自适应网页设计

自适应网页设计（精选12篇）

自适应网页设计 篇1

一、引言

在工业控制和智能测量系统中, 一般信号的变化幅度大, 若采用单一的放大增益, 小信号经放大器放大后, 幅值仍然很小, 经A/D变换后, 会影响数据的精密度, 而大信号放大后又有可能超出A/D转换的量程, 因此设计开发增益自动可调的程控增益放大器, 使允许输入的模拟量在很大的范围内动态可调, 方便与微机接口, 已成为现代测控设备的必然要求。

二、自适应信号采集系统的组成

自适应信号采集系统由差动放大电路、共模抑制电路、双端单端转换电路和程控增益放大电路组成, 是一种连续程控调节电路。

差动放大电路由运算放大器Ⅲ、Ⅳ (OP27) 组成, 在差动放大电路和双单转换电路之间增加了共模抑制电路, 以运算放大器Ⅴ (OP27) 为核心构成。

单双转换电路由运算放大器Ⅰ、Ⅱ (OP27) 组成, 它将单端输入信号转换成双端输出信号, 提供较高的共模抑制能力。

衰减器电路由U6 (8位DAC转换器DAC0832) 和运算放大器U 7 (OP27) 组成。

三、自适应信号采集的方法

可自动控制增益放大器可以用D/A转换器和运算放大器实现, 调试容易, 外接元件少, 可以方便地和计算机接口。放大器增益的线性好、精度高, 既可放大又可衰减, 动态范围达100dB以上。

信号通过传感器, 输入到固定增益放大器。因为输入为单端信号, 所以在固定增益放大器的前端, 要接上一个单端变双端转换电路, 此电路由两个同型号运算放大器组成, 一个做同相放大器, 即信号跟随器, 另一个做反相放大器。信号经前级放大后, 增益是不可变的, 手动调节输入或运算放大器的电阻, 既不方便又不精确。所以, 加一个衰减器和控制器, 通过控制器给衰减的反馈信号, 控制衰减器的衰减倍数, 来实现增益的自动控制。衰减器由D/A转换器和一个运算放大器组成, 运算放大器在衰减器中的作用使D/A转换器的输出电流信号变换成电压信号, 方便传输给电压转换器。控制器由A/D转换器、FPGA控制器和电压比较器组成。

四、基于FPGA的控制器简介

FPGA (现场可编程门阵列) 是新型的可编程逻辑器件, 内部含有大量的门阵列, 相应时间端, 可以精确的控制时钟的输出。FPGA的处理数度很块, 完全适合采集速度比较高的场合。更重要的是FPGA采用系统可编程技术, 即使整个数据采集系统已经投入生产, 也可以根据实际情况改变系统的配置和功能, 下载到FPGA芯片中即可完成功能的修改。在本设计中使用的是Altera公司的EP1K30FPGA芯片。

五、FPGA的配置

FPGA正常工作时, 它的配置数据存储在SRAM中, 由于SRAM的易失性, 每次加电时, 配置数据都必须重新下载。FPGA器件由两类配置下在方式:主动配置方式和被动配置方式。主动配置方式由FPGA器件引导配置操作过程, 它控制着外部存储器和初始化过程;而被动配置方式则由外部计算机或控制器控制配置过程。

专用配置器件通常是串行的PROM器件。大容量的PROM器件也提供并行接口, 按可编程次数分为两类:一类是OTP (一次可编程) 器件;另一类是多次可编程的。ALTEAR提供了一系列FPGA专用配置器件, 即EPC型号的存储器。

配置器件的控制信号 (如, Ncs、OE、和DCLK等) 直接与FPGA器件的控制信号相连。所有的器件不需要任何外部智能控制器就可以由配置器进行配置。配置器件的OE和Ncs引脚控制着DATA输出引脚的三态缓存, 并控制地址计数器的使能。当OE位低点平时, 配置器件复位地址计数器, DATA引脚位高电阻。当Ncs置低点平后, 地址计数器和DATA输出均使能。OE再次置低电平时, 不管Ncs处于何种状态, 地址计数器都将复位, DATA引脚置为高电平。

实际应用中, 常常希望能随时更新器件中的内容, 但又不希望再把配置器件从电路板上取下来编程。ALTERA的可重复编程配置器件, 如EPC2就提供了在系统编程的能力。图2为EPC2的编程和配置电路, EPC2本身的编程由JTAG接口来完成, FPGA的配置可既可由ByteBlasterMV配置, 也可用EPC2来配置, 这时, ByteBlasterMV端口的任务是对EPC2进行ISP方式下载。

六、仿真实验

采用Multisim仿真软件, 该软件是一个完整的设计工具系统, 提供了一个非常大的零件数据库, 并提供原理图输入接口、全部的数模Spice仿真功能、VHDL/Verilog设计接口与仿真功能、FPGA/CPLD综合、RF设计能力和后处理功能, 还可以进行从原理图到PCB布线工具包 (的无缝隙数据传输。它提供的单一易用的图形输入接口可以满足设计需求。

在Multisim2001的主窗口中, 建立新文件, 需要对电路窗口的有关选项进行设置, 这样有利于电路图的搭接和打印。电路窗口的设置包括图纸的大小、是否显示栅格、页边缘和标题栏、电路图选项设置和元器件符号设置。

把元器件进行合理的布局以后, 就可以开始连线了。Multisim2001提供两种连线方式:手工连线和自动连线。在本仿真过程中, 选择用手动连线。本仿真过程中, 使用了函数信号发生器、示波器。

经仿真软件的仿真, 结果符合设想的要求, 但是在实际应用过程中, 因为外界干扰条件的存在, 所以还得考虑采用上面介绍的抗干扰方法。

七、结论

本文提出的这种设计方案理论上分析和仿真结果表明:该系统能够通过FPGA控制衰减器来完成对输入信号的放大, 提高系统的精度, 实现可自动调节放大倍数。促进系统性能的改善和提高, 具有较高的应用价值。

摘要：本设计应用现场可编程门阵列 (FPGA) 控制实现对放大器增益进行预置和自适应控制, 全面提高了采集数据的精度和检测信号的动态范围, 提高了系统的可靠性。

关键词：自适应,运算放大器,FPGA,仿真

参考文献

[1]谢自美:电子线路设计[M].武汉, 华中科技大学出版社, 2000.6

[2]童师白:《模拟电子技术基础》.北京, 高等教育出版社, 1988.5

自适应网页设计 篇2

自适应翼型的气动外形优化设计

二维翼型自适应的研究是设计自适应机翼的基础.提出了在不同Ma数、迎角下,用Powell法优化二维翼型前、后缘襟翼的偏转角,以获得比常规翼型在亚声速时升阻比大而在超声速时阻力系数小的自适应翼型的研究方案.并与原始翼型以及气动双目标(亚声速时,大升阻比;超声速时,小阻力系数)的`优化翼型进行了比较,证明了自适应翼型比气动双目标的优化翼型气动效率更高.初步探讨了二维翼型前、后缘襟翼的偏转位置对气动效率的影响.

作 者：刘航 朱自强 吁日新  作者单位：付鸿雁,北京航空航天大学,流体力学研究所,北京,100083 刊 名：航空学报  ISTIC EI PKU英文刊名：ACTA AERONAUTICA ET ASTRONAUTICA SINICA 年，卷(期)：2002 23(4) 分类号：V211.41 V224 关键词：自适应翼型   双目标优化翼型   数值优化  

自适应网页设计 篇3

关键词：农用车辆；减振座椅；磁流变阻尼器；悬架；磁路仿真；自适应

中图分类号： U463.33 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2015）07-0437-03

受市场需求、作业条件、空间结构和制造成本等因素的限制，国内多数农用车辆以及农用机械设备座椅均采用结构简陋的悬架或者刚性悬架[1-3]。刚性悬架座椅最为普遍，座椅的底部直接与驾驶室地板相连，二者之间没有加任何减振装置，此类座椅的结构简单，基本没有减振效果，且制造成本很低。在非公路条件下作业时，车辆的振动基本上是全部直接地传递给驾驶员，使驾驶员长时间承受低频、高强度的乘坐振动，严重地损害驾驶员的身心健康，极大地降低农业生产的作业效率[4]。随着现代化农业的需求和新型悬架生产成本的降低，改善农用车辆座椅悬架的隔振性能势在必行，很多新技术将应用于农用车辆，如将磁流变阻尼器应用到农用车辆上，使座椅具有减振效果和良好的舒适性，这种座椅可以降低农用车辆振动对驾驶员的直接振动作用，提高驾驶舒适性和操作稳定性。

1 自适应减振座椅悬架

1.1 自适应减振座椅悬架模型

农用车辆自适应减振座椅悬架主要由控制器MCU、磁流变阻尼器c、加速度信号识别电路、称重传感器电路、具有阻尼特性的支撑弹簧k等组成，自适应减振座椅悬架模型如图1所示。座椅上的质量为m1，座椅的基座质量为m2。

自适应减振座椅悬架工作原理为：称重传感器检测座椅以上的质量信息，加速度传感器检测座椅的加速度，所采集的信号传递给控制器MCU，控制器对有效信号和干扰信号进行处理，计算出系统响应的阻尼值。控制器MCU发出的控制信号，通过功率放大器后调整励磁线圈中电流的大小变化，使阻尼间隙处的磁流变液中磁感应强度发生改变，迫使磁流变阻尼器产生需要的阻尼力，从而实现对自适应减振座椅悬架的主动控制。

1.2 磁流变阻尼器的工作原理

农用车辆减振座椅悬架的磁流变阻尼器结构设计遵循简单可靠、成本低、易维修的原则。磁流变阻尼器的工作原理如图2所示，主要零部件有工作缸、磁流变液、线圈、活塞、活塞杆[5]。

活塞将工作缸分成上腔体、下腔体，腔体内填充磁流变液，线圈缠绕在活塞凹槽中，线圈通过活塞杆的中心孔引出，在线圈中通过不同大小的电流，将会产生相应强度的磁场，磁流变液因为磁场的存在阻尼特性发生改变，活塞杆运动时所受的阻尼力随之改变，因此，通过调节电流值实现对磁流变阻尼器阻尼力的控制。

设计的自适应减振座椅悬架用磁流变阻尼器工作在剪切、流动2种模式下，故阻尼力F为这2种模式下阻尼力之和[6]，公式如下：

F=6ηlA2pπRh3ν+6ηlApKhIN2hα。（1）

式（1）中：第1项数值与磁流变液的动力黏度有关，Ap=π（4R2-D2）/4，为有效面积环形面积，即活塞的面积减去活塞杆的面积，单位m2；R为活塞半径，单位m；η为不外加磁场时的零场黏度系数；l为阻尼孔的有效长度，单位m；h为阻尼孔的有效高度，单位m；ν为活塞速度[7]，单位m/s；第2项数值与磁流变液的屈服强度有关，阻尼力大小具有可调节性；K、α是与磁流变液相关的常数；I为线圈通过的控制电流大小，单位A；N为线圈的匝数。由阻尼力F的计算公式可知阻尼力与控制电流之间存在单调递增的关系，电流大小影响阻尼力中的第2项，调节电流值可以对阻尼力有效控制[8]。

2 双级线圈磁流变阻尼器磁场仿真

由麦克斯韦电磁场理论可知，利用增大励磁電流和匝数的方法，可以增加磁路中总磁通量。但是针对磁流变阻尼器给定的励磁电流和磁阻，若直接采用增加线圈匝数的方法，会导致活塞窗口径向尺寸增大，从而使活塞整体结构变大。而采用在活塞上缠绕多个励磁线圈，可以增大磁通量，不但活塞有效长度会增大，而且磁路会变得更加均匀。通过分析ANSYS软件磁路仿真的结果，可以找出通过上、下线圈电流方向的最优状态，即为两级线圈同向电流与反向电流的比较。通过磁场理论计算，当施加电流大小为1.2 A时，磁流变液达到磁场强度饱和，双级线圈的上线圈匝数100，下线圈匝数100，电流大小为1.2 A。

2.1 磁流变阻尼器磁场仿真

在ANSYS电磁场仿真模块中建立磁流变阻尼器的二维轴对称磁路仿真模型，单元类型为PLANE53，网格为四边形网格。在给定的励磁线圈单元上施加电流大小为1.2 A电流密度载荷，同时有限元模型的在外围节点上施加磁力线平行边界条件，然后进行仿真求解后处理计算。由于磁力线的分布，阻尼孔附近的磁场强度对磁流变液的工作特性影响较大，故仿真结果主要关注磁力线分布特性、阻尼孔附近磁感应强度分布和磁场强度大小。

2.2 双级线圈反向等值电流仿真

电流反向时磁场强度、磁力线分布如图3所示。

由图3可知，阻尼间隙处的磁场强度最大，双级线圈施加反向电流时，可以很好地体现磁流变液的剪切应力，两级励磁线圈方法可以对磁场的优化措施十分有效；而且在阻尼孔间隙处，磁力线不但垂直于活塞运动方向，而且磁力线在间隙处十分密集，磁感应强度在阻尼间隙处最大，这种状态有利于发挥磁流变液的阻尼特性。

在两级励磁线圈中通入反向等值电流时，在活塞与缸壁阻尼孔间隙处磁力线分布密度较大，两线圈间隙处磁力线互相叠加，很好地发挥了采用两级线圈增大磁通量的作用。

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2.3 双级线圈同向等值电流仿真

电流同向时磁场强度、磁力线分布如图4所示。

从图4可以看出，两级励磁线圈施加同向等值电流时，磁感应强度在上下间隙处最大，中部间隙处很小，基本没有磁感应强度，不如两级励磁线圈施加反向电流效果好。从磁力线分布图可以看出，磁力线在上下间隙处仍很密，中部间隙处没有磁力线，双级线圈同向电流不如反向电流磁场分布均匀，不利于磁流变液剪切阻尼特性的发挥。在两级励磁线圈中通入同向等值电流，两级线圈间隙处是相互抵消的，磁力线不通过两级线圈的间隙处，两级线圈间隙处没有磁力线分布，未能充分发挥两级线圈的作用。

3 磁流变阻尼器试验验证

为了验证基于磁流变阻尼器设计的农用车辆座椅的工作性能，通过拉压力试验为磁路结构、减振器的外部结构进行结构优化提供有力的数据依据。

3.1 试验测试方案

试验环境温度为10 ℃，压力机的工作行程为120 mm，活塞杆的测试速度为0.003 m/s。试验方向为垂直方向，从磁流变阻尼器的上端开始试验。将磁流变阻尼器下端固定在压力机上，设置上端口为运行端口，线圈的引出线与滑动变阻器及直流电源相连接，直流电源经功率放大器与控制器MCU相连接，通过线圈的控制电流值在0～1.2 A之间，依据试验步骤，同时改变加载电流的大小，运行1次记录1次数据。

3.2 不同电流时拉伸阻尼力与位移的关系

在进行磁流变阻尼器拉力试验时，在给定工作电流时，阻尼器产生相应的阻尼力；如果电流过大，不但电子控制装置容易烧毁，而且磁场很容易饱和，电流与阻尼力不再成线性比例关系。本次试验电流大小控制在0～1.2 A范围内，施加电压为12 V，输出功率为12 W。分别在控制电流I为0、0.2、0.4、0.6、0.7、1.2 A条件下，对在0～100 mm的范围内每隔 10 mm的位移S进行磁流变阻尼器产生的拉伸阻尼力测量，结果见表1。

由表1结果可知，在磁流变阻尼器不施加控制电流时，本身具有一定的阻尼力（平均值为130.8 N），这与液压阻尼器的基本原理符合；当控制电流分别为0.2、0.4、0.6、0.7、1.2 A时，拉伸阻尼力的最大值分别为312、641、608、661、708 N。

3.3 试验值分析与比较

对磁流变阻尼器进行拉伸试验时，阻尼力理论计算公式为：

F=3ηl[π（4R2-D2）]24π2Rh3ν+3lπ（4R2-D2）4hτysgn（ν）。（2）

式中：τy=KHα0，K、α是与磁流变液相关的试验常数，H0为施加的外部磁场强度；其余参数同式（1）。根据阻尼力F计算式，在给定阻尼器的外部结构后，可以看出，速度、剪切屈服应力、磁场强度等参数对阻尼力的大小影响很大。将磁流变阻尼器的结构参数、试验参数代入阻尼力计算式中，可以得出不同电流条件下阻尼力值，如表2所示。

把理论计算的结果和试验测到的阻尼力与电流数据关系，利用MATLAB软件进行数据处理，在同一图中绘制出阻尼力与电流的关系曲线。从图5中阻尼力的试验值与理论值可以看出，控制电流大于0.4A以后，阻尼力增加不明显。通过理论计算控制电流为1.2A时，磁流变液理论上才能达到饱和，因此，可以得出控制电流为0.4A时，磁流变液远远没有达到饱和磁场强度。这样应在结构上进行必要的改进，使磁路更好地发挥作用；控制电流为0.4A时，试验测量值与理论计算值基本符合，但当电流达到0.5A时，阻尼力的试验值却没有0.4A时阻尼力大，试验与理论值相差较大，这是因为磁流变液的退磁缓慢，此时磁流变液已达到磁场饱和。此外，压力机的速度比较小也同样会造成阻尼力的试验值与理论计算值相差比较大。

4 结论

利用ANSYS对磁流变阻尼器的磁路数值仿真，初步验证两级线圈反向电流控制方案的可行性，仿真结果显示两级线圈反向电流具有更好的磁场特性。以自适应减振座椅用磁流变阻尼器原理样机为基础，在压力機上测试并验证其工作性能，测出不同电流条件下，阻尼力与位移的关系，试验验证了磁流变阻尼器的阻尼特性。通过控制器MCU实现对阻尼力进行控制，磁流变阻尼器的工作性能与励磁线圈通过的电流大小和方向、磁流变液自身特性、阻尼器的机械结构直接相关，验证了设计的磁流变阻尼器的自适应减振座椅能够大大提升农用车辆座椅的减振效果。

参考文献：

[1]王 慧，杨 臻，张 康. 磁流变液技术在载重汽车上的应用研究[J]. 机械工程师，2010，7（7）：12-13.

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[4]蒋学争，胡红生，王 炅. 基于电磁感应能量捕获技术的磁流变阻尼器研究[J]. 振动与冲击，2012，31（13）：11-15.

[5]王焱玉，孙晓燕，秦展田. 磁流变阻尼器的设计和性能分析[J]. 制造技术与机床，2007（2）：48-51.

[6]李云超，王良曦，张玉春. 电磁主动悬架的建模及仿真研究[J]. 装甲兵工程学院学报，2004，18（1）：66-69，78.

[7]薛晓敏，孙 清，伍晓红，等. 磁流变阻尼器滞回模型参数的敏感性分析及其简化模型[J]. 西安交通大学学报，2013，47（7）：102-107.

[8]胡国良，茹 毅，王 红. 差动自感式磁流变阻尼器力学性能分析[J]. 机床与液压，2013，41（9）：6-9，13.

自适应网页设计 篇4

随着互联网技术的发展,移动网络通信技术的发展也日新月异。相比桌面式电脑,移动设备因携带轻便、可随时随地上网等优势使得原来很多用户使用智能手机、i Pad、平板电脑等移动设备上网。但由于移动设备种类繁多、屏幕分辨率不多样化、操作系统不同等原因,导致同一个网站无法在不同设备上完美地呈现出来。为此,美国网页设计工程师Ethan Marcotte于2010年提出了自适应网页设计(Responsive Web Design,RWD)[1]的设计方式。该方法能够依据屏幕尺寸,为移动设备“定制”网站内容,其设计理念是:集中创建页面的图片排版大小,可以智能地根据用户行为以及使用的设备环境(系统平台、屏幕尺寸、屏幕定向等)进行相对应的布局调整。

1 自适应网页设计

自适应网页设计包括以下四个关键技术。

1.1 媒体查询

媒体查询(Media Query)是指通过不同的元素类型和条件定义样式表规则,使CSS3可以更精确地作用于不同的元素类型和同一元素的不同条件,能够将页面内容不经修改而直接显示在特定尺寸的设备屏幕上[2]。

1.2 流动布局

流动布局(Fluid Layout)采用百分比来确定元素的宽度做到页面元素的普遍自适应,可以使页面普遍适应各种分辨率不同的设备[3]。

1.3 HTML5和CSS3

HTML5的简易性、视频/音频支持、代码清晰、存储灵活、人机交互性更好等特性使其在网页设计中的优势更加明显,更适合移动APP开发[4]。CSS3在减少开发维护成本、提高页面性能、缩小网页文件、提升网页加载速度等方面的优势使其被大量运用到网页设计中[5]。HTML5和CSS3结合使用能够支持大多数浏览器,甚至是低版本浏览器,使CSS3的使用更加灵活、丰富[6],能更好地支持自适应网页的设计开发。

本文就这些问题做了一些探讨,同时针对自适应网页中的视频元素,提出了不同视频文件的多个自适应方法。本文通过使用Google Chrome携带的扩展程序Window Resizer模拟不同尺寸的屏幕分辨率来测试页面布局效果和网页功能,使用网站性能测试软件Web Pagetest对页面首次被访问时的加载时间进行测试,并选取i Phone 6(IOS 9操作系统)模拟移动客户端浏览器,对实例中自适应网页和对应的非自适应网页加载时间进行测试并对比分析。

2 技术实现

在网页设计中,除了文字、图片等页面元素以外,还有视频,而视频的自适应相比图片要复杂很多。有些视频文件是本地的,而有些视频文件则是先上传到网站(如优酷、腾讯、新浪等视频网站)后,再用链接的方式加入到Web网页中的远程视频文件,这两种视频的自适应方法亦不相同。

2.1 本地视频自适应方法

2.1.1 媒体查询技术

通过将媒体查询规则加在相应的视频文件上,当设备与这个媒体查询规则相匹配时,可以加载这个视频:

当设备最大宽度为640 px时,abc⁃small.mp4被加载,如图1所示;否则abc.mp4文件被加载,如图2所示。该代码适用于Chrome,Safari,IE 9和Opera浏览器。

2.1.2 流动布局技术

除了使用媒体查询,还可以使用CSS为视频文件指定流媒体尺寸,代码如下:

有些用户可能因网速较慢,想节省带宽而不希望下载过大的视频文件,所以代码中使用preload="none",即不提前加载视频文件。

为了保证视频能够适应屏幕设备大小,将HTML5的video元素及max⁃width属性加入到CSS中,即可完成自适应网页中视频的缩放。代码如下:

如果视频文件很大,使用media属性是一个非常好的办法;而当视频文件不大时,则使用CSS比较好。

2.2 远程视频自适应方法

上述方法对于由<i Frame>,<embed>,<object>或<video>标记的远程视频(如优酷视频、腾讯视频、新浪视频等)并不奏效,通常这类视频代码如下:

对于这个问题,有很多种办法可以解决,此处采用以下两种办法分别实现。

2.2.1 借助Fit Vids插件

使用一个名为Fit Vids的插件实现[7]。首先需要引入一个j Query库,将其置于<head>标签中,代码如下:

而Fit Vids可从http://fitvidsjs.com/下载。将下载到的fitvids.js引入到当前页面的<head>标签中,代码如下:

最后用j Query来指向包含特定视频的元素。此处将该视频用div标记,其ID为#content,代码如下:

2.2.2 流动布局技术

为保证远程视频适应容器宽度,必须先用<div>标签将<iframe>包装起来,并赋予合适的样式。同时指定60%填充底部。然后用100%宽度、100%高度、绝对位置指定子元素(嵌入的i Frame或object标签)的尺寸,使被嵌入的元素自动扩展到最大宽度。

CSS代码如下:

HTML代码如下:

不同分辨率下的页面效果如图3~图5所示。

不同的视频文件的宽高比例不同,标准视频文件的宽高比是4∶3,但是目前大部分的视频文件被创建成宽屏模式,比例为16∶9。上述代码中,宽高比为640∶480(即4∶3),相应的padding⁃bottom的值为75%。当视频文件的宽高比为16∶9时,需要将padding⁃bottom的值修改为56.25%,同时修改<iframe>中视频文件的宽度和高度,使其宽高比[8]为16∶9。

3 系统性能测试

本文以流动布局技术为例,使用Web Pagetest对页面首次加载时间进行测试,测试结果如图6、图7所示。

从图6中可以发现,用户在i Phone 6手机端访问非自适应页面时,加载整个页面耗费的时间要比访问自适应页面所用的时间长为1.102 s,据统计,该段时间的延迟将导致约7%的用户丢失[4]。

4 结语

本文使用媒体查询、流动布局及借助Fit Vids插件等技术并结合实例对自适应网页设计中的视频自适应技术进行了探讨。首先,采用媒体查询技术和流动布局技术分别实现本地视频的自适应技术。其次,借助Fit⁃Vids插件和流动布局技术分别实现远程视频的自适应技术。实例表明该技术能够自适应加载网页视频,使视频布局更加合理,用户体验更加良好。通过使用Web⁃Pagetest分别对自适应及非自适应网页进行页面测试,通过对比发现,自适应页面加载时间明显缩短,页面加载速度大大提高。

参考文献

[1]MARCOTTE Ethan.Responsive web design[M].USA:[s.n.],2010.

[2]大漠.图解CSS3核心技术与案例实战[M].北京:机械工业出版社,2014:49-70.

[3]毕剑,刘晓艳,张禹.使用响应式网页设计构建图书馆移动门户网站:以云南大学图书馆为例[J].现代图书情报技术,2015(2):97-102.

[4]鲁骏,邬春学,张松.自适应设计在电子医疗的应用研究[J].信息技术,2014(7):125-128.

[5]大漠.CSS3的新特性[EB/OL].[2014-07-02].http://book.51cto.com/art/201407/444320.htm.

[6]范兆忠,张海攀,魏跃堂.HTML5与CSS3在网页中的应用[J].无线互联科技,2015(15):32-33.

[7]BEN F.Responsive web design with HTML5 and CSS3[M].UK:Packt Publishing Ltd,2012.

结构自适应反步容错控制器设计 篇5

结构自适应反步容错控制器设计

基于一类由状态空间描述的非线性系统固有的结构级联特性,在飞行器发生卡死故障的情况下,设计了基本控制律加补偿控制律的`控制器结构形式,补偿故障对系统性能造成的影响.提出了确保对参考模型精确跟踪的控制器结构和条件.控制器的基本控制律部分是利用系统的结构特性设计反步(backstepping)控制律,系统发生未知卡死故障时,利用实际对象和参考模型之间的误差,更新控制器的故障补偿部分.控制器同时保证了闭环系统的稳定性和参考模型状态跟踪误差渐近性.仿真结果表明了该控制律对给定参考模型跟踪的有效性.

作 者：郭志伟 王永 高强 邵长星 GUO Zhiwei WANG Yong GAO Qiang SHAO Changxing 作者单位：中国科学技术大学自动化系,合肥,230027刊 名：电光与控制 ISTIC PKU英文刊名：ELECTRONICS OPTICS & CONTROL年，卷(期)：17(4)分类号：V448.22关键词：backstepping控制 容错控制 飞行控制 卡死故障 自适应控制

自适应网页设计 篇6

【摘要】键盘鼠标是计算机必不可少的输入设备，目前USB接口的键盘鼠标已普遍应用，但是仍有一部分PS2接口的设备仍在使用，尤其是在军用加固设备领域，可长距离传输的优势使得PS2设备广泛应用于加固计算机、服务器等设备。本设计基于F340单片机，开发出一款集键盘鼠标于一体的一款USB/PS2自适应键鼠。

【关键词】键鼠；USB/PS2；自适应；F340

Based on F340 microcontroller Design of USB/PS2 self-adapted Keyboard&Mouse

Qimeng Yuan Jiuming Zhang Le Zhai

Abstract：Its absolutely necessary devices of keyboard and mouse for computers. Keyboard and mouse with PS2 interface still in use， while devices with USB interface are universally used at present， especially in military reinforce devices. The superiority of far transmission of PS2 devices signal compared with USB devices， resulting in the wide use of the PS2 devices in reinforce computer and servers equipment. This design developing a device integrated of keyboard and mouse， witch based on F340 microcontroller can be self-adaptedof USB/PS2 signal.

Key words：mouse；USB/PS2；self-adapteF340

1.引言

当前，键盘鼠标的设计已很成熟，目前市面上有USB键盘、USB鼠标，PS2键盘、PS2鼠标，种类繁多，样式各异，有设计廉价的普通键盘鼠标，有人体力学的工程键盘鼠标。

在众多的键鼠产品中，虽然形式各异，但最终实现的都是单一的键盘功能或者鼠标功能。目前市面上缺乏功能更加完善的键鼠产品。除此之外，键鼠的接口形式因主机而异，有的是USB接口，有的是PS2接口，虽然目前带有PS2接口的主机日趋减少，但在加固装备领域，应用仍比较普遍。

因此我们需要一款既能支持USB，又能支持PS2接口的一体化键鼠设备。

2.硬件设计方案

图1为设计方案框图。F340 MCU作为主控单片机，PS2鼠标连

图1 系统框图

接到键鼠输出接口，作为PS2鼠标输出，同时PS2鼠标连接到MCU单片机，在USB模式下，单片机会读取PS2鼠标数据并转化为USB鼠标数据。矩阵键盘通过GPIO连接到F340单片机上，单片机通过GPIO扫描矩阵键盘获取键值，并输出PS2或USB键盘数据至输出接口。MCU程序通过JTAG接口烧写进入系统，键盘指示灯即capslock、numlock、scrollock按键指示灯通过F340单片机的GPIO来控制其亮灭。PS2电压与USB电压分开引到键盘控制器上，再通过MOS管连接到F340单片机的GPIO引脚。系统供电由PS2电压与USB电压经过一片集成负载开关生成系统5V供电电压，给系统供电。键鼠外部连线采用双接口模式，使用PS2或USB主机时，连接上相应的键鼠接口即可。

2.1USB/PS2自检测电路

USB/PS2自适应检测方式如图2所示，将USB与PS2电源引接至键盘控制板，通过图3电路将USB电压与PS2电压隔离开，两组电压经过FPF2147后生成电路板5V供电电压，而前端USB 5V电压与PS2 5V电压分别连接到2N7002栅极，当USB电压有电时，或则PS2电压有电时，将相应的MOS管打开，并将检测点电压拉低，单片机通过GPIO检测电平值，来判断连接的是USB信号，还是PS2信号，从而实现USB/PS2信号自检测。

图2 主机接入电压检测电路

图3 供电隔离电路

3.软件设计方案

本设计需要编写单片机控制程序，通过JTAG口刷录进人F340 MCU，系统上电后，单片机首先判断USB电压与PS2电压的状态，根据其检测到的电压状态，来确定主机端连接的信号形式，如果连接的为PS2接口，单片机通过GPIO扫描矩阵键盘，通过解析键盘矩阵，进行数据编码，输出PS2键盘信号，PS2鼠标信号由PS2鼠标直接输出到键鼠接口。如果单片机判断的为USB接口，单片机则进行GPIO扫描矩阵键盘，并进行USB编码，同时单片机接收PS2鼠标的数据，并进行USB编码，之后将键鼠数据通过USB接口输出。从而实现USB/PS2自适应一体化键鼠的设计。

4.软件关键技术

（1）单片机接收处理PS2鼠标数据

当键鼠设备连接USB设备时，鼠标数据通过单片机处理后发送给主机，单片机接收的鼠标数据为PS2格式，因此设计的重点为单片机对PS2数据的解析，将PS2数据准确无误的读入，并将PS2数据正确打包为USB格，发送给主机。

单片机接收PS2数据采用中断方式，根据PS2协，PS2鼠标CLK时钟线产生负跳变时，进入单片机中断，如果此时上一个PS2数据包刚好接收完整，则判断此刻DATA数据线是否为低电平，如果为低电平，则认为是PS2数据的起始位，之后每一个时钟负跳变记录一次DATA数据电平状态，通过移位操作存储在一个char型变量中，直到接收完PS2数据stop位，一个PS2数据包就被单片机读取完整。之后单片机将PS2数据转化为USB格式，发送至主机端。

（2）USB 驱动设计

USB固件主要包括通用的枚举配置部分和类协议部分。图4为描述符树状图，枚举配置实现USB主机对设备的枚举和配，使主机确认设备的功能并提供资源；类协议部分主要实现USB设备各自数据传输的功能，包括鼠标的HID报告描述符合键盘HID报告描述符，规定了主机和USB设备数据的传输格式。USB枚举过程结束后，F340将PS2鼠标数据和扫描的键值组合成HID描述符要求的格式，通过相应的USB端点传送给主机，并接受主机的命令。

图4 描述符树状图

5.结束语

此设计将键鼠融为一体，并且可自适应USB/PS2接口，作为键鼠一体化设备节省了占用空间，增加了键鼠设备的适用性，可广泛应用于各类计算机。

参考文献

[1]薛圆圆，赵建领.USB应用开发宝典.北京：人民邮电出版社，2011.

[2]张弘.USB接口设计.西安：西安电子科技大学出版社，2002.

速率自适应业务终端的设计与实现 篇7

在现有的散射系统中, 速率都是人工设定的, 在速率确定后, 所有的帧都以单一的速率发送, 然而, 在散射信道中, 由于存在多径效应和多普勒频移等因素的影响, 数据在传输时刻具有不确定性。若采用固定的传输速率, 就可能造成信道质量差时速率太高导致丢包的发生, 而信道质量好时速率又太低导致信道的利用率低, 不利于系统达到最大的吞吐量, 又不能很好地保证服务质量。如果能根据信道的质量自适应地调整速率, 可以更好地利用时变信道的有限带宽。

在慢衰落自适应散射系统中, 调制解调器的速率是随着信道的好坏改变的, 这就要求终端业务的速率也要随着改变, 传统接口比如RS422、E1、A口等同步业务是很难满足要求的, 以太网数据接口是很好的选择之一。

1关键技术

慢衰落自适应的关键技术有:同步保持、速率预约、变速率编码VoIP网关和信道质量估计。

1.1同步保持

系统所用的是抗衰落帧同步, 同步建立时间较长, 如果频繁的同步失步将使系统性能大打折扣, 达不到预想的目的, 如何在时钟改变时继续保持同步将是个很关键的问题。由于在高速和低速切换时, 所用梳齿滤波器不同, 梳齿滤波器要正常工作需要几百比特的时间, 此时解调出来的时钟和数据是错误的, 如果帧同步模块持续工作, 肯定会引起失步。帧间必须留出保护间隔, 复接器的帧计数器是连续计数的, 复接器在要改变速率时会首先发一个反帧头, 然后连续发4帧的0、1码 (以便使解调器提取载波) , 第5帧发一个小m系列;分接器收到反帧头帧, 帧收完后, 帧同步计数器停止计数, 停留在0上, 小m序列搜索器开始工作, 如果误码率在一定门限内, 在搜索到第5帧时, 会输出个相关峰 (考虑到误码的影响, 允许搜索值比全对时低几比特) , 帧同步计数器开始计数, 这时时钟和码流都正确了, 帧同步计数器不会重新搜索, 不会引起失步, 不影响业务的正常传输。

1.2速率预约

本端的复接器、调制器如何和对端的分接器、解调器工作在同一个速率上, 是个非常关键的问题。系统刚上电时, 两端设备都工作在最低速率上, 能够同步上且正常工作。速率预约框图如图1所示。

速率的改变过程如下:假如速率的改变首先由分接器2发起, 分接器2中的信道质量估计模块根据计算出的值得出一个最佳工作速率, 这个速率也就是预约速率, 是分接器2和对端复接器1要工作的速率, 分接器2把预约速率传给复接器2, 复接器2在帧结构中有3个bit用于传送这个速率, 通过调制器2发送给对端的解调器1, 分接器1把预约速率取出来作为本端复接器和调制器的工作速率, 工作速率送给复接器1和调制器1, 复接器1确定要改变速率时, 发送一个反帧头, 然后在下一帧改变速率, 分接器2收到反帧头后, 在下一帧使解调器2和分接器2都改变到预约速率上, 这样复接器1和分接器2就工作在了相同的预约速率上, 一次速率跳变过程完成。因为这个速率号非常关键, 一旦出错将会带来预想不到的后果, 极大地影响了系统性能, 采用了RS纠错对速率号进行保护, 并且连续收到3次相同的预约速率时, 才改变工作速率。

1.3变速率编码VoIP网关

VoIP网关是连接PSTN和Internet的网络互连设备, 它将来自PSTN的语音信号做压缩编码处理, 封装成为RTP/UDP/IP语音分组, 并通过UDP协议在Internet上传输。然而, 非可靠的、无连接的UDP协议并不能保证语音分组传输的有序性且没有延迟抖动;同时, 无线衰落信道造成较高的语音分组丢失率, 从而影响IP电话的语音质量。由于语音传输对实时性要求相对较高, 因此不宜通过常用的重传方法来解决分组丢失问题, 而需采用控制传输带宽的方法来减少语音分组的丢失, 满足VoIP所需的服务质量。自适应变速率编码可根据网络环境和传输状况自适应地选择最适合当前网络状况的编码模式, 当丢包率增大时, 采用低速率语音编码算法以降低对传输带宽的要求, 从而降低语音分组的丢失率;而当丢包率减少时, 则采用高速率编码算法, 增加带宽。

1.4信道质量估计

信道质量估计主要有2类:① 通过计算接收信号的误比特率BER、丢包率;② 通过计算接收信号的信噪比SNR来估计信道质量。

在计算误码率时, 可以通过检测帧头中错误的比特数来大概估计信道的误码率;也可以通过RS纠错来判断, 因为每一帧都有纠错, 纠错可以指示出每一帧中有几个符号的错误, 几bit的错误, 纠错成功还是失败, 可以综合考虑, 但至少要保证不能有纠错失败, 如果有纠错失败就应该往低一级的速率上跳。

在计算信噪比时, 虽然从积分后的判决电平可以反映出一些情况, 但在恒参信道下每位的电平波动还是很大的, 在短时间内不能正确反映出信噪比, 初步定为检测512帧, 如果快衰落是10 ms的话, 在512帧中肯定要遇到几次, 这样在电平波动上应该有所反映, 如果平均电平低于平均门限值, 则跳到低一级满足要求的速率上, 如果高于平均门限值, 还要看最低电平, 如果最低电平小于最低门限值仍不跳变, 如果最低电平大于最低门限值才跳到高一级的速率上。

最后把二者结合起来考虑, 根据误码率和信噪比的关系并按照系统对误码率的要求确定一最佳门限, 每次计算出的值和门限比较选择出预约速率。

2系统设计

系统由复接器、分接器、调制器、解调器和VoIP网关等部分组成。由于是在原有硬件的基础上修改, 速率控制模块放在解调器中, 更容易采集接收电平, 解调器通过背板连线和调制器连接, 实时传输速率等控制信号。大部分关键模块由FPGA实现, 便于修改。设计系统结构如图2所示。

在一般的设计中, 外部提供给HDLC的时钟是连续的, 速率是恒定的, 本设计中的用法很少用到, 经过实际验证是可行的。IP电话等以太网数据通过双绞线接入本系统, 物理层芯片BCM5221接收来自RJ45接口的MAC帧后, 通过MII接口输出给xBridge2.0, 后者先把数据缓存到RAM中, 等到接收完一个完整的MAC帧后, 把MAC打包成HDLC帧, 在外部HDLC时钟有时输出数据给FPGA, 时钟消失时停止发送数据, 正是因为2个端口都有自己的缓存, 数据才不会溢处, HDLC接口的收发时钟是不同的, 并且是变速率的, 有数据时有时钟, 无数据时无时钟。

xBridge2.0和FPGA的接口信号如图3所示。

WTXC 是WAN发送时钟, 为输入管脚, 有FPGA来控制xBridge2.0的发送速率;

WCTS 是WAN发送使能, 为输入管脚, 有FPGA来控制xBridge2.0是否发送数据;

WTXD 是WAN发送数据给FPGA, 为输出管脚, 在WCTS为低时, 在WTXC的下降沿xBridge2.0发送数据, FPGA在上升沿采样数据, 在WCTS为高时, 停止发送数据;

WRXC 是WAN接收时钟, 为输入管脚, 有FPGA来控制xBridge2.0的接收速率;

WRXD 是WAN接收数据, 为输入管脚, xBridge2.0在上升沿采样数据, 所以FPGA应该在下降沿发送数据。

由于用WCTS来控制xBridge2.0是否发送数据, 时序比较复杂, 难以控制, 采用了控制时钟的方法, 当有时钟时, xBridge2.0发送数据, 没有时钟时, 停止发送数据, 并且数据速率随着时钟速率改变。

系统共有6种速率, 低端传输速率包括80 kb/s、160 kb/s和320 kb/s三种, 帧长分别为5 ms、2.5 ms和1.25 ms, 低端速率之间实现无损伤切换。

高端传输速率包括576 kb/s、1 152 kb/s和2 304 kb/s三种, 帧频分别为1.44 kHz、2.88 kHz和5.76 kHz, 高端速率之间实现无损伤切换。

帧结构统一为400 bit, 如图1所示。从帧结构可以看出, 除了LAN数据外, 还有帧头、速率号、纠错等额外开销, 只有传输LAN数据时, 才需要xBridge2.0输出数据, 也就是复接器给xBridge2.0的时钟是不连续的。

解调器的信道检测单元对中频信号进行信噪比和电平波动检测, 然后将检测结果送入速率估计模块, 同时在分接器检测信道误码数量和对端接收状态信息, 估计出散射信道传输的最佳速率, 并将此信息经调制器发送到对端。对端接收到速率改变信息后, 当前帧发送反帧头, 下一帧即改变传输速率, 解调器收到反帧头后也在下一帧改变速率。可见调制解调器的速率是动态改变的, 复接器给xBridge2.0的时钟也是改变的。

因为数据缓存在RAM中, 有时钟时发送数据, 没有时钟时停止发送, 这样数据不会丢失, HDLC帧有帧头和帧尾, 在对端可以方便的把一帧组装起来, 保证了数据的正确传输。

3结束语

讨论了一种基于xBridge2.0的速率自适应业务终端的设计与实现方案, 在最大吞吐量准则下, 根据对链路质量 (如接收信号强度、接收端的SNR, 接收信号的错误率等) 的估计, 系统自适应地调整物理层传输速率。本系统已通过测试, 可以很好地配合速率自适应调制解调器的工作, 实时地传送音频、视频数据, 具有很好的实际运用价值。

参考文献

[1]金纯.IEEE802.11无线局域网[M].北京:电子工业出版社, 2004:72-100.

[2]俞兴明.固定宽带无线接入的MAC帧时间同步和保护时隙的研究[J].无线电工程, 2003, 33 (9) :19-22.

一种自适应USB电源管理设计 篇8

通用串行总线 (Universal Serial Bus) 是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准, 也是一种输入输出接口的技术规范, 被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品[1,2], 随着便携式设备的小型化, 很多接口以复用形式设计, USB更是一种常用的复用接口。

本文设计了一种基于Mini-USB接口电源管理电路, 电路能自动检测外部设备类型。如果检测到是标准USB设备, 电路用于USB数据传输, 并以最大500m A电流充电;如检测为AC适配器, 电路用于给系统供电, 并以最大1000m A电流充电。

1 电路原理与设计

1.1 电路原理

USB接口是一种通用接口, 但不同类型设备的功能、电流驱动能力不尽相同, 如PC设备用处最多的USB2.0接口数据传输速度最高能达到60MB/s, 电流驱动能力为500m A[3], 而AC适配器不具有数据传输功能, 但电流驱动能力能达到几A。为了适应不同类型设备接口, 电路需具备USB类型检测功能。

USB接口定义如表1所示, 其中1、5脚分别为电源和地, 2、3脚是一对差分信号用于数据传输, 4脚用于OTG传输。现今市面上大部分电源适配器把2、3脚短接, 而PC等具有数据传输功能的USB接口2、3脚是分离的, 根据此特点, 2、3脚可用于检测USB设备类型。本设计中用以USB设备检测选用的芯片是SEMICONDUCTOR的FAN3988 (图1所示) [4], 连接不同的设备, 其Flag1、Flag2管脚呈现不同的状态, 真值表如表2所示。另外此芯片还有过压和欠压检测功能, 可用于系统电路保护。

锂电池充电管理芯片采用LTC4096EDD, 此芯片具有两路电源输入功能, 一路用于电源适配器, 另一路可用于PC等设备[5], 见图1。

1.2 电路设计

本电路的整体设计如图2所示, 其中D-信号经5.1M电阻下拉, D+经1M电阻上拉3.3V;U1 (LT1761-3.3) 为低噪音LDO芯片[6], 既能辅助FAN3988检测, 同时也不会干扰USB数据传输。Flag2监视VBUS电压, 控制NMOS芯片U3, 如果VBUS电压高于3.3V且低于6V, Flag2为高电平, U3打开, XVBUS给后级系统供电开, 否则电路关闭;Flag1控制芯片U4, 如果接入的设备为AC适配器, 且VBUS高于4.2V, Flag1为高电平, NMOS芯片U4打开, 充电芯片U5由DCIN脚供电, 最大充电电流由电阻R6控制, 计算公式为IDC=1000/R6 (m A) , 如果接入的设备为PC, 则Flag1为高低平, U4关闭, 充电芯片U5由USBIN脚供电, 最大充电电流由R7控制, 本系统按照USB2.0接口设计, R7=2K, IUSB=500m A。

2 结论

经实际测试, 电路连接到PC的USB2.0口时, 电源管理芯片LTC4096EDD输入端切换到USBIN脚, 电路进入慢速充电, 并可进行数据传输;电路连接到输出电压5.15V、最大输出电流2000m A的电源适配器时, LTC4096EDD输入端自动切换到DCIN, 电路进行快速充电, 并以较大电流驱动能力给后级系统供电, 实验数据见表3。

该USB电源管理电路能自适应AC电源适配器和PC, 自动选择充电模式、后级系统供电方式, 并且能用于高速USB数据安全传输, 已成功用于手持设备。

摘要：随着计算机以及与USB相关便携式设备的发展, USB接口也得到了极大的普及。数据传输、对锂电池充电是目前应用范围比较广的USB接口技术。本文设计了一种USB电源自动检测的自适应电路:连接AC适配器执行快速充电并且给系统供电;连接PC等标准USB设备以最大500m A电流充电, 同时可进行数据传输。

关键词：USB,自适应,电源管理

参考文献

[1]胡晓军, 张爱成.USB接口开发技术[M].西安电子科技大学出版社, 2005.

[2]刘煜禹, 孙超, 孙庚, 刘煜坤.USB总线在自动测试中的应用[J].沈阳大学学报, 2005 (02) .

[3]JAN AXELSON.USB开发大全[M].四版.人民邮电出版社, 2011.

[4]FAN3988 USB/Charger and Over Voltage Detection Device/Data Sheet[M].Fairchild Semiconductor, 2013.

[5]LTC4096EDD Dual Input Standalone Li-Ion Battery Chargers/Data Sheet[M].Linear Technology, 2006.

自适应智能家居控制系统的设计 篇9

随着科技的发展和人们居住生活水平的提高，家居智能化已成为一种必然趋势。智能家居产品融合自动化控制系统、计算机网络系统于一体，将各种家庭设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、网络家电等）通过智能家庭网络实现自动化，通过无线传输模式，实现对家居所有用电设备的分布式集中控制[1,2]。

智能家居现在正处于起步阶段，智能家居受产品生产厂家的限制，在短时间内还没有统一的标准协议，作为有益尝试，本文基于分布式控制理论设计制作了一个自适应智能家居控制系统。该设计可以实现控制器自动搜索区域内的智能电器、实现对搜索到的智能电器进行开关控制和实现多个用电器的集中控制，包括定时控制、用电器间的逻辑控制。为了增强该控制系统的自适应性，智能家居系统中的灯光控制系统可以实现对外界光线的采集和自适应调整。

1 分布式控制设计思想

该自适应智能家居控制系统采用分布式控制理论来实现，它以人机交换界面为控制输入的主要节点，以家用电器控制端为对象，在整个系统中所有控制节点地位平等；采用无严格的控制中心的控制理念，该控制方式是一个对等式控制网络，无明显的等级之分，该系统中的数据传输主要采用无线方式[3]；采用分布式控制最大的优点是所有控制端节点可以随时加入或离开控制网络，任何节点的故障不会影响整个系统的运行，具有很强的抗毁性。分布式控制网络构成如图1所示。

2 系统的硬件构成

该自适应智能家居控制系统的硬件组成主要由人机交换界面、无线数据模块、终端核心控制器等部分组成，其结构框图如图2所示。

2.1 人机交互界面

人机界面是用来监控管理和处理各种信息的多功能显示屏幕，是操作人员与机器设备之间双向沟通的桥梁。本设计采用信捷B/TH765系列触摸屏，该型号触摸屏具有7英寸显示屏幕，流线型外观设计6万色真彩，支持BMP,JPEG格式图片，除此之外它还有完善的校准功能，该型号触摸屏可以提供很好的人机交换界面，适合在家庭智能控制中应用。

2.2 无线模块

本次设计采用的无线模块为顺舟科技的SZ05系列Z-BEE嵌入式无线串口通信模块，该模块采用了加强型的ZigBee无线技术，该无线数据通信设备符合工业应用标准，它具有通信距离远、抗干扰能力强、组网灵活等优点和特性，可实现多设备间的数据透明传输，可组MESH型的网状网络结构。ZigBee技术译为紫蜂技术，是一个有关组网、安全和应用软件方面的新型传感器网络，被称作IEEE 802.15.4(ZigBee）技术标准。其结构简单、功耗低、速率低、成本低、可靠性高，主要适用于自动控制领域，其可以嵌入到各种设备中，同时支持地理定位功能[4,5]。

2.3 控制器

对于控制终端的设计，单片机是其核心器件，本设计通过单片机与无线接收模块的数据传输完成对终端家用电器设备的控制。在本设计中采用的是飞思卡尔MC9S128MAA单片机，作为新一代的双核微控制器，拥有卓越的性能，堪比32位微控制器。S12X除了拥有主控CPU外，还拥有一个平行处理器XGATE模块，该模块是一个智能的、可编程的直接存储器取存模块，可以进行中断处理以及通信和数据预处理，并为其他任务释放一部分CPU空间，从而提高了该芯片的整体性能[6]。

2.4 自适应智能灯光系统的设计

在智能家居控制系统中，灯光控制是一个很重要的组成部分，舒适、绚丽的灯光变幻会给家庭生活带来温馨、和谐的环境。在本次设计中，对于灯光系统主要采用了PWM脉宽调制技术来实现对灯光变幻的控制。同时通过光敏电阻对外界光线的感应，引起电压的变化，通过单片机对其模拟信号的采集，再由飞思卡MC9S128MAA单片机集成的A/D转换功能完成数/模转换，最终通过一定算法，完成相应PWM调制波的输出，完成室内灯光自适应控制。图3为灯光系统电路图[7,8]。

3 软件设计

本软件设计主要包括人机界面的软件设计和控制器的软件设计以及通信协议的设计，该系统总的软件设计流程图如图4所示。系统开机初始化后，首先进入人机界面，通过自适应搜索到开机的家用电器。通过触摸屏的触摸输入选择要控制的电器。通过无线模块的数据传输及终端控制单片机的数据识别和处理，完成家用电器的控制并传回数据，在触摸屏上显示各参数。

3.1 人机界面软件设计

（1)Touch Win简介

Touch Win为TH系列触摸屏提供了理想的编辑平台，Touch Win编程软件采用全中文操作界面，其操作具有良好的操作界面及简单易学的开发编程界面，是TH系列最常用的开发软件。对于一个触摸屏开发过程，完整流程如图5所示。

(2）人机界面窗口设计

在本次设计中，设计的画面窗口主要包括：开机界面、电器搜索界面以及各个电器控制界面。具体界面如图6所示。

3.2 控制终端软件设计[9,10]

(1）控制器开发环境简介

控制器采用的开发环境是飞思卡尔公司研制的CodeWarrior开发环境，该软件功能强大，CodeWarrior环境主要包括以下几个模块：编译器、源代码浏览器、构造系统、调试器、工程管理器等。编辑器、编译器、连接器和调试器是软件开发的4个主要阶段。其他的模块用以支持软件开发的主要过程。该集成环境是一个多线程应用，能在内存中保存状态信息、符号表和对象代码，从而提高了操作速度，进行自动编译以及链接。

(2）主程序编写

对于主程序的编写采用C语言编写的方式，主要由3个模块构成，分别为数据采集、数据处理及数据返回。

无线数据的采集采用同步串行通信方式，该方式主要采用SPI模块。该模块通过在CodeWarrior软件中设置，采用9 600 b/s的波特率完成数据的传输，在主函数中使用AS1＿RecvChar（）函数完成对无线传输数据的采集。

对于由光敏电阻构成的电压采集采用单片机集成的A/D转换芯片完成。本次设计所使用的单片机所集成A/D采集精度为12位。可以很好地满足本次设计的要求。

3.3 人机界面与控制终端的通信协议

为实现触摸屏与控制终端的无线传输，本系统设置了相应的通信协议，其主要通信指令如表1所示。

4 系统调试及结果分析

4.1 硬件电路调试

对Max232电路进行检测，通过触摸屏发送无线数据，经电脑的串口调试进行数据显示，经测试符合要求。对控制终端单片机的最小系统进行检测，通过对光敏电阻进行遮光和有光照的情况下，对A/D采集引脚进行电压测试，在有光情况下最大输出为3 V，最小输出为0.2 V，由于对灯光的自适应控制采用脉宽调制技术，由单片机生成的PWM调制波可以随光敏电阻的阻值发生明显的变化，满足设计要求。光敏电阻端电压与调制波输出关系经测量如图7所示。

4.2 软件调试

触摸屏开发软件Touch Win具有在线模拟功能，通过该功能的模拟，在电脑上完全实现所需功能，通过下载进触摸屏，经过相关测试，其功能满足设计要求，具体测试如图8所示。

4.3 结果分析

通过对硬件和软件的测试，以及在正常环境下对系统进行实际操作成功率的测试，测试结果表明，该智能家居控制系统的综合性能达到了设计要求，其测试结果如表2所示。

5 结语

本设计作为智能家居系统设计的一次有益尝试，通过利用人机界面以及控制终端来实现对家居电器的分布式智能控制。通过一系列的调试工作，本设计实现了控制器自动搜索区域内的智能电器、实现了对搜索到的智能电器进行开关控制；同时该系统还能自适应的调节灯光系统，实现了多个用电器的集中控制。

参考文献

[1]林旭东.智能家居系统相关技术及发展趋势[J].科技创新导报,2008(7):6.

[2]张鸿恺,伍超.智能家居及其发展研究[J].黑龙江科技信息,2006(32):266.

[3]石小兰,韩江洪,魏振春.基于分布式控制的智能家居系统[C]//第二十四届中国控制会议论文集(下册).广州:华南理工大学出版社,2005:1382-1384.

[4]叶钟,雒江涛.基于Zig Bee的智能家居网络系统的研究与设计[J].中国新技术新产品,2011(6):101.

[5]宋俊德,战晓苏.无线通信与网络[M].北京:国防工业出版社,2010.

[6]王宜怀,曹金华.嵌入式系统设计实战:基于飞思卡尔S12X微控制器[M].北京:北京航空航天大学出版社,2011.

[7]康华光.电子技术基础(模拟部分)[M].北京:高等教育出版社,2005.

[8]胡烨.Protel99SE电路设计与仿真教程[M].北京:机械工业出版社,2005.

[9]吴晔.基于HCS12的嵌入式系统设计[M].北京:电子工业出版社,2010.

自适应网页设计 篇10

在我国, 中学生的学习时间长、强度大, 又正处于身体的发育阶段, 照明环境的好坏对学生视力会产生很大的影响, 照明环境差, 极易造成视疲劳, 降低学习效率, 甚至造成视力下降。这其中包括了在不同的天气条件下、在一天内不同时间段的学生桌面 (工作面) 的照度不够、照度不均等原因。本课题对各种自然条件进行了充分考虑, 设计制作了红外优先模式下的光传感修正的自适应梯度调光系统, 使得教室内学生工作面的光照度达到均匀、合理、有效, 同时还达到了最大限度节约电能的效果。为学生学习提供舒适、准确、快速的视看条件。

1 系统设计

为达到有效合理的光照度和均匀的光分布, 设计了一套教室节能护眼光控照明系统。该系统选择了新型平面光源 (EEFL) , 由红外感应模块优先控制, 光感应辅助控制, 能够随自然光强度作梯度变化, 控制调节EEFL的光照强度, 从而达到工作面均匀有效的光照度, 实现环境友好型照明需求的目的。并且通过调光功能使课桌面的光通量维持恒定, 避免学生无意识反复调节视觉神经系统造成的视疲劳等损伤。

一般的照明设计是假定夜间状态下对空间进行照度测量, 从而决定照明设备的配置。白天教室学生工作面以天然采光为主, 照明为自然光不足时的补充。良好的照明环境不仅要有充足的照度来源, 分配均匀的照度, 还要尽可能地避免直接眩光和反射眩光。本系统对这一要求进行了细致的规划。

1.1光源的要求与选取

学生工作面的照度应大于300 lx, 介于350～400 lx之间最佳[6], 光源采用3 500～4 000 K色温的灯具, 使得学生学习专心, 精神易振作[3]。同时, 将教室内学生的位置进行均匀处理, 将自然光和系统补光进行合并计算, 提高学生工作面光照的均匀度, 并且无眩光产生。

图1为平面光源 (EEFL) , 其优点符合对光源的要求:

(1) 平面光源 (EEFL) 没有传统的电极, 因此就不需要灯丝预热启动, 可以做到瞬时点燃, 实现良好的线性调光, 使用寿命长达50×103h。

(2) 用了比较大的散热面积, 所以不易产生过高的表面温度, 提高灯的光通维持率, 所以光衰很小。有利于保持光分布的均匀恒定。

(3) 采用面发光, 没有眩光的问题。

(4) 单面输出面光源, 所以做成灯具可以直接装在墙上或天花板。

(5) 由于非常薄的结构特点, 可以降低灯具的总高度。而且发光板之间可以紧密地连接, 构成一个没有接缝的照明光带。

1.2控制电路的设计与实现

根据比例模型研究的光照评估研究结果[6]发现教室满意照度350～400 lx, 而照度达650 lx以上时, 满意程度并不随照度增加而增大。因此, 采用比例模型、聚类分析、神经网络分析算法等多方法的交叉分析得到最优的设计方案是十分必要的。图2为控制电路设计的技术路线图:

其控制原理概述如下:

电源输入端采用红外传感器。当有学生进入教室, 红外传感器感知后启动电源输入电路, 平面 (EEFL) 自动开启并很快进入到学生需要的照度;当学生离开教室, 红外传感器延时并确认“无人”状态时, 切断电源输入电路, 灯就进入到待机状态, 其待机功耗小于1 W。当平面灯 (EEFL) 打开后, 系统就自动转换到梯度调光模式。当背景自然光暗, 则系统调节光源输出高光通量。反之, 当背景自然光亮, 光源被调暗输出低光通。光敏传感器检测到的信号来源于学生工作面。光检测面积宽, 检测精度高, 使得“补光”效果更明显、突出。

调光模块采用半桥串联谐振换流器的自动开关EEFL自动调光系统, 将原来传统的开关转换为自动开关, 并使得变压器的制作上可更加简化, 体积也随之缩小, 而电路中所使用之电感组件值也大幅降低;其次, 完整的回授控制得以提高系统稳定度, 而所做的背景光采集处理以后的调光控制电路除了电路架构简单、实际的使用成本低且不需修改原有供电, 变交流为直流, 体现了人性化、节能、环保、舒适的设计理论。

1.3教室灯光系统的安装与实现

安装方式与传统的教室安装方式不一样, 传统的荧光灯具安装一般每个教室是6盏灯具, 每两个灯具一排, 共三排, 我们采用灯具与黑板平行安装方式, 如图3所示。在GB50034-2004, 建筑照明设计标准中规定教室 (以课桌面为参考高度) 的照度标准值av为300 lx。然后依据照度计算公式导出:

式中——光源的光通量;——灯具数量;——灯具的利用系数;——维护系数;——教室的面积。

这样本系统与窗户入射光线之间的自适应调节就达到了合理有效的统一, 灯光的变化会随着外界光线的变化进行梯度调节, 学生所接受到的光照度会更均匀。

2 系统整合测试

灯光系统分单元制作完成后, 进行了整合测试, 对不同朝向教室的不同自然光照条件进行的对比, 完成了系统的优化。

2.1原有教室灯光系统测试

2.1.1自然光分布检测

测试分别选择了南北朝向不同的两间教室, 两者光照度差异显著。结果如下:

对教室进行三等分划分, 第二排和第五排分别为前后1/3与2/3的交界处, 对这两排进行自然光照度检测, 并且分别采样早、中、晚、阴天和晴天的自然光照度值进行对比见表1。

注:以上不同条件下自然光对教室光分布影响的测试, 提示不同天气条件下, 同一天不同时间段, 教室光分布差异较大, 使得梯度调光的照明系统更好地发挥作用。

2.2 EEFL系统光照测试

2.2.1单个灯具的实地测试

对距离灯具中心点横向 (平行于灯具) 和纵向 (垂直于灯具) 分别为220 cm的范围内进行测试光照度, 结果见表2和图4所示。

注:*是测量超出教室内墙范围。

图4提示EEFL光照度分布纵横向照度线性分布均匀, 适于设计的排布方式。

2.2.2EEFL系统晚上100%照度光分布测试

在夜间对整合后的照明系统进行了全照度测试, 研究其光分布情况见表3和图5所示。

图5中提示EEFL系统的照度非常均匀, 各排位置照度均达到GB50034-2004建筑照明设计标准要求。

2.2.3 传统荧光灯与EEFL系统光分布比较测试

对传统荧光灯与EEFL系统进行照度对比研究, 见表4和图6所示。

从图6中可以发现, EEFL系统所提供的照度是均匀且标准的。

2.2.4 EEFL系统在自然条件下自适应调光测试

为了测试系统自适应调光能力, 本试验选择朝向北的教室在早上10:30进行测试, 对等距点间隔的第二排和第五排。检测EEFL系统梯度调光、补光能力, 并由此可见系统的节能效能。

由表5的测试数据看出:自然背景光强由暗到强 (6座为临窗位置) 而形成一个背景光强梯度, 系统根据光强的不同而进行自适应调光, 其意义在于补光的合理性, 从而达到维持课桌面光强基本恒定, 光分布均匀的作用。

2.2.5红外感应测试

在夜间, 自然光照度为零时, 对红外感应电路进行测试, 结果如下:

(1) 感应时间:瞬时

(3) 感应范围:1.2 m×1.2 m (二排二列)

(3) 无人检测:人离去后, 30 s自动切断电源。

2.2.6系统的节能测量

按晴天不同时段, 对两个不同朝向的教室进行耗电测量。得到的节能效果见表6所示。

由表6可见, 采用传统荧光灯耗电每天 (10 h) 是4.32 k W·h, 朝南教室平均每天每个教室节能3.86 k W·h, 朝北教室平均每天每个教室节电2.58 kW·h。由此算得, 60个教室, 每年节电约7×104k W·h。通过测试说明EEFL系统节能效果明显。

3 结论

根据EEFL系统的整合测试, 发现该系统可以很好地对不同教室环境光分布进行有效合理的补光。根据新的标准[2]要求, 该系统可做到在有补光要求的教室中将光照度达到合理的配置。

该系统在红外感应优先条件下, 光感传感调节模块可以对白天的教室光分布进行有效控制。使其达到自适应的梯度调节, 提高了光的合理配比, 从根本上缓解了学生因工作面光分布不均导致的眼疲劳[7]。同时因为采用了新型长寿的、可调的、单向的、无眩光的EEFL光源, 在自适应梯度调光的同时, 大大节约了电能, 提高了灯具寿命。节能效果明显, 值得推广至其他的公共照明区域。

参考文献

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[2]GB50034-2004, 建筑照明设计标准[S].

[3]张文义.多功能照明设计与视觉健康[J].中国教育技术装备, 2003, 11:8-10.

[4]孟超.北京市部分学校教室采光照明现状分析[J].照明工程学报, 2006, 17 (1) :35-41.

[5]黄依群, 刘辉.浅析高校节能减排教育的意义和目标[J].成功教育, 2008, (5) :9-10.

[6]周鼎金.利用比例模型评估教室照明环境之研究[J]。东南大学学报, 1997, 27 (3) :58-63.

关于自适应放射治疗的研究发展 篇11

【关键词】 自适应放射治疗；肿瘤；靶区

【中图分类号】R-3 【文献标识码】A 【文章编号】1007-8231（2011）11-1991-01

1 目前放射治疗的现状

3D - CRT是目前放射治疗的主流技术，适用于绝大部分的肿瘤。3D -CRT是一种能使高剂量区的剂量分布在三维方向上和靶区的实际形状相一致的照射技术。其利用CT图像重建三维的肿瘤结构，通过在不同方向设置一系列不同的照射野，并采用与病灶形状一致的适形挡铅，使得高剂量区的分布形状在三维方向（前后、左右、上下）上与靶区形状一致，同时，使得病灶周围正常组织的受量降低。适形放疗包括照射靶区和周围重要器官或组织的三维定位、治疗计划的设计、模拟以及实施4个方面。适形放疗解决了一些常规放疗或手术不能解决的问题：如对于射线抗拒的肿瘤及有手术禁忌证或手术不易切除的肿瘤，其提供了新的治疗途径，并取得很好疗效。但是，适形放射治疗并不能取代常规放疗，如恶性淋巴瘤、鼻咽癌、有明确淋巴结转移的肿瘤、空腔脏器肿瘤均应采用常规放疗方法，残余灶用适形放射治疗补量，才能达到理想的治疗效果。目前，常用于在常规放疗后期提升肿瘤靶区剂量。IMRT是在各处辐射野与靶区外形一致的条件下，针对靶区三维形状和要害器官与靶区的具体解剖关系对束强度进行调节，单个辐射野内剂量分布是不均匀的，但整个靶区体积内剂量分布比3D - CRT治疗更均匀。

2 ART概念的引入特点及实现方式

Yah等于1995年提出“将图像数据作为反馈来判断摆位正确与否”，并于1997年在放射治疗过程中首次提出“ART”的概念，使用图像数据、剂量以及其他信号作为反馈进而对治疗计划进行修正。广义上讲，任何一种通过反馈来调节治疗过程的技术均可纳入ART的范畴，比如影像引导放射治疗(IGRT)、体积引导放射治疗、剂量引导放射治疗( DGRT)、结构引导放射治疗等。IGRT可谓是ART的初级阶段，而DGRT则是在IGRT的基础上提出的，

DGRT除了要对比图像数据外,还要将治疗时的肿瘤和周围正常组织实际吸收剂量于治疗计划中计算出来的剂量进行比对，以及时调整患者摆位、治疗计划再优化，甚至在必要时修正处方剂量。换言之，如果根据患者每个分次实际照射剂量累积情况，调整后续分次照射剂量，或者根据疗程中肿瘤对治疗的响应情况，调整靶区和（或）处方剂量，则可以实现真正的精确放疗- ART。

总之，ART具有以下作用特点：①为闭环的放疗过程；②对治疗过程的各个偏差进行检测；③在治疗前对原始治疗计划根据反馈结果进行再优化；④治疗因人而异。目前可将ART理解为，将放疗整个过程从诊断、计划设计、治疗实施到验证作为一个可自我响应、自我修正的动态闭系统，需要考虑诸多纠正参数，如肿瘤的位置和剂量分布、肿瘤的形状、呼吸运动和时间等，逐步调整从而实现准确的放射治疗。

就ART的实现方式而言。大致可以分为摆位修正、离线ART、实时ART和DGRT。简言之，摆位修正是指在每个分次治疗过程中，摆位后采集患者的二维或三维图像信息反馈给临床医生，通过与参考图像比较，确定摆位误差和射野位置误差，并予以校正，然后实施照射治疗。离线ART是指根据最初的数次或当前的反馈信号，修改治疗计划，并按照修改后的治疗计划实施后续分次计划。实时ART是指根据当前分次的反馈信号，修改治疗计划，并按照修改后的治疗计划实施当前分次治疗。DGRT是指通过剂量校验工具检测实际照射剂量和计划剂量之间是否存在误差，如果误差较大，应考虑修改计划。

3 螺旋断层放疗系统

螺旋断层放疗机一开始就被视为调强治疗。加上它本身是CT机，因而也被认为是IGRT机。另外，它不仅能在治疗前产生传统的CT影像，并且可根据该影像快速计算出当天患者的所受剂量，如有必要可依据肿瘤和解剖的变化重新计算优化计划，产生自适应后的新计划来完成剩余的分次照射，从而保证原始计划和目标能在整个治疗过程中准确无误地得以完成DGRT，并从真正意义上实现了剂量引导下的ART，它代表着以最大限度杀灭肿瘤细胞和最大程度保护正常组织为目标的精确放疗设备发展的一个方向。螺旋断层放疗系统是在传统CT机X线球管的位置换成了一个可以产生双能6兆伏X射线的小型加速器，此加速器可以像传统CT 一样扫描患者，也可用调强后的射线来治疗癌症患者，其治疗过程相当于逆向CT重建，可产生精确的、按照肿瘤形状分布的理想剂量分布。螺旋断层放疗系统在IGRT、IMRT、DGRT等方面的先进性体现在以下方面：

3.1 IGRT动能可实现低剂量的螺旋扇形束兆伏(MV)级CT图像引导，实现治疗前的精确摆位。

3.2 功能可实现在三维空间上剂量的高度适形能力。

3.2 DGRT功能可实现真正的实时剂量验证功能以及依据实时剂量重建结果计算患者累积的受照剂量分布，指导放疗医生和物理师进一步高质量地完成后续放疗计划。在系统效率、运动校正方面还有迸一步的发展空间。无论是治疗小的区域如立体定向放射治疗，还是治疗大的区域如全骨髓照射，都可以保护无关组织。图像引导的ART可减少器官运动及摆位误差对治疗的影响。减少计划靶区的边界，从而提高照射剂量，提高肿瘤局控率。ART在国内外已应用于肺癌、前列腺癌、头颈部癌等肿瘤。Chilezan等用锥形柬CT校正前列腺癌患者摆位，使临床靶区CIV到计划靶区PTV的安全边界平均减少1rnm，靶区均一等效剂量提高了2.1%。Burridge等将ART用于膀胱癌的治疗，结果显示小肠的照射体积较少，部分间距可安全地由15mm减至l0mm。ART同样可根据实际照射剂量调整后续剂量。Reh-binder等发现，在IMRT过程中根据ART图像调整一次计划，可使PIV的边界缩小。

4 结语

逆推自适应滑模励磁控制器设计 篇12

关键词：半严格反馈,不确定参数,逆推,自适应,发电机励磁,滑模控制

0 引言

发电机的非线性励磁控制器设计方法主要有微分几何方法[1]、逆系统方法[2]和直接反馈线性化等的精确反馈线性化与最优控制、变结构控制[3,4,5]相结合的控制方法,这类控制方法主要通过控制器来抵消或补偿电力系统自身的非线性特性,从而保证受控电力系统的稳定性和消除系统的混沌振荡。然而设计这类非线性控制器要求系统的模型必须是精确的。

逆推设计方法是一种系统的非线性系统控制设计方法,它用于严格反馈或严格参数反馈的非线性系统。它把李亚普诺夫(Lyapunov)函数的选择与反馈控制的设计交织在一起,同时该方法与自适应机制有机结合所设计的控制器可以保证受扰参数不确定非线性系统的渐近稳定性。该方法已经广泛用于参数不确定电力系统的控制[6,7]以及一些非线性系统的控制中[8,9,10]。

滑模变结构控制理论在电力系统中得到了广泛应用,这主要由于滑模动态可以自行设计,与对象参数及扰动无关,就使得这种控制方法具有响应速度快、对参数变化和扰动不灵敏、实现简单等优点。但是,目前所采用的设计方法通常是将非线性电力系统通过反馈线性化,然后利用极点配置法进行控制器设计[3,4],或与H∞控制相结合设计励磁控制器[5],但其对不确定参数的鲁棒性较差。

逆推设计方法与滑模控制相结合而构成的逆推滑模控制将会使控制系统具有更好的动态性能以及鲁棒性[11,12,13,14,15]。

为充分利用构造非线性控制系统Lyapunov函数的逆推设计方法与滑模控制的优点,得到逆推自适应滑模控制器设计的一般方法,本文首先对于一类具有不确定性的半严格反馈形式的非线性系统,将构造Lyapunov函数的逆推设计方法和自适应机制以及滑模变结构控制有机结合,获得了一种保证该类系统全局渐近稳定的自适应滑模控制律以及自适应增益控制律。而含励磁控制器的单机无穷大系统的直接反馈线性化模型具有半严格反馈形式,利用对该类系统的设计结果,获得了自适应滑模励磁控制律,进而保证了电力系统全局渐近稳定。仿真表明该控制器可以稳定受扰的电力系统。

1 非线性系统的逆推滑模自适应控制器设计

如式(1)所示的3阶半严格反馈形式(semi-stric feedback form)的非线性系统:

其中,x=[x1x2x3]T是系统的状态,f(x)、g(x)是非线性函数,u是控制量,φ(x)为充分光滑的已知函数,θ为不确定参数。

1.1 逆推设计过程

这是一个三阶系统,其自适应逆推控制器的设计需要3步,在第i步,中间稳定项αi要通过选择合适的Lyapunov函数Vi(t)来确定,在最后1步中根据V觶3(t)来确定其滑模控制及参数估计算法。

第1步选择z1=x1,z2=x2-α1,则

其中,α1为稳定项,运用α1作为控制量使得如式(2)所定义的z1—子系统稳定。

定义Lyapunov函数:

则

令α1=-c1x1=-c1z1,c1>0,则

第2步令z3=x3-α2,则

定义Lyapunov函数:

则

取c1=1,α2=-c2z2,则

取c2>1,不失一般性,取c2=2,则

第3步为了得到自适应滑模控制器,在逆推设计的最后一步中,定义以误差表示、如式(9)所示的滑模面。

其中,k1>0,k2>0。

定义Lyapunov函数:

则

采用指数趋近律

其中,h>0,β>0,这是一种既简单又具有良好品质的趋近律。适当选择正数h与β的值,可以使过程品质好,趋近快而且抖振小[3]。

由此,可得自适应滑模控制律为

其中,θ赞是参数θ的估计值,利用式(13)所示的自适应增益控制器对参数θ进行实时估计,r>0,为自适应增益系数。

由此

取

由于

其中,zT=[z1z2z3]。

因此

通过选取合适的h、k1和k2值,可使Q>0,从而保证Q为正定矩阵,则

可见,受控系统在受扰后可以获得全局渐近稳定。

1.2 设计过程小结

a.由以上结合自适应参数估计及滑模控制的3阶半严格反馈非线性系统逆推设计过程可知,选择了如下的坐标变换:

及σ=(k1+k2+2)x1+(k2+2)x2+x3的滑模面,在式(12)所示的控制规律作用下,选取合适的h、k1和k2值,式(1)所示的非线性系统在受扰后可以获得全局渐近稳定。

b.对于n阶半严格反馈形式的非线性系统,前面n-1步逆推设计过程中,不涉及滑模面的确定,其与一般逆推控制相同,只在最后一步中才涉及滑模面以及定义相应的Lyapunov函数,从而确定出使系统渐近稳定的滑模控制器。因此,该设计过程和方法可以推广到形如式(1)所示的n阶半严格反馈形式的非线性系统。

c.由于电力系统多为仿射非线性系统,其可以通过精确反馈线性化或直接反馈线性化转化为具有式(1)所示的半严格反馈形式,因此,该设计方法可以应用于电力系统稳定控制。

2 逆推滑模励磁控制器设计

2.1 半严格反馈形式的电力系统模型

研究如图1所示的单机无穷大系统,具有励磁控制的单机无穷大输电系统的模型[1]为

其中,δ为发电机转子角;ω为发电机转子角速度,ωN=2πfN为发电机的额定角速度;D为阻尼系数;τ为发电机惯性时间常数;τd 0为d轴绕组开路暂态时间常数;τd′为定子闭路时励磁绕组的时间常数;Pm为发电机机械功率;Us为无穷大母线电压;xd、xd′分别为发电机d轴同步电抗和暂态电抗,为暂态电势;u为所设计的励磁控制器控制量。

令

其中,δ0为发电机初始角度。

于是,对式(17)进行直接反馈线性化或精确反馈线性化,就得到了如式(1)所示的半严格反馈形式的非线性系统。在式(1)中将下列相关函数及参数代入就得到了含励磁控制器的单机无穷大系统的半严格反馈非线性系统模型。

难以精确测量,所以θ为不精确参数。

2.2 励磁控制器设计

对式(12)和式(13),代入上述的相关函数和参数,得到所设计的滑模励磁控制器及参数估计律分别为

3 仿真分析

为与文献[6]所得到的结果相比较,选用与文献[6]相同的系统结构与参数。仿真所用系统的结构如图1所示,参数分别为:τ=16 s;D=3 p.u.;xd=2.5 p.u.;xq=2.5 p.u.;xd′=0.25 p.u.;xT=0.1 p.u.;δ0=20°;正常情况下发电机端电压U=1.2405 p.u.;xL=0.3 p.u.;τd0=12 s。

考虑以下2种情况下系统的响应:

情况1 t=0.5 s时,Δω/ωN=0.8%,此时代表系统受小干扰后发电机转速偏离同步转速后恢复;

情况2 t=0.5 s时,在某条线路的始端发生三相短路,t=0.64 s时切除故障线路。

其仿真结果见图2和图3,虚线为利用自适应逆推方法设计励磁控制器的系统响应;实线为自适应逆推滑模励磁控制器的系统响应,在仿真过程中,考虑了系统阻尼系数不精确带来的影响。由图2可见,受到小扰动的电力系统在自适应逆推滑模励磁控制器的作用下,很快就回到了初始状态,能保证电力系统的静态稳定,且能较好地维持机端电压;由图3可见,系统在发生短路后,在该控制器的作用下可以很快回到稳定状态,保证电力系统的暂态稳定,并能维持机端电压,2种情况下自适应逆推滑模励磁控制器的效果都比自适应逆推励磁控制器的效果好。

4 结论

对于一类具有不确定性的半严格反馈形式的非线性系统,将构造Lyapunov函数的逆推设计方法和自适应机制以及滑模变结构控制有机结合,能够获得一种保证该类系统全局渐近稳定的自适应滑模控制律以及自适应增益控制律。从设计过程看,该逆推自适应滑模控制器的设计方法可以推广到任意阶具有不确定参数的半严格反馈非线性系统。利用这类非线性系统的设计结果,能够很方便地得到自适应逆推滑模励磁控制器,该励磁控制器能够考虑电力系统参数的不确定性,使得在系统参数不精确的情况下控制器有着良好的控制效果。该控制器可以保证电力系统在Lyapunov函数意义下渐近稳定,其既有自适应能力,又具有滑模控制鲁棒性的优点。其设计过程简单,又由于电力系统可以通过各种反馈线性化的方法转换为半严格反馈形式的非线性系统,因此,这种自适应逆推滑模控制器的设计方法在电力系统稳定控制中会有很多应用,如FACTS稳定控制器的设计。