参数监控系统

参数监控系统（共12篇）

参数监控系统 篇1

随着我国工业化发展的步伐加快, 煤矿大规模开采利用已成为趋势, 而在“以人为本”的社会背景下, 安全成为当前煤矿企业发展的第一要义。煤矿加大了安全投入, 煤矿安全监测监控系统得到了普遍应用。坐落于山西岚县境内的葛铺煤矿装备了KJ95N型安全监测监控系统。目前来看, 系统运行稳定, 各项数据参数传输及闭锁功能齐全、有效, 矿井实现了安全生产无事故。

1 矿井概况

葛铺煤矿位于山西省岚县县城东南10 km处, 井田面积为9.26 km2, 主要可采煤层为太原组4-1, 4, 7, 9号煤层。矿井设计生产能力为1.5 Mt/a, 服务年限为36年。矿井采用立井开拓方式, 井田内地层展布主要以单斜构造为主, 地质构造简单, 水文地质类型为中等。矿井瓦斯绝对涌出量为8.57 m3/min, 相对涌出量为4.03 m3/t, 4-1号自燃倾向性等级为II, 属自燃煤层。矿井设有35 k V变电站1座, 实现了双回路供电。矿井采用机械抽出式通风方式, 中央并列式通风系统。该矿井于2013-09月底通过了省煤炭厅组织的竣工验收, 是山西焦煤集团下属的生产矿井。

2 安全监测监控系统

本系统为通过环网传输的KJ95N煤矿安全监测监控系统, 由监控终端、监控中心站、通信接口装置、井下分站和传感器组成。同时配备安装了由4块 (2×2) 三星液晶拼接大屏幕组成的显示系统一套, 用于该安全监测监控的终端显示。

2.1 系统功能

本系统具有以下一些功能: (1) 系统满足煤矿安全监控系统通用技术要求, 可监测瓦斯、风速、负压、一氧化碳、烟雾、温度等环境参数, 实现瓦斯、一氧化碳等参数超限断电和故障闭锁功能; (2) 系统监测煤仓煤位、水仓水文、风压、各种机电设备开停等生产参数; (3) 系统监测电源、电流、功率等电量参数; (4) 系统通过显示器可以同时显示任选四个被测参数的实时动态曲线; (5) 系统分站具有初始化参数掉电保护功能, 分站停电后初始化参数不会丢失; (6) 系统具有就地断电、异地断电、故障闭锁等分级断电闭锁功能, 分站本地断电输出时间小于2 s; (7) 系统软件具有设备调校职能管理功能, 自动管理瓦斯调校周期; (8) 系统软件具有操作权限管理功能, 对参数设置、控制等必须使用密码操作并具有操作记录; (9) 系统软件提供标准实时输出文本文件供互联网系统使用; (10) 系统软件具有丰富的组态、画面编辑和报表生成功能; (11) 系统软件支持图形、曲线、表格等多种显示方式; (12) 系统软件对所有监测数据和重要操作时间均采用数据保存, 用户可以根据需要自行设定保存期限, 为用户二次开发和时间的追溯提供条件; (13) 系统软件各种操作不影响系统的传输, 保证系统的监测实时性; (14) 系统软件具有强大的数据采集功能和先进的数据处理技术, 每隔5 min, 就会形成模拟量传感器的最大、最小和平均值记录, 随时统计各分站的通信、供电、报警、断电和复电状态、机电设备开停和运行状态; (15) 系统软件支持声光、语音报警、报警联动等多种类型的报警功能; (16) 系统提供接入全矿井综合自动化平台的通用接口。

2.2 系统主要技术参数

系统容量:≤128台分站级设备;系统传输方式:以太环网;环网交换机到分站之间的最大传输距离:10 km;模拟量传感器信号:200~1000 Hz、RS485;开关量传感器信号:无电位接点及电平信号;设备供电:地面中心站为AC220 V, 井下设备为AC127 V/380 V/660 V。

2.2.1 智能瓦斯传感器设备参数

测量范围:0~40%CH4;遥控范围:距离不大于5 m, 角度不大于120°;报警点:0.5%~2.5%CH4可任意设置;报警方式:红色灯闪烁, 蜂鸣器断续鸣叫;断电点:0.5%~2.5%CH4可任意设置;断电信号输出:电压5 V, 电流大于4 m A;KGJ23型:200~1000 Hz频率;工作电压:DC9~18 V;外形尺寸:282 mm×135 mm×70 mm。

2.2.2 KGY3型负压传感器

量程:0~3 k Pa或0~5 k Pa;工作电压:直流12~18 V;工作电流:不大于80 m A;防暴型式:ExibⅠ;导管外径:￠7.5 mm;外形尺寸:250 mm×150 mm×68 mm;质量:1 kg。

2.2.3 KJF16B分站

输入测点数量:16个;输出点数量:8个;显示方式:液晶显示, 一次显示32个汉字或64个字符;显示内容:分站端口接传感器类型、实测值、报警、断电值、模拟量24 h变化曲线;键盘和遥控:可以使用键盘和红外遥控显示或修改参数;供电电源:KDW16 A/KDW65, DC12~18 V, 支持风电闭锁2.2.4大屏幕显示系统功能及参数

大屏幕由4块 (2×2) 三星液晶拼接而成, 其功能及参数有以下几点: (1) 系统基于Windows操作系统, 支持各种操作系统互相跨平台显示操作, 实现运行和显示各种计算机应用程序。 (2) 系统总共可接入1路10/100M、5路RGB信号、4路视频信号输入。每一路信号均可全屏放大、缩小和移动。 (3) 单屏尺寸:1 025.7 mm×579.8 mm×130 mm。 (4) 各类信号混合显示。RGB信号、视频信号和网路信号等多种信号可在大屏幕上混合显示, 既可实现不同信号间的有条件叠加, 也可以实现相同信号间的有条件叠加。

2.3 系统存在的问题

系统存在以下问题: (1) 模拟量信号变化缓慢, 传输速度不快, 系统实时性差; (2) 信息集成能力不强, 控制器获取的信息量有限; (3) 系统集成系有待增强, 不同厂家产品缺乏互换性, 不易于系统的功能扩展。

3 结束语

随着科技创新不断进步, 煤矿信息化程度逐步提升, 煤矿监测监控技术已经逐步渗透到采、掘、机、运、通等各个环节, 在煤矿安全生产和防灾、减灾中发挥着重要作用。同时, 煤矿监测监控技术也是一门不断发展、不断完善的技术, 今后将朝着智能化、稳定化、多元化发展。相信高性能的计算机煤矿监测监控系统应用将会有更广阔的前景, 为煤矿安全生产保驾护航。

摘要：煤矿安全生产是一项错综复杂的系统工程。在生产作业过程中, 随时掌握并利用自然规律, 实时对瓦斯、一氧化碳、风速、温度等环境参数进行监控, 及时掌握井下工作条件的变化对煤矿安全生产具有重大意义。简述了葛铺煤矿安全监测监控系统功能和技术参数, 提出当前系统存在的问题, 并对今后煤矿监测监控系统的发展前景进行了概述。

关键词：葛铺煤矿,监测监控,安全,技术参数

参考文献

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[2]郭玉达, 王卉琴.王庄煤矿监测监控系统现状及发展趋势[J].问题探讨, 2010, 130 (19) :93.

参数监控系统 篇2

CPU作为是整个PC系统的核心，也就成了各种档次的PC的代名词，如往日的386、486、586，到今日的Thunderbird、Pentium4等等，CPU的性能大致上也就反映出了它所在PC的性能，因此它的性能指标十分重要。在这里我们向大家简单介绍一些CPU主要的性能指标：

1、主频=倍频外频 经常听人家说：这个计算机速度是多少?其实这个泛指的频率是指CPU的主频，主频也就是CPU的时钟频率(CPUClockSpeed)，简单地说也就是CPU运算时的工作频率。一般说来，主频越高，一个时钟周期里面完成的指令数也越多，当然CPU的速度也就越快了。不过由于各种各样的CPU它们的内部结构也不尽相同，所以并非所有的时钟频率相同的CPU的性能都一样。至于外频就是系统总线的工作频率;而倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数。三者是有十分密切的关系的：主频=外频倍频。

2、内存总线速度 英文全称是：MemoryBusSpeed。CPU处理的数据是从哪里来的呢?学过一点计算机基本原理的朋友们都会清楚，是从主存储器那里来的，而主存储器指的就是我们平常所说的内存了。一般我们放在外存(磁盘或者各种存储介质)上面的资料都要通过内存，再进入CPU进行处理的。所以CPU与内存之间的通道的内存总线速度对整个系统性能就显得很重要了，由于内存和CPU之间的运行速度或多或少会有差异，因此便出现了二级缓存，来协调两者之间的差异，而内存总线速度就是指CPU与二级(L2)高速缓存和内存之间的通信速度。

3、扩展总线速度 英文全称是：ExpansionBusSpeed。扩展总线指的就是指安装在微机系统上的局部总线如VESA或PCI总线，我们打开电脑的时候会看见一些插槽般的东西，这些就是扩展槽，而扩展总线就是CPU联系这些外部设备的桥梁。

4、工作电压 英文全称是：SupplyVoltage。任何电器在工作的时候都需要电，自然也会有额定的电压，CPU当然也不例外了，工作电压指的也就是CPU正常工作所需的电压。早期CPU(286～486时代)的工作电压一般为5V，那是因为当时的制造工艺相对落后，以致于CPU的发热量太大，弄得寿命减短。随着CPU的制造工艺与主频的提高，近年来各种CPU的工作电压有逐步下降的趋势，以解决发热过高的问题。

5、地址总线宽度 地址总线宽度决定了CPU可以访问的物理地址空间，简单地说就是CPU到底能够使用多大容量的内存。16位的微机我们就不用说了，但是对于386以上的微机系统，地址线的宽度为32位，最多可以直接访问4096MB(4GB)的物理空间。而今天能够用上1GB内存的人还没有多少个呢(当然服务器除外)。

6、数据总线宽度 数据总线负责整个系统的数据流量的大小，而数据总线宽度则决定了CPU与二级高速缓存、内存以及输入/输出设备之间一次数据传输的信息量，

7、协处理器 在486以前的CPU里面，是没有内置协处理器的。由于协处理器主要的功能就是负责浮点运算，因此386、286、8088等等微机CPU的浮点运算性能都相当落后，相信接触过386的朋友都知道主板上可以另外加一个外置协处理器，其目的就是为了增强浮点运算的功能。自从486以后，CPU一般都内置了协处理器，协处理器的功能也不再局限于增强浮点运算，含有内置协处理器的CPU，可以加快特定类型的数值计算，某些需要进行复杂计算的软件系统，如高版本的AUTOCAD就需要协处理器支持。

8、超标量 超标量是指在一个时钟周期内CPU可以执行一条以上的指令。这在486或者以前的CPU上是很难想象的，只有Pentium级以上CPU才具有这种超标量结构;486以下的CPU属于低标量结构，即在这类CPU内执行一条指令至少需要一个或一个以上的时钟周期。

9、L1高速缓存 L1高速缓存也就是我们经常说的一级高速缓存。在CPU里面内置了高速缓存可以提高CPU的运行效率，这也正是PentiumIII比Celeron快的原因。内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，容量越大，性能也相对会提高不少，所以这也正是一些公司力争加大L1级高速缓冲存储器容量的原因。不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成，结构较复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1级高速缓存的容量不可能做得太大。

10、回写结构的高速缓存 采用回写(WriteBack)结构的高速缓存，它对读和写操作均有效，速度较快。而采用写通(Write-through)结构的高速缓存，仅对读操作有效.

11、动态处理 动态处理是应用在高能奔腾处理器中的新技术，创造性地把三项专为提高处理器对数据的操作效率而设计的技术融合在一起。这三项技术是多路分流预测、数据流量分析和猜测执行。动态处理并不是简单执行一串指令，而是通过操作数据来提高处理器的工作效率。

(1)、多路分流预测：通过几个分支对程序流向进行预测，采用多路分流预测算法后，处理器便可参与指令流向的跳转。它预测下一条指令在内存中位置的精确度可以达到惊人的90%以上。这是因为处理器在取指令时,还会在程序中寻找未来要执行的指令。这个技术可加速向处理器传送任务。

(2)、数据流量分析：抛开原程序的顺序，分析并重排指令，优化执行顺序：处理器读取经过解码的软件指令，判断该指令能否处理或是否需与其它指令一道处理。然后，处理器再决定如何优化执行顺序以便高效地处理和执行指令。

(3)、猜测执行：通过提前判读并执行有可能需要的程序指令的方式提高执行速度：当处理器执行指令时(每次5条)，采用的是猜测执行的方法。这样可使处理器超级处理能力得到充分的发挥，从而提升软件性能。被处理的软件指令是建立在猜测分支基础之上，因此结果也就作为预测结果保留起来。一旦其最终状态能被确定，指令便可返回到其正常顺序并保持永久的机器状态。

12、工艺材料 近年来的芯片里面都是用铝线来做导体，但是随着芯片和芯片内电缆的缩小，铝线的使用已经到达了极限，所以芯片制造商就用比铝线更加好的铜来做芯片，也就是所谓的铜芯片。近日的技术已经能够克服铜和矽的不相容性，Pentium4就是使用这种铜技术制造的，所以处理器的速度能够大大提升。

参数监控系统 篇3

关键词： 电站锅炉； 煤粉参数； 远程监控； 软件设计与实现； 多线程

中图分类号： TK 31；TH 89 文献标志码： A

Design and implementation of remote monitoring software for

pulverized coal parameters in power station boiler

HU Changmei1， HE Yuan2， YANG Bin2， CAI Xiaoshu2

（1.Shajiao ‘C Power Station of Guangdong Yuedian Group Co. ， Ltd. ， Dongguan 523936， China；

2.Institute of Particle and Twophase Flow Measurement/Shanghai Key Laboratory of

Multiphase Flow and Heat Transfer in Power Engineering， University of

Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， China）

Abstract： Online monitoring of pulverized coal in boiler provides the importance reference for optimal control of power station boiler.In order to realize the remote monitoring of particle size，concentration，and velocity of pulverized coal，the uppercomputer software of data acquisition system was designed by using modular program design method.This software could realize the system configuration，realtime curve and histogram displaying，data storage，and so on.Each data acquisition and processing channel with 1 MHz sampling frequency was achieved by using multithread technology and automatic allocation simultaneously.The capability of realtime communication with the Distributed Control System （DCS） based on the Modbus communication protocol was achieved.The practical runs shown high stability and reliability of this software.And it could meet the demands of operation and optimizing control of boiler well.

Keywords： power station boiler； pulverized coal parameters； remote monitoring； software design and implementation； multithread

煤粉炉采用直吹式制粉系统将煤粉燃料与空气混合后一同送入炉膛内进行燃烧，具有燃烧迅速、完全、效率高等优点而广泛用于火力发电[1].煤粉管道中内煤粉颗粒细度、浓度、速度对锅炉燃烧有重要影响[2-6].煤粉细度过大，燃烧不充分，不完全燃烧损失增加，机组飞灰可燃物增加；细度过小则导致除尘效率降低且制粉系统耗能增加.而对于不同管道中煤粉浓度的差异失调，将导致燃烧不稳定，炉膛火焰中心偏移，甚至引起煤粉管道堵塞，严重影响锅炉安全运行.煤粉速度过低，煤粉气相输运能力降低，火焰燃烧强度减弱，且火焰将靠近燃烧器从而造成燃烧器损坏；煤粉速度过高，造成着火延时，甚至引起脱火从而导致燃烧器火焰熄灭.因此，煤粉颗粒细度、浓度、速度的实时在线监控是电站锅炉燃烧优化控制的关键问题和难点之一[7].

光脉动（Light Transmission Fluctuation，LTF）法利用透射光强的随机变化规律结合光散射理论实现煤粉细度和浓度的在线测量，同时利用双光束透射光强互相关测速原理实现速度的同时在线测量，并且具有结构简单、对测量环境要求低、长时间运行可靠等优点，适合应用于电站锅炉煤粉参数的在线监测[8-12].本文针对光脉动法煤粉参数测量装置需求，开展电站锅炉煤粉参数远程监控系统的软件设计，并实现与DCS（Distributed Control System）的即时通讯，为电站锅炉燃烧优化提供重要数据参考.

1 测量原理与软件需求

1.1 光脉动法煤粉参数测量原理

煤粉参数测量原理示意图如图1所示，图中：PD为光电探测器；ut为颗粒流动速度.光脉动法利用两束平行光束穿越含有颗粒的介质，由于颗粒的宏观运动，不同时刻光束照亮体积内的颗粒数是不同的，由此测量到的透射光强也是随时间变化的.依据光强随机衰减规律结合光散射理论建立颗粒细度、浓度和透射光强之间的关系，以实现煤粉细度、浓度的在线测量；同时通过分析两束光透射光强的互相关性，计算得到两光束信号间的时滞，从而实现速度的同时测量.

图1 煤粉参数测量原理示意图

Fig.1 Schematic diagram of pulverized coal

parameter measurement

1.2 系统软件需求分析

该软件目的在于实时获取和处理光脉动信号，同时将处理结果同步显示并送入DCS通讯.为了对在线测量数据进行分析，需要软件对于历史测量数据进行存储.不但如此，还要求该软件可高效、准确、长时间可靠运行等.

针对上述要求，系统软件应具有数据采集与处理功能、数据存储功能、数据通讯功能、日常使用功能.

数据采集与处理功能主要要求数据采集速率大，同时要求基于LTF法及互相关法的运行处理迅速；数据存储功能能够对不同时间、不同管道的处理结果进行保存，并提供历史数据的调用与查询；数据通讯功能在于实现计算机与DCS系统之间的通讯；日常使用功能则是实时数据显示、用户管理.

2 系统结构

系统采用基于PCI总线板卡的架构，采用的PCI总线采集卡支持即插即用，是一款12位高速存储式A/D板，其转换频率为1 000 K，输入通道建立时间小于1 μs；板上RAM容量为1 M×16 bit，即1 M采样点.它有32路单端模拟输入、24路可编程开关量（3个8位口）、采集转换支持多种触发形式.软件系统线程如图2所示，主要分为主线程、采集线程和串口线程三部分.对于主线程，能够显示数据处理结果，同时可进行一定功能设置，包括串口通讯设置，Modbus站地址、Modbus寄存器地址和磨通道以及对应参数设置，数据处理结果的实时显示和启动其它线程设置.采集线程是完成采集卡初始化，能够从PCI卡中获取数据并进行分析处理，填充数据缓存区，发送数据更新事件.对于串口线程，其通讯流程如图3所示.串口事件首先发生，接着在Modbus地址、命令、CRC校验正常之后，需根据数据缓冲区映射填充发送数据，然后进行数据CRC校验，在结束校验后发送数据.三者之间需要能够交换数据信息，实现实时数据缓冲区与地址映射，包括Modbus地址、磨通道以及对应参数.

图2 软件系统线程

Fig.2 Flow chart of software

图3 串口通讯流程

Fig.3 Flow chart of serial port communication

3 软件设计与实现

VB.NET支持面向对象编程、多线程处理、结构化异常处理等技术，能有效保证软件的稳定性和高效性，因此，软件开发选用2010 VB.NET开发环境.软件主界面如图4所示，包括功能按钮、系统参数设置、数据采集和发送、数据实时显示、粒度分布实时测量等功能.其中，数据采集和发送是基于1 MHz 12位高速存储式A/D板开发，实现对光强信号的4线程高速采集，具体配置参数如图5所示，包括卡件号、通道号、数据点名称、Modbus地址、DCS地址、测量初始参数、量程与单位等.系统完成配置后，开始数据采集，调用结果处理的动态链接库得到煤粉参数测量结果，并将结果显示于主界面中，同时发送至DCS供电厂运行人员参考.

图4 软件主界面

Fig.4 Software interface

图5 系统配置界面

Fig.5 Interface of system configuration

由于电厂煤粉细度参数采用筛分数据作为依据，而光脉动法煤粉细度测量依据光散射理论获得索太尔直径.为满足电站运行需要，通过煤粉粒度分布反演实时得到煤粉粒度分布，从而获得筛分特征测量值结果，如图6所示.

正常运行该系统1 h后，煤粉参数测量结果如图7所示，可看出，在该负荷下煤粉速度在25 m · s-1左右，煤粉浓度在0.5 kg · m-3、煤粉细度在15 μm左右的较小范围波动，1 h内运行状态稳定，这表明所设计的电站锅炉煤粉参数远程监控软件在电站实际投入运行中具有良好的稳定性与可靠性，各项功能均满足锅炉运行与优化控制要求.

图6 粒度分布实时测量结果

Fig.6 Realtime measurement result of pulverized coal

size distribution

图7 煤粉参数实时监测结果

Fig.7 Realtime monitoring result of pulverized

coal parameter

4 结 论

（1） 通过自定义控件实现了电站锅炉煤粉参数远程监控软件数据成组文本、棒状图、实时曲线显示、测量参数相关信息组态和保存等功能.同时利用多线程和通道自动分配方法实现了单通道采样频率达1 MHz的数据快速采集与处理，并基于Modbus通讯协议实现了与DCS的即时通讯.

（2） 所设计的电站锅炉煤粉参数远程监控软件在电站长时间实际投入运行结果表明，其具有良好的稳定性与可靠性，各项功能均满足锅炉运行与优化控制要求.

参考文献：

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随动系统运动参数测试研究 篇4

针对武器随动系统运动控制的实际需求 (比如火炮等武器系统随动系统在靶场的检验、鉴定与定型试验等测试项目) , 研制了一种便携式随动系统运动参数测试系统。由于测试对象的特殊性, 这对随动系统动态参数的样本量和准确度的要求就更苛刻了, 而动态参数主要是当被测系统运动时测试得到的。一般情况下, 被测系统的结构比较复杂, 以至于测试的点位也比较分散, 并且需要测试的动态参数的信号类型也各异 (比如:交流信号和直流信号, 而且档位也不一样) , 同时对测试的带宽和采样率的要求也不同。以上这些测试要求已经不是传统测试手段所能完成的, 因此, 在综合考虑以上要求的基础上, 需要搭建一套新的多功能、扩展兼容性好且易于操作的测试系统, 从而实现对多通道及多类型信号的实时、高速和同步采集。

本系统主要是对随动系统运动参数的测试, 所以随动系统的运动信号作为输入信号给本系统。本系统将信号的检测、调理, 误差的分析、计算, 数据的导入、导出, 人机交互界面等功能集成为一个基于便携式工控机及少量附属设施的软硬件系统集成装置。

2 测试系统原理

2.1 系统原理

根据信号传递过程, 本系统原理如图1所示。

从图1中可以看出, 随动系统的输出信号 (电压信号) , 作为本系统的输入信号, 然后调理板将电压信号按一定比例缩放到±10V, 然后将信号传递给A/D采集卡, 采集卡将模拟信号转换成数字信号传递给控制计算机。

对于本系统, 主要功能在于对随动系统的信号进行处理分析, 所以控制计算机是本系统的核心部分。

控制计算机按功能可分为:数据采集。控制计算机从采集卡读取数据到计算机。数据存储。控制计算机将采集的数据保存到计算机硬盘, 以供分析判断用。数据分析。主要将数据以实时曲线图表的形式呈现 (包括:位置、速度和加速度) 。误差计算。将理论数据与实际数据相比较, 得出误差值。

数据采集卡选用中泰PCI-8348AJ。

2.2 调理板设计

调理板由调理电路和电压转换电路组成, 用于实现测试系统与被测随动系统模拟量信号输入、输出的电气连接转换。考虑到不同类型随动系统误差信号、速度信号电压幅度在较大范围内变化, 为确保测试精度, 进行分档, 并确保输入至控制计算机采集卡的信号幅值在±10V范围内, 便于采集与记录。

交流信号分为:1∶1和1∶4;直流信号分为:1∶1、1∶10和1∶20。

交流信号共2路, 分别为:方位速度信号和俯仰速度信号。对于交流信号先对400Hz载波信号进行相敏解调, 解调出信号, 然后再按1∶1和1∶4两档分档衰减, 输入的信号将按40V和80V共两档进行衰减, 这样可以接收的误差信号幅值范围可以达到0~80V (最大有效值) 。交流信号调理单元结构框图如图2所示。

直流信号调理单元共3路, 分别为方位速度信号和俯仰速度信号。直流信号按1∶1、1∶10和1∶20进行信号衰减, 信号将按±10V、±50V和±100V分档输入, 测量范围为:-100~+100, 测量误差为1%, 通道输入阻抗大于200kΩ。直流信号调理单元结构框图如图3所示。

对信号采用信号隔离耦合、整形和采集等处理, 用于保证本系统的信号采集精度。

3 数据采集及处理

数据分析模块主要进行故障分析, 若无明显故障发生, 则程序继续运行。数据分析模块程序框图如图4所示。

显示模块主要将数据转换成图表或实时曲线的方式呈现给用户, 方便分析与人机交互。

存储模块保存实验时有关测试的所有信息, 方便后期数据分析和故障排查。

误差计算模块主要进行理论数据生成和误差计算, 并将结果传给显示模块进行显示。

生成报告模块主要是将误差计算结果信息以报告形式, 做个总结给用户, 用户可以根据此报告内容查看原始数据, 原始数据由存储模块保存生成。

3.1 数据处理方法

首先对输入的信号进行相关预处理, 如:分类筛选、去噪、滤波等。如果系统正常运行, 这些信号基本上都符合正态分布。经过n次的重复检测, 求取近似无偏估值和方差, 然后通过卡尔曼滤波非递归估值器对其进行处理、融合。最后, 计算出最小方差的数据值, 以此作为判断故障的依据。

根据特征性质可以将特征信息分为时域特征可测以及频域特征可测两类。经过分类筛选后分别对各自进行特征融合。则采用最邻近数据关联来进行融合, 满足最小均方差即可作为故障的判断依据。对一些因电源波动 (如:频率、相位、幅值) 而引起的子系统工作异常等情况, 则可以采用评价相关系数rxy方法来融合。

其中: (1) yi是被测单元在各种情况下的输出。 (2) xi是影响被测单元正常输出的相关要素。 (3) 分别为装备良好工况时的标准值rxy。

如果rxy越大, 则表明系统受到电源波动时的故障影响越大, 可以将其作为在电源波动时进行故障定位的主要依据和参照。

对于那些时域特征无法判断xi关联的故障, 通过小波分析来提取该信号的频率特征, 然后将其与正常工作状态时相互比较分析, 以此作为对故障诊断及定位的依据。本系统在融合中心采用的是赋范空间逼近技术。将系统故障特征与数据库中的故障特征作加权欧氏距离。融合模板为被测系统工作良好时的工况, 融合结果为被测系统随动部分对检测对象进行诊断分析的结果[1]。

3.2 软件关键技术

从研发周期与成本的角度出发, 最终决定设计一个基于美国NI公司Lab Windows/CVI软件开发平台编制的软件系统。而数据采集卡的驱动程序用采集卡自带的动态链接库 (DLL) 实现即可。这样不仅可以实现较复杂的接口功能, 而且还可以发挥CVI开发平台的快捷性, 使得本测试系统的开发更加简单快捷。

为了提高本系统的测试效率, 在软件设计中用到了多线程技术、线程安全队列技术和数据库技术。

(1) 多线程技术

线程是进程内部的一个执行单元。系统创建好进程后, 实际上就启动执行了该进程的主执行线程, 主线程终止了, 进程也随之终止。从本质上讲, 线程系统调度的一个最简的代码单元, 它负责执行包含在进程的地址空间中的程序代码。基于单线程的程序只有一个线程, 称为主线程。它由系统自动创建, 无需用户手动建立。基于多线程的程序可以实现并行处理, 避免了某项任务长时间占用CPU时间。这样也就更好地利用了系统的资源。

基于多线程技术的高效性, 将本系统的主要事件响应和人机交互界面在主线程中实现。而数据的采集、处理、计算、分析和存储在其他线程中实现。这样不仅提高了软件系统的整体效率, 同时也更好地发挥了多核CPU的硬件性能。这样就能最大限度地保证数据采集的实时性, 同时又能及时响应用户的其它操作。这种技术的应用在采集数据量很大且数据处理任务很重时, 其效果尤其明显[2]。

在典型的Lab Windows/CVI多线程程序中, 使用主线程来显示用户界面和数据曲线, 在次线程中进行实时数据采集操作和数据分析。这也是本系统采用的设计方式。部分代码及说明如下:

(1) 在主函数中创建辅助线程 (用于测试数据的采集) , 并且显示用户界面及其消息事件的响应、结束辅助线程并释放其占用的资源。主要代码如下:

(2) 在辅助线程中完成数据采集任务的主要工作有:线程回调函数的申明、线程的创建 (并与对应的回调函数关联) 、线程回调函数的实现。主要代码如下:

(2) 线程安全队列技术

进行多线程编程时一个特别关键的地方是如何能更安全有效地进行数据保护。在数据保护各种机制方法中特别需要注意的事项是避免死锁 (deadlocks) [3]。

Lab W indows/CVI提供了3种不同的机制, 这些机制可以帮助在程序设计时避免错误的数据访问。分别为:线程锁 (thread locks) ;线程变量 (thread safe variables) ;线程安全队列 (thread safequeues) 。

与其他机制相比, 线程安全队列的优点如下:

(1) 线程安全队列在其内部使用了一种锁策略, 一个线程可以从队列读取数据的同时另一个线程也能向队列中写入数据 (例如, 读取和写入线程不会互相阻塞) 。这样我们就能将数据的读取和写入分到2个不同的线程中操作, 而不用担心多线程间数据的错误访问。

(2) 用户可以为基于事件的访问配置线程安全队列。并且可以注册一个读取数据的回调函数, 当该队列中有一定数量的数据可用时, 调用这个函数 (即:读取数据) 或者注册一个写入数据的回调函数, 当队列中有一定的空间可用时, 调用这个函数 (即写入数据) 。这样我们就能根据需要注册一个读取或写入数据的回调函数, 在多线程间安全地访问数据。

(3) 用户可以对线程安全队列进行配置, 使得当数据增加而空间已满的时候, 队列可以自动生长用来存储额外的数据。这样我们就能放心地写入数据而不用担心数据的丢失问题。

根据各种机制的优缺点, 并结合实际需求, 本系统采用了线程安全队列用来进行数据保护, 其原理如图5所示。

4 实验验证

4.1 验证原理

随动系统输入信号由高精度信号发生器代替, 设置信号发生器输出固定信号作为验证本系统精度的标准值。

测试系统将读到的信号数据作为实测值保存, 并以图表形式显示。保存的数据可用于查看误差的变化。

根据标准值和实测值的比较, 即可验证本测试系统的输入精度。

4.2 实验结果

当信号以1∶1输入, 且信号发生器的输入电压为3.38V时, 本系统读取值为3.38±0.01V。从图6中可以看到误差精度明显小于1%, 符合设计精度。

5 结语

本文介绍了本测试系统的基本原理以及软硬件设计和相关的测试技术。实验结果和实际应用都证明本系统在信号采集和处理方面, 已达到了很高的速度和精度, 同时也满足了实际测试需要, 并且只须在本系统的硬件上增加适当的数据采集通道和对软件代码轻微调整, 就可以满足动态参数测试系统的升级, 以适应更多通道的采集要求, 这是传统的仪器测试方式所无法比拟的优越性。但是, 本系统对于信号的预处理方法还不是很完善, 如果能将此模块性能提高, 那么测试系统的测试精度还有很大的提升空间。这将是我们今后急需解决的难题。

参考文献

[1]赵黎明, 刘贺平, 张冰.便携式随动系统综合测试仪的集成设计[J].计算机测量与控制, 2010, 18 (12) :2904-2907.

[2]普措才仁, 孙旸.基于LabWindows/CVI多线程技术数据采集系统的构建[J].甘肃联合大学学报, 2007, 21 (5) :71-74.

参数监控系统 篇5

一、磁盘和缓冲

NDISK

是连到系统上的磁盘驱动器数目。它在引导时设置。

NBUF

在引导时所分配的1K系统缓冲区的数目。这些缓冲区在一个数据高速缓存中。

这个数据高速缓存是一个含有磁盘文件信息的内存阵列。高速缓存的命中率

随缓冲区的增加而提高。高速缓存的命中减少了对磁盘的访问，并因此提高

了系统的整体性能。这个参数值一般在100到600范围内。每个缓冲区包含

1076个字节。hash队列的数目(NHBUF)应该随系统缓冲区的增加，这样才

能获得最优性能。

NPBUF

指定要分配多少个物理I/O缓冲区。每个读写活动都需要一个I/O缓冲区。每个

入口缓冲区。第入口包含52个字节。这个参数的缺省值是20。

NHBUF

指定为1K缓冲区分配多少hash队列。这是为了搜索给定设备号和块号的缓冲区

的，这样就不必在整修缓冲区队列中进行线性搜索了。这个值必须是2的幂。

每个入口包含12个字节。NHBUF的值必须这样选，NBUF的值除以NHBUF的值约等于4。

(在文件/usr/adm/messages中查看NBUF的值，它在引导时确定并显示。)

CTBUFSIZE

是以Kbye为单位的磁带(QIC-11,QIC-24)缓冲区的大小。它的值应为32到256。

它是在初始化时分配的静态缓冲区的大小。下面是与相应环境对应的合理的值：

32K勉强的最小值：对数据流是不够的。

64K允许数据流(有益于内存小的系统)或使用小磁带(性能并不关键)的最小值。

96K比缺省低一级的配置，如果缺省值使用的内存太多，就减于此。

128K缺省值：好的性能折衷配置值。

192K比缺省高一级的配置，如果缺省值所提供的性能太差，就增为这个值。

256K最大值。

MAXBUF

允许高速缓冲中可有的缓冲区的最大数目。这是核心中所说明的缓冲区头的数目。

如果所需的缓冲区数小于这个数值，那么在引导时就会依据内存的大小来自动进行

配置。如果NBUF不为0，那么就会准确地配置NBUF个缓冲区，而MAXBUF就没有必要

大于NBUF。如果NBUF为0，核心就会动最多配置MAXBUF个缓冲区。

OMAABLEBUF

每次传输大于16MB的DMA请求所需的传输缓冲区的数目。它一定是一个4到128的值。

缺省值为16。

NAUTOUP

为文件系统的自动更新指定以秒为单位的缓冲区寿命。当一个系统缓冲区中的内容

已经在内存中驻留了由NAUTOUP参数所指定的这么长时间时，它就会被写入硬盘。

如果指定一个较小的值，那么系统的可靠性就会因为较频繁地把缓冲区中内容写入

磁盘而提高，但系统性能会降低。指定一个较大的值则会提高系统性能，但要以降低

系统安全性为代价。这个控制着bdflush守护进程的活动。

BDFLUSHR

为对把文件系统缓冲区中的内容写到磁盘上的需要进行检查指定以秒为单位的频率。

范围是1至300。缺省值为30秒。这个参数控制着bdflush守护进程的活动。

PUTBUFSZ

指定环形缓冲区putbuf的大小，putbufk包含由操作系统写到控制台上的最后几个

PUTBUFSZ字符。putbuf的内容可使用crash(ADM)看到。

PIOMAP

决定由核心可编程I/O(PIO)分解例程使用的映射入口阵弄的大小。这个例程可允许

设备驱动程序通过把大的数据块分解为小的数据单位而在中断级上完成对大型数据块

的可编程I/O操作。用户不应该修改这个参数。

DO387CR3

当安装了一个80387浮点协处理器时，用以控制对控制寄存器3(CR3)高位字节的设置，

NUMTRW

是在核心数据空间分配的“传输库接口(TLI)”这个数据读/写结构的数目。用户不

应该修改这个参数。

PRFMAX是核心简要表(/dev/prf,在profile(ADM)中有说明)能够

正确处理的文本符号的最大数目.

NCLIST指定要分配多少个显示缓冲区.每个缓冲区最多包含64个

字节.这些缓冲区动态地连接于终端线或其它低速设备的输入

/输出队列表.每个终端所需的平均缓冲区数目是5到10个.

每个入口(缓冲区空间加上头)包含72个字节.满了以后,与

终端有头的输入/输出字符就会丢失,虽然显示还在继续.

NEMAP指定I/O传输映射的最大数目.

NUMXT确定一个子设备能够配置支持的位映射显示设备(例如BLIT或

AT&T5620终端)的数目.

NUMSXT确定一个子设备能够配置的SHELL层的数目,其缺省值为6.

NKDVTTY确定由控制台键盘驱动程序支持的虚终端(TTYS)的数目,用户

不应该修改这个参数.

NCPYRIGHT定义用以打印控制台初始化信息的核心数据结构的大小.用户

不应该修改这个参数.

KDBSYMSIZE是符号表的大小.值一定要在10000至100000之间.缺省值为

60000.

NINODE指定要分配多少I节点表的入口,每个表入口都代表一个活动

文件的内存I节点.例如,一个活动文件可能是一个当前目录,

一个打开的文件或是一个安装点.当修改了这个变量,文件

控制结构就被修改了.所用的入口数目依赖于被打开文件的

数目.入口数一般在100到400之间.缺省值为300.

NINODE的值直接与NFILE的值有头.(NINODE等于或大于NFILE)

NINODE一定要小于或等于NSSINODE.NINODE若大于NS5INODE,

就会使得系统无法工作.当I节点表溢出时,在系统控制台上会

显示如下警告信息:

WARNING:i-nodetableoverflow

NFILE指定要分配多少个打开文件表入口.每个入口表示一个打开的

口包含12个字节.NFILE入口直接与NINODE有头.同样的方式控制

其结构操作.当文件表溢出时,在系统控制台上会显示如警告信息:

NOTICE:filetableoverflow

请注意:这个参数不影响每进程打开文件的数目(请看NFILES参数)

NOFILES指定每个进程所打开文件的最大数目.缺省值为60.除非某个

的应用程序包要求修改NOFILES,其它情况下不要发迹这个60的缺省

设置./bin/sh使用了三个文件入口:标准输入.标准输出和标准错误

(0,1,2通常分别为stdin,stdout.stderr保留).这就只给每个进程留

了NOFILES减3个其它可打开文件的入口.如果某个进程需要比这个数目

多于三个的可打开文件,那么标准文件就必须被关闭.这种做法是不

提倡的,一定要小心地使用.如果所配置的NOFILE值大于最大值(100)

或小于最小值(60),那个所配置的值就置为缺省值(60),同时把一条

信息送到控制台上.

NPROC指定要分配多少个里程表的入口.每个里程表入口都代表一个的进程,

替换程序总在第一个入口中,而/etc/init总在第2个入口中,入中的

数目领事于终端线的数目和每个用户产生的进程的数目,每个用户进程

的平均数在2至5之间(再请看MAXUP,缺省值为25).如果表被填满,fork(S)

系统调用就会返回一个错误EAGAIN.NPROC的值可在50至400之间.

缺省值为100.

jysww 回复于：-02-19 22:51:13有意思，好东西!

参数监控系统 篇6

任何一项工程或一个产品的设计，都需要根据设计要求，合理选择方案，确定各种参数，以期望达到最佳的设计目标。本文建立了广义参数优化方法用以解决黑箱系统的参数优化问题，该方法以试验设计为基础，进行实验方案选择；采用人工神经网络建立因素与目标的非线性映射关系模型；利用遗传算法，获得给定参数区间的Pareto最优解集。提出的方法具有通用性，可广泛应用于各种基于试验或虚拟试验的黑箱系统多目标参数优化问题的求解。

一、确定实验方案

在有目的的进行试验、获得试验样本数据中，一般可采用全面试验方法、正交试验设计方法和均匀设计方法。

全面试验方法是在确定试验样本中，将每一个因素的不同水平组合做同样数目的试验。如在试验中，当因素为s=4个，每个因素有q=12水平，采用全面试验方法则至少需作qs=124=20736次试验。

正交设计方法利用一种规格化的表格正交表安排试验，使之只做较少次数的试验就可判断出较优的条件。其特点是：每个因素的各个不同水平在试验中都出现相同的次数；任何两个因素的各种不同水平的搭配，在试验中都出现了，并且出现的次数相同。即“均匀搭配”、“整齐可比”。用正交试验安排试验，则至少要作q2个试验。当q 较大时，q2将变得很大。例如，对于上述同样问题， q2 =122=144，这对多数实际问题，要求做的试验过多。因此正交设计方法只适用于水平数不多的试验中。

均匀设计方法是一种先进的试验设计方法，特别适合于多因素多水平的试验设计。均匀设计方法利用数论中的一致分布理论选取q个点，并且只需进行q次试验。对于上述同样问题，其试验次数仅为12。确定均匀设计试验点的关键是确定均匀设计表Um（qs），其中U表示均匀设计，m表示设计次数（布点数），q表示设计水平数，s表示设计因素。

在确定实验方案中，从节省时间和成本等方面考虑，一般都希望试验次数越少越好。但如果试验样本过少，会造成后续的建模误差较大，泛化能力下降，寻优精度降低。因此可根据实际问题的参数（因素）多少和其水平数综合进行考虑。在因素水平不变的情况下，当希望增加试验次数，可考虑选择正交设计方法或全面试验法；当希望减少试验次数，可考虑选择均匀设计方法。

二、建“黑箱”系统模型

本文提出的优化方法运用控制理论中的“黑箱”思想，把整个系统看成一个“黑箱”，按照实验设计方案安排试验 ＼ 虚拟试验，以此给出的设计参数作为系统的输入参数，试验结果数据作为输出参数。黑箱系统的具体实现采用人工神经BP网络模型。

BP（Back Propagation）模型是一种输入信号向前传播无反馈的多层神经网络，网络由一个输入层、一个或多个隐层和一个输出层组成。对于三层BP神经网络，其结构分别为：

（1）输入层节点i，其输出等于输入，xi（i=1，2，…，n）将控制变量值传输到第二层。（2） 隐层节点j，其输入hj，输出Oj 分别为

输入信号经过输入节点传向隐层各节点，经节点的作用函数作用后，传送至输出层节点，最后在输出节点上得到输出信号。如果输出节点的输出值与学习样本期望值之间存在误差，则误差反向传播，修正网络节点的连结权值。

由于人工神经网络的高度非线性映射能力，利用其网络的记忆功能形成了一个无明确表达式的虚拟函数，为下一步进行黑箱系统的优化打下了基础。

三、优化黑箱系统求解算法

多目标优化问题与单目标优化问题有着本质上的不同。多目标优化的解不是唯一的，而是存在一个最优解集合。解决多目标优化问题的最好方法就是得到均匀分布的Pareto最优解集后，根据不同设计要求和意愿，从中选择最满意的设计结果。

在本文的直接优化方法中，采用Pareto遗传算法作为其优化求解器，Pareto遗传算法寻优过程如图1所示。

遗传进化算法首先按照设定的初始种群数目在设计变量取值范围内用实数编码的方式进行随机编码，生成初始种群，每个个体信息由待优化的设计参数组成。利用导入的神经网络模型对每一个个体求出目标函数值，根据个体的目标函数值对个体进行Pareto定级，找出级别为1 的一组个体得到Pareto解集，计算其目标函数值，满足要求为所求优化解。若不满足要求则对种群的个体进行选择、再结合、变异、移植等遗传算子操作，使用小生境方法生成新种群，再进行上述定级等操作生成新的一组Pareto解集，直到求出满足要求的Pareto解为止。

四、应用实例

由于工程应用的复杂性，获取理论目标值的难度非常大，作对比分析较困难。为了便于验证与分析，对FONSECA函数进行Pareto多目标寻优。该函数对两个目标函数的最小值共有三个Pareto解。这里假设不知道其优化模型，利用函数式来做试验，按照均匀设计方法安排试验方案，由此试验数据通过神经网络建立数学模型，由训练好的神经网络来计算遗传进化算法中适应值，并进行遗传算法寻优，最后通过对优化结果的检验来测试方法的有效性。

FONSECA函数可描述为：

目标个数为2个，因素个数为2个，选择均匀设计表U20（202）安排试验，该表表示有两个因素（设计变量），每个因素取20个水平，共进行20次试验。其试验结果如表1所示。

在获得试验数据后，接下来用试验样本点训练神经网络，建立黑箱模型。当BP网络隐层神经元数选为7时，训练循环次数为100，网络误差为1e-3，满足要求。训练好的网络可以求出约束变量范围内任何一组设计变量对应的目标值。

训练样本目标值为Train，训练样本网络拟合值为Out1。当隐层神经元数为7个，输出层神经元数为1个，隐层和输出层的传递函数都定为logsig函数时，网络的误差最小。测试样本目标值为函数计算的精确值，Out2为测试样本的网络拟合目标值。BP网络参数与误差的关系如表2所示。

在完成上述建模工作基础上，采用遗传进化算法进行寻优，程序的输出结果是最优目标值：〔0.849767，0.824728〕，最优个体是〔-0.1366，-0.4209〕。

遗传算法求出的Pareto解与理论解之间的误差为：

五、结论

本文提出了广义参数优化方法将试验设计方法、人工神经网络技术及Pareto GA算法结合在一起，利用神经网络的高度非线性映射能力、遗传算法的全局搜索能力、试验设计方法在试验范围内均匀散布等特点，可在试验区内寻找出最优解或近似最优解。

汽车EPB系统参数设计 篇7

设计对应的坡道起步程序的情况是:汽车起步时,驾驶员为实行坡道起步按EPB按钮,电控流程如图1所示。实现此过程的电子控制,必须确定何时解除驻车制动:发动机作用于驱动轮上的转矩[4](以下文章中简称“驱动力矩”)Tt大于或等于起步道路阻力偶矩(≈道路阻力偶矩Tψ)

其中,Ttp-发动机转矩:193N,m;

ig-变速器传动比:3.60;

i0-主减速器传动比:2.73;

nT-传动系机械效率:0.95;

r-车轮半径:0.341m;

G-汽车以及车上人员(驾驶员)所受重力:16270.9;

f-滚动阻力系数:0.012;

α-路坡道角:16.7°;

ψ-道路阻力系数:0.299

如图2所示,在坡度i为30%的坡道上汽车起步时,ECU计算出道路阻力Fψ在2维数列中对应的行值,再依据加速踏板位置计算出对应驱动力Ft的列值,便可确定释放手刹的时间,即Ft>Fψ的时刻。

最终得到:Ft=5284.4N>Fψ=4862.6N;

Tt=1802.0N.m>Tψ=1658.2N.m,满足其设计数值要求

2 EPB紧急制动电控流程设计及其优势

EPB紧急制动是指:行车时,若刹车制动力不足或突遭失效,驾驶员可拉起EPB按钮,令EPB系统参与完成汽车的紧急制动,尽可能保障行车安全。由于此类情况是非正常的,会对EPB系统的使用性能造成损伤,因此,在正常情况下,禁用此功能若在启动EPB时,需要ECU准确地分析出驾驶员所要采取的动作,再启动执行器,以提供最大的制动力,实现汽车的稳定制动。ECU需要获取EPB按钮信号、刹车踏板位置、加速踏板位置和轮速等信号

紧急制动的电控流程为:驾驶员拉起EPB按钮时,ECU接收到信号,启动相应的Interrupt程序,检测轮速值和加速踏板位置信号,此类功能应用的前提条件是车速在30km/h内,且加速踏板处于完全释放状态,若监测到制动踏板未移动,ECU便判定为正常行车状态,此时便锁止EPB功能以便正常行车。若监测到制动踏板被极速踩到底,即制动力最大时,ECU便判定发生了紧急情况,随即发出电控信号,启动执行器制动,使汽车的制动力Fμ及制动扭矩Tμ作用在4个车轮同时达到最大,其中,。图3为紧急制动电控流程[5]。

紧急制动时EPB的优势

车速小于5km/h时拉EPB按钮,可对后轮进行制动,使汽车停止。车速为5-30km/h时拉EPB按钮,对后轮进行逐次减速制动,持续制动阶段平均减速度最高可达到8-10m/s2,较未配备EPB的汽车增加了1-2m/s2,提升了汽车紧急制动时的安全性能。

制动距离s的公式:

式中,S:制动距离;

abmax:初始车速;

Ua0:汽车持续制动阶段的平均减速度;

t2'制动时刹车片与刹车盘之间存在间隙所需时间;

t2"行车制动器制动力增加[4]所需时间

紧急制动情况下,极短,近似为0.1s,通过计算及利用SUV汽车在水平、干燥、良好的城市道路上进行测试实验分别得到配备EPB和未配备EPB的汽车的紧急制动距离,具体情况见表1。

从表1中可看出,当车速达到30km/h时,若采取紧急制动停车,配备EPB的汽车比未配备EPB的在制动距离上降低了0.87m,以设计车长4520mm、轴距2690mm的SUV汽车[3]为例,如图5为30km/h—0时的紧急制动配备与未配备EPB在制动距离s上的差距。0.87m,即870mm,这个差距相当于在水平面上,汽车的前保险杠至前轮的垂直距离或后保险杠至后轴的垂直长度,这在紧急制动的时刻显得至关重要,配备EPB的汽车不仅缩短了制动距离,而且提高了车上人员的安全系数及汽车紧急制动时的安全性能,防止追尾事故的发生。

EPB在紧急制动时间和距离上的优势在通常角度来说,零点几秒和几十公分的差距是微不足道的,而所谓的紧急制动,举个例子来讲:汽车在能见度低的高速公路行驶,或穿越无人看守铁路道口的时刻,若在这些紧要关口,零点几秒和几十公分的差距便相当于百米赛跑运动员冲线那一时刻了,而紧急情况下,甚至可以挽救驾驶员或乘客等车上人员的生命以及财产的损失。由此可见,汽车设计配备有EPB对防范交通事故的发生起到了至关重要的作用,效果非常显著。

3 结论

本文完成了汽车EPB系统坡道起步及紧急制动的设计,依据作用于汽车上的外力特性,分析了与汽车动力学及EPB系统相关的动力性及制动性使用性能,建立了相关的动力学方程,分析了EPB系统在坡道起步以及紧急制动时对汽车动力性能及制动性能所具备的优势,最终结果满足设计数值要求。

摘要：电子手刹系统即EPB系统的总体结构较为复杂,需要对其参数进行设计,文章主要针对EPB系统在坡道起步以及紧急制动时的参数进行设计,解析与描述。

关键词：EPB,参数设计

参考文献

[1]Electric Hydraulic Brake System-The First Approach to Brake-by-Wire Technology.SAE 1996.96.1.1.

[2)RenauIt Koleos:premier de la classe?Ingenieurs de l'Automobile.08,(794).

[3]刘峰.雷诺科雷傲故障快速维修与EPB手动解锁[J].汽车维修.13(11):13-16

[4]余志生.汽车理论[M].机械工业出版社,00年:2-3,13-14,77-81.

[5]刘峰.汽车电子驻车制动EPB系统电控流程设计[J].客车技术与研究,16(4):46-48.

优化抽油系统参数提高采油效率 篇8

1. 抽油机井技术装备对系统效率构成影响。

提升抽油井的技术装备高低抽油机井生产系统效率的关键在于抽油井技术装备高低和性能的优劣。先从油井抽油机动力系统配置来讲, 部分油井的抽油机还在使用高消耗能源的设备, 比如淘汰型的变压器, 或者采用调整电机、或者采用37千瓦普通电机, 使用这些高耗能设备肯定会使抽油机系统的效率受到影响。所以, 油田管理部门就应上分析问题所在, 从根本上解决抽油机井系统效率低的问题, 应该把技术设备更换成较先进的、节能型的。

2. 抽油机井系统效率构成影响因素的分析

抽油机井是运用将电能从地面传递给井下液体的原理进行采油的, 这样就能够把井下液体举升到井口。抽油系统工作时, 就是一个不断传递和转化能量的过程, 而能量经过每次的传递和转化都将形成一定的流失。液体的有效能量是从地面供入系统的能量的各种损失排除后的能量, 此有效能量与系统输入能量的比值称为抽油机井系统效率。

3. 提升抽油机井生产系统的优化设计水平

只有提升抽油井生产系统的优化设计水平才能提高抽油机井系统效率。而目前油田一些部门的对抽油机缺乏管理。故而部分抽油机使用时间过长, 致使抽油机系统出现众多问题, 比如支架偏斜又或者游量偏斜, 抽油机系统的悬点井口对你不上、冲不齐, 有的抽油机出现减速箱漏油问题, 还有的发现车轮刹磨损严重, 更严重的居然还存在刹车失灵的问题。只有提升抽油机的生产系统优化设计水平, 才能解决这些严重的具体问题, 抽油机的运行效率和油井的生产效率才能够得到提高。

4. 管理措施的影响

目前, 关于油井抽油机设备的管理, 监管设备的工作状况, 落实采油工作管理制度, 都直接关系着抽油井系统的工作效率。只有高水平的、严格的管理层才能有效的提高抽油机生产系统的工作效率。所以目前, 及时的了解油井设备工作情况, 及时的调整油机采油的工作制度并且采取有效措施严格落实管理制度, 这样才具备提升抽油机井系统效率的基本条件。

总的来说, 抽油机系统效率的提高的大方向是高效节能, 节约能源, 一次为首要工作目标。

二、分析抽油机系统的节能技术

1. 提高提高抽油机系统技术设备, 完成抽油机系统节能效率目标。

具体分析关于依然使用着已经属于淘汰型的变压器, 或者采用调整电机、或者使用37千瓦普通电机等高耗能设备的实际现象。要想解决抽油机井系统效率低的问题, 只有从源头上解决, 油井抽油机动力系统配置升级为较先进的节能型的设备。详细分析, 首先为抽油机筛选出适当的电机设备, 从而降低电机的锁定功率, 来提高效率。再是要改变抽油机低效率的工作状态, 抽油机要使用变频调速控制, 使抽油机的工作方式跟油井的负荷相同, 从而减少无效抽取状况, 保证每次都能出油, 降低能源消耗, 系统的节能效率得到提升。最后运用晶变频对抽油机实行变频改良。经过晶变频的改良后, 可以减少抽油机的供电电流量, 抽油机功率的因数随之提高, 抽油机的变压器负荷随之降低, 提升系统效率。结合晶变频的改良, 抽油机的石油产量得以增长, 调整抽油机的抽油速度, 而且避免了抽油机较强的机械冲击, 抽油机的使用期限得以延长, 有效的提高抽油机的工作效率。

2. 提升抽油机井生产系统的优化设计水平, 实现系统效率的提

提升抽油机井生产系统的优化设计水平是抽油机井系统效率得以提高的源头。要想提高系统效率, 具体分析抽油机系统工作参数存在的不正确的现象, 对抽油机的工作参数进行详细的调整。切合实际的解决致使抽油机系统出现支架偏斜或者游梁偏斜、抽油机系统的悬点井口对不上、冲不齐的问题, 抽油机减速箱漏油的问题尽快的解决, 改变刹车轮刹磨损和刹车失灵的问题。提高泵效, 使井下的效率上升的办法是经过减少电机皮带轮直径或采用调速电机来降低冲次。优化设计水平若得到优化, 在实际抽油机工作的过程中, 抽油机的电机功率因数得以大幅度的提高, 从零点四左右提升到零点九, 这样抽油机电网和变压器的负担得到大幅度的减少, 线损降低, 抽油机的失败率降低, 从而提升抽油机系统的效率。

3. 详细及时的检查管理抽油泵的质量, 提升抽油机系统工作效率

抽油泵作为深井抽油系统中的井下设备, 其作用十分重要。抽油泵多面临的工作环境更加的繁琐复杂, 故而应及时的对抽油泵进行检修, 抽油泵质量的情况直接影响着抽油井的产量。详细来说, 要对抽油泵链接部分是否密封良好, 强度高低, 抗腐蚀性, 是否年磨损都的进行详细的检查, 这样才能增加其使用年限。在选择抽油泵时也要注意选择其构造简答, 能够达到服务油井排量的需求的泵体。

结语

振动挖掘系统流量控制参数分析 篇9

振动挖掘是通过液压驱动挖掘装置的机构产生高速往复运动，使挖掘铲斗在常规静力挖掘力上叠加振动冲击力，作用于挖掘土壤的一种挖掘方式，这样可减小挖掘切削阻力，提高作业效率[1,2]。在液压挖掘机振动挖掘作业控制试验研究中，流量振动控制是振动挖掘机构动力学研究的一个重要方面。

目前，关于液压挖掘机工作装置的振动挖掘的运动学和动力学方面的研究还较少，振动挖掘方面的研究主要集中振动切削机理方面[3,4,5,6,7]，文献[3]研究了铲斗与岩土相互作用的力学模型，探讨了液压挖掘机振动掘削的减阻规律，从而获得了振动掘削减小阻力的原因。文献[4]研究了振动载荷对土壤破碎过程的影响。文献[5]提出了基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)的液压挖掘机振动掘削过程土壤参数在线辨识算法，进行了土壤固有频率等参数的在线辨识仿真和试验研究。Saqib等[6]研究了在甜薯收获机上利用振动挖掘铲的作业方法，研究了振动频率、幅值和前进速度对土块大小、密度和破碎方面的影响。Niyamapa等[7]研究了振动耕作工具与土壤的破碎机理之间的关系，试验表明由于振动作用，土壤出现脆性破坏时具有月牙形状的破坏面，随着振动速度增加土块大小尺寸减小。

本文建立了振动挖掘多连杆机构理论模型，给出了流量控制信号模型，对某型液压挖掘机利用数值计算方法，对其振动控制的波形、灵敏度系数和振动液压油缸的压力分布进行分析，最后利用试验对理论模型进行验证。

1 振动挖掘机构理论模型

1.1 运动学模型

振动挖掘作业是通过驱动三角形机构P5P6P9，再驱动四连杆机构P6P7P9O3，使铲斗产生振动，进行振动挖掘作业的，如图1所示。

首先分析P5P6P9驱动机构关系。设作用于铲斗液压油缸P5P6大腔液压油分静力分力流量和振动挖掘分力流量分别为qS(t)、qV(t)，液压油作用于铲斗油缸，在某一时间t，铲斗油缸的位移P5P6表示为

式中，l20为油缸未伸缩时的长度，即|P5P6|;l2x(t)为手动控制时油缸的伸长量，l2x(t)=qS(t)/S0,S0为铲斗油缸的大腔截面积;Δl2(t)为油缸输入液压振动信号时的位移量，Δl2(t)=qV(t)/S0,qV(t)可以是三角波、正弦或方波函数。

对式(1)求t的一阶和二阶导数，有

式中的一阶、二阶导数分别表示液压油缸手动控制与自动控制振动时的速度、加速度值。

对于图1中三角形机构，有

利用式(4)，容易得到分别为摇杆P6P9的角速度、角加速度，令

其次，利用矢量法建立双摇杆四连杆机构P6P7P9O3的运动学方程。有

对式(5)两边分别求t的一阶和二阶导数，并已知P9O3为连接架，ω1=0，ε1=0，容易得到ω3、ω4、ε3和ε4。

1.2 灵敏度分析

为了得到铲斗油缸的变化量与铲斗斗齿P8点振幅的变化量关系，现在对其灵敏度进行分析。首先，对于铲斗的四连杆机构，对于某一姿态，θ1为一个定值，式(5)两边对θ2求导，得

其次，式(4)两边对β3求导数，且有dβ3=dθ2，再由d 可得

式(7)为铲斗油缸的伸长量对铲斗的偏转角度的灵敏度关系式。可知，灵敏度系数只与铲斗连杆机构的位置参数、几何参数有关。

1.3 求解振动挖掘力和铲斗油缸压力模型

为了得到挖掘斗齿点的振动挖掘力，首先利用动能原理求解铲斗相对于其铰点的等效转动惯量。现在通过作图法，求连杆P6P7的运动瞬心F及其角速度ωF。容易得到:

设摇杆P9P6对P9点的转动惯量为J1,P7O3对O3点的转动惯量为J4，连杆P6P7对其质心转动惯量为J3，连杆P6P7对其瞬心的转动惯量为J3，由动能定理得到转换到铲斗上的系统等效转动惯量JV为

式中，m22为活塞杆的质量。

根据平衡轴定理，对于连杆P6P7，有

以上，P9F、P7O3、O3F和FM长度的计算均为几何运算，其计算方法较简单，这里不再详述。将式(10)代入式(9)即可得到铲斗上系统的等效转动惯量。

利用动量矩平衡原理，有

再根据FD=MC|O3P8|，即可得到作用于斗齿上的挖掘力。

令转换到铲斗油缸活塞杆上的等效质量为mV，则有

对于铲斗油缸的活塞杆m22部分，利用牛顿定理可得到铲斗油缸大腔的压力p，即

2 流量控制信号输入模型

设铲斗振动挖掘时，其振动挖掘流量qV(t)与手动控制流量qS(t)之比为λ，即

当振动挖掘输入正弦控制信号时，铲斗油缸的位移信号为

式中，qVmax为铲斗振动时产生的最大流量;f为液压流量的振动频率，Hz。

当振动挖掘输入方波控制信号时，铲斗油缸的位移信号为

式中，T为振动周期。

由于方波信号的一阶、二阶导数非连续，利用傅里叶级数将其展开，得到

式(17)两边对时间t求一阶和二阶导数，容易得到输入信号的速度、加速度信号。同理，可获得三角波振动控制信号的位移、速度和加速度。

3 数值计算分析

以某型挖掘机为例，已知l0=1511 mm,l1=420 mm,l3=365 mm,l4=345 mm,l5=255 mm，铲斗质量m1=15 kg,m3=15 kg,m22=55 kg,m4=213 kg。|O3P8|=1040.6 mm，|O3E|=370 mm，铲斗摆动范围为[0°，152°]。

(1)输入不同振动控制波形，分析挖掘力分布情况。分别输入为正弦、方波和三角波振动控制信号，振动频率为10 Hz，λ=0.2，可得到铲斗斗齿点的振动挖掘力分别如图2、图3和图4所示。可以看出，正弦波输入振动控制信号产生的最大振动挖掘力约为1.9 kN，三角波信号产生的最大振动挖掘力约为26 kN，方波产生的最大振动挖掘力约为58 kN，这是由于方波信号可以产生较大的加速度值，可获得较大的振动挖掘力，而正弦信号过渡较为平缓，加速度值较小，得到的振动挖掘力值也较小，三角波振动效果位于两者之间。

(2)求解铲斗油缸伸长量对斗齿点P8的振幅灵敏度系数。图5所示为铲斗驱动油缸位移关于斗齿点振幅的灵敏度系数，可以看出，铲斗驱动油缸位移关于斗齿点振动幅值的灵敏度系数随着铲斗的旋转而发生变化，最小值出现在铲斗油缸的初始位置，为0.16(最为敏感)，即铲斗油缸有1 mm位移，铲斗斗齿的振幅达到1/0.16=6.25 mm，此时，铲斗油缸的驱动力臂最短，因此，其灵敏度最高。而当铲斗油缸驱动到中间位置时，其灵敏度系数反而较大，因为此时铲斗油缸驱动的四连杆机构的力臂值较小。因此，根据灵敏度系数关系可以确定铲斗油缸的振动控制的流量，进而确定振动时的幅值。

(3)铲斗油缸压力分布情况。图6所示为输入方波信号，振动频率为25 Hz，振动流量控制比例为0.5时，铲斗大腔的压力分布情况。从图6可以看出，该条件下铲斗大腔最大压力达到了38 MPa，超出了系统的额定压力(一般情况下为30 MPa)，因此，振动控制参数的选择需要进行铲斗油缸压力理论计算，并根据液压系统的工作压力以及控制阀背压参数，对控制参数进行优化选择。

4 试验验证

为了验证流量振动控制的动力学模型，对液压挖掘机样机进行空载振动试验，测试铲斗振动油缸的压力和流量参数。在铲斗油缸上输入方波信号，驱动频率f=1/12 Hz。压力和流量测试曲线如图7所示。从测试数据看，铲斗油缸的流量近似为方波信号，振动最大流量约为56 L/min，静力挖掘流量为零。铲斗油缸的最大压力为1.7 MP(17 bar)。

根据试验条件，输入方波振动控制信号，得到液压油缸的压力曲线如图8所示，从图8可以看出，铲斗油缸的最大压力为2.25 MPa。实际上，铲斗油腔的压力还与液压油阻尼、管道长度以及连接机构的间隙等因素有关，受液压系统中泵功率恒定影响，理论计算的压力变化规律与实际测量值不同，铲斗油缸理论计算的最高压力与测试值基本接近，验证了流量振动控制的动力学模型的正确性。

5 结束语

在流量振动控制信号中，利用傅里叶级数表示三角波、方波信号，解决了原始信号求导问题;采取流量控制方式时，应优先考虑方波信号，方波流量振动控制信号可获得较大的振动挖掘力，而正弦信号的振动挖掘力值最小，三角波介于两者之间;灵敏度系数、铲斗油缸压力的分析为振动挖掘控制参数的确定提供了理论依据。最后利用试验对流量振动控制模型进行了检验，验证了理论模型的正确性。

摘要：振动挖掘系统流量控制参数决定了振动挖掘力的特性,对振动挖掘作业效能具有重要的影响。建立了振动挖掘多连杆机构的运动学模型,推导了铲斗油缸伸长量与振动挖掘振幅的灵敏度计算公式,给出了振动挖掘力和铲斗油缸压力的求解方法,在流量控制信号输入模型中,应用傅里叶级数解决了方波、三角波振动控制信号求导问题,用数值分析方法对流量振动控制中的波形、灵敏度系数和油缸压力分布进行了分析,最后通过试验对流量振动控制模型进行了验证。

关键词：振动挖掘,运动学,挖掘力,波形,灵敏度

参考文献

[1]朱建新,郭鑫,邹湘伏,等.岩土振动掘削技术研究现状及其发展趋势[J].工程机械,2006,37(1):33-38.Zhu Jianxin,Guo Xin,Zou Xiangfu,et al.Research Situation of Vibratory Excavation Technology for Rock and Soil and Its Developing Trend[J].Construction Machinery and Equipment,2006,37(1):33-38.

[2]韩军,张德恩,杨宏,等.军用工程机械原理与技术[M].北京:国防工业出版社,2011.

[3]郭鑫.液压挖掘机振动掘削减阻机理分析及参数优选[D].长沙:中南大学,2006.

[4]胡火焰.液压挖掘机铲斗振动掘削减阻及能耗机理研究[D].长沙:中南大学,2007.

[5]朱建新.液压挖掘机振动掘削机理及其过程优化建模与智能控制策略研究[D].长沙:中南大学,2008.

[6]Saqib G S,Wright M E.Vibratory Diggers for Harvesting Sweet Potatoes in Cloddy Soils[J].Journal of Agricultural Engineering Research,1986,34(1):53-61.

集中供热系统参数优化设计 篇10

热能输送管网的参数选择,是进行热网优化的重要环节之一。而供热管网的直径选取则是其中的主要问题。输送热能的载热体,在满足用户需要的条件下,当其流速增大,管道直径就可以小些,因而减少了投资和散热量,管网直径越小,输送阻力越大,动力消耗的费用就越大;反之,管径越大,输送阻力越小,动力消耗的费用越小,但基建投资就越大。所以,必然存在一个最优管径,即最经济管径,在这种情况下,基建投资和动力消耗等费用和最小。而传统的经济管径法常用于粗算管网直径,存在一定缺陷;清华模型相对比较完善,但解法繁琐。针对上述问题,本文从经济最优化的角度建立改进的供热管网参数优化模型,并采用简便实用的优化计算方法,通过实际工程分析计算,验证了本方法的可行性。

1 数学模型

由于供热系统优化的数学模型是非线性规划问题,而目前还没有求解该问题的成熟解法,因此需要对经典模型进行变换以便求解。

1.1 基本公式

二次往热水管网中,内径、水流量、设计热负荷的关系:

式中:C-水的比热;

tng-热水网设计供水温度;

tnh-热水网设计回水温度;

△1-管壁绝对粗糙度;

ρ1-水的密度;

R1-热水网的比摩阻。

1.2 热水网费用

管网费用包括:管网建设投资与折旧、介质动力消耗费用与热网散热损失。

1.2.1 管lj初投资

式中:σ-投资效果系数;

a1,b1-管网造价函数回归系数。

1.2.2 管段lj的年折旧费

式中:r-管网年折旧率;

ρ-投资固定资产形成率。

1.2.3 输送单位热负荷的动力消耗费用

式中:ld1(lj)-管段lj的局部阻力当量长度(米);

ηxb-循环水泵效率;

Hg1-全年供暖小时数;

pd-工业用电价格(元/千瓦)。

1.2.4 输送单位热负荷的动力消耗费用

式中:k-传热系数;

管道附件局部热损失系数;采暖期室外平均温度;

热价(元/千瓦)。

1.2.5 输送单位热负荷,热水管网部分的年计算费用

1.3 管网参数优化模型

为使管网的建设投资和动力消耗费用最小,管网的直径应满足下面目标函数,

即热水管网参数优化目标函数:

该供热管网管径优化问题是无约束非线性规划问题,本文采用牛顿搜索法进行求解。

2 应用举例

某供热管网参数如下:

(1)供回水温度130/90,室内采暖计算温度为18℃,室外平均温度-11℃;

(2)供热系统回收年限8年,投资效果系数0.125;

(3)管网造价回归系数

(4)管网年折旧率3%;

(5)投资固定资产形成率0.95;

(6)循环水泵效率75%;

(7)供暖天数136天,用电价格0.45元/度;

(8)管道传热系数0.8。

根据优化模型,通过Matlab编写优化程序,确定各管段最优管径。具体计算结果如表1、表2。

结语

通过管网优化模型计算结果可知:

(1)管网初投资减少,年折旧费用相应降低;

(2)管网热力消耗费用也有所较少;

(3)管网年总费用比优化前减少了5.1%;

(4)本管网规模较小,经济效益也较小,但优化潜力较大。

(5)从能量经济学的基本原理出发,提出新的较为简便的热水管网模型,并对该模型采用牛顿法求解。

参考文献

[1]沈幼庭.热力系统及设备优化[M].机械工程出版社.1985.

[2]刘丽莉.供热系统优化规划研究[M].系统工程.1998.

[3]王荣和.优选管径法在给水管网优化设计中的应用[M].中国给水排水,1998.

参数监控系统 篇11

摘要：整体叶盘复合铣削加工是基于国际同类整体叶盘制造技术提出的一种整体高效和高质量的制造加工工艺.针对开式整体叶盘盘/插/侧复合铣削刀具与切削参数优化系统的开发需求，构造了集高速切削工艺参数库、刀具库、实例库等子数据库和铣削参数优化数据库于一体的铣削参数优化系统，阐述了该系统的总体结构，设计了各功能子模块的构成，并分别提出了基于铣削参数的目标预测模型，以及基于遗传算法的参数优化模型，为科研生产提供参考和依据，保证在满足加工要求的同时提高加工效率、降低生产成本.

关键词：参数优化；数据库；复合铣削；整体叶盘

DOI：10.15938/j.jhust.2015.05.008

中图分类号：TG506

文献标志码：A

文章编号：1007-2683（2015）04-0039-07

0 引言

整体叶盘是新一代航空发动机中压气机、涡轮和风扇的关键零件，对改善发动机性能具有重要作用，一些航空发达国家在新型发动机设计中普遍采用了这一结构.与传统结构相比，整体叶盘将叶片和轮盘设计为一个整体，省去用榫头、榫槽连接，减少和避免了榫头气流损失、榫槽损伤隐患，使得叶盘整体重量减轻而刚性和平衡精度提高，极大地改善了发动机的推重比和可靠性.制造整体叶盘用的材料，主要有钛合金和镍基合金；其结构大致可分为开式、闭式结构，以及大小叶片转子结构——开式结构中大叶片间含有小叶片.

整体叶盘属于薄壁类复杂型面零件，叶片薄、叶展长、扭曲度大、受力易变形，叶片间的通道深而窄、开敞性很差，且属于典型难加工材料，实际加工时，不仅材料切除率很高，铣削加工难度也较大，对于开式整体叶盘而言，由于其从毛坯到成品的加工过程中，约有90%的材料将被切除，为提高通道粗加工效率、缩短制造周期，西北工业大学提出了一种集成的高效强力复合铣削方法.该方法首先利用盘铣切削效率高的特点对叶盘通道开槽，最大限度去除材料；在此基础上，对盘铣不可达区域（切削干涉区域）进行高效插铣，实现扩槽加工与曲面成形；最后，使用圆柱铣刀或球头铣刀侧铣，完成除棱清根，完成通道粗加工.整体叶盘及其复合铣削加工方式如图1所示.

在整体叶盘复合铣削加工过程中，加工工艺方法的改进，为进一步提高加工效率、降低加工成本提供了可能，但是铣削参数的合理选择依然是一个非常重要的问题，目前，国外的整体叶盘制造己基本形成全数字化集成制造单元，实现了整体叶盘的高效率、高质量及低成本制造，并建立了完整的工艺参数库；而在国内，由于整体叶盘所用材料加工成本高、难度大，供参考的数据信息不多，在实际加工过程中，技术人员仅凭个人经验或参照切削用量手册进行选择，很难获得十分满意的参数.随着金属切削向集成化、智能化和网络化方向发展，切削数据库的支撑作用日益明显，选择合理的优化算法建立切削数据库，可以更好地选择切削参数，然而，由于根据切削参数建立的模型非常少，数控加工切削参数优化的问题值得研究.哈尔滨理工大学根据项目需求，结合整体叶盘开槽粗加工材料去除率高的实际，展开了复合铣削参数优化的研究.本文针对以上加工工艺方法，将智能优化算法和金属切削理论相结合，建立了铣削参数优化模型，运用切削理论、数学建模和模型分析方法寻求铣削参数的最优组合，并根据软件设计思想，设计出整体叶盘（开式）复合铣削参数优化系统，以有效实现铣削参数管理、预测、优化和相关知识查询.

1 系统总体设计

1.1 需求分析

系统需求分析是在用户调查的基础上，通过分析，逐步明确用户对系统的需求，包括数据需求以及与这些数据有关的业务处理需求，对于任何一个加工优化过程而言，必须选择确定的优化目标作为衡量标准.工艺参数优化策略的研究集中在加工效率、加工精度和加工成本3个方面，其切削优化模型可归纳为加工需求、目标函数、设计变量和约束条件等4个层次，具体如图2所示.

盘/插/侧复合铣削是一个极其复杂的过程，影响因素很多，包括机床动态特性、刀具材料及几何参数、工件材料及特征等.在本文所研究对象中，加工需求和切削条件是一定的，对于通道开粗加工，主要是在控制成本的基础上提高效率，同时考虑侧铣加工表面质量的情况.因此，本系统主要是在规范管理机床、刀具、丁件、试验数据和用户信息等基础上，将这些信息与工艺系统中各铣削参数（铣削速度、每齿进给量、切削深度）结合起来，根据已建立的预测模型对切削力、材料去除率、铣削扭矩、铣削功率等进行预测，并结合加工要求、约束条件等，通过已建立的优化模型进行铣削参数的优化，同时对以上预测、优化结果进行数据管理.

当然，以上内容主要是从系统目标需求、功能需求和数据需求等角度进行分析，对于数据库系统而言，还必须充分考虑其性能需求，如系统的可扩展性、可维护性、稳定性和安全性等，以及面向特定群体的适用性等，以此满足软件用户需求.

1.2 体系结构设计

体系结构设计是数据库系统的总体框架设计，对一般性数据库系统而言，大多采用外模式、概念模式和内模式构成的三级模式结构，这三级模式分别对用户观念下的局部数据结构、对数据库全局逻辑结构和对数据物理结构和存储方式进行描述，为解决系统复杂性可能会带来的系列问题，本系统从实际应用角度出发，将系统结构分为应用层、逻辑层和数据层，如图3所示，这种结构不仅清晰呈现了三级模式与三层结构的关系，还为解决系统的可扩展性、可维护性打下良好的结构基础.

在系统三层结构中，应用层（也即用户界面层）呵为用户提供友好的界面展示，用户可根据权限和导航进行相关操作；逻辑层用于描述数据整体的逻辑结构，连接着数据访问层和应用层两部分；数据层主要是与逻辑层进行交互，负责数据库的访问，为系统提供支持.其中，逻辑层作为数据库系统的核心层，一方面作为调用者，从数据层获取数据完成逻辑运算，同时也作为被调用者，执行用户相关业务需求，并保证系统的安全、可控性能.其完成的主要功能包括用户信息、基础数据的查询、添加、删改，铣削试验数据的分析，不同铣削方式下的切削力、功率等预测，以及铣削参数的优化等，

在图3中，人机交互模块可以面向管理员和一般用户，针对不同需求选择进入到信息查询、数据管理、目标预测和参数优化等4个基本功能模块，而数据库与4个模块之间也可进行数据、信息的存人或输出，形成完整的系统架构和信息交互.同时，系统数据库还将目标预测和参数优化的约束信息、预测和优化后的数据结果纳入其中，以方便用户调阅查看，使用户获得更好的操作体验.

1.3 系统流程设计

系统流程用于表达系统内各部件（程序、文件、数据库、表格、人工过程等）的流动情况.结合系统功能设计需求和软件总体操作流程，将系统的总体工作流程设计如图4所示.

从总体流程来看，用户进入系统时，首先需要进行身份验证，通过创建连接对象与用户数据库比较，确保系统入口安全；然后，用户根据权限和需求进行功能选择，并执行相应的操作，系统经过处理之后输出或显示相应的结果，其中，在对铣削参数进行优化时，先确定复合铣削工艺特定加工方式和相应的加工条件，根据加工要求选择适用的预测模型，并确定约束条件的合理区间，再通过调用MATLAB优化模型，以实现铣削参数优化.

2 系统关键技术

2.1 切削力预测建模

切削力是机械加工过程中最重要的物理参数之一，不仅影响加工件表面质量、硬化层深度、残余应力，对刀具的使用寿命和磨损情况也会产生重要影响.在切削过程中，切削条件的改变，如加工参数、刀具几何尺寸工件材料特性和机床加工设备等，都会引起切削力变化.当然，在机床、刀具、工件都确定后，主要还是切削用量对切削力的影响较大，尤其是整体叶盘复合铣削加工，加工方式不同、参数组合多样，使得铣削参数与切削力之问的关系更为复杂.因此，基于铣削参数预测切削力（以及铣削功率、扭矩），对于优选铣削参数、提高效率和降低成本等都具有积极的指导意义.

在铣削过程中，由于受到周期载荷冲击、刀具磨损和切屑变形等因素综合影响，根据几何建模方法建立的铣削力模型与真实切削力变化规律存在较大差异，甚至偏离.基于对现场真实数据进行统计回归分析而建立数学模型则成为准确性较好的铣削力研究手段.为此，根据复合铣加工中的3种不同方式和对应工序，分别进行了整体叶盘典型材料（钛合金TC4）盘铣开槽、插铣扩槽和分层侧铣试验研究，并采集工艺参数选取范围内的切削力合力和各向分力数据.由铣削试验关于铣削参数对切削力的影响可知，二者之间存在着强烈的非线性关系，因此，可通过最小二乘法建立切削力关于铣削参数的回归方程，并基于概率统计对其进行显著性检验，铣削参数与切削力之间的通用关系可描述为

其中：Fj分别为x、y、z向分力和该方式下合力；i代表盘/插/侧铣削加工；C_F、m₁、m₂、m₃、m₄分别为铣削参数的影响系数和指数（可根据不同切削试验数据进行回归分析获得）；v_c、f_z、a_e、a_p分别为铣削速度、每齿进给量、径向和轴向切深.

通过以上预测模型，分析单因素和多因素条件下铣削力寿命受影响规律，对不同铣削参数组合进行试验验证，以达到在此约束条件下，较准确地预测任意参数组合的目标预测结果.

2.2 基于遗传算法的铣削参数优化

2.2.1 目标函数的建立

根据整体叶盘加工实际，参数优化的目标主要是综合考虑机床、刀具、工件等因素影响，以获得较高生产率和较低生产成本的最佳铣削参数组合，同时在侧铣加工确保表面质量.尽管三种铣削方式涉及的铣削参数均有所不同，但从理论和实际来看，切削过程实际上是材料去除问题，且单位时间材料去除率是作为衡量加工效率的重要指标，而生产成本也主要考虑刀具的损耗.因而，本文将多目标优化问题通过几个重要的单目标函数线性加权求解.

1）单位时间材料去除率的表达式如下：

式中：Q_i为整体叶盘盘铣、侧铣单位时间材料去除率，mm³/min；n为主轴转速；Z_n为刀具齿数.由于插铣沿轴向进给不受插铣深度限制，在试验加工分析参数对切削力的影响时，主要选择切削速度v_c、每齿进给量f_z和径向切深a_e三项，插铣加工模型及去除材料部分示意图如图5所示.

因此，整体叶盘插铣加工单位时间材料去除率可表示为

其中：AS为插铣加工材料去除截面积，可根据几何关系分析得出.图5中s为插铣步距.

2）刀具使用寿命的表达式如下：

其中：C_T、n₁、n₂、n₃、n₄分别为铣削参数的影响系数和指数.为此，可通过钛合金TC4刀具磨损试验，参照切削力预测模型的建立方法，求解得出模型中各影响系数、指数.

3）根据以上内容，为实现生产率较高和生产成本较低的复合铣削加工，可通过采用线性加权法建立铣削参数优化的多目标函数，表述如下：

其中： 为加权系数， 中X2可由主轴转速n求得，

值得注意的是，由于材料去除率和刀具使用寿命均为非负值，可将上式中的目标函数转化为求最小值的优化目标，目标函数如下：

2.2.2 约束条件

固态照明产品色度参数测量系统 篇12

近年来由于固态照明产品的快速发展, 其性能评价标准也得到更大的重视, 固态照明产品在色度上来说与传统荧光灯有少许区别。为了能更好地评价固态照明产品的颜色以及通俗易懂的标称固态照明产品的色度参数, 在2008年, 美国国家电气制造商协会 (National Electrical Manufacturers Association, 简称NEMA) 、美国国家标准照明工作组 (American National Standard Lighting Group, 简称ANSLG) 联合发布了有关固态照明产品的色度规范ANSI NEMA ANSLG C78.377-2008《Specifications for the Chromaticity of Solid State Lighting Products》 (固态照明产品色度参数技术规范) , 该标准随即被美国国家标准学会推荐为美国国家标准。经过几年时间, 该评价体系逐渐被越来越多的照明工作者接受。

发展该色度参数评价标准的目的除了能更好地表述固态照明产品的色度范围, 采用色温范围分类的方法, 能使消费者更容易接受色温偏差的概念去判定颜色参数;而且在商业化的初期, 固态照明产品作为代替现存的荧光灯光源、荧光灯灯具、钨丝灯的新产品, 采用的色温偏差体系是基于原先荧光灯六个色温目标值的基础上发展而来的, 与原先麦克亚当椭圆颜色偏差保持一定的一致性;更重要的是固态照明产品制造工艺中对色度参数的控制以及稳定性在目前来说暂时还未能达到荧光灯的水平, 考虑了当前固态照明产品的工艺水平, 该色度评价体系较荧光灯更为宽松。但该系统并不是简单盲目地扩大色度容差范围, 其最大的优点在于既保持了与现存色度参数评价体系的一致性, 又预留了固态照明产品生产技术发展的空间, 与此同时, 考虑了固态照明产品生产中的合理性, 是一套较为完美的色度评价体系。

1 传统电光源产品——颜色匹配标准偏差

发光二极管 (LED) 固态照明产品出现在照明领域之前, 评价电光源颜色准确性采用5SDCM麦克亚当椭圆的方式。图1为麦克亚当最初选取的25个目标值并放大。由图1可以知道, 人眼在色度图中感知颜色变化的色品坐标距离是不一致的。

所以在测量光源颜色时, 在色度图中选取六个目标值, 测量电光源与色坐标目标值之间的色品容差。比如在色温为6 430 K时规定了x=0.313, y=0.337作为色品坐标的目标值, 根据该目标值, 可以在色度图上划出该点的1SDCM麦克亚当椭圆, 得到该麦克亚当椭圆后计算出长轴于x轴之间的夹角, 长半轴, 短半轴, 这三个值分别为:=58°23′, =0.00223, =0.00095。由麦克亚当论文《Specification of small chromaticity differences》中的方法转换成11=860 000, 12=-400 000, 22=450 000三个系数分别代入公式1。

公式1中, 用来表征倍麦克亚当椭圆的半径;为倍数;SDCM为单位颜色匹配标准偏差;为测试值与目标值=0.313之差;为测试值与目标值=0.337之差。

由图1可知, 不同的目标值计算系数不同, 所以不同的目标值需要分别计算。我国荧光灯国家标准以及IEC标准采用5SDCM的色品容差, 美国国家标准采用4SDCM的色品容差, 而美国能源之星采用7SDCM的要求, 这种评价方法对于荧光灯较为适用, 这六个目标值基本包括了荧光灯典型地用于普通照明的目标颜色, 只要荧光灯颜色与这六个目标值没有很明显的颜色偏差, 就能符合我们日常普通照明的使用要求。

2 固态照明产品——荧光灯色度基础系统

该色度评价体系适用于那些集成散热装置以及供电器件的室内普通照明用固态照明产品, 该类产品由直流或者交流电就可以使其正常工作, 并不包括那些需要另外的供电电路或者额外的散热装置固态照明产品。典型产品包括俗称的LED球泡、LED筒灯、LED反射灯等, 但不包括那些销售时无光源的灯具、户外灯具、以及室内装饰灯。

上文已知, 采用麦克亚当椭圆的色度评价方法需要精确的色品坐标来计算, 但消费者表达色度更倾向于使用习惯直观的相关色温。我们知道, 在相关色温相同等温线的各个坐标点之间颜色可能有很大的差别, 所以该体系引入没有被CIE正式定义“Duv”参数, Duv在该标准中被定义为色品坐标点距离普朗克黑体轨迹的距离, 如果Duv为“+”号, 表征了该坐标点位于普朗克黑体轨迹的上方, 反之, 符号为“-”号, 则说明该坐标点位于黑体轨迹下方。本标准规定了实测色度值在等温线上的Duv偏差不能大于0.006。在规定了等温线上的正负偏差之后, 我们就可以采用相关色温的偏差表述固态照明产品颜色的偏差, 见表1。

注: (1) 标称相关色温为2 700～6 500 K之间以步距为100 K的任何值; (2) 为标准中给出的相关色温偏差值公式:△I=0.000 010 8×2+0.026 2×+8 (3) Duv为偏差值公式:Duv=57 700× (1/) 2-44.6 (1/) +0.008 5

从表1以及图2中, 我们可以看出, 固态照明产品—荧光灯色度基础系统的特点是采用了8个四边形规定了容差范围, 容差范围在2 700～6 500 K范围内基本连续, 互不重叠, 各种相关色温产品均可在该系统中评价颜色偏差;各个四边形中心为目标Duv值同目标相关色温值的交叉点, 非常易于计算;根据固态照明产品的特性, 各个目标Duv值并不全部与普朗克黑体轨迹重叠;作为代替现有荧光灯色度系统的新方法, 尽量与旧系统保持一致, 8个四边形基本覆盖了7级麦克亚当椭圆, 并增加了4 500 K以及5 700 K两个目标值, 该系统的容差范围有所增大。

采用该评价系统, 主要是因为:

(1) 采用相关色温和Duv的概念表述颜色的偏差, 比麦克亚当椭圆的方式更容易判断产品的合格性;

(2) 在对LED分级时, 该四边形容差系统已经被广泛使用了;

(3) 在对LED分级时, 出于对经济性的考虑, 采用基本连续的四边形容差评价系统优于传统的麦克亚当椭圆评价系统, 在不影响照明质量的情况下大大提高了生产合格率。

3 固态照明产品——自定义相关色温系统

上述荧光灯色度基础系统在表1中定义了8个目标值, 作为照明用的产品预期目标颜色, 虽然很好地保持了与麦克亚当椭圆系统的一致性, 但是这8个目标值也过度限制了固态照明产品颜色丰富的特性。比如对于可变色温的固态照明产品, 就比较难以评价;另外, 那些被使用在新型灯具或者新的照明环境中的固态照明产品, 不是用来代替荧光灯产品, 并不需要同荧光灯相关色温保持一致, 比如标称值为3 200 K或者3 700 K相关色温的固态照明产品, 在符合了色度容差范围的前提下, 也许在某种场合更能符合用户的要求。

考虑到上述几点, 表1中给出了另外一种评价系统:自定义相关色温系统。该系统在美国国家标准里面更被推荐与接受, 在该系统中, 2 700～6 500 K之间以100 K为间隔的任何相关色温值均可作为目标值。每个目标值均可根据公式算出基本等于7级麦克亚当椭圆的相关色温容差以及Duv偏差。

该系统更大的在于, 当固态照明产品的颜色质量控制方法越来越先进时, 该系统可以随色度平均水平的发展减小容差范围, 但同时可以保持相关色温的连续性, 保留了固态照明产品颜色丰富的特性。预留了固态照明产品色度质量发展的余地。

该系统的容差图形见图3所示, 为了避免与荧光灯色度基础系统出现混淆, 目前该系统只用于评价8个目标值之外的目标相关色温值。

4 固态照明产品——颜色评价系统偏差

我们在这两套系统中都注意到, 目标Duv随着色温的增加逐渐偏离黑体轨迹, 从低色温的0.000到高色温的0.003, 这是由于定义的CIE标准照明体D65自身就有0.003的Duv偏差, 而D65标准照明体的偏差是由于在定义时, 当时的D65标准荧光灯无法复现真正的6 500 K日光色, 所以在后续的光源颜色评价系统中一直沿用下来, 固态照明系统也考虑到这点, 虽然Duv偏差并没有精确地和颜色匹配标准偏差系统完全一致, 但是也适当保持了Duv的偏差。

5 固态照明产品——显色指数

显色指数可以简单定义为:低色温时, 被测光源与同色温的普朗克辐射体的比较下物体外观颜色的效果;而高色温时, 标准照明体D作为参照标准。在显色指数评价中, a为一般显色指数, 是由1～8取算数平均值得出的, 而特殊显色指数9～15分别是代表深红、深黄、深绿、深蓝、白种人肤色、叶绿色、中国人女性肤色。光源颜色的显色指数是由光源的相对光谱功率分布所决定的。该标准要求固态照明产品显色指数的一个批次平均值必须大于等于标称的一般显色指数, 而批次中的单个样品不能小于标称一般显色指数减3。

虽然显色指数作为国际通用度量方法, 但人们发现用该显色指数系统评价固态照明产品的相对光谱功率分布时, 可能存在一些问题, 而这些问题目前CIE正在修改相关的显色指数评价系统, 以后当CIE出版新的显色指数评价方法时, 美国国家标准ANSI NEMA ANSLG C78.377-2008将作出相应的改动。但CIE没有出版新的评价方法时, 该标准仍然采用唯一现存的显色指数评价方法。

6 结语