控制矩阵

控制矩阵（共12篇）

控制矩阵 篇1

与传统的变换器相比,矩阵变换器的最大优点是:正弦的输入输出特性;不需中间直流储能环节;能实现能量的双向流动,满足电机四象限运行需要;可自由控制的功率因数等。根据控制目标的不同,矩阵变换器有2类调制策略:电流控制法和电压控制法。电压控制法的空间矢量调制法[1,2,3,4,5]及双电压合成法[6,7,8]是研究较多的控制策略,电流控制法主要有电流滞环控制、电流预测控制等[9,10,11,12]。现根据矩阵变换器空间矢量调制思想,在虚拟逆变器部分采用基于规则的电流跟踪控制方法[12];在虚拟整流部分进行功率因数控制,2种控制方式的综合即可完成对矩阵变换器输入功率因数和输出电流的控制。

1 矩阵变换器空间矢量调制策略

三相输入到三相输出矩阵变换器的原理如图1所示,通过9个双向开关(IGBT功率管)三输出相可与任一输入相相连。通过一定的策略控制9个双向开关,可得希望的三相输出电压幅值与频率。

矩阵变换器的空间矢量调制策略是一种双空间矢量调制方法,该调制策略将图1中的直接交-交(输入、输出直接连接)变换器虚拟等效成整流和逆变2部分,等效结构如图2所示(图中,直流环节消除便可得到图1的交-交矩阵交换拓扑[1])。

在整流部分使用空间矢量调制得到正弦的输入电流和可调的输入功率因数,在逆变部分使用空间矢量调制得到幅值和频率可调的正弦输出电压,然后将二者合而为一[1]。

2 新型矩阵变换器电流控制策略

2.1 虚拟整流器

假定三相输入相电压为

式中Eim为输入相电压的幅值;ωi为输入角频率。

如图3所示(纵坐标电压幅值相对值,为标么值),将输入相电压分区,分区原则是:一相电压绝对值为最大,另两相电压极性与它相反。如图3所示,在区间1中,前半区间最大线电压为eab,后半区间最大输入电压为eac,为保证整流器的输入功率因数是1,同时确保输出直流电压为最大,在一个采样周期,通过适当选取2个最大输入线电压eab和eac的调制时间来满足要求。

要满足输入电流矢量为正弦量,且功率因数为1,则每相输入电流的大小在任意时刻必须与对应输入相电压成正比,即在一个PWM周期内,保证每相输入电流局部平均值与相应输入相电压成正比。在对称输入情况下,虚拟整流器的调制占空比可由输入相电压确定。仍以区段1为例,输出相应最大线电压的两调制占空比如下:

式中为一采样周期内的局部直流平均电流值;、为三相输入电流局部平均值,且;Ts为采样周期;tab、tac为对应线电压eab和eac的调制时间。此时输出的局部平均电压为

式中p、n分别为虚拟整流器的正、负极。

同理,可计算出其他区段的调制系数。

将式(4)化简可得:

式中Eim为输入电压幅值。

将式(2)(3)(5)写成通用式,则有

式(6)和(7)中下标s表示当前输入相电压区间;当输入相电压区间分别为1和4,2和5,3和6时字母x代表相a、b、c,y代表相b、a、c,z代表相c、b、a;式(8)中ei=max(|sinθa|,|sinθb|,|sinθc|)。

2.2 虚拟逆变器

虚拟逆变器输出电压矢量如图4所示。图中p、n分别代表虚拟整流的正极和负极。虚拟逆变器采用三水平滞环比较器控制,三水平滞环比较器如图5所示。纵坐标为α-β坐标系中进行参考输出电流与实际输出电流的误差值ε;横坐标h1、h2为滞环比较值,一般按参考输出电流的1%和5%选取。在α-β坐标系中进行参考输出电流与实际输出电流的误差计算。

设α-β坐标系下的实际输出电流、参考输出电流矢量分别为iα/β、iα/βref,二者之差为Δiα/β=iα/β-iα/βref。根据差值所在范围,选取合适的虚拟逆变器输出电压矢量,使输出电流误差减少,即当Δia/β>h2时,说明输出电流出现了大的正误差(记为Cp),需快速减小输出电流,由矢量合成原理应选择与之反方向的电压矢量以快速减少误差;同理,当Δia/β<-h2时,说明输出电流出现了大的负误差(记为Cn),应该选择与之同方向的电压矢量以快速减少误差;当-h1≤Δiα/β≤h1时,说明输出电流误差在一个小的容许误差范围内(记为Cs),选择零矢量以保持开关频率;当-h2≤Δiα/β<-h1或h1≤Δiα/β

2.3 虚拟整流器与虚拟逆变器的综合

虚拟整流在一个采样周期,按调制系数仅调制2个输出量,构成虚拟整流输出局部平均值。虚拟逆变器在一个采样周期,按输出电流误差Δia、Δiβ范围不同,有不同的开关状态。若虚拟整流器在区段1,直流输出电压Upn=uuv,输出电流误差Δiβ范围为Cp,Δia范围为Cn。此时,在逆变器部分,选取矢量U3来减少电流误差,逆变输出开关状态为npn,由图2知,此时矩阵变换器的开关状态为bab(输出相B与输入相a连接,输出相A和C与输入相b相连)。同理,可确定虚拟整流器、逆变器在任一个时刻矩阵变换器的开关状态。

3 仿真及实验

为了验证所提出的调制策略的可行性及正确性,进行了Matlab/Simulink仿真并设计了基于Dspace[13,14,15]为主控制器的样机实验平台。实验参数为:输入滤波电感5 mH,滤波电容5μF,阻尼电阻15Ω;三相对称阻感负载电阻为12Ω,电感为5 mH;采样频率为10 kHz,输入线电压有效值为120 V,50 Hz;期望的输出电流幅值为8 A,输出频率为80 Hz。仿真与实验波形如图6、7所示,其中图6为仿真波形,图7为实验波形。

实验测得当参考输出电流幅值为8 A,频率为80 Hz时,a相输入、输出电流的THD值为5.7%、2.2%。当参考输出电流幅值为8 A,折算为电压增益约0.94。通过仿真及实验波形,可验证提出的调制策略的正确性。

4结语

分析了矩阵变换器新型电流控制策略的工作原理,并进行了计算机仿真及实验验证,给出了相关的仿真及实验波形。由理论分析及实验结果可得出:由于虚拟逆变部分采用的是电流跟踪控制,三相输出电流波形正弦度高,而且输入功率因数可近似为1;虚拟整流器对输入电压的利用率得到提高,在输入电流出现一定畸变时,电压增益可达到0.94。

控制矩阵 篇2

高等代数第二次大作业

113839

周碧莹 30011303班

矩阵的秩的性质

1.阶梯型矩阵J的行秩和列秩相等，它们都等于J的非零行的数目;并且J的主元所在的列构成列向量的一个极大线性无关组。 2.矩阵的初等行变换不改变矩阵的行秩。

证明：设矩阵A的行向量第一文库网组是a1，…,as.设A经过1型初等行变换变成矩阵B，则B的行向量组是a1，…,ai,kai+aj,…,as.显然a1，…,ai,kai+aj,…,as可以由a1，…,as线性表处。由于aj=1*(kai+aj)-kai,因此a1，…,as可以由a1，…,ai,kai+aj,…,as线性表处。于是它们等价。而等价的向量组由相同的秩，因此A的行秩等于B的行秩。

同理可证2和3型初等行变换使所得矩阵的行向量组与原矩阵的行向量组等价，从而不改变矩阵的行秩。

3.矩阵的初等行变换不改变矩阵的列向量组的线性相关性。

证明 ：一是为什么初等行变换不改变列向量的线性相关性?二是列向量进行初等行变换后，

为什么可以根据行最简形矩阵写出不属于极大无关组的向量用极大无关组表示的表示式? 第一个问题：

设α1，α2，…，αn是n个m维列向量，则它们的线性相关性等价于线性方程组AX=0(其中A=(α1，α2，…，αn)，X=(x1，x2，…，xn)T)是否有非零解，即α1，α2，…，αn线性相关等价于AX=0有非零解，α1，α2，…，αn线性无关等价于AX=0只有零解。而对A进行三种行初等变换分别相当于对线性方程组中的方程进行：两个方程交换位置，对一个方程乘一个非零常数，将一个方程的常数倍对应加到另一个方程上。显然进行三种变换后所得方程组与原方程组同解，若设所得方程组为BX=0，则B即为对A进行行初等变换后所得矩阵。B的列向量的线性相关性与BX=0是否有解等价，也就是与AX=0是否有解等价，即与A的列向量的线性相关性等价!

第二个问题 以一个具体例子来说明。

例：设矩阵 ，求A的列向量组的一个极大无关组，

并把不属于极大无关组的列向量用极大无关组线性表示。

解：对A施行初等行变换变为行阶梯最简形矩阵

显然变换后矩阵的第1、2、4列是3个线性无关向量，而加入第3、5列中任何一列即变为线性相关了，故由行变换不改变列向量的线性相关性可知α1，α2，α4是A的`列向量组的极大无关组。

那么将α3由α1，α2，α4的线性表示的系数即为非齐次线性方程组 (α1，α2，α4)(x1，x2，x3)T=α3的解，故对增广矩阵进行行初等变换即为

所以α3=-α1-α2+0α4，此系数即为对A进行行初等变换后的第3列数字!

同理可得α5由α1，α2，α4线性表示的系数即为对A进行初等行变换后所得行最简形矩阵的第5列对应数字。

综上所述，对矩阵的行初等变换的理解均可以对应到以此矩阵为系数的线性方程组的同解操作，而讨论线性方程组的解时又可以利用矩阵的相关理论进行简化!

4.任一矩阵的行秩等于它的列秩。

证明：任取矩阵A，把它经过初等行变换化成阶梯型矩阵J.据(2)、(3)得出：A的行秩=J的行秩=J的列秩=A的列秩。 5.设矩阵A经过初等行变换成为阶梯形矩阵J，则A的秩等于J的非零行数的。设J的主元所在的列是第j1，则A的第j1，‘’’jr列，‘’’jr列构成A的列向量组的一个极大线性无关组。

6.矩阵A的秩等于A的转置的秩。 7.矩阵的初等列变换不改变矩阵的秩。

8.任一非零矩阵的秩等于它的不为零的子式的最高阶数。 (任一非零矩阵A的行秩等于列秩，并且等于A的不为零子式的最高阶数。) 9.一个n级矩阵A的秩等于n当且仅当|A|≠0 (满秩矩阵)

10.设s*n矩阵A的秩为r，则A的不等于零的r阶子式所在的行(列)构成A的列(行)向量组的一个极大线性无关组。

矩阵的秩与运算的关系

1.A≌B 则r(A)=r(B)

2.若PQ为可逆矩阵，则r(PA)=r(AQ)=r(PAQ)=r(A) 3.r(A±B)≤r(A)+r(B)

4.对于任意n阶方阵A A*A=A A*=|A|E

5.若A可逆则A-1=A*/|A| (A*)-1=(A-1)*=A/|A| 6.(kA)*=kn-1A*(n≥2)

“矩阵”缘何变“蛛网” 篇3

作为明悦集团全新事业部的新任总经理，一向踌躇满志的沈溪澄如今却面临着空前的压力和困惑。

2009年2月的一天下午，明悦集团广东分公司和上海分公司的总经理一起找到了集团董事长钱若思，这简直就是一次公开发难，剑锋直指沈溪澄领导的华悦事业部。

“所谓的新事业部不过是新瓶装旧酒，用新品牌来卖老产品。这么做等于自己人和自己人竞争。”

“华悦这个新品牌走的是加盟和网店渠道，和你们的国美、苏宁渠道没有冲突。”钱若思回答。

“但卖的是同样的产品，公司居然没有和我们商量就这么做，实在令人寒心。”广东分公司总经理毫不客气地说。长期以来，广东就是各地方子公司的销售冠军，广东分公司的经理一贯财大气粗，钱若思不免被噎住一口气。

谈话不欢而散，但这还不过是开始，紧接着各地方分公司的不配合与刁难纷至沓来，就连财务、人力、IT等职能部门也处处与沈溪澄作对，新事业部的业务开拓一时举步维艰。

都是“矩阵式管理”惹的祸!钱若思原本希望通过他这个新事业部来“削藩”，但是令他没想到这种黏稠的阻力竟然这么大。所谓的“矩阵”简直就像蛛网一般捆绑着，他越是用力，就越是收紧。

沈溪澄过去在MBA课程中学过，矩阵式管理在西方成熟企业中十分常见，可以让企业更有效率、更得心应手地利用各种资源。但是在这家中国公司里，矩阵式管理却成了一桶糨糊，现在想变革一下，都无比艰难。

半熟的“矩阵式管理”

沈溪澄原本担任一家民营日化企业的营销副总经理，两年前因工作关系认识了钱若思。几次沟通，二人相谈甚欢，尤其是沈溪澄对于新兴渠道营销建设的见解，给钱若思留下了深刻的印象。不久后，在一次企业论坛上二人再度相遇，年近花甲、在商场厮杀半生的钱若思向小老弟倾吐了自己对公司现状的不满和无奈……

明悦集团是国内一家著名的厨电类产品制造公司，主要生产橱柜、抽油烟机、电热水器等厨房用品，品牌知名度和销量均位列国内同类企业前茅，2008年的销售额约为10亿元人民币。

早在多年前，明悦集团就开始实行矩阵式管理，公司在纵向层面按照产品线分为电热水器、抽油烟机、橱柜和消毒柜四大事业部，将全国20多个省市划分为华北、华东、华南、华西和华中五大区，事业部实行总经理负责制，五大分公司也分设总经理。按规定，分公司总经理每月需要向各事业部的总经理汇报工作进展情况，事业部总经理还分别向各地区派驻“大区经理”，以直接向集团总部汇报各地的业绩情况。另一方面，集团总部也设有财务部、人力资源部、品牌运营部和lT部四个职能部门，区域分公司的相关职能部门成员需要各自向总公司的职能部门负责人定期汇报情况。

按照钱若思最初的构想，这种纵横结合的管理架构应该有助于实现组织资源效用的最大化。然而，施行的结果却恰恰相反。

事实上，明悦既有的销售和售后服务资源一直以来掌握在各地分公司总经理手上，至今实行着“承包制”——只要各地分公司每年完成总部的销售指标，剩余的资源分配都是分公司经理说了算。而四大事业部的总经理往各地方分公司派驻的所谓“大区经理”，由于在地方上没有话语权，几乎被完全架空，对各地分公司的各种情况难以置喙。各地分公司总经理如同土皇帝，中央管理系统常常也奈何他们不得。

2008年以来，总部与分公司之间“权力倒置”的问题已经十分严重。有不少事业部的总经理向钱若思投诉，大家都反映明悦集团实际上是“天大地大没有分公司总经理的权力大”。集团的HR总监王朋也多次向钱若思表示：“集团的人力资源部成立快2年了，但许多制度和政策根本推行不下去，分公司的人力资源部经理根本就不听我的。总部设计的招聘流程，培训体系，他们一概不用。整个分公司的绩效考核说到底是分公司的总经理一个人说了算。这样下去，管理混乱不说，公司的业务顶多维持在现有水平，很难再往前发展。”

在集团各职能部门总监的倡议下，为了统一整个公司制度，形成统一的企业文化，最大效率地调配资源，钱若思开始有意识地将各分公司的权力收归总部。然而，这种意图很快就被“识破”。“诸侯”们纷纷以销售业绩作为筹码向钱若思施压，“收权运动”被迫搁置下来。

“没有监督的权力不仅产生腐败，而且这种权力会让企业不能正常地发展。”当钱若思明白这一道理的时候，距离明悦第一次的“矩阵式”组织调整已有3年时间了。

一拍即合的变革构想

时光荏苒。钱若思注意到，近年来蓬勃发展的电子商务正在成为全新的渠道，宝洁等知名跨国公司也已经开始尝试把“渠道”作为“矩阵式”架构调整的第三条划分维度。“这说明渠道的力量在未来会越来越强大。也许到了明悦打破‘总部’与‘地方’权力僵局的时候了。”钱若思心想。

为此，他几欲试水电子商务，希望通过新的渠道力量来实现“削藩”。但以往的销售模式仍在无形中成为了渠道转型的障碍——想要各地分公司总经理乖乖交出经销权、支持明悦从线下往线上转型，显然是不可能的。

钱若思急需找到这样一名“急先锋”，一方面开拓新的业务空间，同时也能把明悦的控制权收归总部。而沈溪澄的出现，让钱若思看到一丝转机。

以此同时，与钱若思的促膝对谈，也令沈溪澄心潮起伏。平心而论，自己目前供职的日化公司无论在销售额还是知名度上都无法与明悦集团相提并论。而多年淫浸于市场拓展和产品销售，沈溪澄不仅经验丰富，而且很有想法。他不甘于平庸，一直希望能找到更广阔的舞台施展才华，搞电子商务恰恰也是自己的兴趣所在。反复权衡后，沈溪澄接受了钱若思的邀请。

“放心，我一定给你充分尊重和授权，让你放开手脚干事业。你先在总裁助理的位子上干一段时间，充分了解公司情况再作定夺。但你这个人才我要定了。”2008年11月，沈溪澄低调赴任一直空缺的总裁助理之职。经过两个月的观察，沈溪澄意识到，要想不成为傀儡，必须把销售权和销售渠道掌握在自己手中。

思前想后，沈溪澄向钱若思提出了自己的“改革”思路：重新注册一个品牌“华悦”，脱离传统的国美、苏宁式渠道，不再采用各地分公司的销售渠道，而是邀请经销商加盟。经销商加盟之后，首先在自己所在的城市开设实体专营店，

出售华悦牌的厨电和橱柜产品。同时这些经销商也在淘宝、百度等B2C网站开设网店，推广华悦品牌的产品。在此基础上，改变经销商的销售提成比例：通过不同的方法卖出产品，经销商获得的提成比例不同，在经销商实体店或网店出售产品，经销商获得全额提成；通过网店异地出售产品，当地送货的经销商和拥有网店的经销商各提成一半。按照沈溪澄的思路，完全依靠明悦公司一己之力建设新渠道的投入太大，风险过高，而采用经销商加盟，卖出产品给经销商提成、线上线下一起抓的方法，能够四两拨千斤，快速把渠道做大。

这些新颖的想法得到了钱若思的赞同。2009年春节后不久，他便召开内部中层以上干部会议宣布实行“改革”。此外，公司董事会决定建立“华悦事业部”，任命沈溪澄为事业部总经理。按照沈溪澄的规划，在渠道方面，“华悦”这个新品牌将两条腿走路——实行实体店的营销，同时大力推广电子商务。在资金投入方面，华悦事业部也获得了总部约8 000万元预算的投入支持。

新事业部遭遇下马威

然而，钱若思话音刚落就掀起了千层浪。明悦集团各地分公司的总经理们得知这一消息纷纷表示不赞同，于是就出现了开篇公开叫板的那一幕。

对于各地分公司总经理的反应，沈溪澄起初也没想太多，但很快，他就发现问题不断冒出来。过去，为了节省费用，总部所有人员出差都在当地分公司办公。新事业部成立之后，他派往广东、上海等地进行经销商加盟工作的销售员们常常抱怨说，他们受到地方分公司的刁难，甚至出现了不给华悦事业部销售员提供办公桌的情况；需要用车的时候也常常遭到“现在没有车”之类的拒绝。

沈溪澄意识到，这是地方分公司经理们的无声抗议，这种抗议既微妙又致命，搞不好会毁坏全盘计划。这些分公司都是些水泼不进的独立王国，这一现状几乎已经成为了明悦集团的公司生态，况且，在这些“小事”上钱若思也不会直接插手。左思右想之下，沈溪澄找到钱若思，对他提出了一个新建议。

“老板，对于华悦事业部的运作，有一个地方可能需要作出调整。”

“哪个方面呢?”

“按照原计划，我们要建立一个第三方的售后服务公司，对华悦品牌的所有产品进行售后服务。但我建议这一步暂缓，把华悦产品的售后服务先交给各地方分公司。由公司总部与分公司定期结算费用。”

沉默了半晌之后，钱若思说：“这是一个权宜之计，可以让地方分公司更配合你的工作。不过从长远来讲，还是要成立一个独立的售后服务公司，把明悦和华悦的售后服务全部接收过来。”

“是的，战略没变，战术上可以小小迂回一下。”

不久，公司就公布了把华悦旗下所有产品售后服务交给各地分公司的决定，由公司财务部每季度与各地方分公司结算服务费用。很快，沈溪澄的人马在地方办公室里得到了“平等”的待遇。

并不弱势的职能部门

刚刚摆平地方分公司，沈溪澄很快又发现来自原有矩阵结构的另一个维度——公司总部职能部门的挑战。

明悦总部有四个职能部门——财务部、人力资源部、品牌运营部和IT部。虽然每个事业部都有一定的人事、财务和品牌建设权，但最终仍要通过总部职能部门的允许和授权才能进行。沈溪澄发现，四个职能部门的头头都非常强势，对各个事业部的干涉力度很大。但凡召开任何相关会议，都必须有这些部门的人到场。矛盾很快就出现了。

对于沈溪澄来说，新品牌立足于电子商务，首先就需要建立自己的网站。沈溪澄原本打算将网站外包给一个和自己一直有业务来往的IT公司。但很快，他就接到了IT部部长陈博的电话。

“沈总，网站的建设，包括购买服务器，都将由IT部来帮您完成。有什么要求尽管沟通。”

“我这里已经有了个意向公司，陈部长看看是否可以?”

“按照规定，程序上还是要走招投标的流程。”

沈溪澄暗暗叫苦。他和那家IT公司以前有过合作，业务做得挺不错，如果将这笔业务交给那家公司，可以大大方便工作。但陈博坚持要走招投标的程序，估计他已经物色了中意的候选人了。

果然，最终陈博胜出。中标的那家公司报价最低，但仅仅比沈溪澄朋友的公司低了2000元。尽管从表面上看，最低价符合公司利益，但后来沈溪澄却听说，中标公司与陈博关系密切，陈博个人在里面有股份。

事实上，在网站建设的过程中，中标公司并不太理会沈溪澄，倒是常常征求IT部的意见。沈溪澄提出的很多想法也没有在网站中得到体现，对此沈溪澄十分恼火，陈博怎么可以这么目中无人?

另一方面，品牌运营部也和沈溪澄龃龉不断。沈溪澄想按照自己的思路进行品牌推广和运营，却屡屡遭到品牌运营部部长张志的反对。张志在公司已经工作了10年，一直从事品牌建设工作。过去明悦集团和中央电视台合作过一个收视率较高的平民选秀节目，明悦聘请选秀出来的草根明星给公司做广告，效果不错。对此，张志一直深以为傲，并打算在未来几年内沿用这种营销方法。但沈溪澄认为，华悦的定位和明悦不同，是一款定位于电子商务、集中于年轻人群的产品。年轻人对央视那种“比较土”的选秀节目并不感兴趣，因此，沈溪澄想把市场费用集中投放在能吸引年轻人的购物、门户和视频网站上。

为此，在一次整合传播方案的讨论会上，沈溪澄提出，降低华悦在传统电视和报纸上的曝光率，提高和各门户网站的合作，可以考虑在新浪这样的门户网站上面植入视频广告；在土豆网等视频网站上发布一些点击广告。话音未落，张志立刻表示反对，他坚持沿用以前的发布渠道——央视选秀节目，同时请选秀明星担任主持人。在张志看来，沈溪澄不懂得考虑市场费用的投入产出，纸上谈兵，一味追求“时髦”；而在沈溪澄看来，张志倚老卖老，不能容忍新鲜事物。两人在会上一番争论，不欢而散，华悦的品牌建设方案也因此被“暂时”搁置了。

不顺畅的“内包”制

烦恼远没有结束。除了地方子公司和总部职能部门，来自平行的各事业部的压力也接踵而至。

从明悦集团的矩阵式管理效果看，事业部这一维度始终处于比较尴尬的位置，并没有联动生产、销售、售后、产品管理等实际功能。与此同时，新成立的华悦事业部虽然与四大传统事业部平级，却又不得不与它们时时发生关系——另外几个事业部等于是华悦事业部的“代工厂”，它们生产的产品贴上“华悦”的牌子后，再以内部价卖给华悦事业部。

与在市面上销售的价格相比，各个事业部给华悦事业部供货的利润很低。而各事业部每年是按照利润来进行业绩考核的。也就是说，给华悦事业部供货虽然会增加各个

事业部的销售量，但由于利润率低，各事业部并没有很强的动力进行这样的内部供货。更何况，华悦相当于是一个和它们竞争的品牌，一旦华悦品牌的销量上去，明悦各产品的市场空间会受到一定程度的挤压，这种局面显然是各事业部的总经理最不愿看到的。

很快，沈溪澄就感受到了这种“不情愿”和“不配合”。一次，他接到了本部门销售经理的电话，“沈总，热水器事业部只肯给我们供应去年和前年的货品。很多都是积压在仓库超过半年的货，今年的新款产品他们不肯供应，说是没货。”

沈溪澄只好亲自给热水器事业部总经理黄韬打电话。“黄总，你看我们网店快要上线了，实体加盟店也都筹备得差不多了。能不能给我匀几款最新的即热式热水器产品?”

“真不好意思啊沈总，新款的即热式热水器卖得很好，国美、苏宁我们都供不上来了。你这里先用着仓库的存货，等生产线稍微松一点之后再给你贴牌生产好吧?”

“黄总，我们新成立的部门不容易。你能不能专持一下?”

“沈总，新的事业部我当然大力支持，但也要在能力范围之内嘛!现在你的要求超出了我的能力范围，我没法答应你。”

“代工厂”没有动力供货，即便供货，也不供最新最好的货，这让沈溪澄着实难以容忍。万般无奈之下，他再次找到钱若思。

“钱总，各个事业部作为华悦的代工厂，这一思路看似可行，但最大的问题在于由于内部价偏低，事业部又是以利润来考核业绩的，所以大家没有动力给我供货。”

“那你有什么好办法?”

“我想去外面找一家厨电工厂给华悦代工，价格比内部代工价更便宜，而且也更好管理。”

“目前不可行。我们有现成的生产资源，技术、生产线都是现成的，外包给外面的工厂太说不过去了。”

“可是各事业部不太配合……”

“小沈啊，没有什么事情是一帆风顺的，否则我也不会请你这种人才来做这件事了。你要多和各部门老总沟通、平衡，让他们配合你。”

地方分公司、总部各职能部门、各事业部……沈溪澄感到，每个维度都得罪不起、摆脱不了。几番拉锯战下来，沈溪澄深感疲惫，彷徨之际，他找到明悦集团的财务总监易平川沟通。

易平川不仅是整个集团公司的财务总监，同时也兼任华悦事业部的财务负责人。在沈溪澄看来，好歹算半个“自己人”，而且易平川在公司是元老级人物，对各个层面的人都说得上话，或许能通过易平川在内部斡旋平衡，为自己争取更多的主动权。易平川倒也爽快，他直接告诉沈溪澄，这个公司就是这样，地方上诸侯割据，奈何不得；中央系统里面各职能部门和事业部之间互相牵制，既有像沈溪澄这样有业务能力、想做事情的人，也有老板的亲信或心腹。

“老板对你的授权算是最大了，你的事业部也是所有事业部中最独特的一个。在这样一个管理体制中，你只能学会妥协、容忍、中庸，同时完成业绩指标，这样就够了。”易平川告诫说。

控制矩阵 篇4

1 网络控制的相关内容

网络控制系统的结构可用图1来表示。

在该系统中,执行器、传感器和控制器都连接到一个通信网络中,执行器和传感器可分别与控制器进行通信。

网络控制系统采用数字通信系统,具有传输速率快、精度高、协议开放、便于安装与维护等诸多优点,但同时也将网络的不确定性引入到控制系统中,这对于在安全性、可靠性、实时性要求很高的工业现场往往是不能接受的,需要从各方面分析网络对控制系统的影响。网络控制系统存在如下几个主要问题。

(1)网络时延。网络控制系统通过串行数字链路实现数据通信,各节点之间竞争公共网络资源,不可避免引入网络时延。研究网络时延的产生机理,从而分析网络时延对控制系统性能的影响,是网络控制系统设计与综合的核心问题。

(2)数据包丢失。在实际网络传输过程中,通信网络是不可靠的,不可避免会出现数据包的丢失。

(3)采样周期选择问题。对于一般的计算机控制系统,采样周期越小,系统的反馈越及时,控制性能越好。

(4)网络带宽分配和调度问题。

(5)稳定性问题。由于网络时延和丢包等问题的存在,原有控制系统的稳定并不能保证网络控制系统的稳定,在分析网络控制系统的稳定性时,不能忽视网络的影响,必须将网络也纳入考虑范围。

(6)网络安全问题。网络控制系统的数字化、开放性等特点带来了网络安全的隐患。网络控制系统越普及,应用范围越广,信息安全问题就会越突出,带来的挑战就越大。

2 基于动态矩阵算法的网络控制系统

模型预测控制(MPC)是由美国和法国的几家公司在20世纪70年代前后提出的一类新型的控制算法。

发展初期的模型预测控制有以下几个特点:

被控对象必须为线性稳定的。由于模型预测控制算法是基于线性系统的叠加原理,因此要求对象必须是渐近稳定的线性对象。对于一些非渐进稳定或非线性的对象,在施用模型预测控制前,必须对其进行一定的预处理。

滚动优化和反馈校正。模型预测控制的滚动优化环节在每个采样时刻都能够求解得到有限时段的最优解;而反馈校正则能够及时地校正预测值与实际值之间的误差,使整个系统构成闭环系统。

2.1 预测模型

模型预测控制是一种基于描述系统动态特性模型的控制算法,这一模型就称为预测模型。它的功能是根据被控对象的历史信息和未来输入,预测系统的未来输出。预测模型没有具体形式的要求,可以是被控过程的冲击响应、阶跃响应、微分方程等。

在DMC中,预测模型是通过对被控对象的单位阶跃响应进行采样而得到的有限序列,并要求阶跃响应在有限个采样周期后趋于稳态值。根据线性系统的叠加原理,利用对象单位阶跃响应模型和给定的输入控制增量,可以预测系统未来的输出值。这里的输入控制增量是一个包括了当前时刻和未来多个时刻控制增量的序列,向被控对象施加不同的控制增量序列,能够得到不同的未来系统预测输出值。

2.2 滚动优化

模型预测控制是一种优化控制算法,目的是通过某一个性能指标的最优来确定未来的控制作用,该性能指标涉及到系统未来的行为(如在未来的各采样点上,对象的输出与某一期望轨迹之间的方差最小),随时间的推移而在线优化。

DMC的滚动优化的目的是求解最优的未来控制增量序列ΔuM(k),使得在这M个控制增量的相继作用下,系统在未来P个周期的预测输出尽量与期望输出曲线吻合,同时要求控制增量的幅度尽量小。

2.3 反馈校正

虽然通过滚动优化能够得到有限时域内的最优控制量,但是由于模型不匹配和噪声干扰等因素的存在,系统的实际输出值一般会偏离预测值,于是必须引入反馈来实时地纠正这种偏差。

滚动优化计算得到的控制增量Δu(k)在k时刻被施加于对象后,k+1时刻采集到的实际输出y(k+1)则包含了Δu(k)的作用。比较y(k+1)和k时刻基于模型、Δu(k)更新得到的系统预测输出序列中的第一个预测值往往存在一定的预测误差:

若不及时反馈校正,就会使误差积累,使控制性能恶化。因此设置一个误差校正向量h=[h1…hp]T来校正系统预测输出序列,校正公式为:

3 工作总结

随着电子技术、计算机和网络技术的发展,控制系统经历了模拟控制系统、集中式数字控制系统、集散式控制系统,发展到当前的现场总线控制系统。控制系统发展呈现出向分散化、网络化、智能化发展的方向。作为控制系统在空间上的延伸——基于网络的控制系统顺应了这种发展趋势,在现场总线控制系统的基础上拓延了其内涵和外延,提出了更开放、更可靠、更高效等要求。

总而言之,网络控制系统来源于工程实际,就决定了其理论研究必须服务于工程实践的宗旨。

摘要：网络控制系统(NCS,Netwroked Control System)是指通过实时网络而构成闭环的反馈控制系统。本文利用动态矩阵控制算法对网络控制系统出现的网络时延等问题进行研究。

关键词：网络时延,动态矩阵控制

参考文献

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[7]浙大中控.EPA的分布式网络控制系统.在某化工厂三套纯碱碳化生产装置上的应用.http://www.epa.org.cn.2005

控制矩阵 篇5

基于四次矩阵样条的矩阵微分方程近似解

矩阵微分方程经常出现在物理模型和工程技术模型中.文章给出了用四次矩阵样条构造形如Y′=A(x)Y+B(x),Y(0)=Y0,x∈[a,b],A(x)、B(x)∈C4[a,b]的.一阶矩阵线性微分方程初值问题近似解的方法,研究了该方法的逼近误差并编制了实现该方法的一个算法,最后给出一些数值实例;比较结果表明,用四次矩阵样条所构造的近似解的逼近效果要比用三次矩阵样条所构造的近似解的逼近效果好.

作 者：郭清伟 王芳 GUO Qing-wei WANG Fang  作者单位：合肥工业大学,理学院,安徽,合肥,230009 刊 名：合肥工业大学学报（自然科学版）  ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY(NATURAL SCIENCE) 年，卷(期)： 30(11) 分类号：O221.73 关键词：一阶矩阵线性微分方程   三次矩阵样条   四次矩阵样条   逼近 

矩阵型组织人才策略 篇6

如果你想跳槽到一个企业，你必然希望了解它的组织结构，从上下左右，看看你自己的位置、职责、工作关系，预测自己在这样一个企业里，有什么发展空间。

在一个组织中的发展过程，一个组织对人才的培养过程，也是一个人的成长过程。

一个组织的变革过程，也是对人的需要的变革过程。

组织战略，影响人才战略。

杜裴然，曾就职于咨询巨头麦肯锡的职业经理人，她的工作经历曾涉及采购、销售、供应链、管理等多领域。正是这样多元化的咨询背景，让西门子聘任其为可持续发展官，直接参与集团内部跨业务单元，多部门的管理，确保获得可持续发展的优势。

事实上，她是西门子160多年历史中第一位进入西门子管理委员会的女性。

至此，选择什么样的组织，决定了你的职业发展路径。

组织变革——从“大佬”+“兄弟”到“各路群英荟萃”

组织结构的变革能否实施有效，一个关键的影响因素，就是人。每种架构都需要不同的人。一个组织结构图可以按照公司的战略豪情挥洒，一张纸就画出来了。但每每想到要开始实施了，老总总开始蹙眉。人呢？然后不得不分步实施，人力资源部便先得令，急急地去四处撒网，急招！××职位。

图1是没有变革前的公司组织结构图。这是一个相对扁平化的组织，管理层次少，管理幅度大。这种组织架构灵活，富有柔性，是公司创业初期形成的模式，总裁、副总裁，几个股东，带着一帮兄弟，就是图里的华东、华北、华南……一些区域的销售经理去市场里打拼。总体来讲，基本属于直线管理的方式，几个总裁也没有明确分工，直接领导各经理，直接决策。

但是现在公司开始具备一定的规模、客户、品牌，以及长期发展的方向了，创业初期形成的组织模式已经不适应了。因此，要做一个组织变革，以适应未来的发展需要。于是，产生了这张变革后的组织结构设计图，如图2所示。

这是一个新的矩阵式的集团组织结构图。各大区负责人，东北、华北、华东区等，不再只是简单地各自面向总裁进行直接汇报—决策，而是有各区域的定位和责任分工，也有集团总部的各机构的定位和责任分工，项目部的新品研发、推广，市场营销与客户服务，各专业职能中心，人力资源、财务等。

这个组织方案实施，面临的两个关键问题。

在新的这个矩阵集团组织里，和之前的直线管理的模式的一个核心差别，就是跨部门的协作职责多了。对原来的核心人员，如各销售负责人，独立活动、独立决策的方式，要变成和多个线条的部门合作，发挥他们的专业作用，支持区域销售、区域平台的建设。

而之前的各区域销售经理，都是各方诸侯，组织变革的最大阻碍就是这些封疆大吏的管理思维，要有团队协作意识和流程管理意识。关于这一点，在后面的梅奥案例里，会进一步说明。这里还涉及一个问题，一个跨国际、跨区域的矩阵型集团，是怎么建立这张组织的人才策略和行为考核评价的？

公司在目前的总裁直接管理、决策的直线模式下，管理决策快，对市场应变性好，但慢慢地没有积累形成清晰的工作流程，所以业务流程不清晰、不规范，影响公司的运行效率。图3是对公司员工的一项调研，可以看出他们日常的工作状态。

还有一个问题，就是人才。扩大上升到新的矩阵型集团，对人员的要求。主要集中在三类人。

第一类是，市场人员兼创业元老。人员结构单一、思维经验同质。

目前公司的核心人员比较单一，都是各区域的销售经理，公司的主要活动也是以做市场为主。销售经理们，都是和公司一起起家做业务的，年龄、工作阅历、素质、学历等等，都很接近。对新组织的要求，大家的视野、认识都跟不上，都没有其他企业的经验，思维同质。在讨论新的组织工作流程时，总是不自觉地陷于原有业务模式的影响。

另一类是职能人员。

公司的一些专业职能一直缺乏，人才匮乏，基本是没有专业和富有经验的人员，如HR、财务……这极大影响这个组织架构中的相关部门能否发挥作用。

第三类是岗位规划上的核心高层人员、创始人的重新定位、职责分工。

一方面，这个高层班子，需要把原来的没有明确的责任分工，按照职位明确职责与授权。总裁主要是开拓市场，需要增加战略规划的时间和责任；两个副总裁，需要增加内部运营的能力。

这是一个很大的人事变革。也是影响这个组织效率的一个重要阻碍点。

另一方面，适当引入职业经理人，有经验、有专业能力的人。

另外，公司目前的决策机制不健全，随意性较大。图4是对实际情况的一个调研，可窥见一斑。

围绕公司的组织变革前后，人力资源不同层次、不同职能类型的人员，都要围绕原来的组织模式和人员基础进行，还要结合新的组织模式和人员要求，考虑HR人员规划。

这个组织模式配套的HR规划的重点就是：建设核心人才的结构化发展，打破单一素质结构、经验结构、思维视野结构等，引入不同行业、更大规模、更多专业的人才。

而这种人力资源的规划，短期看可能会影响一些老员工的利益，因此，老板在引入新人，打破这个人员结构盘子时，往往可能会表现得过于保守和怯懦，怕影响业务运转。

长期来看，新的人员结构会使周围的人“被提升”。

在做岗位价值评估时，有一个衡量要素“管理难度”——下属的素质。现在下属和周边人的素质在不断提升，意味着你在“被提升”。所以，管理高素质的下属，这是面临的挑战，人才辈出，这是面临的不断发展变化的人才环境。

这就是，鲶鱼效应。

这就是，你不能是保位，而是必须“水涨船高”。如果你不能跟着提升的话，就难免被踢出局。

矩阵型组织与合作型人才

如上面这个矩阵组织的案例，成功的矩阵组织也在寻找着合格的人才。尤其是一些可以在矩阵组织中生存下来的人员。这些人通常没有权力却可以对他人施加影响，通常具有很强的合作意识，愿意成为团队的一分子，并有能力建立起高度信任和和谐的人际关系。为矩阵组织选择合适的员工，也意味着放弃另外一类人，包括那些喜欢单干的人，有强烈的创业意识的人，有很强控制欲的人，喜欢做自己事情的人和非常独立的人，这些人是很难融入其中的。

因此，招聘和选拔往往围绕着那些有强烈的合作意识和合作能力的人进行。如咨询公司更需要这类人才，翰威特咨询公司的文化之一“友好”，意味着那些业务人员需要具备团队协作和互相配合的精神。

矩阵组织需要选拔、发展和奖励那些有协作精神的员工。见图5。

案例：梅奥诊所的跨部门协作人才的选拔

Mayo Clinic（梅奥医学中心）简介：

Mayo Clinic（梅奥医学中心），历经百年依然存在的全球最有影响力和最具价值的服务品牌之一，全球第一家非营利性的综合型医疗服务组织，也是规模最大的非营利医院之一。梅奥代表着美国医学的最高水平，无论一家医疗诊所多么优秀，也很难改变或者推翻梅奥的诊断结论。因此，有些人对梅奥诊所怀有一种敬畏之情。在医疗专业人员心目中，梅奥就是医学的圣殿，是医学诊断的最高法院。

梅奥诊所作为一所历经百年、服务精良的医疗组织，堪称世界医学和护理领域的圣地。梅奥对于高水准服务质量的追求，对于细节近乎苛刻的要求，对于招聘员工价值观的重视程度，都表明梅奥是一所具有丰厚组织文化和价值观底蕴的医疗组织，“患者至上”的核心价值观成为梅奥经久不衰的源泉。

梅奥诊所是吸引和选拔人才的优秀范例，梅奥的一个竞争优势是，它为客户提供整合的跨科室服务。它们为病人专门组成专家团队和医疗服务。要理解梅奥诊所，就要了解它建立和保持协作文化的过程。

首先，梅奥依赖于应聘者的自我选择。

他们会在医学院去推广他们的理念。如果你是一个喜欢独立、贪恋对个人的赞美、缺乏人际交往技巧并且希望挣很多钱的人，那你就不要去梅奥应聘。如果你不指望有超额的奖金，希望通过跨科室的整合服务来完成最好的医疗实践，梅奥就是一个很好的选择。当一个应聘者经历应聘程序时，梅奥会安排一个跨科室的面试团队对他进行面试。以团队的方式来进行面试，让应聘者形象地看到公司的运作体系，这样应聘者可以再次自我选择。招聘过程把公司文化形象地摆在了应聘者面前，应聘者可以问自己：这是我希望的工作模式吗？我会适应这样环境吗？

梅奥同时也在选拔过程中投入大量的资源。它们详细的研究了什么样的人可能在这种强调合作的文化中生存。它希望吸引那些致力于对病人护理的人才，不喜欢那些为了追求利益而疯狂工作的人。梅奥关注应聘者的个性和性格，因为这些是不太容易改变的，却是对于维护梅奥的团队文化至关重要的特质。因此，梅奥花费大量的精力来选拔那些可以在组织内部生存下来的应聘者。就像前面提到的一样，应聘者会接受群体面试，梅奥的方法是让多人参与招聘，以求更深入的了解应聘者。此外，梅奥还采用行为面试的技巧，来识别应聘者的价值观。应聘者被要求描述他曾经工作过的项目和他比较自豪的成就，如果应聘者的描述中使用了大量的“我”而不是“我们”，他就不会被录取。

梅奥还有一套非常严格的聘用标准，并一直沿用。它们经过了好几轮集体面试，被问了各种各样的问题，新聘员工的性格和诊所文化相吻合，这一原则得以贯彻，这个招聘过程本身也在向应聘者传达着这样的信息。如果招聘合适的人要投入如此多的时间、精力，那么公司确实对人力资源给予了高度的重视。经过严格筛选最终成功被录用的人，会非常有自豪感，也会对组织更有认同感。

对于那些希望在跨国公司工作、喜欢与多文化的团队共事、追求轮岗的安排以及希望在一个有成长性的公司工作的人来说，矩阵组织就提供了很有吸引力的机会。

控制矩阵 篇7

关键词：制冷系统,多变量,动态矩阵控制,遗传算法

0 引言

制冷系统应用范围广泛, 在日常生活中具有很重要的作用。由于目前能源问题日益严重, 如何提高制冷系统控制质量, 实现节能降耗是制冷行业研究的重点问题之一。目前制冷系统节能运行一般是利用电子膨胀阀调节过热度以提高蒸发器的换热效率, 或改变压缩机频率调节蒸发温度, 以实现节能降耗运行, 但是这种控制方法往往使制冷系统无法运行在额定状态, 会造成工作效率降低[1]。预测控制是直接从工业过程控制中产生的一类基于模型的新型控制算法, 最初由Richalet和Cutler等人提出。由于它最大限度地结合了工业实际的要求, 综合控制质量高, 因而很快引起了工业控制界以及理论界的广泛兴趣和重视。目前预测控制在理论和实践方面都取得了显著的进展[2,3]。

为了获得更好的控制效果, 首先将过热度和蒸发温度同时作为被控对象, 基于最小二乘辨识方法根据数据辨识获得以蒸发温度和过热度为输出, 以压缩机频率和电子膨胀阀开度为输入的传递函数模型;随后考虑系统输入输出的约束条件, 对被控对象设计DMC控制器。考虑到影响DMC控制效果的主要参数, 如控制时域, 预测时域, 误差权重矩阵等, 为了避免采用试凑法选取DMC参数存在的主观性和随机性, 减少不必要的时间消耗, 给出一种基于不依赖于对象数学模型的遗传算法选择控制器参数。遗传算法是通过模拟自然界生物进化过程, 将所求问题的解用编码串来加以表示, 并形成一组可行解的集合并利用相应的仿生算子作用于每个个体, 存优去劣, 反复迭代, 最终获得问题的最优解[4,5]。遗传算法不依赖于对象模型, 非常适用于DMC参数这种缺乏解析关系的寻优问题。最后将基于遗传算法的DMC自寻优控制器施加到制冷系统的控制问题当中, 仿真结果表明了算法的有效性。

1 系统描述

制冷系统是一个热量不断从被冷却对象取出并转移热量的能量转移过程, 蒸汽压缩式制冷系统主要由压缩机、冷凝器、蒸发器和节流阀等组成, 各部件之间用铜管依次连接, 形成一个密闭的系统, 制冷循环原理如图1所示。在整个制冷循环过程中, 液态制冷剂在沸腾蒸发时从制冷空间介质中吸收热量从而实现制冷的目的。液态制冷剂在蒸发器中吸收热量变成低压低温的制冷剂蒸气, 由蒸发器排出的低温低压制冷剂蒸汽被压缩机吸入, 再经过压缩机使其变成高温高压的液体后排入冷凝器;在冷凝器中制冷剂的压力不变, 放出热量Qk而被冷凝为高压高温的液体;高压高温的液体制冷剂经电子膨胀阀节流后, 变成低压低温的气液混合物进入蒸发器;制冷剂在蒸发器内压力不变, 吸收热量Qo而使外界温度降低。如此, 制冷剂在系统内不断经过压缩、冷凝、节流和蒸发四个热力过程, 把从低温物体吸收的热量不断地传递到高温热源中去, 从而达到制冷的目的。

由于制冷系统是一个高度非线性、强耦合的系统, 其机理模型分析十分复杂。为了分析制冷系统的控制问题, 首先根据最小二乘算法, 以电子膨胀阀的开度和压缩机的频率为控制输入, 蒸发器过热度和蒸发温度作为系统输出, 辨识获得制冷系统的传递函数模型[6]。

考虑结构如图1所示的制冷系统, 假设电子膨胀阀完全打开时的开度记作100%, 压缩机频率为50Hz时记作100%。当频率和开度分别阶跃变化10%时, 分别纪录过热度响应数据, 并采用Matlab系统辨识工具箱进行辨识。经过递推最小二乘法辨识后得到以频率和开度为输入, 蒸发温度和过热度为输出的传递函数模型:

其中, Pe为蒸发温度, Tsh为过热度, fcomp为压缩机频率, ΔOD为电子膨胀阀开度。当压缩机频率保持50Hz不变时, 冷凝温度为33°, 在50s时将电子膨胀阀由40%开度减小10%, 蒸发温度和过热度响应曲线如图2所示。

当膨胀阀开度保持40%不变时, 冷凝温度为33°, 在50s时将压缩机频率由50Hz减小到45Hz, 此时蒸发温度和过热度响应曲线如图3所示。

由图2和图3可见, 仿真模型对于阶跃输入的响应曲线与实验数据曲线的误差在理想范围内, 辨识模型能够准确反映实际系统的动态特性。

2 多变量DMC控制

考虑式 (1) 描述的2输入2输出制冷系统传递函数模型, 根据单变量DMC算法设计多变量DMC预测控制器。在k时刻, 记每个输出对每个输入的阶跃响应为aij, 其中i=1, 2;j=1, 2, 则对应于每个uj (k) 的增量Δuj (k) , 输出yi (k) 在未来Hp个时刻的预测值为:

在多变量DMC的滚动优化中, 要求未来Hp个时刻每个输出yi (k) 都能跟踪相应的参考值ri (k) , 同时满足实际过程的约束条件, 这一优化问题可以写为如下标准二次规划形式:

其中, r (k) =[r1 (k) ;…;rHp (k) ];ri (k) =[ri (k+1) ;…;ri (k+H p) ], i=1, 2;Q=diag (Q1, Q 2) , Qi=diag (qi (1) , …, qi (H p) ) ;Λ=diag (Λ1, Λ2) , Λi=diag (λi (1) , …, λi (Hp) ) 。在每个时刻求解带约束的二次规划问题式 (3) , 得到一组最优[Δu* (k) ;…;Δu* (k+H c) ], 将当前时刻的u* (k) =u (k-1) +Δu* (k) 施加到系统, 在下一时刻将优化问题式 (3) 滚动进行下去直到达到满意的控制效果。

3 基于遗传算法的DMC参数优化

DMC是一种启发式控制策略, 参数的选取将直接影响其控制效果:减小控制时域Hp可以提高响应速度, 而增大Hp可以提高稳定性;增大控制时域Hc可以提高控制的灵敏度, 但是影响稳定性和鲁棒性, 反之亦然;而控制增量的权重矩阵Λ可以抑制控制输入的剧烈变化, 选择不当则会引起系统震荡[7]。可见这三个参数在控制过程中既相互配合又相互制约, 要使得DMC控制器获得最佳的控制效果, 在设计时必须要找到三个主要参数的最优组合。一般情况下, 通常根据经验采用试凑方法选择三个参数, 这种方法不但选择的主观性强, 没有通用性, 而且会大量浪费寻优时间, 为了克服这些缺点并缩短寻优时间, 本节考虑采用不依赖于对象数学模型的遗传算法来确定DMC控制器的主要参数。遗传算法不依赖于对象模型, 尤其适用于缺乏解析关系的参数寻优问题。

3.1 染色体编码

将DMC控制器参数构成的向量作为遗传寻优的染色体, [Hp, Hc, λ1, λ2]为染色体的遗传信息, 采用二进制编码方式, 每个参数对应的取值范围分别为:Hp∈[20, 200];Hc∈[1, 10];λi∈[0, 1], i=1, 2, 根据参数各自的范围和属性可以确定二进制位串长度, 随后进行交叉、变异等遗传行为。

3.2 适应度函数

适应度函数用来评判DMC控制器的控制效果, 从而指导种群的搜索方向的调整。因此可以选择输出绝对误差积累作为适应度函数, 描述如下:

通过选取满足适应度函数的最优子代, 即选择使输出误差为最小, 系统性能最好的子代作为下次迭代的初始值, 直到达到最大迭代次数结束, 输出最优子代作为DMC控制器性能最优的三个参数。

3.3 DMC参数寻优算法

step1:初始化种群, 选择恰当的染色体种群数量N, 最大迭代次数Nmax, 交叉概率pc和变异概率pm。

step2:求解二次规划问题式 (3) 获得最优控制律增量Δu* (k) 。

step3:对于每个个体求解适应度函数式 (4) 。

step4:采用轮盘赌法随机配对染色体, 通过交叉、变异产生子代。

step5:返回step2, 将子代代入DMC算法计算控制律, 直到满足最大繁殖次数。

step6:将最优控制律u* (k) =u (k-1) +Δu* (k) 施加到系统式 (1) , 令k=k+1, 返回step1。

采用DMC参数寻优算法, 不但可以保证参数的全局最优, 同时减少了重复寻优时间, 达到满意的控制效果。

4 仿真实验

在给出DMC主要参数的寻优算法及多变量DMC控制器设计方法后, 本节将针对第一部分辨识得到的制冷系统的2I2O模型进行仿真验证。当过热度设定值发生变化, 由7°上升为8°时, 保持蒸发温度设定值不变化, 与采用PID控制器的控制结果仿真如图4所示。其中PID控制器参数根据经验通过试凑获得, 分别为kp=1.7, ki=0.05。

由仿真结果可以看出, 当过热度设定值变化时, 采用DMC控制器的过热度超调量小于采用PID控制器的系统, 并且响应速度有明显加快, 因此系统性能得到了明显提高。

5 结束语

针对以蒸发温度和过热度为系统输出, 以压缩机频率和电子膨胀阀开度为输入的2输入2输出模型描述的制冷系统, 考虑其需满足的输入输出约束条件, 对被控对象设计DMC控制器。同时, 考虑到影响DMC控制效果的主要参数, 为了避免采用试凑法选取DMC参数存在的主观性和随机性, 给出一种基于遗传算法的寻优方法来确定控制器参数。最后的仿真实验通过比较基于遗传算法的DMC自寻优控制器和传统的PID控制器的控制效果, 表明了算法的有效性。

参考文献

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[4]李渊.智能PID控制器优化仿真研究[J].计算机仿真, 2012, 29 (12) :180-183.

[5]诸静.智能预测控制及其应用[M].杭州:浙江大学出版社, 2002.

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矩阵变换器电机系统控制策略研究 篇8

矩阵变换器输出频率不受输入频率限制,没有直流环节,体积小,结构紧凑,输入/输出电流品质优良,输入功率因数可调,可实现能量双向流动,符合理想电气传动的标准,有望成为未来电气传动主流技术[1]。阻碍矩阵变换器进入工业应用的最大障碍是电压传输比较低。在线性调制下,矩阵变换器的电压传输比最大为0.866[2]。

为此,学者们提出多种解决方案:1)通过非线性调制可以提高矩阵变换器电压传输比至1.053,但是这是以牺牲输入/输出波形质量为代价[3]。2)将矩阵变换器应用于对电压传输比没有严格要求的场合,如:变速恒频风力发电交流励磁领域[4]。3)设计矩阵变换器专用变频电机,形成矩阵变换器电机系统[5]。

其中矩阵式变换器电机系统既充分发挥了矩阵式变换器体积小,结构紧凑,易于集成,可实现能量双向流动的优势,又解决了电压传输比的限制,实现了现代电气传动的理念,符合机电一体化的发展趋势,是矩阵变换器进入工业应用最有可能的途径。

矩阵变换器电机系统是矩阵变换器和电机两者的结合,因此控制策略也是矩阵变换器与电机控制方式的结合。本文针对矩阵变换器进入工业应用存在的问题,提出了矩阵变换器电机系统概念,并结合矩阵变换器控制方式和电机调速方式,研究了矩阵变换器电机系统控制策略。

2 矩阵变换器电机系统

矩阵变换器电机系统是由矩阵变换器、矩阵变换器电机、输入滤波器、钳位电路等组成,如图1所示。

其中矩阵变换器电机的额定磁通根据矩阵变换器最大电压传输比0.866专门设计,以满足矩阵变换器电压传输比的要求,同时要考虑与矩阵变换器的集成问题。

为了滤除输入电流中因开关频率引起的高次谐波,矩阵变换器电机系统需设置输入滤波器。矩阵变换器从电源侧来看是一个电流源,因此采用LC二阶滤波电路,LC输入滤波器的设计准则如下:输入滤波的截止频率应低于开关频率;在输出最小功率给定下,应使滤波器引起的功率因数角偏移最小;在电抗电压一定时,通过选择不同的功率密度电容,使输入滤波器的体积或重量最小;在额定电流时,应使因滤波器电感而引起的电压降最小,减小对电压传输比的不利影响。

为了防止故障状态电网侧或负载侧所产生的过电压对开关器件造成损坏,矩阵变换器电机系统需设置钳位电路,钳位电路的电容选择应满足下式:

式中:imax为最大允许电流;LoS+LoR为电机的总漏电感;Cclamp为钳位电容数值;Umax为最大允许电压;Uline为输入线电压。

3 矩阵变换器控制策略和电机控制策略

三相/三相矩阵变换器由9个双向开关组成。矩阵变换器的控制策略有两条基本原则:两个输入相不能同时连接到一个输出相上,以防止短路;任何一个输出相必须保证有一个输入相联结,以防止感性负载开路。在以上原则约束下,矩阵变换器共有27种开关状态。

矩阵变换器控制策略有开关函数法、双电压矢量法、空间矢量调制法、滞环电流跟踪法等。开关函数法是通过逆变器实际输入和输入要求之间的关系,计算出9个开关的占空比[6]。双电压合成法是在每一开关周期内,用2个输入线电压的线性组合来合成2个三相对称规律的输出线电压[7]。空间矢量调制法基于虚拟直流环节思想,将矩阵变换器等效为取消直流环节的双PWM变换器,对等效交-直-交结构整流环节和逆变环节同时采用空间矢量调制,再回馈至矩阵变换器[8]。滞环电流跟踪法对输出电流采用滞环比较,从而跟踪参考电流[9]。

电机控制策略有VVVF控制、矢量控制、直接转矩控制。通过转速调节器,VVVF控制可以实现对转速的闭环;矢量控制实现转速和定子电流转矩分量双闭环,其中转速环为外环,定子电流转矩分量为内环;直接转矩控制实现转速和转矩的双闭环;其中转速环为外环,转矩为内环。

4 矩阵变换器电机系统控制策略

矩阵变换器电机系统控制策略实质上是矩阵变换器控制和电机控制的结合。

4.1 矩阵变换器空间矢量与电机VVVF控制

目前研究较为普遍的是矩阵变换器空间矢量与电机VVVF控制。VVVF控制得出参考输出电压的幅值与频率,矩阵变换器的空间矢量调制实现输入功率因数校正和生成输出电压。但这只能对转速闭环,无法满足高性能电机系统的调速要求。由于空间矢量调制中,占空比的计算完全是基于理想输入和期望输出进行,与实际的输入、输出无关,对谐波无抑制能力,输入鲁棒性差,可以引入电压空间矢量偏差作为负反馈进行闭环控制[10]。

4.2 滞环电流比较法

滞环电流比较法可以与矢量控制相结合,即对电机采用矢量控制,得出定子三相参考电流,采用滞环电流比较法对矩阵变换器进行控制,其中具体实现可以由是否采用虚拟直流环节思想分为间接法和直接法。

直接法具体实现如下:当滞环电流比较器要求增大某一相电流时,导通此时输入电压最大相;当滞环电流比较器要求减小某一相电流时,导通此时输入电压最小相[11]。

间接法将矩阵变换器等效为取消直流环节的交-直-交结构,其中滞环电流比较法控制逆变环节,整流环节的输出电压Upn为逆变环节的直流母线电压。等效交-直-交结构的直流母线电压为三相输入线电压,在零与输入线电压最大值范围内波动。因此,等效交-直-交结构的直流母线电压存在高、中、低3种范围的选择,其中高电压范围为[0.866Umax,Umax],中电压范围为[0.5Umax,0.866Umax],低电压范围为[0,0.5Umax],Umax为输入线电压最大值。

由此可知,直接法实质上是直流母线选择高电压的间接法。

滞环电流比较法成立的前提是直流母线电压大于电机定子的反电势。当矩阵变换器等效交-直-交结构的直流母线电压较小时,有可能出现直流母线电压小于电机定子反电势的情况。此时,滞环电流比较法对电流的实际控制效果与期望值相反,从而加剧了电流和转矩脉动,降低了系统的性能。因此,一般选择直流母线电压为高电压。

使用Matlab/Simulink对采用滞环电流比较法矩阵变换器电机系统矢量控制进行仿真研究。其中直流母线电压采用高电压,电机采用三相4极鼠笼式异步电机,Rs=0.087Ω,Rr=0.228 n,Ls=Lr=8mH,Lm=34.7mH,电流滞环宽度为2A。转矩给定为初始值0N·m,1.5s阶跃至200N·m;转速给定为120 rad/s。转速调节器采用PID控制器。矩阵变换器电机系统矢量控制仿真波形如图2所示。

上述对整流环节的控制仅仅是给逆变环节提供了直流母线电压,实际上可以通过对整流环节采用空间矢量调制实现输入功率因数校正,但存在当整流环节输出中电压或者零电压时,逆变环节的滞环电流比较法失效,从而影响矢量控制的效果。对整流环节采用空间矢量调制进行仿真研究,仿真波形如图3所示。

空间矢量调制也可以与矢量控制结合,将矢量控制得出定子参考电流转化为定子参考电压,采用空间矢量调制,整流环节得到单位输入功率因数,逆变环节生成要求的参考电压[12]。

4.3 直接转矩控制

直接转矩控制与矩阵变换器控制的结合可以使用矩阵变换器输出电压空间矢量进行解释。

三相/三相矩阵变换器共有27种开关状态,对应27个电压矢量,可以将其分为3类:1)零电压矢量;2)幅值变化,相角固定的电压矢量;3)幅值固定,相角变化的电压矢量。直接转矩控制采用滞环比较器对转矩和定子磁链幅值进行定性控制。电压矢量的相角决定其对定子磁链和转矩增减作用的性质,幅值决定其对定子磁链和转矩增减作用的大小,电压矢量幅值的波动并不影响直接转矩控制的可行性。对于第3类电压矢量,系统需要电压矢量相角的实时信息来判定其对转矩和磁链的增减作用。为了减小系统负担,矩阵变换器电机系统直接转矩控制一般只选择第1类和第2类电压矢量。因此,任何时刻有3个幅值的不同电压矢量具有相同的相角,存在高、中、低的选择。下文分析高、中、低电压矢量对系统性能的影响。

4.3.1 动态性能与转矩脉动

由于相同采样时刻下,电压矢量幅值越高,引起的转矩脉动越大,动态性能与电压矢量幅值成正比。

直接转矩控制系统的转矩脉动可以分为以下两类:一是由于离散化引起的转矩脉动,在采样周期恒定下,这个转矩脉动与输入线电压幅值成正比;二是由于直接转矩控制失效引起的转矩脉动。直接转矩控制选择向前的电压矢量,通过增加定、转子磁链之间的夹角来增加转矩。这就要求定子磁链旋转速度大于转子磁链速度。定子磁链旋转速度由输入线电压决定,所以当输入线电压较小时,就会出现系统选择电压矢量增大转矩,但实际转矩反而下降的情况。这个转矩脉动的大小以及出现的频率与输入线电压幅值成反比。研究表明高电压矢量不会出现直接转矩控制失效情况,中和低电压矢量均会出现直接转矩控制失效情况。因此,一般可以选择高电压矢量。

对采用高电压矢量的矩阵变换器电机系统直接转矩控制进行仿真研究。仿真结果如图4所示。

4.3.2 直接转矩控制改进控制策略

通过选择高和中电压矢量来减小直接转矩控制系统的转矩脉动,具体为当系统处于动态时,选择输入线电压为高;当系统处于稳态时,选择输入线电压为中;当出现直接转矩控制失效的情况,选择输入线电压为高,根据转矩脉动的大小来判断系统状态。对采用这种策略的矩阵变换器电机系统直接转矩控制进行仿真研究,仿真结果如图5所示。

由图5可知,这种改进策略可以有效减小转矩脉动。

整流环节空间矢量调制与矢量控制间接法类似,将矩阵变换器等效为交-直-交结构,对逆变环节采用直接转矩控制,对整流环节采用空间矢量调制。

5 结论

本文针对矩阵变换器进入工业应用存在的问题,提出了矩阵变换器电机系统概念,并结合矩阵变换器控制方式和电机调速方式,研究了矩阵变换器电机系统控制策略,分析了电压矢量大小对滞环电流比较和直接转矩控制的影响,并提出了减小转矩脉动和考虑输入功率因数控制的改进控制策略。

摘要：矩阵变换器具有体积小、输入电流正弦、能量可双向流动以及没有使用寿命有限的大电容等特点，是实现电机与变频器一体化的理想选择。针对矩阵变换器进入工业应用存在的问题，提出了矩阵变换器电机系统概念，并结合矩阵变换器控制方式和电机调速方式，分析了电压矢量和直接转矩控制的影响，提出了改进的控制策略。

关键词：矩阵变换器,VVVF控制,矢量控制,直接转矩控制

参考文献

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除尘器“矩阵控制法”工艺分析 篇9

目前, 大多数国内钢铁企业的除尘器采用传统的控制方式。这种控制方式下, 每个单元的2个提升阀同时动作, 需要1个中间继电器, 每个单元12个脉冲阀分别动作, 每个脉冲需要1个中间继电器, 即每个单元至少需要13个中间继电器。整套除尘器本体电磁阀控制部分, 共需208个中间继电器。在PLC中, 以32位的数字量输出模块计算, 则至少需要7个模块。传统的控制方式在小型除尘器上可以正常运行, 但是在大型除尘器上, 硬件模块数量成倍增加, 程序的控制点要求增多, 往往不能适用。为此, 需要研究采用一种“矩阵控制法”的控制方式来实现除尘器的控制。

1除尘器的工艺原理

除尘器本体有16个单元, 每个单元有2个提升阀和12个脉冲阀。除尘器工作时, 2个提升阀同时动作, 12个脉冲阀依次动作。除尘器清灰控制方式分为时间、手动、压差3种。

1.1时间清灰

除尘器启动后, 第1个单元2个气缸同时关闭;5 s后, 第1个脉冲阀动作 (脉宽0.2 s) ;10 s后, 第2个脉冲阀动作, 依次到第12个脉冲阀动作后;再停5 s。然后第1个单元气缸打开;5 s后, 第2单元气缸工作, 依次到第16个单元工作, 一个周期结束。周期间隔为60 s, 可以调整。然后第2个清灰周期开始工作, 依次工作直至除尘器运行结束。

1.2压差清灰

除尘器运行后, 当除尘器运行阻力 (除尘器进出口压差) 达到1 500 Pa时, 脉冲清灰开始工作 (控制过程如上所述) , 一个周期结束后停止, 当除尘器运行阻力再次达到1 500 Pa时, 脉冲清灰再开始工作, 依次工作直至除尘器运行结束。

1.3手动清灰

除尘器16个单元气缸、脉冲阀可分别启动。

2 “矩阵控制法”控制方法

2.1 “矩阵控制法”控制原理

“矩阵控制法”是用提升阀继电器的同步接点, 对脉冲阀进行分组选通。提升阀继电器组可表示为X轴方向。每个除尘器室为一个独立的单元进行顺序为16个布袋的脉冲反吹, 16个脉冲阀可称为Y轴方向, 每个室由一个KMX进行控制, X为提升阀总数, 当X=12时为12个室。由于KM必须为16个脉冲阀进行顺序分配, 而继电器的数量通常只有8个开点, 所以使用2个以上继电器并联工作, 可以定义为16个脉冲阀, 注意这16个脉冲阀分别由16个脉冲继电器进行控制可叫Y组, 仅仅是由KMX进行分组, 而且是重复的, 最多脉冲阀为16×16。只有在各个提升阀X方向与脉冲信号Y方向同时存在, 相应的脉冲阀才动作, 类似X·Y矩阵中的与关系。

2.2 “矩阵控制法”控制过程

“矩阵控制法”的PLC数字量输出原理图见图1, 电气原理图见图2、图3。

由图1可以看出, 当第1单元提升阀关闭时, PLC地址Q24.0有高电平输出, 中间继电器33MR得电; 间隔5 s后, PLC地址Q26.0有高电平输出, 中间继电器1KR得电, 维持0.2 s;间隔10 s后, PLC地址Q26.1有高电平输出, 中间继电器2KR得电, 维持0.2 s;依此类推, 直至12KR动作完毕;5 s后, 33MR失电, 第1单元电磁阀动作完毕。

由图2可以看出, 当33MR得电时, 接触器KM1得电吸合。当1KR和KM1同时吸合时 (见图3) , 第1单元1#脉冲阀得电。同理, 当2KR和KM1同时吸合时, 第1单元2#脉冲阀得电, 依此类推, 当12KR和KM1同时吸合时, 第1单元12#脉冲阀得电。而当1KR和KM2同时吸合时, 第2单元1#脉冲阀得电。同理, 当1KR和KM3同时吸合时, 第3单元1#脉冲阀得电。依此类推, 当1KR和KM16同时吸合时, 第16单元1#脉冲阀得电。

3控制效果

“矩阵控制法”的控制效果和传统方法相同, 最终都是由继电器和接触器输入控制信号, 性能稳定、可靠。江苏大集团有限公司已经在10多个除尘器工程中采用了此种先进的控制方式, 不仅节约了成本, 且受到了客户的好评。

4结束语

基于卡尔曼滤波的动态矩阵控制 篇10

模型预测控制(Model Predictive Control)是一类基于模型的控制算法总称,它的提出源于工业实践。在各种模型预测控制算法中,动态矩阵控制(DMC)是最为经典的算法,DMC是一种基于阶跃响应系数模型的MPC算法,采用增量式可有效地消除系统的稳态误差,适用于渐进稳定的线性对象。但是DMC在处理不可测干扰时具有明显的局限性,如果系统中存在不可测干扰,闭环系统很难实现无静差控制[1,2],因此,对不可测干扰的抑制,成为DMC取得理想控制效果的关键。

文献[3]运用自校正DMC对气温控制系统仿真,但仅仅考虑了阶跃干扰对系统的影响,并没有讨论干扰不可测的情况;文献[4]运用卡尔曼滤波去除系统中的噪声,对倒立摆系统进行了控制,但只考虑了白噪声对倒立摆的影响;文献[5]应用DMC对气体分离装置进行控制,在干扰可测的情况下,能够实现对可测扰动的理想抑制,但是当扰动不可测时,无法实现气体分离装置的理想控制。

基于此,本文采用状态空间模型对不可测干扰建模,通过卡尔曼滤波估计出该不可测干扰的值,按前馈的方法极大地克服了不可测干扰对DMC控制系统的影响。

1 DMC控制器

DMC的推导方法并不是唯一的,其基本思想是模型预测、在线反馈校正、滚动优化。文献[6]和文献[7]分别给出了不同的DMC推导方法,本文选取文献[7]中的DMC作为电机控制器。

DMC在单位阶跃输入作用下,时不变单入单出(SISO)系统的输出响应为{0,s1,s2,…,sN,SN+1,}。

这里假设系统输出恰好在变化N步后达到稳态,向量s=(s1,s2,…,sN)T称为模型向量,N则称为建模时域。

考虑开环稳定系统,从时刻k开始,在M个控制增量△u(K),△u(k+1)|k),…,△u(k+M-1)|k)的作用下,使被控对象在未来p个时刻的输出预测值为:

为使问题有意义,通常规定M≤P≤N。式中为动态矩阵，是由阶跃响应系数s1组成的P×M阵。为模型输出预测值,Y0(k+1)|k-1)为假设当前和未来时刻控制作用不变时的输出预测值,△U(k)为控制增量向量,分别表示:

由于受模型误差和干扰等影响,系统的输出预测值需在预测模型输出的基础上用实际输出误差进行在线反馈校正,以实现闭环预测。反馈校正后的预测输出为:

假设优化的准则是最小化如下性能指标:

其中e(k+i|k)=ys(k+i)-y(k+i|k)为跟踪误差;为未来输出参考值(设定值);W和R分别为由权系数wi和rj构成的对角阵,称为误差权系数矩阵和控制权系数矩阵。

使J(k)取极小的,可以通过极值必要条件求得(当ATWA+R为可逆矩阵时):

其中。

式(7)给出了△u(k),△u(k+1)|k),…,Du(k+M-1|k)的最优值。但DMC只取其中的即时控制增量△u(k)构成实际控制u(k)=u(k-1)+△u(k)作用于对象,到下一时刻,又求解类似的优化问题,得到△u(k+1)。这就是所谓的“滚动优化”的策略。

2 无刷直流电机模型

无刷直流电机系统的动力学微分方程为:

式中各参数如下[8]:电枢电阻Ra=3.72Ω,电枢电感La=7.83mH,粘滞摩擦系数B=2.59×10-4N m/rad/s,转动惯量,电磁系数Kb=0.31V/ras/d,Va为电枢电压,ia为电枢电流,w为电机角速度,θ为电机转角,Tl为负载转矩,为了方便研究干扰对电机的影响,令Tl=0。选取状态变量X=[i w θ]T,u=Va,输出Y=w由式(8)得到系统的状态空间模型为:

其中:

3 不可测扰动抑制方法设计

3.1 不可测扰动的建模与估计

对线性模型(9)进行离散化,考虑到系统中的不可测干扰d,把d可以作为系统的一个状态变量增广到式(9)中,输入u(k)=Va,状态变量X(k)=[i(k)w(k)θ(k)]T,输出Z(k)=w(k),则带有不可测输出干扰的电机离散模型为:

其中,sp是增广输出干扰状态的个数;Gp决定这些状态对输出的影响。通常取Gp=I,使用公式dk=Z(k)-HX(k)来估计输出扰动。其结果是:对于输出干扰状态,这是一个最小拍观测器;对于系统状态,这是一个开环观测器[1]。取Ts=0.008s,可得:

3.2 基于卡尔曼滤波的状态估计

系统控制方案如图1所示。

根据建立的不可测扰动模型,使用卡尔曼滤波对增广系统状态模型进行估计,考虑到系统中存在的过程噪声和测量噪声,令:

得到带有噪声的电机离散模型为:

其中w(k)为过程噪声,v(k)为测量噪声,它们是均值为零且互不相关的白噪声序列。这样,增广状态的估计可使用如下方法得到:

状态滤波增益k被分解为过程模型状态滤波增益k1和输出扰动滤波增益k2,每个周期的增益由下式得到:

其中,。Q和R分别为过程噪声协方差阵和观测噪声协方差阵。

基于增广的状态空间模型,通过卡尔曼滤波器在每个采样周期估计干扰d的大小之后,充分利用这部分信息进行前馈补偿,降低甚至消除干扰d对系统输出的影响。

4 系统仿真

根据系统控制方案,在MATLAB/simulink中搭建系统仿真模型。仿真过程中,假设过程噪声和测量噪声为具有时变统计特性的平稳高斯白噪声序列,取过程噪声v均值为零,方差Q=0.05,测量噪声均值为零,方差R=2。本文假设电机转速须按照以下规律变化:

DMC控制器参数设置为:建模时域N=10,控制时域M=4,优化时域P=5,误差权阵W=Ip×q,控制权阵R=0.5IM×M,采样周期为0.01秒。当不可测干扰d是幅值为10,频率为1rad/s的方波信号时,仿真结果如图2所示。

图2中的真实值为未加任何噪声下DMC控制电机转速的结果,可见,极好的实现了电机转速的预期目标。当加入噪声,未加Kalman滤波器时,系统受到过程噪声、测量噪声以及方波噪声的影响极大,完全偏离了预期控制目标。由于存在输出方波干扰噪声,加入Kalman滤波器后,虽然能够消除过程噪声、测量噪声的影响,小幅度的消除方波噪声的干扰,但是和控制目标存在着较大的恒值差,可见,由于存在方波干扰,系统无法实现无静差控制。当通过Kalman滤波器估计出方波信号的值,再进行前馈补偿后,很大程度上克服了方波干扰,实现了无静差控制。

估计方波噪声值和真实方波噪声值的比较如图3所示。由图3可以看出,通过Kalman滤波器估计的干扰信号较好的跟踪了实际方波干扰,估计值和实际值存在的误差较小。

5 结论

本文以直流电机的转速为研究对象,以干扰模型为基础,设计了一种基于卡尔曼滤波器的前馈补偿控制方法。该方法有效的克服了不可测干扰对直流电机转速的影响,改善了速度跟踪的精度,实现了无静差控制。仿真结果表明,该方法显著提高了DMC的控制性能。

摘要：动态矩阵控制(DMC)在处理不可测干扰时具有明显的局限性,如果系统中存在不可测干扰,闭环系统就达不到所期望的控制目标。本文将不可测干扰包含在过程模型中,通过卡尔曼滤波估计出不可测干扰,利用前馈方法极大地克服了不可测干扰对闭环系统的影响。将此控制方法应用于直流电机的仿真试验,仿真结果表明,该方法能够有效地抑制不可测干扰,在DMC控制下,电机转速能够快速达到期望值。

关键词：动态矩阵控制,不可测干扰,卡尔曼滤波,直流电机

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[8]R.Krishnan.Electric Motor Drives:Modeling,Analysis,andControl[M].Englewood Cliffs,NJ:Prentice-Hall,2001.

在线电子音乐矩阵等 篇11

好玩的在线电子音乐矩阵：Tone Matrix

简介：这个小玩具是基于Flash开发的，作者Andre Michelle的思路来源于他试用雅马哈电子音乐矩阵Tenofi ON，但887欧元的售价太过昂贵，因此他便自己开发了这个在线电子音乐矩阵。你只要用鼠标在矩阵上点击每一个小方块，就可以编出一曲动人的旋律，非常好玩!

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在线涂鸦网站：swarmsketch

简介：我们以前见过的涂鸦网站都是自己涂鸦然后发布：而这个网站却不走寻常路：每幅涂鸦作品都由不同的网友共同完成，每个人只能画一笔，这个网站每周都会根据搜索引擎确定一个最热门的主题，然后开始作画，你画完一笔后可以对上一笔的颜色深浅进行调整，通过Browse查看之前每期的作品，甚至每个作品你都可以查看是哪个国家的网友画的，并且提供一个作品绘画过程，很酷哦!

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[醋软]

高难度作品的涂鸦画板：bomomo

简介：bomomo是一个非常神奇的涂鸦画板，共有20支画笔提供给用户，这些画笔有的能画出光谱类涂鸦，有的能画出杰克逊波洛克风格的抽象画……你只要选好画笔工具，便可以用鼠标在画板上尽情涂鸦。无需选择颜色，因为是随机的喔。

当你涂鸦完后，可选择右下角的保存图标，保存为普通的JPEG图片格式。如果你要保存高质量的PNG透明格式，可选择右下角最右边的“Save High Quality”，保存文件下载完毕之后，需要手动重命名为png格式。

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《万王之王3》(网络游戏)

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《新奇迹世界》(网络游戏)

一种视频矩阵控制器的软件实现 篇12

MCS-51系列单片机在控制领域具有广泛的应用。但其系列的单片机只有两个定时器, 对集通讯、显示、键盘控制于一体的系统还不能很好地满足应用要求。为避免这些不足, 在视频矩阵控制器的研制中提出采用MCS-52系列单片机, 它具有3个定时器 (如W77E058A单片机) 。能够较容易地实现视频矩阵控制器集通讯、显示、键盘控制于一体的功能。视频矩阵控制器是一种火控系统所使用的视频控制部件。它能够与视频设备间实现12个通道输入、2通道输出, 且能缺省对1、2通道输入输出进行控制并具有收发显示功能。要实现所需的功能就需要根据功能要求, 结合W77E058A单片机特性开发相应的视频矩阵控制器嵌入式软件。

1视频矩阵控制器的功能需求

1.1视频矩阵控制器功能需求分析

视频矩阵控制器由16个控制键和4个LED管组成。它通过W77E058A单片机控制同视频设备之间实现12个通道输入、2个通道输出且能缺省控制1和2输入通道收发以及动态信息显示。

1.2视频矩阵控制器开发环境需求

视频矩阵控制器的开发环境如下:

(1) 硬件:一套单片机仿真器;一套PC机作为开发机;一个基于W77E058A单片机的视频矩阵控制器系统。

(2) 软件:WindowsXP操作系统;单片机仿真器软件开发环境;MCS-52系列单片机汇编语言。

2视频矩阵控制器原理及其软件组成

主程序、定时中断LED显示程序、定时中断键盘控制程序等模块组成。视频矩阵控制器软件经过编译连接生成*.bin和*.hex。

2.1视频矩阵控制器原理

视频矩阵控制器的系统结构组成如图1所示。它通过操作视频矩阵控制器键盘与视频设备通讯, 实现视频控制功能。视频矩阵控制器采用W77E058A单片机实现控制功能。其中单片机管脚P0.0～P0.3接4x4键盘的行线, P0.4～P0.7接4x4键盘的列线;P1.0～P1.3接4个LED的选通位;P2.0～P2.6接LED的七段码;P3.0、P3.1分别连接串口通讯的接收和发送端;P3.6为串口通讯的收发使能位, 若P3.6为0, 能够接收, 若P3.6为1, 能够发送。

视频矩阵控制器通过同时采用W77E058A单片机的3个定时器工作方式实现其功能的:即定时器0作LED动态显示, 定时器1作串口通讯使用, 定时器2作键盘扫描使用。视频矩阵控制器软件由串口通讯其软件二进制编码烧录嵌入W77E058A单片机中, 然后焊上烧好的

W77E058A单片机芯片, 连接好串口通讯线, 接通电源后视频矩阵控制器就可以收发数据, 通过键盘操作就可以实现输入输出控制和显示功能。

2.2视频矩阵控制器与视频设备通讯模块

图2是串口通讯的主程序框图。串口通讯的数据收发格式 (数为16进制) 为:25 00 xx xx xx xx 0d或 25 01 xx xx xx xx 0d。 W77E058A单片机使用的各类定时器分别为:

串口通讯采用定时器1方式。主程序首先设定定时器0、1、2的初值, 它们分别为:定时器0用于LED循环显示, 采用每5ms产生一个中断, 设TH0=244, TL0=0;定时器1作为串口通讯使用, 根据选定单片机主频7.38M和波特率9600, 设TH1=0xfe, TL1=0xfe;定时器2作为键盘扫描控制使用, 每15ms产生一个中断, 设TH2=0xdc, TL2=0。定时器2的重装值RCAP2H=0xdc, RCAP2L=0, 定时器2的中断溢出后TF2由软件清0。

视频矩阵控制器的单片机的各类RAM地址定义是:20h、23h为键盘输入值的临时地址;21h是统计16个按键没有按下的次数 (16) 存放的地址;22h为LED循环显示控制的选通值存放的地址;24h、25h的内容的0、1、2位作为标志符控制位;26h为12个输入值 (1～12) 的存放地址;28h存放常数0x25;29h存放输出通道号00或01;2Ah、2Bh、2Ch、2Dh存放发送的输入通道号;2Eh存放常数0x0d;

30h、31h中存放78h、77h中的通道值或26h等地址中的值;33h、34h、35h、36h为4个LED的显示数据存放地址;38h是存放接收的69个字节数据的起始地址;77h、78h为接收的通道号的存放地址;

视频矩阵功能判断标志用以下自寻位地址定义为:

24h.0----OK_FLAG:确定标志;24h.1----TD_FLAG0:00输出通道提示标志;

24h.2----TD_FLAG1:01输出通道提示标志;

25h.0----DFT_FLAG:缺省标志;

25h.1----FLASH_LED:1～12按键提示标志;

25h.2----FS_KEPT:缺省数据保持标志;

主程序首先在接收状态接收69个字节数据并存放在从38h起始的地址处, 然后通过键盘输入控制发送操作值, 完成一轮收发并在LED上动态显示。

2.3LED定时中断显示程序模块

图3是LED定时中断显示程序框图。LED显示输入输出通道的数字。控制器顶端4个LED显示两个输入输出通道值, 左边和右边各一对LED分为2组。每一组显示某一通道的高低位。例如12表示12输入通道, 两个LED分别表示高低位为1和2组成12表示12输入通道等等。

LED显示程序采用定时器0每5ms产生一次中断。根据4个LED的选通状态把选通单片机P1口的P1.0～P1.3循环左移, 每中断一次对应一次选通状态, 也即一次显示状态。利用人眼5毫秒无法识别, 可以看成4个LED显示为连续的。

把地址30h和31h中的值送入地址33h、34h、35h、36h中。LED显示是通过点亮LED的七段码来形成一个数字的, 因此必须建立数字1～12对应的段码值, 我们通过建表方式建立它们的对应关系, 使地址33h、34h、35h、36h (led0、led1、led2、led3) 中的值对应建表确定的段码值并送入W77E058A的P2口, 从而点亮七段码显示相应的值。

2.4键盘中断控制程序模块

图4是键盘中断控制程序框图。键盘中断程序实现12个输入选择通道和2个输出选择通道以及缺省选择通道和确认功能。4x4键盘由以P0.0～P0.3为行线和以P0.4～P0.7为列线组成的交叉点定义。定义每一按键在控制器板面固定位对应的数字:即上端第一排的四个按键从左到右定义为D→E→0→F其中按键“D”和“E”分别为00和01输出选择通道。“0”键为缺省功能。“F”键为输入输出确认键。第二排6个按键从左到右定义为1→2→3→4→5→6, 第三排6个按键从左到右定义为7→8→9→10→11→12, 它们被定义为1～12输入通道键。

键盘扫描中断采用定时器2方式, 每15ms中断一次。由于定时器2的溢出中断后其硬件不能自己清零, 因此中断开始后必须通过软件清零。从而确保下一次还能够产生中断, 这个特点与定时器0中断和定时器1中断不一样!

定时器2中断开始后, 键盘逐行扫描程序对16个按键分4行扫描。无论是否达到15ms, 检测16个按键都没有按下或每4行扫描完后都需要退出中断。

除数字键外, 还设置了各类控制标志符, 用来确定收发和显示的功能操作。

操作键盘后输入的数字和状态存放在临时地址26h和29h内, 当开始串口通讯时从临时地址中取出进行发送。

2.5键盘码建表和LED显示段码要求

因电路中规定低电平选通LED七段码, 根据按键功能排列位置, 设定键盘码定位表为:

DB 12H, 78H, 79H, 21H ; 5, 7, 1, D

DB 02H, 00H, 24H, 06H ; 6, 8, 2, E

DB 03H, 10H, 30H, 40H ; B, 9, 3, 0

DB 46H, 08H, 19H, 0EH ;C, A, 4, F

LED显示数字对应的七段码则是按0、1、2、…、9、A、B、C、D、E、F顺序排列的, 设定为:

DB 40h, 79h, 24h, 30h, 19h, 12h, 02h, 78h

DB 00h, 10h, 08h, 03h, 46h, 21h, 06h, 0Eh

3结束语

本文通过详细研究采用W77E058A单片机作为微控制器的视频矩阵控制器原理, 并分析实现其功能的各个软件模块的结构和实现方法, 说明3个定时器的同时使用确实使嵌入式软件简洁明了, 微控制器运行高效。因篇幅所限, 未列出程序源代码。该视频矩阵控制器已批量用于某型火控系统中, 使用情况良好, 达到了设计的预期效果。

参考文献

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[4]PETER ABEL.IBM PC Assembler language and programming[M].Prentice-Hall, Inc., 1987.