速度调节器（精选6篇）
速度调节器 篇1
引言
永磁同步电动机矢量控制交流调速系统的速度调节器一般采用PID控制器。应用PID控制器针对于线性定常系统的控制非常有效。但由于PID控制器的设计过分依赖于控制对象模型,参数鲁棒性较差,且抗负载扰动能力也不太强,所以很难达到高精度的控制要求。特别是在宽调速范围的情况下,它无法同时满足响应速度快、稳态精度高的要求,在低速时系统甚至无法正常运行。
文中将自抗扰控制技术应用于永磁同步电动机矢量控制系统速度调节器的设计中,克服了负载扰动对转速的影响,并通过仿真和实验验证了该方案的有效性。
1 永磁同步电动机的数学模型
基于磁场定向理论,在同步旋转坐标系下永磁同步电动机的动态数学模型如下:
电磁转矩方程:
Te=1.5np[Ψfiq+(Ld-Lq)idiq] (4)
其中,ud,uq为定子绕组d—q轴电压;id,iq为定子绕组d—q轴电流;Ld,Lq为定子绕组d—q轴电感;Rs为定子电阻;Ψf为转子永久磁体产生的磁势;J为转动惯量;B为摩擦系数;ω为转子转速;p=d/dt为微分算子;np为电机极对数;TL为负载转矩。
在系统设计时,简化处理后的双闭环控制的PMSM调速系统动态结构图如图1所示。
从式(3)可以看出,转速ω受到id,iq和TL的影响,速度调节器必须能够抑制这些耦合量和扰动量影响。
2 基于自抗扰控制器的速度调节器
自抗扰控制技术是适应数字控制的需要而发展起来的新的控制系统综合方法,它以ADRC为代表,包括:跟踪—微分器(TD)、扩张状态观测器(ESO)和非线性反馈控制律(NLSEF)三部分。
设被控对象的方程如下:
x(n)=f0(x0,x1,…,x(n-1),t)+b0u+f1(x0,x1,…,x(n-1),
w(t))+b1u (5)
其中,f0,b0为系统已知部分;f1,b1为系统未知部分;w(t)为未知扰动;u为控制输入。其对应的自抗扰控制器如图2所示。
自抗扰控制器利用跟踪—微分器为给定输入信号安排过渡过程,得到光滑的输入信号,并提取其微分信号。利用扩张状态观测器对对象进行估计,不仅能得到各个状态变量的估计,而且能得到系统内外扰动的估计。非线性反馈控制律用来给定控制信号得到的控制量
根据ADRC原理,将式(3)中的
其中,
自抗扰控制的速度调节器结构图如图3所示。
图3中,ω*r为速度给定信号;v1为ω*r的跟踪信号;ε1为速度环的误差;ωr为反馈转速;z21为ωr的跟踪信号;z22为未知扰动信号w1(t)的观测值;u0为非线性反馈控制律输出的控制信号;u为经过扰动补偿后施加到电流环上的控制信号isq*。
3 仿真和实验结果
文中以TI公司TMS320LF2407A DSP为控制核心进行了交流伺服系统数字化实现。实验用永磁同步电机参数包括:极对数为4,额定功率为1.8 kW,额定频率为50 Hz,额定电压为185 V,额定转矩为11.8 N·m,d—q轴电感为0.000 3 H。本系统电流采样周期和PWM逆变器的载波周期均为300 μs。数字仿真是在和实验条件相同的条件下,利用Matlab/Simulink实现的。
在给定转速为1 500 r/min、空载启动且t=2 s突加额定负载条件下,分别采用ADRC速度调节器和PI速度调节器时,ADRC速度调节器具有很强的抗扰动能力,转速不受负载扰动的影响;而PI速度调节器的抗扰动能力就弱一些,突加负载后转速有明显波动,下降了10 r/min。在给定转速为10 r/min和低速的情况下,ADRC速度调节器的抗扰动能力远大于PI速度调节器。
图4为空载时给定转速从10 r/min到-10 r/min的转速波形图。图5为给定转速为10 r/min、在t=4 s时施加额定负载时的转速波形图。图6为空载下转速从1 500 r/min到-1 500 r/min阶跃变化时的转速波形图。图7为1 500 r/min转速下施加额定负载的转速曲线。
当速度环采用自抗扰控制器时,PMSM调速系统在低转速和高转速下都具有良好的动静态性能和很强的抗扰动能力。
4 结语
文中将自抗扰控制器的原理应用到永磁同步电动机调速系统的速度调节器设计之中,提出了永磁同步电机速度调节器所采用的自抗扰控制器的设计原理。针对调速系统转速环所存在负载扰动和其他不确定性的扰动,运用自抗扰控制器技术设计了一种新型的速度调节器,该速度调节器提高了电机的调速范围,改善了低速性能,对负载扰动具有很好的鲁棒性能。
摘要：利用自抗扰控制器理论,提出了一种新颖的永磁同步电动机无位置传感器矢量控制系统的转速估计方法,指出该方法能将转速准确地估计出来,并且对负载和转动惯量的变化具有很强的鲁棒性,且具有良好的动静态性能和抗干扰能力。
关键词：永磁同步电机,矢量控制,无位置传感器,自抗扰控制器
参考文献
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速度调节器 篇2
1、系统总体设计
系统主要包括以下几个部分:AT89C52单片机主控制器模块、信号的输入模块、状态显示模块、键盘输入模块、驱动模块。本系统中由信号输入模块中的传感器检测来自主电机的速度和从电机的速度, 以获得偏差信号。在将速度偏差信号送给单片机主控模块中进行逻辑运算, 产生控制信号, 用来控制从电机的速度。从而修正从电机的速度, 使之和主电机保持同步或者根据需要保持一定的比例, 主电机和从电机的速度严格意义上讲是必须相等的。但考虑到工程工序上的需要, 一般主电机和从电机之间保持一定的比例系数就可以满足工程工序上的需要, 即V主=m V从 (m取值为1.67~5) .如果V从的值在不停的上升 (下降) 则会引起限位开关的报警, 那么系统将会自动 (或手动) 来调整V从, 使之保持和V主同速。
1.1 信号输入模块
信号输入模块有传感器输入和键盘输入。传感器输入光电编码器、限位开关。光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器, 是目前应用最多的传感器。一般的光电编码器主要由光栅盘和光电检测装置组成, 具有精度高、响应快、性能稳定可靠等显著的优点。当编码器轴带动光栅盘旋转时, 经发光二极管或者发光元件发出的光被光栅盘、狭缝切割成断续光线并被接收元件接收, 产生初始信号。该信号经后续电路处理, 变成脉冲或者代码输出。光电编码的输出信号经过调理之后能够输入到单片机中进行处理。将编码器的一项经过光隔离之后输入到单片机, 这样简单的检测单片机相应引脚的跳变就可以对编码器输出的脉冲个数进行计数。
本系统利用限位开关SW1、SW2作为安全开关, 当带料超出所定的界限时, 执行中断程序, 发出报警信号, 键盘输入包括5个按键, 第一个是手动与自动模式的转换按键;第二个是“+”, 按下此键就可以调节速度使之增大;第三个是“—”, 按下此键就可以调节速度使之减小;第四个是启动/停止按键;第五个紧急停车按键。5个按键分别与单片机输入口相连, 按下按键时会向单片机发出一个低电平, 当程序运行检测到该信号时, 就会执行相应的键盘程序。
1.2 主控制器模块
本系统采用AT89C52单片机作为控制器件, 它有32个I/O口, 其中P1、P2、P3口作为通用I/O使用。P1口作为信号的输入口使用, P1.7口和P1.6与光电编码器的两个输出端相连, 用来接受来自光电编码器的速度信号。在自动运行模式下, 单片机接收到这两个信号时, 对这两个信号进行求偏差。并根据算法来输出PWM波, 改变定子绕组电流通电时间, 从而达到调速的目的。P1.0口和P1.1口分别接上限位开关和下限位开关。P3口为实现报警模块所用, P3.0、P3.1、P3.3、P3.4和P3.7输出口分别和4个LED指示灯和蜂鸣器相连, P3.2口作为外部中断, 当工作现场遇到不可抗拒因素时紧急停车, 发出报警。
1.3 显示模块
显示模块包括4个LED指示灯和1个蜂鸣器。4个LED指示灯与单片机输出端口P3.0、P3.1、P3.3、P3.4相连, 分别表示电机加速、减速、自动、手动状态。蜂鸣器和单片机输出口P3.7相连, 当带料偏移到限位开关时, 执行中断程序, 蜂鸣器发出报警。
1.4 键盘输入模块
P1.5口是自动/手动按键;P1.4口为在手动模式下电机加速键盘;P1.3口为在手动模式下电机减速键盘;P1.2为系统的启动/停止按键;P3.2口为紧急停车按键。
1.5 驱动模块
驱动执行模块包括直流电机驱动器、直流电机。在本设计中选用了TLP250芯片作为驱动器。电绝缘栅极双极型晶体管IGBT的栅极驱动电压一般为15 V。而关断负偏置电压为5~6V。因此选用TLP250驱动IGBT。TLP250内部是光电耦合的, 实现了将控制电路与主电路的隔离。当3脚接收到一个低电平时, VGE输出近似为15V可以驱动IGBT使其导通。相反, 当3脚接收到一个高电平时, VGE输出近似为-5V, 使IGBT的截止。三只TLP250随着输入电平变化, 可以很好地控制IGBT的开端, 从而实现调速。单片机的P2口和TLP250芯片的3引脚相连。此外还有逻辑保护电路, 过电流保护电路。
2、软件设计部分
该系统软件设计主要有初始化程序、自动执行程序、自动中断程序、手动执行程序、手动中断程序、电机加速和减速程序等组成。因为实时控制系统必须考虑时间的精确度, 所以采用汇编语言编写。上电后首先执行初始化程序, 包括给I/O口清零, 设置中断程序等, 初始化完毕后, 首先进入自动运行程序, 若检测到材料超出上边限定位置, 执行电机减速程序, 使带料往下边移动。若检测到材料超下边限定位置, 执行电机加速程序, 把材料往上边拖移到安全生产位置。系统在执行加速程序时若扫描到有手动按钮按下, 进入手动运行程序, 此时限位开关不再起作用, 按下加速按钮执行电机加速, 按下减速按钮执行电机减速。若检测到自动按钮按下, 又返回自动运行状态。
3、结语
本文设计的速度调节器能对布匹、纸张、薄带钢等物料卷取速度进行跟踪和调节, 确保了卷取均匀、整齐。该系统可用于纺织、印染、印刷、轧钢等行业。
参考文献
[1]陈杨.一种转速测量电路设计[J].天津商学院学报, 2003, (06) .
[2]毛用锐.基于单片机监控系统的设计[J].魅力中国, 2009, (13) .
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宣钢高线电机速度调节系统 篇3
关键词：6RA70,直流调速装置,闭环控制,弱磁控制
一、概述
宣钢高速线材生产线是一条全连轧热轧生产线,其主要产品为Φ5mm~Φ12mm盘条和盘螺。直流传动系统的构成:宣钢高速线材轧机主传动(从粗轧至预精轧共18架轧机)及部分辅传动(包括飞剪、吐丝机等)使用西门子6RA70 SIMOREG?DC?MASTER直流调速系统。
控制系统采用西门子S7-400 PLC,采用三级控制系统和两层通讯网络的模式,三级控制系统包括人机界面(西门子WINCC画面)、控制单元(PLC)和远程执行单元(包括PLC远程站、交直流调速装置等),两层通讯网络包括工业以太网和Profibus-DP网络。直流调速系统通过Profibus-DP网络连接PLC,完成直流调速系统的控制。
二、直流电机调速控制
直流主电机的调速控包括:
(一)设定速度给定
电机启动时能够进行平稳加速控制,调速系统由远程和本地两种方式设定。本地设定通过在PMU操作面板选择P401参数进行电机给定设置,用于电机调试运行;远程操作通过PROFIBUS-DP写入PLC中给定的控制字,写入调速装置中,从而完成对电机速度的设定。电机的速度设定值的100%为直流电机的最大速度,速度给定为线性斜坡,可以使得电机平稳的启动。
在电机调速控制时,系统可进行手动人工干预功能,在允许范围可以使用手动给定干预进行调速。例如在轧钢过程中,主操作人员使用调速杆对轧钢系统进行级联调速以满足正常的榨汁需求。
(二)直流电机速度反馈
直流电机的实际运行速度可使用电机后轴的速度编码器获取。脉冲编码器测速精度高,在电机运行过程中,每转一圈发出1024个脉冲信号(轧机为1024个脉冲,飞剪为2048个脉冲)。脉冲信号接入6RA70装置的CUD1板,系统进行处理、转换、运算,将此信号反馈到速度调节器进行比较运算,构成调速系统的双闭环外环控制。
(三)直流电机速度调节
该系统内为速度负反馈三相全控桥式晶闸管直流调速系统,主回路是正、反两组桥式电路,控制系统为电流环为内环、速度环为外环的双闭环负反馈控制。在调速过程中,电机低速运行时,为调压控制,调节电枢电压,电枢电压越大,速度越大,此时电枢电压与速度成正比;当电压无法继续增大时,调节励磁电流,励磁电流越小,速度越大,此时励磁电流与速度成反比,进入高速运行状态。速度环调节使用PI调节器(P为比例环节,I为积分环节),作用是实现速度稳态无静差调节。电流环调节同样使用PI调节器,为抑制系统电流电压波动,对过电流起到自保护作用。
1ACR为桥式电路正组晶闸管的门极触发,2ACR为桥式电路反组晶闸管的门极触发。系统使用1ACR的给定信号Ui1取反后作为2ACR的给定信号-Ui1,使得Ui1极性在正向和反向时均不变化,因此避免使用了反极性的电流检测器。该系统和核心部件包括一个无环流逻辑控制器DLC,它可以确保系统在正、反组桥导通切换过程中,不使两组晶闸管同时出发导通,即在一组晶闸管导通时,另一组晶闸管自动封锁,这样确保了系统无环流情况,避免出现短路放炮情况。
除上述的速度、电流调节器、无环流逻辑控制器DLC,还包括下列重要的控制单元,即ON/OFF控制单元、使能控制单元、给定值单元、斜坡发生器、电流限幅,以及励磁控制PI调节器、限幅单元等。
(四)直流电机弱磁控制
宣钢高线轧机主电机有三种型号规格,分别是550kW,基速800r/min,最高速度1200 r/min;650 kW,基速600 r/min,最高速度1200r/min:750kW,基速600r/min,最高速度1400r/min。高线生产工艺要求电机转速需要非常宽的调速范围要求,因此在轧钢生产中,调压调速和弱磁调速均需要用到。
上段已说到,直流电机的调速方式有两个阶段,第一阶段是全磁通条件下,改变电枢电压,电枢电压范围是零至额定电压,速度为零速至额定速度;如进一步提升速度,需要减小励磁,即减少励磁电流,那么电枢磁通逐渐减少,速度即进一步提升,在全磁通条件下,额定电压下的电机速度叫做基速,需要在增速,需要减少励磁电流,即弱磁调速。
以650KW电机为例,需要注意,速度调节器的比例环节系数P需要随电动势的减小而增大。电动势调节器的比例环节系数需要随着速度的增加而减小。
当电机运行速度在基速的95%以下时,即570r/min,电枢处于全磁通状态下,速度调节器比例环节系数P取值较小,系统机械特性较软,能够满足生产工艺和设备运行要求。
当电机运行速度超过基速的95%和超过基速,即大于570r/min并逐渐增大至1400r/min,在超过基速时,即大于600r/min,电机进行弱磁调速,电枢磁通需要逐渐减少,此时速度调节器比例环节系数P需要逐渐增大,增强系统机械特性以弥补电枢磁通减少引起的转矩减小。这样,通过在不同调速阶段下,调节速度调节器的比例环节系数P,可以满足宽范围的调速,满足生产工艺要求。
(五)PLC对直流电机的通讯与控制
直流电机电枢电压调节是通过外部晶闸管导通角进行调压,励磁调节通过6RA70控制箱调节内部晶闸管导通角来调节励磁电流,控制全部由6RA70控制箱内部控制板卡进行控制,控制参数存储于内部控制模块内,CUD1板上连接开关量和编码器信号对电机进行急停快停等控制及采集速度信号。
CUD1板上的CBP2通讯板通过Profibus-DP网络连接PLC,实现直流调试装置与PLC相互通讯,电机的合分闸信号、故障报警、实际速度和实际电流均通过此方式通讯,以达到对直流电机的控制。
三、结语
速度调节器 篇4
凸轮轴磨削加工时,多采用工件恒角速度磨削加工工艺进行加工。在工件加工精度和磨削表面粗糙度要求不高时,恒角速度磨削是一种被普遍采用的磨削加工工艺[1]。近年来,工件恒线速度磨削加工工艺有了较大发展,国外的凸轮轴数控磨床已普遍采用恒线速度磨削加工工艺[2]。一般认为,恒线速度磨削是提高凸轮轴磨削加工精度和工件表面质量的有效措施。由于凸轮型线上各点的曲率是不断变化的,采用普通的恒角速度磨削加工工艺进行加工时,被磨削零件表面的金属切除率会发生较大的变化,从而导致磨削力波动,这也往往不可避免地使工艺系统产生非线性弹性变形,从而影响加工零件的表面加工质量和轮廓精度。采用恒线速度磨削加工工艺进行加工时,金属切除率变化平缓,磨削力变化较小。此外,在恒线速度加工工艺条件下,零件表面各点的磨削进给速度相同,因而在正常情况下,可保证被磨削工件表面粗糙度在各处基本一致,有利于提高加工工件表面质量[3]。
实际生产加工中发现,按照绝对恒线速度加工,在凸轮两侧面敏感点附近往往有较大的正误差,即磨削不够充分,说明转速还应降低;而顶圆附近易出现波纹,说明速度过快。之所以出现这一现象,一是由于恒线速度磨削时,工件主轴的角加速度非常大,而伺服系统和机械传动装置本身固有的惯性限制了工件主轴的加速度;二是由于整个加工系统中,砂轮架质量最大,如果凸轮转速过快,就会导致磨头跟踪不到位而产生过切或切削不充分等现象。所以,一味强调恒线速度,势必造成某些部分有较大的跟踪误差,甚至无法实现正常的磨削加工,因此,有必要在理论转速曲线的基础上结合机床的运动特点做进一步的优化和调整,寻找出一种对凸轮轴转速进行快速优化和调整及应用的合适方法。
邓朝晖等[4]根据基于恒磨除率的恒线速度加工数学模型提出了分段最小二乘法拟合的方法,通过调整得到多项式的拟合次数与分段数目的最佳组合来实现对加工运动曲线的优化,该方法具有很好的优化效果,但拟合次数与分段数目的最佳组合的获得却不太容易。为使得这些优化数据能简单高效地用于加工实践,曾建雄[5]针对湖大海捷制造技术有限公司生产的CNC8312型全数控凸轮轴磨床开发了基于西门子840D数控系统的模板式数控编程系统,采用数控程序和参数(变量)相分离的方式编制数控程序,凸轮轴加工主程序及部分子程序采用模板的方式,用户可以根据自己的加工需要定制主程序及部分子程序模板,大大增加了自动编程软件的柔性。由于是针对特定机床系统的研究开发,显然其研究成果的适用范围有局限性。
本文在总结前人研究成果的基础上,提出三次样条函数拟合插值的速度优化算法。该算法具有计算简单、速度快的优点,计算的曲线是一条完整的曲线,连续性好,优化逼近性好。结合该算法开发出了直接通过交互选点的操作方式即可得出优化速度曲线的软件功能模块,方便了使用。为把优化的速度数据高效地应用于生产实践,本文提出了一个系统化的数控磨削自动编程解决方案,并实现了凸轮轴数控磨削的自动编程功能。
1 凸轮轴恒线速度加工理论数学模型
凸轮轴恒线速度加工是指磨削点的线速度和磨削力在磨削过程中相对稳定。加工时凸轮的整个轮廓依靠砂轮架移动(X轴)和工件主轴转动(C轴)这两个运动的同步联动来形成,而X轴和C轴的运动规律则需要由凸轮轴恒线速度加工的数学模型来计算得出。凸轮轴磨削加工运动的数学模型是加工凸轮轴时联动轴之间的空间数学关系,通过控制C轴和X轴的运动,即可从理论上磨削加工出凸轮的轮廓曲线[4?6]。
图1为凸轮磨削示意图,以滚子挺杆从动件为例,其他挺杆形式作为其特例。图中,O为凸轮基圆圆心,O1为挺杆滚子中心,O2为砂轮圆心,r为凸轮基圆半径,H为凸轮升程,r1为滚子挺杆的滚子半径,R为砂轮半径,为凸轮转角,θ为平面挺杆转角,β为磨削点转角。平底挺杆和尖顶挺杆作为滚子挺杆特例,在计算时可将r1分别取为107mm和0。
设升程方程为H(θ),由图1可知
式中,Sx为砂轮架位移。
设凸轮轮廓形状的描述函数为S(β),凸轮角速度为ω,则磨削点移动线速度为
设某一时刻基圆角速度为ω0,要使各磨削点的线速度与基圆相同,只需令vP=ω0r,即
即可求出凸轮加工时任一磨削点P的角速度ωP。又由于角速度ω与转速n之间存在如下关系:ω=2πn/60,故P点的转速为
若将nP与φ进行拟合,在φ的每一整数度上取对应的nP值,即可得到恒线速度磨削时凸轮每一度的转速。
2 凸轮转速优化
在实际生产加工中发现,通过X轴和C轴两轴联动来实现凸轮轴磨削加工的机床,其加工误差主要来源于砂轮架跟踪误差[1?3]。直线电机或伺服电机经过丝杠传动来驱动砂轮架的横向进退,因为砂轮架质量和惯性很大,因此如果主轴转速过大,与之对应的砂轮架进给速度和加速度也会增大,并可能超过机床最大响应[4?6]。所以在生产中常基于砂轮架速度和加速度来对转速进行优化。
基于该理论的转速优化有两种途径:一是正向调整主轴转速,计算砂轮架的速度和加速度,观察最大加速度是否超过系统响应,该方法简单,易于操作,但调整效率不高;二是通过砂轮架最大速度和加速度来反向求解主轴所允许的最大转速,并以该转速替换理想转速,该方法易于实现程序自动化,但是计算非常复杂。
本文采用第一种速度优化途径,提出三次样条函数拟合插值的方法对主轴的转速进行优化和调节。该方法数值计算过程简单,速度快,人机交互操作效果好,得到的优化曲线是一条完整的二阶连续的光滑曲线,根据所选的控制点的不同,立即可以得到不同的优化曲线。
三次样条曲线用来拟合离散点时既能保证通过所有选取的点,满足原曲线的凹凸性,又能保证所拟合曲线的驻点数目相等,且其位置尽可能相同,所拟合的函数一致逼近原曲线,并保证各型值点的一阶、二阶导数连续,且具有很好的极值性质、收敛性和逼近性。对于给出的凸轮轮廓曲线,一般是由多段曲线连接,用三次样条拟合可实现各连接曲线间的平滑过渡。这有利于提高凸轮轮廓精度。
三次样条函数的定义如下:
设函数定义在区间[a,b]上,若函数S(x)满足下述两个条件:(1)S(x)在整个区间[a,b]上有二阶连续导数;(2)S(x)在每个小区间[xi-1,xi](i=1,2,…,N)上是三次多项式,则称S(x)为区间[a,b]上的三次样条函数。
三次样条插值是指插值函数取为三次样条函数时的插值函数,即已知N+1个互不相同的点x0,x1,…,xN处的函数值y0,y1,…,yN,如果三次样条函数S(x)满足
则称S(x)为函数y=f(x)的三次样条插值。
一般而言,三次样条曲线的求解分为建立基本方程组、建立端点条件和方程组求解等3个步骤。
2.1 三次样条曲线基本方程组的建立
若在每个小区间上通过插值函数在节点处的一阶导数值或者二阶导数值来表示插值函数,则基本方程组就是这些一阶导数值或者二阶导数值满足的线性方程组。
S(x)在区间[xi-1,xi](i=1,2,…,N)上是一个三次多项式,所以其二阶导数S″(x)在该区间上是x的一次多项式,即为一线性函数。假定S″(x)在xi-1处的值为Mi-1,在xi处的值为Mi,由Lagrange线性插值公式得
将式(8)积分两次并将插值条件S(xi-1)=yi-1,S(xi)=yi代入,可以得到S(x)表达式:
由函数的构造过程可知,式(9)不仅保证了所求函数在每个小区间上为一个三次多项式的插值函数,而且保证了函数本身在样条节点处的连续性,从而保证了在整个区间上的连续性。但于S(x)在节点处的二阶导数实际上是未知的,因此需要将这些待定参数求出。可以利用S(x)的导数在节点处的连续性来确定这些参数所满足的关系式。对式(9)求导得
由于S(x)的一阶导数连续,即有S′(xi+)=S′(xi-),当x=xi-1时即得右导数,当x=xi时即得左导数,因此有下式成立:
式(11)可以进一步简写成如下形式:
式(12)即为三次样条函数的基本方程组。
2.2 三次样条曲线端点条件的建立
由基本方程组的结构可知,待定参数的个数比方程的个数要多,是一欠定方程组形态,为获得唯一解则必须根据具体问题再增加两个约束条件或者减少两个待定参数来确定方程组使之成为一恰定方程组。若已知两端点的一阶导数值y′0、y′N,则由式(11)可以得到两个新的补充方程:
此时,式(12)~式(14)三个方程式一起构成一恰定的线性代数方程组。
2.3 三次样条曲线方程组求解
对于上述恰定方程组,可以写成如下矩阵形式:
式(15)即为X-C轴联动磨削加工速度的三次样条函数优化数值计算模型,利用高斯消元列选主元法可以非常方便快速地求得该模型的数值解。
为方便使用,针对本文提出的磨削速度调节优化方法开发了对应的图形交互操作功能模块。由于三次样条函数能够通过所有的特征节点,所以用户可以根据理论曲线形状及实际加工需求在曲线图上有目的地选择若干个特征节点,然后将所选的节点进行三次样条函数拟合即可得到新的优化速度曲线,并在新曲线的整数角度处进行插值,得到优化后的速度离散值。
采用这种人机交互选点进行速度优化的方法可大幅度提高操作效率和优化精度,不仅转速优化过程的实现变得更加简单,而且优化后曲线的光顺程度和理想程度都有了较大的提高。加工速度曲线优化与调节的具体过程如图2所示。本文结合凸轮轴零件工艺问题定义参数,对应地开发出了整个凸轮轴零件的加工速度优化功能模块,其优化效果如图3所示。
3 凸轮轴数控磨削自动编程
凸轮轴各凸轮片的优化磨削速度数据的最终目的就是用于指导实际生产加工,显然实现这一目标最理想的方式就是把这些优化数据直接转化为数控加工程序。因此,本文在实现凸轮轴数控磨削自动编程方面进行了一定的实践探索。
3.1 磨削加工工艺参数的自动确定
根据凸轮轴磨削加工工艺问题的定义[7],利用磨削工艺智能优选与决策专家系统自动提出凸轮轴零件磨削加工的具体工艺方案参数[6,7,8,9,10]。在该具体工艺方案参数中已经有了磨削加工参数的具体数值解,如粗加工、精加工、光整加工等各个加工阶段的磨削余量、磨削圈数、进给速度等,这些参数对加工过程起着控制作用,数控编程中可直接提取使用。
3.2 砂轮走刀轨迹的自动规划
要实现凸轮轴零件自动而连续磨削加工,必须先规划出凸轮轴零件磨削加工过程的完整的走刀轨迹,这是对零件加工过程进行检验、仿真和编程的基础。由凸轮轴零件的加工特点及其结构特点不难知道,一个完整的凸轮轴的砂轮走刀轨迹主要由两部分曲线构成,一部分是凸轮片轮廓成形轨迹曲线,另一部分是由下刀、退刀及从一个凸轮片到另一凸轮片的移动运动等构成的辅助轨迹曲线。凸轮轮廓成形加工的走刀轨迹的规划生成方法是,先提取出凸轮轮廓曲线,然后根据凸轮轮廓曲线等距偏移生成砂轮的走刀轨迹,其等距偏移量由磨削总余量、砂轮每圈的磨削余量和砂轮的实际半径来确定。对于辅助轨迹曲线,则根据凸轮轴零件的具体结构定义和下刀与退刀参考点的确定,用直线依次把各成形轨迹曲线及各参考点连接起来,这样就形成了一条连续而完整的砂轮走刀轨迹。
3.3 数控磨削加工程序的自动生成
在获得了工艺参数及砂轮走刀轨迹之后,执行磨削速度优化与调节模块对机床X-C轴的加工运动数据进行完整解算,计算出机床每个运动轴的具体运动数据,包括位移、速度及其加速度等,这些数据被保存在一个自主设计的标准中间数据文件中。然后在3D虚拟磨削加工仿真环境中进行虚拟磨削加工,对磨削工艺进行检验并确认无工艺故障之后[4],启动数控程序生成模块,根据指定数控控制系统的指令要求依次逐句地把该数据文件中的数据内容转换为相应的数控G代码程序段,最终生成一个完整的数控程序代码文本文件,该程序文件可直接输入机床数控系统进行磨削加工。
经过凸轮轴磨削加工工艺参数自动确定与提取、凸轮轴零件完整磨削加工砂轮走刀轨迹自动规划以及3D磨削工艺仿真检验及零件完整磨削加工数控代码的生成,从而以系统化的方式实现了凸轮轴数控磨削的自动编程。图4所示为凸轮轴磨削加工程序自动编程的原理过程。图5所示为本文开发的凸轮轴磨削加工程序自动编程功能模块。
这种数控自动编程方法用户界面友好,具有速度快、精度高、直观性好、使用方便、便于工艺检查等优点。
4 工艺试验及验证
本文以钱江32F型号凸轮轴的进气凸轮和排气凸轮作为试验加工零件,在CNC8312数控高速凸轮轴磨床上分别进行磨削试验,该凸轮轴零件工艺问题描述如表1所示。
为了对本文所提优化工艺方案的实际效果进行验证,本文先进行了未经优化的对比加工试验,在加工进气凸轮时,其对应的砂轮架的速度曲线和加速度曲线如图6和图7所示,很明显,曲线上的波动和跳变都很剧烈。最终加工结果实测数据如表2所示。加工之后由目测观察无烧伤现象,但在凸轮轮廓敏感点部位存在明显的波纹度。
针对实际加工过程对加工速度进行优化和调节,调用速度优化模块对由基本工艺方案生成的C轴速度进行优化,优化过程如图8~图13所示。通过与图6、图7对比可以很明显地看出,凸轮轴转速优化曲线不仅大大降低了顶圆加工转速,而且使曲线更加光顺,消除了尖点。优化之后的砂轮架速度值和加速度值完全满足机床响应要求(v≤6m/min和a≤4m/s2),并且速度与加速度的跳变情况明显改善,跳动很少。
再次通过3D虚拟加工仿真后,接受上述优化结果,并由优化的工艺方案生成数控加工程序,把该程序传输到CNC8312数控高速凸轮轴磨床上进行实际加工试验。最后加工实测结果如表3所示。由目测观察,加工之后均无波纹度和烧伤情况发生,表面质量较好,表3结果与表2结果数据对比发现,升程误差、相邻差及基圆跳动等均有明显提高,证明本文所提出的优化方法在工艺上是可行的,而且是有效的。
5 结束语
依据恒线速度加工理论模型,采用三次样条函数拟合插值法得到了凸轮转动速度调节与优化的数值计算模型。
研究并开发出了与磨削速度优化调节相对应的凸轮磨削自动数控程序编程功能模块,该模块能够把优化的速度数据直接生成到数控程序中以用于实际加工生产。
在CNC8312数控高速凸轮轴磨床上,通过对钱江32F凸轮轴进行试验加工,对凸轮轴速度调节与优化及自动数控编程的原理及方法进行了实际加工验证。
实证结果表明,速度优化过后的速度曲线可以用于实际加工,完全符合生产的精度要求,而且在软件的帮助下,用户可以直接获得优化的数控磨削加工程序,大大简化了操作过程,提高了操作效率。
参考文献
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速度调节器 篇5
所谓通过调节前后S辊的速度实现带钢的延伸率自动控制, 就是在轧制压力基本恒定的情况下, 利用延伸率给定值与延伸率实际值 (实测的数值) 之间的差值, 产生一个附加的速度给定值去改变前后S辊的速度, 从而实现对带钢延伸率的控制。此时入口和出口S辊都处于速度控制状态, 改变了入口S辊的速度, 与就是改变了前后S辊的速度差, 最终是改变了作用于带钢上的张力, 利用这个张力就可以改变带钢的实际延伸率。
1 延伸率的基本定义
延伸率即带钢长度的变化率, 其表达式为:
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式中, δ:带钢延伸率, %;L1:平整前带钢长度;L2:平整后带钢长度。
当忽略带钢展宽时, 延伸率与压下率ε有如下关系:
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从式 (2) 中可以看出, 当δ很小时, 延伸率δ与压下率ε相差不大, 所以通常就以延伸率代替压下率表示平整变形量, 即δ≈ε。
一般是在小变形量范围内对退火带钢进行平整, 将屈服极限降低到最小值, 同时使屈服平台消失。随着延伸率的增加, 带钢又会发生加工硬化, 使屈服极限升高。因此, 延伸率应控制在既能消除屈服平台, 又不产生加工硬化的范围之内。它的大小与带钢化学成分、冶炼方法、退火质量、最终用途有关。从工艺上讲, 每一种材质的带钢都要求有一定的延伸率, 同一种材质的带钢要求平整延伸率恒定。就带钢而言, 平整时的延伸率一般为0.5%～5%。
2 延伸率测量原理
平整实质上就是用较小的压下量对退火后的带钢进行再次冷轧。带钢表面质量改变的程度基本上与平整时的轧制压力大小有关, 带钢经过平整轧制后, 纵向会有一定程度的延伸, 借助于材料的这一延伸用来改善带钢的组织结构。由于平整时压下量很小, 用测厚仪几乎测不出平整机出口和入口侧的带钢厚度偏差, 所以就用测量带钢延伸率的方法来作为测量其厚度变化的等效值。
在平整机上实现的延伸率是由安装在入口S辊上辊、出口S辊上辊的脉冲发生器以速度差 (即长度差) 的形式检测出来, 并控制平整机的压下。得到的延伸率偏差信号控制辊缝位置, 其控制精度在±0.1%以内。
图1是单机架四辊式平整机组延伸率自动控制系统框图。它由平整机本体、开卷机、卷取机、入口S辊、出口S辊、入口脉冲发生器、出口脉冲发生器等组成。
平整延伸率测量就是根式 (1) 来实现的。在入口与出口S辊的上辊各装有一台脉冲发生器。通过入口S辊上辊的脉冲发生器所发生的脉冲数来模拟入口带钢长度L1;通过出口S辊上辊的脉冲发生器发生的脉冲数来模拟出口带钢长度L2。现假设在同一时间间隔内, 分别测出入口侧、出口侧S辊上辊的脉冲数为J1和J2;入口和出口的脉冲发生器每转的脉冲数都为J0 (脉冲数/转) 。另外假设入口S辊上辊的直径为D1, 出口S辊上辊的直径为D2, 则带钢的长度L1和L2便可以由下列二式求得:
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式中, L1:入口带钢长度; L2:出口带钢长度;D1:入口侧S辊上辊直径;D2:出口侧S辊上辊直径;J1:入口侧S辊上辊的脉冲数;J2:出口侧S辊上辊的脉冲数;J0:入口和出口脉冲发生器每转的脉冲数。
将式 (3) 带入式 (1) , 可得:
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由于延伸率的数值一般很小, 为了调节和显示上的方便, 一般取其整数值来表示, 即将δ乘上10000来代表通常所说的延伸率值δ′:
undefined
令:undefined
式中, k1:关系参数;k2:换算系数。
则
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设undefined
则有:
δ′= (Z-k1) ·k2 (7)
从式 (7) 中可以看出延伸率δ′正比于Z, 也就是正比于J2。由此可以看出, 在实际测量中, 只要在J1计数器中植入D2/D1·k1, 然后由入口侧S辊上辊的脉冲发生器所发生的脉冲来对J1计数器进行减法计数;同时对J2计数器对出口侧S辊上辊所发生的脉冲从零开始加法计数。当J1减到零时, 立即封锁J2, 并将J2中的数值 (即Z值) 送到延伸率测量微机中, 由微机根据式 (7) 算出延伸率实际值。由此可知, 延伸率测量原理就是根据延伸率的定义, 记住测量入口和出口S辊的上辊脉冲发生器发出的脉冲数, 按照延伸率的模型, 经过微机进行一些换算处理, 变可以获得平整时延伸率的实际值。但延伸率测量电路只能完成对带钢实际延伸率的测量, 但本身并不能控制带钢的延伸率。要控制延伸率, 必须把测得的延伸率实际值与延伸率的给定值进行比较, 利用比较后的差值信号去调节能够影响带钢实际延伸率的参量, 对带钢延伸率进行控制。
3 通过调节前后S辊的速度实现带钢延伸率的自动控制
通过调节前后S辊速差来控制延伸率时, 机架对带钢的轧制力是保持恒定的。这时带钢延伸率的大小仅仅取决于两个S辊的相对速度。它们之间的速度差越大, 则延伸率也就越大。为了得到某一大小的延伸率, 首先就要使两个S辊产生与之相适应的速度差。固定速差给定电路就是为了这一目的而设置的。固定速差给定电路, 如图2所示。
固定速差给定值由速度和延伸率的给定值相乘得到, 然后送到出口S辊的速度给定电路。使出口S辊增加一个与速度给定值和延伸率给定值成正比的固定的速度附加给定值。当S辊处于速度控制时, 控制信号undefined是“0”信号, 两个电子开关4与6全闭合。这送给入口S辊速度附加值综合放大器的信号被封锁。于是, 速度给定值与延伸率给定值的乘积, 作为S辊的固定附加速度全部送到出口S 辊, 使出口S辊的速度大于入口S辊的速度, 从而对带钢产生拉力, 以便形成延伸率。
速度控制延伸率时, 笃定速差电路只是给出固定速差给定值, 使出口S辊获得一个与延伸率给定值相匹配的固定附加速度, 这个附加速度可以使带钢获得一定的延伸率。但它并没有对延伸率完成自动控制, 为了对带钢延伸率实现自动控制, 必须设置延伸率调节电路。延伸率调节电路框图如图3所示。
由图3可知, 延伸率给定值有计算机给出 (数字量) , 延伸率实际值来自延伸率测量电路 (数字量) , 这两个数字量经数字减法器后, 产生延伸率差值信号。这个差值信号经过数模转换器2后, 变成模拟量, 并分两路:一路送给张力调节延伸率电路;另一路送给积分器。此积分器实质上是一个延伸率调节器, 延伸率差值信号经此积分器调节后, 输出延伸率调节量。此调节量也分为两路:一路送到轧制力调节延伸率电路;另一路则送到乘法器与速度给定值相乘后, 转变成前后S辊的附加速度给定值。经比例放大器和入出口两个附加速度综合放大器后, 分别送给入出口S辊的速度调节电路, 从而使出口侧S辊速度增加, 是入口侧S辊的速度减小, 达到改变延伸率的目的。由于延伸率调节电路产生的附加速度给定值总是使两个S辊中一个加速, 另一个减速。这个附加速度与前面提到过的固定速差给定值相叠后, 一起送到S辊的调速电路。这个附加速度给定值是由延伸率的差值信号产生的, 因此 又去调节延伸率, 使实际延伸率维持恒定。
用S辊的速度控制延伸率会发生实际带钢张力过大, 出口S辊电枢电流过大的现象。因此, 在此电路中设置了保护性措施, 即当用速度方式调节延伸率时, 如果发现带钢张力超过某一数值后, 电路便会自动使其他延伸率控制方式投入 (例如轧制压力控制方式, 张力控制方式等) , 参与延伸率的调节。
4 应用实例
在浙江创业钢带有限公司的1400冷平整系统中应用了前后S辊速度调节方式控制延伸率, 并且结合了轧制力控制方式和张力控制方式, 使得钢带的延伸率得到了精确控制, 满足了生产要求, 提高了工作效率, 收到了用户的好评。
5 结束语
平整轧制是确保冷轧带钢成品质量的最后一道关键工序, 而平整延伸率有是衡量冷轧板带钢质量好坏的重要指标, 所以在实际生产过程中必须重视和研究平整时带钢延伸率的测量原理及其测量系统、平整轧制对延伸率的影响规律、前后S辊速度对带钢延伸率的影响及其自动控制、延伸率自动控制的计算机控制系统以及平整轧制过程中延伸率控制的实践经验等。延伸率自动控制系统已成为国际上带钢平整的核心技术内容。
摘要：平整实质上是一种小变形量的轧制, 是冷轧工艺上具有极为重要意义的一道生产工序。延伸率是平整中最基本的工艺参数, 由于平整道次压下量很小, 只有微米级, 用测厚仪几乎测不出平整机出口侧与入口侧的带钢厚度偏差, 因此就用测量带钢延伸率的方法作为测量其厚度变化的等效值。延伸率调节是工艺质量控制的重要内容, 延伸率是平整轧制的唯一变形指标, 在保证带钢力学性能、满足用户要求等方面起着至关重要的作用。
关键词：平整,自动控制,延伸率,速度调节
参考文献
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速度调节器 篇6
1 理论基础及研究假设
1.1 战略执行速度和组织绩效的关系
时间作为一项重要的管理资源, 是企业创造并获得竞争优势的关键。彼得·德鲁克在《有效的管理者》中就指出“时间是世界上最稀缺的资源, 没有任何替代品, 也没有任何弹性”。Stalk[3]正式提出“时基竞争” (Time-based Competition, TBC) 概念, 强调通过压缩各个运营环节的时间周期以提高企业对顾客需求的响应速度。这种时基竞争战略旨在提高企业对市场的敏感性和反应能力, 在满足消费者追求的同时使企业始终保持其在本行业中的领先地位。当今市场竞争的焦点已转向时间、速度, 现代企业之间的竞争“并不是大吃小, 而是快吃慢”[4], 迅速快捷的战略执行能够加快产品创新速度和交货速度[5], 增强顾客忠诚度、促进差异化、增加顾客感知到的价值水平, 进而获得价格溢价、更高的市场份额以及现金流 (Stalk) 。从整体上来说, 企业若能快速执行战略决策, 可以提高组织绩效。由此, 提出假设1。
假设1:战略执行速度对组织绩效有正向影响。
1.2 环境动态性的调节作用
战略执行活动是企业对外部环境变化的响应, 目的是提升企业绩效[6], 但速度对不同行业的企业的作用是不同的[7]。麦肯锡公司1983年的一项研究结果显示:对于那些生命周期较短、市场份额迅速增长、价格迅速下跌的产品, 速度比运营成本重要。但是, 在发展缓慢的市场中, 产品的生命周期较长, 市场增长速度慢, 产品本身的成本则变得非常重要。环境动态性 (Environmental Dynamism) 指的是一个行业的技术和需求变化的程度和频率, 以及这些变化的可预测程度[8]。在变化速度快的行业, 需要企业快速决策并加以迅速执行才能在市场竞争中占得先机[9], 尽快建立优势, 提高组织绩效;而速度变化慢的行业对战略执行速度要求就没有那么迫切, 快速执行带来的成本增加反倒减少了企业的利润。由此, 提出假设2。
假设2:环境动态性在战略执行速度与组织绩效之间起正向调节作用。当环境变化快时, 加快战略执行速度会带来更高的组织绩效;环境变化慢时, 加快战略执行速度降低组织绩效。
1.3 组织资源的调节作用
资源基础观 (RBV, Resource-Based View) 认为公司内部的资源对公司获取经济利润并维持竞争优势具有非常重要的意义[10]。战略执行实际上是一个资源配置和消耗的过程, 快速的战略执行意味着战略执行的动作在时间上的压缩, 这会导致人力资源耗费强度的增加和协调费用的增加;另一方面快速的战略执行需要采用一些特殊的技术手段, 会带来更多的物质资源的消耗。资源环境会对组织的创新策略产生一定的影响[11]。总之, 加快战略执行就是一个资源换速度的过程。组织的可用资源充足, 则可以帮助企业快速实施战略、取得更好的绩效;如果没有足够的组织资源而一味地加快战略执行速度, 结果就只能是战略动作做不到位、战略意图得不到全面实现, 则企业绩效不会太好。由此, 提出假设3。
假设3:组织的可用资源在战略执行速度与组织绩效之间起到了正向调节作用。当组织的可用资源充足时, 加快战略执行速度会带来更高的组织绩效;当组织可用资源不足时, 加快战略执行速度会降低组织绩效。
基于上述假设, 本研究提出战略执行速度、环境动态性、组织可用资源和组织绩效的关系模型, 如图1所示。
2 研究方法
2.1 样本信息
本研究共向江苏、上海、山东、广东、安徽、和辽宁5省一市的140家企业发放问卷。为保证回收数据的真实可靠性, 调查问卷均采用现场发放以及匿名填写方式, 实际回收120份, 剔除数据不合格和数据值异常的样本, 最终获得有效问卷110份, 有效回收率达78.57%, 回收情况比较理想。问卷调查行业主要包括化工、电子、生物医药、建筑、金属加工、纺织以及零售等行业, 具有较好的代表性。
2.2 变量测量
企业所处地域、企业类型和前一年度的绩效均对组织绩效有一定影响, 故在本研究中作为控制变量。经营区域和企业类型均设置成0—1虚拟变量, 前一年度绩效即公司上一年度的利润 (Profit) 。
本研究涉及到的主要构念包括战略执行速度 (Speed, Speed of implementation) 、组织绩效 (P, Performance) 、环境动态性 (ED, Environmental Dynamism) 和组织可用资源 (RA, Resource Availability) , 均采用西方成熟的组织行为量表, 经过双向翻译, 语义清晰, 以确保问卷涉及的所有条目均符合中国情境。战略执行速度的测量用Dooley等[12]的定义:“从承诺开始战略执行到新战略完全融入组织运行所需花费时间”, 以月数计量。组织绩效即公司的财务绩效。环境动态性和组织可用资源均采用Miller和Friesen的量表, 统一为5点式likert量表[13]。其中, 环境动态性包括5个条目:公司营销策略的变化频率, 公司产品或服务的变化速度, 竞争者行为可预测程度, 顾客需求和偏好可预测程度, 企业改变市场行为的频率;组织可用资源包括4个条目:公司可以运用的资金非常充足, 公司的技能型员工贮备充足, 公司原材料等物质供应非常充足, 公司管理能力足以应付各种需要。
2.3 信度和效度检验
本研究采用Cronbach's Alpha系数来检验量表的信度, 结果显示Cronbach's Alpha值均大于0.7 (如表1) , 表明本研究所采用的测量信度较好且内部结构良好。KMO为0.82, 大于0.8, Bartlett’s球形检验值χ2为239.87, 在0.001水平显著, 表明测量数据适合进行因子分析。因子分析结果见表2所示。基于主成份法清晰地提取了4个因子, 旋转后各条目在相应的因子上的载荷均大于0.6, 在其他因子上的载荷比较小, 说明测量具有较好的聚合效度和区分效度。
注:*P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 (双尾检验)
注:1) 提取方法为主成分分析法;2) 旋转法为具有Kaiser标准化的正交旋转法, 旋转在6次迭代后收敛
2.4 数据同源偏差检验
本研究的调查通过被试的自我报告完成。为尽量防止同源偏差的出现, 在研究设计上采用匿名的调查方式, 在问卷上明确标注所有问题答案均无对错之分。另外, 本研究中绩效和战略执行速度测量时采用的是客观指标, 可以缓解同源偏差问题。Harman单一因子检验结果显示, 所有条目形成4个非常清晰的因子, 解释的总方差达到72.35%, 在未旋转时得到的第一个主成分占到的载荷量是34.86%, 并没有占到大多数, 所以同源偏差并不严重。
3 研究结果
3.1 变量的描述性统计和相关系数矩阵
本研究涉及到的主要变量的均值、标准差、相关系数以及构念的Cronbach's Alpha值如表1所示, 组织绩效与战略执行速度在0.10置信水平负相关, 组织绩效与环境动态性、组织可用资源在0.001置信水平正相关, 可以进行进一步的回归检验。
3.2 多元层级回归分析
本研究构建的理论模型是调节作用模型, 依照Baron和Kenny[13]的分步回归方式检验环境动态性和组织可用资源对战略执行速度与组织绩效之间关系的调节效应, 回归结果见表3所示。企业类型和经营区域两个控制变量设置成0—1变量, 限于篇幅, 这两个变量的回归结果不提供具体报告。
注:*P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 (双尾检验)
3.2.1 战略执行速度和组织绩效多元回归分析
第一步:以组织绩效 (P) 为因变量, 加入控制变量和自变量战略执行速度 (模型1) , 模型R2为0.012, F值为0.291, 不显著;自变量的系数为-0.083, 相应的T值为0.52, 不显著。说明战略执行速度对组织绩效的影响并不显著, 假设1没有得到验证。
第二步:将战略执行速度 (Speed) 、环境动态性 (ED) 加入模型2, 模型2的R2为0.617***, 显著, 说明模型2成立。继续把经过中心化的Speed和ED的交互项加入模型, 模型3的R2为0.669***, 显著, 模型3成立。模型3相对于模型2的△R2为0.052***, 交互项ZSpeed*ZED的系数为0.358***, 在0.001的水平显著, 说明环境动态性 (ED) 对于战略执行速度 (Speed) 和组织绩效 (Performance) 之间的关系具有正向调节作用, 假设2得到验证。
第三步:以组织绩效 (P) 为因变量, 在模型1的基础上加入战略执行速度 (Speed) 和组织可用资源 (RA) 得到模型4, 模型4的R2为0.576***, 显著, 说明模型4成立。继续把经过中心化的Speed和RA的交互项加入模型, 模型5的R2为0.612***, 显著, 模型5成立。模型5相对于模型4的△R2为0.037**, 交互项ZSpeed*ZRA的系数为0.201**, 在0.01的水平显著, 说明组织可用资源 (RA) 对于战略执行速度 (Speed) 和组织绩效 (Performance) 之间的关系具有正向调节作用, 假设3得到验证。
3.2.2 环境动态性和组织可用资源的调节作用分析
为更清楚地说明环境动态性和组织可用资源在战略执行速度与组织绩效之间的调节作用, 绘制环境动态性和组织可用资源的调节效应示意图, 分别如图2和图3所示。
从图2可以看出, 环境动态性在战略执行速度和绩效之间起着显著的正向调节作用:环境变化快的企业的战略执行速度对绩效有正向影响;对于环境变化慢的企业, 战略执行速度对绩效有负向影响。从图3我们也可以看出, 组织可用资源水平在战略执行速度和绩效之间起着正向调节作用:组织可用资源水平高的企业, 战略执行速度对绩效有正向影响;而对于组织可用资源水平低的企业, 战略执行速度对绩效有负向影响。
对比图2和图3可以看出, 图2高水平组和低水平组的斜率均大于图3, 图2两条线的夹角比图3的也更大, 说明就战略执行速度和绩效之间的关系而言, 环境动态性比组织可用资源的调节效应更明显。也就是说, 对技术和市场变化快的行业来说, 迫切要求提高战略执行的速度。这一点也可以从回归数据中得到验证。模型3的交互项的系数反映的是环境动态性的调节效应, 是0.358***, 而模型5的交互项的系数反映的是组织可用资源的调节效应, 是0.201**, 环境动态性的调节系数大于组织可用资源的调节系数。
通过分析环境动态性和组织可用资源的调节效应, 还可以解释假设1为什么没有得到验证。按照环境动态性水平分为高低两组, 结果绘制的战略执行速度和绩效的关系分别为正向和负向, 如果没有分组, 就是把所有的样本放在一起检验, 正向趋势和负向趋势混合在一起, 可能就不显著了。假设1检验的正是总体混合样本的战略执行速度和绩效的关系, 所以不显著了。这也说明了调节变量的贡献, 调节变量有可能会帮助我们在混沌的变量关系中提炼出明显的因果关系。
4 结论和展望
本研究的结论是:第一, 并不是对所有企业来说提高战略执行速度都能带来组织绩效的提升。第二, 战略执行速度对绩效的影响方式取决于环境的动态性和组织可用资源:环境变化快的企业, 提高战略执行速度有利于提升企业绩效, 而环境变化慢的企业, 提高战略执行速度反而有损于企业绩效;组织可用资源水平高的企业, 提升战略执行速度有助于提升企业绩效, 组织可用资源水平不足的企业, 快速的战略执行不利于企业绩效。
本研究结果具有一定的理论意义, 即本研究综合考虑了企业外部环境和组织内部的资源状况对企业战略执行的影响, 使得战略执行速度和绩效之间的关系进一步精确, 在一定程度上丰富和发展了战略执行理论。
本研究的结论对企业战略管理实践也具有一定的指导意义: (1) 不同的行业在性质和特征上存在着很大差异, 新产品和新服务的步伐并非总是越快越好, 有时速度是次要的。战略执行速度和绩效之间不是简单的正向关系, 如果一味地强调速度, 则欲速而不达, 反而影响企业绩效。 (2) 企业面对快速变化的外部市场时, 应该快速决策、快速实施决策, 在竞争中占得先机, 获取好的绩效;如果是比较成熟和稳定的行业, 企业不宜盲目提高战略执行速度, 防止快速的战略执行耗费过多的资源, 影响企业的绩效。 (3) 企业要想提高战略执行速度, 必须要有足够多的资源贮备, 这样才能确保战略执行既快又好, 绩效才有保证。总之, 企业要根据自己所处的行业, 分析消费者需求变化、技术变革的速度以及自身的资源贮备水平, 从而选择一个比较恰当的执行速度, 以最大程度地提高企业绩效[14]。
本研究也存在一些不足之处, 如快速的组织变革会带来短期内组织绩效的下降, 后期绩效恢复更快[15];快速的战略执行消耗更多的资源, 也可能会导致短期内企业财务绩效的部分下降、然后再恢复, 应该运用绩效的时间序列数据加以研究, 这样可以更好地反映战略执行对绩效的影响规律。未来有待于改进研究设计进行进一步的验证。
摘要：构建战略执行速度与绩效的关系模型, 基于110家企业的调查数据实证分析战略执行速度对组织绩效的作用机理。研究结果表明:战略执行速度对组织绩效的影响方式取决于环境动态性和组织可用资源数量。环境变化快、可用资源充足的企业的战略执行速度对绩效有正向影响;环境变化慢、可用资源不足的企业的战略执行速度对绩效有负向影响。
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加速度与速度的类比08-12
速度加速度说课稿07-24
速度改变快慢的描述 加速度教案09-27
输液速度07-16
学习速度05-12
速度控制05-19