主动噪声控制（精选12篇）
主动噪声控制 篇1
0 概述
结构振动产生的噪声,以前用次级声源来进行有源噪声控制需要许多次级声源,而用控制结构振动的方法控制低、中频的结构声辐射,即结构声有源控制(ASAC),可以不采用次级声源,直接将控制力加于结构,使辐射声能量最小。这种控制方法的特点是用较少的控制激励器就能实现有效控制。因此,由有源噪声控制和有源振动控制形成的结构声有源振动控制技术,是控制结构振动辐射噪声的一种更有效的方法[1]。
结构声振动有源控制是针对2类问题提出的。对于全空间消声,采用有源噪声控制比较困难,而采用控制噪声辐射体的方法降低结构辐射的声功率,可以达到全空间消声目的。对于飞机座舱、轮船客舱、汽车车内空腔等封闭空间,用有源振动控制方法控制弹性壁板的振动可以减少噪声的传入。
本文以铝板和木板构成的三维空腔为例研究了噪声的主动控制问题,铝板空腔1面为铝板,其余5面为木板,然后通过压电作动片进行多输入、多输出空腔噪声的主动控制试验设计和控制策略研究,并进行了主动控制的试验。试验结果表明降噪效果较好。
1 系统总体设计
在有源噪声控制感兴趣的低频范围内,只要通过改变板的振速分布,抑制前几阶结构振动模态,便能取得显著的降噪效果。基于这样的思路,设计了利用压电作动片进行结构声噪声主动控制的试验装置,如图1所示。其中的三维闭合空间是由1面铝板和5面木板组成,铝板及木板边界条件均为固支,用螺钉固定,箱子下面垫有弹性胶垫作为支撑。将扬声器固定在铝板上方,扬声器发出信号激励铝板振动,铝板的振动引起结构噪声辐射进闭合三维空间内部。在铝板上布置两路压电加速度传感器,检测铝板的振动,它的信号经电荷放大器后,通过数采卡AD端口进入计算机控制系统,经过计算机分析发出的控制信号,通过数采卡DA端口发出,控制信号经过压电陶瓷专用放大器后给压电作动片,用来控制铝板的振动,进而控制空腔内部的噪声。空腔中安装麦克风,监视主动控制效果。试验系统采用xPC/Target系统,进行实时控制试验。试验仪器及设备见表1,铝板和压电陶瓷作动片的材料属性及几何尺寸见表2,铝板和木板构成的三维空腔内腔体积为0.125 m3。
扬声器信号由计算机发出,经扬声器功率放大器产生声波激励铝板,扬声器信号功率调节到激起板振动为止,由于NI PCI-6024E只有两路DA输出,而这两路DA输出用来驱动压电陶瓷作动片,故扬声器信号通过NI-6251的DA端口输出,其中扬声器驱动信号由LABVIEW产生。
2 传感器、作动器位置布置
为了使薄板振动在有限数量压电片作用下得到较好的控制效果,对铝板模态和空腔的声学模态用Abaqus软件进行了有限元模态分析,其中铝板为4边固支,空腔声学模态边界条件为自由状态。分析结果见表3和表4。
由上述铝板和空腔模态频率分析结果可知,对于铝板前4阶低阶模态不存在和空腔声学模态耦合的问题。
通过板件模态声辐射效率理论分析[2,3]可知,简支铝板的模态声辐射效率从高到低依次为:(1,1)最高,(1,2)与(2,1)次之,(2,2)最差。
对于固支的矩形薄板,其振动模态的对称或反对称性与简支矩形平板相同,虽然其理论分析十分复杂,但通过数值分析可知,在低阶模态,最高至(2,2)模态,其声辐射效率和简支情形大体相同[4],见图2。由上面分析可知,对于固支板,铝板的模态声辐射效率从高到低也是依次为:(1,1)最高,(1,2)与(2,1)次之,(2,2)最差。本文选取(1,1)和(2,1)模态作为传感器和作动器的布置位置,并进行同位布置。
2块压电作动片布置在正对着扬声器的铝板上表面,加速度传感器对称布置于铝板的下表面,监视声压信号的麦克风被布置于箱内,具体位置为距离箱底面内表面中心37.5 cm处。传感器1和作动器1的位置坐标为(0,0)cm,传感器2和作动器2的位置坐标为(11.5,0)cm,见图3。
3 关于双通道解耦的处理及系统识别
所研究的双输入、双输出三维空腔主动控制解耦,2个通道不必采用特别的解耦措施。原因主要有2点:(1)传感器与作动器布置采取的是同位布置方式,这种布置方式使传感器位置的设计与控制输入问题解耦[5],原因在于贴在结构表面加速度传感器的感知信号可以描述结构振动的强弱,且主要感知的是该点处应变的变化[6];(2)将2组传感器和作动器同位布置在板的模态处,针对(1,1)和(2,1)这2个模态声辐射效率高的模态进行控制,由于这2组振动模态的类型不同,所以这2组振动模态之间的耦合作用对结构模态总的声功率没有影响。也就是2个振动模态是相互独立的,不存在相互之间的耦合影响[7]。基于上述原因,同位配置在这2个模态处的双通道不需要解耦,并且采用振动模态控制方法可以降低结构的辐射声功率,并能取得减振降噪的双重控制效果。
试验系统为xPC/Target实时系统,采样频率为1 000 Hz。辨识数据由试验获得。本文采用状态空间模型分别来模拟实际的外扰通道和控制通道,外扰通道状态空间模型反映扬声器和加速度传感器之间的关系,控制通道状态空间模型反映作动片和加速度传感器之间的关系。建立外扰通道模型和控制通道模型所采用的方法是子空间系统辨识(N4SID)。用MATLAB系统识别工具箱进行系统识别[8],得到离散系统的状态空间方程。
4 神经网络控制器模型
采用静态逆辨识的方式离线设计了BP神经网络控制器,先用大量的数据离线训练逆模型,然后将训练好的模型再嵌入控制。本文中系统的期望行为由稳定的参考模型给出,控制系统的作用是使得系统输出渐近地与参考模型的输出相匹配,通过对通道1和通道2的控制达到降低空腔内噪声水平的目的。令位于(1,1)模态位置的传感器和作动器通道为通道1,位于(2,1)模态位置的传感器和作动器通道为通道2。
神经网络的网络样本由试验测得,神经网络逆模型控制器采用4阶时延环节设计控制器,采用BP网络,网络结构为10-9-2,隐层的传递函数选择S型的双曲正切函数tansig,输出层传递函数选择线性函数purelin。BP网络训练方法采用改进的Levenberg-Marquardt算法[9,10]。为了分析建立的网络模型对样本所蕴含规律的泛化能力,将总样本分成训练样本和测试样本,结果测试误差略高于训练误差。这是由于网络是由训练数据训练的,而不是由测试数据训练的原因。从上面分析可知,训练神经网络不仅对样本数据具有很强的融合能力,而且对其他试验数据也具有很强的泛化能力。所训练的神经网络可用于结构声的主动控制。
5 神经网络控制试验结果
利用设计的神经网络控制器,进行空腔噪声的主动控制试验。图4、图5和表5为1块铝板、5块木板构成空腔,0～400 Hz单频和多频噪声主动控制的结果。
从表5可知,对于1块铝板、5块木板构成的空腔,其单频和多频的声能分别降低了81.8%和75.5%,取得了较好的降噪效果。需要指出的是,之所以取得较好的降噪效果,主要原因是激励铝板的单频是(1,1)模态频率,多频以(1,1)模态频率占主要成分,这从加速度功率谱密度图中也可以看出,其功率谱密度的幅值(1,1)模态有较大的降低,由板件的模态声辐射效率理论也可知,(1,1)模态为优势模态,在前4阶模态中其结构声声辐射效率是最高的,所以降噪效果明显。
6 结论
利用所设计的神经网络控制器进行的主动控制试验,结果表明:其单频和多频的声能分别降低了81.8%和75.5%,取得了较好的降噪效果,为多通道噪声主动控制理论在汽车等矩形空腔模型上应用提供了有益的探索和参考。
参考文献
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主动噪声控制 篇2
小型月球探测器由地球停泊轨道向地月转移轨道射入时，要求采用自旋稳定来建立发动机 的. 点火姿态。由于细长体和能量耗散的存在，导致了自旋运动的发散―章动运动，为此采用两 种工程上常用的喷气主动控制方法设计了主动章动控制器。针对两种方法消耗燃料比较大的 缺点，提出了一种模糊喷气主动章动控制方法。
作 者：徐瑞 崔祜涛 崔平远 杨涤 Xu Rui Cui Hutao Cui Pingyuan Yang Di 作者单位：哈尔滨工业大学航天学院 刊 名：高技术通讯 ISTIC EI PKU英文刊名：HIGH TECHNOLOGY LETTERS 年，卷(期)：2001 11(3) 分类号：V4 关键词：小型月球探测器 主动章动控制 模糊控制★ 船舶损坏控制技术
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主动可靠组播拥塞控制协议研究 篇3
关键词:主动网络;组播;拥塞控制
中图分类号:TN915.03文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 03-0041-02
Active Reliable Multicast Congestion Control Protocol
Li Juan,Zhang Xiuru
(Central South University of Information Science and Engineering,Changsha410083,China)
Abstract:Multicast Congestion Control in the general model, based on research on the ACC(Active Congestion Control)protocol of the main algorithm and implementation process.ACC selection strategy for the sender sending rate as the congestion control parameters.According to fairness criteria for the worst link in the active node and the multicast sender filter parameters at the same time congestion,and finally controlled by the sender's congestion parameters.
Keywords:Active networks;Multicast;Congestion control
一、引言
(一)概述
随着计算机网络尤其是Internet应用的不断多扩展,传统的单播(Unicast)技术无法解决像基于IP的音/视频会议(多点传输)之类的网络传输问题,而广播(broadcast)技术又会大量消耗网络资源,严重影响传输效率,组播技术正是基于此类问题而提出的全新网络传输方案。
(二)相关工作
组播是网络中多用户之间进行数据通信所采用的通信方式。随着组播应用的发展,对于数据可扩展性、传输延迟和可靠性等性能都提出了更高的要求,而不同类型的应用对于不同性能参数的要求也不尽相同。组播应用在传输层通常是采用UDP来实现的,而UDP协议是基于“尽力服务”,并不保证所有数据的正确传输和接受。为此,作者根据国内外的一些研究资料,对ACC协议的主要算法和实施过程进行了深度的研究。
二、组播拥塞控制协议体系结构
(一)丢包的检测及拥塞控制参数确定
ACC策略使用了可靠组播差错回复(armer)协议的丢包检测模块,且利用接受到的数据包序号“间隔”(Packet SN Gap)来进行丢包检测。利用马氏过程研究了链路丢包率较高时的TCP吞吐量,给出了一个适应性更好的TCP吞吐量模型:
T(RTT,p, ,b)=
其中,b为每一ACK确认的数据包个数; 为重传定时器的时间长度,以往返行程时间的倍数表示;P为链路上的丢包率;RTT为往返行程时间。
(二)丢包率p的计算。
设TCP中拥塞窗口大小为w,TCP协议允许w个已发送但未被确认的数据包(Outstanding Packet)。这些数据包在网络中可能由于拥塞而发生丢失,因而发送者可能会检测到多个数据包的丢失,但TCP协议在一个拥塞窗口内只响应检测到的第一个数据包的丢失,而忽略此窗口内的其他丢包,将这些丢包看作同一个“丢包事件(Loss Event)”。在基于数率的拥塞控制中,并不存在拥塞窗口的概念,但由于TCP的拥塞窗口对应于一个往返行程时间,因而可以讲在一个往返行程时间内的多个数据包的丢失看作属于同一个“丢包事件”。
如图一所示,丢包事件的检测是在数据包接受记录队列的基础上进行的,设前一次丢包事件结束在数据包记录i,目前收到的数据包最大序号为i+n,接收者在发送者发送的n个数据包中接收到的数据包个数为m个,此时在接收者共有n-m个数据包丢失。设j为满足以下条件的具有最小序号的数据包:
1.i 2.数据包j在接收者丢失。 图一丢包事件检测 (三)参数指示过滤 依据ACC协议,主动节点上的基本的过滤算法描述为: If((Rate_New=0 and RTT_New=0)or Rate_Select≦Rate_New)then ADDR,RTT,Rate,Time_Select = ADDR,RTT,Rate,Tme_New else DROP_IT (四)拥塞控制的实施 当经过组播树中主动节点及发送者层层筛选出拥塞控制参数后,发送者即开始进入拥塞控制的实施阶段。因而ACC策略拥塞控制对于处在不同阶段的组播通信分别设计了不同的实施策略。在组播通信建立时,发送者不希望盲目发送组播数据包,因而它通过发送带有指示的单个组播数据包主动地要求接收者立即发送反馈消息。 三、算法的优化 为增加算法的稳健性和适应性,对算法做如下完善: (一)为增加算法的适应性,以满足不同网络条件的要求。ACC拥塞过滤算法加入了一个调节因子β,使得判断条件变为: If Rate_New=0orRate_Select≦β*Rate_New β参数通常取值范围为(0.8≦β≦1.2),当β取小于1的值时,节点对反馈消息的过滤比较严格,其对下游网络的恶化反应较慢,但不会出现较大的幅度变化。反之,当β取大于1的值时,节点更偏重于对目前下游网络中的恶化做出快速反应,此时节点中符合逻辑筛选条件的接收者会出现比较频繁的变化。 (二)对于主动节点来说,当它收到来自接收者的反馈消息并发现其符合拥塞控制参数筛选条件时,它将这一接收者视为当前其下游组播树中的“拥塞控制代表”,直到有新的符合拥塞控制参数筛选条件的反馈消息将其取代。因而此时应将此反馈消息向上游节点转发以反映这一情况。这一判断过程可以表示为: If Rate_New>0 and ADDR_New=ADDR_Select then ADDR,RTT,Rate,Time_Select=ADDR,RTT,Rate,Time_New; (三)主动节点的下游子树中,如果某一接收者被上游主动节点选为“拥塞控制代表”当主动节点子树中的拥塞情况好转时,其他组播接收者发生的反馈消息均不满足筛选条件,而无法取代其“代表”地位,此种情况称之为接收参数“僵死”。此时,主动节点中需要采取相应措施,定期地对这些“拥塞控制代表”的状态信息进行刷新,直接取新来到的消息中的参数为选定参数。设主动节点中设置的状态刷新时间长度为Time_Update,则这一过程可以表示为: If Rate_New>0 and ADDR_New ADDR_Select then ADDR,RTT,Rate,Time_Select=ADDR,RTT,Rate,Time_New; else DROP_IT; 组播发送者同样具备拥塞控制参数筛选模块,其功能和实施过程与主动节点中的一致。 (四)当组播通信进入正常工作阶段时,考虑到立即增大发送速率容易引发网络的拥塞,因而采用如下算法进行速率调整: Rate_Delta=Rate_New-Rate_Current Rate_Curren=Rate_Curren+ζ Rate_Delta(0<ζ<1) 这一算法可以提供平滑的最大发送速率,以避免造成或加重网络中的拥塞状况。 四、结论 ACC较全面的解决了基于主动网络的大规模可靠组播协议必须解决的主要问题,其算法的稳健性和适应性,满足了不同网络条件的要求。在今后的工作中,我还将对ACC协议进一步改进,包括过滤算法的完善,最大发送数率的提高。 参考文献: [1]周贤伟,杨军,薛楠.IP组播与安全[M].北京:国防工业出版社,2005 1. 主动拥塞控制方法 步骤一:路由器的选径功能是形成拥塞的主要原因, 首先通过一个实例来分析它如何形成拥塞的。图的定义:G= V= (A, B, C, D, E, F, G, H) , E= (AB, AG, BE, BC, GE, GH, EF, FC, FH, CD, HD) , g0 (AB) =2, g0 (AG) =6, g0 (BE) =2, g0 (BC) =7, g0 (GE) =1, g0 (GH) =4, g0 (EF) =2, g0 (FC) =3, g0 (FH) =2, g0 (CD) =3, g0 (HD) =2, 每个节点在发送数据时都要利用它的信源树进行寻径, 以期获最小权值路径, 图2是图1各节点的信源树: 步骤二:每个节点都会按照各自的信源树进行数据投放, 假设每个节点等概率进行数据发送, 按以下规则将各点信源树和并为一张多重图 (流量图) 。 (1) :信源树各点集合合并。 (2) :信源树各边累加合并。如图3所示: 由图3可直观地看出, 当各节点增加数据发送量时节点E和F数据收发量最大, 也是最先、最易发生拥塞的节点, 而C, A, G点的流量相对较小, 形成网络流量的不平衡, 易诱导局部拥塞。定义这些最先、最易发生拥塞的节点为热点, 与该节点相邻弧的条数 (该点的度数) 称为该点的热度值。见表1: 节点E, F, B的热度值较高, 节点C, A, G的热度值较低, 且各点热度值相差很大, 即方差很大 (后面将进行比较) 。可以用热度值的方差值来刻画网络数据的平衡度。网络的热度值方差越大它的数据分配就越不平衡, 如果各点数据继续增加, 点E, F, B就会局部拥塞, 而此刻网络总流量还没有达到它的最大物理承载量, 点C, A, G还有增加传输量的潜力, 可把热点的部分数据转移到非热点上去, 缓解热点的压力, 也就是减少热度值方差, 提高网络平衡度。本文采用以下方法平衡网络流量:局部拥塞是由于路由器在投递数据时采用信源树选径造成的, 改变相应弧的权值, 就可以改变相应信源树的结构, 使得在合成后的流量图中, 任意有连接两点的弧的数量基本相同, 使以前的热点“变凉一点”, 解决各点发送数据时热点的拥塞现象。 步骤三:重新确定整个网络的权值图:各点间的拓朴结构不变, 只改变各弧的权值, 令g1 (ei) =g0 (ei) +h (ei) ×c, h (ei) 为ei相邻两节点热度值和, c的取值将影响新产生的网络权值图与原图在上的变化差别, 本文将在后面介绍c在取不同值时热度值方差量的差别。这里c=1/4, 且为了方便计算同时对h (ei) ×c的取整 (这样会影响迭代精确度) , 得到另一张网络权值图, 如图4所示: 运用前述方法可得c=1/4时的网络重图 (流量图) 和热度表, 如图5, 表2所示: 由上述流量图和热度表可直观看出:以前的热点E, F的热度值已经明显下降, 说明以前流经E, F点的某些数据已扩散到其它点, 如点G, C, 降低了E, F的负荷。热度值方差也明显降低, 说明网络数据流趋于平衡。当网络某热点要发生拥塞时, 可向全网各点发送拥塞信息, 并要求更改网络权值图来寻径, 虽然各点利用更改后权值图发出数据的路径并不是最优的, 是次优的, 但这样能有效地遏制拥塞的发生。权衡拥塞等待或丢弃重发时间, 多走路径的时间是可以接受的。如果热点的热度值还没有降下来, 说明热点向周围节点扩散的数据流还不够, 可以继续使用前述步骤一, 二, 三, 在已改变权值图和热度表的基础上再构造一个权值图, 作出它的流量图和热度表, 如图6, 表3所示: 由图6和表3可以看出, 各节点数据流的分配已基本平衡, 虽然热度值方差在第二次迭代后出现回升, 是由于 (1) 本例中的c值相对过大; (2) 对h (ei) ×c取整造成的, 但随着迭代次数的增加, 方差值会沿一值上下波动, 最终达到动态平衡。依次类推, 形成迭代的权值图和信源树。用一个递归公式来形式化这个过程: 其中, Gk表示K次迭代权值图, 表示当c=1/4时施加于Gk-1上的步骤一, 二, 三。称图1为0次迭代权值图, 导出的路由表为0次迭代路由表, 图3为0次迭代流量图, 图4为1次迭代权值图, 导出的路由表为1次迭代路由表, 图5为1次迭代流量图, 图6为2次迭代流量图。迭代次数越高, 形成的迭代流量图的热度值方差就越小, 路径的最优度也越低, 它是牺牲路径的最优度来达到整个网络数据流的高平衡。当迭代到一定次数后, 它的平衡度将稳定到一定值。 控制方法:若网络产生了局部拥塞, 采用1次迭代路由表, 若还拥塞, 启用2次迭代路由表, 若还拥塞, 再启用高次迭代路由表, 直到网络达到平衡, 消除拥塞为止。数据就会像水一样在网络槽中平衡流动。当路由表的迭代次数达到一定值还拥塞, 说明网络的数据流量已超过整个网络的承载量, 从策略上无法解决因物理局限而引发的拥塞。 2. 结论 通过对网络的静态分析和模拟, 可以预测网络动态运行时的一些节点信息, 并进行静态准备, 动态激发。以上算法经过计算模拟, 其拥塞控制效果和能力与期望基本符合, 是行之有效的。总之, 基于不同应用, 不同网络层次的拥塞控制研究还在继续, 它的成果必然对优化网络结构, 增强网络性能, 提高网络服务质量产生深远影响, 并最终将成为继计算机网络体系结构, 网络信息技术, 网络安全技术后计算机网络领域的又一大研究方向和热点。 参考文献 [1]曾家智等.《计算机网络》 (M) .2002年4月 车辆主动悬架系统的模糊控制仿真研究 根据汽车悬架的结构,建立了二自由度1/4车体主动悬架模型.为了提高汽车的乘坐舒适性和安全性,车辆采用主动悬架系统.由于模糊控制具有建模简单、控制精度高、非线性适应性强等优点,在车辆主动悬架控制策略中得到了较广泛的应用.设计了以车身速度和加速度为输入的模糊控制器,实现了对主动悬架的控制.同时,以某种车型为仿真对象,使用MATLAB/Simulink进行计算机仿真,达到了改善车辆垂直减振的目的.仿真结果表明:采用所设计的`模糊控制策略的主动悬架系统,明显提高了车辆乘坐的舒适性和安全性.主动拥塞控制应用研究 篇4
主动噪声控制 篇5
主动噪声控制 篇6
（一）高校教育成本的内涵 教育成本的本质是为使受教育者接受教育服务而耗费的资源价值。高校教育成本是对象化的教育成本，是指高校为培养一定种类、一定数量的人才而发生的一切教育资源价值。它主要包括：（1）人力资源成本，它是指高校支付的所有直接或间接参与学校教育活动的人力资源的使用成本；（2）固定资产成本，它指高校直接或间接用于教学的建筑物、房屋、仪器设备、公用设备等的折旧费；（3）公用成本，它指高校的公务费、业务费、小额设备购置费和修缮费等。
（二）高校教育成本控制的内涵及构成 控制指在一定的条件下，为了达到预定的目标，对一个过程或一系列事件施加影响的有组织行为，因此高校教育成本控制就是指高校为使教育成本达到预期目标，从而采取一定的管理形式和方法，对各种教育费用的发生额进行约束和监督的一种管理工作范式。它可分为三个部分：（1）教育成本预防控制，它是指通过制定教育目标成本计划，力求对运行结果实现目标管理；（2）教育成本运行控制，它是指对每一个运行过程，实施动态的跟踪管理；（3）教育成本反馈控制，它是指通过教育成本核算，反馈有用的信息，对教育成本控制进行综合评价，并提出改进措施。
（三）高校教育成本控制的现实意义 “十年树木，百年树人”，教育是立国之本，更是一项规模宏大的系统工程，而高等教育又是重中之重。我国十分重视高等教育，目的就是在于个体的发展和社会的进步。置身于市场经济大潮中的高校，竞争不可避免，如何在竞争中求得生存和发展是高校普遍关注的问题。高校要建设、要购置设备、要正常运行，都离不开资金，一旦能获得充足的办学资金，就能使高校走上良好的发展道路，然而目前一方面由于教育成本分担机制的形成，经费紧缺成为高校普遍存在的问题；另一方面，同时也存在教育资源利用率不高和浪费严重的现象。在资金紧缺的情况下，更要加强教育成本的控制，杜绝浪费，降低高校运行成本，提高资源利用效率，提高办学经济效益，否则就会导致资金链条断裂，甚至使高校濒临破产的地步。因此，高校教育成本控制能为高校发展注入活力，为高校面向社会自主办学打下经济基础，有利于高校健康稳定、可持续发展。
二、高校教育成本控制存在的问题
（一）意识方面的缺失——高校教育成本控制意识淡薄 长期以来，我国高校自身很少有进行成本控制的意识，广大教职员工及管理干部普遍缺乏成本效益观念，这也是高校成本控制存在问题的根本原因。长期以来，高校作为非营利组织，没有交纳所得税的要求，税务部门不要求提供利润信息，国家的法律、法规对高校没有计量培养成本的要求，因此，高校没有面临计量教育成本的外在压力。另一方面，高校的治理结构决定管理者从自身的利益出发，没有进行计量成本的内在要求。在高校内部，上至校长，下至教职工，在收费问题上他们与接受培养的学生的利益往往不一致。学校在可能的条件下，都会谋求自身利益的最大化，比如追求舒适的办公条件、购买豪华轿车、公款吃喝等。鉴于以上两方面的原因，高校既没有足够的外在压力，也没有足够的内在动力，追求成本最小化或效率最大化，相反还衍生和助长了决策的随意性，盲目投资、攀比，不计算投入与产出，忽视效益。
（二）制度方面的缺失——高校财务管理体制不完善 财务管理体制是指在资金运动过程中规定经济组织同各方面的财务关系的制度。成本管理要依托财务管理，健全的财务管理体系是保证成本管理体系正常运转的先决条件。高校财务工作应侧重于管理，而不是简单的记录、反映财务收支和向上级单位提供财务报告。高校财务管理应对高校的财务活动进行事前预测、事中控制和事后评价追踪。虽然，我国高校对一些大宗项目的决策也进行了事前的考察、预测、分析、论证，但这些决策往往有一些不科学、片面的地方，从而不可避免地造成资金的损失和浪费。这一方面是由于部分高校性质、历史、规模等原因，致使其自身的管理水平不高，教条主义、经验主义管理现象普遍存在；另一方面，由于缺乏科学的决策机制、严密的管理制度和专门的管理人才，管理思路落后和管理手段匮乏，没有真正形成科学的管理体系。
（三）管理方面的缺失——高校资源耗费不合理 具体包括：
（1）高校人力资源耗费偏高，工作效率低。人力资源是社会经济发展中最重要、最活跃、最有创造力的因素。高校人力资源是将高校中的人力因素资产化处理，是高校拥有、支配并使用的各种具有劳动能力和社会财富创造力的人员的总和。近年来，高校办学规模不断扩大，学校的教学、行政人员随之增加，甚至一定程度上的存在不少冗员，而政府所拨的日常运行经费是以在校学生人数决定，与教职工人数并不直接挂钩，不少学校只能将绝大部分资金用来发放工资，这样人力资源成本比例偏高。同时，由于高校内部分配制度的不合理和人事制度的僵化，高校体制臃肿，人浮于事，不仅没有效益可言，而且加重了高校的财政负担；而且对于高校重金培养、引进的人才，也没有充分发挥其作用，这些都造成人力资源成本的浪费。
（2）高校固定资产浪费严重，使用效率低。固定资产是高校资源的一个重要组成部分，主要是指各种教学科研设施和文体娱乐、生活服务设施等。高校基本建设投资的全部和教育成本中的公用费用的大部分都与这些固定资产的兴建、购买、使用和维修相关。高校内部各成体系，许多固定资产长时间闲置或低负荷运转，使用率低。这是由于高校对固定资产的管理，一方面制度不健全，产权意识淡薄，管理混乱；另一方面，资产配置不合理，重复购置。近些年来，许多高校为了扩大规模，都进行了大量的固定资产投资，如增盖教学办公大楼，购置先进设备等，但是不切实际地依靠贷款铺摊子、上项目，盲目追求高标准，尤其是个别高校贷款规模大大超出其承受能力，不仅带来了教育成本的急剧提高，而且利息支出也成了学校的沉重负担。
三、基于主动性的高校教育成本控制对策
（一）空间维度上 空间维度上，可将高校教育成本控制在横向上和纵向上做以拓展。纵向拓展是指向高校教育成本形成的两端拓展，横向拓展是指要将高校教育成本控制从直接提供教育服务的部门向其他管理和服务部门平行推进，形成完整的成本控制体系。总之，教育成本控制在空间维度上，强调对外界环境的开放性、对外部大环境的主动适应性和内部组织的有序性、信息流动通畅。
（1）树立经营高校的观念。社会主义市场经济体制的确立与运行，使我们认识到无论是盈利性组织还是非盈利性组织都必须采用企业理念进行管理和经营，高校自然也能不例外。在市场经济条件下，与高校有联系的市场主体包括个人和社会团体。学校和受教育者个人、社会团体之间形成了提供服务与消费服务的关系，而学校与学校之间成为竞争对手。“优胜劣汰，适者生存”，高等教育必须适应市场经济体制的生存环境，抛弃计划经济时代的封闭办学模式，开放于社会、服务于社会，依照市场导向确定学校发展规模与发展速度；引进市场机制配置高等教育资源，形成低成本发展模式，用企业管理理念和经营方式来指导办学，从观念上强化高等教育的服务和经营意识，提高办学效益，在社会变革中既适应社会需要，同时又能促进自身的发展。
（2）建立主动成本控制系统的组织体系。主动成本控制系统可以分为成本决策层、成本控制层和成本执行层，其中成本决策层负责企业的总体性决策和成本目标，成本控制层负责成本的计划、标准和目标制定，而成本执行层负责具体任务的执行。成本管理要依托财务管理，健全财务管理体系是保证成本系统运转的先决条件，具体是以财务部门为中心，以人事、教学、科研、后勤等各职能部门为横向，以各院、系、个人为纵向的纵横交错的财务管理网络系统，建立起一个符合市场经济要求的、高效率的、互相制约、协调运转的成本管理及控制系统。
（二）时间维度上 加强成本的事前控制，强化成本的运行控制，完善成本的事后控制，只有这样才能构筑起较为完善与高效的成本控制机制。在正确规划企业成本控制主线的基础上，将过去、现在和未来结合在一起，把事前、事中和事后控制结合在一起，对成本进行全面、综合的控制。
（1）事前控制——教育成本预防控制，是指进行控制之前，对影响教育成本的各种因素和条件进行事前规划，选择最佳的降低成本措施，确定计划期内的目标成本，作为成本控制的依据。对高校成本的事前控制，可以通过预算的编制实现。高校成本预算是指高校提供教育服务活动的支出计划，是与人才培养相关的业务活动及其辅助活动的一切支出计划的货币表现，反映了高校新增教育资源的配置情况、高校的发展规模、方向和速度等
（2）事中控制——教育成本运行控制，是指对教育活动过程中成本的形成及时进行监督和揭示，并采取措施加以改进，保证教育成本目标的实现。这一阶段的成本控制，着眼于各教育功能成本的监督和控制。如：（1）加强人力资源成本控制。高校人员成本占的比例很大，是高校教育成本控制的关键。一方面进行机构精简，控制教职工数量。管理机构的设置尽量层次少，将一些工作联系紧密、条件成熟的部门合并，压缩人员编制；另一方面创造竞争流动的用人机制，推行全员聘任制，建立起岗位、工资能上能下的人事工资制度，保持学校合理的人员工资结构。此外，还要合理规划专业设置，优化专业结构。（2）强化固定资产成本控制。固定资产是学校教育资源的一个重要组成部分，是高校教育成本控制的重点。高校可以实施统一预测、统一采购、统一管理，具体是指以高校的发展规划为依据，结合现有的实际情况，按照技术先进和经济合理的原则，严格审核学校各部门提出的固定资产添置或更新要求；审核通过的项目，由学校专门部门集中购买，而不是单纯地按照院系要求进行招标购买，实现有限资金的优化配置；由学校专门部门负责管理全校的固定资产，而不是单纯的各学院管理各学院的，只有统一管理才能实现教育资源共享，减少浪费，使教育成本大幅度下降。
（3）事后控制——教育成本反馈控制，是指在实际成本形成之后，综合分析评价实际成本与目标成本之间的差异及原因，以便提出改进措施，以利于进一步挖掘降低成本的潜力，作用于下一循环。一是成本分析。根据高校教育成本核算提供的成本数据和其他有关资料，与本期计划成本、上年同期实际成本、本校历史以及国内外高校的先进成本水平行比较，确定成本差异，反映高校各项活动实际成本的相对水平，揭示各部门成本控制的实际状况。二是成本考核。定期对教育成本目标和标准的执行情况作出考核和评价，查找和分析产生成本差异的原因，做到奖罚分明，便于有针对性地采取措施，通过改善管理，改进技术，变更方案来降低成本，为修订标准等提供有用的参考数据。成本考核还必须与学校奖惩制度相结合，以便充分调动教职工完成或超额完成规定任务的积极性。三是纠正偏差。通过考核成本控制结果，总结经验，发现问题，并找出其原因，采取有力措施去调整未来行为。如果发现执行结果与标准教育成本有偏差，应根据偏差的大小和控制能力，制定纠正偏差的方案。此外，高校教育成本偏差的纠正还应包括通过构建有效的信息沟通渠道加强各部门的联系，实现资源的共享，提高资源的利用率。
四、结论
总之，成本控制是一项系统工程，教育成本的事前控制、运行控制、事前控制是成本控制的三大要素，三者之间具有一定的独立性，但同时又是一个有机的整体。由于“个体最优未必导致整体最优”，要使系统其充分发挥最佳功能，还需做到以下几点：首先，在控制教育成本时，要从高校的整体管理战略出发，将控制重点放在对学校全局有影响的学校规划、学科专业布局等结构性动因上，把握学校整体的成本态势，然后再加大对各个执行性动因的控制力度；其次，提高有关人员的业务素质，优化系统状态；然后，还应建立一套行之有效的奖惩激励制度，这是成本控制系统有效运行的重要保障；最后要将高校教育成本信息公开披露，以便接收广大师生和社会的监督。
参考文献：
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［2］李志良：《高校财务成本控制内容新议》，《财会通讯》2009年第8期。
［3］王群：《我国高等学校成本核算控制研究》，《天津师范大学学报》2009年第1期。
［4］任晓萌：《高等学校教育成本控制初探》，《内蒙古农业人学学报》2008年第2期。
［5］燕红波：《高等学校成本战略》，《经济师》2007年第12期。
［6］姜原子：《基于主动成本控制的组织循环模型构建》，《管理学报》2005年第7期。
一维多谐频声源主动噪声控制算法 篇7
由于主动控制技术具有很好的低频特性,决定了主动噪声控制技术(ANC技术)是解决低频(500 Hz以下)噪声问题最具潜力的降噪方式。自1933德国物理学家Paul Leug分别以声消声的专利以来,ANC技术在消声机制、控制机理及系统研究和应用等方面取得了长足的进展,特别是在控制管道低频噪声中获得良好的降噪效果,充分展示了它自身的应用价值。由于工程运用中的声源和控制面临的复杂问题,以声消声控制机制下ANC技术,在多数降噪实际应用中,未能达到预期的降噪效果。追溯失败的原因可概括为:(1)缺乏对具体声源特性的深刻理解,未能将实际声源问题融入ANC系统设计之中;(2)缺乏从声学和控制学的综合角度,系统地认识和理解ANC技术中存在的疑难问题。
正是以上两个因素,以往人们对ANC技术研究倾向于优先开展复杂控制器或复杂控制系统配置的研究,试图以此来克服或解决ANC技术中存在的问题,其结果总将导致:对ANC系统内电子控制部件或声学部件技术性能要求过高,造成系统中控制器负担过重,从而决定了目前的传统ANC思想设计的主动降噪系统难以实现令人满意的降噪效果[1]。现就普遍存在于冷气机、冷却塔、抽油烟机、排风机及空调口的一维多谐频声源运用主动噪声控制进行消声,并运用MATLAB软件仿真,达到了实时降噪的效果。
1一维多谐频声源的主动噪声控制模型及算法[2—5]
1.1针对一维多谐频声的主动噪声控制模型
针对系统控制的稳定性和一维多谐频声源噪声控制的需要,采用如图1所示的前馈结构主动噪声控制试验模型,以初级传感器采集的噪声参考信号和误差传感器采集的误差信号作为控制器的输入,通过自适应控制器自我调整参数,控制次级声源发出的反噪声的幅度与噪声信号相等相位相反以抵消初级噪声。
X(n)为参考输入信号,P(n)为参考通道的传递函数,H(n)为次级通路的传递函数,d(n)为误差传感器接收到的噪声信号,W(n)为自适应滤波器用于估计初级通道的传递函数,y(n)为滤波器的输出反信号,y'(n)为次级传感器接收到的反噪声信号;e(n)为噪声抵消后所得到的残余误差信号。自适应算法根据参考信号X(n)和误差信e(n)自动调节滤波器的权系数,从而调整次级声源输出信号强度,以满足抵消噪声信号的目的。
1.2一维多谐频声源的主动噪声控制算法
综合考虑系统的稳定性、运算量和收敛速度,研究中采用FX-LMS算法,Filter-X LMS 算法考虑了次级声路径的影响。
在控制系统的方框图中,如图2所示,C(z) 是次级声路径H(z)的估计,C(z)可以采用离线方式确定。该算法相当于用次级声路径H(z)对X(n)进行滤波,算法由此得名。具体算法如下:
① 输入参考信号X(n)和误差信号e(n)。
② 计算抗噪声信号y(n)
wi(n)是n时刻滤波器W (z) 的第i 个系数, N 是数字滤波器W (z) 的长度(阶数+1,表示了一种滤波的层次)。
③ 输出抗噪声信号y (n) 到扬声器。
④ 计算Filter -X 信号X′(n),
⑤ 使用Filter-X LMS 调整自适应滤波器W (z)系数,
⑥ 重复上述过程。
Filter-X LMS 算法使用X′(n),能消除次级声路径H(z)对控制系统稳定性的影响,为时时消音准备了条件。
1.3离线估计C(z)
前面所讨论FXLMS 算法必须知道第二路径转移函数C(z)。先假设 C(z)的特性是变的,但是未知的,离线式估测法可以用來估测次路径的传递函数,估测完毕之后的C(z)就固定下來,当作FXLMS 算法中C(z)的系数。白噪声在系统辨识上是一个理想宽带输入信号,因为白噪声其频谱密度上,表示包含各种的频率成分。离线估计C(z)模型如图3所示,离线式估测C(z)步骤如下:
① 噪声产生器产生白噪声(white noise),并由消音喇叭播放出來;
② 误差传感器收到的误差信号e[n],利用LMS 算法來估测仿真次级声传递路径;
③ C(z) 的权重向量收敛到最佳值时,即平均估测误差小到一个预设可接受的程度时,即结束运算。否则,重新进行下一次的更新动作。
一般而言,LMS 无法收敛到很小之误差值,因此重复执行若干时间后便停止估测。虽然此时第二路径估测的结果不准,但是以 FXLMS 仍然可以收敛。
2实验仿真及结果
仿真系统使用MATLAB软件中的Simulink进行仿真,如图4所示。其方法是将噪声发生器发出频率为180 Hz、360 Hz 正弦信号与高斯噪声合成信号声波输入后,经由FIR波器,而FIR滤波器的输出与前一时刻消声后所产生之误差值传至LMS滤波器中产生出反相声源,而反相声源再经过虑波器后产生出的信号与初级声源进行叠加,则可达到噪音消除之效果。Simulink中仿真模型如图4所示。
试验中采用
的初级通道传递函数,
用FX-LMS对一维多谐频声源主动噪声控制效果如表1。
从仿真的结果看单一频率加上高斯噪声的低频正弦波经由FXLMS算法处理之后,很快的就能达到消噪的效果。如图6所示,在复频合成噪声的仿真实验里,误差函数收敛的时间较单频合成噪声的仿真图更长,对越复杂的噪声,相对的计算时间也会增加。
3结论
采自适应FX-LMS算法,对一维多谐频声进行的主动噪声控制,噪声控制系统其方法是将其模拟抽油烟机的声波输入后,经由FIR滤波器,而FIR滤波器输出的与前次所产生的误差值传至LMS算法产生出反相声源,而反相声源再经过滤波器产生波形,而模拟抽油烟机的声波所经由滤波器产生的输出波形再与滤波器产生出反相声源的波形叠加,则可达到消除噪声的效果。MATLAB仿真结果表明该控制系统能有效对存在较为开阔空间的噪声进行实时消声,降噪效果在10 dB左右。
该系统可以用于冷气机、冷却塔、抽油烟机、排风机及空调口的一维多谐频声源的工程主动噪声控制,工程运用前景比较广泛。
参考文献
[1]赵扬.评述主动噪声控制技术.振动与噪声控制,1997;(4):
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[4]田静.有源噪声控制的基本概念和发展前景.噪声与振动控制,1991;(5—6):
主动噪声控制 篇8
如何综合提高车辆行驶时的操纵稳定性、行驶平顺性和主动安全性一直是汽车设计人员的研究重点, 为提高汽车的平顺性和操纵稳定性, ESP (electric stability program) 、ASS (active suspension system) 、ARC (active roll control) 等各种动力学控制系统[1,2]得到了深入的研究和广泛的应用。现代汽车为解决舒适性和操纵稳定性之间的矛盾, 通常在汽车上加装横向稳定杆。被动横向稳定杆无法实时调整侧倾角刚度, 导致高速转向时车辆侧倾过大, 使驾驶员容易产生疲劳和不安全感。
国内外学者采用多种控制方法对悬架进行控制, 以提升汽车的行驶平顺性, 文献[3]运用变参数控制来设计研究半主动悬架, 文献[4,5]分别使用线性控制、模糊控制和多目标控制来对主动悬架进行研究。主动悬架与EPS等系统的集成控制[6,7]、基于主动横向稳定杆的主动侧倾控制[8,9,10,11,12]也成为研究热点, 其中, 文献[8,9]分别采用模糊PID控制和前馈、反馈控制来设计研究主动横向稳定杆, 文献[11,12]研究了商用车的主动防侧倾控制。为了验证主动悬架和主动横向稳定杆在实际应用中的有效性和可行性, 国内外学者进行了相关研究和样车试验。文献[6]建立了包含主动悬架作动器的试验台, 并进行了硬件在环台架试验。文献[13]将含有电机驱动执行器的主动横向稳定杆安装在SUV样车的前后轴上, 给出了硬件的实现方法和约束条件, 并进行了样车试验。
目前, 基于主动悬架和主动横向稳定杆的集成控制研究很少, 本文综合考虑汽车行驶平顺性与操纵稳定性, 特别是汽车的防侧倾性能, 对主动悬架和主动横向稳定杆两个系统进行集成控制。为实现该系统的集成控制, 本文建立了某款汽车的整车数学模型[14]并在MATLAB/Simulink软件中搭建仿真模型, 分别设计了主动悬架和主动横向稳定杆的控制器, 进行了转向工况下的仿真分析。
1 系统模型的建立
1.1 车辆坐标系的建立
以车体侧倾中心为坐标原点, 车体前进方向为X轴的正方向, 水平面内X轴逆时针旋转90°得到的方向为Y轴正方向, 竖直向上的方向为Z轴正方向, 分别绕X、Y、Z轴逆时针旋转的方向为车体侧倾、俯仰、横摆的正方向。
1.2 整车模型
依据上述坐标系, 建立包括4个车轮垂向运动, 车身垂向、侧向运动以及车身俯仰、侧倾与横摆运动的整车九自由度动力学模型 (包括转向运动、俯仰运动和侧倾运动的模型) , 如图1~图3所示。
俯仰运动模型:
侧倾运动模型:
车身横摆运动模型:
转向运动模型:
车身垂直运动模型:
轮胎垂直运动模型:
车身与悬架连接点位置约束方程:
式中, a、b分别为前后轮到质心的距离;Manti为主动横向稳定杆主动控制力矩;v为汽车行驶速度;g为重力加速度;m、ms、m1i分别为整车质量、簧载质量和轮i处的非簧载质量;Ix、Iy、Iz分别为车身侧倾、俯仰和横摆的转动惯量;β为质心侧偏角;ωr为横摆角速度;θ、φ分别为车身的俯仰角和侧倾角;d为1/2轮距;h为侧倾中心高度;K2i、C2i分别为轮胎i (i=1, 2, 3, 4) 处悬架的刚度和阻尼;Kaf、Kar分别为前后轴被动横向稳定杆的角刚度;Zs为车身垂向位移;Z2i为轮胎i处悬架与车身连接点的位移;Z1i为轮胎i的位移;Z0i为轮胎i处的路面位移输入;fi为轮胎i处主动悬架作动器的作用力;Fic为轮胎i的侧偏力。
当车身俯仰角θ和侧倾角φ在较小的范围内时, 近似有
1.3 轮胎模型
轮胎是汽车的重要部件, 其结构参数和力学特性决定着汽车的主要行驶性能。但由于轮胎结构的复杂性和力学性能的非线性, 为了研究方便, 忽略轮胎由载荷变化引起的轮胎特性变化及轮胎回正力矩的作用, 在小转角的条件下, 将轮胎变形简化为线性变形, 则可以得到轮胎垂直载荷和侧偏力:
式中, δ为前轮转角;K1i、C1i分别为轮胎i的轮胎刚度和轮胎阻尼;Ki、αi分别为轮胎i的侧偏刚度和侧偏角;Ef、Er分别为车身的前后侧倾转向系数。
1.4 路面模型
本文将滤波白噪声作为路面的输入模型[15]:
式中, G0为路面不平度系数;w (t) 为均值为0的Gauss白噪声;n0为标准空间频率, n0=0.1m-1;f0为下截止频率, f0=0.01Hz。
整车模型中, 左右轮胎路面输入激励在时域内互不相干, 前后轮胎存在因为轴距而引起的时间延迟。
2 集成控制器的设计
汽车车身的主要性能参数有车身垂直加速度、车身侧倾角与俯仰角、横摆角速度和质心侧偏角等, 本文主要优化的性能参数包括车身加速度、车身侧倾角和俯仰角。本文将车身垂向加速度与车身俯仰角作为主动悬架的优化目标, 将车身侧倾角作为主动横向稳定杆的优化目标。集成了主动悬架与主动横向稳定杆的控制原理如图4所示。
2.1 主动悬架控制策略
本文采用线性控制器和PID协调控制器对ASS进行控制, ASS控制原理如图5所示。
主动悬架作用力由线性控制力和附加作用力组成, 其中线性控制力为
式中, bLi为轮胎i处悬架的线性控制增益。
主动悬架协调控制器输入量为实际车身俯仰角和悬架动行程, 设定车身俯仰角参考值Rθ (t) =0。将俯仰角的参考值与实际值的差作为PID控制器输入, 同时考虑悬架动行程反馈, 得出协调控制器附加作用力fθi, 综上可得主动悬架作用力fi:
2.2 主动横向稳定杆控制策略
如图6所示, 主动横向稳定杆控制原理如下:给车辆前轮作用一个角输入, 将车辆模型输出的侧向加速度分别输入线性控制器和车身侧倾角参考模型, 经线性控制器输出主动横向稳定杆线性抗侧倾力矩Manti1;将车身侧倾角参考模型输出的侧倾角参考值与车辆动力学模型输出的侧倾角实际值的差作为PID控制器的输入量, 并输出主动横向稳定杆的补偿力矩Mcomp, 将Mcomp与Manti1叠加得到主动力矩Manti, 并将其输入到整车系统中。线性控制曲线和车身侧倾角参考模型曲线如图7、图8所示。
如图7所示, 侧向加速度ay比较小时, 抗侧倾力矩增加较小, 以保证乘坐舒适性;随着侧向加速度的增大, 抗侧倾力矩能迅速增大, 以保证汽车的操纵稳定性与安全性。设计抗侧倾力矩表达式为
式中, Manti、ay的单位分别为N·m和m/s2。
汽车多数行驶工况下的侧向加速度值小, 因此, 车身侧倾角参考值在侧向加速度较小的范围内保持零值;随着侧向加速度的增大, 车身侧倾角参考值随之在合理范围内线性增大, 以保证汽车各性能参数之间保持协调和均衡。
3 系统仿真结果与分析
为了验证集成控制系统的有效性, 根据式 (1) ~式 (23) , 本文在MATLAB/Simulink中建立整车动力学模型及集成控制模型, 并对不加控制的被动系统和加入集成控制的主动系统以及主动悬架与主动横向稳定杆单独控制4种不同情况进行仿真, 仿真所用部分车辆参数如表1所示[7]。
假设车辆以20m/s的速度匀速行驶于B级路面上, 且给前轮以幅值为3°的阶跃输入, 如图9所示。
通过MATLAB/Simulink仿真得到相关数据并绘出图形。从仿真结果 (图10~图14、表2) 可以看出, 采用主动悬架与主动横向稳定杆的集成控制可以使汽车操纵稳定性和平顺性达到良好的效果。由图10、表2可知, 集成控制和主动横向稳定杆单独控制使得车身侧倾角均方根较被动系统和主动悬架单独控制减小50%以上, 有效抑制了侧倾倾向的增加, 体现出主动横向稳定杆的有效性。
由图11、表2可知, 集成控制和主动悬架单独控制相比, 被动系统及主动横向稳定杆单独控制能够明显降低车身垂向加速度, 提高乘坐舒适性;主动横向稳定杆单独控制与被动系统相比, 车身加速度无改善。此外, 从表2、图12、图13可以看出, 主动横向稳定杆单独控制和集成控制能够显著减小悬架动挠度与轮胎动载荷, 提高了汽车乘坐舒适性和行驶安全性。由图14、表2可知, 集成控制与主动悬架单独控制相对被动系统和主动横向稳定杆单独控制能够明显降低车身俯仰角的幅值。
摘要：为改善汽车的平顺性和操纵稳定性, 建立了包含主动悬架与主动横向稳定杆的整车动力学模型, 并根据主动悬架与主动横向稳定杆两个系统间的耦合关系, 分别设计了主动悬架与主动横向稳定杆的子控制器, 将PID与线性控制相结合, 设计了PID集成控制策略。在MATLAB/Simulink中对汽车的转向工况进行了仿真。仿真结果表明, PID集成控制策略有效, 可提高车辆的操纵稳定性和平顺性。
柔性转子振动主动控制研究现状 篇9
关键词：柔性转子,振动主动控制,转子动力学,作动器,控制器
0引言
转子是各种泵、航空发动机、旋转电动机、燃气轮机及压缩机等旋转机械的核心部件。众所周知,由于转子自重产生的轴挠度及难以避免的转子质量偏心,导致转子旋转过程中产生与转速同频的离心力,从而激发转子的不平衡振动,导致旋转机械动态性能和安全运行性能恶化。采用不平衡补偿技术使转子绕其几何中心回转以抑制不平衡振动是转子动力学的重要课题。工程上,一般将工作转速(远)低于转子一阶弯曲临界转速的转子称为刚性转子,而将工作转速超过(或接近)转子一阶弯曲临界转速的转子称为柔性转子。随着航空、电力、石化等工业的飞速发展,各种旋转机械向高速、高功重比方向发展[1],其中,为了限制转子重量和线速度、减小离心力,高速转子一般采用细长型的“柔性转子”,工作转速往往高于其一阶、二阶(甚至二阶以上)临界转速,在启动、加速、减速、停车过程中,柔性转子通过临界转速时将引发剧烈的共振,抑制高速柔性转子通过临界转速的振动控制研究成为高速旋转机械发展的关键技术之一。
转子系统的共振振幅与其阻尼成反比,与其不平衡量、临界转速成正比,目前,转子系统振动的被动控制主要有两种方法[2]:1) 采用笼条式、钢环式弹性支承结构以降低支承刚度,进而降低转子系统的临界转速;2) 采用挤压油膜阻尼器(SFD)增大支承阻尼。但高速柔性转子系统在过临界转速时,往往有多阶振动模态被激起[3,4],仅靠一个振动被动控制装置无法通过选择刚度、阻尼参数有效抑制所有被激发的振动模态。
振动主动控制能克服振动被动控制的局限,较灵活地适应外界干扰和系统不确定性,具有在线性、快速性、效果好、稳定性、智能性等特点,已成为国际振动工程界的研究热点[5,6,7]。振动主动控制包括开环和闭环两类控制,其中,闭环控制应用广泛。振动主动控制闭环控制利用加速度、位移、速度等传感器[8]检测被控对象的振动信息传至控制器,控制器实现所需的控制律,其输出为作动器(执行器)的指令,作动器输出主动控制力作用于被控对象以抑制其振动。振动主动控制在机械工程领域中开展较早的正是转子振动控制[9,10,11],其主动控制力的作用为[11]:引入足够的模态阻尼,抑制各种干扰激发的振动,防止转子系统失稳;改变临界转速,使之远离工作转速;补偿不平衡力。目前,抑制柔性转子通过临界转速的非线性振动主动控制研究已成为转子动力学的研究热点之一[4]。
本文在回顾柔性转子系统动力学研究的基础上,综述了柔性转子主动振动闭环控制系统中作动器、控制器控制律设计研究的现状与进展,对柔性转子主动振动控制技术的发展趋势进行了展望。
1柔性转子系统动力学研究
分析计算转子弯曲临界转速、不平衡响应和稳定性是转子动力学研究的基本问题,所采用的计算方法主要有传递矩阵法和有限元法两大类。
传统的Prohl传递矩阵法用于转子临界转速计算具有易编程、运算速度快、占用内存小等优点,但运算精度随试算频率提高而降低。1978年出现的Riccati传递矩阵法在保留传统传递矩阵法优点的同时,提高了计算精度和数值稳定性[1]。基于有限元法可建立起符合实际转子结构和运行状态的力学模型,获得高精度的数值计算结果。有限元分析软件ANSYS中的通用结构力学分析模块既可将转子系统简化为梁结构,也可直接利用三维实体单元建模进行转子动力学有限元计算[15,16]。文献[15]进行了计算陀螺力矩效应及支撑刚度、阻尼影响的柔性转子临界转速有限元计算研究,并与改进的传递矩阵法进行了比较。文献[17]计算了磁力轴承的线性支撑刚度,基于有限元理论建立了计算磁力轴承刚度影响的高速电机磁力轴承-转子系统动力学方程,并计算了转子的1-3阶临界转速。
转子平衡是转子平稳运行的关键。刚性转子的动平衡可采用通用动平衡机在低于一阶临界转速的低速下进行;为了改善柔性转子在临界转速附近的振动,使其能够平稳越过临界转速,柔性转子动平衡需在临界转速附近进行,其平衡方法主要有模态平衡法(即振型平衡法)、影响系数法[14,15],其中,影响系数法是目前主要的平衡方法。高转速下柔性转子的动力特性必与轴承、轴承座、旋转机械的基础的动力特性耦合,建立正确的转子-轴承-基础整体非线性力学模型是计算转子不平衡响应的前提。早期研究中,对实际转子系统作了许多简化,没有考虑各种因素的综合影响,如Jeffcott转子模型,所得分析结果不能充分反映实际柔性转子系统复杂的动力学性质。文献[18]给出了综合考虑转轴质量、扭转变形及刚性圆盘宽度影响的柔性转子系统动力学模型,应用多柔体系统动力学理论和有限元方法推导了柔性转子系统在不平衡质量影响下的动力学控制方程。文献[19]建立了磁力轴承柔性有质转子系统综合考虑陀螺、阻尼、轴-径向动力耦合及机械-电磁-控制系统耦合等影响的动力学模型,应用坐标轮换-可行方向-拟牛顿法复合寻优方法对磁轴承柔性转子系统进行了系统响应最佳工作区寻优。文献[20]联合应用Solid Works,ANSYS,ADAMS建立了柔性磁悬浮转子模型,在此基础上,采用基于接口的方法在ADAMS与MATLAB环境下建立了磁悬浮柔性转子机电一体化联合仿真模型。流体动压滑动轴承转子系统振动的早期研究中,常基于轴颈中心在其平衡位置附近作小运动的假设,采用近似线性油膜力模型进行分析,但实际转子系统在经过临界转速时要处理的是大幅振动问题并不满足小运动的假设,有鉴于此,文献[21]建立了左、右对称布置的单盘柔性转子-轴承系统计算模型,研究了非线性油膜力和轴承外弹性阻尼对流体动压滑动轴承转子系统振动特性的影响。
高转速、高功重比、柔性转子是近代高速旋转机械的设计趋势,其在提高旋转机械性能的同时也引发了严重的失稳现象,转子系统稳定性分析是近代转子动力学的重要研究内容之一。引起转子失稳的主要因素有[1,14]:油膜力、密封力、内腔积液、转轴刚度不对称、干摩擦碰摩等,其根本原因是转子扰动运动时受到了导致转轴增幅涡动的切向力作用。油膜涡动、油膜振荡是滑动轴承-转子系统中常见的油膜失稳现象,对其研究已有80多年的历史,目前油膜失稳分析已由基于线性假设的特征值判据稳定性理论发展到基于非线性仿真方法的稳定性理论(如能量法、谱分析法等)。研究表明,当转速超过两倍的一阶临界转速且有足够的外部干扰时,非线性油膜力导致的油膜低频涡动将发展为油膜振荡[1,22],文献[22]建立了非线性油膜惯性力作用下的短轴承轴颈运动方程,以油膜力沿涡动轨迹做功大小作为轴承稳定性的判据,其为基于能量法定量判断轴承稳定性的方法。文献[23]根据稳定性界限状态下各轴承油膜力所作的功定义了轴承对轴系稳定性的贡献系数和敏感轴承,指出适当改变敏感轴承的结构、参数可显著提高轴系稳定裕度,并以国产200MW汽轮发电机组为例进行了数值计算。文献[24]计算了毛细管节流4腔轴承的线性化刚度系数和阻尼系数,得到了混合轴承的刚度和稳定性速度阈值,探讨了转子柔性对自激涡动的作用,提出了确定混合轴承对称支撑的单质量柔性转子稳定性速度阈值的方法。文献[25]建立了非线性转子-轴承系统动力学模型,利用Floquet理论结合打靶法分析了非线性转子-轴承系统周期运动的稳定性,并采用遗传算法以最大失稳转速为目标对轴承参数优化设计进行了研究。文献[12,13]对高速涡轮机中转子动力学失稳非线性分析的进展进行了综述。
电磁轴承是目前已投入实用的可实施主动控制的支承,电磁轴承支承的转子可在超临界、每分钟数10万转工况下运行。电磁轴承支承的柔性转子系统的动力学模型,可通过对转子离散化处理、并计入电磁轴承的转子动力学系数得到[1]。运动稳定性问题是高速磁悬浮机械的突出问题之一。文献[26]在建立刚性磁浮轴承转子系统模型的基础上,应用数值积分法和Poincare映射法研究了2自由度磁悬浮转子系统的稳定性。文献[27]对磁悬浮轴承转子进行离散化处理并在电磁力线性化假设下,建立了某磁悬浮转子系统无量纲方程,对其控制参数稳定区域进行了理论分析和实验研究。文献[28]提出了描述非线性电磁力动态特性的特征函数及扰动法和Routh-Hurwitz判据相结合分析电磁力控制柔性转子系统稳定性的方法,通过实验验证了该分析方法的正确性。
以往对大型复杂转子系统的动态特性分析多采用传递矩阵法及其改进方法(Riccati传递矩阵法、传递矩阵-阻抗耦合法、传递矩阵-分振型综合法、传递矩阵-直接积分法)[1]且多局限于线性转子动力学的范畴。然而,要解决高速大型复杂柔性转子系统的动力学问题,原有普通转速下的线性转子动力学理论已不能满足要求,应立足于非线性动力学理论。针对实际转子系统建立的非线性转子-轴承-基础动力学模型通常有较多自由度,采用解析方法[4]精确求解尚有困难,目前多采用数值积分方法求解[12,13,21,29]。为了提高数值求解效率,大型转子-轴承系统高维非线性动力学问题的降维求解方法研究[13,29]有待深入开展。文献[29]针对非线性自治系统降维,综合非线性Galerkin方法和后处理Galerkin方法的优点,提出了兼顾计算效率和精度的改进的非线性Galerkin方法,在此基础上进一步发展了非线性二阶振动方程的直接降维方法并提出了适用于实际转子-轴承系统降维的预估校正Galerkin方法,通过在某200MW汽轮机组低压转子-轴承系统中的应用验证了该方法的有效性。
2柔性转子主动振动控制中的作动器
作动器是实施转子主动振动控制的关键部件,其按确定的控制律对转子系统施加主动控制力以给系统引入附加的刚度和阻尼从而实现增大系统稳定区域、降低系统不平衡响应的目的,主要有电磁轴承、可控挤压油膜阻尼器、压电调节器、形状记忆合金调节器等。
2.1电磁轴承
电磁轴承是利用电磁力将转子无机械摩擦地悬浮于空间的一种新型非接触式支承装置。根据电磁力是否可控,电磁轴承分为主动磁轴承(AMB)和被动磁轴承(PMB)。PMB的磁力由永久磁铁提供,不可控;AMB的磁力由电磁铁提供,可控[32]。AMB的刚度、阻尼特性可调,在柔性转子振动主动控制中已得到应用[30,31,32,33]。AMB-转子系统由转子、位置传感器及信号调理单元、调节控制单元、执行单元(电磁铁、功率放大器)组成[1,32,33],位置传感器(多采用电涡流传感器)检测出转子的实际位置,其与给定(理想平衡位置)信号比较后得到误差信号,调节器根据误差信号按一定的控制算法产生矫正信号,矫正信号经功率放大器驱动电磁铁产生相应的磁吸力,使转子回复到理想平衡位置,实现转子无接触稳定悬浮。实际磁悬浮转子系统通常采用两个径向电磁轴承提供4个径向磁力以平衡转子重量,并采用一个轴向推力电磁轴承限制转子轴向位移,构成5自由度磁悬浮轴承-转子系统。文献[33]设计并开发了基于DSP的5自由度磁悬浮轴承-柔性转子系统实验装置,为研究磁悬浮轴承-柔性转子顺利通过弯曲模态的主动振动控制策略奠定了基础。
从1972年电磁轴承应用于卫星导向轮支撑起,经过近40年的发展,目前电磁轴承已被应用于卫星惯性飞轮、能量存储飞轮、高速磨床、高速铣床、高速电动机、离心机、透平压缩机、斯特林制冷机、航天器姿态控制装置等数百种高速旋转或往复运动机械中,已达到(0～8)×105r/min的技术指标[32]。AMB在体积、能耗、承载能力成本等方面有待进一步完善,由永久磁铁提供静态偏置磁场并采用电磁铁控制转子5个自由度平衡的被动与主动混合控制模式是电磁轴承的发展趋势,而基于参数估计法、状态估计法间接获取转子位置信息的无传感器电磁轴承研究也是近年来的研究热点之一[31]。
若电磁轴承仅作为提供电磁力刚度和电磁力阻尼的转子振动控制装置安装在转子某处,并不作为承受静载荷的支承件时,通常被称为电磁阻尼器(MD)[9],文献[34]设计了一种用于抑制磁悬浮柔性转子过临界转速点振幅的被动式电磁阻尼器,对其机理进行了理论分析和实验验证。
2.2可控挤压油膜阻尼器
挤压油膜阻尼器(SFD)轴承是20世纪60年代发展起来的技术,首先成功应用于航空发动机,现已推广应用到地面高速旋转机械,但SFD是一种被动式阻尼器,仅在一定的不平衡振动范围内才有良好减振效果,当转子不平衡振动超出一定范围,SFD油膜力的高度非线性会导致双稳态跳跃等许多有害的非线性响应[1,34]。为了改善传统SFD动力特性的不可控性,实现主动振动控制,已出现了多种性能可控的挤压油膜阻尼器(CSFD),如可变间隙SFD,电流变液SFD,磁流变液SFD等[1,2]。可变间隙SFD将传统SFD轴承与轴颈的圆柱面改成了锥面,其油膜间隙可通过液压伺服机构调整从而改变阻尼器的刚度、阻尼[35]。电流变液SFD在阻尼器间隙内充入电流变液,利用电流变液的力学性能与外加电场密切关联的特点,通过调节外电场强度以控制电流变液的粘度,由此改变阻尼器的刚度、阻尼,但电流变液SFD易产生高压电弧,难以工程应用[36]。磁流变液是另一种可控流体,其在磁场作用下能在瞬间(毫秒级)从流体转变为半固体,呈现可控的粘度,且这种变化可逆。磁流变液SFD正是利用磁流变液的这一性质,通过改变油膜工作区磁场强度控制阻尼器刚度、阻尼,可用于柔性转子主动振动控制以顺利通过多阶临界转速[36,37]。基于导体在磁场中运动产生电涡流的原理设计开发的电磁阻尼装置已有应用,文献[38]提出了一种利用电涡流效应改善传统SFD动力特性可控性的新型磁控SFD,并验证了其用于转子主动振动控制的有效性。
2.3形状记忆合金调节器(SMAA)
形状记忆合金(SMA)是一种通过热弹性马氏体相变将热能转换为机械能的功能材料,其记忆效应受外界约束后,加热恢复原形过程中受阻时,将产生恢复力,从而可用于主动控制的执行元件[39,40]。利用SMA元件进行转子主动振动控制是方兴未艾的研究方向,由于SMA丝的电阻率较大,目前多采用电流加热方式控制SMA的恢复力,实现对转子系统振动的主动控制。文献[39]采用SMA弹簧元件作为转子附加弹性支承,基于SMA近似的应力-应变-温度多项式建立了SMA弹簧的非线性恢复力模型,研究表明:当对SMA加热时,其恢复力将增大,在转子临界转速附近,增加SMA弹簧的恢复力,即可减小转子系统的振幅,文献[39]据此建立了对转子进行主动振动控制的SMA弹簧温度闭环控制系统并进行了仿真验证。文献[40]以通交流电加热的SMA丝作为作动器,设计了实现高速转子主动振动控制的智能变刚度支承系统并进行了实验验证。SMA丝的温度控制条件对其动力学特性影响较大,如何确定SMA丝加热电流的大小及其变化规律、提高控制的稳定性是有待深入研究的课题。
2.4压电调节器(PA)
当对压电材料(压电单晶体、压电陶瓷、压电聚合物等)施加电压时,其会产生机械应力或应变[41],利用压电材料的这种“逆压电效应”可制成动态响应快、线性度和重复性好的作动器对轴承施加控制力或改变轴承的结构参数以调节轴承的动力学性能,实现转子系统主动振动控制,但压电材料的变形和压电常数均较小,单位体积提供的控制力较小,且所需驱动电压高、存在滞后现象,因此,需要进一步研究压电材料性能改进、压电作动器形状及安装位置等问题[9,41]。
3柔性转子主动振动控制策略
柔性转子系统是强耦合、非线性、参数时变的多自由度系统,应用传统PID控制、状态反馈控制、极点配置控制等设计控制律难以实现闭环系统有效抑制不平衡振动、安全越过临界转速、提高稳定裕度且具有稳定鲁棒性、性能鲁棒性的主动振动控制目标[11,32],应在借鉴结构主动振动控制现有成果和技术[42,43]的基础上,深入研究鲁棒性、自适应性强的非线性控制策略以适应柔性转子主动振动控制的要求。
3.1模态控制
振动理论表明无限自由度系统在时间域内的振动一般可用其低阶自由度系统在模态空间中的振动近似描述,因此,无限自由度系统的振动控制可转化为在模态空间对少量振动模态进行控制,该方法称为模态控制法[5]。模态控制法的主流为独立模态空间控制(IMSC)[43],其可独立控制所需的控制模态。在柔性转子系统中,存在对其振动特性有显著影响的若干优势模态,只要对这些优势模态进行控制即可获得良好的主动振动控制效果,这本质上是一种降阶控制,可实现次优控制[9]。
3.2最优控制
最优控制是兼顾响应与控制要求使系统性能指标达到最优的反馈控制。在转子主动振动控制中,广泛采用转子系统稳态不平衡响应和控制输入加权的二次型作为目标函数进行最优状态反馈控制律设计[10,11,44]。但最优控制律的实现需要基于状态观测器,而观测器参数对较高阶系统的模型扰动很敏感,会导致系统失稳[32];另外,实际转子系统与所建模型之间存在一定误差,这些问题使得最优解计算及实现较困难[9]。
3.3鲁棒控制
鲁棒控制设计选择反馈控制律,使闭环系统稳定且其性能对于模型摄动和外界干扰具有一定的抵抗能力。实际的柔性转子系统是一个不确定系统,难以获得精确模型,且在运行中存在多方干扰,采用鲁棒控制是其主动振动控制策略研究的热点之一。目前,应用较多的是H∞控制和滑模变结构控制等鲁棒控制方法。
对线性不确定系统而言,H∞控制问题是保证闭环系统内部稳定且以外界扰动到系统输出之间传递函数矩阵的H∞范数为优化指标的控制问题。文献[45]分析了AMB转子系统模型因线性化近似及忽略漏磁、磁滞等引起的参数不确定和因径向自由度之间惯性耦合、陀螺耦合等引起的动态不确定,在此基础上,进行了基于H∞混合灵敏度方法的单自由度磁轴承鲁棒控制器设计和仿真验证。文献[46]指出轴向与径向间的位移耦合也应作为5自由度磁悬浮轴承-转子系统模型动态不确定性的因素之一,并针对磁力轴承-转子系统的动态不确定性,采用分散控制策略,分别对径向4个自由度和轴向自由度求解了基于混合灵敏度方法的H∞控制器,探讨了加权函数的选取,通过仿真和实验证明了理论分析和设计正确。文献[47]针对磁悬浮系统的参数不确定性,进行了基于线性矩阵不等式(LMI)方法的AMB系统H∞状态反馈控制律设计和仿真验证。文献[48]基于LMI方法设计了对转子振动进行主动控制的H2/H∞混合状态反馈控制律,并以4自由度的单盘悬臂转子模型为算例,基于MATLAB进行了仿真验证。文献[49]针对CSFD轴承-转子系统主动振动控制引入非线性H∞控制,仿真表明对于非线性转子系统振动主动控制,非线性H∞控制较线性H∞控制优越。
变结构控制是一种非线性控制方法,其实质是一种模型参考自适应控制,而且变结构控制系统中的滑动模态在一定条件下对系统模型摄动及外扰动具有不变性,因此,该方法在柔性转子主动振动控制领域具有应用前景。文献[50]建立了柔性转子-磁轴承系统有限元模型,设计了基于固定切换顺序的柔性转子变结构控制器,对其鲁棒性进行了仿真和实验验证。
3.4自适应控制
振动的自适应控制起源于20世纪80年代初,其主要应用于结构及参数具有严重不确定性的振动系统,目前,经实验验证的方法主要有简化自适应控制、基于超稳定性的自适应控制和基于自适应滤波的前馈控制等[5]。柔性转子系统存在参数不确定性、动态不确定性,引入自适应控制可克服传统控制方法的局限。
3.5智能控制
不依赖于(或不完全依赖于)被控对象数学模型的智能控制(模糊控制、神经网络控制等)在柔性转子主动振动控制系统中具有应用前景[51,52,53]。文献[52]建立了永磁偏置单自由度混合磁轴承吸力方程,采用神经网络逆方法实现磁轴承系统的精确线性化,对伪线性系统采用PID进行闭环综合,仿真和试验表明所设计的控制系统具有良好的动、静态性能。文献[53]针对AMB系统的非线性、参数不确定性,提出了基于BP神经网络的自适应PID控制器,该控制器由传统PID控制器和将误差的P,I,D信号非线性组合的BP神经网络控制器并联而成,某单自由度AMB转子起浮仿真结果验证了所提出的神经网络自适应PID控制有效。
3.6其他先进控制方法
文献[3]建立了5自由度磁悬浮轴承柔性转子系统的数学模型,分析了PID控制参数对转子稳态不平衡响应的影响,提出了基于转速的变参数控制方法,实现了基于DSP的5自由度磁悬浮轴承柔性转子系统的变参数PID控制并通过系统高速旋转试验验证了其有效性。
文献[54]将无源控制这一本质非线性控制方法引入磁悬浮非线性系统控制,建立了单自由度磁悬浮系统端口受控哈密顿(PCH)模型,并采用无源性方法设计了非线性控制律,仿真表明控制系统具有良好的动态性能和鲁棒性。
文献[55]将灰色关联控制理论引入转子振动主动控制;文献[56]基于灰色预测控制理论,以响应和控制力加权的二次型为目标函数设计了转子系统振动的灰色预测优化控制方案。这些工作拓展了灰色控制理论应用领域,且为转子主动振动控制策略研究提供了新思路。
4展望
1) 高转速、高功重比、柔性转子是近代高速旋转机械的设计趋势,高速柔性转子与轴承、轴承座、基础相耦合构成复杂柔性转子系统,柔性转子-轴承-基础整体非线性系统建模研究及大型复杂柔性转子系统高维非线性动力学问题的降维求解方法研究有待深入开展。
2) 对柔性转子不平衡振动进行主动控制是确保其临界、超临界安全、可靠运行的措施。将主动控制和被动控制相结合,实现柔性转子振动主、被动控制一体化是发展趋势。
3) AMB是已进入实用的可实施柔性转子主动控制的支承,但其体积、能耗、承载能力及成本等方面有待完善。由永磁铁提供静态偏置磁场并采用电磁铁控制自由度平衡的被动与主动混合控制模式是电磁轴承的发展方向,而深入开展基于转子位置间接检测技术的无传感器电磁轴承研究也具有重要的理论意义和实用价值。
4) SFD是在旋转机械中应用较广的被动式阻尼器,为了适应转子主动控制的需要,虽已出现了多种对传统SFD不可控性进行改善的CSFD,但现有CSFD存在结构较复杂、动力特性较难控制等局限,需进一步研究改进SFD不可控性的新结构、新方法。
组合梁施工质量主动控制 篇10
1 钢—混凝土组合梁在我国工程建设中的应用
传统的钢—混凝土组合梁是以工字钢为承重梁,通过栓钉将其与上面的混凝土板或压型钢板连接在一起共同工作。在我国,世贸大厦、深圳苇沟桥改造工程、上海南浦大桥等工程中均得到广泛应用。新型外包钢—混凝土组合梁是在传统的工字钢—混凝土组合梁的基础上发展起来的一种新的组合结构形式,与传统的工字钢梁比较,具有更高的承载能力和更好的刚度、延性和稳定性,在北京银泰大楼工程中已得到了实际应用。2008年10月18日整体项目投入运营,位于CBD东三环国贸桥西南角,是新世纪长安街的至高点和地标性建筑。项目总建筑面积350 000 m2,主楼高达249.9 m,成为北京市第一高楼。
2 组合梁施工质量主动控制要点
在设计完成以后,新型外包钢—混凝土组合梁优越的力学性能需要通过可靠的施工质量来保证。监理工程师要实现对新型钢与压型钢板组合梁项目的质量有效控制,就必须对该项目的质量特性与概念有充分的了解,必须熟悉并掌握工程项目监理中质量控制的概念和监理工程师在质量控制中的任务和主要工作, 更要能运用自己的专业知识和监理理论知识,做好质量控制工作。在实际工作中做好质量控制,监理单位应做好相应的施工前准备、现场巡视和旁站、工序平行检测等工作,切实保证新型外包钢—混凝土组合结构的施工质量,以推动这种新型结构在工程上更进一步的应用。
由于新型外包钢—混凝土组合梁是一种新的结构形式,在施工时,监理工程师应认真分析研究这种结构形式的特点,提前解决施工单位提出的相关技术问题,尤其要做好图纸会审工作,加强事前控制和主动控制。
2.1 压型钢板铺设时的质量控制要点
首先要注意压型钢板加劲肋与外包钢梁之间的位置关系是垂直还是平行的,这直接涉及到二者之间力的传递问题;另外要明确压型钢板的力学性质与表面处理情况,按压型钢板与混凝土板之间的叠合面传递剪力的方式,压型钢板可以分为带有纵向闭合式波槽的压型钢板、带有压痕或加劲肋的压型钢板、带有冲孔的压型钢板及无压痕的压型钢板四类;按表面处理情况可分为镀锌压型钢板、涂层压型钢板和锌铝复合涂层压型钢板三类。施工前,要仔细阅读图纸及说明,对所用压型钢板的种类和规格做到心中有数;压型钢板在受压作用下失稳也是压型钢板使用中存在的主要问题之一,要特别注意设计中对防止压型钢板失稳而采取的相关措施。
2.2 组合梁施工时的质量控制要点
新型外包钢—混凝土组合梁是以较厚钢板作底板,腹板采用较薄的冷弯薄壁型钢,二者通过焊缝连接而成U形截面,然后在截面内浇筑混凝土而形成的一种新的组合梁形式。通过江苏大学土木工程系等单位对其的实验研究发现对防止局部失稳、抗滑移等均有较好表现。在施工前,监理工程师应首先弄清这种新型外包钢—混凝土梁对钢板的型号、强度、抗弯折性能、焊接性能等的要求,特别要注意因焊接脆性导致梁在较低荷载作用下就发生脆断的可能性;其次应注意新型外包钢—混凝土组合梁中栓钉的选择与布置。栓钉是钢与混凝土之间共同工作的最重要的保证,在实际工程中,监理工程师在施工前就要明确栓钉的材料要求,比如明确是否可以用钢筋头代替栓钉,设计中要求的剪力连接状况造成栓钉的数量及布置间距等问题;在外包钢—混凝土组合梁的受力过程中存在两个受力薄弱面:1)钢与填充混凝土的交界面;2)翼缘与梁的接触面,这两处的滑移过大容易导致梁发生粘结滑移破坏和纵向剪切滑移破坏,监理工程师要注意在施工前交底钢底板焊接栓钉、在U形钢截面顶部增加角钢拉接等措施,在施工过程中加强监理,防止出现错、漏现象。
2.3 组合梁施工前对4M1E因素的主动控制
众所周知,4M1E是指人、材料、机械、施工方法和环境。在工程监理中,如何对这五个因素进行系统、合理的控制,是保证工程建设质量的重中之重。但是对于一种新的结构形式,如果仅是在施工过程中再对这五个因素进行调整与监控,就有些为时已晚。因此,监理工程师应在施工开始之前,就通过主动控制理论和方法对4M1E进行有效的事前控制。
在对人的控制上,监理工程师应仔细审查施工单位是否具有钢结构或钢筋混凝土结构施工的资质,施工企业所派遣的项目经理的知识结构、能力水平、相似工程经验等,对特种作业人员的上岗资格证书及其有效期进行检查,保证各级从业人员具备相应的资质条件,对新型钢压型钢板组合梁结构有清醒的认识。
在对材料质量的主动控制上,要事先把好钢材、焊接母材、焊药等材料的质量关,从材料供应单位这个源头上做到质量预控;材料进场后,更应按照《建设工程质量管理条例》《监理规范》等做好材料质量的检查和试验,保证用于结构的各种材料质量符合设计文件的要求。
压型钢板组合梁中,较厚底板与两侧较薄钢板之间、钢底板与栓钉之间,甚至上部内弯钢板与栓钉之间都存在着焊接的问题。所以在焊接机械和施工方法上要注意钢板的厚度、表面涂层情况,选择相应的焊接机械和施工方法,保证焊接质量,避免结构因焊接质量而降低其承载力。
3结语
钢—混凝土组合结构充分发挥了钢材和混凝土两种材料的力学特性,与钢筋混凝土结构相比承载力有很大提高;而新型钢与压型钢板组合结构与传统的工字钢混凝土组合结构相比,不仅承载能力有所提高,还克服了钢结构在受压作用下失稳的问题,
具有良好的工程应用前景。但是这种新的结构形式对广大工程建设人员而言还不很熟悉,本文主要从新型钢与压型钢板组合结构施工前的主动控制角度提出自己的方法和建议,包括技术和管理两个方面,以保证这种新结构的施工质量,推动这种结构在工程建设中的应用。
摘要：针对组合梁在施工中的技术特点与要求,提出在其施工前的主动控制方法、措施和注意事项以及施工前对影响工程质量的4M1E因素的主动控制要点,从而推广这种新型结构在工程建设中的应用。
关键词：钢—混凝土组合梁,施工质量,主动控制
参考文献
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主动生活 主动快乐 篇11
不论结果怎样，对于我来说，完成了工作和尽兴的运动都是值得高兴的事。家人很奇怪：“你今天这么勤快干吗?打球累了，早点休息吧。”我笑了，再一次感受到精神力量的伟大，当你心情舒畅时，再累也不会觉得。
家人现在是对健康越来越重视了，爱人经常就像一个老师一样在我偷懒时督促我锻炼，即使在外面也不忘打电话询问；在我懈怠时为我敲警钟，让我时时记得健康的重要性。因为工作原因我总是把很多健康杂志和报纸带回家，家人会很认真的阅读，还会跟我讨论。我想这就是“主动健康”所提倡的吧：虽然你的医生可以给你提供医疗知识，但是身体是你自己的，你有责任关注并保持健康。
是啊，其他的一切都有人与我们共享，父母是兄弟姐妹们共同的父母，还同时是长辈们的孩子；老公是公婆的儿子，儿子的爸爸，还是组织的一分子。唯有身体是我们自己的，如果身体亮了红灯，所有的痛苦只有我们自己在那深深的体会，亲人们在你的边上根本帮不上忙。对于这唯一属于我们自己的东西，我们有责任去爱护它，为了我们所热爱的人，我们更应该主动关注我们的身体。
除了主动健康，我想当我们对于其他的事物都主动的去关注的时候，就会避免很多人间悲剧。主动安全，我们完全可以避免超车超速，酒后驾车，疲劳驾车，那样很多的家庭就会没有那悲痛欲绝的哭声；主动工作，我们就会把工作当作是自己的事情，认真的负责任的去做，那样再枯燥无味的工作在我们主动性充分发挥的前提下也会变得趣味横生，由此大大的提高了工作效率；主动做人，我们就会想对待自己一样去对待周围的事物和人，久而久之，你就会发现你对于周围的一切都很重要，朋友们喜欢你，领导赏识你，就连你不认识的人也会想方设法接近你，到那时你就会感觉到做人的成功与喜悦。
高速电梯水平振动主动控制研究 篇12
伴随着我国社会经济和技术的快速发展, 大部分建筑安装了电梯给人们的生活带来很大方便。随着我国经济的不断发展城市中的高楼拔地而起, 其中高速电梯成为这些大厦不可或缺的部分。对高速电梯水平振动问题的研究对提高高速电梯的运行安全和乘客的舒适度具有重要意义。本文针对高楼中高速电梯水平振动问题进行了研究, 分析了电梯导轨对各导靴的作用力, 接着采用主动控制策略对高速电梯进行模糊电气控制, 建立了控制模型并进行了仿真分析。
2 电梯导轨对各导靴的作用力分析
高速电梯是非常复杂的多体运动系统, 其结构图如图1所示, 电梯桥厢发生水平振动的诱因有很多种, 其中电梯的导向系统对电梯的水平振动影响最大。电梯的导向系统由导靴和导轨两部分组成, 导靴一般安装在电梯导轨支架的两侧, 高速电梯的导靴一般使用滚动式导靴。
研究表明高速电梯的水平振动幅度和电梯的速度成正比例关系, 并且在高速电梯中导轨的激励状态是影响电梯振动的关键因素之一。高速电梯中导轨对电梯桥厢的激励主要受电梯导轨的弯曲程度、施工工艺误差和接头间隔距离等因素影响。在对高速电梯的水平振动问题进行仿真时, 一般会在电梯桥厢上加上短脉冲、阶跃、三角等激励, 这种仿真方式有较高的仿真效果, 但是依然存在很多问题需要改进。本文针对现阶段高速电梯水平振动仿真存在的问题同时兼顾模型的实用性, 将电梯系统中的导靴、桥架、导轨的弯曲和不平整度等因素考虑在内, 并且将导轨激励引入到电梯水平振动的模型中, 这样缩小了各种类型激励对电梯水平振动的影响, 建立起比较完善的电梯桥厢水平振动模型。因为高速电梯采用滚动导靴, 因此高速电梯的导轨和滚动导靴属于滚动接触并且两者之间会产生Herta接触力。根据Kaler博士提出的三维接触滚动理论可知, 电梯的导轨和导靴接触点的位移值和该点受到的力的方向有关, 从而可以建立导轨和导靴的接触模型, 如图2所示,
通过上图2可知, 高速电梯的导靴受力方向是沿着z方向的, 并且电梯导轨和导靴之间的接触面上单位长度所受到的力可通过下式 (1) 计算出来
上式 (1) 中L代表圆柱体轴线方向的长度, F代表圆柱体上受到的总负荷。
3 高速电梯水平振动主动电气控制设计
根据上文中高速电梯导靴和导轨接触的模型, 本文设计了基于液压作动器的电梯主动导靴, 然后采用模糊控制实现对电梯的主动电气控制达到降低高速电梯水平振动的目的。如下图3所示为液压主动导靴导轮的结构图, 以液压油缸为主动导靴的执行机构, 液压油缸安装在导靴支架与导轮的支撑摇臂之间, 替代被动导靴中的减振弹簧。以高速开关阀作为控制阀, 通过阀的开启和关闭来控制油缸内的油压。系统的控制机理为恒压力控制, 当电梯沿着平直的理想导轨运行时, 可以通过液压装置保证导轮与导轨的紧密接触, 同时使电梯轿厢免受导轨不平度的影响而达到减振的目的。为了吸收及消除压力脉动, 提高液压系统的性能, 每一液压油缸连接了一个蓄能器。
本文在采用液压主动导靴减缓高速电梯振动的基础上采用模糊控制算法对液压系统进行电气控制从而进一步减低电梯水平振动程度。因为液压控制系统属于非线性的控制系统, 一般的控制方法不能取得较好的效果, 而模糊算法可以实现输入和输出变量的模糊化, 并且具有良好的鲁棒性能可以实现对液压系统的有效控制。
模糊控制器的设计步骤主要分为以下几步:
(1) 选择输入变量、输出变量
输入变量是被控对象的实际输出值与给定值的偏差和偏差的变化率。它们是自然语言, 不是数值变量。所以可以将其看着“模糊”的。输入变量为偏差和偏差的变化, 输出变量为控制量, 构成二维模糊控制器。
(2) 确定输入输出变量的论域范围, 计算量化因子以及比例因子
确定偏差、偏差的变化以及控制量的基本论域, 例如如果控制量的基本论域为[-50, 50]、[-150, 150]和[-64, 64], 而它的模糊论域为{-4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4}, 那么它的量化因子和比例因子可知分别为:
(3) 语言变量值的正确选取
综合考虑各方面因素, 每个语言变量一般选4—10个值, 考虑到各个变量的正、负性, 对于偏差、偏差的变化率和控制量的变化这些语言变量, 通常采用目前比较通用的语言量, 即“NB”“NM”、“NS”、“ZO”、“PS”、“PM”、“PB”来表示。结合各个量的偏差、各个量的偏差的变化率、各个控制量的变化表示成各自的模糊集。
(4) 制定模糊控制规则
确定赋值表就定义了模糊子集, 也就是确定了模糊子集隶属度函数曲线的形状。通过离散该曲线, 获得了不同点的隶属度, 这些不同的点所对应的不同的模糊变量就构成了模糊子集。
(5) 模糊控制查询表的生成
模糊控制查询表的生成包括五个方面:计算偏差以及偏差变化对应的语言值隶属度、查找被激活的模糊控制规则、计算被激活规则的前件满足度、计算输出模糊集合、解模糊。
通过模糊控制器的设计步骤对高速电梯液压导靴的控制进行设计, 得到如图4所示结构图
在上图4中p代表液压执行器的油压, 代表执行器油压的导数, 两者作为作为模糊控制器输入量, 以高速开关阀的PWM驱动信号的占空比作为输出量。
4 控制仿真分析
本文采用matlab软件液压主动导靴及其模糊控制模型进行仿真, 在进行仿真时将电梯的速度设定为3.5m/s并且将电梯桥厢底部中心的水平振动加速度作为观测值。通过仿真对比可以发现, 采用被动导靴控制时振动平均加速度为0.277m/s2, 方均根值为0.091m/s2, 而采用主动导靴控制时振动的平均加速度为0.157m/s2, 方均根值为0.052m/s2, 与被动控制相比平均加速度降低了43.7%。
通过对比可知采用主动控制策略能够有效降低高速电梯的水平振动。
5 结语
随着我国经济的快速发展高速电梯在高层楼宇中获得了广泛使用, 本文首先分析了电梯导轨对各导靴的作用力, 然后设计了液压主动导靴并采用模糊控制器进行控制, 最后通过仿真对比发现采用液压主动控制能够有效降低电梯的水平振动幅度。
参考文献
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