特性激励机制（共8篇）
特性激励机制 篇1
一、行政与高等教育行政
（一）行政
“行政”一词据我国古籍记载如“行其政事”“行其政令”。其涵义普遍取“政务的管理”和“政策的执行”。显而易见，行政就词源上及制度含义方面，带有明显的政治学特性，一是政务的执行和管理;二是国家政体对社会公共事物的治理。
19世纪最初三十年，美国学者泰勒(Frederick Winslow Taylor)推出他的《科学管理原理》，及法国学者法约尔(Henry Fayol)出版了《工业管理及一般管理》，推动新兴的行政学在科学管理运动中获得长足发展，这一时期就很多学者的行政学研究成果来看，普遍带有“行政即管理”的趋向。1930年到1950年，行为主义学派日盛，学者们转向批判科学管理的机械、死板，倡导重新对行政功能和提高效率两者关系进行反思，于是“行政即组织”的观点广泛流行于学术界。二战后，随着各类机构规模的扩大，管理复杂程度日益增长，理性模式及“技术理性”的观点激起学术界广泛反响，“行政即决策”的观点在这一时期具有广泛的影响力。除此而外，有些学者强调良好的决策及技术管理对获得较高效率固然重要，但是，各种激励组织成员行为的因素和手段更是行政效率的决胜关键。因此，“行政即领导”的观点引起学术界的关注，再次引发公共行政学界对行政功能的进一步反思与探讨。
综上所述，公共行政理论发展的一般过程提示我们，对行政的理解不能仅仅停留在“政务的管理”和“政策的执行”的层面上，更需要对“技术、人与效率”多方位的、复杂的相关性进行深层反思。
一般行政的概念可分为狭义和广义两种理解：狭义的行政，可追溯到行政产生的源头，它具有内在的政治属性，还具有明显的公权性和国家性。在这个意义上，行政是国家政府机关及公共机构对政务和其它包括医疗、公共卫生、福利、环境保护及教育等公共事务实施指挥、控制和协调的行为和活动。广义的行政，是对行政机制及其过程所作出的动态理解。从行政管理职能的角度看，行政不仅含有政务和公共事务管理的意义，而且包括领导、控制和协调等一系列管理活动和环节。正如实践证明，行政实际上演变为一种“行政管理模式”，它几乎被所有的各级各类组织采用，处在比基层单位高一级的中上级管理层。如公司的总部行政机构及活动、银行总部行政机构及活动、院校行政机构及活动。
（二）高等教育行政
高等教育行政从动态过程的角度讲，是由教育行政高层及高等院校进行预算、规划、组织、领导、协调、评价等环节组成的循环管理过程，既包括国家教育部、地方各级教育行政机构所从事的政务管理及其机制，也包括院校行政为统合院校人力、物力、财力资源，实现组织目标而进行的政务管理及运作机制。
高校的行政与国家机关和企业公司等其他机构的行政不同，高等教育行政具有独特性。在一个学习化社会，高等院校日益被看作是“自组织”系统，存在着众多非正式组织及其活动。各种专家协会和专业学会的活动及成员关系具有相当的稳定性和影响力，使得高等院校的结构表现出一定程度的松散性。上述特征对院校行政管理产生了重要影响，尤其对研究型大学、综合大学来说，知识特性作为科研体系的基本价值体系，被公认为现代大学结构的最高级的组成部分。正是知识特性，奠定了高校行政管理大厦的民主化基石。
二、高等教育行政的特征
（一）公权性和公益性
德国学者施泰因(Lorenz von Stein)在1884年出版的《管理学》一书中最早论及教育行政理论和“行政学”的概念。书中批判了当时流行于德国法律界的“公法学”的行政学，强调研究教育行政的特性比争论行政职能的独立性更重要。他认为，教育行政学的使命在于诠释国家干预国民教育的根据、原则和界限。施泰因的理论奠定了教育行政国家性及公权性的基础，成为国家教育理念的重要部分。
19世纪末20世纪初，国家教育行政进入了初创阶段。早期教育行政领导体系的构建主要是基于广泛推行义务教育之必需。在德国，现代大学创建时期，提出了“学术自由”的原则体系，将国家教育理念原则和界限推向了深入。这一阶段，国家办教育的实践产生了教育管理分工的现实需求，教育领导体系从学校管理体系中分离出来，形成了教育领导机构及其运作机制。伴随教育行政工作繁重与复杂性的增长，教育管理内容亦发生早期分工，一方由教育官员负责行政事务，另一方由校长和教师们负责教学事务。
（二）合教育目标性与学术性
“教育行政之目的，乃在使适当的学生能于适当的情况下，从适当的教师接受适当的教育”。[1]可见，教育行政具有多层面含义，一是教育行政具备行政之功能，通过领导、协调、控制工作，将人员编制、资源配置、财务管理等各项行政事务统合起来，从而使教育目标的实现变为可能;二是教育行政须采取适当的行政手段，学生获得良好教育的目标才能得以实现。正因为教育目标首先是关于“人的问题”，即关于“受好教育”和“教育好人”的问题，很显然，教育行政只有一般行政之技术、效率的功能，是远远不足以实现“多方面和谐发展”之教育目标的。
对培养人才的教育活动而言，何为适当的行政管理呢?
行政主体的特性决定了该组织的行政结构及运作机制的特征和趋向。教育行政主体是国家各级教育领导机构及学校机构，之所以不同于政府机关和企业，一是培养人才的教育机构具有独特规律，二是知识管理因知识结构的独特性而展示不同于政府机关和企业的特征，对高等教育行政特点来说更是如此。
以现代大学为核心的高等教育系统首先是一个复杂的开放系统。从组织结构角度看，严格等级制的权力金字塔型在高等教育系统中发生了演变，某种程度上展现为知识结构所特有的“圆拱形”构架：因系统上层和中层的机构和人员的扩充导致了演变——伴随知识分化和院校分化的加剧，高等教育系统的中层和高层迅速扩充，为适应知识爆炸时代多样化地寻求知识服务的需求，各种专业协会、教育基金会、教育评估与咨询服务机构产生和快速发展。除此而外，还包括联合国教科文组织等一系列的国际协会和专家会议等。由此可见，新增的专业学会也有分层，全国性的学会及其所协调功能普遍处在教育行政体系的中层和高层，使得原本陡峭的权力金字塔在中上层拉宽。此外，专业学会和专家协会主要依靠专业协调的途径发挥功能。专业协调体系被公认为是一个只具约束性而少命令性的弹性机制和一个松散结合的权力构架。上述两种横向拉力，导致高教系统的权力结构展现出“圆拱形”的某些特征，与扁平式的知识管理的结构特征逐渐吻合。
至于论及高等教育行政学术性的基础支撑，专家治校原则可谓是关键的经验成果：一是由内行管理内务，其协调行政与学术两世界的中间角色职责是依法规定的;二是随着行政专业化运动的扩展，院校管理，甚至高等教育系统上层管理都逐渐展现行政体系和学术体系两部分的分垒，各自依循适宜的规则和协调方法;三是对学术自治的权限须明细列举，在一些国家，重要的学术权力被写进相关法律，依法行使学术管理的权限;四是凸显高等教育系统的行政管理的特性：高等教育系统的行政管理融合了诸多知识管理特性，(二级)院行政管理更具民主化趋向，突出体现了行政管理与知识管理的时代结合。
总之，身心和谐发展的教育目标，以人为本的教育内在规律和以松散结合为特征的高等教育系统，一起构成了行政和学术二元构思基础，促进了行政管理与学术管理的融合。高等教育行政管理学术性即表现为高等教育管理的民主性。
三、高等教育行政的官制模式与学术模式
笔者依据官制模式[2]和学术模式产生发展的过程，以两类模式研究的核心问题为参照，确定的“原则(包括运作机制)、功能、决策、领导、行动途径”五项比较指标。其结构含义，概而言之即由指导理念、行政功能的技术或协调手段、决策结构与模式、授权中心与等级制(自上而下的命令体系)、自下而上的实施过程构成的一个具有内在联系的、完整的决策流程(表3-1)。
具体而言，官制模式和学术模式在上述决策流程的各个环节都呈现出明显的差异性与相互渗透性并存的特征。从指导理念来看，官制模式重视确立统一的目标，倾向于依据专业技术选拔和任用精英人才，尤其信任政治精英。学术模式普遍拥有多样而分歧的目标，组织管理不过于依赖法规而是倾向于信任同行共同认可的标准，因此适合采用间接控制和弹性机制作为行政基础。从行政功能的技术或协调方式来看，官制模式推崇“控制群体”和“部门分工”的理性设计，比如重视应用先进技术进行程序化管理，从而提高组织效率，在这里，理性即效率。学术模式由于目标多元和内部结构较为松散，统一步调的“控制论”显然不好用，因此，以多样化的中间协调如拨款、立法、宏观调控、同行评议等方式缓冲刚性命令成为受欢迎的知识管理方式。就决策结构、命令体系和实施过程来看，官制模式基于“有限理性”和“令人满意的准则”构思决策过程和结构，即技术-理性决策。鉴于理性的有限性，有学者进一步诠释运用“持续的有限比较”即渐进方式将使得官制模式变得更为灵活和多样化：“持续有限比较的方式不仅只是认识到了理性决策者的局限性，它还代表了与民主的多元观念紧密相连的一种方法。”[3]但就普遍特点来看，官制模式强调下级服从上级的等级命令体系发挥主要功能，决策实施则依靠目标管理和推行专业技术人员“高承诺”策略。学术模式在决策结构上普遍采用“多数人决策”的学院制结构及讨价还价和折衷策略的代议制结构。[4]即为人们所熟知的大学理事会和大学评议会通常采用的“少数人服从多数人”和“讨价还价”等决策方式和参与方式。
笔者认为，学术模式在基层单位上，以及官制模式在战略规划层上将是适宜而有益的逻辑和方式。从两类模式的整合走势来看，一方面，集权制的、以刚性命令体系为主要特征的官制模式需要通过分散决策权、建立弹性机制的途径增强机制的灵活适应能力。有学者研究发现，集权式控制“其实暗示了在科层制(官僚体制)变量和决策权集中化之间存在着适度的负相关，但是，这一点与人们日常关于科层制的概念截然相反。”[5]上述观点为探讨集权的限度提供了有益证明。规模是一个重要变量，集权并非总会带来高效率，随着管理规模不断扩大，权力越集中，反而常常导致行政效率的降低，甚至由于管理幅度过大而迟滞。一个善于合理授权、分而治之的领导中心，往往是凝聚力不断增长、控制力增强的领导中心，就是这个道理。另一方面，分权制的，以柔性命令体系及讨价还价为主要特点的学术模式同样也表现了走向对立面的趋势。如英国，二战后加强中央政府的资助与“统制主义”力度，试图改变他们行政上过于分散、行动迟缓的弱点，因此也表现了汲取官制模式某些优点的意向，如加强一体化构建，改革极端地方化，以及获取较高的效率等措施进行有效的体制改革。由此可见，上述两类模式实际上并不是相对立的范畴，模式分类虽然属于典型研究，但是在各类组织实践中都在践行“你中有我，我中有你”的规律。
综上所述，官制体系，在古典社会学家韦伯(Max Weber)看来是控制较大群体最有效的方式。在此意义上，官制模式具有鲜明的倾向于集权、控制、规范管理等固有特性，在采用先进技术和创造高效率的同时，也在描画着官僚体制刻板、冗长、办事迟缓、不灵活和浪费的行事风格。相比官制模式，学术模式倾向于确立和实施多样化目标、弹性机制、教授群体控制等管理机制与途径，同时也表现出议而不决和行政效率较低的许多缺限。
四、培育与构建弹性机制和间接控制的机制
（一）建立弹性机制
据美国学者坦南鲍姆(R.Tannenbaum)和施米特(W.H.Schmidt)对领导行为模式的研究，提出“应当分析研究一系列领导行为的模式，研究选择领导模式时须要考虑哪些影响因素，以及长远目标与当前需要如何平衡。”[6]从高度专权的左端到高度放手的右端，划分出7种有代表性的领导模式，其中授权是领导者运用权力的强制性最弱，下属享有的自主权程度最高的一类领导行为模式。此类授权模式可分为两种行为：一是领导确定界限和要求，由下属群体作出决策。二是领导授权下属在一定范围内自己识别问题和进行决策。前一种模式，决策权已经发生由上至下的转移，因而存在着一定范围和一定程度的授权;后一种模式属于自主程度最高的完整授权。上级领导的授权范围可以非常广泛：从允许下属群体自主确定目标、制订多种方案到自主决策，上级除了事先确定一些界限和规则之外，一概不干涉。此外，领导者的承诺对授权是不可缺少的，对于下属在规定范围内自主决策，不仅不干涉而且实施必要的帮助。
授权显然是一种适合高等教育管理运作机制的制度安排。不同授权方式，对高等院校的权力特性产生重要影响。集权制只有一个授权中心，只能指向缺乏弹性的行政机制。产生多元授权中心的分权机制，是培育弹性机制的前提条件。如在英国，尤其是二战以前，中央政府对教育基本持放任态度。“英国维持教育组织行为的合理性并不过分依赖法规，而是根据事实需要及公共认可的行为标准，自动维持组织的功能”。[7]这说明，中央政府作出的决策有硬性命令与弹性命令之别。
至于弹性命令只作原则上的规定而不作具体细微的限制，预留给地方和院校自主决策许多空间，为因地制宜及灵活应变提供了可能，也是弹性机制成长、成熟发展之必要条件和环境因素。反之，硬性命令过多，只能指向上下一致的大规模行为，对弹性机制培育起抑制和约束作用。
除上述因素外，尚有其它因素有助培育弹性机制：如分权管理研究、实施多元授权、扩大参与权、增加并列新型自治单位、以及放宽专业准入资格和扩大民主化影响等，都不失为弹性机制充分发挥功能的途径及标识。
（二）构建间接控制的机制
据分权管理的相关研究成果，中央政府的分权策略，大体沿两条路径实施：一是行政性分权;二是专业性分权。前者仅在行政系统内的各层次作出权力关系的调整，后者实施的前提是在行政系统与专业系统之间作出明确的属性划分。社会主要的专业系统包括高等教育系统，及高校之外的科研系统如科学院和工程设计院、博物馆、医疗服务系统、法律服务系统等。就我国高教管理体制改革的实践来说，自十一届三中全会以来，中央向地方分阶段地放权，类似“构建高等院校的法人实体地位”成为当时的流行语。但是简政放权和计划项目减少仅仅是改革的开端，放权只限于“行政性分权”，由于至今为止高教系统、也包括其他专业系统与行政系统之间没有法定的属性划分，因此，中央及地方政府对各个院校的微观干预并未有太多实质性的改变，由此进一步转变政府职能显得障碍重重，效果也不明显。
概而言之，弹性机制的构建，并使其各项功能稳定而持续的发挥，是高等教育管理不可或缺的制度基础。扩大专业性分权和确立政府间接控制的管理模式是弹性机制得以培育、发展成型的最关键的两条途径。所谓间接控制模式，政府以拨款、立法和宏观调控等协调方式对国家高等教育事业进行治理，而其中包括了尽量避免使用行政命令和微观干预等硬性命令方式的含义。
对高校管理制度的变革来说，经历10年的培育，高等教育市场机制具有比以往任何时候都重要的影响力。为了提高高等院校服务地方经济的能力和增强机构灵活性，我国教育主管部门陆续实施向研究型高校下放某些专业权力的实验。例如，某些专业课程的设置权下放给学院和教授，某些学校获得了教育部下放的二级学科博士学位授予权，和一级和二级学科硕士学位点设置权，此类改革措施势将引起高等院校教学管理制度进行更具灵活性的改革，同时有效促进研究生教育规模，尤其是专业研究生教育规模的快速扩展。
然而，间接控制模式并没有随着高校法人实体的构建而想当然地在国家的教育领导系统中获得应用和推广。关键原因是由于高等教育资源配置的主体和途径过分单一和集中所致。借鉴外国创办基金会经验以解决面临的困难不失为一个好办法。例如，在我国六个大行政区普遍设立高等教育资助基金会，这些基金会由国家教育部召集各领域各行业专家组成，是被授权的非行政性质的专家组织。它们被赋予将国家投入按绩效评估结果向各院校分配的职能，并且有责任重点资助对推动民族文化和科技力量的发展有重要贡献的教育和科研课题。重要的是，现有的单一的财政来源必然被更为广泛多样的资金来源渠道所取代。这些优点完全受益于基金会所具有的公益和慈善事业的性质，以及将全国各行各业和民间捐资办教育的力量有效集聚起来的机制。这不仅有助于促进民间与国家资助的责任共担，而且可以有效地促进国家教育资助主体向多元化转变。此外，第三方服务和民间机构及时引进和发挥功能，对当前我国高等教育管理体制增强灵活适应性的改革至关重要。
综上，“政事分开”“柔性命令”、确立以拨款和立法及宏观调控等协调途径为主的间接控制，将逐渐成为高等教育管理体制改革的主旋律。同时，倡导依法治教、依法管校的时代风尚亦刻不容缓。
注释
1[1]王惠清等.教育行政原理[M].长沙:湖南大学出版社, 2006:6.
2[2]官制体系即通常所指的科层制, 主要指通过规范的权力等级和严格命令体系, 实现对组织及成员的法制化管理和控制 (也称法理权威) 。它产生于近代西方社会工业化初始时期, 一般认为德国古典社会学家马克斯韦伯对现代行政理论构建是科层制日后发达的主要源头。就概念内涵的变迁而言, 可分为古典科层制和现代科层制两个阶段。前者的代表人物包括韦伯及古典管理学家亨利法约尔等;现代科层制的理论构建则获益于组织论者切斯特欧文巴纳德、经济学家赫伯特西蒙、公共行政论者的查尔斯林德布洛姆等众多美国学者的研究成果, 不仅推动对科层制的广泛多样的研究, 而且使得理性模式脱颖而出, 成为一支成熟的行政理论体系。在20世纪50年代到70年代, 在美国的组织理论学界, 理性模式被视为组织中人类行为的模式, 诸如“诱导——贡献”“接受区域”“有限理性”等术语已成为当时公共行政学者的标准词汇。
3[3] (美) 罗伯特.丹哈特.公共组织理论 (第2版) [M].项龙译.北京:华厦出版社, 2002:87.
4[4][6]孙耀君.西方管理学名著提要[M].南昌:江西人民出版社, 1995:278, 466.
5[5] (美) W.理查德.斯格特.组织理论[M].黄洋等译.北京:华夏出版社, 2002:248.
6[7]林文达.教育行政学[M].台北:三民书局.1984:122.
特性激励机制 篇2
硒对钝顶螺旋藻氧化损伤的拮抗作用的光谱学特性及机制
摘要：研究了亚硒酸钠预处理对H2O2氧化胁迫下钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)的`生长、藻丝体形态、谱学特性以及细胞内活性氧(ROS)水平的影响,探究硒拮抗氧化胁迫保护螺旋藻的机制.结果显示,H2O2氧化胁迫明显抑制螺旋藻的生长,藻丝体严重受损,可见光吸收440 nm峰增强,620和680 nm峰降低;荧光发射和激发光谱特征峰强度明显降低,藻胆蛋白特征发射峰由660 nm蓝移至650 nm;红外光谱透射峰没有发生位移,蛋白质和多肽的特征谱带酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带相对强度降低;细胞内ROS相对含量显著性升高.硒预处理24 h呈剂量效应地减轻由H2O2胁迫引起的氧化损伤,有效地抑制胞内ROS的过度累积,提高螺旋藻的抗氧化能力,缓解了氧化胁迫对光能捕获和传递等重要生理功能的影响. 作者： 吴华莲陈填烽尹希郑文杰 Author： WU Hua-lianCHEN Tian-fengYIN XiZHENG Wen-jie 作者单位： 暨南大学化学系,广东广州,510632 期 刊： 光谱学与光谱分析 ISTICEISCIPKU Journal： Spectroscopy and Spectral Analysis 年，卷(期)： ,32(3) 分类号： Q945.7 关键词： 硒 钝顶螺旋藻 氧化胁迫 机标分类号： O48 X70 机标关键词： 钝顶螺旋藻氧化损伤拮抗作用光谱学特性机制Oxidative StressSpirulina Platensis氧化胁迫预处理细胞内活性氧特征峰强度抗氧化能力H2O2可见光吸收ROS藻胆蛋白荧光发射抑制亚硒酸钠胁迫保护 基金项目： 教育部新世纪优秀人材支持计划项目，国家自然科学基金项目，中央高校基本科研业务费专项资金项目，广东省科技计划项目，广东省自然科学基金项目
特性激励机制 篇3
转子系统是旋转机械的核心部件, 工程中的绝大部分转子系统都以交流电机作为动力源, 机电耦合是转子系统在受到扭矩作用时表现出的基本特征。电动机驱动的机械转子是一个机电藕合系统, 机械负载的突然变动、电网的波动和机械故障等都会引起电磁力矩的波动, 激发起严重的扭振[1,2]。
国内外学者研究了扭矩激励对转子系统的影响, 曲大庄等研究了定扭矩对转子系统稳定性的影响[3], 何衍宗进一步讨论了转子受简谐扭矩激励以及受轴向扭矩作用时柔性转子的涡动频率及稳定性[4,5], 孙虎儿建立突变扭矩下的转子动力学模型, 研究了扭矩激励与转子系统横振的关系[6], 王飞鹏建立了基于扭矩激励的转子数学模型, 对比线性扭矩激励和无扭矩作用轴心轨迹的变化[7]。
20世纪90年代, 国内外学者在研究断条等电机本身故障的基础上利用电流分析法 (MCSA) , 对电机拖动系统的故障, 如转子失衡与偏心、齿轮故障、滚动轴承故障、转子扭转振动等进行了广泛地研究[8], 目前就转子系统通过电机电流识别扭矩方面的研究, 国内外文献未见相关报道。
本文以拉格朗日方程及经典电机理论为基础, 以电磁转矩为纽带建立了机电系统耦合数学模型, 研究了外加正余弦扭矩激励作用下的电机定子电流的特性。
1 模型建立
转子系统的物理模型如图1所示, 转子系统的机电耦合模型可分为两部分, 即电磁系统模型和机械系统模型, 由此转子系统机电耦合数学模型则包括电磁方程和机械方程[9]两部分。
1.1 机械系统模型
将质量连续分布的实际转子简化成刚性盘, 且各刚性盘之间用无质量但有弹性和阻尼的弹性轴连接, 利用拉格朗日方程建立机械转子——电机转子两质体动力学模型[10], 机械系统动能:
其中, Je为电动机转子转动惯量, 为电动机转子旋转角速度;Jm为机械转子转动惯量;为机械转子旋转角速度。机械系统的位能:
其中, kt为机械转子轴的弹性扭转系数。综合式 (1) 和 (2) , 可求得拉格朗日函数:
损耗函数:
其中, c为机械转子轴的阻尼系数。
广义力:
将式 (3) (4) (5) 带入非保守动力系统的拉格朗日方程中, 得到如下的机械方程:
1.2 电磁系统模型
异步电机是一个多变量系统, 并且电机电流、频率、磁通、转速之间相互影响, 因此异步电机动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。为建模方便, 利用三相静止/两相静止变换矩阵对电机解耦。经过三相静止/两相静止坐标变换及两相旋转/两相静止坐标变换, 可得异步电机在两相静止坐标系上的数学模型[11]。
电压方程:
电磁转矩方程:
其中, Lm为两相静止坐标系上定子与转子绕组间的等效互感, Ls为两相静止坐标系上两相定子绕组的等效自感, Lr为两相静止坐标系上两相转子绕组的等效自感, RS、Rr为定、转子等效电阻, np为电机极对数, ωr为电机转子的旋转角速度。
综合式 (6) (7) (8) 得到转子系统的机电耦合数学模型。由于数学模型复杂, 本文运用MATLAB软件对耦合系统进行计算。
2 MATLAB仿真模型
本文利用MATLAB/Simulink模块建立转子系统的机电耦合仿真模型, 避免复杂繁琐的编程工作, 实现动态系统建模与仿真。根据所建立的数学模型在Simulink环境中建立三相电源模块、电机解耦模块、两相静止坐标系下电机的电磁模块、二质体转子动力学模块、电机定子电流处理模块以及转子系统的仿真参数设置模块等, 分别将其分装成相应的子系统, 连接各子系统生成完整的机电耦合仿真模型。仿真模型利用Goto模块传输数据, 避免复杂的连线, 使系统模型更简洁、可读性更高, 便于模型的研究[12], 如图2所示。
仿真模型中, Rs—定子电阻, Rr—转子电阻, Ls—定子自感, Lr—转子自感, Lm—定转互感, Ira 、Irb 、Isa 、Isb—转子定子两相电流, Jr—电机转子转动惯量, Jm—机械转子转动惯量, Wm—机械转子转速, Wr—电机转子转速, W—两转子转速差, TL—扭矩激励, Te—电磁转矩。
3 仿真分析
研究转子系统在某一频率正弦扭矩激励下电机电流的时域和频域的特性。传统的Fourier变换在信号分析方面一直占有重要的地位, 但是很少有学者对电流信号的幅值频谱和相位频谱进行综合研究, 所以本文采用FFT变换分析研究电流信号的幅值频谱和相位频谱。仿真工况是在转子系统平稳运行时突加Tf=Asin (2πfΩt) + B周期扭矩激励, 研究电机电流的时域、频域特性。
3.1 时域分析
设置仿真时间为8s, 电网频率为fc=50Hz, 扭矩激励为频率fΩ=10Hz的Tf=20sin (20πt) +20周期信号, 利用变步长类的四/五阶Rung-Kutt算法解算模型。
电机在0~3s内是启动阶段, 由于机械转子的转动惯量大, 启动时速度为零 (如图3所示) , 转差率s=1, 气隙旋转磁场与转子相对速度最大, 电流达到最大, 近似是平稳运行电流的5倍, 如图4所示, 因此启动后电磁转矩增大, 电机转子和机械转子的扭转振动增强, 如图5、6所示;随着速度上升转差率的降低, 定子电流逐渐减小, 电磁转矩下降, 扭振减弱;3s~5s是无负载的平稳运行阶段, 此时转子系统的只受到较小恒定的摩擦力矩作用, 定子电流较小且幅值不变;电磁转矩和扭振几乎为零。在5s时突加正弦扭矩激励, 此时转子转速下降电机电流的幅值明显的增大, 电磁转矩和扭转振动增强且按正余弦规律波动。仿真结果与理论分析完全相符, 表明机电耦合模型的实用性。
3.2 频域分析
研究表明, 电机电流的波形是以电网信号为载波信号, 电磁转矩信号为调制信号的已调制波。与波形时域调制相对应的是在频域范围内的频谱的“搬移”。根据信号调制的数学公式分析:
载波信号:
调制波信号:
已调制波:
, 即已调制波的频谱包含主频uf和vuff±边频, 其中uf为载波频率, vf为调制波频率。
转子系统在机电耦合作用下电磁转矩的频谱图如图7所示, 主要频率成分是为10Hz、20Hz、50Hz, 其中fc=50Hz是电网频率, fΩ=10Hz是扭矩激励频率, 20Hz是由系统机电耦合产生的2fΩ所以理论上定子电流的频谱图应该有一个主频50Hz和四个边频, 分别是 (50±10) Hz、 (50±20) Hz。从仿真结果的频谱图图8上看, 仿真结果与理论计算值完全相符。
理论上当定子电流存在频率为f的电流时, f频率对应的相位曲线发生突变。对定子电流仿真信号进行FFT相位频谱图如图9所示, 从图上很容易看出频率在50Hz, (50±10) Hz, (50±20) Hz处有明显的突变。与幅值频谱图相比, 定子电流相位对扭矩激励变化的敏感度大于幅值, 即使幅值很小的频率成分, 其相位有明显的突变, 因此可以用相位频谱图检测微弱的正余弦扭矩激励。
4 结论
利用拉格朗日方程建立二质体转子系统模型的机械方程并建立异步电机在两相静止坐标系上的电磁方程, 综合机械方程和电气方程得出的转子系统数学模型, 运用MATLAB建模和仿真分析, 证实该转子系统的数学模型具有实际应用价值。
通过仿真计算和FFT数据处理可以得出:转子系统在正弦扭矩激励下, 机电耦合作用下电磁转矩的频率成分包含负载扭矩激励频率fΩ及其2倍频且电机定子电流频率成分包含有fc± fΩ和fc±2 fΩ上下边频。在频谱图上, 特征频率的相位变化较幅值变化明显, 可以用相位频谱图监测幅值较小的正余弦扭矩激励。
摘要：为了通过监测电机电流以实现转子系统扭矩激励的辨识与有关故障的诊断, 建立了三相异步电动机——机械转子系统机电耦合模型, 在mATLAB/Simulink环境下进行仿真分析, 并运用Fourier变换对电机电流信号进行处理, 研究了转子系统的正弦扭矩激励与其拖动电机电流的耦合特性。研究结果表明:所建立的机电耦合模型可以研究转子系统在正弦扭矩激励下电机电流的特性, 并实现某一频率的正弦扭矩激励的辨识, 为研究转子系统动力学设计和故障诊断提供理论依据。
关键词：转子系统,扭矩激励,机电耦合,频谱分析
参考文献
[1]杜极生, 汽轮发电机的扭振测试研究[J].中国电力, 1989 (11) :6-10.
[2]Tetsuro Kakinoki, Ryuichi Yokoyama, Goro Fujita, Shaft torque observer and excitation control for turbine–generator torsional oscillation[J].2004, 68 (3) :248-257.
[3]曲大庄, 定常扭矩对柔性转子运动稳定性的影响[J].大机电技术, 1999 (1) :24-28.
[4]何衍宗, 柔性转子受简谐扭矩激励时的涡动[J].振动工程学报, 1991, 4 (3) :1-9.
[5]何衍宗, 受轴向扭矩作用时柔性转子的涡动频率及稳定性分析[J].振动与冲击, 1990, 4:1-9.
[6]孙虎儿, 杨兆建, 梁群龙, 突变扭矩激励下转子系统横振响应[J].振动、测试与诊断, 2011, 31 (5) :622-625.
[7]王飞鹏, 杨兆建, 宋高峰, 等.线性扭矩激励下单跨转子的弯振特性[J].机械设计与制造, 2013 (4) :103-106.
[8]Chinmaya Kar, A.IL Mohanty.Monitoring gear vibrations through motor current signature analysis and wavelet transform[J].Mechanical Systems and Signal Processing20 (2006) 158-187.
[9]冯峥宇.桥式起重机运行系统非平稳状态机电耦合仿真的研究[D].武汉科技大学, 2007.
[10]张业宽.轧机主传动系统冲击扭振及机电耦合振动特性研究[D].燕山大学, 2009.
[11]陈亚爱.周京华.电机与电力拖动基础及MATLAB仿真[M].北京:机械工业出版社, 2011.
特性激励机制 篇4
齿轮传动系统作为各种机器和机械设备的动力传递装置,在航空、船舶、矿山、风力发电等行业得到了广泛的应用。随着齿轮转速的提高和传递功率的增加,荷载工况越来越复杂,对齿轮传动性能也提出了更高的要求。因此,研究各种随机工况条件下齿轮系统的动力学行为具有重要意义。
长期以来,国内外学者对齿轮系统的振动特性进行了大量的理论分析和试验研究[1,2,3,4,5,6,7,8,9]。Kahranman等[1,2,3]研究了各种不同形式激励下齿轮传动系统的动态响应。Parker等[4,5]分析了时变啮合刚度、摩擦因数、轮齿弯曲、重合度和模态阻尼等参数的变化对稳定性边界的影响。陈安华等[8]用数值仿真的方法研究了重合度、支承刚度及阻尼对齿轮动态传递误差和动力稳定性的影响,并指出,不同重合度下的齿轮系统具有不同参数的共振频率和失稳区域,提高阻尼可减小共振区内的振幅和动态传递误差。以上研究均是将齿轮系统作为确定性系统进行研究的,并未考虑随机因素对齿轮系统动态特性的影响。近年来,一些学者开始将齿轮系统作为随机系统进行研究[10,11,12,13,14]。刘梦军等[11]研究了分析系统非线性随机动力特性的全局初值特性的方法,通过研究吸引胞之间的转移概率,得到了系统的最终运动形式。陈思雨等[12]研究了轮齿随机间隙对齿轮系统动力学响应的影响。卢剑伟等[13]将间隙作为随机变量,利用分岔图和最大Lyapunov指数等对齿轮副系统的动力学性态进行了分析。然而将轮齿综合传递误差作为随机变量,研究其对齿轮系统动力学行为影响的文章尚未见诸报道。
本文在建立单对齿轮系统纯扭转非线性动力学模型的基础上,将齿轮综合传递误差的波动(以下统称随机误差)和外部激励作为随机变量,利用数值仿真的方法对系统非线性动力学模型进行了求解,通过对结果的统计分析,得到了齿轮系统各响应量和动态啮合力的统计特征。
1 齿轮系统非线性动力学模型
假设齿轮系统的传动轴和支承轴承都是刚性的,忽略轮齿齿面间的滑动摩擦,建立如图1所示的一对齿轮副的动力学模型。
根据图1可得到齿轮系统的扭转振动方程:
式中,I1、I2分别为主从动齿轮的转动惯量;rb1、rb2分别为主从动齿轮的基圆半径,两基圆的内公切线即为啮合线,用虚线表示;T1、T2分别为主从动齿轮的转动力矩;θ1、θ2分别为主从动齿轮的扭转振动位移;e(t)为系统的时变综合传递误差;cm为齿轮副的啮合阻尼系数;k(t)为齿轮副的时变啮合刚度。
定义主从动齿轮沿啮合线方向上的位移分别为q1和q2,则两齿轮啮合线上的相对位移可以表示为
q=q1-q2-e(t)=rb1θ1-rb2θ2-e(t) (2)
于是,式(1)可以简化为
式中,me为齿轮副的等效质量,me=m1m2/(m1+m2);meT1/(m1rb1)为齿轮系统的输入激励;meT2/(m2rb2)为齿轮系统的输出激励;
引入量纲一化[11,13],式(3)可以表示为
式中,x为量纲一齿轮系统动态传递误差;ζ为等效阻尼系数;K(t)为啮合线方向上的等效刚度系数;Fm、Ft分别为量纲一外部激励的平均分量和随机分量;ωeT、ωeh分别为量纲一外部激励和内部激励的频率;φT、φh分别为量纲一外部激励和内部激励的初相位;e为量纲一随机综合传递误差。
单对齿轮副系统的间隙非线性函数可以表示为
式中,
2 随机激励分析
2.1 误差激励
轮齿啮合误差是由齿轮加工和安装条件的不确定性引起的,是齿轮表面实际齿廓位置对理想齿廓位置的偏移量,是位移型的动态激励。齿轮的综合传递误差与齿轮加工精度有关。在以往的齿轮系统动力学研究中,通常将齿轮综合传递误差用简谐函数进行模拟[7],用确定性的理论与方法对其动力学行为和可靠性进行分析求解。然而,由于齿轮的加工条件、装配过程及轮齿碰撞等因素的不确定性,齿轮实际齿廓曲线在理论齿廓曲线的形式上又具有明显的随机波动,如图2所示。
本文将齿轮系统的综合传递误差模拟成确定性简谐函数和随机波动之和[14]:
e(t)=em+ersin(2π ω t/T+φ)+ε(n) (7)
式中,em为齿轮啮合误差的常值;er为齿轮啮合误差的幅值;T、ω、φ分别为齿轮副啮合周期、啮合频率和初始相位角;ε(n)为标准正态白噪声。
综合传递误差确定性分量相关参数按GB/T 10095-1988齿轮6级加工精度选取;假定随机分量服从N(0,0.0052)的正态分布,则齿轮系统综合传递误差曲线如图3所示。
2.2 外部激励
在以往研究齿轮系统动态特性的文献中,作者往往是在忽略外部激励或将外部激励假设为常量的前提下,研究系统内部激励对齿轮系统动态响应的影响。但在机械系统实际的工作环境中,齿轮系统所承受的外部激励往往都是随机变化的,如风力发电机齿轮传动系统、航空发动机齿轮传动系统、海上钻井平台齿轮传动系统等。因此,将外部激励作为随机变量,研究其对齿轮系统动力学特性的影响有重要的现实意义。本文假定齿轮系统外部激励为高斯白噪声随机序列,激励样本如图4所示。
3 数值仿真
3.1 随机误差对动态响应的影响
将齿轮综合传递误差的波动量作为随机因素时,忽略外部激励随机波动的影响,仅考虑外部载荷的平均分量,同时将啮合误差表示成式(7)的形式,轮齿时变啮合刚度k(t)按傅里叶级数展开并取其前3项。齿轮系统参数如下:直齿轮齿数z1=104,z2=23;齿轮模数m=3mm;齿宽B=400mm;压力角α=20°;齿侧间隙b=0.03mm;转动惯量I1=3.852×10-4kg·m2,I2=4.227×10-2kg·m2;量纲一平均载荷Fm=0.1;等效阻尼系数ζ=0.02。
考虑随机波动量的标准离差σ分别为0、0.03、0.05三种情况,用定步长Runge-Kutta方法对式(5)进行求解,得到齿轮系统幅频响应的统计特性,如图5所示。
从图5可以看出:①在临界转速附近,系统振幅会明显增加,这与文献[6]所得结果基本一致;②随机误差会引起系统振动幅值的随机波动,且随机误差的离散程度越大,系统振动幅值波动越明显;③当转速小于0.47rad/s时,系统振动幅值变化不大,波动较为小;当转速在0.47～0.70rad/s区间时,系统振动幅值逐渐增大,波动也随之增大;当转速为0.70rad/s时,系统振幅发生向上跳跃,并在转速为0.70～1.03rad/s区间内做类似于抛物线的振动,此区间内系统振动振幅值的波动最为明显;当转速达到1.03rad/s时,振动幅值向下发生跳跃;当转速大于1.03rad/s后,系统振幅恢复到较低转速水平,波动也趋于平稳。
图6所示为齿轮系统振动位移的时域响应样本曲线。表1所示为齿轮系统振动位移的时域响应统计特征。从表1可以看出,系统振动位移均值随随机误差离散程度的增加而增大,振动位移均方差随随机误差离散程度的增加变化不大。确定了系统振动位移响应后,可求得齿轮系统动态啮合力的样本曲线,如图7所示,其统计特征如表2所示。从表2可以看出,随机误差的离散程度对齿轮系统的动态啮合力影响显著,随机误差的离散程度越大,动态啮合力的波动越明显。
3.2 随机外部激励对动态响应的影响
将系统外部激励作为随机变量时,忽略综合传递误差随机波动的影响,假设系统量纲一平均载荷Fm=0.1,随机激励服从N(0.1,σ2)的标准正态分布,考虑σ分别为0、0.03、0.05三种情况,其他参数不变,按上述方法进行求解,得到齿轮系统幅频响应的统计特性,如图8所示。
从图8可以看出,当系统转速小于0.044rad/s时,齿轮系统运动相对平稳,外部激励的离散程度对系统运动的平稳性影响不明显。当转速在0.44～0.76rad/s区间时,系统振动幅值显著减小后又增大接近原值并趋于平稳,幅值波动较为明显。当转速在0.76～1.03rad/s区间时,系统振幅发生两次跳跃,幅值波动最为明显;当转速大于1.03rad/s后,系统振动幅值恢复到较低转速水平,但系统振幅波动加剧,系统运动失稳,进入混沌运动。
对比图8和图5可得出以下结论:①综合传递误差波动随机时的系统振动幅值的变化趋势与外部激励随机时的系统振动幅值的变化趋势一致,即随着离散程度的增大,系统的不稳定性加剧;②相对于综合传递误差,外部激励随机对系统振动幅值的影响更加明显。
图9所示为齿轮系统振动位移的时域响应样本曲线。表3所示为齿轮系统振动位移的时域响应统计特征。由表3可以看出,系统振动位移均值和均方值均随外部激励离散程度的增大而增大。图10所示为外部激励随机时齿轮副间动态啮合力样本曲线,表4所示为其统计特征。从表4可以看出,外部激励的随机性对齿轮系统动态啮合力的影响比综合传递误差的随机性明显。
4 结论
(1)齿轮系统轮齿综合传递误差和外载激励的随机波动对系统振动幅值会产生一定的影响,但它们在不同转速范围内的影响程度不同。
(2)综合传递误差的随机波动会引起系统振动幅值的随机波动,综合传递误差随机波动的离散程度越大,系统振动幅值波动越大。
(3)外部激励对系统振动位移和动态啮合力的影响比综合传递误差明显;随着综合传递误差和外部激励随机波动离散程度的增加,系统的不稳定性加剧。
特性激励机制 篇5
公私合作(PPP)作为减轻基础设施、公共服务财政支出压力、适应经济发展内在要求的一项创新性制度安排,对于探索财政资金撬动社会资本进而改善公共品有效提供方式、市场机制融入行政管理进而提升国家治理能力、预算管理融入货币总量平衡进而完善宏观调控、竞争机制融入公共品供给进而激发供给效率、项目实施融入国家战略进而增强国际竞争能力等均具有重要意义。2014年以来,国务院、财政部、发改委通过《关于在公共服务领域推广政府和社会资本合作模式的指导意见》、《政府和社会资本合作项目政府采购管理办法》、《政府和社会资本合作模式操作指南》等政策文件大力推动PPP模式,形成PPP热潮。
然而,PPP的创新性、有效性作用发挥是有条件的。国内外的实践显示PPP在一些国家相对成功,而在另一些国家则相对失败;在同一国家内的一些领域相对成功,而在另一些领域则相对失败;即使是在同一国的同一领域,也是某些项目相对成功,另一些项目相对失败。由于PPP绩效的评价维度较多,许多项目从某些维度看是成功的,从另一些维度看则是失败的,因而不应笼统地予以评价[1],而应重点归纳其失败与成功的典型特征与普遍规律,以利于总结经验教训,取得重要借鉴与启示。
通过中外典型PPP项目案例分析,可以将其成功因素总结为以下几个方面:(1)合理的规划、方案设计、试点经验总结、国内外多领域专家支持;(2)较高的政府信誉与能力水平、法律政策支持、不断完善、透明的信息、良好的监管制度与监管者、利益相关者支持及政治支持;(3)招标程序规范合理、竞争与激励制度方案设计科学、专业的实力PPP项目公司参与、充分发挥社会资本方的专业能力而非仅以融资为目的;(4)注重与地方财政预算相结合、合理制定包含项目风险预算和运营费用的财政管理制度,科学利用项目相关的增值商机(如沿线开发);(5)公私各方相互信任、承诺可信、相互协作意愿强烈、信息沟通畅通、矛盾易于协调;(6)费率及期限设计合理、对不可预期风险有合理应对预案、契约具有一定的灵活性、能够适应形势变化进行适当调整。反之,不成功的项目则在以上几个方面存在不足(详见表1)。
资料来源:作者从多种中外文献收集、整理和归纳。
理论上可将以上因素归结为制度能力与交易成本两个主要方面,前者主要包括法律、市场、政府、财政、监管等宏观制度能力及公私合作项目公司治理结构、管理、融资、风控等微观制度能力;后者包括法律、市场等宏观交易成本及公私合作中各方契约、协作、交流等微观交易成本。总体而言,经济发达国家与地区制度能力相对较强,从而PPP项目实施数量较多、范围较广、成功比例较大;发展中国家尽管也通过聘请国际顾问、借鉴他国成功经验、特事特议、组织精干力量等方式,努力提高制度能力,许多项目也取得了成功,但数量、范围相对局限,成功比例相对较低。公私合作各方由于价值观冲突、利益矛盾、协作困难、沟通不畅、契约及再谈判艰难而导致的高额交易成本是许多项目失败的重要根由。特别是发展中国家,由于其制度能力较弱、经验不足,且与国际企业及国内私人企业合作时在需求预测、成本收益分析、风险控制、契约谈判与措辞等方面处于弱势,导致其宏观、微观交易成本较大,进而PPP项目风险也较大。总之,制度能力与交易成本[2]。在给定制度环境条件下,经济主体为应对一定风险而选择适宜的治理结构,并据此调整交易,最终实现效益最大化。具体到基础设施、公共服务,其由松散到紧密的全部治理机制谱系为:完全私有化———PPP模式———传统一体化模式(类似威廉姆森的市场型、混合型及等级型三种治理机制)。其中,PPP模式的治理机制谱系依次包括:服务合同———管理合同———租赁经营———特许经营———合作组建特殊目的公司SPV。PPP治理机制的选择应该与一定的制度能力条件、产业特性相匹配。一定的制度能力条件下,接近市场化的治理机制具有降低生产成本、但同时增加交易成本的功能。因此,所谓合适的治理机制不过是在两者之间进行权衡选择,根本标准在于供给成本最小化与运行绩效(经济绩效与社会绩效)最大化。对于作为一种契约形式的PPP项目,衡量产业特性的主要指标是交易成本和自然垄断性。提高制度能力、降低交易成本、选择适宜的治理机制是PPP项目成功的关键。
本研究主要从PPP项目适宜的治理机制选择这一角度出发,尝试从理论上较全面地分析制度能力、交易成本、自然垄断与PPP治理机制的关系,并探讨提升PPP制度能力的主要途径,以期为成功推进PPP提供必要的理论参考。
二、交易成本与公私合作治理机制
(一)公私合作与交易成本
交易成本最初由科斯提出,认为它是企业与市场边界的决定因素。此后,阿罗将交易成本定义为“利用经济系统的成本”。张五常进一步认为交易成本是包括信息成本、谈判成本、契约成本、产权成本、监管成本及制度变革成本等在内的制度成本,即“一切不直接发生在物质生产过程中的成本”。詹森、麦克林和哈特在委托代理分析中将交易成本看做是“代理人的保证费用、委托人的监督费用以及由于代理人与委托人决策偏差而导致后者的福利损失”。交易成本理论集大成者威廉姆森则特别强调了经济契约的交易成本[3]。
公私合作作为提供公共服务和基础设施的一种重要组织和制度创新,具有创新管理方式、提高生产效率、降低交易成本、转移与合理分配风险、缩减政府债务等多重功能,但同时也存在服务质量控制难度加大及公共品供给中断等运营风险,并且公私合作各方也可能由于价值观等差异而产生高额交易成本。一般而言,宏、微观制度能力越强,PPP的宏、微观交易成本越低。而PPP的微观交易成本还受到PPP项目微观性质的影响,具体而言,主要受PPP项目技术协调性、质量可测性、沉淀成本性及契约难度的影响。
(二)项目性质对交易成本的影响
1. 技术协调性的影响
公共品所包含的种类较多,既包括道路桥梁、水电气管线、电讯铁路等基础设施,也包括科教文卫、社会救助、社区服务等公共服务,有的由具有自然垄断性的网络型产业提供,有的则由一般竞争性产业提供。不同的产业经济属性导致政企之间、各生产服务环节之间的协调性(Harmony)存在较大差异,因而对公私合作中交易成本和生产成本的影响也出现较大差异。
图1显示了基于协调难度的政府传统一体化供给与PPP方式对于交易成本和生产成本的影响。其中,△M=G(H)-M(H),G(H)为政府传统供给的管理成本,M(H)为PPP方式中公私之间的交易成本;△C=G(C)-M(C),G(C)为政府传统供给的生产成本,M(C)为PPP供给的生产成本。不难理解,在协调难度较低的产业,政府传统供给(包括国企)的官僚制成本较大,而PPP供给的交易成本较小,私人供给内部管理成本也较低,因而△M为正值。随着协调难度的加大(如在水电气管线等网络型产业),PPP供给公私之间的交易成本变大,△M变为负值(协调难度大于H1之后)。生产成本方面,PPP提高生产效率是其得以推行的重要缘由,因而△C总为正值,只不过随着协调难度的加大,两种供给方式的生产成本差异在缩小。如果从两种供给方式的管理(或交易)成本与生产成本总和比较看,其值为△C+△M。在协调难度小于H2的产业,PPP方式总成本较小,应该采取该方式提高经济效率,反之,则应该采取政府传统一体化供给方式。
2. 质量可测性的影响
公共品提供中往往涉及产品或服务质量的可测性问题:政府传统供给之外的PPP或私有化方式由公共部门通过特许契约或政府规制方式来规定质量标准并进行质量测量。如果质量可测性较低,则产品或服务提供方可能进行机会主义行为以最大化自身利润,而公共部门或规制机构由于测量难或准确测量的成本巨大而无法保证质量。当质量可测性低到一定程度时,为了保证必要的质量要求(如对于某些公共安全、卫生服务),应通过组织公私一体化特殊目的公司(SPV)来降低双方的质量信息不对称程度。在交易成本太大的情况下,则应由政府传统供给来保证供给质量。美国国际市/郡管理协会(ICMA)对地方公共品供给的调查表明,可测性低的外包服务被收回公共部门的比例更大[4],间接印证了以上论述。
3. 成本沉淀性的影响
沉淀成本是指当一家厂商脱离某个行业时所不能够收回的成本[5]。产生沉淀成本的原因包括专用性资产投资(专用地点、专用实物资产、专用人力资产以及特定用途的资产)、固定资产用途更改有限及旧车市场效应、有限理性使投资决策难以完全理性。公私合作由于基础设施建设、合同外包等专用性资产投资、固定资产转售难、隐形关系投资难以实现、投资失误等原因也会产生沉淀成本。特别是当PPP项目转售之时,信息不对称、资产评估难使得其价值往往被低估,再加上广泛存在的买方故意要挟(holdup)的机会主义行为,资产价值难以实现。这样,一方面,公共部门可能借助项目的成本沉淀性对社会资本敲竹杠,扩大自身在价格、费用等谈判中的优势;另一方面,许多生活类公共服务往往难以停止供给,供给方可能借助沉淀成本优势对政府进行要挟,增加政府与其谈判的交易成本,实现自身利益目的。
PPP项目成本沉淀性增加交易成本进而相互要挟的根源在于公私各方间契约的不完全性。由于不确定性、缔约成本等原因,契约难以完全,从而会导致事后机会主义行为。特别是在专用性资产投资下,交易各方间产生一种锁定效应,长期契约关系发生了所谓的“根本性转变”,事前竞争被事后垄断所替代,产生敲竹杠等机会主义行为。
4. 契约难度的影响
PPP属于一种契约关系,而这种契约是不完全的:(1)由于契约双方不可能完全预测未来所有可能出现的情况,因而不可能书写一份完全契约;(2)即使有些情况可以写入契约,但如果花费的成本太大,也没必要囊括其中;(3)由于语言的含意常常取决于语境,在契约双方冲突时各有解释,难分对错;再加之契约中的相关变量可能是可观察的,但却并非都可证实,这对于第三方而言可能难以辨别,从而给契约方进行机会主义行为留下漏洞。
摩尔分析了业务外包与契约难度的关系,认为当能够签订有关产品性质的详细契约时,业务外包是一种有效率的选择,而当难以签订详细的契约,并且买方有关产品的价值评价对产品性质的细节十分敏感时,最优选择是在内部生产[6]。这一分析也适用于PPP治理机制的选择:随着契约难度由易到难,相应的PPP治理机制也由接近市场型向接近传统一体化模式转变。
综上,一般而言,质量可测性越低、成本沉淀性越高的项目,契约难度也越大。如图2所示,在成本沉淀性较低、可测性较高的领域,可通过近市场方式实现完全竞争或垄断竞争,实现激励效率。而当质量可测性低到一定程度时,即使成本沉淀性较低可以实施一定的竞争,但为了保证必要的质量要求(如对于某些公共安全、卫生服务),应通过公私一体化来降低双方的质量信息不对称程度;或者,当成本沉淀性太高时,即使可测性较高,由于要挟(holdup)问题的存在,特别是当双方交易成本比较大时,也应通过公私一体化治理来降低不确定性,通过长期契约、合理回报率、进入退出规制等在生产效率与公共品质量之间进行权衡选择。中间形态的情形则可借助第三方仲裁机构,通过三方治理模式来实现产业绩效。
三、制度能力与公私合作治理机制
如前所述,制度能力包括宏、微观两个方面。宏观制度能力即国家制度能力,指国家制定、实施和推动制度变迁的能力,体现为三个方面:国家根据自身目标偏好,形成有效规则、政策的能力;国家推行政策、规则,影响微观主体行为和宏观经济绩效的能力;国家适应环境变化,推动制度变迁,使之契合经济发展条件的能力[7]。微观制度能力是各经济主体内部制度质量在具体实践中的体现,而制度质量由效率性、自由性、民主与全体一致性、交易成本最小化程度4个要素构成[8],一般可通过法治指数、经济自由度指数、企业经营环境指数、产权和契约保护水平指数、政府治理水平指数、腐败指数、国家风险指数、政治自由度指数等正式制度指数,以及社会信任指数等非正式制度指数来衡量[9]。
PPP作为一项公私合作契约安排,对于法治环境、经济自由度、政府治理能力、国家风险等制度质量有一定要求,制度能力是其成功与否的重要决定因素。具体到影响公私合作治理机制选择的因素,起作用的主要还是政府和市场两方面的能力水平,分别可以用政府治理能力和市场完备程度两项指标来进行衡量。当制度能力很低时,法治环境、经济自由度、政府治理能力等制度条件很不完善,公私双方基于契约的基础设施和公共服务供给交易成本太大、风险太高,只能通过传统一体化方式,由政府或国有企业来进行供给。随着制度能力逐渐增强,可以逐步选择SPV、特许经营等紧密型PPP模式,以及租赁经营、管理合同、服务合同等松散型PPP模式;在制度能力达到很强程度的情况下,可以在某些适宜的行业实行完全私有化,以充分发挥市场化的效率激励作用(见图3)。
四、制度能力、交易成本、自然垄断三维特性与公私合作治理机制的匹配
由于PPP模式主要应用于基础设施和公共服务领域,其中相当部分属于垄断行业,一些项目还具有自然垄断性质(垄断行业中包括自然垄断性业务与竞争性业务,前者如电信网络、输电网络,后者如电信增值服务、发电与配电业务),因而选择治理机制时不仅要考虑制度能力和交易成本,还应考虑自然垄断性。一般而言,一定的制度能力与交易成本条件下,PPP项目的自然垄断性越强,产品的可竞争性越低,越应采取接近一体化的治理机制。
如图4所示,对于制度能力很高、交易成本很低、自然垄断性很低的PPP项目(A区域),宜采取接近市场化的治理机制;反之,对于制度能力很低、交易成本很高、自然垄断性很高的PPP项目(图中弧面之外的区域),则宜采取接近一体化的治理机制。除上述两种极端情形,还存在三种“高低”搭配型的PPP项目情形:制度能力低、自然垄断性高、交易成本低的项目(B区域);制度能力高、自然垄断性高、交易成本高的项目(C区域);制度能力低、自然垄断性低、交易成本高的项目(D区域)。对这三种“高低”搭配型PPP项目,应根据项目实际,采取服务合同、管理合同、租赁经营、特许经营、合作组建特殊目的公司SPV等中间型治理机制。
尽管适宜的治理机制能够实现一定制度能力与产业特性条件下的绩效最大化,但这只是一种约束条件下的次优选择。例如,在制度能力较低的情况下,选择接近一体化的治理机制是一种适宜的匹配结果,但却失去了市场化治理机制降低成本的激励作用,因而是一种不得已而为之的选择。
五、提升公私合作制度能力的途径
PPP作为一种受政治、法律、行政、市场、社会、大众等多种因素制约并影响的基础设施与公共服务提供机制,基于其特殊的经济属性和社会影响,必要的制度能力保障尤为重要,特别是法律体系、经济社会环境、管制体制、市场发展等具体制度条件[10]。提升制度能力,不但可以降低宏、微观交易成本,而且可以通过匹配市场化的治理机制,发挥市场决定性作用,产生降低生产成本的激励功能,提升PPP运行绩效。PPP成功实施的制度能力主要包括两方面相辅相成的内容:一是制度应具有内在激励功能,可以持久地形成提高公共品生产数量和质量的动力;二是制度应具有内在的节约交易成本的作用,特别是在外部性普遍存在的现代经济中,降低整个社会的交易成本具有特别的意义[11]。
(一)健全公私合作法律体系
目前招标投标法、市政公用事业特许经营管理办法等PPP应用法律主要适用于招投标或特许经营项目,不能涵盖PPP实践的丰富内容。为推动PPP进一步发展,2015年国务院通过了《基础设施和公用事业特许经营管理办法》,但该管理办法的具体实施存在与现有投资、土地、财税等其他法规相冲突的情况,真正落地尚需要相关配套法规和实施细则支持。而且,管理办法只是一个应急法案,下步尚需出台《基础设施和公用事业特许经营管理法》来推动实施。另外,为防范政府借助私法逃避其应承担的公法义务以及私人企业损害公共利益,公私合作契约要接受公法规制。政府应保留一定的公权力,承担保障与补充责任,依法对私人部门进行公法规制,以确保社会与公众利益[12]。
(二)完善公私合作规制体制
首先,针对某些PPP项目沉淀成本太大可能导致的政府对私人投资“要挟”、随意强制征用,以及由于市政公用事业服务不可中断性而导致私人方反过来“要挟”政府、恶意再谈判等行为,需要借助公法与公共规制机构,对各方行为进行清晰约定与规制。对于自然垄断性导致的不可竞争性沉淀成本,需要通过进入规制、数量规制避免造成巨大沉淀成本浪费,同时通过价格规制、质量规制等激励在位企业提升内在效率。其次,针对某些PPP项目交易成本太大可能导致成本、质量等信息获取困难进而影响规制效果等情形,需要加强对相关企业的信息披露规制,并采取加大规制介入频率、扩大日常交往等措施,降低双方的信息不对称程度;加强规制机构与企业之间的信任来降低规制的交易成本,加强公众与公私合作企业的信任来降低公众对PPP项目的抵制;消减PPP企业中公私组织文化冲突,通过发展一种有效方法建立共同的目标,塑造基于相互信任、理解和信守承诺的共同文化[13],降低公私之间的交易成本。最后,针对某些PPP项目自然垄断性强导致的可竞争性缺乏问题,应主要通过特许投标、区际竞争等方式增强竞争性,通过网络性部分与可竞争性部分的纵向分离,放松对自然垄断产业非垄断性环节的规制,强化竞争性,并通过价格、质量、环境规制方式提高效率,促进分配公平。
(三)完善公私合作市场机制
首先是发挥市场的价格机制功能,主要是通过基于公共品价格决定的PPP项目收入与跨期资本价格预期等成本收益分析,实现项目资金的最佳价值(FVM),从而解决我国目前基础设施和公共服务资金紧缺、但同时大量富裕民间资金亟待出路的矛盾。其次,发挥市场的竞争机制功能,促进各个市场主体的公平竞争,通过优胜劣汰实现资源的最佳配置。再次,发挥市场的激励机制功能,通过良好的契约设计实现对参与方的激励功能,促进内在效率。最后,发挥市场的信息机制功能,努力通过打破行政垄断、规范经济垄断、规制自然垄断,促进公平竞争,通过竞争间接揭示企业成本、质量、服务等信息,降低市场主体之间的信息不对称程度,降低信息成本,促进市场效率。
(四)提升政府治理能力
特性激励机制 篇6
关键词：风力发电机,行星齿轮传动,动力学特性,变载荷,啮合相位
0 引言
风力发电机常年经受随机风速的作用,工作在变工况变载荷条件下。齿轮箱是发电机组的重要部件,受到的外部载荷频繁变化,致使按常规设计方法设计的零部件过早损坏,无法满足风电设备的高可靠性要求。因此,研究风力发电机齿轮传动系统在变载荷作用下的动态特性,对提高风电传动系统的可靠性具有重要的现实意义。
风电传动系统多采用行星齿轮传动实现大传动比和轻量化的要求。近20年来,国内外学者对行星齿轮系统动力学进行了大量的研究,取得了一些有价值的成果[1,2,3,4,5]。这些研究主要考虑了齿轮系统的内部激励因素,如时变啮合刚度、齿侧间隙、啮合误差等对系统动态特性的影响,没有考虑外部激励的影响。近年来,一些学者针对风力发电齿轮传动系统的动力学问题进行了研究。朱才朝等[6]在同时考虑时变啮合刚度、齿侧间隙和制造误差的条件下建立了风力发电齿轮箱的非线性动力学模型,分析了系统的动态特性;王旭东等[7]建立了风力发电齿轮箱的有限元动力学分析模型,分析了齿轮系统在刚度激励和误差激励作用下的动态响应及振动噪声;Peeters等[8]和Heege等[9]利用仿真软件建立了风力发电机的多体动力学模型,对风电齿轮传动系统的运行载荷进行了仿真计算。上述研究仍未考虑风速变化引起的外部激励对系统动态特性的作用。文献[10-11]在建立风电齿轮传动系统的动力学模型时除考虑刚度激励和误差激励等内部激励外,在假定风速按正弦规律变化时引起的外部激励的条件下研究了风电齿轮传动系统的动态特性。由于自然界风场的风速具有随机性,故必须通过对风场风速的正确模拟才能获得由风速变化引起的传动系统输入端的载荷激励。同时,变速恒频发电机的变速运行使发电机发电时的电磁转矩具有时变性,也会引起传动系统输出端的载荷激励。因此在进行风力发电机传动系统动态特性研究时,这两方面的外部激励应同时考虑。此外,除啮合刚度和误差等激励外,传动系统中轴承刚度和行星齿轮的啮合相位对传动系统动态特性的影响也是不应忽视的。
本文在同时考虑风速变化和发电机电磁转矩变化引起的外部载荷激励,齿轮时变啮合刚度、轴承时变刚度以及行星齿轮啮合相位等引起的内部激励的条件下,建立了某兆瓦级半直驱风力发电机行星齿轮传动系统的动力学模型,求得了系统的动态响应,并分析了上述激励因素对系统结构频率和响应特性的影响规律。
1 行星齿轮系统动力学模型及方程
大型风电齿轮系统多采用行星齿轮传动,图1所示为某半直驱风电行星齿轮传动系统,行星架输入,太阳轮输出,内齿圈固定。
如图2所示,为便于建模分析,建立三个坐标系:惯性坐标系为OXY,随动坐标系Oxiyi与行星架固连,Oxi轴通过行星轮的理论中心Oi,坐标系Oiηiξi与行星架固连。设行星轮沿圆周均布,将齿轮之间的啮合刚度模拟为变刚度弹簧,并考虑滚动轴承的时变支撑刚度,忽略系统阻尼,用集中质量法建立图2所示的行星齿轮系统平移-扭转动力学模型。
设系统的广义坐标为
式中,下标c、r、s、pi(i=1,2,…,n)分别代表行星架、内齿圈、太阳轮和第i个行星轮;x*、y*(*=c,r,s)分别为各构件质心在惯性系两坐标轴上的线位移;w*(*=c,r,s)为各构件的转角在圆周切向上的等效线位移;ηpi、ξpi分别为行星轮i在动坐标系两坐标轴上的线位移。
则在惯性系中,行星轮相对于太阳轮及内齿圈的位移在啮合线上产生的弹性变形为
式中,ψi为第i个行星轮的位置角。
行星架及太阳轮相对于内齿圈的位移在两个坐标轴上的投影为
在行星架随动坐标系Oxiyi中,行星轮相对于行星架的位移在两个坐标轴上产生的弹性变形为
对行星齿轮系统各个构件进行受力分析,应用拉格朗日方程可导出系统的振动微分方程为
式中,m*、J*(*=c,r,s,pi)分别为构件的质量和转动惯量;Tc、Ts分别为驱动转矩和负载转矩;k*(*=c,r,s,p)为各构件的支撑刚度;kpsi、kpri分别为第i个行星轮与太阳轮和内齿圈的啮合刚度;krt为内齿圈的周向支承刚度;ω为行星架的角速度。
改写式(5)为矩阵形式:
式中,M、G、Kω、Kb、Kg分别为质量矩阵、陀螺力矩阵、陀螺力附加刚度矩阵、支撑轴承刚度矩阵和齿轮啮合刚度矩阵;F为激励力。
2 系统的内外部激励
2.1 外部激励
风速的随机变化导致风力发电行星齿轮系统的输入转矩具有随机性,变速恒频发电机的变速运行致使电磁转矩具有时变性,这两方面的因素导致风电行星齿轮系统承受输入和输出外部载荷激励。
(1)随机风速模拟及风力机气动转矩。研究表明,采用谱估计方法模拟的风速样本能够较好地反映风速随机过程的特征,本文根据谱估计理论采用ARMA(自回归滑动平均)方法[12]实现随机风速的模拟,即
式中,V(k)为模拟风速序列;v(k)为零均值白噪声;αi、βj分别为自回归系数和滑动平均系数;p、q分别为自回归阶数和滑动平均阶数。
风力机气动转矩的计算采用片条理论及其修正方法,其结果表示为
式中,ρ为空气密度;B为叶片数;W、γ分别为叶素平面内的入流风速和入流角;C、Cx、Cy分别为半径r处翼型截面的弦长、升力和阻力系数。
(2)电磁转矩。根据发电机的d-q双轴电磁模型,忽略定子电阻,并设定子电压[Us,0],电流[Is,0],则电机的电磁动力学方程为
式中,下标s和r分别表示定子侧和转子侧的物理量;下标d、q分别表示直轴和交轴分量;D表示微分算子d/dt;u*、i*(*=sd,sq,rd,rq)分别为电压和电流;R*、L*(*=s,r)分别为电阻和绕组电抗;M为绕组间的互感系数;ω为定子电角频率;ωs为转子励磁电角频率。
则电磁转矩为
式中,p′为电机极对数。
2.2 内部激励
内部激励主要考虑齿轮的时变啮合刚度、啮合相位和轴承刚度激励。
(1)啮合刚度激励。齿轮时变啮合刚度的变化规律可近似为矩形方波的周期变化。当齿轮系统作变速运动时,啮合刚度的周期也具有时变性,不宜再采用时域描述方法,但注意到每个变化周期内齿对的啮合点在啮合线上移动一个基节,则变转速运动下的时变啮合刚度可采用几何方法描述,即
式中,pb为基节;km*、ke*(*=si,ri)分别为第i个行星轮与太阳轮或内齿圈的平均啮合刚度和变刚度的幅值系数;l*(*=si,ri)为第i个行星轮与太阳轮或内齿圈啮合刚度的相位系数,在0~1间取值;φ为啮合线上的线位移,且φ=rp(icp-1)ψc;ψc为行星架的转角。
(2)啮合刚度的相位关系。由于行星轮沿圆周均匀分布,各个啮合齿对啮合处的啮合相位均不相同。Kahraman[1]的研究表明,啮合相位对行星轮系的动态特性有着重要影响,若设ls1=0,则
式中,zs、zr、zp分别为太阳轮、内齿圈和行星轮的齿数;符号‖*‖表示对*取余数。
(3)轴承刚度激励。Lim等[13]根据滚动轴承的几何参数和Hertzian接触理论研究了滚动轴承的刚度。将滚动轴承的非线性接触力写为矩阵形式:
则滚动轴承的接触刚度可定义为
式中,z为轴承滚子的个数;kz为赫兹接触刚度;xb、yb分别为轴承内圈相对于外圈的位移;φbj为第j个滚动体的方位角;δbj为第j个滚子的接触变形;H(*)为Heaviside函数。
3 实例与分析
实例计算以某1.2MW半直驱风力发电机组为对象。风力机额定风速为12m/s,转速范围为13~25r/min。行星轮系的行星轮个数为3。太阳轮、行星轮和内齿圈的模数为11,齿数分别为22、41和104,质量分别为538、157和5236kg,转动惯量分别为18.7、5和1459kg·m2;行星架的质量和转动惯量分别为2125kg和147kg·m2。
为获得行星齿轮系统的外部载荷,将模拟的随机风速作用于风力机,计算风力机气动转矩(即行星齿轮系统的驱动转矩),并根据发电机运行控制方法对风电机组的运行进行仿真[14],得到行星齿轮系统输出端的负载转矩(即发电机的电磁转矩)。驱动转矩Tc及负载转矩Ts如图3a所示。对系统进行受力分析,得到行星架受到的外部合力矩,如图3b所示。
3.1 系统的动态响应
以图3所示的驱动转矩和负载转矩作为齿轮系统的外部激励,采用Runge-Kutta数值积分方法求解系统的响应。图4a、图4b分别表示行星齿轮系统中心构件的扭振位移响应曲线和行星轮振动位移的响应曲线。分析系统的振动位移响应曲线可知:(1)系统各构件的扭转振动和行星轮的y1向振动与图3b描述的外部合力矩有相似的变化趋势,其中行星架和太阳轮的这种变化趋势最为显著;(2)风电行星齿轮机构属低速重载运行的齿轮系统,在载荷的作用下,系统各构件的振动幅值较大,达到了0.1mm数量级。
3.2 系统刚度的时变规律
齿轮传动的啮合刚度随啮合重合度的变化而变化。对于行星齿轮传动,由于行星轮系的2n个啮合位置之间存在啮合相位差,传动系统的啮合刚度受啮合相位差的影响而导致啮合刚度的周期性改变。本文算例中内外啮合的重合度分别为1.55和1.82;太阳轮与行星轮3个啮合位置之间的相位差和内齿圈与行星轮3个啮合位置之间的相位差均为π/3,每个行星轮上内外啮合之间的相位差为0。6个啮合位置的啮合刚度时程曲线如图5a所示。由图可知,当考虑行星齿轮系统的啮合相位时,系统的啮合刚度在一个啮合周期T内变化了9次,从而使啮合周期T成为系统啮合刚度时变的倍周期。图5b分别表示行星架轴承在X方向支承刚度的时域图和频谱图。由图可知,轴承刚度的时变规律显示出非线性特征,但可以提取出几个明显的高频变化频率。与后面表2中的频率对比,这些频率与表中的某阶频率或其倍频有对应关系。系统中其他支承轴承的刚度有类似的时变特征。
3.3 系统的结构频率
对于刚度矩阵为常数的系统,其结构频率是确定的,通常称为自由振动的固有频率,而对于刚度矩阵时变的系统,其结构频率随刚度变化而变化,同样具有时变性,但具有一定的分布区间。图6所示为算例行星齿轮系统在时变轴承刚度和时变啮合刚度激励下的1、2、3、4、6、7、8、10和11阶结构频率随时间的变化情况。表2为各阶结构频率的平均值和标准差。
由图6及表2可知:(1)行星齿轮系统的结构频率最大值小于3000Hz,说明系统的结构频率较低,其原因在于风电行星齿轮系统各个构件的质量较大,从而使系统的结构频率偏低;(2)随着各阶结构频率阶次的增加,结构频率的标准差有逐渐增大的趋势,说明结构频率的阶次越高,其分布区间越大,如3阶频率分布在323~374Hz之间,而11阶频率分布在1072~1408Hz之间;(3)算例的前8阶结构频率具有矩形波变化的特征,而8阶以上结构频率的变化规律较为复杂。进一步分析得知,前8阶结构频率的波形特征主要受啮合刚度矩形波变化的影响,而8阶以上结构频率的波形特征主要受非线性轴承刚度的影响。
为了进一步分析行星轮啮合相位角和轴承刚度对系统响应的影响规律,取系统啮合频率为34.7Hz(行星架转速20r/min),计算系统在考虑啮合相位角和时变轴承刚度以及不考虑啮合相位角两种情况下的结构频率及其在分布区间内变化的标准差,结果如图7所示。
结果表明:(1)当不考虑行星轮啮合相位作用时,系统的结构频率中有6对结构频率均值相等(特征方程有6对重根),分别是3阶和4阶、6阶和7阶、8阶和9阶、11阶和12阶、14阶和15阶、16阶和17阶结构频率。考虑行星轮啮合相位作用时,系统具有18个不同的结构频率均值。(2)考虑行星轮啮合相位作用时,各阶频率的均值明显减小,减小幅度最大的是1阶频率,由199Hz降到88Hz,减小了55.8%,减小幅度最小的是18阶频,由2908Hz降到2695Hz,减小了7.3%。
上述结果说明,行星轮啮合相位的作用增加了系统的结构频率数,使系统的动态行为更加复杂;同时,使系统结构频率发生较大幅度的降低,增加了转频、啮合频率或其倍频与结构频率相重合而产生共振的可能性。因此,在风电行星齿轮系统的动态优化设计或拟定风力机运行的转速范围时,应当充分考虑行星轮啮合相位对系统动态特性的影响。
3.4 系统的响应频率
图8所示为系统在外部变载荷激励和时变啮合刚度、时变轴承刚度以及行星轮啮合相位引起的内部激励同时作用下,行星齿轮系统的响应频率。由图可知:(1)在外部变载荷激励下,各个构件的扭振和行星轮在yi方向振动的响应频率具有明显的低频成分,其最大值在10Hz附近;(2)中心构件的响应频率较为清晰,其中70Hz和92Hz分别与啮合频率34.7Hz的2倍频和齿轮刚度的3次谐波频率相对应;(3)与中心构件的响应频率相区别,行星轮的振动出现了两个较低的响应频率30.5Hz和61Hz,分别与齿轮啮合刚度的1阶和2阶谐波频率相对应;(4)行星轮振动的某些响应频率两侧较为密集地出现了其他频率成分,呈现出一定的非线性性质。例如图示的527Hz两侧,密集地分布有475Hz、496Hz、506Hz、538Hz、567Hz、588Hz等频率。进一步分析可知,产生这种现象的主要原因是受到轴承支承刚度非线性变化的影响。
4 结论
(1)在低频变化的外部载荷激励下,系统的响应频率中的低频成分明显,各构件的扭转振动位移与系统所受合力矩有相同的变化趋势。
(2)行星轮啮合相位因素使系统结构频率数增加,并使系统频率有较大幅度的降低,从而提高了系统产生共振的可能性,因此,风电行星齿轮系统动态优化设计应考虑行星轮啮合相位的影响。
(3)时变轴承刚度具有非线性特性,对高阶结构频率的波动性质产生影响,并使行星轮的振动在某些频率段内出现多个密集分布的响应频率,增加了系统动态行为的复杂性。
特性激励机制 篇7
一、高校突发事件的特性
高校突发事件是社会公共事件的组成部分, 高校的特殊性, 决定了它不仅有公共事件的突然性、危害性、公共性、延伸性、潜在性等特点, 还有自己的特性, 集中表现为以下四点:
1. 主体的活跃性。
高校突发事件不同于社会公共突发事件的一个显著特征, 就是高校突发事件的参与主体是青年学生群体, 他们思维活跃, 有知识、有理想, 接受新事物的能力强, 且比较关注国家与社会发展;他们具有较强的正义感、同情心, 爱打抱不平, 富有激情, 情绪波动大, 热衷于表达意愿。在突发事件发生时, 他们常常会积极参与, 迅速行动, 扩大突发事件的影响力, 特别是当涉及自身利益受损, 或某一事件处置不当时, 他们会骤然集聚起来, 将单一突发事件迅速升级为群体性突发事件。
2. 诱因的多样性。
俗话说, 无风不起浪, 事出必有因。一件事情不会无缘无故发生, 它的突然爆发, 必然有其潜在的诱发因素。高校的突发事件亦是如此, 诱发因素多种多样, 可能是涉及国家主权、民主尊严等这样的大事情, 也可能是学生个体利益受到伤害, 而聚集起来表达诉求上升为群体突发事件, 如饮食问题、收费问题、宿舍管理问题等。可以这么说, 凡是能引起学生广泛关注的, 与他们切身利益相关的事件或热点问题, 一旦引导或处置不当, 都有可能成为高校突发事件的诱因。
3. 扩散的迅捷性。
网络信息技术的快速发展, 使各类信息得以迅速传播。学生与外界联系广泛, 热衷于网络新媒体、新技术的使用, 利用网络论坛、QQ、微博、微信、飞信等现代信息沟通方式, 可以极其便捷地将相关信息公之于众。一旦涉及高校突发事件的信息, 更容易与某些外在因素产生互动, 成为公众热点, 产生突发事件的“放大”或“辐射”的“涟漪效应”, 得以迅速蔓延与扩散。人们越是关注某一目标或行为, 越容易受到影响;在人群集聚的地方, 人们相互影响和感染的可能性越大, 参与者便可能越多[2]。在从众心理的支配下, 越来越多的学生就会参与其中, 一旦产生共鸣, 则容易出现跨校、跨省甚至全国范围的学生联动, 引起社会反响, 进而波及社会。
4. 处置的复杂性。
高校的突发事件往往很容易涉及高校内外公众多个层次, 本身处置工作的头绪就比较复杂, 加之一些师生要求的合理性又同反映形式的违法性交织在一起, 进一步增加了解决矛盾的复杂性。同时, 高校参与应急处置单位的数量、管辖范围和专业特点, 决定了应急指挥的复杂程度, 在实际的应急处置行动中, 参与的单位很多, 一旦协同出现问题, 既不能高效地完成总体任务, 也难以有效地完成各自承担的局部任务。此外, 高校的突发事件也极易被社会上别有用心者和闲杂人员所利用, 学生主体在心理和行为上往往表现得非常敏感, 容易卷进关注与参与的旋涡, 呈现过激状态。
二、高校应对突发事件的现实困境
高校的稳定事关整个社会的稳定, 历观近二十年来的所有大的不稳定事件, 都有高校的参与或与高校有较密切的关联[3]。由此可见, 高校能否平稳有效地处置突发事件显得尤为重要。尽管高校非常重视并积极应对突发事件的处置, 然而在实际的处置过程中, 依然存在着一些因素, 制约着高校应急处置工作的顺利开展。
1. 领导高度重视与师生意识淡薄的反差。
在过去的很长时间里, 高校在理念上一般把突发事件的处理主要看成是学校安全保卫这类部门的职责。目前, 高校在认识上已经树立起“校园应急管理”意识, 高度重视对突发事件的应急处置工作, 建立健全相应的组织机构, 明确相关部门职能职责, 强化制度建设, 制定应急处置预案, 力求建立起一个学校内外多元主体协同处置的互动网络。然而, 作为高校的主体部分, 高校师生员工对突发事件的危机意识是淡薄的:一方面, 因为安全宣传教育不够到位, 高校师生都不同程度缺少必要的躲避灾害、自救互救的常识, 对突发事件带来的危害缺乏足够重视;另一方面, 也因为缺少应对突发事件的模拟演练, 高校师生员工没有掌握基本的自救互救技能, 一旦发生突发事件, 不知所措。有调查显示, 学生对“犯罪危机”的警惕性最高, 但在面对地震、火灾、疫情等其他灾害上, 自救逃生的知识却十分苍白。
2. 临时管理体系与部门协同处置的尴尬。
目前, 在高校内设机构中, 并没有专门的应急处置突发事件的综合性管理部门, 而是在应对突发事件的时候, 临时组建应急管理组织机构, 决策主要由相应的行政领导做出。一旦突发事件发生, 对临时管理机构的协同处置要求非常高, 稍有不慎, 就会影响处置突发事件的时效。尽管高校在应对突发事件时也积累了一定的应急管理经验与方法, 但通过由各部门临时组建的管理体系来应急处置, 仅仅是依靠临时受命来协调各方关系, 开展共同的行动, 既难于统筹又缺乏效率。或许, 只有依赖相对稳定的应对机制和权责明确的制度体系, 才能让参与应急处置的部门各司其职, 各负其责。然而, 高校内部的制度体系比较复杂, 尤其是高校加强制度化建设以来, 制度之间的差异和不协调的现象时有出现[4]。高校要想保证和谐稳定的发展, 避免临时管理体系与部门协同处置的尴尬, 高校内部制度体系的协同是首当其冲的。
3. 信息网络泛化与新媒体应对的无奈。
网络信息时代的来临, 学生得以便捷地获取各种有益信息知识, 同时也让一些有害的信息迅速渗透并传播, 特别是一些暴力、色情、拜金主义、享乐主义等消极内容, 给学生的思想意识带来极大的冲击, 直接影响着他们的身心健康。此外, 新媒体的不断出现, 如QQ、微博、微信、飞信等, 具备形式多样、受众广泛、互动性强、信息量大等特点, 突破传统媒体的制约, 传播不再受地域、时间与空间的限制, 构筑了一个更为方便快捷的信息传输网络。当突发事件发生时, 新媒体在迅速传播信息的同时, 也导致突发事件的风险放大, 进而产生更大的影响, 从这个意义上讲, 新媒体成为风险放大的助推器。在信息网络泛化与新媒体的交替作用下, 一些负面信息很难被及时地发现、封堵与清除, 容易转变为网络热点问题, 造成一些不明真相的学生在网络上转发炒作、串联, 会导致群体突发事件的发生。
三、高校突发事件处置的应对机制
针对上述特点与困境, 高校要从源头上有效预防突发事件的发生或将其危害和影响降至最低, 首先是要科学制定突发事件的应急处置预案, 其次要重点抓好应对突发事件的过程控制, 从事前、事中、事后等三个阶段建立相契合的应对机制。
1. 科学制定突发事件的应急处置预案。
制定应急处置预案是有效预防和妥善处置重大突发事件, 维护保障高校稳定的重要基础, 要注重突出以下三点:一是突出系统性, 要纵向到底、横向到边。既要按垂直管理的要求, 从学校顶层到基层, 层层制定应急预案, 又要按种类的要求制定专项预案与部门预案。要形成体系, 各预案之间要做到互相衔接, 逐级细化, 越是层级低的预案, 操作要求就要越明确、越具体、越量化。二是突出重点性, 要统筹推进、逐级负责。针对制定应急处置预案难在基层的情况, 必须要下大力气抓紧抓好, 根据分层、分级、分部门负责的要求, 集中精力, 抓好应急处置预案的制定、修订工作, 特别是要抓好重点部门、重点部位的应急预案。三是突出实效性, 要便于操作, 科学管用。衡量一个应急预案的质量不在于文字的多少, 而在于是否实用, 是否管用, 切忌纸上谈兵。要按照高校突发事件的发生和发展规律, 制定出符合实际、反映规律、可操作、出实效的应急处置预案。
2. 事前阶段———预警预防与安全教育机制。
防患未然, 是高校危机管理的关键所在, 对可能发生的事件进行早发现、早报告、早控制、早处置, 可以有效避免一些事件的发生或最大限度地降低事件带来的危害。在事前阶段, 要重点建立两个应对机制:一是预警预防机制。结合高校工作实际, 建立内部信息、舆情监控网络, 及时了解和掌握师生的思想动态, 密切注视和分析当前可能引起突发性事件的预兆、导火线和引燃点, 并定期进行研判分析, 及时解决师生员工关注的、涉及其切身利益的重大问题和突出问题, 从源头上控制、预防和减少突发性事件的发生。同时, 不断提高统筹协调、组织应对的本领, 牢牢掌握维护学校稳定主动权, 以一种安全预警和快速反应的机制使有关人员在第一时间赶赴出事地点妥善开展工作, 最大限度地抑制突发事件的蔓延。二是安全教育机制。形成融危机意识教育、生命价值教育、法律法纪教育、公共安全教育、防盗防骗教育等为一体的安全教育体系, 帮助学生树立起“安全第一”、“生命高于一切”的观念, 增强防范和自我保护的意识, 培育学生良好的法律品质, 做到人人知法守法, 事事依法办事, 自觉维护学校的和谐稳定乃至社会的和谐稳定, 同时辅之以各种模拟演练, 使学生知晓防范应对的流程, 提高他们的自救、互救意识和能力。
3. 事中阶段———快速反应与协调化解机制。
一旦发生突发事件, 要按照“冷静观察、疏堵结合、理性对待、从容处理”的原则进行, 建立事中阶段的应对机制, 迅速调动校内外一切有利于化解的资源, 控制事态发展。重点建立两个应对机制:一是快速反应机制。一旦发生突发事件, 需要在短时间内做出反应, 反应越快, 处置越早, 越能迅速控制事态的发展, 将危害降至最低。快速反应, 不是一朝一夕就可以达到的, 既依赖于信息系统的报告, 第一时间掌握情况, 第一时间赶赴现场, 也依赖于统一的训练与管理, 将各方力量形成一个强有力的拳头, 快速应对各种突发的情况。二是协调化解机制。突发事件发生后, 立即启动应急预案, 组建临时处置机构, 应急指挥中心总指挥一般由高校主管领导担任, 协调指挥各相关职能部门进行具体行动。在紧急应对和处置工作中, 最为关键的是要积极组织力量, 统筹协调各方形成环环相扣的紧密配合关系, 团结协作。要明确现场指挥的工作程序、指挥的职责和权利, 充分调动各参与部门正确处理突发事件的主动性, 尽快化解危机, 决不能因相互推诿扯皮而导致矛盾激化、升级。对不合理的要求要做好解释工作, 对不能立即解决的也要提出后续解决方案, 千方百计把突发事件带来的影响和损失降到最低限度。
4. 事后阶段———善后恢复与心理干预机制。
突发事件应急处置完后, 要重点建立两个应对机制:一是善后恢复机制。善后恢复工作做得好坏, 直接关系到学校的稳定。要组建负责善后恢复工作的专门机构, 制定工作基本思路与基本对策, 立即着手恢复重建。这种重建包括有形情境和无形情境:有形情境的重建包括事发现场的清理整顿、教育教学秩序的重新恢复、损毁建筑物的重建或维修、受损资产及设备的复原或重置、水电气恢复正常供应等;无形情境的重建包括对高校的社会声誉及学校形象、师生的个人形象与社会知名度、信任度等的重建。同时, 也要组织专门人员, 做好对突发事件的总结工作, 追究相关责任, 将突发事件产生的原因、经过、处理方法及其效果、经验教训等详细记录, 为有效预防和提高处置突发事件处理能力、管理水平提供参考。二是心理干预机制。在突发事件处置的后期, 对不同学生群体开展扎实有效的思想政治教育工作, 加强思想疏导, 稳定情绪是一项非常重要的工作。要采取积极有效的心理干预措施, 对突发事件相关伤亡或遭受损害人员及其家属进行安抚, 使他们摆脱突发事件阴影, 重建对学校的信任与支持, 扭转被动局面。对于群体性的突发事件, 因事件影响范围大, 对周遭同学也会产生负面的影响, 部分学生的反应往往会比较强烈, 情绪波动大, 要安排辅导员进行思想疏导, 做好安抚工作, 通过座谈、走访宿舍等方式主动与学生沟通、交流, 帮助他们树立信心。
在突发事件应急处置的事中、事后阶段, 还要选择恰当的时机、方式适时向校内外通报事件情况, 做好舆论的引导与掌控工作。总的来说, 高校突发事件的应急处置是一项极其复杂、艰巨的工作, 只有坚持从实际出发, 不断研究探讨和把握事件的规律, 健全和完善高校相应的应急管理机制, 才能掌握工作的主动权, 维护好高校的长治久安。
参考文献
[1]虞庆国.社会管理视野下的高校稳定工作[N].学习时报, 2012-07-09.
[2]许文惠, 张成福.危机状态下的政府管理[M].北京:中国人民大学出版社, 1995:58.
[3]蒋冀骋.影响高校稳定的几个因素及其对策[J].湖南社会科学, 2002, (1) :54.
特性激励机制 篇8
铜是生物体正常生长不可缺少的重要微量元素之一。在生物体内, 铜离子以还原态的Cu+[Cu (I) ]和氧化态的Cu2+[Cu (II) ]2种形式存在。Cu+的生化反应活性极高, 只有在极度酸性的环境下或与其他分子结合的状态下才能存在。相反, Cu2+在酸性及中性的水溶液中均可稳定存在。通过Cu+和Cu2+之间的相互转变, 铜离子在生物体内参与光合作用、氧化磷酸化以及活性氧的消除等重要生物学过程。由于在生物体内参与众多的生理生化反应, 铜离子在过量的情况下, 会对生物体产生毒害。铜离子的毒性在很大程度上是由于在Cu (I) 和Cu (II) 比较容易地相互转变而导致的。此外, 铜离子产生的毒性还很可能产生于Cu (I) 和Cu (II) 与生物大分子上的半胱氨酸、蛋氨酸和组氨酸侧链的非正确结合。这种错误结合导致正常的金属离子无法结合到正确的位点, 这种非正常结合也可能导致蛋白的错误折叠, 最终使蛋白等生物大分子失去活性[1]。
在细胞层面上, 铜离子毒害主要表现为对细胞膜系统的破坏。在叶绿体中, 过氧离子含量增加, 可破坏类囊体膜, 使光合系统Ⅰ (photosystem I) 和光合系统II (photosystem II) 之间的电子传递受到一定影响, 导致光合作用的效率严重下降。最终使植物的生长受到抑制, 出现叶片逐渐枯萎的现象, 最终死亡。
此外, 铜离子的缺乏对于植物生长也有很大影响。由于植物体内约一半的铜离子存在于叶绿体中, 因此在铜离子缺乏情况下, 幼嫩的叶片和生殖器官最先表现出缺铜症状, 叶片褪绿, 植株生长缓慢, 最后枯萎死亡。
2 铜离子吸收转运的调控机制
2.1 缺铜情况下铜离子平衡的调控
在缺铜环境下, 生物有机体首先保证生物代谢不可缺少的铜蛋白获取铜离子, 而其他一些不必需的铜蛋白被其他金属离子的同工蛋白代替。这些可替代铜蛋白的同工蛋白多数都属于以铁离子作为辅因子的蛋白。最明显的例子是在叶绿体中, 当铜离子缺乏时, Fe SOD取代Cu/Zn-SOD的功能, 从而为质体蓝素提供更多的铜离子。
最近研究表明, 在缺乏铜离子环境下, 拟南芥中参与铜离子缺乏胁迫反应的基因, 如Fe SOD、高亲和力铜转运蛋白COPT1和COPT2均由SPL7调控表达。进一步研究表明, 在Fe SOD、COPT1和COPT2基因启动子区域都存在重复的GTAC顺式作用元件。与GTAC相互作用的反式作用因子 (trans factor) 隶属于SBP转录因子家族[2]。
2.2 铜离子自我反馈调控途径
从整体上来看, 细胞质内铜离子的平衡主要决定于铜离子的内向运输 (在低铜环境下COPT家族成员的运输) 和外向运输 (主要通过P-type ATPase铜离子转运蛋白运输到细胞外, 或者区域化到细胞内特殊的细胞器中) 。前已述及, 在铜离子过量时, 拟南芥COPT家族的几个成员, 包括COPT1和COPT2同时下调表达。铜离子不足时, 它们启动子区的共同顺式作用元件GTAC在SPL7转录因子作用下可同时表达。不同铜离子状态下, 这种通过COPT基因表达量的下调或上调的调控模式被认为是一种自我反馈调控。在这种调控模式下, 一方面可以稳定细胞质内铜离子的稳态, 另一方面由于反馈信号的延迟 (COPT的转录、翻译和铜离子运输过程等) 可形成一个铜离子震荡的过程。这个铜离子震荡过程可以简单地描述为低铜环境下诱导COPT转运蛋白的合成, 促使铜离子从内部储藏位点进入细胞质中;一旦细胞质中的铜离子达到较高浓度, COPT转运蛋白的合成被抑制, 过量的铜离子重新被转运回到储藏位点, 细胞质中的铜离子浓度重新回到最初的低水平状态[3]。
虽然这种铜离子震荡循环和自我反馈的持续维持可以用数学分析的方法来证明, 但还缺乏直接、准确的试验证据。假如铜离子震荡确实存在, 这个假设还存在另外一个问题:在铜离子震荡过程中, 铜离子在细胞内确切的储存位置在哪里?目前认为, 液泡或者细胞内吞途径的运输囊泡是铜离子储存的主要场所。在这2类亚细胞结构上, 外向运输的铜转运蛋白可以将细胞质中的铜离子泵出, 而COPT家族的蛋白可以将铜离子重新释放回细胞质中。预测COPT2和COPT1的启动子区域存在昼夜节律调控元件。假如这些调控元件在转录水平上具有功能, 那么铜离子震荡周期很可能与昼夜节律具有一致性[4]。
关于铜离子与昼夜节律的关系, 除拟南芥外, 在其他生物体中也有少量报道。蕨类植物小立碗藓SPL家族受到昼夜节律调控;在粗糙脉孢菌中, 一个结合铜离子的金属硫因子的表达同样呈现出昼夜节律性;在哺乳动物中, 一个松果体ATPase (铜转运蛋白) 的表达也具有明显昼夜节律性。
摘要：介绍铜离子的生物学特性, 阐述铜离子吸收转运的调控机制, 包括缺铜情况下铜离子平衡的调控和铜离子自我反馈调控途径。
关键词：铜离子,生物学特性,吸收转运,调控机制
参考文献
[1]姚浩群.金属离子与金属颗粒生物学活性实验研究[J].南方医科大学学报, 2012, 41 (16) :63-68.
[2]宋明明, 黄凯, 朱连勤.铜吸收与代谢的研究进展[J].饲料博览, 2014, 19 (9) :81-83.
[3]王超曼, 程楠, 韩咏竹, 等.细胞内铜转运系统的研究进展[J].安徽卫生职业技术学院学报, 2013 (6) :25-28.