变模式控制

变模式控制（通用9篇）

变模式控制 篇1

0 引言

随着我国经济的发展,能源短缺与环境污染两大难题日益突出,发展清洁能源、保障能源安全是解决这两大难题最有效的途径[1,2]。然而太阳能、风能等清洁能源无法集中利用,为了更有效地利用这些清洁能源,微电网应运而生。微电网是将分布式电源、负荷和储能装置、变流器等有机整合在一起的小型发配电系统[3,4,5],依据供给电能的类型,微电网可分为直流微电网、交流微电网和交直流混合微电网[6,7,8,9,10]。由于大电网与绝大多数负载都属于交流系统,所以交流微电网得到了较快的发展。然而直流微电网系统结构简单、能量转换少、供电质量高,相比交流微电网更有优势[11,12,13],因此在如海岛、偏远的山区等地方因无法与大电网并网,直流微电网的运行更有效。本文选择以孤岛模式下的光储直流微电网为研究对象,并着重研究其控制策略。

目前直流微电网主要采用电压分层控制策略来控制其直流母线电压。文献[14]采用了分级控制,能够分层实现微电网的控制;文献[15]采用直流母线信号控制策略,通过采用直流母线信号实现微电网的最优控制;文献[16]采用自适应调节下垂系数,能够提高电池的运行效率。然而上述控制策略都没有考虑到因母线电压波动而导致控制策略频繁切换的情况。为解决母线电压波动对分层控制的影响,文献[17]在储能系统的充电模式和放电模式之间增加了空闲模式;文献[18]采取电压滞环控制。但是无论是增加空闲模式还是采取电压滞环控制都会造成控制延时而导致控制策略误切换的发生。

通过上述文献可知,直流微电网分层控制的主要思路为:电压是判定系统功率是否平衡的重要指标,通过检测电压是否恒定可以判定系统功率是否平衡,以直流母线电压的幅值为判定基准,将微电网的控制策略设置为不同工作模式[19]。然而分层控制以电压为判定基准就会不可避免地受到母线电压的影响,而直流微电网在正常运行时母线电压并非绝对的直流而是小范围内波动的,而且微电网不同模式切换时也会对母线电压造成一定的冲击,这些母线电压波动可能会导致微电网不同工作模式间的频繁切换,若通过增加蓄电池空闲模式或采取电压滞环控制等策略来解决这种状况,又会造成微电网控制的延时等一些新的问题。

为了解决电压分层控制问题,本文创新地提出了变功率控制方法。此方法以功率为判定基准,以铅酸电池的CIEMAT模型[20]为基础,利用微电网当前各个分布式单元输入输出功率,控制微电网工作于不同的控制策略。并根据光伏电池输出功率与负荷所消耗的功率差,控制蓄电池充放电功率的方向与大小,使微电网内功率能够保持平衡,进而使直流母线电压能够保持稳定。仿真结果验证了本文所提变功率控制方法的正确性,且其控制性能优于常用的电压分层控制方法。

1 常用的分层控制及其存在的问题

分层控制是当前直流微电网的控制策略中研究最广泛的控制策略。分层控制是将母线电压分为若干等级,然后根据母线电压的等级将微电网分为若干工作模式,通过各工作模式的切换使母线电压保持稳定。

孤岛模式下光储微电网某种分层控制策略见表1。表中,MPPT表示最大功率点跟踪。由表可知,分层控制将直流微电网的母线电压用4个阈值分为5个工作区域。在理想条件下,该分层控制能够很好地实现功率的平衡和电压的稳定。但实际上,直流微电网的母线电压并非严格的直流恒定值,电压会在小范围内波动且波动的频率较高,这将会导致微电网工作模式之间的误切换。产生电压波动的因素有微源、变流器、控制装置和负载等多种。

下面以光伏的Boost变换器为例来说明变流器对电压的影响。

Boost变换器的拓扑结构如图1所示。

在Boost变换器中,各电流与电压变化曲线如图2所示。由图可见,在Boost变换器中无论是电流ie还是输出电压uo,都是波动的而非绝对直流。

如果不考虑其他因素,Boost变换器中电容C与输出电压uo的关系如图3所示。图中,C1>C2。

由图3可见,当电容C较大时,输出电压uo的波动较小,但此时Boost变换器稳定输出的延迟时间较长,而电网对各个变换器的瞬时性有较高的要求,即电容C不可能太大,因此输出电压uo的波动范围不可能很小或消失。

按表1所述的分层控制策略进行控制仿真,其直流母线电压的变化曲线如图4所示。

由上面分析可知,直流微电网中的母线电压波动是无法消除的。分层控制以电压大小作为微电网工作模式切换的依据,母线电压在给定值附近上下高频波动,这将会使微电网在2种工作模式间高频切换,这种高频切换既会导致微电网内部大量能量的耗散,也会损害各个器件的寿命。由图4可见,母线电压会在52 V、54 V、56 V和58 V附近频繁波动,这些波动会使微电网的工作模式之间产生非正常的切换,相对于其他电压阈值,母线电压以52 V为中值上下波动时,将会导致某些负载频繁通断;而母线电压在54 V附近上下波动时,将会导致蓄电池反复进行充放电工作,这种情况可能会导致负载或蓄电池的损坏。由图4中的子图(a)、(b)、(d)可见,这些非正常的工作模式之间的切换会对母线电压正常变化产生一定的冲击。

增加蓄电池空闲模式或采取电压滞环控制等策略可以解决这些问题,但是无论是蓄电池空闲模式还是电压滞环控制都会造成微电网正常工作模式间切换的延迟,这些延迟可能会造成图4中子图(e)所示的后果,即当微电网由模式1需要切换到模式2时,由于微电网动作的延迟,微电网由模式1经模式2直接切换到模式3,由于微电网需要在模式2正常运行而非模式3,所以微电网需要再由模式3切换到模式2,导致微电网在模式2与3之间波动切换,最终稳定在模式2。

此外,直流微电网内光伏电池输出的功率随外界条件的变化而变化,如24 h内光照强度从最弱到最强,然后再逐渐变成最弱,在理想条件下,光伏电池输出的电能也从最少到最多再逐渐减到最少,在这段时间内微电网的工作模式有可能从模式5逐渐切换到模式1,然后再逐渐切换到模式5。即在理想条件下24 h内微电网的工作模式需要切换8次,光伏电池的控制策略需要变换2次,蓄电池的控制策略需要变换6次。如果天气或者负载发生变化,这个时间间隔还要减少。微电网的工作模式或者说各个分布式单元的正常切换也会对微电网造成一定的冲击,如图4中子图(c)所示,而对分层控制而言,切换的次数太多也是其另一个不足之处。

2 本文提出的变功率控制方法

2.1 变功率控制系统的拓扑结构

针对上述电压的分层控制缺点,本文提出了直流微电网的变功率控制,为便于分析,本文采用孤岛式光储直流微电网,其拓扑结构图如图5所示,本系统由直流母线、光伏电池、储能装置、负荷、变流器和控制系统组成。

图中,IPV为光伏电池输出电流;UPV为光伏电池输出电压;Ubus为直流母线电压;PPV为光伏电池输出功率;Pbattery为蓄电池输出功率;Pload为负荷功率;αM为MPPT控制模块输出的Boost电路的占空比;αB为恒压控制模块输出的Boost电路的占空比;α为光伏系统Boost电路实际占空比,当光伏系统采用MPPT控制时α=αM,当光伏系统采用恒压控制时α=αB。光伏电池输出低压直流电能,Boost变换器将光伏电池输出的电能转换为高压直流电能,并输出到直流母线上;蓄电池用于平抑光伏输出电能的波动,其充、放电状态与直流母线之间的功率流向为双向,通过双向DC/DC变换器与直流母线连接;微电网中负荷包括直流负荷与交流负荷2种,直流负荷通过DC/DC变换器与直流母线相连,交流负荷通过DC/AC变换器与直流母线相连;控制系统包括光伏电池的控制策略、蓄电池的控制策略和负荷的控制策略,本文重点研究了光伏电池和蓄电池的控制策略以及上述3种控制策略的配合。

2.2 变功率控制时微电网的4种工作模式

在图5所示的孤岛式光储直流微电网中,各分布式单元的控制策略主要包括光伏发电系统的控制策略、储能系统的控制策略、负载逐渐切除策略。直流微电网的工作模式是由上述3种控制策略之间相互配合构成,具体配合方式见表2。表中,ΔP′=PPVmaxPload,PPVmax为光伏电池采用MPPT控制时输出的功率;Pmaxbattery_c、Pmaxbattery_d分别为蓄电池的极限充电功率和极限放电功率。

从表2可知,直流微电网的变功率控制是以功率为基准将微电网分为4种工作模式。

模式1:ΔP′>Pmaxbattery_c,说明光伏电池最大发电功率除了负载消耗一部分,剩余的功率仍然超过蓄电池的极限功率。为了防止微电网内功率出现冗余,光伏电池采取恒压控制,使PPV-Pload=Pmaxbattery_c。

模式2:0≤ΔP′≤Pmaxbattery_c,说明光伏发电功率大于负载消耗功率,且剩余的功率在蓄电池的极限功率内。此时光伏采取MPPT控制,并需要根据ΔP′改变蓄电池的充电功率,使PPV-Pload=Pbattery_c。

模式3:0<-ΔP′≤Pmaxbattery_d,说明光伏发电功率无法满足负载的消耗,需要蓄电池放电,且蓄电池需要放出的功率不超过其极限。为了维持功率的平衡需要根据ΔP′改变蓄电池放电功率,使Pload-PPV=Pbattery_d。

模式4:-ΔP′>Pmaxbattery_d,说明光伏电池发电功率严重不足,蓄电池需要放出的电能超过其极限放电功率。为了防止微电网内部出现严重功率缺额,需要根据负荷等级不同逐渐切除一部分负荷,使Pload-PPV=Pmaxbattery_d。

2.3 3种分布式单元的控制策略

2.3.1 光伏电池的控制策略

光伏电池的控制原理如图5所示。由图可见,光伏电池分别工作于2种控制策略,即MPPT控制或恒压控制。

当光伏电池输出功率较少或蓄电池充电功率没有达到极限时,光伏电池采用MPPT控制输出其最大功率;而当光伏电池输出功率过多或蓄电池的充电功率达到极限时,需要减少光伏电池的输出功率,此时光伏电池采用恒压控制[19]。

2.3.2 蓄电池的控制策略

在直流微电网中蓄电池的控制是整个微电网协调控制的重心,因此本文重点研究了蓄电池充放电的控制方法。本文蓄电池采用CIEMAT模型[20],见图6。图中,n为串联单体数量,Ubattery为蓄电池电压,Ibattery为蓄电池电流,Ebattery为电动势,R为蓄电池内阻。

在上述蓄电池的CIEMAT模型中,蓄电池充电功率为:

蓄电池放电功率为:

其中,ΔT=T-25℃,T为环境温度;SSOC为荷电状态(也称剩余电量),它为电池的剩余电量与其容量的比值,其取值为0~1;Ibattery为蓄电池电流,当蓄电池充电时Ibattery>0,当蓄电池放电时Ibattery<0;C10为蓄电池10 h率容量,单位为A·h。

然而若要蓄电池安全高效地工作,就必须对蓄电池的充放电电流进行限制,设蓄电池的最大充电电流为Imaxbattery_c,最大放电电流为Imaxbattery_d。

由式(1)、(2)可知,蓄电池的极限充电功率为:

蓄电池的极限放电功率为:

如果直流微电网采用如表1所示的分层控制,当系统进入模式2或模式5时,如果蓄电池采用恒流充放电,由式(1)、(2)可知,当SSOC、T不变时蓄电池充放电功率恒定,即微电网在模式2或模式5内无论母线电压及系统功率如何变化,蓄电池的充放电功率都保持恒定,即蓄电池充电功率不能随着母线电压的升高及系统内剩余功率的增多而增多,这就导致蓄电池对微电网功率的调节功能显得比较生硬不够灵活。

本文的蓄电池采取变功率控制,其中蓄电池的充放电功率是由光伏发电功率与负荷功率所决定,并由母线电压的额定变化值作为补充,并且根据蓄电池充放电功率的大小决定蓄电池的工作状态。即:如果Pbattery_c<Pmaxbattery_c(Pbattery_d<Pmaxbattery_d),则说明蓄电池的充放电功率没有达到极限,此时蓄电池工作于非极限充(放)电状态;如果Pbattery_c≥Pmaxbattery_c(Pbattery_d≥Pmaxbattery_d),则说明蓄电池的充放电功率达到了极限,此时蓄电池工作于极限充(放)电状态,而且通过调节蓄电池与微电网系统的各个参数使Pbattery_c=Pmaxbattery_c(Pbattery_d=Pmaxbattery_d)。

根据上述分析,本文所采取的蓄电池控制原理如图7所示。由图可见,蓄电池主要采用非极限变功率控制和极限变功率控制2种控制模式。

(1)非极限变功率控制。

非极限变功率控制的控制算法框图如图8所示。图中,αc为蓄电池充电时双向DC/DC电路中Buck电路的占空比;αd为蓄电池放电时双向DC/DC电路中Boost电路的占空比。非极限变功率控制的原理为:通过公式计算蓄电池充放电功率的给定值,然后使蓄电池工作在给定值附近以调节微电网功率的平衡。

当PPV>Pload时,蓄电池工作于充电状态且Pref_battery_c=PPV-Pload。此时如果母线电压升高,则说明微电网内功率因计算、测量有误差而导致微电网内还有冗余功率,此时应该增加蓄电池充电功率,即为:

其中,ΔUbus为母线额定电压变化量;k为母线电压转换为冗余功率的系数。

当PPV<Pload时,蓄电池工作于放电状态且Pref_battery_d=Pload-PPV。此时如果母线电压升高说明微电网内有冗余功率,此时应该减少蓄电池放电功率,即为:

(2)极限变功率控制。

从式(5)、(6)可知,蓄电池的充放电极限功率随着SSOC、T的变化而变化,蓄电池极限功率控制主要是通过SSOC、T和蓄电池最大允许充放电电流Imaxbattery计算其极限功率,再加上因误差而导致的电压变化的修正,控制蓄电池充放电功率,使蓄电池始终安全稳定地工作于极限功率下。其控制算法框图如图9所示。

2.3.3 负荷的控制策略

由于蓄电池的放电功率具有极限值,如果光储微电网中光伏输出功率与蓄电池极限放电功率之和依旧小于微电网系统的负荷功率,即PPV+Pmaxbattery_d<Pload,此时微电网的发电功率无法满足负荷的消耗,所以此时微电网中的功率将无法达到平衡,这将导致整个微电网系统处于不稳定状态。

因此当微电网总的极限输出功率小于负荷功率时,需要采取如图5所示的控制策略,通过断路器逐渐切除负荷使得PPV+Pmaxbattery_d=Pload,进而保证微电网功率的平衡。

3 仿真验证

为了验证上述控制策略的有效性和可行性,本文在MATLAB/Simulink中搭建了直流微电网变功率控制的模型并进行了一系列仿真。

3.1 直流微电网的稳定性仿真

图10为当光伏电池的输出功率具有较大波动时直流微电网的母线电压和冗余功率(Pex=PPV-PloadPbattery)的变化曲线。图中,当t=5 s时光伏电池的输出功率由70 W突变为175 W。

图11为当负荷有较大波动时,直流微电网的母线电压和冗余功率的变化曲线。图中,当t=5 s时直流微电网的负荷功率由120 W突变为200 W。

由图10、图11可以看出,无论是光伏电池输出功率的突变还是直流微电网负荷的突变,在突变后,直流微电网的母线电压都稳定在额定值附近,这说明直流微电网系统的母线电压能保持稳定;而且在突变后直流微电网的冗余功率都约等于零,这说明直流微电网系统的功率能保持平衡。

由此可知,光伏功率和负荷突变时微电网能够保持稳定。

3.2 冗余功率系数k对微电网影响仿真

图7—9及式(5)、(6)中的微电网冗余功率系数k的正确取值对微电网母线电压偏离额定值的大小以及微电网稳定性都有重要的影响。

图12为冗余功率系数k不同时直流母线电压的变化曲线(图中k′=Pload/(0.01Ubus))。图中,在t=5 s时光伏电池输出功率突然增大,蓄电池由变功率放电模式变为变功率充电模式。

由图12可见,在微电网工作模式发生变化时,只有当k≈k′时,微电网直流母线电压才稳定在额定值附近,此时微电网母线电压的偏离较小,微电网具有较好的稳定性;而无论当k≪k′时还是当k≫k′时,微电网母线电压都有一段偏离其额定值比较大的区域,且当k≫k′时(即k过大时)微电网系统的稳定性较差。因此,只有当k≈k′时,微电网工作的稳定性及微电网运行效果才比较好。

3.3 1 d内直流微电网各参数的变化趋势仿真

为了更鲜明且更简便地说明变功率控制的优点,本文根据1 d内太阳的变化在20 s内模拟了1 d内光照强度S的变化趋势,其变化曲线如图13所示。在仅光照强度变化时光伏电池输出功率的变化情况如图14所示。

图14中,当t=6~10.9 s时,系统处于模式1状态,此时光伏电池工作于恒压控制模式下,而其他时间则工作于MPPT模式下。

当微电网负荷都是较大功率负荷时,如果微电网工作在模式4,此时需要切除负荷,由于负荷都较大,切除一部分负荷时微电网负荷功率会突然减小,这就使得微电网蓄电池放电功率减小,微电网退出工作模式4,而重新进入工作模式3。微电网内部光伏负荷功率差(ΔP′=PPV-Pload)、蓄电池输出功率及负荷功率变化曲线如图15所示。

由图15可得如下结论:

(1)当t=0~2.4 s时,ΔP′<0,光伏电池输出功率不能满足负荷的消耗,此时Pbattery>0,蓄电池工作在非极限变功率放电模式,系统工作在模式3;

(2)当t=2.4~6 s时,ΔP′>0,光伏电池输出功率大于负荷的消耗功率,此时Ibattery<0,蓄电池工作在非极限变功率充电模式,系统工作在模式2;

(3)当t=6~10.9 s时,由于蓄电池充电功率达到极限,此时蓄电池工作在极限变功率充电模式,光伏电池工作于变压控制模式,且由于此时微电网负荷不变,此时光伏输出功率不变,系统工作在模式1;

(4)当t=10.9~14 s时,由于光伏输出功率的减小,蓄电池的充电功率减小,使得蓄电池退出极限变功率充电模式,此时蓄电池工作在非极限变功率充电模式,系统工作在模式2;

(5)当t=14~16.8 s时,ΔP′<0,光伏电池输出功率不能满足负荷的消耗,此时Pbattery>0,蓄电池工作在非极限变功率放电模式,系统工作在模式3;

(6)当t=16.8~17 s时,蓄电池充电功率达到极限,蓄电池工作在极限变功率放电模式,此时微电网切除一部分负荷,使负荷功率Pload减小,由于负荷功率的减小,蓄电池放电功率减小,使得蓄电池退出极限变功率放电模式,工作在非极限变功率放电模式,系统工作在模式4;

(7)当t=17~18 s时,随着光伏输出功率的减小,蓄电池放电功率逐渐增加,系统工作在模式3;

(8)当t=18~20 s时,蓄电池放电功率达到极限,由于光强的恒定光伏输出功率不变,此时不需要切除负荷,所以负荷不变,系统工作在模式4。

当微电网具有较小负荷时,如果微电网蓄电池放电功率达到极限,微电网工作于模式4,此时需要切除负荷时,可以逐渐切除小功率负荷,使蓄电池放电功率始终维持在极限值附近,这样就使得微电网始终工作于模式4。微电网蓄电池充放电功率曲线和负荷曲线如图16所示。

3.4 变功率控制的优势

以大功率负荷为例,当光照强度按照如图13所示的曲线变化时,图17为直流微电网在采用2种不同控制控制策略时蓄电池输出功率变化曲线。图中,Pbattery<0表示充电;Pbattery>0表示放电。由图可见,微电网在采用变功率控制时蓄电池的输出功率曲线明显优于采用分层控制时蓄电池的输出功率曲线。其主要原因在于:在同样条件下,分层控制时蓄电池工作模式切换的次数明显多于变功率控制时蓄电池工作模式的切换次数,而蓄电池工作模式每切换一次都会对蓄电池正常工作产生一定影响。

图18为直流微电网在采用2种不同控制策略时母线电压变化曲线,其中母线电压的变化代表了直流微电网母线电压的稳定性。

图19为直流微电网在采用2种不同控制策略时冗余功率变化曲线,其中冗余功率的大小代表了直流微电网功率的平衡性。

由图17—19可知,当直流微电网分别采取变功率控制和分层控制时,蓄电池的切换次数N、母线电压波动的大小ΔUbus=Ubusmax-Ubusmin、冗余功率波动的大小ΔPex=Pexmax-Pexmin如表3所示。

由表3可知,无论是蓄电池充放电的次数、母线电压波动的大小还是微电网冗余功率波动的大小,变功率控制都明显小于分层控制,即蓄电池使用寿命、微电网母线电压的稳定性、微电网功率的平衡性,变功率控制都明显优越于分层控制。

4 结论

本文通过分析直流微电网中以电压为基准将控制策略分为不同模式的分层控制策略的不足之处,创新地提出了以功率为基准将控制策略分为不同模式的变功率控制策略以实现微电网内功率的平衡和电压的稳定。最后通过仿真验证了本文所提的变功率控制方法明显优于常用的分层控制方法,并可得出以下结论:

(1)蓄电池采用变功率充放电控制,能够实现微电网内部功率的平衡;

(2)将直流微电网母线电压差加入到蓄电池充放电的给定值计算公式中,能够消除因计算误差或测量误差导致微电网内功率的不平衡;

(3)实现微电网内功率的平衡就能实现直流微电网母线电压的稳定。

变模式控制 篇2

庞雪茹

摘要：农村“三变”改革是我国农村历次改革的升华，体现了改革与制度建设同进，确保农民享受改革成果的目标。下一步还需进一步突破难点，把控风险，坚持依法推进，注重契约精神和制度建设。在制定实施方案、资产确权、股权评估、交易、流通等过程中应做到有法有据，明确“三变”改革中政策制度建设的法制路径。通过制度建设体现农民集体组织共同利益基础上的民主协商精神，克服村级议事会存在的有形无实、代表性不够、机制不健全、群众反映不佳等问题，形成有效传达最基层群众意愿的通道，保障村集体成员的话语权和收益权。

关键词：“三变”改革；农村集体产权制度；农业供给侧结构性改革；

深化农村改革要着力推进农村集体资产确权到户和股份合作制改革，发展多种形式的股份合作，赋予农民对集体资产更多的权能，赋予农民更多财产权利。以“三变”为重要内容的农村集体产权制度改革悄然兴起，从根本上解决了资源分散、资金分散、农民分散这些阻碍农村发展的顽症；以股份合作为纽带，稳步推动了农村集体经济向规模化、组织化、市场化方向发展，有力地促进了新型农业经营主体(家庭农场、合作社、企业)与农户联产联业、联股联心，有效地激活了农村发展内生动力。基层组织在群众中的影响力和凝聚力显著增强。

一、概述

1、什么是集体产权制度改革？

所谓农村集体产权制度改革，是指坚持农民集体所有的前提，在明晰农村集体资产产权归属的基础上，按照股份合作的原则，将集体统一经营管理的资产折股量化到人，赋予农民对集体资产股份占有、收益、有偿退出及抵押、担保、继承等权能，实现农民按份享受集体资产收益的制度改革。农村集体产权制度改革是对农村集体利益的再分割。落实的是农民集体收益分配权。

2、什么是“三变”改革？

“三变”改革是针对贫困地区，特别是集体经营性资产较少的贫困村，因缺乏发展集体经济的资本，通过“资源变资产，资金变股金、农民变股东”路径，盘活集体资源，撬动社会资本，壮大集体经济，把贫困户纳入集体经济保障范围，实现集体收益惠及全体农民群众的改革。

3、农村集体产权制度改革“三变”模式的意义

推进农村集体产权制度改革是党的十八届三中全会确定的一项重要改革内容，也是全面深化农村改革的一项重要工作任务。2017 年2月，《中共中央、国务院关于深入推进农业供给侧结构性改革加快培育农业农村发展新动能的若干

意见》（2017年一号文件）正式公布，其中就“深化农村集体产权制度改革”提出了十四条具体方针政策，这应是近年来中央一号文件中对农村集体产权制度改革所作的内容最全面、影响最深远的“顶层设计方案”。农村集体产权制度改革是明晰农村资产权利权属，完善各项权能，赋予农民更多财产权利的一项农村制度改革，对于完善农村基本经营制度，增强集体经济发展活力，增加农民财产性收益具有重大意义。因此，“三变”改革必须以产权制度改革为前提和基础，有产权改革做基础，“三”变改革才能变得稳。集体产权制度改革必须以集体经济为出发点与落脚点，以农民群众实实在在获得感为最终目标。

二、农村“三变”改革目标及成效

1、“三变”改革是历次改革的升华，体现农村改革延续性和系统性 家庭联产承包责任制是党的农村政策的基石。“三变”改革以家庭联产承包责任制为基础。贵州六盘水市在推进改革时首先抓的是农村土地承包经营权确权这项基础性工程。“三变”改革首先明晰集体组织的权属，即所有权，包括集体土地、林地、荒山、池塘、房屋、场地、小型水利设施等，颁发所有权证。在此基础上明晰农民的权属，即承包经营权。通过土地承包经营权确权，切实保障了国家农村政策在六盘水得到不折不扣执行，切实保障了农民最根本、最基本的核心利益。

2、丰富联产承包责任制内涵，探索规模经营的有效实现形式

引导农民以土地经营权入股、托管等方式发展适度规模经营，是实现农业现代化的必由之路。“三变”改革以村为单位建立土地股份合作社，引导农民以土地承包经营权入股农业经营主体，一方面，顺应乡村熟人社会自治的现状，便于村民民意表达和协商沟通，另一方面实现了农民自身角色转变、土地流转方式转变、生产经营模式转变，切实提高了农民组织化程度，探索了规模经营有效的实现形式；村集体将土地、林地、水域等自然资源要素，通过入股等方式盘活，变“死资源”为“活资产”。因此，可以说，“三变”改革以股份合作为纽带，推动了农村经济规模化、组织化、市场化发展，对解决资源、资金、农民分散这一阻碍农村发展的顽症又前进了一大步，创新了我国基本经济制度在农村的实现形式，丰富了联产承包责任制的内涵。

3、壮大集体经济实力，探索集体经济有效实现形式

“三变”改革破解集体经济长期虚置化和缺位难题，补齐农村集体产权缺失造成利益流失的短板。将村集体经营性资产折股量化到本集体经济组织成员，赋予农民对集体资产占有、收益等权能，将集体土地、林地、水域等资源和闲置房屋、设备等，以契约合同形式入股农民合作社、农业产业化龙头企业等承接经营主体，取得股份权利，或作为抵质押物进行融资贷款，实现集体财产变现和增值，是农民的基本意愿也是本次改革的动力之一。

4、开辟财产性收入增长途径,建立农民收入长期增长机制

“三变”改革通过引导和组织农民以土地(林地)承包经营权、住房财产权、所分享的集体资产股权，以及自有大中型农机具、资金、技术、无形资产等生产要素，通过协商或者评估折价后，投资入股经营主体，按股分红，开辟财产性收入增长途径，建立了农民财产性收入的长期增长机制。同时,选择“经营主体 + 基地 + 农户”、“经营主体 + 集体 +基地 + 农户”等多种产业化经营模式，以合同契约构成“收益保底 + 股权分红 + 工资性收入”的分配结构，建立农民分享农业产业链增值收益的保障机制,保障农民分享农业产业链的增值收益，建立农民收入长期增长机制。

5、搭建平台，建立财政资金运营管理长效机制

近年来，国家扶持农村发展的项目和资金日益增加，但是资金到村的分配和使用方面存在账目不清、用途不合理、效益低下等问题。“三变”改革整合财政生产发展类资金、农业生态修复和治理资金、农村基础设施建设资金、支持村集体经济发展的专项资金等农业综合开发、加工仓储物流、基建投资等涉农及扶贫项目资金，加大各类资金整合力度，通过“资金变股金”激活和放大资金使用效益，量化为村集体的股金(补贴类、救济类、应急类资金除外)，集中投入到相关承接经营主体，同时量化到农户，搭建起财政信贷资金支持农村的操作平台和增值渠道，“三变”激活“三资”,既解决了财政资金分配和管理的难题，又提升了资金使用效益，变“一次性”投入为“持续性”增收。

6、提高资金使用效益,创新精准扶贫新机制

把精准到户的扶贫专项资金, 量化折股到户，合理确定贫困户股份比例,将扶贫专项资金变为股金，并投入到效益较好的企业,交由懂经营、善管理的承接经营主体运作，投入到本地具有较强竞争优势的主导产业，生产经营实行专账核算，对贫困户占股收益实行动态监督管理，既可确保扶贫资金专款专用，也可提高资金使用效益。同时，使得贫困户规避了由于技能、市场经营、管理水平低而形成的投入回报与农村能人的差距，形成扶贫脱

7、改善城乡关系，为农业可持续发展打下制度基础

通过构建“生产资料共有、生产主体共建、生产收益共享共管”的农村生产经营体制，推动形成以企业(合作社、家庭农场)为龙头，以产业为平台，以股权为纽带，在法人治理、政府监管、村民监督的制度框架下，以股权形式选择实力强、信誉好、有社会责任感的经营主体开展合作。一方面，股份合作制将经营主体的管理、技术、资金优势与农村资源要素叠加，将农村落后的小农经济转化为城市先进的社会化大生产模式，有利于实现资金使用效益最大化；另一方面，以

农民为主体的“村社合一”型治理结构，搭建了城乡人才、资金、劳动力双向流动的平台，改变分散小农的弱势地位，既符合乡村熟人社会自治现状，又兼容了新生产要素的输入，为传统乡村社会注入生机活力,改善和调整了农村生产关系，推动农业可持续发展，为城乡一体发展打开空间，为农业可持续发展打下制度基础。

三、农村集体产权制度改革存在的问题

1、“农民变股东”过程中缺少承接主体。

在推进改革的过程中发现，能够承接集体资产、经济效益稳定的新型农业经营主体不多。而且大多数村级集体经济基础差、底子薄，发展还有一个必须符合市场规律的过程。集体经济公司分红机制还不健全，当前能够获取集体经济组织分红的村还不多，农民的获得感有待进一步提高。

2、党支部、村委会与集体经济组织的关系有待理顺。

改革后，村里挂党支部、村委会、村务监督委员会和集体经济有限公司四块牌子。集体经济公司同其他“三块牌子”的关系没有法律规定。集体经济组织一般没有经过村民股东(代表)大会决议，就直接将保底收益、股金分红交给村委会，这种做法无法律依据。

3、农村经营管理体系不健全，不能很好地履行所承担的工作职责。各级农村经营管理部门承担着农民负担监督管理、农村专业合作社组织建 设、农业社会化服务体系建设、农业承包合同管理、农村集体资产与财务管理、农村土地承包纠纷仲裁及农村审计监督管理等多项职能。特别是在县乡农村经营管理部门具体指导农村集体产权制度改革的实施中，农村经营管理队伍是此次改革的主力军，但是大部分乡镇农村经营管理体系线断网破，突出表现为机构性质与承担职责不匹配、队伍素质与履职要求有差距、工作手段与承担任务不相适应。

4、农业资源存在非农化风险。

一方面生产经营主体(有限公司、合伙企业、专业合作社等)都是规模化生产，追求成本最小化和利润最大化是市场经济主体的最原始动力，加之在土地流转或入股后必然会导致的田块边界不清，有的可能被改变用途将耕地“非农化”、“非粮化”。“非粮化”虽然是农业种植比较效益的正常反应，但从长远来看可能危及粮食安全。另一方面，经营主体为追求最大利润，不可避免地存在过度使用、不当使用农业生产资源等现象，导致农业生产资源被破坏，将来即使农民退股，土地也难以进行农业生产。

四、完善农村集体产权制度改革的建议措施

1、坚持依法改革。

推进农村“三变”改革要做到“重大改革于法有据”，对“三变”改革中涉

及的中央政策和法律、法规，如突破集体所有的土地使用权不得抵押的法律规定的相关条款进行系统梳理。因此，应根据“三变”改革实践，对“三变”改革涉及突破中央政策和法律、行政法规相关条款的，按程序报请国家权力机关授权。

2、加强制度建设。

正确把握改革与制度建设关系，在改革中不断调整完善制度，在制度建设中不断推进改革深入发展。加强对各地试点改革经验的总结提炼，在改革实践中积极推进农村“三变”改革制度体系建设，重点针对“三变”改革中重要节点建立完善相关制度，如建立完善农村产权确权登记、农村集体资产股份合作、农村产权流转交易、融资担保、风险防控、财政资金整合使用等重要制度，各地政府法制机构应加强指导，进行合法性把关，明确“三变”改革中政策制度建设的法制路径。并且完善农产品质量安全可追溯管理运行机制，加强农产品质量安全监管力度，把监管工作真正“前置”，做到“三统一”，即：统一检测室建设标准，统一检测判定标准，统一档案记录。产品经检测后，凭检测合格证准出，坚决杜绝质量不合格产品进入流通销售环节。通过完善的制度化、档案化、信息化管理，为农产品质量安全追溯体系建设打下了坚实基础。

3、做好集体经营性资产折股量化基础性工作。

采用由乡镇和县一级农委会、农经站指导，村民代表参与共同估算或者聘请第三方会计师事务所，对集体“三资”进行清产核资，全面清理核实集体经营性资产、非经营性资产、资源性资产，并召开居民代表大会等对结果进行认定。建立完善农村产权价值评估和交易中介组织和平台，出台可供操作的产权资源价值评估标准和交易规则，健全农村产权交易市场体系、农村资产评估体系；同时针对难以折股量化到户的村集体经营性资产，加大招商支持力度，吸引社会资本盘活村集体经营性资产，以集体经营性资产折股入股方式，采取灵活措施盘活资产，实现资产转换变股。

4、健全农村经营管理体系。

《国务院关于深化改革加强基层农业技术推广体系建设的意见》要求: “农村经营管理系统不再列入基层农业技术推广体系，农村土地承包管理、农民负担监督管理、农村集体资产财务管理等行政管理职能列入政府职责，确保履行好职能。”但不少地方在实际操作中，撤销了乡镇农经站，导致基层农村经营管理机构不全、人员缺乏、人员流动性强，难以承担改革的重任。应当按照 2016 年中央“一号文件”关于“健全县乡农村经营管理体系”的要求，核定县级农经编制，乡镇设置农村合作经济经营管理站，采取安排专兼职人员、招收大学生村官、政府购买服务等途径，切实加强基层农村经营管理队伍建设，建立健全职能明确、权责一致的基层农村经营管理体系。

6、探索建立基本农田保护经济补偿制度。

变模式控制 篇3

夏季对于空调系统来说,是能源需求最为突出的一个季节,因为在夏季最普遍存在的现象就是空气湿度的上升和环境温度的上升,在这种情况下,为了能够把剧场调节到一个更为适宜的温湿度环境,往往要采取除湿的工作模式,但是对于一台空调机组的除湿运行,需要机组首先将新风与回风混合后的空气进行降温,以实现将空气中的水汽冷凝,在楼宇自控系统中,对于空调的除湿运行模式来说,我们在冷水盘管与再热盘管间增加一个露点温度传感器,通过在控制程序中增加设定参数,控制通过冷水盘管的空气达到不同的温度,这个设定值在楼宇自控系统中称为露点温度设定值。按照以往空调专业提供的建议,此时的设定值为13C,那么通过对冷水盘管水阀的调节,我们将通过冷水盘管的空气降温至13C左右,但是如果将这时的空气直接送入送风管道,那么在室内的出风口温度则相当低,并不能控制室温达到舒适的温度,所以对带有除湿功能的空调机组,不可避免地要对降温后的空气使用再热盘管进行升温,将送风温度控制到符合实际需要的温度,在这个过程中就存在了一次降温和升温的过程,对冷水和热水的使用量都会有较多增加,因此夏季的除湿运行模式就是一种大量使用能源的过程,从现在对节能减排的运行模式来看,这将势必违背节能的目的。

2 除湿运行过程中的各参数计算

作为在除湿控制中最重要的控制环节,将空气降到较低温度使水汽冷凝,就是为了让空气中的水汽达到饱和,从而降低送风的湿度。因为含有固定量水汽的空气在不同温度下有着不同的相对湿度,因此使空气的相对湿度能够达到100%的温度就是可以使之结露的温度,理论上当我们把空气降温到这个温度时,空气中的水汽就会因为饱和而产生凝结,对于这个温度可以使用公式根据当前的温度和相对湿度值进行估算,在已知温度和相对湿度的情况下,可以参考以下公式:

其中γ(T,RH)为:

温度T和露点温度Td的单位都为℃,相对湿度RH为百分比,In是自然对数,常数a和b分别是a=17.27,b=237.7℃。该公式是基于Magnus-Tetens近似法,当中把饱和水汽压视为温度的函数。因此,此方法仅在下列范围有效:

(1) 0℃<T<60℃;

(2) 1%<RH<100%;

(3) 0℃<Td<50℃。

此范围内的温度T在夏季机组运行期间符合正常气温范围值,因此露点温度Td的值可以通过该公式近似计算。

而对于空气中实际的含水量用绝对温度更能直观反映,对于计算绝对温度的方法,可以参考下面的计算公式:

其中:e——蒸汽压,单位帕斯卡(Pa);

Rw——水的气体常数,461.52J/(Kg·K),

T——温度,单位开尔文(K)。

而计算相对湿度的公式为:

其中:ρw——绝对湿度,单位克/立方米(g/m3);

ρw,max——最高湿度,单位克/立方米(g/m3);

e——蒸汽压,单位帕斯卡(Pa);

E——饱和蒸汽压,单位帕斯卡(Pa)。

在公式中还需要计算出饱和蒸汽压,也可以通过已知温湿度进行计算,其简化计算公式分两种情况,根据实际情况,机组除湿条件下可以参考在水面上的简化计算公式:

其中:适用温度范围是:一4 5℃～6 0℃,不确定度小于±0.6%,置信空间在95%;

t——环境温度,单位摄氏度(℃)。

3 不同露点温度设定值在运行过程中带来的差异及分析

按照之前的计算方式进行分析,夏季除湿状态时,空调机组需要首先将混风温度为T的空气降温至露点温度Td以下,从而通过降温使得空气中水汽达到饱和状态,然后再通过再热盘管进行升温,使得送风温度符合使人舒适的温度。假设混风温度27℃,相对湿度60%时,可以计算出此时露点温度为19.01℃,绝对湿度为15.41g/m3,按照此时状态进行除湿,使经过冷水盘管的空气降温至19℃以下就可以实现令水汽饱和凝结的目的。以我们现有的空调机组除湿模式为例,按照空调专业控制要求,我们在楼宇自控系统中的除湿过程中,设定露点温度为13℃,送风温度为24℃,在这个控制过程中,楼宇自控系统控制设备根据安装的露点温度传感器,对冷水盘管水阀进行调节,使传感器测量的露点温度达到13℃,然后再控制热水盘管水阀调节送风温度,将空气加温至24℃的送风温度。当参考混风温度为27℃,混风相对湿度为60%时,按照这种除湿方式,就需要首先将混风降温至14 C,使其达到设定露点温度,然后再通过再热盘管升温至11℃,在这个过程中需要大量的冷量和热量,并不符合节能控制的运行模式。根据露点温度定义,空气的相对湿度变成100%时,也就是实际水蒸汽压强等于饱和水蒸汽压强时的温度,叫做露点。以13℃作为露点温度,此时能够反映出单位体积空气中所含水量的绝对湿度,通过计算可以得到11.32g/m3,那么可以看出在这种运行模式下,理论上每处理一立方米空气除掉的水分质量为4.09g。如果按照最终希望控制室内环境温度理论值达到25℃,湿度达到40～60%,可以得出对应的绝对湿度范围为9.19～13.76g/m3,通过公式可以制作简易表格分析相对湿度100%时,各温度与绝对温度的对应关系,如表1所示。

通过表1,可以看出当相对湿度达到100%时,温度低干9℃以及高于17℃时对应的绝对湿度值超出要求的绝对湿度范围,在该范围内的露点温度最高值应该处于16℃以上,那么出于节约能量的角度来进行分析,只要露点温度设定值低于16℃,那么在理论上都可以达到良好的除湿效果,并使最终的室内环境达到舒适范围,如果出于尽可能节能的角度来分析,那么将露点温度的设定值控制在13～17℃,应该都可以将建筑内部的空气环境控制在较为舒适的范围。

上边对露点温度的设定值范围进行了分析,那么在实际使用中,因为除湿过程还要涉及对除湿后空气加热的过程,在这时就会使用到空调机组的再热盘管,就必定需要一定的热量来进行加热。根据空气的焓值计算:

其中:t——空气温度(℃);

d——空气的含湿量(g/kg干空气);

1.01——干空气的平均定压比热(kJ/(kg℃));

1.84——水蒸气的平均定压比热(kJ/(kg·℃);

2500——0℃时水的汽化潜热(kJ/kg)。

另外对于空气含湿量d有公式:

其中:Φ——相对湿度(%);

P——大气压力(Pa);

Pq——水蒸气的分压力(Pa);

Ps——水蒸气的饱和蒸汽压(Pa)。

那么根据公式进行分析,大气压力为101325Pa时,混风温度为27℃,相对湿度60%时,焓值为34148.40kJ/kg。根据公式制作不同露点温度下的焓值表格,如表2所示。

对于经过换热器的空气,可以利用焓差进行计算:

其中:Q——换热量(kJ);

M——处理的空气质量(kg);

H——气流焓值(kJ/kg)。

那么在降温过程中,当处理1kg空气时,将露点温度设定为13℃时,处理空气过程中需要令空气释放的热量为10628.39kJ,以此作为参考,那么在保证空气可以结露的情况下,将其他温度与露点温度13℃时的能耗差制作表格,其中正值为需要多消耗能量,负值为节省能量,如表3所示。

从表3可以看出,在混风温度和混风相对湿度一定的情况下,将露点温度每提高1℃,可以使被处理的空气少释放出近1600kJ的热量。同时通过利用公式,理论上可以推算出当绝对湿度与达到露点温度为15℃时的绝对湿度相似,并将送风温度控制在24℃时的空气焓值为27913.86kJ/kg,对于露点温度为13℃的空气,这种状态下的焓值为24644.56kJ/kg。通过与表3中数据对比,可以看出当露点温度为1 6℃进行除湿,完成除湿后的空气再升温至24℃焓值有所提高,每对1kg空气完成处理所需的热量为27913.86-26869.30=1044.56kJ。相似地,对于其他各个状态相同,而露点温度为13℃时,送风温度24℃时的焓值为24644.56kJ/kg,因此将这种状态下的1kg空气升温至24℃,所需消耗的热量为24644.56-23520.01=1124.55kJ,所需热量大于设定露点温度为16℃的情况。因此按照整个过程来分析,不考虑其他损耗,除湿降温至16℃的过程中,需要令空气释放热量为34148.40-26869.30=7279.1kJ,这个过程不考虑损耗需要冷量7279.1kJ,升温过程需要吸热1044.56kJ,整个过程中气体总能量消耗可以估算为8323.66kJ,而对于所有状态相同,将露点温度设定为13℃时,降温过程需要令空气释放热量10628.39kJ,不考虑损耗,需要冷量10628.39kJ,升温过程所需吸热1124.55kJ,整个过程的总能量消耗可以估算为11752.94kJ,与设定露点温度为15℃时的能量消耗对比,与设定较高露点温度运行的除湿模式比较,能量消耗要增加3429.28kJ,增加能耗41.20%。而从设定这两种露点温度进行除湿的效果对比,设定15℃时绝对湿度为12.80g/m3,相比除湿前的绝对湿度,每一立方米空气中能除去水分2.61g,占除湿前水分的16.94%,而设定13℃时绝对湿度为11.32g/m3,相比除湿前的绝对湿度,每一立方米空气中能除去水分4.09g,占除湿前水分的26.54%,相比设定15℃时多除去9.6%的水分,从节能的角度来看略有一些得不偿失。相似地,当设定的露点温度为其他高于13℃的任何值时,整套空调系统的自控运行都能够得到更为有效的节能运行。

4 结语

因此,通过以上几项数据进行理论分析,可以得出以往通过设定不变的13℃露点温度值进行除湿虽然可以达到更好的除湿效果,但是从节能降耗的角度来进行对比,当根据实际情况,通过判断混风的温湿度状态来计算当前可以结露的露点温度,这一数值会随着系统运行不断变化,在此基础上通过软件编程,令控制器将露点设定温度实时调整为比计算出的露点值略低3～4℃,根据实际运行需求,可以考虑将露点温度设定值的控制范围调整至最低13℃与这个浮动的设定值之间。那么根据之前的分析,在使用变露点温度进行除湿模式运行的情况下,通过适当提高露点温度设定值,虽然会对除湿的效果产生一定影响,但是综合考虑实际达到的效果和节能运行的目的,采用变露点温度进行除湿是在节能和除湿效果之间比较折中的控制模式。如果综合考虑到冷冻机组以及热力站板式换热器的运行效率,那么在除湿过程中采用变露点温度设定值除湿相对于固定的露点温度设定值的方式,一定可以在整个夏季的空调系统运行中实现较为可观的节能效果。

摘要：本文通过阐述空调机组除湿运行模式中,对于设定不同露点温度设定值会对系统最终控制效果产生的不同影响,指明了变露点温度除湿控制模式的可行性,将变露点控制与常规固定露点温度控制选取参考值进行了分析,对比了同一系统在不同露点温度下的区别,从而分析出变露点温度设定在实际运行中的可行性。

关键词：变露点温度,除湿控制,相对湿度,绝对湿度,饱和蒸汽压,焓值

参考文献

[1]露点温度

[2]Digiquartz~Dew Point Calculation.2008年7月6日

[3]饱和水汽压计算,Michell Instruments Ltd中使用的饱和水汽压计算公式

[4]Goff-Gratch方程式,在给定温度的情况下确定水的饱和蒸汽压

[5]绝对湿度

变模式控制 篇4

为了消除舰船摇摆对舰载光电跟踪设备稳定精度的影响,提高系统视轴稳定性能,根据舰船摇摆对视轴偏差影响的随机性,在描述视轴稳定回路的`基础上,设计视轴稳定滑模变结构控制器,并引入约束条件,以减弱系统抖振.利用AR序列预测估计方法,实现视轴偏差预测估计,完成视轴稳定滑模变结构控制律的求取,并利用matlab仿真软件,对视轴稳定滑模变结构控制律进行数字计算.仿真结果表明,该控制方法能有效地消除了陀螺测量随机噪声带来的影响,减弱了系统抖振,对舰载视轴稳定有良好的性能.

作 者：王辉华 刘文化 张世英 刘淼森 WANG Hui-hua LIU Wen-hua ZHANG Shi-ying LIU Miao-sen 作者单位：王辉华,WANG Hui-hua(海军工程大学,湖北,武汉,430033)

刘文化,张世英,刘淼森,LIU Wen-hua,ZHANG Shi-ying,LIU Miao-sen(海军装备研究院,北京,100073)

变截面连续箱梁施工及质量控制 篇5

1.1 普通钢筋的施工

钢筋骨架制作完成后, 将骨架用机械吊入模内, 对于钢筋骨架受力相对大的地方不能进行钢筋的接长, 焊接接头时, 一定要按照钢筋的有关规范要求, 将接头错开。严格控制同一个断面内的钢筋接头的数量, 最多不能超过总接头的1/3, 如果在钢筋骨架制作的过程中不能满足这一要求时, 一定要首先考虑粗钢筋然后再考虑细钢筋, 先考虑受力筋再考虑分布筋的原则。要准确地控制预埋筋的位置, 例如护栏、伸缩缝等。钢筋骨架入模以后, 需要开展焊接工作时, 一定要垫铁皮以免烧伤周围的波纹管和模板。为了使钢筋保护层的厚度满足要求, 需要用硬塑料垫板垫在底板钢筋的下面, 塑料垫块垫在腹板两侧。

1.2 预应力钢筋的施工

在对预应力钢筋下料时, 使用切割机进行切割, 考虑到一些其他因素对纵向预应力钢筋的影响, 预应力钢筋在下料的过程中, 为了使工作长度足够, 通常比设计的长度长出30～50 cm。完成普通钢筋的吊装工作后, 开始波纹管的施工, 按照设计的要求精确地将波纹管的坐标给予确定, 同时需要用电焊将定位的钢筋焊接牢固, 以免波纹管在施工过程中出现位移的现象。波纹管的排气孔用直径>20 mm的钢管, 以便压浆的水泥从最高点冒出。在浇筑混凝土之前, 全面地对波纹管进行检查, 出现损坏的地方及时地进行整修, 留的开口和孔给以修复。为了避免意外的漏浆将孔道堵塞, 需要在灌注混凝土前抽动, 终凝后抽出。

2混凝土的浇筑

2.1 混凝土的施工

在浇筑混凝土时, 悬臂浇筑施工一定要对称进行, 严格控制不平衡的偏差, 通常将偏差控制在小于理论值的30%。

浇筑箱梁混凝土时, 每一节段一次性浇筑完成。在浇筑混凝土前, 先检查钢筋骨架、模板是否满足要求, 为了保证施工中不出现差错, 需要复测标高中的轴线。检查原材料是否满足要求, 不合格的原材料严禁入场。加入外加剂时, 安排专人负责, 严格控制外加剂的用量, 准确地确定混凝土搅拌的时间, 同时对坍落度进行测定。混凝土的拌和选用集中搅拌的方式。

浇筑混凝土时, 选用插入式振动式振动棒进行振捣, 振动棒在工作的过程中一定要控制好与模板的距离, 以免出现触碰模板的不良现象, 模板与振动棒的距离最好控制在5 cm上下。

在振动的过程中一定要确保模板的稳固性, 不得出现位移的现象, 同时还需要注意不能触碰波纹管, 以防出现破损。当混凝土的表面有泛浆, 不再下沉, 同时没有气泡的出现, 即为振动合格的标准。此外, 为了避免有大量的混凝土冒出, 需要在底板和内膜之间设置一个水平模板。为了使施工的强度加快, 需要对混凝土做一些早强处理。

2.2 混凝土浇筑质量的控制

混凝土浇筑的过程中一定要严格按照规范的要求进行施工。混凝土倾落时严格控制其下落的高度在2 m以内, 如果倾落的高度>2 m, 就需要使用溜槽或导管进行引流, 然后再进行振捣。振捣一定要按照顺序, 插点移动均匀, 遵循快插慢拔的原则, 确保振捣的密实性。对混凝土进行浇筑时, 需要观测支架和挂篮的位移情况和沉降情况, 如果发现有不妥之处需要及时找出原因, 同时制定合适的解决办法, 保证箱梁的施工质量。新旧混凝土衔接处的施工, 将松动的石子清除, 将表面的污渍用清水冲洗干净, 同时涂抹一层水泥浆。

2.3 混凝土的养护

浇筑的混凝土终凝前, 需要对其实施保湿养护, 夏季养护, 连续洒水同时用毯子盖在混凝土的上面。在混凝土浇筑的前10 d, 混凝土的表面一直要处于湿润的状态。冬季养护, 需要控制好养护的温度。内膜的拆除时间在混凝土强度达到70%时进行。

3箱梁的防裂措施

为了使混凝土不会因过度收缩而出现裂缝, 将混凝土的用量控制在一定的范围内, 水泥的用量尽量减少。与此同时, 还需要对水灰比进行控制, 选择合适的清水骨料, 有利于降低骨料的温度。

混凝土浇筑的时间不应在高温下进行, 最好选择在早上或晚上进行浇筑, 浇筑工作完成后及时地进行养护, 以免因热胀冷缩产生收缩裂缝的不良现象。对称均衡地对混凝土进行浇筑, 浇筑腹板混凝土时, 两侧腹板应该同时进行分层对称均衡浇筑, 而在浇筑顶板和翼板时, 应该从端头向内侧浇筑。要严格控制好相邻节段混凝土的龄期差, 新旧混凝土的接头, 要凿毛并清洗干净。

4总体的质量控制

相关质量监控人员必须熟悉图纸, 并且要建立审核把关制度, 领会设计图的本意, 对结构图以及轴位尺寸标高必须一一验证, 并要实地核对, 做到准确无误, 以免因出现缺陷而返工造成浪费。而且, 还要熟悉掌握施工技术规范和质量验收标准。技术规格和质量标准是提高工程技术管理的重要依据, 对施工过程起着制度性、指导性的作用。

技术交底要及时、全面、彻底, 手续一律按书面形式出现, 做到责任明确, 有技术主管负责执行。在施工过程中, 要对质量控制进行层层把关, 实验室负责实验配比和剂量配合, 还要进行现场过磅, 质检人员在履行全面质检评测外, 还必须配合监理做好施工和监理程序工作。

参考文献

[1]罗文光.浅谈后张法预应力砼连续箱梁的施工质量控制[J].科技创新导报, 2008 (1) .

[2]宗道明, 马毅, 刘念华.先简支后连续预应力砼梁 (板) 施工技术[J].青海交通科技, 2004 (2) .

受扰变时滞离散系统的滑模控制 篇6

在实际生活中, 时间滞后 (时滞) 普遍存在, 如化工过程中的温度采样具有时滞, 通信中的信号传输具有时滞。因此, 研究具有时滞的离散系统的控制器设计与系统分析问题成为众多学者普遍关注的问题。鉴于滑模控制方法处理非线性问题的有效性, 用滑模控制方法研究离散控制系统具有重要的意义。针对时滞离散控制系统的研究目前已有若干成果[5,6], 但对于时滞离散滑模控制问题的研究报道并不多见, 特别是变状态时滞的离散控制系统的研究较少。现研究了外部扰动是已知结构的确定函数的变状态时滞离散系统的滑模控制问题。通过引入δ函数将变时滞离散系统转化为常时滞的系统, 对满足匹配条件的外部干扰, 设计线性切换函数, 给出了保证滑模面上状态运动渐近稳定的充分条件。基于内模原理, 针对切换函数和干扰模型, 设计了可以实现干扰抑制的反馈控制律, 保证系统状态可以到达滑模面, 实现系统状态渐近稳定。

1 问题描述

考虑干扰满足匹配条件的变状态时滞离散系统

$\overline{x}(k+1)=\overline{A}\overline{x}(k)+\overline{A}{}_d\overline{x}(k-d(k))+\overline{B}[u(k)+f(k)](1)$

其中$\overline{x}$∈Rn, u∈Rm是系统的状态向量与输入向量, f∈Rm是已知动态特性的外来扰动信号。$\overline{A}$, $\overline{B}$, $\overline{A}$d均为适当维数的矩阵。矩阵$\overline{B}$是列满秩的。0≤ d (k) ≤d是关于k的整函数。系统的初始条件为

$\overline{x}(0)=\overline{x}{}_0‚\overline{x}(i)=0(i<0)$。

外来扰动信号模型

$\{\begin{array}{l}\omega (k+1)=\Gamma \omega (k)\\ f(k)=F\omega (k)。\end{array}$

其中ω (k) ∈Rl, F∈Rm×l, Γ∈Rl×l是能控标准型。设

$\overline{B}=\left[\begin{array}{c}B{}_1\\ B{}_2\end{array}\right]$

, 则det (B1) ≠0, B1∈Rm×m。对系统 (1) 作非奇异线性变换$x(k)={\rm T}\overline{x}(k)$。

则状态方程转化为标准型

$\{\begin{array}{l}x{}_1(k+1)=A{}_{11}x{}_1(k)+A{}_{12}x{}_2(k)+A{}_{d11}x{}_1(k-d(k))+\\ A{}_{d12}x{}_2(k-d(k))+B{}_1[u(k)+f(k)]\\ x{}_2(k+1)=A{}_{21}x{}_1(k)+A{}_{22}x{}_2(k)+A{}_{d21}x{}_1(k-d(k))+\\ A{}_{d22}x{}_2(k-d(k))\end{array}(2)$

式 (2) 中

$\begin{array}{l}x(k)=\left[\begin{array}{c}x{}_1(k)\\ x{}_2(k)\end{array}\right]‚{\rm T}=\left[\begin{array}{cc}{\rm I}{}_m& 0\\ -B{}_{2}B{}_1^{-1}& {\rm I}{}_{n-m}\end{array}\right]‚\\ B={\rm T}\overline{B}=\left[\begin{array}{c}B{}_1\\ 0\end{array}\right]‚A=\left[\begin{array}{cc}A{}_{11}& A{}_{12}\\ A{}_{21}& A{}_{22}\end{array}\right]‚\\ A{}_d=\left[\begin{array}{cc}A{}_{d11}& A{}_{d12}\\ A{}_{d21}& A{}_{d22}\end{array}\right]。\end{array}$

x1 (k) ∈Rm且Aij, Adij (i, j=1, 2) 均为相应的适当维数的矩阵。

2 滑模控制律设计选择线性切换函数

s (k) =Cx (k) =x1 (k) +C2x2 (k) (3)

当运动到达滑模面s (k) =0时, 系统在滑模面上的运动方程为

x2 (k+1) =A0x2 (k) +Ad0x2 (k-d (k) ) (4)

式 (3) 中A0=A22-A21C2, Ad0=Ad22-A21C2, A0具有合适的给定极点, 且都在单位圆内, C2由极点配置方法选择。

引理1 若存在对称正定矩阵P, Q使得以下矩阵不等式成立ATd0PAd0-Q<0且

AT0PA0-P+dQ-AT0PAd0 (ATd0PAd0-Q) -1ATd0PA0<0

则系统 (4) 渐近稳定。证明见附录。

在滑模面附近的运动方程

$\{\begin{array}{l}x{}_2(k+1)=A{}_{0}x{}_2(k)+A{}_{d0}x{}_2(k-d(k))+A{}_{21}s(k)\\ \parallel s(k)\parallel \le \epsilon \end{array}(5)$

令

$z(k)=\left[\begin{array}{c}x{}_2(k)\\ x{}_2(k-i)\end{array}\right],(1\le i\le d)$

;

$\begin{array}{l}X=-\left[\begin{array}{cc}A{}_0^{\text{Τ}}{\rm P}A{}_0-{\rm P}+dQ& A{}_0^{\text{Τ}}{\rm P}A{}_{d0}\\ A{}_{d0}^{\text{Τ}}{\rm P}A{}_0& A{}_{d0}^{\text{Τ}}{\rm P}A{}_{d0}-Q\end{array}\right]‚\\ Y=\left[\begin{array}{c}A{}_0^{\text{Τ}}{\rm P}A{}_{21}\\ A{}_{d0}^{\text{Τ}}{\rm P}A{}_{21}\end{array}\right]‚{\rm Z}=A{}_{21}^{\text{Τ}}{\rm P}A{}_{21}。\end{array}$

引理2 非理想状态下, 系统 (5) 在滑模面附近的运动最终进入有界区域Ω。

其中Ω=Ω1∩Ω2, Ω1={‖s (k) ‖≤ε}。

$\text{Ω}{}_2=\left\{\parallel z{}_2\parallel \le \frac{\lambda {}_2+\sqrt{\lambda {}_2^2+\lambda {}_1\lambda {}_3}}{\lambda {}_1}\epsilon \right\},\lambda {}_1=\parallel X\parallel$。

λ2=max{‖AT0PA21‖, ‖ATd0PA21‖}, λ3=‖Z‖。

ε是较小的正数, 由s的运动情况决定。

取控制律

u (k) =ueq (k) +v (k) , 其中ueq保证系统在理想状态下到达滑模面, v来补偿干扰对系统运动的影响

ueq (k) =- (CB) -1[CAx (k) +CAdx (k-d (k) ) ]。

将u代入 (3) 则滑模面方程为

s (k+1) =CB[v (k) +f (k) ]。

期望运动到达滑模面, 故将s看作系统输出y, 希望得到$\underset{k\to \infty }{{\displaystyle \lim }}y(k)=0$, 此时将该运动过程描述为如下受控系统

$\{\begin{array}{l}s(k+1)=CB[v(k)+f(k)]\\ y(k)=s(k)。\end{array}$

由于干扰结构已知, 故可以植入如下干扰模型

xc (k+1) =Acxc (k) +Bcs (k) 。

其中Ac∈Rml×ml, Bc∈Rml×m;

$A{}_c=\left[\begin{array}{ccc}\Gamma & & \\ & \ddots & \\ & & \Gamma \end{array}\right]‚B{}_c=\left[\begin{array}{ccc}\beta & & \\ & \ddots & \\ & & \beta \end{array}\right]‚\beta =\left[\begin{array}{c}0\\ ⋮\\ 1\end{array}\right]$

。

将干扰模型与受控系统串联得联合系统

$\{\begin{array}{l}s(k+1)=CBv(k)+CBf(k)\\ x{}_c(k+1)=A{}_{c}x{}_c(k)+B{}_{c}s(k)\end{array}(6)$

其中v是控制律, 设其具有如下形式

v (k) =-K1s (k) -Kcxc (k) 。

令

$\sigma (k)=\left[\begin{array}{l}s(k)\\ x{}_c(k)\end{array}\right]‚G=\left[\begin{array}{cc}0& 0\\ B{}_c& A{}_c\end{array}\right]‚{\rm H}=\left[\begin{array}{c}CB\\ 0\end{array}\right]$

。

则系统 (6) 可写为

σ (k+1) =Gσ (k) +Hv (k) +Hf (k) 。

引理3[7] 若 (Ac, Bc) 能控, 受扰联合系统 (8) 在控制律

$v(k)=-\left[\begin{array}{cc}{\rm K}{}_1& {\rm K}{}_c\end{array}\right]=-{\rm K}\sigma (k)$。

的作用下闭环渐进稳定。K使N=G-HK具有指定极点。

定理 在控制律

u (k) =- (CB) -1[CAx (k) +CAdx (k-d (k) ) ]-K1Cx (k) -Kcxc (k) 作用下, 系统 (2) 的运动状态进入原点的任意小邻域内.

证明:由引理1—3可知定理成立。

3 结论

给出了保证滑模面上状态运动渐近稳定的充分条件。基于内模原理, 设计了可以实现干扰抑制的反馈控制律, 保证切换函数渐近稳定, 最终实现系统状态渐近稳定. 由于没有采用带符号函数的趋近律设计方案, 不会有控制器结构的切换, 避免了可能由此激发的高频振荡。

附录

证明 定义delta函数

$\delta \left(n\right)=\{\begin{array}{cc}1& n=0\\ 0& n\ne 0\end{array}$

, 则${\displaystyle \sum _{i=1}^d}$$\delta \left(d(k)-i\right)=1$。

由已知条件, 系统 (5) 可写为

x2 (k+1) =A0x2 (k) +Ad0${\displaystyle \sum _{i=1}^d}$δ (d (k) -i) x2 (k-i) 。

且取候选Lyapunov函数

V (k) =xT2 (k) Px2 (k) +${\displaystyle \sum _{i=1}^d}{\displaystyle \sum _{j=k-i}^{k-1}}$xT2 (j) Qx2 (j) 。

令x2 (i) =${\displaystyle \sum _{i=1}^d}$δ (d (k) -i) x2 (k-i) 。

M=AT0PA0-P+dQ, N=AT0PAd0, R=ATd0PAd0-Q。

ΔV (k) =V (k+1) -V (k) =xT2 (k) Mx2 (k) +xT2 (k) ×

Nx2 (i) +xT2 (i) NTx2 (k) -

${\displaystyle \sum _{\begin{array}{l}j=1\\ j\ne i\end{array}}^d}$

xT2 (k-j) ×

Qx2 (k-j) 。

对0≤i≤d, 有

ΔVi (k) =xT2 (k) Mx2 (k) +xT2 (k) Nx2 (k-i) +xT2 (k-i) NTx2 (k) -

${\displaystyle \sum _{\begin{array}{l}j=1\\ j\ne i\end{array}}^d}$

$\begin{array}{l}x{}_2^{\text{Τ}}(k-j)Qx{}_2(k-j)+\\ x{}_2^{\text{Τ}}(k-i)Rx{}_2(k-i)\le \left[\begin{array}{cc}x{}_2^{\text{Τ}}(k)& x{}_2^{\text{Τ}}(k-i)\end{array}\right]\\ \left[\begin{array}{cc}{\rm M}& {\rm N}{}^{}{\rm N}{}^{\text{Τ}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x{}_2(k)\\ x{}_2(k-i)\end{array}\right]。\end{array}$

由所给条件及Schur补引理知ΔVi (k) <0, 所以ΔV (k) <0故系统 (4) 渐近稳定。证毕。

摘要：针对受扰变状态时滞的离散时间系统, 提出了基于切换函数运动方程的控制策略。基于内模原理, 设计了关于切换函数与干扰模型的反馈控制律, 实现了滑模控制器设计, 保证系统趋于滑模面并渐近稳定。

关键词：离散时间系统,变时滞,滑模,干扰模型

参考文献

[1]Gao Weibing, Wang Yufu, Homaifa Abdolah.Discrete-time variable structure control systems.IEEE Transanction on Industrial Electron-ics, 1995;42 (2) :117—122

[2]肖雁鸿, 周靖林, 葛召资, 等.离散时间系统变结构控制基于衰减控制的趋近律.控制理论与应用, 2002;19 (3) :450—452

[3]盛严, 王超, 陈建斌.结构变结构控制的指数趋近律改进方法.西安交通大学学报, 2003;37 (1) :108—110

[4]李文林.离散时间系统变结构控制的趋近律问题.控制与决策, 2004;19 (11) :1267—1270

[5]张新政, 邓则名, 高存臣.滞后离散线性定常系统的准滑模变结构控制.自动化学报, 2002;28 (4) :625—630

[6]Xua Shengyuan, Lamb James, Yang Chengwu.Quadratic stability and stabilization of uncertain linear discrete-time systems with state delay.Systems&Control Letters, 2001;43 (1) :77—84

伺服系统变增益速度控制策略研究 篇7

转矩扰动是影响伺服系统速度控制性能的主要因素。常见的扰动类型有瞬态常值负载扰动和周期性负载扰动两种,瞬态常值扰动的影响可以通过控制器快速调节消除;而对于周期性负载扰动的影响,则需要采用控制策略加以实时抑制。通常采用的扰动抑制方法有扰动观测器[1]补偿方法,该方法是一种闭环调节方法,可以有效抑制扰动的影响,但计算复杂,参数依赖性强,且设计缺乏明确的方法;高增益控制方法[2]是一种实现简单的设计方法,但要求系统有高速的电流环控制特性,因此参数设计上存在稳定性条件的限制。本文研究分析了一种新型速度伺服控制策略,在使用PI控制策略保证稳定性的前提下,利用变增益的方法动态改变控制器零点配置以加快系统对于扰动的调节作用,同时基于积分预测对控制器进行抗饱和处理,不仅可以改善系统稳态时的抗扰动特性,而且提高了系统的动态响应性能。

2 周期性扰动转矩及控制器特性分析

2.1 周期性扰动转矩(齿槽转矩为例)特性分析

在伺服电机运行时,除一般的负载扰动外,由于机械联接、承受变化负载以及电机内部结构等原因会产生周期性转矩扰动,这种扰动难以完全消除,会影响速度伺服控制的精度。这里以永磁同步电机内部齿槽转矩为例,分析其特性。

在永磁同步伺服电机内部,定子电枢铁心齿槽与转子永磁体之间产生相对运动时,永磁体两侧面跟与其对应的一至两个电枢齿槽之间的磁导变化较大,引起磁场储能变化,从而产生齿槽转矩。

若将整个圆弧面剖开为平面如图1 所示,θ0为转子机械位移为零的位置,机械位移角为θ,坐标α为永磁体中心向两边延伸的气隙坐标。

使用能量法[3]推导齿槽转矩:

磁场能量:

利用傅里叶变换将式(2)展开并化简,带入式(1)中,可得:

式中:R1为转子外半径;R2为定子内半径;La为电枢铁芯轴向长度;n为使zn/2p取整的整数。

从式(3)可以看出,齿槽转矩是转子位置角θ的函数,其频率与速度相关,另外频率还取决于极对数p和齿槽数z。这种周期性转矩扰动会引起速度的波动,是固有存在的,虽然通过槽极结构的设计可以减小,但是难以消除,对于高精度的速度伺服特性具有重要的影响,需要采取相应的控制措施加以抑制。

2.2 控制器特性分析

图2 为速度控制环简化数学模型[3](这里假设电流环具有足够快控制特性)。由于实际物理输出的限制,在控制器实现时必须对控制器输出进行限幅,因此会产生积分饱和现象[4],影响PI控制性能。

速度传递函数Gω(s)与转矩传递函数GM(s)分别为

分析GM(s)的幅频特性可以看到,增大Kp,Ki都可以减小GM(s)幅频特性增益,抑制周期性负载扰动的影响。但是Kp增大会使速度传递函数Gω(s)的响应带宽显著加大,由于电流内环带宽的限制,会引起震荡,影响稳定性;Ki的变化不会显著增大Gω(s)的响应带宽,却能够有效减小GM(s)在低频段的幅频特性增益,因此采用变积分增益的方法可以在不影响伺服系统稳定性的基础上,使系统具有更宽泛的扰动抑制能力。

3 变增益及积分预测抗饱和速度控制策略

变增益速度控制结构框图如图3 所示,通过变增益控制增强系统稳态时的抗扰动性,另外针对物理输出限幅,利用积分预测算法对控制器进行抗饱和处理,改善动态响应性能。

3.1 变增益方法

通过对控制器特性分析可知,增大Kp,Ki能够有效提高系统的抗扰动性,提高伺服驱动系统的刚度。但Kp增大会显著加大速度控制环的响应带宽,由于实际物理限制,过大的Kp会引起系统震荡。图4为改变Ki时Gω(s)的幅频特性曲线,可以看到增大Ki能够有效减小低频周期扰动到速度输出的幅值增益。如果单独增大Ki,虽然增强了系统的抗扰动性,但Kp,Ki不能够协调配合,可能会增大响应的超调量,影响瞬态运行性能。因此采用变积分增益的方法,动态配置控制器零点,以同时满足动态和稳态要求。

由下式可知|GM( jω)|是一个先递增后递减的函数,在频率ω =(KTKi/J)1/2处取得最大值。

令KI为系统稳态时的积分增益、ki为满足动态响应性能的积分增益。若KI=Kω,则可以保证稳态时|GM( jω)|2≤1/(K2KT2- 2KiKTJ + Kp2KT2),K根据扰动幅值与控制精度的要求适当取值,K越大则扰动抑制效果越好,但过大会导致系统不稳定。为简化计算,KI的取值根据频率分为2 个阶段,当ω < (KTki/J)1/2时,KI=Kω;当ω ≥ (KTki/J)1/2时,KI= K(KTki/J)1/2保持不变。

变增益过程通过函数f实现,f要求系统接近稳态时,Ki的值能够迅速从ki增大到KI,这里通过误差绝对值|e|的倒数来实现变增益过程。周期性负载扰动的频率一般与转速成正比,以齿槽转矩为例,稳态转速恒定时θ=ωft,ωf为机械角速度,将其带入式(3)可知,扰动转矩的频率为nzωf。变增益函数为f(ωf,e),整个变增益过程函数表示如下:

KI取值为

其中,Ki为在线性定常条件下设计的满足动态性能的积分增益;m用来调整Ki增大的数值范围;K的取值与周期性扰动幅值、速度控制精度要求、电机齿槽数以及极对数有关,在满足稳定性的前提下,K越大越能够增强系统稳态时的抗扰动性能。

3.2 基于积分预测的抗饱和处理

PI控制器参数是在线性区整定的,传统方法忽略饱和现象引起的非线性因素,控制性能比期望的差[5]。针对饱和问题,文献中有很多改进方法,例如采用智能PI控制限制积分器的作用[6],或者采用反向计算抑制抗饱和[7]等,这些方法有的效果不理想,有的计算复杂,缺乏合理性。

本文利用积分预测进行抗饱和处理,在PI控制器处于饱和期间,使用积分项对负载力矩进行预测,代替对速度误差的积分,达到抗饱和的目的。

对于恒转矩负载,进入稳态后,控制器输出等于积分值。在控制器饱和阶段,指令力矩电流恒定,控制对象近似匀加速。预测的目的就是控制器退饱和时,积分值即为稳态时控制器的输出值。

控制器饱和状态下,iq=±Iq max=Iq;稳定状态下,iq=iq*,其中iq*=ML/KT;实现对iq*的预测,关键在于转动惯量J和转矩常数KT的估计,可通过离线或在线方式获得。

饱和状态:

稳定状态

将式(5)带入式(6):

PI控制器由比例计算结果iqp和积分计算结果iqi两部分组成,控制器调节过程分为饱和、未饱和两种状态:未饱和时,iqp =Kpe,iqi=Kie(1/s);饱和状态时,为实现iqi动态跟踪,利用积分作用,将其设计成闭环结构,iqi=(Ki/T )(1/s)(iq*- iqi),成为一阶惯性环节iqi=[1/(Ts/Ki+ 1)]iq*,(见图3)。

前面推导中认为控制器饱和时电机近似匀加速,实际调节过程中,由于速度的变化使得反电动势动态变动,实际转矩电流不等于指令电流值,预测计算中用q轴电流反馈值iqf代替指令电流Iq,实现准确预测。

4 实验结果

实验在基于ARM Cortex M4 的交流伺服驱动平台上完成。采用的永磁同步伺服电机参数为:Mo=6 N·m,Mn=4.5 N·m,nN=1 200 r/min,Io=5.5 A,nmax=2 000 r/min,J=17.6×10-4kg·m2,磁极对数为3。

图5 所示为电机在相同PI参数,不同转速下,稳态时速度的频谱分析,可以看出,齿槽转矩引起的波动频率与转速成正比,幅值变化规律与前述分析相同。

图6、图7 分别为采用PI控制与变增益PI控制的速度响应结果,通过对比看出,在满足动态响应要求的情况下,进入稳态后,采用PI控制时速度会有较大波动,而采用积分变增益预测PI控制,波动能够得到很好的抑制。

图8、图9 分别为给定速度1 200 r/min时,采用积分预测抗饱和处理的速度和q轴电流响应曲线,可以看出利用积分预测具有较好抗饱和效果。

5 结论

楼宇变配电系统的智能控制分析 篇8

关键词：楼宇,变配电系统,照明系统,智能控制

1 楼宇变配电系统智能控制技术

变配电系统作为楼宇的动力系统, 其负荷密度较大、谐波大、峰谷差率高, 同时对供电的质量也具有较高的要求[1]。楼宇变配电系统智能控制技术通过建立智能控制系统对楼宇变配电系统的运行状态以及供电质量进行实时自动化监测与控制, 从而确保变配电系统的安全、稳定运行, 并实现高效节能的目标。

1.1 楼宇变配电智能控制系统的构成

根据在系统中所处的地位与实现的功能, 楼宇变配电智能控制系统主要由管理层、网络通讯层和现场设备层三大部分构成。

(1) 管理层位于监控中心, 由安装了智能控制系统软件的计算主机和一系列外围设备 (主控台、显示屏、打印设备、不间断电源等) 等组成, 系统通讯模块通过专用的硬件接口和通讯协议实现与网络通讯层的通讯, 接受其打包上传的变配电系统监测数据, 并将经过控制系统软件自动分析处理后生成的相关控制指令以及人工控制指令下发至网络通讯层, 实现对变配电系统的整体监测与控制。

(2) 网络通讯层作为中转单元, 采用通讯服务器、网关以及交换机等, 将管理层与现场设备层连接起来并实现二者之间的数据交换。具体体现在其主要负责与现场设备层的各类设备通讯, 采集处理现场设备层上传的数据并打包传输至管理层, 与此同时, 接受并转发管理层下发的指令至现场设备层各类设备。

(3) 现场设备层位于中低压变配电设备现场, 主要包括现场控制器、现场输入设备和现场执行设备。现场输入设备包括各类现场智能电量传感器 (电压、电流、频率、有功功率、功率因数传感器等) 以及位置传感器等多种数据采集设备, 其负责采集变配电力现场的各类数据和信息状态并经数模转换上传至网络通讯层。现场控制器则负责接收经由网络通讯层转发的管理层指令并发送至相应的现场执行设备, 驱动其完成相应的控制动作以实现系统的控制意图。

1.2 楼宇变配电智能控制系统的主要功能

变配电系统的智能控制主要包括以下几方面的功能:

(1) 保护功能。这是楼宇变配电智能控制系统中最重要的功能, 要求智能控制系统实现快速故障隔离, 提高供电的可靠性与安全性。馈线主要通过三段式电流保护方式进行保护, 针对重要的线路, 还需要提供自动重合闸控制功能。为适应系统的多方面要求, 保护的主要模块包括三段式电流保护、方向性电流保护、过电压保护、欠电压保护等。

(2) 监测与控制功能。实现楼宇变配电控制, 首先需要对变配电系统运行的电压、电流、功率、功率因数、频率、开关状态等多项参数与运行状态进行实时采集, 并根据采集数据, 对变配电系统的运行状态进行分析与判断, 然后执行相应的一系列就地控制动作, 包括三相多次重合闸、开关动作、断线闭锁、时限控制以及保护定值等多项功能。

(3) 事件的记录及故障报警功能。智能控制系统需要对系统运行故障类型、故障动作时间、故障最大值以及故障前后波形变化情况、故障前后主要开关状态进行完整准确的记录, 从而为故障分析提供可靠的原始数据。并且当数据异常、故障发生时, 能够及时响应, 启动报警功能, 自动对运行设备发送控制指令或对管理人员进行提示。

(4) 通信及显示功能。隔离RS232-C、RS422/485通信接口, 改善了系统通信的抗干扰能力和长距离通信能力, 为分布式控制系统的建立提供了有效的技术支持。通过分布式的通信接口及网络可以实时向控制中心提供各个设备的运行状况及有关数据, 同时通过系统管理软件对上述各项数据信息、记录信息进行统计分析处理并以报表图象的直观形式显示在监控屏幕上, 实现人机的友好交互。

1.3 楼宇变配电智能控制技术的实现

楼宇变配电智能控制系统的主要功能是对变配电系统进行自动检测, 主要包括对电压、电流、功率及功率因数、频率、开关状态等参数的检测。变配电系统采用网络电力仪表、计算机通信技术、电力自动化技术等, 将保护、测量、控制、监测等多项功能全部集成到监控系统中。具体实现时通过处于现场设备层的一系列智能电量传感器 (电流传感器、电压传感器、频率传感器、功率传感器、功率因数传感器等) 、位置传感器以及电力仪表等设备采集楼宇变配电系统的实时运行状态数据, 经过数模转换, 然后利用现场总线将所采集的数据经过网络通讯层传输给管理层。在管理层中, 系统管理软件将采集的数据与预先设定的值进行对比, 从而判断变配电系统是否处于正常运行状态, 如果发现异常, 则发出相应的报警信号, 并进行记录。同时通过网络通讯层对经过现场设备进行相应的调整与控制。另外, 系统管理人员还可在监控中心通过人机界面对运行参数进行设定与修改, 以调整变配电系统的运行状态, 从而实现对楼宇变配电系统的远程监控和集中管理。变配电系统的智能控制技术, 可以及时发现系统存在的故障和问题, 预防事故的发生, 同时还可以通过局域网以及与上级计算机调度端的联网来实现资源的共享, 进一步完善和强化电力计量及考核。另外还可以最大限度的缩短设备停电及检修的时间, 从而为实现整个楼宇变配电系统运行的安全可靠和节能环保目标提供充足的保障。

2 楼宇变配电系统智能控制技术的优点

以智能控制技术在楼宇变配电系统照明子系统中的应用阐述其相对于传统技术的优点。

传统的照明控制技术通常采用时间控制和分布式单独控制, 相比之下, 应用智能控制技术管理照明子系统有着显而易见的优点。

(1) 工作效率高。对照明系统分布式控制的集中管理, 使得管理人员通过与监控中心计算机的人机对话, 就能够很方便地对整个照明系统的所有相关设备进行进行监测与控制, 实现照明系统的安全可靠运行, 降低了劳动强度, 节约了人力成本, 提高了工作效率。

(2) 控制方式多样化。智能控制技术的应用, 使得照明系统分系统、分区间、分时段控制更容易实现, 灵活多样的控制方式满足了楼宇不同区域的个性化需求, 增强了使用者的舒适体验。

(3) 维护成本低。智能控制技术对照明系统的实时监测, 能够对故障的发生提供预警或第一时间发现故障所在并判断故障原因, 大大提高了维护工作的效率同时降低了维护成本。

(4) 节约能源。智能控制技术能够根据实际需要适时对照明系统进行调控, 避免了能源的浪费, 适应了现代社会节能环保的要求[2]。

3 结束语

随着现代社会经济的快速发展, 人们对生活和工作的环境要求越来越高, 对楼宇的舒适性、安全性都提出了更高的要求。楼宇变配电系统运行的安全性及可靠性直接关系到人们生产生活的质量。因此, 智能技术在楼宇变配电系统中的应用至关重要。通过智能化技术的应用, 可以大幅度提高变配电系统运行的可靠性和安全性, 降低系统运行的成本, 减少系统维护工作量, 避免能源浪费。

参考文献

[1]赵青云.智能小区配电系统控制技术研究[J].山西师范大学学报, 2008 (2) :52-55.

变模式控制 篇9

滑模变结构控制(简称SMC)是变结构控制方法中的一种控制策略,广泛应用于各个领域。在进行滑模及其它控制参数的整定过程中,若进行现场实验或实际物理仿真,不仅控制器件磨损严重,而且也不经济和安全,浪费人力和时间,采用软件仿真则可以避免不必要的损伤和浪费。

Matlab是目前流行的科学计算和仿真软件,也是控制系统仿真分析的必要工具;Matlab因其精度高、改变参数方便、重复性好等优点,逐渐取代传统的物理仿真系统;利用Matlab仿真,可使设计者对系统性能进行快速定性分析,大大缩短系统开发时间[2]。Matlab仿真方式主要有命令方式和结构图程序仿真方式。对于相同的控制算法,也可有多种实现形式和仿真方案。本文介绍了滑模变结构控制的几种Matlab仿真实现方案。

2. 仿真系统

在滑模变结构控制仿真系统中,取文献[3]中的被控对象:

将Gp(s)描述为状态方程的形式:

仿真采用基于比例切换的控制方法,设位置指令信号为r,将系统的位置误差e和速度误差e作为状态变量,切换函数取为:

控制律取为:

3. 仿真实现方案

MATLAB仿真有两种途径:(1)SIMULINK窗口进行的面向系统结构方框图的仿真;(2)COMMAND窗口下运行M文件或调用指令和各种系统仿真函数的仿真[4]。

在两种途经下,滑模变结构控制针对自身的实现,又有多种表现方案,可解决任意复杂的动态仿真问题。

3.1 Simulink模型

由式(1)、(3)和(4)可画出Simulink仿真模型如图1所示。

图1中的控制还可用另一种形式实现,如图2所示。此种方案尤其适合于控制律中参数可变的情况。

3.2 命令窗口

除使用Simulink图形方式建立动态系统模型之外,也可使用命令行方式进行系统建模,进行动态系统的仿真与分析。

命令窗口提供了交互式操作功能,直接输入就可显示每步的结果,而且可以及时修改。

式(2)系统的仿真可通过在命令窗口中键入以下代码实现(使用了外推法):

运行结果如图3所示。

3.3 M文件

命令窗口可实现人机交互,但所能实现的功能相对简单;由于命令行中敲入的命令在当前MATLAB进程中被解释运行,所以每次执行一个任务时敲入长长的命令序列是烦琐的,这样也不便于直接输入多语句命令。

M文件可以保存命令,可以重复使用,还可以轻易地修改命令而无需重新敲入整个命令行。下面是系统用M文件实现仿真的过程[5]。

新建一个M文件sliding_sys.m,作为系统M文件,代码如下。

再建一个M文件sliding_main.m,对上述系统求值及绘图,代码如下。

在命令窗口键入:sliding_main,运行结果如图4所示。

3.4 S函数

实际应用中,会发现有些过程用Simulink的库模块不容易建模。这时,可以使用S-函数来扩展Simulink。S-函数结合了Simulink框图图形化的特点和MATLAB编程灵活方便的优点,从而给用户提供增强和扩展Simulink的强大机制。

利用Simulink中提供的S函数模板进行适当的“剪裁”,就可根据实际建模的需要,建立所需要的模型[1]。

实现上述(2)式的系统可通过2个S函数:控制器和被控对象的S函数协助完成。以下是实现代码。

S-函数的仿真包含在Simulink仿真过程之中。通过以上S函数实现的(2)式系统的Simulink图如图5所示。

在命令窗口中,输入绘图命令:plot(t,y,'b');结果如图4所示。

3.5 综合

在图1中,除用SCOPE模块显示输出轨迹外,也可用OUT模块和TO WORKSPACE模块,将仿真后的输出量保存以供调用,绘制输出轨迹。

如果已建好图1中的Simulink模型(varstu.mdl),又想得到如图4所示的输出轨迹,可用OUT模块替换图中的SCOPE模块,在命令窗口中输出如下命令。

sim('varstu',[0,1]);plot(tout,yout,'k-');

4. 结束语

滑模变结构算法通过MATLAB仿真,可使真实系统更加经济、安全地实现;在复杂系统建立前预测系统性能和参数,从而使系统达到最优指标。

Matlab仿真有多种实现方案。通过Simulink模块库建立系统的仿真模型,可以直观、方便地进行动态仿真;可以在命令窗口执行任何MATLAB命令和函数,包括M文件、MDL文件、MATLAB程序等;使用M文件进行流程控制语句的组合使用,可实现多种复杂功能;使用S函数可以定制Simulink模块,作为与其它语言结合的接口,可充分利用其它语言提供的强大功能。

在实际仿真中,如对编程不熟悉,可选用Simulink模型仿真;如算法复杂,选用M文件构建流程控制实现仿真;如上述方案依然满足不了要求,可选用S函数综合其它语言的功能优势仿真实现。

参考文献

[1]路玲,陈建辉,李琳.Simulink中S函数在仿真建模中的应用[J].郑州航空工业管理学院学报(社会科学版),2004.23(6):182-183.

[2]吴忠强,刘志新,魏立新,丁华锋编著.控制系统仿真及MATLAB语言[M].北京:电子工业出版社,2009.

[3]刘金琨著.滑模变结构控制MATLAB仿真[M].北京:清华大学出版社,2005.

[4]谢仕宏编著.MATLAB R2008控制系统动态仿真实例教程[M].北京:化学工业出版社,2009.