H∞控制理论（共9篇）
H∞控制理论 篇1
0 引言
静止同步补偿器(STATCOM)是柔性交流输电系统(FACTS)的重要组成部分,是目前FACTS中性能最好的无功补偿装置,在提高输电系统传输容量和提高电力系统稳定性等方面发挥着重要作用[1,2,3]。在几种比较成熟的拓扑结构中,H桥级联STATCOM利用多电平变换技术,将开关器件电压应力降低,通过级联,使整个装置可以输出高电压,并具有损耗低、响应快、储能元件体积小和输出电流谐波含量低等优点,成为动态无功补偿装置发展的重要方向,在中高压大容量的应用场合得到了迅速的发展[4,5,6,7]。
由于STATCOM的控制方法是影响其补偿性能和效果的重要因素,国内外学者对STATCOM的控制方法与策略进行了多方面研究。文献[8]采用传统PI控制器实现对STATCOM的控制 ,这是目前应用最广泛的控制方法,但其控制性能不太理想,特别是在负载突变的过程中;文献[9]采用滞环电流控制,易实现,有较强的鲁棒性和快速的动态响应能力,但开关频率不固定,滤波器设计困难;文献[10]采用PI控制器对有功功率和无功功率进行解耦控制时 ,由于存在PI环节,其参数整定困难,不适合大范围应用;文献[11]采用比例谐振控制,其只能对某个特定谐波进行无差控制,难以广泛使用;文献[12]使用重复控制,理论上可实现对谐波信号的无差控制 ,但由于重复控制存在延时,系统动态响应变差。
上述控制策略都是基于线性控制,将H桥级联STATCOM的数学模型等效为线性模型。但实际上,由于其级联形式的结构本身就是一个非线性、多变量、强耦合型系统,所以采用传统的线性控制方法无法得到很好的动态解耦,难以实现精确的控制。为了克服这一限制,文献[13]采用了非线性鲁棒控制,控制性能较好,但其权系数选择较困难,且理论较复杂;文献[14 - 15]也采用了相应的非线性控制器对STATCOM进行控制 ,但这些控制器都不能保证系统的Lyapunov函数的稳定性;文献[16]采用的非线性控制方法保证了系统的Lyapunov函数的稳定性,但并未通过具体的实验对控制方法进行有效验证。
针对上述问题,本文通过对STATCOM系统数学模型与工作原理的分析,建立EL(Euler-Lagrange)系统模型,提出新的基于无源性理论的非线性控制策略,并从理论上保证了系统的Lyapunov函数的稳定性。同时为了提高控制算法的实时性和系统的动态性能,消除参考指定电流滞后一拍的影响和抑制STATCOM输出电流的谐波,构造离散状态观测器对系统参考指令电流进行预测。仿真与实验结果表明了本文提出的控制方法的正确性和有效性。
1 STATCOM 的数学模型与 EL 系统模型
1.1 STATCOM 的数学模型
H桥级联STATCOM的主电路拓扑结构见图1。STATCOM采用星形接法,通过连接电抗器并联于电网与负载间,STATCOM通过注入与负载类型相反的无功电流,补偿负载的无功,提高电网输电质量,使电网只提供有功电流。每相桥臂由N个H桥逆变单元级联而成。设功率开关器件工作于理想状态。usa、usb和usc为网侧三相电压;ua、ub和uc为STATCOM输出三相电压;isa、isb和isc为网侧三相电流;ia、ib和ic为STATCOM输出的三相补偿电流;ila、ilb和ilc为负载三相电流;Udc为直流侧电容电压参考值 ;C为直流侧电容;L为连接电抗器;Rs为充电电阻。
对图1所示的电路应用基尔霍夫电压、电流定律及能量关系,可得STATCOM数学模型为:
其中,R为系统的等效损耗电阻。
对式(1)进行abc / dq同步旋转坐标变换,可得在同步旋转坐标系下STATCOM的数学方程为:
其中,id、iq为dq坐标系下的STATCOM输出补偿电流;usd、usq为dq坐标系下的网侧电压;ud、uq为dq坐标系下的STATCOM输出电压。
1.2 STATCOM 的 EL 系统模型
EL系统模型是非线性无源控制理论的重要组成部分[17]。EL系统方程为:
其中,q为广义位形坐标;FL为拉格朗日函数,且有FL= K - V,K为动能函数,V为势能函数;F为外界作用于系统的广义力向量;D为瑞利耗散函数。
EL模型是有效的建模技术 ,通过设置一般变量来定义能量方程,并调用分析动态特性的已知定理来推导运动方程,可使系统沿Lagrangian积分最小化轨迹移动。采用EL模型来定义STATCOM控制系统的一个最重要原因是它描述了难以用线性化控制工具处理的系统的特性。
将式(2)转化成如下形式:
选取id和iq为状态变量,根据式(3),进而将式(4)写成标准EL系统模型形式为:
其中,x为状态变量;M为正定的惯性矩阵,M = MT;J为反对称互联矩阵,J = - JT;R为正定对称矩阵,反映系统的耗散特性;u为外部输入矩阵,反映系统与外界的能量交换。
2 基于无源性理论的非线性控制器设计
2.1 STATCOM 的无源性
对于系统,若存在半正定能量存储函数V(x)及正定函数Q(x),对T > 0使得耗散不等式(6)对系统的输入u、输出y及能量供给率u Ty(伴随着输入u由外部注入到系统的能量供给率)成立,则系统是严格无源的。
即:
其中,T为从初始时刻到当前时刻的时间。
由上文可以知道,耗散不等式表明系统的能量由初始时刻到当前时刻的增长量小于或等于外部注入的能量总和,即无源系统的运动总是伴随着能量的损失。
对于严格无源的系统,若存在光滑可微且正定的存储函数,那么x = 0就是该系统渐近稳定的平衡点,而存储函数就可以写成Lyapunov函数。
对于H桥级联STATCOM,设系统的能量存储函数为:
对V求导,并利用J的反对称特性,可得:
即:
对应式(6),由式(8)可知,H桥级联STATCOM的能量变化率V(x(T)) - V(x(0))总小于外部供给能量二者之差为耗散量所以H桥级联STATCOM是严格无源系统。进而,可以利用无源理论对其进行控制器设计。
2.2 期望平衡点的确定
H桥级联STATCOM在稳定运行时,由于系统存在开关损耗、等效电阻损耗以及储能电容自身的损耗等,会引起功率单元直流侧电容电压下降,因此STATCOM在运行时除了对电网进行无功补偿,同时还需要维持每个功率单元直流侧电容电压的稳定。所以STATCOM稳定运行时有3个期望平衡点:直流侧电压参考值Udc;dq旋转坐标系下d轴、q轴补偿电流参考值id*和iq*。
通常情况下,H桥级联型STATCOM每个功率单元直流侧电容电压的平衡,主要靠从电网侧吸收有功电流来维持,因此可以通过控制d轴有功电流的方法实现其稳定。此时,可以将从电网侧吸收的为维持功率单元直流侧电容电压稳定在Udc的有功电流i*dc,叠加到d轴补偿电流参考值中,得到新的参考电流为id*new= id*+ id*c。则系统的期望平衡点可以修正为2个:
2.3 无源控制器设计
建立误差系统,令:
其中,x* 为系统的期望平衡点。将xe代入式(5)可得系统的误差动力学方程为:
即:
为加速系统收敛,提高x向x* 的收敛速度,使误差能量函数快速变为0,对式(11)注入阻尼,加速系统能量耗散,使其迅速收敛到期望的平衡点。注入阻尼耗散项为:
其中,Rd为系统阻尼矩阵;Ra为拟注入的阻尼矩阵,其为正定矩阵,且满足Ra1> 0、Ra2> 0。注入阻尼的量是无源控制器设计的关键,当注入的阻尼越大时,控制器对控制目标的跟踪速度越快,精度越高;但注入的阻尼过大时,会使控制系统不能正常工作,所以其选取原则为缓慢增大注入的阻尼,直到达到满意的控制效果。
将式(12)代入式(11),得到注入阻尼后的新的误差动力学方程为:
系统的Lyapunov函数为:
其中,ied、ieq分别为系统误差的d轴和q轴分量。
因为矩阵M是正定的,所以Lyapunov函数V1恒大于0。
结合式(13),对式(14)求导得:
将式(16)代入式(15)得:
由于Rd正定,若有ξ=-λxe(λ = diag(λ1,λ2,λ3),且λ1> 0,λ2> 0,λ3> 0),则有:
由式 (14)、式 (18)和Lyapunov稳定性定 理可知:V1> 0,V觶1< 0,式(10)所示的误差动力学方程以指数形式渐近稳定到期望平衡点,即系统是指数渐近稳定的。所以id、iq向idnew*、iq*收敛,系统达到期望平衡点时,xe= 0,此时ξ = - λxe= 0。
结合式(13)可知,系统应该满足:
由式 (19)得到STATCOM的无源控 制器表达式为:
为了将式(20)所表示的无源控制器应用到实际的控制系统中,需要对其进行数字化处理,设采样周期为Ts,将式(20)离散化并整理得:
由式(21)可看出,根据时刻采样的以及k + 1时刻采样的可以计算出k时刻STATCOM参考输出的指令电压u(k)。但由于数字系统固有的延时性,计算出指令电压的时刻要滞后采样时刻一拍,所以k + 1时刻的指令电压是由k时刻的采样值计算得到的,由此,式(21)可改写为:
在实际的处理过程中,如果不对k+1时刻的参考指令电流进行提前一拍预测 ,可以将其近似地用代替 , 这样也能够达到一定的控制效果。但由于二者之间的偏差,会影响系统的实时性,降低跟踪速度,增加STATCOM输出电流的谐波,进而对电网造成污染。
为了解决这一问题,本文通过构造离散状态观测器,并利用其预测功能,在时刻计算得到k+1时刻的参考指令电流id*(k + 1)、iq*(k + 1),以减小STATCOM输出电流的谐波,提高补偿性能。
3 离散状态观测器设计
取STATCOM输出补偿电流为状态变量,采样周期为Ts, 则将式 (2) 化为离散状态方程如式 (23)所示。
基于式(23),构造离散状态观测器如下:
其中,G为误差环节,即观测器输出误差补偿矩阵;“^”表示状态变量的预测值。
定义误差函数为状态变量的预测误差值,如式(25)所示 ,系统根据预测误差值对预测值进行反馈校正。
用式(23)减去式(24)得:
将式 (25)代入式 (26),整理得到 观测器误 差方程:
根据线性时不变系统的稳定性结论,若矩阵的A - G所有特征值均在z平面单位圆内,则观测器误差系统(27)是渐近稳定的,从而对任意初始误差e(0),随着时间的不断增加,e(k)都将趋向于0。即随着时间的推移,式(24)中的预测状态变量X赞(k)将趋于系统的实际状态变量X(k),使预测误差最终减小到0。
令系统在k + 1时刻,预测误差减小到0,即令e(k +1) = 0,则由式(27)可得:
4 仿真结果分析
为了验证本文所提控制算法的有效性,根据H桥级联STATCOM的工作原 理与数学 模型 , 在MATLAB / Simulink环境中搭 建三相星 形连接的STATCOM仿真模型 ,具体仿真参数如下 :网侧电压us= 1 500 V,电网频率fg= 50 Hz,开关频率fs= 1 k Hz,每相H桥单元数N = 6,电感L = 10 m H,直流侧电容C = 5 600μF,直流侧电压参考值Udc= 350 V。
为了验证本文所提算法在STATCOM补偿负载无功突变过程中的补偿效果,负载采用三相RL负载,并给出了定量的比较。下文中电压和电流均以标幺值的形式给出。
4.1 稳态补偿仿真
选取RL负载,其中,有功功率为150 k W,感性无功功率为150 kvar,对比仿真有无离散状态观测器时的补偿效果。
图2为未补偿时的a相网侧电压和电流波形,由图可以看出,网侧电压与电流存在一定的相位差,电压相位超前电流相位,这是由负载产生的感性无功造成的。
图3(a)为采用无离散状态观测器的无源控制算法进行补偿后的a相网侧电压和电流波形,图3(b)为相应的FFT分析结果和THD含量。图4(a)为采用有离散状态观测器的无源控制算法进行补偿后的a相网侧电压和电流波形 ,图4(b)为相应的FFT分析结果和THD含量。其中,在控制器无离散状态观测器时,注入的阻尼Ra1= Ra2= 30; 在控制器有离散状态观测器时,注入的阻尼Ra1= Ra2= 50。这是由于控制器引入额外的观测器后,会增加控制器的计算量,延长计算时间,影响控制器的控制效果,降低控制器对控制目标的跟踪速度及精度,同时会使对谐波的抑制效果有所降低,所以通过增大注入的阻尼,补偿计算量增大后对跟踪速度及精度的影响。对比图3和图4可以看出, 本文所提控制算法下的STATCOM可以快速补偿系统所需的无功电流,相位和幅值基本无误差,补偿后的网侧电流谐波含量明显降低,THD由3.04%下降到1.48%。
图5(a)和图5(b)分别为a相参考电流的预测值与实际值的波形和两者的误差。从图5中可以看出,预测值与实际值的误差非常小,观测器实现了准确的预测。
4.2 动态补偿仿真
选取RL负载,其中有功功率为300 k W,感性无功功率为300 kvar,仿真动态突减感性无功这一过程。突减的负载为RL负载,其中有功功率为150 k W,感性无功功率为150 kvar。
图6(a)和6(b)分别为突减负载过程中,补偿前后的a相网侧电压和电流波形。从图6(a)中可以看出,在0.45 s突减负载之后,网侧电流突然减小,电压与电流存在相位差,电压相位超前电流相位。从图6(b)中可以看出,突减负载后,STATCOM仍然可以快速地补偿系统所需的无功电流,补偿精度高,动态响应迅速。
通过上述稳态和动态仿真研究,将本文所提出的控制算法应用到STATCOM中,可以快速准确地补偿稳态和动态过程中系统的无功电流,且大幅降低了STATCOM输出电流的谐波含量,减小了对电网的污染。
5 实验结果分析
为进一步验证本文方法的正确性和有效性,搭建电压等级10 k V、额定容量为2 Mvar的STATCOM对拖实验平台,即2台STATCOM同时运行,其中1台产生设定的无功,而另外1台进行补偿,使无功电流不流入网侧。STATCOM控制器中的DSP选择TI公司的TMS320F28335芯片,负责无功电流检测、参考指令电流计算和直流电压控制;FPGA选择Altera公司的CycloneⅢ系列EP3C25芯片,负责产生36路PWM脉冲控制信号,并且通过光纤将脉冲触发信号送到每个H桥单元。测得的实验波形均为a相电流波形。具体实验参数如下:网侧电压us= 10 k V,电网频率fg= 50 Hz,开关频率fs= 1 k Hz,每相H桥单元数N = 12,电感L = 10 m H,直流侧电容C = 5 600μF, 直流侧电压参考值Udc= 800 V。
5.1 稳态补偿实验
图7(a)和7(b)为无源控制算法在无离散状态观测器和有离散状态观测器情况下的静态补偿对拖实验波形(iQ、ic、is分别为无功电流、补偿电流和网侧剩余电流,IQ、Ic、Is分别对应其均方根;后同)。其中,在控制器无离散状态观测器实验中 ,注入的阻 尼Ra1= Ra2= 15;在控制器有离散状态观测器实验中 ,注入的阻尼Ra1= Ra2= 25。
从图7中可以看出,无论是否采用离散状态观测器,无源控制算法都可以很好地对无功电流进行补偿,误差很小,且补偿电流与无功电流的相位基本一致。采用了本文提出的离散状态观测器对参考指令电流进行预测后,无功电流和补偿电流中的谐波含量均有所降低,增加了电流波形的正弦度;无功电流的THD由原来的2.47% 下降到1.50%;补偿电流的THD由原来的2.54% 下降到1.53%。
5.2 动态补偿实验
为了验证装置的动态性能,即装置在负载无功突变过程中的补偿效果,仍然采用2套装置进行对拖实验,当2套装置均处于稳态工作时,在某一时刻,突然减小无功电流,此时补偿效果如图8所示。
从图8中可以看出,一台STATCOM输出的无功电流在突变的瞬间,另一台STATCOM输出的补偿电流也随之发生相同的变化,此时,网侧电流仅有很小的突变,然后马上回到稳定状态,网侧剩余电流Is= 2.32 A,整个过程非常迅速。
由稳态补偿实验和动态补偿实验的结果可以看出,采用本文提出的控制算法后,STATCOM可以准确地跟踪参考指令电流,并且能够快速地补偿负载突变时所需的无功电流,补偿精度高,动态响应迅速。
6 结论
为了解决现有的线性控制策略应用于H桥级联STATCOM系统时存在动态稳定性较差这一 问题,本文提出了新的基于无源性理论的非线性控制策略,并从理论上保证了系统的Lyapunov函数的稳定性。通过对STATCOM数学模型与工作原理的分析,建立EL系统模型。为了减少系统的计算量,提出减少系统期望平衡点数量的方法;同时,通过对系统注入阻尼,加速了系统能量耗散,大幅提高了系统向期望平衡点收敛的速度,并对注入阻尼的量做了详细的分析;为了提高控制算法的实时性,提高系统的动态性能,消除参考指令电流滞后一拍的影响和抑制STATCOM输出电流的谐波 , 构造了离散状态观测器对系统参考指令电流进行预测。最后通过仿真与实验对本文所提出控制方法的可行性和有效性进行验证,结果表明,本文提出控制算法简单,易于实现,控制精度高,稳态和动态性能优越,并有效地降低了STATCOM输出电流的谐波。
H∞控制理论 篇2
一、企业文化
20世纪70年代末，日本企业迅速发展引起世界关注，西方学者发现企业文化是其成功的重要原因之一。学术界正式出现“企业文化”一词，要追溯到1979年Pettigrew在《管理科学季刊》上发表的《企业文化研究》。从那时起，实践界和学术界对企业文化一直保持着高度热情。
不同的学者从不同的角度解释企业文化，有的学者认为企业文化是企业的惯例、仪式和典礼(DealandKennedy，1982；TriceandBeyer，1984)，有的学者认为是控制和交易机制(Jones，1983；WilkingsandOuchi，1983)，有的学者认为是分享的、想当然的、固有的假设(Schein，1985)，有的学者认为是分享价值和信仰的模式(DeshpandeandWebster，1987)，有的学者认为是组织习惯的做事方法(Burack，1991)„„大多数学者是从价值观、信仰、规范、习惯和符号等方面来理解企业文化(Deal，1982；Hofstede，1980，1984；Morris，AvilaAllen，1993；ChatmanJehn，1994；Odean，1997)。作者认为，企业文化是在一定社会大文化环境之下，经过核心人物长期倡导和全体成员共同认同，在实践中所获得的物质与精神的生产能力和创造的物质与精神财富的总和。
对企业文化的研究可分为两个代表学派，一个是以EdgarH。Schein为代表的定性研究学派，另一个是以RobertQuinn为代表的定量研究学派。定性研究与定量研究间存在许多争议，支持定性研究的学者认为定性研究可以提供深入且整体的观点，定量研究则难以做到，并且很容易受到理论基础、样本选择、分析工具的影响；支持定量研究的学者认为定量研究更科学，减弱了主观因素和情景因素的影响，定性研究则常受其干扰，并且没有严谨的理论支持。虽然两者各有利弊，但定量研究具有更好的科学性和普遍性，更多的学者不是攻击定量研究的弱点，而是考虑如何完善。
竞争价值模型(CompetingValuesFramework)是定量研究学派推崇的最具影响力的模型之一，该模型被广泛用于分析企业文化，通过“关注内部—关注外部”和“强调变化—强调稳定”两对维度，将企业文化划分成团队文化、层级文化、灵活文化和市场文化四类。
二、和谐文化
党的十六大把“社会更加和谐”作为全面建设小康社会的目标之一，党的十六届四中全会又把“提高构建社会主义和谐社会的能力”作为党执政能力的一个重要方面。构建社会主义和谐社会体现了广大人民群众的当前利益和未来利益，表明我国社会主义建设的总体布局已发展成为社会主义经济建设、政治建设、文化建设和
社会建设四位一体。
构建社会主义和谐社会的基本内容是：建立起人与人之间互相尊重、互相信任的社会关系；全体人民各尽所能、各得其所、和谐相处；和谐兴国、和谐创业、和谐安邦。企业是社会的基本单位，要实现全社会的和谐，首先要实现企业的和谐。以构建社会主义和谐社会为目标，相应打造和谐企业，其基本内容包括：培育企业成员互相尊重、互相信任、和谐相处的氛围，让成员各尽所能、各得其所，促进企业和谐发展，以实现社会和谐为目标。
构建和谐企业的核心工作是创建和谐文化，通过文化从各层面影响企业成员，全面实现企业和谐。
和谐社会具有民主法治、公平正义、诚信友爱、充满活力、安定有序、人与自然和谐相处六大基本特征。前五个特征强调人与社会的关系，第六个特征强调人与自然的关系。胡锦涛指出：构建和谐社会要在全社会形成团结互助、平等友爱、共同前进的社会氛围和人际关系。企业和谐是社会和谐的基础和前提，因此首先应形成和谐的企业氛围和和谐的人际关系。
企业文化是特定企业在处理适应外部环境和内部整合过程中出现的种种问题时所发明、发现或发展起来的基本假说的规范(Schein，1984)。可以根据企业文化的某些相似性将其分类，一些学者(DealandKennedy，1982；Wallach，1983；Quinn，1983，1984；罗长海，1991；KotterandHeskett，1992；Mannlx，1995；GoffeeandJones，1998)曾尝试分类，但因视角不同而划分有异。
什么样的文化是和谐文化，什么样的文化容易向和谐文化发展？和谐文化最大的特征是提倡诚信友爱，强调人际关系。由和谐文化的特征可知，强调内部关系的企业文化是和谐文化的雏形。一些学者从不同角度描述强调内部关系的企业文化：Wallach(1983)的支持文化，意在建立友好的环境，鼓励员工平等、互进，倡导开放、和谐，强调“家”的价值观；Quinn(1983，1984，1991)的团队文化，关注内部，强调灵活，提倡关心、承诺、士气、讨论、参与和公开，关心人际关系；Mannlx(1995)的关系导向企业文化，强调关系，提倡建立和谐、合作、支持的环境；Hood(1998)的平等文化，鼓励高度的团队参与决策，倡导参与、授权和过程；Goffee和Jones(1998)的共有型文化，具有高度的社交性和团结性，企业充满了亲密、尊重和友善，同时企业目标放在优先位置。强调内部关系的文化是和谐文化的雏形，宋联可(2006)认为Quinn(1991)竞争价值模型中的团队文化与和谐的企业文化最为接近，因此，可以借鉴相关理论来构建和谐文化理论框架，从而为创建和谐文化提供理论支持。
三、人力资源管理
雇佣大量工人是19世纪工业革命的显著特征之一，迫使人事管理成为企业管理中的一部分，这是真正意义上的现代人力资源管理的开端。但这一时期的人力资源管理只是与人有关的简单行政管理，如发放工资、招聘员工、管理档案等日常简
单工作。泰勒的科学管理、霍桑的行为科学以及组织行为学倡导和推进对人的管理，但此时还没有形成成熟的理论体系。1954年，著名管理学家彼得。德鲁克才在《管理实践》一书中首次引入“人力资源”这一概念，并认为经理们可以利用其它资源，但人力资源只能自我利用。
早期学者通常分开研究人力资源管理中的各种实践，认为人力资源管理这一概念包含着各种人力资源管理实践，Fombrum、Tichy和Devanna(1984)将人力资源管理实践归为甄选、培训、评估和薪酬四类。此时的学者专注于各自的研究领域，还没有意识到这些人力资源管理实践间的相互联系和作用。20世纪七八十年代，西方掀起战略管理热潮，人力资源管理学者也试图引入战略思想，于是出现了“战略薪酬”等名词，人力资源管理实践间的联系仍没被重视。
直到20世纪80年代后期，Guest(1989)才提出战略人力资源管理应将人力资源管理整合到战略规划中，Schuler和Walker(1990)也提出人力资源经理应该与直线经理共同合作。Wright和McMahan(1992)定义战略人力资源管理是指为企业能够实现目标所进行和所采取的一系列有计划、具有战略性意义的人力资源部署和管理行为。这一定义得到了学术界的广泛认可，经常被引用。直到战略人力资源管理阶段，现代人力资源管理才逐渐建立起成熟的理论体系。
对人力资源管理的研究可归纳为两大类，一类是以人力资源管理实践为研究对象，一类是以人力资源系统为研究对象。
不同学者对人力资源管理实践的理解和划分有差异，Pfeffer(1994)考察了16种人和资源管理实践，Delery和Doty(1996)在Osterman(1987)、Sonnenfeld和Peiperl(1988)、Kerr和Slocum(1987)、Miles和Snow(1984)等人研究的基础上归纳了七种人力资源管理实践，即内部职业机会、培训、绩效评估、就业保障、参与管理、工作规程和利润分享。
20世纪80年代，随着对战略人力资源管理研究的深入，许多学者提出了不同的人力资源管理系统划分方法。Miles和Snow(1984)将人力资源管理系统分为A型、B型和AB型，Kerr和Slocum(1987)把人力资源管理系统分为层级系统和市场系统，Sonnenfeld和Peiperl(1988)视人力资源管理系统为俱乐部型、学院型、棒球队型和堡垒型，Delery和Doty(1996)把人力资源管理系统分为内部导向系统、市场导向系统以和混合系统，Heijltjes(2000)将人力资源管理系统分为传统型、改进型、强硬型和整合型。
四、企业文化与人力资源管理的关系
企业文化除受社会大文化的影响外，还受到多种因素影响，如新人员的进入会带来新的观念，导致文化的多元化和变异的可能(NelsonandWinter，1982；WeeksandGalunic，2003)；经营范围扩大带来新的经营要求，导致原有文化的不适应(王东生，2003)„„企业文化影响到企业的方方面面，事实上，企业的方方面面的影响也会对企业文化产生影响。不少学者注意到人力资源管理的作用，认为人力资源
管理影响着企业文化的创建、维系和变革，是影响企业文化的一个重要因素。Wong(1996)发现跨国公司文化建设仅通过器物表现是无效的，更为重要的手段是人力资源管理系统，它可以说明公司的价值观、信仰、假设。Cabrera(1999)认为设计符合组织战略需要的人力资源实践规划是获取战略文化的两条途径之一。无论是人力资源管理实践还是人力资源管理系统，它们都对企业文化有着重要的影响作用。
企业文化与人力资源管理有着紧密联系，国外主要有三种观点：
一、企业文化影响人力资源管理；
二、人力资源管理影响企业文化；
三、企业文化与人力资源管理相互影响。观点一：Adler(1997)认为文化对人力资源管理有着普遍而深入的影响；Zeynep等人(2000)通过实证研究发现他们归纳出的文化维度显著地与人力资源管理实践相关。观点二：Buckleya等人(2001)认为人力资源管理实践可使组织更容易地向具有强伦理观的组织发展；Dessler(1994)发现通过与员工沟通和多方面的员工参与计划这两种人力资源管理实践可以建立鼓励员工为企业努力的企业文化；McAfee等人(2002)认为安置员工、培训、报酬和评估四种人力资源管理政策对企业文化有显著影响。
观点三：McAfee等人(2002)认为企业文化与人力资源管理政策有着共生关系；Lismen等人(2004)证实人力资源管理与企业文化可以相互加强，并可增强企业差异性、提高企业绩效。虽然在影响关系上有不同看法，但所有学者基本一致赞同应让企业文化与人力资源管理匹配。如Lismen等人(2004)证实企业文化的一些维度与人力资源管理实践相互作用，可以影响公司绩效；McAfee等人(2002)认为保持企业文化与人力资源管理政策一致是供应链战略成功的前提„„
关于企业文化与人力资源管理的研究，中国学者主要采用定性分析，主要关注以下几个方面的问题：企业文化的人力资源管理作用(王文奎，2003)，人力资源管理在企业文化维系(熊建、毛良才，2006)和变革中的作用(邵朋来，2005)；将企业文化引入人力资源管理(邵朋来，2005；熊建、毛良才，2006)，人力资源管理政策、战略与企业文化匹配(刘永强、赵曙明，2005；丁敏，2006)；中国文化对人力资源管理的影响(黄静，2002；李燕萍、翁艳娟，2003)；企业文化的演化机制及其影响因素(邢以群、叶王海，2006)，当代企业文化演变的共同趋势(谢永平、王安民，2005；陈晓雪，2005)。中国学者少有定量分析，黄孝俊(2002)曾用实证方法比较企业文化对人力资源管理影响，认为不同体制间的企业文化差异影响了人力资源管理战略的偏向。总的来说，国内研究已非常关注人力资源管理对企业文化的影响，但大多采用定性方法分析，而极少采用定量方法进行探索和验证。
五、H-H模型
在中国，绝大多数企业并没专门的企业文化部门、企业文化专员，有的企业甚至连最基本的核心理念都未形成。但是，每个企业都有自己的企业文化，不管这个企业是高度重视还是完全忽视，企业文化从企业创立的第一天起，就一直伴随企业成长直到企业死亡。事实上，大多数企业都没有正式、科学地专门创建过自己的企业文化，但却又在不知不觉中形成了自己文化。其实，这些企业已在人力资源管理的过程中，孕育了企业的精神、形成了企业的制度、引导了企业的行为、决定了企业的物质，自然地形成了自己特有的企业文化。
虽然绝大多数企业没有系统地创建过企业文化，但在企业经营管理的过程中又自然形成了自己特有的文化，无疑，人力资源管理在这个过程中起到了核心作用。针对这一类企业，宋联可在2007年提出了“基于人力资源管理的企业文化”这一概念。基于人力资源管理的企业文化是指，在一定社会大文化环境之下，经过核心人物长期倡导和全体成员共同认同，在实践中以人力资源管理为主要手段创建起来的企业文化。
构建和谐的企业文化是整个社会的需求，借助人力资源管理可以更简单、更迅速、更彻底地实现这一目标，H-H模型为完成这一伟大使命提供了理论依据。H-H模型是通过人力资源管理创建和谐企业文化模型。创建和谐企业文化是目标，人力资源管理是手段。
企业文化有多种类型，和谐企业文化是其中一种。和谐企业文化是符合中国当代社会需要的企业文化，该文化的定义、构成、特征需要进一步分析，这是当前的一项重要课题。
该模型中的人力资源管理，主要关注人力资源规划、工作分析、招聘、挑选、培训与开发、绩效评估、薪酬福利七个人力资源管理实践。
如何通过人力资源规划、工作分析、招聘、挑选、培训与开发、绩效评估、薪酬福利七个人力资源管理实践创建和谐企业文化是H-H模型的核心内容，也是该模型将要解决的重要问题。
作者：宋联可
H∞控制理论 篇3
2014年全年全社会建筑业增加值44725亿元, 比上年增长8.9%。全国具有资质等级的总承包和专业承包建筑业企业实现利润6913亿元, 增长13.7%, 其中国有及国有控股企业1639亿元, 增长11.7%。[1]。伴随着“一带一路”国家战略的推动, 未来我国的基本建设投资规模将是特别巨大, 中国建筑市场面临历史上重要的发展机遇。但随着市场经济的深入发展, 施工项目的竞争很大, 项目的利润也是越来越低, 这就要求各个企业不断强化成本控制, 以获得更大的利润。挣值作为一种科学的动态控制方法, 在项目成本控制过程中起到重要的作用, 本文以南京交通职业技术学院H楼为例, 重点探讨挣值在项目成本控制管理中的具体实施过程及评价分析。
1 挣值理论
挣值法是对项目进度和费用进行综合控制的一种有效方法。通过计算已完计划成本、已完实际成本和拟完计划成本得到的进度、成本偏差, 以判断项目实际运行情况[2]。
1.1 挣值原理
“挣值 (EV) ”是对项目的工期、成本进行集成管理, 对其未来进展趋势作出预判。是货币量代替工程量来测量工程的工期, 强调工期的体现不是用资金投入为依据, 而以资金转化的工程成果的量来测量[3]。
1.2 挣值参数
(1) 计划工作预算成本 (BCWS) :BCWS=计划工作量×预算单价。 (2) 己完工作量的实际费用 (ACWP) :ACWP=己完成工作量*实际单价。 (3) 己完工作量的预算成本 (BCWP) , 也称挣值:BCWP=已完工作量×预算单价[4]。
1.3 挣值偏差分析
(1) 成本偏差 (CV) :CV=BCWP-ACWP[5]。CV<0, 实际的成本超过预算的成本, 运行成本超支;CV>0, 实际的成本低———————————————————————
于预算的成本, 运行成本节余;CV=0, 实际的成本与预算的成本符合。 (2) 进度偏差 (SV) :SV=BCWP-BCWS。SV<0, 实际的进度迟于计划的进度, 延误;SV>0, 实际的进度比计划的进度超前, 提前;SV=0时, 实际的进度与计划的进度符合。 (3) 成本绩效指标 (CPI) :CPI=BCWP/ACWP。CPI<1, 实际的成本超出预算的成本;CPI>1, 实际的成本低于预算的成本;CP=1, 实际的成本与预算的成本符合。 (4) 进度绩效指标 (SPI) :SPI=BCW/BCWS) 。SPI<1, 实际的进度迟于计划的进度;SPI>1, 实际的进度比计划的进度超前;SPI=1, 实际的进度与计划的进度符合。
1.4 挣值评价曲线
在项目管理中, 三项基本参数可绘成三条曲线即挣值评价分析曲线, 如图1所示:横坐标表示时间, 即项目的进度, 纵坐标表示成本 (可以是工程量、工时和货币金额) 的累计, 由图1可以看出三条曲线都是S曲线[6]。
2 基于挣值理论下的项目成本动态控制案例分析
2.1 工程概况:
南京交通职业技术学院H楼工程, 位于南京江宁科学园大学城内。地上六层、框架结构, 总建筑高度22米, 本建筑为二类建筑, 耐火等级为一级, 结构安全等级为二级, 抗震设防类别为丙类, 抗震设防烈度为7度, 屋面防水等级为Ⅱ级。建筑面积:7204平方米。本项目采用总承包合同模式, 其中桩基、机电安装、弱电安装、门窗及幕墙、电梯安装、精装修采用指定分包。合同价格采用总价包干, 土建总合同价格为523.6万元 (不含桩基工程) , 土建工程合同工期:184天。
2.2 实际状态数据
南京交通职业技术学院H楼土建工程项目采用挣值法控制成本与进度, 实行月度成本、进度监控, 月底对本月的成本与进度进行挣值分析。这一工作通常采用统一报表形式, 由各部门在规定时间内填写, 并报送统计部门。
以2014年5月底的成本分析为例, 应用挣值进行成本控制。
每月计划完成工程量曲线:根据施工进度计划和工程量清单, 得到每个月计划完成工程量曲线BCWS如图2。
根据3、4、5月份控制周期报表中得到的实际完成工程量、单价和质量状态数据, 可以计算出BCWP和ACWP (表1) , 并绘制2014年3-5月份挣值发生曲线 (图3) 。根据三个参数分别计算出该控制周期的SPI、CPI的2个绩效评价指标, 并对项目完成时的成本进行预测。
2.3 项目偏差分析及绩效评价
2.3.1成本偏差 (CV) 情况分析CV=BCWP-ACWP=-9816元<0, 说明实际消耗超过预算, 超支。
2.3.2工期偏差 (SV) 情况分析SV=BCWP-BCWS=-7540元<0, 说明实际进度比计划进度滞后。
2.3.3成本绩效指数分析 (CPI) CPI=BCWP/ACWP=0.996795<1, 说明实际消耗超过预算, 超支。
2.3.4工期绩效指数分析 (SPI) SPI=BCWP/BCWS=0.997536<1, 说明实际进度比计划进度滞后。
分析得出结论:2014年5月末成本超支, 进度滞后。
结合计算, 对五月份项目成本与进度进行偏差分析。主要分析成本与进度偏差、成本与进度偏差程度。详见表2 (5月份末成本偏差分析表) 。
五月份末成本偏差分析:根据挣值控制, 从成本支出方面看, 五月末成本超支9816元, 具体来看:人工费超支94543.5元, 材料费节约84607元, 机械费节约120.09元。
五月份末成本偏差原因: (1) 人工费分析。近年来, 建筑劳务用工困难, 工人工资增幅都在10%左右, 人工费用超支在所难免。 (2) 材料费分析。材料费节约, 主要得益于材料部预估到钢筋等主材价格会上涨, 提前进行了储备。 (3) 机械费成本基本持平, 主要是塔吊的实际支出和预算基本符合。
3 成本控制执行效果
从5月末成本报表2中我们可以看到:该工程成本管理中, 因人工费涨幅较大, 存在成本偏差, 根据分析情况, 结合超支和节约的影响因素, 后期采取措施:
(1) 强化管理, 优化科学安排, 如通过交叉作业等, 尽可能地减少窝工。 (2) 严格责任成本目标控制体系, 减少质量成本, 如各专业班组明确班组责任制, 加强沟通协调, 减少返工的情况。 (3) 进行工期—成本优化, 提高周转材料的利用效率;强化限额领料制度, 减少材料损耗等措施控制施工成本。
由于采用挣值法进行成本控制管理, 最终, H楼项目的成本控制情况良好, 在人工成本涨幅较大的情况下, 没有超支, 按期完成施工任务。
4 结语
通过工程实例运用情况, 可以看出用挣值法进行项目成本偏差分析及绩效评价, 可实现项目运行过程的成本动态控制, 提高了施工企业的管理水平, 为工程项目的精细化管理提供强大支撑。
参考文献
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[4]王巍, 王忠吉.基于挣值法的工程项目成本控制管理研究[J].价值工程, 2014.
[5]王真真, 黄溶冰.挣值分析法在节能减排经济性审计中的应用[J].审计观察, 2014.
H∞控制理论 篇4
扑翼微型飞行器非线性H∞姿态控制
给出了扑翼微型飞行器姿态控制系统的数学模型,并提出了一种新颖的.非线性H∞控制方法.飞行过程的复杂性使得姿态控制极具挑战性,主要困难是系统表现为非线性、时变参数以及各种干扰.为此提出了一种全局非线性H∞控制策略,系统控制综合是基于李亚普诺夫理论而非求解HJI偏微分方程.该方法克服了时变参数及未知干扰对系统的影响.证明了控制器的全局渐进稳定性并将其用于扑翼微型飞行器非线性H∞姿态控制系统的仿真,仿真结果验证了所提方法的有效性.
作 者：史小平段洪君 SHI Xiao-ping DUAN Hong-jun 作者单位：哈尔滨工业大学,控制与仿真中心,哈尔滨,150001刊 名：系统仿真学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF SYSTEM SIMULATION年，卷(期)：200719(19)分类号：V249.12关键词：扑翼 微型飞行器 非线性H∞控制 姿态控制 仿真 flapping wing micro aerial vehicle nonlinear H∞ control attitude control simulation
H∞控制理论 篇5
目前越来越多的学者提出了“比较优势陷阱”理论, 他们认为中国盲目地追寻劳动力这一比较优势, 出口始终集中于低附加值的劳动密集型产业, 是致使中国长期出于国际贸易中不利地位的主要原因, 而且他们提出, 必须转变中国外贸的增长方式, 将出口的比较优势转向高附加值、高竞争力的资本密集型的产业。究竟中国是否已经具备转变比较优势的条件, 本文将从实证的角度来分析中国的比较优势仍然是处在劳动密集型产业的。
一、H-O理论简述
H-O理论又称赫克歇尔-俄林理论, 它是指各国的生产要素禀赋的不同将导致各国比较优势的不同, 故而形成了国际间贸易的行为。该理论认为一国应集中出口该国要素相对丰裕的产品, 进口该国要素相对稀缺的产品, 正因为各国间要素禀赋的差异导致了国际贸易的产生。
为了便于本文的实证分析, 在此假设只存在资本和劳动两种要素。并用a= (kx/lx) / (km/lm) 代表H-O理论, 其中kx和lx分别代表中国资本密集型产品和劳动密集型产品的出口额, km和lm分别代表中国资本密集型产品和劳动密集型产品的进口额, 为出口产品资本密集度, km和lm为进口产品资本密集度。如果a<1, 则表明中国是劳动力丰裕的国家, 劳动密集型产业具有比较优势, 反之则是资本丰裕的国家。
二、H-O理论的阶段性分析
本文从H-O理论的阶段性特征来分析中国是否具备了从劳动密集型产业向资本密集型产业转变的条件。H-O理论认为一国应集中出口该国要素丰裕的产品, 在这里我们将H-O理论指导下的国际贸易分为资源或劳动密集型产业阶段、资本密集型产业阶段、知识技术密集型产业阶段这3个阶段。这3个阶段是从低级到高级, 依次发展起来的, 每个阶段相互联系、相互制约, 任何一个国家都不能跨越其中任何一个阶段, 必须按照次序逐步发展。
首先, 资源或劳动密集型阶段是指一国利用其先天的自然资源以及劳动力的禀赋优势发展贸易;其次, 资本密集型阶段是指一国在经历过第一阶段以后, 在资本和相关技术上面已经得到了很大的发展, 完成了资本积累, 从而转变了自己的禀赋优势进入了第二阶段;最后, 知识技术密集型阶段是指一国在经过第一和第二阶段之后, 已经在知识和技术方面有了长足的发展, 而且拥有充足的资本来实现知识技术的生产力转变, 并利用知识技术禀赋这一优势在国际贸易中占据优势。
从现实情况来看, 欧美等发达国家已经开始从第二阶段向第三阶段转变了, 而中国仍然是处于第一阶段的, 还没有足够的优势从第一阶段跨越至第二阶段。故而, 从H-O阶段性分析来说, 中国的比较优势仍然是处于第一阶段即劳动力密集型产业。
三、相关数据的分析
我们按照生产对投入的要素的依赖程度对我们出口产业进行分类, 传统的分类包括劳动密集型、资本密集型、技术密集型3种类型。
由于投入要素的密集程度是在产业间相比较而言的, 而且分类方法也没有统一的标准, 因此不同的产业可能会划入不同的类型。像是张理曾尝试使用的二分法、李耀新的四分法、龚仰军的聚类法等等。
考虑到研究的便利及H-O理论应用的问题, 我们这里将中国的产业只划分为劳动密集型和资本密集型, 而把技术密集型进行了相关的归类处理。然后在实际数据的基础上, 利用H-O理论来分析中国的比较优势之所在。相关数据归类处理如下:
第一, 中国统计年鉴中一般将进出口产品划分为初级产品和工业制成品两大类。笔者将初级产品中除矿物燃油、润滑油及有关原料之外的所有项目均归类与劳动密集型产品。因为, 矿物燃油、润滑油及有关原料的生产过程是需要很多大型机器设备投入的, 故而将其归于资本密集型产品。
第二, 笔者将工业制成品中的轻纺产品、橡胶制品、矿冶产品及其制品归类于劳动密集型产品。
第三, 在工业制成品项目中还有一项杂项制品。由于杂项制品主要包括玩具、家具等产品, 故也归于劳动密集型产品。这样工业制成品中除去轻纺产品、橡胶制品、矿冶产品及其制品、杂项制品和未分类的其他商品后的其他项目均归结为资本密集型产品。按照以上方法, 现在我们将其中的所有产品进行具体分类 (见表1) :
首先, 我们先来计算2000-2007年中国劳动密集型产品和资本密集型产品进出口总额 (见表2) 。
数据来源:《中国统计年鉴》
通过表2有关数据的相关变化, 我们可以看到不论是劳动密集型产品还是资本密集型产品, 中国的进口额都呈逐年递增趋势, 证明中国对外贸易的规模是日益扩大的。基于以下的数据, 经计算可以得出中国进出口产品资本密集度比值 (见表3) , 并根据其比值来衡量中国的比较优势。
四、实证分析结果
从表3中的kx/lx值, 也就是出口资本密集度, 即资本密集型产品出口额与劳动密集型产品出口额比值可以看到, 其数值是逐年递增的, 这说明中国资本密集型产品的出口额是不断增加的, 资本禀赋的比较优势是不断增长的。
但是, 我们同样看到a值是始终小于1的, 结果是符合H-O理论的预期, 说明中国劳动资源是相对丰裕的, 而资本禀赋是相对稀缺的。同时, 通过观察每年的a值, 可以看到其数值是不断上升的。这虽然说明资本密集型产品出口规模也是上升的, 但是劳动密集型产品仍然是中国对外贸易的重要内容, 比较优势依然是中国从事对外贸易的最大的基础和实际。我们不能脱离实际, 盲目地追求产业结构的升级而放弃中国的目前的比较优势, 不能过分地夸大“比较优势陷阱”, 应当按照上述外贸增长方式转变的3个阶段逐步升级, 并且是循序渐进地升级。
数据来源:经过《中国统计年鉴》相关数据计算
国家通过一系列的手段不断保护和发展劳动密集型产业的比较优势是现阶段的必行之举, 是中国在国际市场上壮大自己的必要之路。只有经过劳动密集型产业的不断发展, 积累到充分的资本和技术条件时, 才可以循序渐进地实现产业结构的调整, 逐步壮大资本密集型产业, 实现中国对外贸易第一阶段到第二阶段的飞跃。
摘要：自改革开放以来, 中国便利用劳动力这一比较优势, 令中国外贸出口额逐年增加并拉动了中国经济的快速增长。然而, 目前越来越多的学者认为, 转变中国的比较优势即从劳动密集型产业转向资本密集型产业, 改善中国外贸出口的结构迫在眉睫, 并用“比较优势陷阱”等观点作为其理论支撑。文章在H-O理论的基础上, 通过实证的研究方法, 论述了中国的出口竞争优势仍旧集中于劳动密集型产业, 仍须大力发展劳动密集型产业, 并且给出了发展劳动密集型产业的对策和建议。
关键词：H-O理论,比较优势,劳动密集型产业,资本密集型产业
参考文献
[1]、克鲁格曼等.国际经济学[M].中国人民大学出版社, 2002.
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[4]、张理.应用SPSS软件进行要素密集型产业分类研究[J].华东经济管理, 2007 (8) .
[5]、戚淑杰.福建对美国贸易的H-O模型验证分析[J].黑龙江对外经贸, 2006 (1) .
[6]、杨小凯, 张永生.新贸易理论、比较利益理论及其经验研究的新成果:文献综述[J].经济学, 200 (1) .
H∞控制理论 篇6
(一) 市场分割的概念及影响
市场分割 (Market Segmentation) 是指由于不同市场之间的流动性障碍和壁垒以及制度性限制所导致的同种产品或替代程度较大的产品在不同市场的价格差异。市场分割虽然在一定程度上为投资者提供了套利机会, 但是从整个社会福利的角度来说, 其影响大多是负面的。
(二) 中国股票市场的A+H股双重上市公司
由于我国大陆股市与香港股市间存在人为的市场分割, 这为我国出现一些企业 (主要为大型国企) 既在上海或深圳上市, 也在香港联合交易所进行证券交易提供了条件。这一双重上市的现实也造成了众多股票同股不同价的状况的出现。
二、国内外有关股票市场分割理论的成果综述
(一) 国外学者对股票市场分割的研究成果
Bailey (1999) 通过研究发现除中国以外的国家的外资股股票溢价率由最低1.4%到最高32.9%不等, 唯独中国的外资股 (B股) 相对于内资股 (A股) 折价率为24.6%。他认为, 由于外国投资者对股票市场流动性, 上市公司规模, 贷款利率差额以及信息不对称程度有不同的需求, 导致了限制条件严格的股票相对于较少限制的股票存在较大的折价。
Su (2000) 通过实证研究发现, A, B股价格的差异只与上市公司的投资收益率和相关国际市场股票指数收益率具有较强的相关性。
Zhang和Zhao (2008) 研究发现, B股相对于A股折价有两方面原因。一方面, 追求短期获利机会的外国投资者由于拥有较多投资渠道因而他们更倾向于成为风险厌恶者, 要求更高的投资收益去补偿所承担的风险。另一方面, 国内金融市场匮乏的投资渠道以及无风险但是低回报的银行固定存款迫使投资者去追求高风险高收益的投资产品。
(二) 国内学者对股票市场分割的研究成果
胡章宏, 王晓坤 (2008) 研究发现, A股相对于H股股价存在普遍的溢价现象, 并且溢价率在考察区间内呈现出先上升 (1994-1997年) , 高位徘徊 (1998-2000年) 后下降 (2001-2008年) 的趋势。流动性障碍和信息的不对称能较好的解释A, H股价差形成的原因;两地利率差异和市场波动差异是A, H股价差的重要影响因素。
朱津滢 (2010) 研究发现:首先, 上市公司的扩张潜力与A, H股价差正相关, 上市公司规模与价差负相关, 公司成长能力对价差几乎没有解释能力。其次, 信息障碍假说、风险偏好差异假说以及需求差异假说并不具备很好的解释能力。最后, 人民币对港元汇率对A, H股价差具有显著的影响。
三、A+H股价格差异的理论分析
(一) 信息不对称假说
双重上市公司的A, H股票虽然在名称及代码上有所区别, 但是其实质都是由同一家上市公司发行的供大陆和香港消费者购买的相同股票, 从理论上分析, 在剔除汇率因素的影响后A股与H股价格应该趋同。但是由于大陆和香港在地理位置, 经济发展程度, 证券市场建立制度以及国际化程度等方面存在区别使得A, H股市场的投资者在获得信息的数量和质量方面有较大差异, 即A, H股票市场投资者之间的信息不对称。正是由于这种信息获取上的差异, 使得香港及国际投资者在投资H股市场将面对更大的风险, 因此H股投资者在投资时只愿意支付更低的价格以补偿由于信息不对称所带来的风险, 使得H股相对于A股折价。
(二) 需求价格弹性差异假说
由于A, H股投资者投资渠道的多寡以及期望收益率水平的不同两地投资者对A, H股的需求价格弹性有较大差异。需求价格弹性差异在A, H股投资者两方面均得到体现。在我国, 证券市场受到严格的监管, A股的发行数量并不是由资本市场的供给和需求决定的, 而是中国证监会等监管机构根据宏观经济形势和配给制进行分配和安排的, 使得投资者对A股的巨大投资需求并没有使得A股数量的相应增加, 而是抬高了股价。这使得A股成为大陆投资者几乎唯一的选择也导致了A股市场相对于H股市场的缺乏弹性, 使得A股投资不得不去承担更高的价格, 即A股的溢价。
(三) 汇率风险假说
A, H股投资者所面对的汇率风险主要来至于交易规则的限制。在交易环节方面, 按照交易规则, H股的交易均以港币计价, 由于不涉及外币的兑换, 因此交易环节是没有外汇风险的;在交割结算环节, 虽然A, H股的交易计价货币前者为人民币后者为港币, 但是两者股票的分红派息均以人民币为标的, 这意味着A股投资者相对于H股投资者几乎没有汇率风险。如果人民币升值预期加强, 那么投资者对H股的需求增加;相反, 人民币的贬值将会使H股投资者面对汇率风险所造成的损失。
(四) 流动性差异假说
衡量股票流动性的方法主要包括三个指标:交易成本, 交易量, 换手率。长期以来A股无论是在交易量还是换手率等指标上均优于H股, 流动性也强于H股, H股投资者面临更大的流动性风险, 他们的预期收益率必然高于A股投资者以补偿面临的额外风险, 而资产价格与预期收益率负相关, 因而A股对H股溢价。
参考文献
[1]韩德宗.A股和H股市场软分割因素研究——兼论推出QDII的步骤和时机[J].商业经济与管理.2006 (3)
H.264码率控制算法研究 篇7
作为最新一代的视频压缩标准, H.264凭借其高压缩比和优良的图像压缩质量, 在视频图像传输和处理领域获得广泛应用。码率控制策略在视频编码中占据重要的地位, 针对不同的应用领域, 其控制策略具有很强的实用性和灵活性。
H.264码率控制算法的提案主要有JVT-F086和JVT-G012[1], JVT-F086也称为H.264 TM5, JVT-G012采用流量往返模型来分配每个基本成员的目标比特数, 并在宏块层采用二次率失真函数计算量化参数的算法。大量的实验表明, JVT-G012算法优于JVT-F086。本文在JVT-G012提案的基础上研究码率控制算法。
1 JVT-G012
1.1 基本单元
在JVT-G012提案中[2], 定义基本单元为一个由Nmbpic个宏块中连续的Nmbunit个宏块所组成的组, 即:
其中, Nmbpic为某一帧中宏块个数。一个基本单元可以是一个宏块, 一个片, 或者一个帧。
1.2 交通流量模型
该模型主要用来计算当前正在编码帧的目标比特数。定义Ngop为整个图像组 (GOP) 的总帧数, nij (i=1, 2…, j=1, 2…Ngop) 为第i个图像组中第j帧, Bc (ni, j) 为第j帧编码后的虚拟缓存占用度。
其中, A (ni, j) 是第i个GOP中的第j帧所使用的比特数, u (ni, j) 是可用的信道带宽, Fr是预定义的帧率, Bs是缓存的大小, 其最大值由编码时所使用的编码级别所决定。初始化时, 缓存的充盈度预设为Bs/8。
1.3 MAD线性预测模型
线性模型来预测当前帧中的当前基本单元的MAD值[3], 它的参考量是前一帧中的相应位置的基本单元的MAD值。假设当前帧当前基本单元的MAD值为MADcb, 而前一帧中相应位置的基本单元的MAD值为MADpb。那么该线性预测模型可表示如下:
MADcb= a1*MADpb+a2 (3)
其中, a1和a2是该预测模型中的两个参数, 初始值设为1和0。当每个基本单元的编码结束后, 其值也会相应的更新。
JVT-G012码率控制提案的主要思想使用流量往返模型来给每个基本单元分配目标比特数, 并在宏块层编码采用二次率失真函数计算量化参数QP, 通过调整量化参数来调节编码速率, 起到控制码率的作用。
H.264码率控制流程如下[4]:
①使用交通流模型计算当前帧的目标比特数。
②为当前帧中还未编码的基本单元分配比特。
③根据线性预测模型, 使用与当前基本单元相应的上一帧的基本单元的MAD值, 预测当前基本单元的MAD值。
④根据二次R-D模型计算相应的量化参数值。
⑤使用上一步所得到的量化参数的值, 从而为基本单元中的每个宏块进行率失真优化计算。
2 码率控制算法改进
2.1 改进算法
JVT-G012所提出的码率控制流程由两个运算层面组成:GOP层码率控制和帧层码率控制 (如果选择一帧作为一个基本单元) 。如果一个基本单元小于一帧, 那么还需要再加一层的基本单元层码率控制。通过对JVT-G012文档进行分析可知, 此码率控制方法尚存在一些不足之处。如目标比特数的分配为均匀分配, MAD线性模型的预测过于简单, 场景切换时在切换处会导致图像质量的降低等等。针对比特分配问题, 已有学者提出按照图像复杂度进行分配的方法;对于MAD模型有学者提出了MAD加权模型和MAD与PSNR的加权模型。本文就是在此基础上在基本单元层码率控制对MAD加权模型进行改进, 综合原有的线性模型的基础上简化加权模型, 进而提高MAD预测的精确度, 改善图像质量。
在此思想指导下设计新模型MADnew如下:
当前BU是第一个BU时:
MADnewcb (i) =a1*MADnewpb (i) +a2;
当前BU是最后一个BU时:
MADnewcb (i) =a1* ( (1-b) *MADnewpb (i) +b*MADnewpb (i-1) ) +a2;
其他:
MADnewcb (i) =a1* ( (1-2b) *MADnewpb (i) +b*MADnewpb (i-1) +b*MADnewpb (i+1) ) +a2。
其中, MADnewcb (i) 表示使用新模型计算出来的当前帧第i个BU的MAD值;MADnewpb (i) 表示采用新模型的前一帧第i个BU的MAD值, b为常数, 经大量实验对比取b=0.05, a1、a2分别对应为原来线性模型的系数, 初始值为1和0。
2.2 改进模型的伪代码
改进模型的伪代码如下[5]:
2.3 采用改进模型实现BU层RC的步骤
①确定当前BU的目标比特数。在本设计中采用CBR模式, 则有:
设当前所有未编码基本单元的剩余比特数为frb, 未编码BU的个数为Nub, 则当前BU的目标比特数为fcb=frb/Nub。
②通过改进模型预测当前基本单元的MAD值, 令常数b=0.05,
MADnewcb (i) =a1* ( (1-2b) *MADnewpb (i) +b*MADnewpb (i-1) + b*MADnewpb (i+1) ) +a2。
③通过二次R-D模型计算当前基本单元的量化参数。
其中, X1、X2为系数, 通过线性回归的方法计算得到, 初始值为X1=bit_rate (编码时配置文件中设置) , X2=0。
剩余步骤与原G012算法相同, 包括率失真优化、更新比特数和基本单元数、更新参数和量化参数的平均值的计算。
3 结果分析
本文采用的测试模型是JM8.6, 选用标准的QCIF测试序列carphone、 mother_and_daughter、fore man和cliare进行测试。实验测试条件为:
实验环境:
操作系统:Windows XP
实验平台:VC++6.0
测试模型:JM8.6
实验版本:Baseline profiler
实验配置:
帧率:25帧/秒
编码帧数:150
初始量化参数QP:28
参考帧数:1
搜索范围:16
目标码率:128kbps
BU数:11
信道类型:CBR
通过实验可得结果如图1所示。JVT-G012表示使用原算法进行码率控制得到的PSNR曲线, proposed表示使用改进算法进行码率控制得到的PSNR曲线。由图1 (a) 到图1 (d) 可以看出, 使用本文提出的改进模型后, PSNR曲线都有不同程度的增加, 说明改进算法可以使编码得到的图像质量更高, 且曲线更平滑, 减少了图像质量的波动, 可以保持图像质量的一致性, 防止缓存的上下溢和图像视觉上的过清晰和失真产生的视觉差异。由表1可知, 序列的编码时间分别减少了0.151s、16.78s、13.28s和0.807s, PSNR增加0.03dB、0.01dB、0.04dB和0.08 dB, 编码生成的bit数减少0.048kbit、增加0.48kbit、减少了0.248kbit和0.68kbit, 编码时间均有不同程度降低, 说明编码速度更快, 实时性更好, 图像PSNR值有所增加, 图像视觉效果更好, 效果更清晰, 编码生成的bit数有不同程度的降低, 可以节省传输的信道带宽。
4 结束语
通过对H.264标准中的码率控制算法的研究, 分析其存在的缺点, 针对其在复杂度估计方面运算精度不足的现象, 提出了改进方案。方案中借鉴运动估计中帧内帧间预测的思想, 充分利用已编码帧的时空相关性, 将当前帧已编码基本单元的MAD和前一帧已编码基本单元的MAD通过新模型进行组合, 在线性模型的基础上嵌入加权模型, 进而得到新MAD预测模型代替原有的简单的MAD线性模型进行复杂度的估计。该模型很好的利用了已编码帧的时空相关性, 实验数据表明, 改进算法较H.264标准中原码率控制算法, 其控制精度更高, 图像质量更好。
摘要：针对JVT-G012的基本单元层码率控制中复杂度的估计部分没有充分利用已编码帧的时空相关性的缺点, 使用新的模型将当前帧已编码的基本单元MAD值引入到原有MAD模型中进行复杂度估计, 充分利用已编码帧的时空相关性, 使复杂度的估计更准确。实验结果表明, 该改进模型PSNR提高0.01～0.08dB, 视频图像质量更好, 编码时间也有不同程度的下降, 实时性提高, 编码生成的Bits数降低, 节省传输带宽。
关键词：H.264,码率控制,JVT-G012,MAD
参考文献
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[3]Ma Siwei.Proposed Draft Description of Rate Control[EB/OL].http://ftps.itu.int/mv-arch/jrt-site/2003-03-pattayy, 2004.3.
[4]袁武, 林守勋, 牛振东.H.264/AVC码率控制优化算法[J].计算机学报, 2008 (2) .
H∞鲁棒控制工程应用策略研究 篇8
从古典控制理论到现代控制理论,为适应各种控制对象的要求,提出了各种各样的控制方法,以期解决控制对象的控制问题。这些控制方法大都是建立在控制对象精确数学模型基础上的,而在实际工程应用时,所设计的控制器往往达不到所希望的预期目标。这是因为被控对象往往具有非线性、时变性的特点,很难运用精确的数学模型表达。在不确定因素存在的情况下,通常应用H∞控制理论或µ控制理论来设计控制器,使系统性能在不确定因素存在的情况下仍能保持良好状态。目前,鲁棒控制理论应用范围逐渐扩大,但是还没有研究人员对鲁棒控制理论在工程上应用通用规律加以整理,探索出一条在工程设计中应用鲁棒控制策略的通用规律,可以为鲁棒控制理论在工程上应用铺垫一个形式上的道路[1]。
1 H∞控制理论基础
鲁棒多变量反馈控制系统的设计问题可以简单的描述为:系统设计控制规律使得系统在环境或系统本身不确定性影响下仍具有指定容许误差范围内的系统响应。不确定性有很多方面,其中最重要的是指系统外界干扰信号和系统传递函数建模误差。鲁棒控制系统设计将采用H∞范数作为这类不确定性因素的度量。
标准H∞控制框图,如图1所示。
图1中,G(s)表示广义被控对象,包括实际被控对象和加权函数;w为外部输入信号,包括评价控制系统性能及模型摄动(或模型不确定性)的外部输入向量;z为被控输出信号,是评价控制性能及其模型摄动的输出向量;y为测量信号,是控制器输入向量(如用传感器的输出或跟踪误差);u表示控制信号,是执行机构的指令向量;K(s)表示所有设计的控制器。
输入输出描述为
由w到z的传递函数矩阵为
H∞控制问题就是求解满足下述两个条件的控制器K(s)。一是K(s)使图1所示的闭环系统稳定;二是‖Tzw‖∞<γ(γ为正的常数)。
对于H∞控制问题,存在着许多种求解方法,包括从最初复杂的算子方法,到Riccati方程处理方法,以及基于LMI的H∞控制问题求解方法。
2 H∞在工程中应用方法
2.1 H∞在工程中应用的通用规则
进行控制系统设计时,先要选定驱动器、传感器等,还要进行功率计算,并论证可靠性、经济性、耐久性及可维护性。另外,还要决定控制器的控制算法。
2.2 建立合适的数学模型
建立合适的数学模型是进行控制系统设计的最重要的基础。
实际工程系统的组成器件的各种特性往往呈现出非线性的特性,而且其性能还有可能随着外部环境的变化而发生变动,因此确定模型的唯一性,有时也是非常困难的;甚至,即使在性能要求的范围内做出了正确的模型,但是因为模型的非线性或者是阶数过高等原因而缺乏有效的处理手段;同样,如果设计的数学模型过于简单,没有有效地反映系统的特性,那么这个模型也是无效的。
结合实际控制系统建模的经验给出建立数学模型的通用规范:
1)考察实际系统的作用范围,在性能要求的范围内,建立数学模型。若没有考虑实际系统的作用范围,包含了许多超过性能要求的部分,把模型建立的过于详尽,会给以后的控制算法设计带来困难,那就是事半功倍。
2)对系统的机械性能、控制性能的要求以及设计方法进行综合考虑,不必片面地追求模型反映实际系统的准确程度。考虑到实际系统的复杂性,若过分追求模型的精确程度,势必会使所建立的模型呈现非线性或阶数过高等特点;或者是系统太复杂、规模过大,从而缺乏逻辑上的处理手段,使设计结果难于实现。
3)以系统的不确定性存在为前提,在模型中体现不确定性,即把模型分为标称模型∑0和不确定性集合∆∑0。不确定性分为两类:可参数化不确定性和非参数化不确定性。可参数化不确定性是指物理常数的不确定性或数学模型系数的不确定性,这类不确定性一般不改变模型的结构。在系统工程工种中,各类参数如摩擦因数、向量、转动惯量等量测误差,都可以通过参数的摄动来描述,如
其中，A(θ)∈Rn*n,B(θ)∈Rn*m,C(θ)∈Rp*n,D(θ)∈Rp*m,是未知向量θ∈Rs的矩阵函数。
若A(θ)和B(θ)的结构已知,且包含许多已知参数。一般将A(θ)和B(θ)表示成标称值与摄动部分之和的形式,即
将∆A(θ)和∆B(θ)中已知的成分尽可能分离出来,分离形式的选择将会影响鲁棒控制系统摄动的保守性。
如果不确定性的影响不能仅仅用参数摄动来表示,就可以用未知的摄动参数或未知的动态方程来表示。如
其中,A,B,C,D为具有适当维数的已知矩阵,∆A,∆B,∆C,∆D为未知矩阵,把摄动函数中的已知部分分离出来,以便尽可能减少鲁棒系统设计时所造成的保守性。
2.3 加权函数选取原则
2.3.1 模型摄动的加权函数
1)动态摄动。将估计的摄动频率特性画在Bode图上,然后在图上寻找能覆盖摄动的传递函数。这时可做折线近似地求出加权函数,接着再用Matlab同时描画加权函数和摄动的Bode图,以确认加权函数的Bode图是否真的覆盖住摄动。另外,由于在高频域无需进行控制,因此在此频带上应尽量抬高摄动加权函数的增益,以压制振动式的控制输入。
2)参数摄动。以参数变化范围为加权函数。由于小增益定理对于参数摄动来说相当保守,因此实际上普遍使用比实际摄动范围小的值作加权函数。至于设计后的系统,通过使用对含实际和复变摄动的混合型µ解析以及对参数区间两端点的仿真等手段可检验其鲁棒性。
2.3.2 输入加权函数
输入加权函数的功能在于去除控制输入中的高频成分,所以基本上都使用高通传递函数。即可以根据快速响应指标先定出控制频带,在控制频带内让增益接近于零,超出控制频带后使用高增益。
2.3.3 性能指标的加权函数(即干扰特性)
系统的外部输入命令和外干扰信号的频率一般较低,因此为使系统具有良好的跟踪能力和抗干扰能力,在低频段其权函数的幅值应尽可能大。
为了控制系统的超调量,在高频段权函数的幅值一般取在0.1~0.8之间。权函数与0d B线的交叉频率近似等于或小于希望的闭环系统带宽。
干扰的频率特性基本上是在低频增益大,所以干扰的加权函数为低通传递函数。如果已知有关干扰的先验信息,则可根据此信息估计其频率特性。加权函数增益的大小可以通过重复设计仿真来定。当‖Hzw‖∞<γ中的γ固定为1时,干扰信号的加权函数增益越大,说明干扰衰减性能越好。
以上3种加权函数中,摄动加权函数最容易确定。可将其先定下,然后通过反复设计仿真来调整其余加权函数,以期达到最佳性能。基本而言,性能指标的加权函数在低频域增益大,则系统的干扰控制和响应性就会得到改善;输入的加权函数在高频带增益大,则振动式的输入能被压制住。
2.4 把问题转化为标准H∞问题
在实际系统设计中,根据性能指标和系统稳定性的要求可以把各种H∞控制问题用图1所示的标准H∞问题表示。
图中广义被控对象G(s)的状态方程为
其中,x∈Rn为广义被控对象的状态变量。
广义被控对象可以根据实际系统的标称模型和利用加权函数选取原则求出的加权函数,在Matlab的Robust工具箱中进行计算生成。
2.5 H∞鲁棒控制器算法
实际系统设计时,H∞控制器求解算法应用较多的是代数Riccati方程算法和LMI解法。
2.5.1 代数Riccati方程算法
针对广义被控对象的状态是否全部可以测量,标准H∞控制问题的代数Riccati方程算法又分为用于状态反馈H∞控制问题的一个代数Riccati方程算法和用于输出反馈H∞控制问题的两个代数Riccati方程算法。其具体的算法可参考文献[1]和文献[5]。
2.5.2 LMI解法
LMI处理方法可以克服Riccati方程处理方法中存在的许多不足。LMI方法给出了问题可解的一个凸约束条件,因此可以用求解凸优化问题的有效方法来进行求解。正是这种凸约束条件,使得在控制器设计时,得到的不仅是一个满足设计要求的控制器,而是从凸约束条件的任意一个可行解都可以得到的一个控制器,即可以得到满足设计要求的一组控制器。其具体算法可参考文献[5]。
基于LMI处理的输出反馈控制器设计方法有消元法和变量替代法。MATLAB的LMI工具箱提供了直接求解系统(5)的控制问题的函数。LMI工具箱提供了基于Riccati方程处理方法和线性矩阵不等式处理方法的连续/离散时间系统的控制器综合工具。连续时间系统H∞控制器综合问题的求解器是hin flmi,离散时间系统H∞控制器综合问题的求解器是dhinflmi。
3 实例
计算机硬盘磁头驱动系统的标称模型为
系统设计目标:设计一控制器使磁头准确地定位于指定的纹道上。
3.1 模型不确定性
考查整个系统实际频率响应与标称模型P0(s)的输出响应之差,就求出了建模时把系统刚性化而忽略磁头所具有的柔性所引起的建模误差∆P0(s)。
模型的不确定性可表述为∆Σ={∆P(s)‖∆P(jω)|≤r(jω)|,∀ω∈R｝,实际对象可表示为
3.2 外部干扰
硬盘高速转动时引起的空气涡流对磁头来讲是必须考虑的干扰,因而把风的干扰作为阶跃信号来处理。
3.3 利用加权函数建立开环系统模型
经实验确定:干扰加权函数W1(s),乘法摄动加权函数W2(s),和用于调整响应速度的W3函数以及输入加权函数W4(s)。
硬盘的一般反馈控制系统,如图2所示。
3.4 设计控制器进行闭环仿真
在Matlab里对上述开环系统利用hinfsyn()命令求解控制器K,并对控制器K所组成的闭环系统在阶跃干扰输入下进行了仿真分析。仿真结果如图3和图4所示。
仿真结果表明:所设计的H∞控制器能够很好地抑制空气涡流对磁头定位的影响。硬盘磁头能够在很短的时间内定位到所要求的位置。
4 结论
本文对利用H∞控制理论进行实际系统设计时的规律进行了概括,给出建立合适数学模型的通用规范、权函数选用等规则,并把现有的H∞鲁棒控制器算法与在Matlab中求解方法进行了举例说明。
在今后的研究中,将结合电动助力转向控制系统的设计对H∞鲁棒控制器、µ控制器的分析和综合进行具体的探讨。
参考文献
[1](美)周克敏.鲁棒与最优控制[M].北京:国防工业出版社,2002.
[2]肖敏,史忠科.水雷运动控制的H∞鲁棒方法[J].武器装备自动化,2006,25(3):3-5.
[3]李阳,李树民.基于LMI的输出反馈H∞控制及其仿真[J].战术导弹技术,2004(5):44-48.
[4]王启瑞,陈无畏.汽车电动助力转向系统的H∞控制研究[J].汽车工程,2004,26(5):609-612.
浅析H型钢结构焊接变形及控制 篇9
钢结构在焊接过程中会产生焊接应力和变形, 造成焊接应力和变形的因素有很多, 但焊件受热的不均匀性是其最根本的原因。结构在焊接时, 由于局部高温加热从而造成焊件上温度分布不均匀, 从而导致构件产生不均匀膨胀, 而低温区的限制了高温区的膨胀, 最终导致焊件焊后发展成焊接变形。其次, 是由焊缝金属的收缩、金相组织的变化以及焊件刚度的不同引起的。另外, 焊缝在焊接结构中的位置、装配焊接顺序、焊接方法、焊接电流及焊接方向等对焊接应力与变形也有一定影响。
2 H钢的焊接变形的种类
焊接变形按照外观形态分为收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形。H型钢在制造过程中, 主要产生角变形、弯曲变形和扭曲变形。
2.1 角变形
焊缝的横向收缩沿板厚的不均匀分布是导致角变形的根本原因。
2.2 弯曲变形
弯曲变形主要是结构上的焊缝布置不对称或焊件断面形状不对称, 焊缝收缩引起的变形。弯曲变形的大小用挠度f进行度量。挠度f是指焊后焊件的中心轴偏离焊件原中心轴的最大距离。当纵向焊缝位置偏离构件截面的中心轴时 (如图1) , 不仅产生纵向收缩, 而且由于等效收缩力FP而产生弯曲变形。根据材料力学, 其产生的最大挠度为:
式中:f弯曲变形挠度 (cm) ;E-弹性模量 (MPa) ;FP假想的纵向收缩力 (N) ;S-偏心矩 (cm) ;L-焊缝长度 (cm) ;I-截面惯性矩 (cm4) 。
2.3 扭曲变形
焊缝角变形沿焊缝长度方向的不均匀分布是产生扭曲变形的根本原因。一般发生在有数条平行的长焊缝的焊件上, 如焊接工形梁。扭曲变形的产生往往与焊接方向或顺序不当有关。
3 影响H钢结构焊接变形的因素
3.1 焊接方法及其工艺规范的影响
H钢结构制造时一般的焊接方法有埋弧自动焊、手工电弧焊和CO2气体保护焊。不同的焊接方法产生的热量不同, 造成的变形也不同。同一焊接方法中, 由于焊接工艺规范的不同所产生的焊接变形也不同。H钢结构在施焊前要通过焊接工艺评定制定工艺规程, 但在具体进行实际生产时, 一些单位不执行工艺文件, 进行大线能量施焊而造成焊接变形。
3.2 坡口形式和尺寸的影响
坡口形式不相同, 焊接变形量就不同。如坡口截面不对称的焊缝, 其角变形大。坡口角度越大, 其填充金属量大, 变形就越大, 坡口小变形就越小。
3.3 结构刚度和焊缝分布的影响
刚性是指焊件抵抗变形的能力, 它与焊件材质、焊件截面形状和尺寸等有关。结构刚性越大, 则阻止焊缝及其附近热变形的能力越强, 焊接变形就越小。反之焊件的刚性越小, 则焊接变形就越大。焊缝分布越密集, 将使焊接应力和热量互相叠加, 增加了焊接变形。焊缝分布与截面中性轴不对称或远离截面中性轴, 则会增加弯曲变形。
3.4 装配-焊接顺序的影响
不同的装焊顺序焊后将产生不同的变形量, 所以在装焊时应采取合理的顺序。焊接时尽量采用对称焊接;焊缝不对称时, 先焊焊缝少的一侧。纵向收缩引起的弯曲变形是H钢最容易出现的变形。焊缝布置对称的焊缝, 如果装配焊接顺序不合理, 同样可能产生较大的弯曲变形。如图2焊接H钢 (工字钢) , 采用不同的装配焊接顺序, 弯曲变形量大小不同。如果先装成T形梁, 如图2-a所示, 然后再装配焊接成工字构件如图2-b, 其挠度变化情况如下:
一般情况下, 虽然S′<S″, 但ⅠI>>ⅠT, 所以f1、2>f3、4, 既两者不能相互抵消, 焊后产生残余弯曲变形。
如果采用先装配并定位焊焊成工字构件, 然后按图2-c的1~4顺序焊接, 因为焊接过程中构件的截面惯性矩基本不变, 且两边焊缝距中心轴的距离近似相等, 所以产生的挠度基本上可以互相抵消, 使构件保持平直。
4 控制焊接变形的措施
如果在焊接前或焊接过程中采取一些措施就可以有效地控制焊接变形, 不仅为焊后矫正节省了人力、物力和财力, 也为大型构件的一次合格率提供了保障。
4.1 设计措施
(1) 合理地选择焊缝的尺寸和形状。在保证结构承载力的情况下, 尽可能采用较小的焊缝尺寸, 减少热输入对材料性能的影响, 并降低成本。 (2) 合理地安排焊缝的位置。安排焊缝尽可能对称与截面中性轴, 或使焊缝接近中性轴, 这对减少梁柱的挠曲变形有良好的效果。
4.2 工艺措施
(1) 反变形法。根据焊件的变形规律, 将焊件向着与焊接变形相反的方向进行人为变形后再进行焊接, 以达到抵消焊接变形的目的。
(2) 留余量法。此方法主要用于防止焊件的收缩变形。为了补偿焊件的收缩, 下料时, 应当适当加大零件的实际长度或宽度尺寸比设计。
(3) 刚性固定法。将焊件组合成刚性更大或对称的结构。
(4) 选择合理的装配焊接顺序。装配焊接顺序对焊接结构变形的影响很大。1) 在条件允许的情况下, 将大型而复杂的焊接结构分成若干个结构简单的部件, 单独进行焊接后再总装成整体。2) 施焊时, 焊缝尽量靠近结构截面的中性轴。3) 在进行装配焊接时, 对于结构不对称布置的焊缝, 应当先焊焊缝少的一侧。4) 应当由偶数焊工对称地焊接焊缝对称的结构。5) 当焊接1m以上的长焊缝时, 为了减少焊接后的收缩变形, 在焊接时应当采用图3所示的方向和顺序进行。
(5) 合理地选择焊接方法和焊接工艺参数。各种焊接方法的热输入不同, 因而产生的变形也不一样。能量集中和热输入较低的焊接方法, 可有效地降低焊接变形。用CO2气体保护焊焊接中厚板的变形比用气焊和焊条电弧焊小得多。焊接热输入是影响变形量的关键因素, 当焊接方法确定后, 可通过调节焊接参数来控制热输入。在保证熔透和焊缝无缺陷的前提下, 应尽量采用小的焊接热输入。
5 结论
H钢结构在制造过程中极易发生焊接变形, 但如果在焊前能够正确分析其产生原因, 在施焊过程中采取合适的焊接方法、合理的装焊顺序和焊接接头设计等工艺措施减小焊接热输入, 就能有效的控制焊接变形, 使得结构焊接质量得到保证。
摘要：根据工程实践, 分析了H型钢结构产生焊接变形的原因, 提出了控制焊接变形的方法和措施, 从而提高了焊接工艺质量, 增强结构的安全性。
关键词：H型钢结构,焊接变形,控制
参考文献
[1]邓洪军.焊接结构生产[M].北京:机械工业出版社, 2009:22-34.
[2]杨鑫.如何控制钢结构焊接的变形[J].焊接技术, 2011 (05) :51-52.