。从此, 在现代管理中关于员工的激励问题, 逐渐被管理者与管理学家所重视。
随着我国现代企业制度的不断建立, 有关企业内部治理结构的研究也逐步与国际接轨。在对企业内部治理结构的稳定性进行研究后, 发现:其除了需要有一套科学、合理的企业法做保障;还需要在“激励兼容”原理的指导下, 建构企业薪酬分配制度。所谓“激励兼容”效果, 可以理解为:管理者在提供一个有关激励机制的制度安排后, 该制度性安排既能满足员工自利性行为偏好的同时, 使其行为后果又达到管理者所预设的组织目标的效果。
以现代股份制企业为例:董事会与经理局之间、经理局与下属部门之间、下属部门与基层部门之间, 在控制与反控制的博弈过程中, 如何设计出一套企业薪酬分配制度, 将会极大的影响上述3类两方之间的稳定性。稳定性自然就直接影响着, 企业正常经营管理活动的开展。
二、分析框架的建立
上文, 笔者提出了企业管理中薪酬分配机制构建的必要性。并且, 提出:所建立的分配制度在实施的过程中, 应遵循“激励兼容”的原理;同时, 基于特定地域的非正式制度, 将对企业员工行为偏好的特征及趋同性产生影响。因此, 本文还将地域文化、习俗嵌入薪酬分配机制的构建之中。
(一) 关于“激励兼容”的分析框架
“激励兼容”思想源于赫维茨的机制设计理论。机制设计理论始于赫维茨20世纪60时年代的开创性文献。在赫维茨的定义中, “机制”被描述为一个信息系统和一个基于信息系统的配置规则。在此基础上, 机制设计理论讨论的问题是:对于任意一个想要达到的既定目标, 能否设计出一个经济机制并且怎样设计一个经济机制, 使得经济活动参与者的个人利益和设计者既定目标一致即每个人主观上追求个人利益时, 客观上也同时达到了机制设计者既定的目标。
(二) 关于非正式制度的分析框架
非正式制度源于制度经济学的分析视角。具体而言, 非正式制度主要体现为文化、习俗、惯例等自发形成的制度安排。该制度安排的形成机理, 可以通过演化博弈思想来诠释。作为博弈均衡的产物非正式制度, 又通过群体内部的学习、模仿效应, 逐步产生同吸效果。而该同吸效果所形成的稳态因子, 嵌入个体的行为基因中, 通过个体间的反复适应, 最终形成具有地域特征的行为偏好。本文之所以强调它的重要性, 就在于:植根于不同地域文化背景下的行为偏好, 如, 东部地区表现为:勤勉、积极的精神面貌。在这种精神面貌下所建构的“激励兼容”的实施路径, 也应不同于其他地区。
三、“激励兼容”原理下企业薪酬分配的目标导向
根据现代管理理论, 可知:企业在进行目标分解的原则是, 各分目标所形成的合力能最终实现总目标。因此, 作为企业分目标之一的薪酬分配目标, 自然也应满足上述原理。通常意义上来考察企业经营管理的总目标, 被定义为:追求利润最大化。伴随着企业的不断成长与成熟, 关乎社会效益也将逐渐引入企业的总目标中。这里, 本文为了使问题简化, 只以“追求利润最大化”作为企业的目标导向。
上文开篇已经从组织资源的角度, 来考察了企业的经营管理。如果只是单纯的强调“人与物”的结合, 则就片面的仅从物质层面, 认识了企业经营管理的过程;然而, 有关企业的有效运作, 还需从其社会层面进行认识。企业社会层面, 表现为一种企业内部的生产关系;企业内部的生产关系与生产力相适应, 将会极大的推动企业的物质 (服务) 产品的生产。从而, 实现利润最大化的目标。那么, 如何调整企业内部的生产关系, 进而形成与企业生产力相适应的局面呢。大凡可以从两个方面进行破题: (1) 建立完善的企业内部治理结构; (2) 形成完善的激励机制的制度安排。其中, 激励机制制度安排的主要内容, 就是所谓得:企业薪酬分配制度。
综上所述, “激励兼容”原理下企业薪酬分配的目标导向, 便是:形成合理的企业内部生产关系, 该关系在满足员工的物质利益诉求的同时, 也实现了企业经营管理的总目标。
四、基于上述目标导向企业薪酬分配制度的构建
具体就企业薪酬分配制度而言, 这是激励机制研究的重点也是难点。其主要的难题就在于:被激励的一方可能出于自利动机, 而具有机会主义行为的偏好。同时, 受到信息不对称的影响, 这种机会主义行为很难被管理层所发现, 从而就存在激励效果弱化的可能。由此, 基于该现实可能, 本文在薪酬分配制度的构建上, 遵循“满意原则”。本文, 不将国有企业作为考察对象。
(一) 董事会与经理局
根据现代企业制度, 经理局开展具体的企业经营活动, 并对董事会负责。由此, 这就形成了典型的委托代理关系。董事会如何在有限的监督条件下, 保证经理局能够按照董事会的意图进行企业管理。其中, 对经理局的总经理 (CEO) 进行物质激励, 则是必不可少的环节。具体而言, 可以建构以下两种薪酬分配形式:
1、股权激励。在不同的激励方式中, 工资主要根据总经理的资历条件和企业情况预先确定, 在一定时期内相对稳定, 因此与企业的业绩的关系并不非常密切。奖金一般以财务指标的考核来确定总经理的收入, 因此与企业的短期业绩表现关系密切, 但与企业的长期价值关系不明显, 总经理有可能为了短期的财务指标而牺牲企业的长期利益。但是从股东投资角度来说, 他关心的是企业长期价值的增加。尤其是对于成长型的企业来说, 总经理的价值更多地在于实现企业长期价值的增加, 而不仅仅是短期财务指标的实现。为了使总经理关心股东利益, 需要使总经理和股东的利益追求尽可能趋于一致。对此, 股权激励是一个较好的解决方案。通过使总经理在一定时期内持有股权, 享受股权的增值收益, 并在一定程度上承担风险, 可以使总经理在经营过程中更多地关心企业的长期价值。股权激励对防止经理的短期行为, 引导其长期行为具有较好的激励和约束作用。
2、期权激励。期权激励是股权激励的一种典型模式, 指针对企业高层管理人员报酬偏低、激励不足的现象, 在企业中进行的有关股票期权计划的尝试, 以期能够更好地激励经营者、降低代理成本、改善治理结构。期权激励的授予对象主要是企业的高级管理人员, 这些员工在企业中的作用是举足轻重的, 他们掌握着企业的日常决策和经营, 因此是激励的重点;另外, 技术骨干也是激励的主要对象。
如, 授予总经理一定数量的股票期权, 总经理可以在某事先约定的价格购买企业股票。显然, 当企业股票价格高于授予期权所指定的价格时, 总经理行使期权购买股票, 可以通过在指定价格购买, 市场价格卖出, 从而获利。由此, 总经理都会有动力提高企业内在价值, 从而提高企业股价, 并可以从中获得收益。
(二) 经理局与下属部门
根据公司法规定, 经理局下属部门的管理者由经理局任命, 下属管理者对经理局负责。因此, 关乎下属部门管理者薪酬分配制度的设计, 则由经理局来完成。从企业经营管理的层次上来考察, 中层部门的管理者主要面对的是战术管理;同时, 在对企业管理所产生影响的权重上, 各部门管理者远不及总经理。因此, 从大方向来进行设计, 其薪酬总量应控制在合理的程度上。
并且, 在具体的战术管理层面, 各职能部门的工作重点与特点也不相同。因此, 还需根据各职能部门的特征, 来进行合理的薪酬分配制度的安排。以下, 分别就:技术部门、市场推广部门来进行考察。
1、企业技术部门的薪酬分配制度。现代企业类似于“哑铃状”, 即两头重 (技术、营销部门) , 中间细 (行政部门) 。可见, 技术部门对于实现企业总目标的重要性。在具体的构建中, 可以按照任务项目为单元, 由项目小组负责人进行小组内部的薪酬分配。其原因就在于, 在小单元的工作过程中, 项目负责人在监督、测评小组成员的工作绩效, 具有天然的优势。关于项目小组可分配的金额, 可以通过设定, 与该项目的市场货币评价相应的提成比例来实现。
2、企业营销部门的薪酬分配制度。受到市场推广工作自身特点的影响, 企业很难时刻监督、评价该部门员工的实际工作绩效。因此, 在构建薪酬分配制度时, 应着重对员工工作结果的考察。即, 根据员工签定订单的金额, 按照一定的比例给予提成;同时, 为了保证企业经营目标的最大实现, 该提成还需与订单最后的资金回收率挂钩。这样, 可以有效的防止企业市场推广人员, 发生机会主义行为。
摘要：随着梅奥的“霍桑实验”的开展, 证明了:员工除了具有获得经济利益的驱动, 同时还具有情感领域的诉求。之后, 在行为理论学派中马斯诺提出了著名的“需求层次理论”。从此, 关于员工的激励问题, 逐渐被管理者与管理学家所重视。随着我国现代企业制度的不断建立, 在对企业内部治理结构的稳定性进行研究后, 发现:其除了需要有一套科学、合理的企业法做保障;还需要在“激励兼容”原理的指导下, 建构企业薪酬分配制度。
关键词：激励兼容,企业,薪酬分配,生产关系
参考文献
[1]赵奕凌:《物流工程项目管理中“激励机制”构建的几点思考》, 《物流工程与管理》, 2010 (5) 。
[2]赵惠锦:《企业员工薪酬分配管理与公平性探讨》, 《中国商界》 (下半月) , 2010 (1) 。
控制权分配原理研究 第5篇
低压外缸为钢板焊接的单层整体结构, 外形尺寸大, 重量大, 精度要求高, 由于其自身结构的特点在加工过程中极易出现变形。机械加工时通过负荷分配保证整个低压缸的重力合理地分配到各个承力面, 加工状态符合现场装配状态, 各部分加工基准统一, 从而避免因载荷不均而导致加工变形。
1 加工出现的变形问题及原因分析
1) 垂直中分面与水平中分面不垂直问题。主要原因为镗床主轴与工作台不平行, 回转工作台转位后, 2个工位的工作台平面出现夹角;其次是采用的工装垫箱不等高, 工件安装摆放后, 其支撑平面与所加工平面出现不垂直现象, 从而导致中分面与垂直面不垂直。
2) 缸体中分面或垂直面间隙局部超差, 或超差面积呈不规则分布。主要因为缸体装夹不正确。装夹没有按照支撑位置与压紧位置统一的原则, 或者支撑位置为缸体薄弱部位, 导致缸体在外力的作用下出现变形。
3) 缸体前、后部与汽缸中部接配时, 垂直面孔出现“偏孔”问题。垂直面孔全部为数控机床加工, 理论上不存在偏差, 但低压外缸一般由6半组成, 如加工时各自采用的基准不完全相同, 则导致部分孔位出现相对位移。
综上所述, 主要原因还是加工时的装夹方式误差、载荷分布不均、基准不统一造成的。
2 低压外缸防变形加工工艺控制方案
1) 设备精度确认:主轴与工作台平行度确认, X、Y轴重复定位精度确认, 工作台回转精度确认, 角铣头轴与主轴垂直状态确认。
2) 工装检测及确认:确保支撑用垫箱的高度一致, 工艺垫铁厚度一致。
3) 镗床进行缸体负荷分配。
a.粗加工垂直面, 见光即可;垂直面平放于垫箱上, 粗铣水平中分面留5 mm余量;中分面向下加工台板面, 粗铣台板面留量5 mm。
b.台板面支撑, 见图1。
c.在A、D连线的中点F布置千斤顶, C、B位置布置千分表, 用于监视读数。
d.顶起F, 使A、D脱离接触, 记录A、D读数, 计算A-D, 若为负值, 则在B点增加略大于A-D数值一半的垫片, 否则在C点增加略大于A-D数值一半的垫片。
e.重新调整千分表为“0”, 顶起F, 使A、D位置均脱离接触。记录A、D两点读数。计算A-D数值, 若A-D绝对值小于0.05 mm, 负荷分配完毕, 否则重新进行调整。
f.负荷分配完毕后, 粗加工垂直面留5 mm余量。
g.重新装卡, 垂直面平放于垫箱上, 加工中分面。
4) 精加工水平中分面时, 垂直面安放于等高垫铁上, 压紧与支撑位置必须位于同一位置。中分面加工采取分量切削, 留有1 mm余量时, 松压板一次, 再次压紧后进行精加工。
5) 精加工垂直面时, 要上、下半合缸加工。低压缸下半支撑采用台板面支撑, 支撑位置位于每个台板面的中心部位, 压板着力点, 位于支撑平面的中心位置。
6) 加工后拆开上、下半, 复查下半中分面水平, 允许变化在0.10 mm以内。
3 结语
负荷分配在低压缸加工时的应用解决了低压外缸的加工变形的缺陷。该方法考虑了低压缸刚性差、易变形的结构特点, 保证了工件装夹定位的准确性与可靠性, 减少了机械加工的累积误差, 提高了产品加工质量。此方法已广泛应用于汽轮机低压缸的实际加工中, 有效解决了生产中的实际问题。
摘要：针对低压外缸在加工过程中极易出现的变形问题, 进行试加工和可行性方案分析, 采用负荷分配控制加工变形, 保证加工质量, 满足设计要求。
关键词：低压外缸,加工,变形,负荷分配
参考文献
控制权分配原理研究 第6篇
无线传感器网络(WSN)是继互联网之后, IT领域的又一个热点技术,对21世纪的产业变革产生了巨大推动力。在美国的讨论未来的新技术时几乎全部给予WSN很高的评价;《MIT技术评论》在2003年2月曾进行一项评选调查,在被认为对世界具有推动和改变作用的10项新技术中,WSN位居第一位[1,2]。
当前在研究WSN多径路由时,由于受到WSN的节点能量限制,故将网络能效的提高和使用期限的增加研究成为了关键点。与单径路由相比,在网络负载平衡、能量消耗均衡上多径路由已经有了很大改善和提高,但多径路由协议的优化路径一旦建立就会被固定下来,还会被反复多次使用,这一问题成为了阻碍其进一步发展的关键[3,4,5,6]。基于这一背景针对多径路由传输干扰的问题,指出当前研究领域普遍采用的信道分配和功率控制两种抗干扰技术间存在复杂的交互关系,进而提出一种WSN联合信道分配和功率控制抗干扰算法。这一研究对于这一技术的进一步推广应用具有一定的意义。
1 算法设计
图1是信道分配和功率控制整体抗干扰算法的原理图,该图对本算法的设计流程进行了分析
1.2 模型设计
首先假设网络不存在C个正交信道,每个节点都可以记载信号强度,而且在节点内部都自动存有已知的下一跳路由表,每个节点与下一跳节点都是一一对应的。这就形成了由传输链路构成的集合ℓ(l),其中lij∈l代表发射节点到接收节点的路线。这里根据联合信道分配和功率控制来完成对干扰最佳的控制管理,每条链路定义可选信道集合的过程,再根据节点的特点来选择信道是必要的。
研究表明一条链路lij分配的信道是有严格的要求的。链路lij上的信号传输的成功率必须确定;尽量减少对该信道上其他信号的传输影响。
如图2所示,从第一级往下看它的作用,每个信道c,链路lij上传输的信号都可以以接收端的信噪比来表示,即:
式(1)中pi(c)位于信道c上的发射节点i发射功率(w);
hij(c)链路lij在信道c上的增益;
G位于发射端的放大器的增加;
Nj(c)接收节点j受到的信道c上的噪声干扰。
为了达到在信道c上链路lij上的传输任务成功完成,要使节点j接收到的信号的信噪比与信噪比门限γth保持一致,以上的条件就可以用下面的公式表示:
定义1
那么节点i为了满足p
从另外的角度来看,在信道c上,除了接收节点j之外的任何节点m(m≠j)接收到的信号的信噪比都能够用这样的公式来说明:
式(4)中 NIm(c)+ΔIim(c)节点m在信道c上受到的干扰;
p
NIm(c)位于信道c的位置节点i传输之前节点m受到的全部干扰;
ΔIim(c)节点i对节点m产生的干扰。
以这个公式为基础,已经存在在信道c上的节点成功传输不影响节点i的条件就可以表示为:
确实,为了解决以上条件的制约,节点i在信道c上的发射功率应不低于p
2 仿真性能分析
仿真采用图3所示的固定的拓扑结构下进行,实验过程中,每个节点内部都会存储一张局部路由表,节点的下一跳节点一般都是确定的,详细的仿真参数如表1所示。
2.1 信道分配仿真
在统一的信道环境中,逐步运行JCAPC,Y-MAC,MMSN和McMAC算法,总结各信道上的链路总数,传输受到的平均干扰和信道切换频率,结果如图4所示。
从图4可知,因为JCAPC算法与MMSN,McMAC算法都具有良好的公平性,所以执行上述四种算法得到各个信道上的链路总数差异微乎其微,但是相对的Y-MAC算法的公平性较差。这就用另一种方法说明了,JCAPC算法有利于达到较公平的信道分配,各信道的链路的分配结果如图5所示。
从图5不难发现,数据在信道上传输受到的平均干扰的程度大小是MMSN算法大于JCAPC算法;但是相反的在信道上平均干扰程度JCAPC算法大于MMSN算法。这是由于MMSN算法为减弱多信道干扰将相邻范围内的链路分配在不同的信道的结果,所以在一定程度上MMSN算法减弱了干扰,其分配结果也占有了一定的优势。然而上述三种算法都没有与信道质量挂钩,与真实的运行环境相悖。JCAPC算法在信道分配时期考虑了实际信道质量对传输造成的干扰,尽量降低数据在其分配的信道上传输时受到的干扰,因此,JCAPC算法对无线数据的传输具有十分重要的作用。
以上分析可知信道传输数据在JCAPC算法上分配的比较少,它不仅能够节能地实现WSN的信道分配,也可以降低信道分配干扰能力。
2.2 功率控制分析
这里JCAPC算法的功率控制部分和以发射功率作为代价因子的功率控制博弈的NPGP算法进行了简单比较,如图6所示,信道1上的4条链路代表链路1,链路2,链路3和链路4。
2.3 算法抗干扰特性综合分析
上述仿真研究研究表明,为了合理的进行信道分配,综合考虑信道分配和功率控制间相互影响来确定可选信道集合是可行的。 JCAPC算法最大的优势就是,可以凭借较小的信道切换频率合理的进行信道分配,而且可以确保数据在分配的信道上进行传输受到的平均干扰最小。从某方面而言,信道分配是功率控制的基础,在已经确定的信道分配条件上实行的功率控制精确性和标准性会更上一层楼。JCAPC算法可以用较小的发生功率为传输提供一个满足抗干扰要求的适宜的信噪比。总之,通过信道分配和功率控制的联合优化过程,JCAPC算法能够达到传输期间的各种干扰管理的节能效果,对于能量受限的WSN也有重要的作用。本算法在信道分配阶段和功率控制阶段的双重抗干扰能力下,表现为良好的抗干扰效果为单独的信道分配和功率控制。
3 小结
无线链路的干扰问题已经影响了WSN的进一步发展,这里为确保多径路由数据的准确传输设计了一种联合信道分配和功率控制(JCAPC)抗干扰算法。本算法是在充分考虑信道分配和功率控制两者间的错综复杂的关系的过程中,凭借两种抗干扰技术的联合优化以达到网络的干扰管理的目的。模拟结果在另一个角度说明,本算法可以用较小的能量消耗达到公平的信道分配,同时将数据在本算法中的传输将信号丢失率降到最小;另外,本算法也可以用较小的发射功率为传输提供一个适合的并且满足抗干扰需求的信噪比,JCAPC算法通过信道分配和功率控制的双重抗干扰结束的联合优化设计,实现了WSN多径路由的抗干扰节能化。
摘要：当前在研究WSN多径路由时,由于受到WSN的节点能量限制,故将网络能效的提高和使用期限的增加成为了研究关键点。提出了一种WSN联合信道分配和功率控制抗干扰算法,设计的算法可以用较小的能量消耗达到信道分配,同时将数据在算法中的传输将信号丢失率降到最小。在信道分配阶段和功率控制阶段的双重抗干扰能力下,表现为良好的抗干扰效果为单独的信道分配和功率控制。
关键词：无线传感器网络,抗干扰能力,信道分配,功率控制
参考文献
[1]贾楠.无线传感器网络多径路由及抗干扰算法研究.秦皇岛:燕山大学,2012
[2]孙维明.无线传感器网络多信道MAC协议MCMS的设计与实现.厦门:厦门大学,2008
[3]张招亮,陈海明,黄庭培,等.无线传感器网络中一种抗无线局域网干扰的信道分配机制.计算机学报,2012;03:504—517
[4]宋武华,裴廷睿,赵智,等.一种分布式认知无线电网络联合信道和功率分配算法.信息系统工程,2012;09:43—46
[5]文孟飞,彭军,张晓勇,等.无线传感器网络中基于同心圆树的路由选择算法.中南大学学报(自然科学版),2012;09:3490—3495
控制权分配原理研究 第7篇
1 理论教学与Matlab仿真的协调融合—“虚”
自动控制原理主要讲述经典控制理论, 包括系统的数学模型以及3种典型的系统分析和设计等内容。鉴于Matlab软件的强大功能, 以往在理论教学结束后, 针对课程的特点开设了“Matlab控制系统仿真”实践课, 通过虚拟仿真加深学生对理论知识的理解, 但在教学实践中发现学生往往把它们作为两门独立的课程来学, 教学效果不是很好。若能在整个理论教学过程中融入Matlab仿真教学, 将二者合理有机结合在一起, 就可以通过仿真演示让抽象的理论变得直观易懂, 让学生容易接受进而产生兴趣。于是在教学中对课程教学内容进行精选调整, 并对课程教学方案和学生评价体系等诸多方面进行改革。
对理论分析方法减少复杂的数学推导和证明, 如求解微分方程时, 可借助Matlab命令Laplace和ilaplace很快完成拉氏变换和拉氏反变换;还有高阶系统的分析往往比较复杂, 其动态响应在工程中常采用主导极点的概念进行简化分析, 主导极点概念讲解起来比较复杂抽象, 可借助Matlab软件做出高阶和降阶后的两种系统阶跃响应曲线, 然后对照曲线进行对比分析, 复杂抽象的概念便很容易理解了。根轨迹法和频域分析法是分析和设计线性定常控制系统的图解方法, 在工程实践中广泛应用, 学习这两种分析方法的目的是借助图形对系统进行分析, 但在传统教学中要花大量课时讲解根轨迹和频率特性的绘制方法, 绘制方法难以记忆且证明复杂, 课改后对这两种图形的手工绘制方法只做简单介绍, 要求学生掌握由Matlab软件快捷准确绘制出图形的方法, 并把教学重心向系统的分析和性能比较上倾斜。
举例如下:已知单位反馈系统的开环传递函数为, 求其频域开环性能指标, 并判断系统稳定性。若采用超前校正装置对系统进行校正, 将校正前后系统性能进行对比分析。
由Matlab中的margin命令做出频率特性曲线, 相角裕度和幅值裕度等开环性能指标会自动计算出来, 只要能在图上对应的把它们读出即可, 然后根据对数频率稳定判据进行稳定性判断, 操作方法简便快捷、直观形象。此系统还需要加校正环节, 只需在Matlab命令窗口键入sisotool命令, 在新出现的窗口中导入系统传递函数, 即可绘制出系统校正前后的bode图和根轨迹 (如图1所示) , 校正前后的系统性能指标可方便求出, 并能直观快速地对校正前后系统的性能进行对比分析, 校正前的频率特性 (如图1a所示) , 系统的相角裕度为负值, 根据频域稳定判据可判断系统不稳定;加入校正环节后的频率特性 (如图1b所示) , 系统传递函数添加了一个零点和一个极点, 校正后系统稳定, 校正前后系统性能一目了然。这是一个综合性很强的题, 包含了频率分析法的很多知识点, 求解过程若采用传统的教学方法, 绘制图形耗时耗力, 且计算复杂。
2 项目任务驱动教学方法—“实”
虚拟的仿真有它的优点, 但自动控制原理是源于实际工程的理论课, 对实际控制系统的分析和设计则能培养学生的实践能力, 掌握工程化的设计过程, 能将自动控制原理与方法转换为工程实用技术。实验室引进的控制与自动化专业培训系统 (CATS) , 通过软总线LabMap对Matlab/Simulink的接口进行扩展, 使CATS实验设备像实际工业应用一样在联网试验中进行测试分析, 在仿真模式下实时控制硬件, 将理论教学与实践教学融为一体。例如结合CATS设备, 根据理论控制框图设计的闭环控制 (如图2所示) , 通过对控制器的设计, 学生可以亲身体会到不同控制参数对系统性能的影响。通过在实际工业组件设备上进行实践操作, 对所学理论知识有更加深入的理解和体会, 更有效地提升学习兴趣, 锻炼其工程实践能力。
传统的教学方式将理论和实践分开教学, 且多数是按照实验指导书步骤去做, 验证性实验比较多。本次课改中, 我们将理论、仿真和实践有机融合在一起, 为了引导学生积极进行实践学习活动, 采用任务驱动的教学模式, 在教学过程中结合CATS实验设备, 精心设计了直流电机综合实训项目, 该综合项目包含四大任务, 项目具体任务见表1, 与理论讲授知识点一一对应, 项目涵盖了整个自动控制原理基本分析方法和设计、校正等知识点, 这种探究式教学模式将理论与实践有机融为一体, 让学生带着任务去学习、去实践。在任务实施过程中不仅调动了学生的实验操作积极性, 而且在每个任务完成后均能掌握相应的理论知识。教师根据任务的完成情况, 对学生的过程学习做出评价, 任务驱动教学方法使学生平时学习量增加, 所以可以相应减少期末成绩占总评成绩的比重, 逐渐改变以考试为主的教育模式。
3 结束语
在传统教学手段的基础上, 充分将虚实结合的教学方法应用在本课程的教学中。Matlab软件作为分析工具贯穿在整个教学中, 仿真结果直观形象, 使抽象的理论知识简单化, 既增强了学生的学习兴趣, 也在学习基本理论的同时能熟练掌握Matlab分析设计系统的技能。另外理论教学和实践操作有机结合, 摒弃教师满堂灌输的授课方式, 让学生在学中做、做中学的过程中掌握自动控制原理的基本理论。实际项目任务驱动了学生的学习积极性和主动性, 同时又能让学生掌握经典控制的基本理论。课改后的自动控制原理教学内容不再枯燥, 以生为本, 教学形式多样化, 为今后的实际工程应用打好了基础。当今科学技术迅猛发展, 为了进一步提高教学质量, 还需要我们不断改进教学方法, 探索新的教学模式。
摘要：对“虚实结合”教学方法在自动控制原理课程教学中的应用进行了探索研究, 将Matlab仿真融入理论教学中, “虚”拟的仿真结果使抽象的理论知识简单化, 同时结合“实”际的控制装置设立项目任务, 以任务驱动学生自主学习。实践证明这种教学方式既提高了教学效率, 也培养了学生学习的兴趣和实践能力。
关键词：任务驱动,Matlab,自动控制原理
参考文献
[1]胡寿松.自动控制原理简明教程[M], 北京:科学出版社, 2008.
[2]岳舟, 罗良才, 曹锋.“自动控制原理”教学改革的研究与探索[J].电脑知识与技术, 2010 (20) :5537-5538.
[3]谢莉萍, 陈玮, 章云.精品课程“自动控制原理”的教学改革与实践[J], 广东工业大学学报:社会科学版, 2008 (2) :31-36.
控制权分配原理研究 第8篇
涡轮增压发动机的优点, 首先带涡轮增压器的发动机是利用压缩空气来增加进气量, 在同一时间内有更多的空气进入气缸, 使燃油和空气更加有效的燃烧来提高发动机动力性, 使发动机能具有更大的输出功率和扭矩。其次带涡轮增压的发动机因为进气较充分, 让燃油更加充分的燃烧, 减少了尾气排放的污染, 有利于环保。
当发动机ECU检测到进气歧管的进气压力低于0.098 MPa时, ECU控制的释压电磁阀的搭铁回路断开, 释压电磁阀就断电, 阀门处于关闭状态。此时涡轮增压器膜片控制阀左室引入的压力空气, 压力增大, 克服气室弹簧使其向右移动, 让排气阀将排气旁通道口关闭, 此时发动机排出的所有废气都经过涡轮, 所有的废气都推动涡轮叶轮旋转。涡轮叶轮便带动与之相连同轴的另一侧的叶轮也同时高速旋转, 高速旋转的叶轮使更多的空气进入气缸和燃油燃烧, 涡轮增压器处于工作状态。当车辆在行驶过程中驾驶员减小油门 (如换挡、急刹车时) 时, 发动机节气门关闭。涡轮叶轮在惯性作用下仍持续转动使空气进入涡轮增压器与节气门之间的容积。在节气门与涡轮之间的空气压力会迅速提高。当发动机的ECU检测到的进气压力高于0.098 MPa时, E C U将释压电磁阀的搭铁回路接通, 使其处于得电状态, 释压电磁阀打开, 涡轮增压器膜片控制阀左室的压力空气通过释压电磁阀通道流回进气歧管, 膜片控制阀左室空气压力迅速降低, 在气室弹簧弹力的作用下, 将排气旁通道口打开, 废气不经涡轮室直接经旁通道排出, 涡轮叶轮便无动力停止转动, 涡轮叶轮与之相连同轴的另一侧的叶轮也同时停止旋转, 处于停止状态, 节气门与涡轮之间的空气进气压力会迅速下降, 直到进气压力降至规定的压力时, ECU又控制释压电磁阀的搭铁回路断开, 释压电磁阀就断电释压阀关闭, 涡轮增压器膜片控制阀左室引入的压力空气, 压力提高克服气室弹簧将排气旁通道口关闭, 发动机排出的所有废气, 推动涡轮排气端的涡轮叶轮旋转废气涡轮增压器又开始工作。当压力高于0.098 MPa时, ECU将释压电磁阀的搭铁回路又接通, 使涡轮增压器处于停止状态, 一直反复, 形成了涡轮增压器的工作原理。
2 重要性
从以上涡轮增压的工作原理可知。涡轮运转时, 一端叶轮首先接触的是由发动机排出的高温废气, 使涡轮增压器处于高温状态下工作, 又因为涡轮叶轮 (120000~160000 rpm) 带动了另一侧的叶轮同步运转, 整个叶片轮轴在高转速下又产生的大量的热量, 再加上空气经压气机叶轮压缩后的空气温度也会变高, 这三者的温度使涡轮增压器处于高温下工作。温度太高又会让增压器损坏, 让涡轮增压器能够“散热”非常重要。虽然涡轮增压器内部有专门的散热及润滑通道来降低增压器温度。但为了让涡轮增压系统能够及时得到润滑和散热, 让其处于正常温度下工作, 保证发动机燃料供给和排气系统的完好, 确保发动机正常工作。因此维护涡轮增压器就显得非常重要。
3 维护
维护涡轮增压器应注意以下几个方面。
(1) 经常检查和按规定更换发动机机油, 确保发动机机油既干净又在规定的范围内, 让涡轮增压器有良好润滑油质。
(2) 发动机发动机起动后, 涡轮增压器的机油很少, 润滑效果差, 特别是在冬季, 由于大多数机油在油底壳内, 涡轮增压器的机油很少, 温度也低, 流动性差, 不能及时润滑涡轮增压器, 如果马上加速运转或起步, 增压器因为得不到良好的润滑, 容易损坏, 应让发动机怠速运转一段时间, 让涡轮增压器内机油温度升高, 流动性能变好, 让涡轮增压器的转子在高速运转之前保证润滑油充分润滑轴承, 确保涡轮增压器正常温度和良好润滑下工作。
(3) 发动机长时间高速运转后, 不能立即熄火, 应怠速一会儿后才能熄火, 因为发动机正常工作时, 涡轮增压器内的机油不仅给涡轮增压器转子轴承润滑而且还起到冷却作用, 如果正常运行的发动机突然熄火后, 机油泵马上停止工作, 整个发动机机油润滑马上中断, 涡轮增压器内部的润滑也马上中断, 机油停止流动, 涡轮增压器内部的热量也无法被机油带走, 轴承支承壳内的热量不能迅速被机油带走, 使涡轮增压器轴承与轴之间失去润滑作和冷却作用, 发动机立刻熄火, 排气歧管的温度很高, 其热量传递到涡轮增压器壳体上, 壳体又传递到停留在增压器内部的机油里, 将停留在增压器内部的机油熬成积炭。因此发动机熄火前应怠速运转一会儿, 可延长涡轮增压器的使用寿命。
(4) 选择正规厂家生产合格的机油, 因为涡轮增压器要在高温、高转速下工作的特点。让转子润滑和冷却非常重要, 润滑的好坏直接影响涡轮增压器的寿命, 润滑的好坏又由机油决定, 所以在选用涡轮增压发动机车用机油时, 所使用的机油必须是抗磨性好, 耐高温, 选择机油要选择润滑油膜快, 油膜强度高和稳定性好的机油。以保证涡轮增压器在良好的润滑和正常的温度下工作。不要随便更换不合格的机油, 那样会损坏涡轮增压器, 此外, 机油和滤清器必须保持清洁, 润滑油管道在运行一段时间后要进行清洁。
(5) 需要按时清洁空气滤清器和检查涡轮增压器的密封环的密封性, 防止灰尘等杂质进入高速旋转的压气叶轮, 造成增压器转速不稳或轴套和密封件加剧磨损;检查涡轮增压器的密封环的密封性可防止废气通过密封环进入发动机润滑系统, 将机油变脏, 并形成“烧机油”的情况, 缩短发动机的使用寿命, 由于涡轮增压器转子轴承精密度高, 安装要求严格, 当增压器出现故障或损坏时应到指定的维修站进行维修, 不要到路边不合格的厂家更换和维修。
摘要：汽车涡轮增压系统是汽车燃料供给和排气系统的重要组成部分, 它的好坏直接影响到汽车动力性, 经济性, 环保性, 随着汽车工业的发展, 节油, 节能, 动力, 环保成了汽车市场竞争的主要因素, 为了提高汽车的动力性和节油功能, 形成竞争市场, 汽车上安装涡轮增压发动机既带“T”发动机就越来越具有竞争力。但汽车涡轮增压器是在高温、高速 (每分钟十几万) 转下工作, 如果操作和维护不当, 涡轮增压器就容易损坏, 为了保证增压器的正常工作, 使其在正常温度下工作, 消除涡轮增压器因操作不当和温度过高损坏, 因此, 经常对它的正确使用和维护十分重要。
关键词：涡轮,增压,控制,系统,维护
参考文献
[1]李令举.汽车电脑控制设备的原理与维修[M].电子工业出版社, 1999.
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