模拟负载

模拟负载（共9篇）

模拟负载 篇1

1 引言

航天产品测试时, 需要模拟实际工作环境为其施加负载力, 用以考核产品的各项性能指标是否符合设计、使用要求。负载模拟器有很多种, 按加载元件的不同, 分为电液式负载模拟台、电动式负载模拟台、机械式负载模拟器等型式。电液式负载模拟台工作频带高、输出能力强, 但结构较为复杂, 维护费用也较高。电动式负载模拟台具有小信号跟踪能力强、加载分辨率高的特点, 一般适合小载荷工作。机械式负载模拟器结构简单、成本低, 虽然不能跟踪气动载荷, 但它能够提供一定的阻力或阻力矩, 在小回路仿真试验环境中应用仍较为广泛[1,2]。

机械式负载模拟器一般通过弹性元件变形产生的弹性力来模拟工作负载, 此时弹性元件需在弹性变形范围内工作, 且弹性元件疲劳特性要求很高。弹性元件常采用板式弹簧、扭簧、扭杆等型式。根据弹性系数是否可改变, 又分为定刚度和变刚度负载模拟器[3]。

机械式负载模拟器虽然结构简单, 但目前国内研制和使用的机械式负载模拟器在开展航天产品的环境试验时, 存在可靠性差、测试时间常数偏大及双向不对称等问题, 与国外产品有一定差距。

2 负载模拟器的结构

一种机械式负载模拟器 (简称负载模拟器) 用于某型航天产品力矩模拟与测试, 其结构如图1所示。扭杆1共16根, 扭杆为产生扭矩负载的弹性元件;固定架2用于负载模拟器的接地;航天产品通过中心接头3来传递扭矩;铰接头4用于将扭杆串行联接, 并最终与固定架、中心接头并行联接。负载模拟器制造时, 通过压力机将扭杆头部压入各接头连接孔中, 其联接为过盈配合, 平均过盈量约为0.05mm。

1.扭杆2.固定架3.中心接头4.铰接头

研制负载模拟器的难点集中在两个方面, 一是扭杆材料, 材料性能直接影响工作可靠性;二是扭杆两端头部与中心接头、铰接头连接方式, 其工艺性非常关键。国外设计、制造的负载模拟器扭杆与铰接头等的连接主要采用圆柱面过盈压入法, 其工作性能非常可靠。国内研制的负载模拟器, 扭杆与铰接头连接常采用圆柱面过盈连接、异型面结合两种形式, 其中圆柱面过盈连接方式对于负载模拟器的装配工艺要求较高。

3 扭杆的设计[4]

3.1 扭杆的刚度

对于各向同性材料, 在弹性变形工作范围内, 等截面圆形扭杆刚度用kl来表示, 单位为N·m/ (°) 。扭杆纯扭转时, 刚度

式中, T为传递扭矩, G为材料的切变模量, Ip为圆形截面的极惯性矩, l为扭杆有效工作长度。

利用式 (1) 计算得到负载模拟器中单根扭杆刚度kl=10.35N·m/ (°) 。由式 (1) 可知, 扭杆的刚度与切变模量、极惯性矩 (扭杆直径) 、有效工作长度有关;钢材切变模量基本相同, 采用优质钢材并不能提高扭杆扭转刚度。

3.2 扭杆的连接

扭杆与铰接头连接多采用圆柱面过盈方式, 设计负载模拟器时, 应计算两者所需结合长度、结合直径、传递力矩所需过盈量等。

对于文献[4], 当传递扭矩为T时, 所需的最小结合压强

式中, lf为结合长度, df为结合直径, μ为摩擦系数。

而包容件 (即铰接头等) 不产生塑性变形所允许的最大结合压强

式中, a为系数, 取a=0.5;σs为屈服强度。

若所设计的负载模拟器的扭杆传递最大扭矩400N·m, 扭杆与铰接头、固定架结合后不发生相对转动, 计算可得pfmin=360.3MPa, 而pfmax>500MPa, pfmin

采用温差法或压入法装配时, 两者要求的最小过盈量不同。若采用温差法装配, 计算所需最小过盈量δmin=0.047mm。采用压入法装配, 结合面加工精度应尽可能高, 计算可得最小过盈量δmin=0.0496mm, 所需压入力Pxi=20244N。

4 负载模拟器静力学分析

根据某型航天产品测试要求, 设计的负载模拟器主参数包含扭转刚度、最大扭转角、响应时间常数等。

负载模拟器在产品测试时, 各扭杆变形比较复杂, 各扭杆变形通过经典公式计算很难开展。本文通过有限元法计算得到负载模拟器的强度和刚度, 并对其循环寿命进行了估算。

4.1 静强度与刚度分析

利用Solid Works软件的Simulation模块, 将扭杆过盈压入铰接头、固定架孔中, 扭杆与铰接头、中心接头、固定架设置面接触组, 摩擦系数取0.15, 自适应划分网格。在有限元计算时, 为节省内存, 提高运算速度, 负载模拟器上安装1/4数量的扭杆与铰接头, 模拟器固定方式与实际工作方式一致。

在中心接头处施加20°扭转角, 按小型位移分析计算, 得到图2所示角载荷应力云图。在中心接头处施加100N·m扭矩, 经过计算, 得到图3所示扭矩载荷应力云图。

在负载模拟器中, 各个扭杆变形形式不同、变形程度不一, 产生的应力相差很大。在扭杆与中心接头相连处, 最大应力约为1000MPa, 安全系数仅为1.3~1.5;而在扭杆与固定架连接处, 最大应力约为710MPa, 安全系数约为1.8~2.0。测试过程中, 负载模拟器扭杆的破坏几乎都发生在与中心接头相连的扭杆头部附近, 计算结果也显示该处安全系数最低。

负载模拟器工作时, 中心接头绕着固定架中心孔同轴心转动, 固定架限制两侧扭杆的运动, 各扭杆之间相互连接、相互影响。在固定架中心, 中心接头的扭转直接带动扭杆发生弯曲、扭转变形, 其变形最大, 受力也最大。计算应力云图显示, 扭杆应力沿轴向分布不均匀, 接近头部 (根部) 处产生的应力较大, 这主要是叠加了弯曲变形产生复合弯扭所致, 即扭杆横截面不但有切应力, 还应分布有正应力。

在专用刚度测试仪上, 对扭杆连接采用圆柱面过盈、异型面 (近似椭圆) 接合两种方式的国产负载模拟器进行静刚度测试。通过对负载模拟器施加一定扭矩, 利用力矩传感器[5]读取扭矩值, 再计量转角变化, 计算得第一种负载模拟器实际静刚度约为19~20N·m/ (°) , 与有限元计算结果基本相符, 验证了有限元计算的正确性;而第二种负载模拟器实际静刚度约为17~18N·m/ (°) 。经分析, 第二种负载模拟器静刚度较低的原因, 为异型面—即椭圆型“孔、轴”的加工及配合使两者之间难以产生合适的过盈量, 不能在传递扭矩时像圆柱面过盈法结合可靠, 异型面之间仍有微量的相对转动, 降低了整体负载模拟器的静刚度。因此, 负载模拟器应尽可能采用圆柱面过盈结合方式连接。

4.2 疲劳寿命估算

负载模拟器在环境试验中, 失效形式主要为中心接头处扭杆根部断裂、扭杆与铰接头之间相对转动等问题, 导致测试失败或出现测试数据中响应时间加长及负载力不对称等, 可能造成对测试产品性能的误判。

通过对负载模拟器的受力分析可知, 扭杆在低于其屈服极限循环应力下工作, 失效形式为高周疲劳失效。利用有限元软件, 计算最大扭转角20°时的负载模拟器疲劳寿命如图4所示。

由图4可知, 越接近中心接头的扭杆, 寿命越低, 最低理论循环寿命为5×104次。负载模拟器的扭杆发生断裂失效, 表现在与中心接头连接的扭杆断裂概率很高, 固定架边缘处扭杆不易失效。

产品的高温试验, 因瞬间温度梯度很低, 温度冲击较小, 而低温下的疲劳强度一般随温度的降低而有所升高, 但结构钢易在低温下因微小裂纹发生快速脆断[4], 因此, 低温环境试验对负载模拟器的失效不能忽略。产品实际测试时, 因材料低温脆性的影响, 负载模拟器工作循环次数远低于理论最低循环次数, 实际寿命仅约为理论值的25%~50%。

5 结论

扭转刚度、最大扭转角、响应时间常数等常作为评价机械式负载模拟器性能的主要参数, 负载模拟器的静刚度、寿命可通过有限元法来设计及估算。负载模拟器的选材、制造工艺水平, 尤其是扭杆与各元件之间的可靠连接, 是研制该型负载模拟器的关键因素, 而如何提高国内该类负载模拟器工作的可靠性, 还需要进一步地试验与研究。

摘要：负载模拟器通过弹性元件变形产生的弹性力来模拟工作负载, 弹性元件需在弹性变形范围内工作, 且弹性元件疲劳特性要求很高。负载模拟器在测试时, 各扭杆发生变形比较复杂, 不是简单的弯曲或扭转变形。文中利用有限元法, 计算得到某型负载模拟器的刚度及疲劳寿命, 指出此类模拟器的设计与制造要点。

关键词：负载模拟器,扭杆,有限元,刚度,疲劳寿命

参考文献

[1]朱伟.电动负载模拟器控制方法研究[D].西安:西北工业大学, 2005.

[2]王巍, 李雄峰.机械式反操作负载模拟器优化设计与仿真[J].北京航空航天大学学报, 2011 (2) :161-166.

[3]符文星, 等.弹簧杆刚度对电动负载模拟器的性能影响研究[J].弹箭与制导学报, 2009 (4) :286-288.

[4]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社, 2004.

[5]苏东海, 耿心一, 谢群.高精度电液负载仿真台的设计[J].机械设计与制造, 2003 (6) :71-72.

模拟负载 篇2

如果只有一台服务器时,这个服务器挂了,那么对于网站来说是个灾难.因此，这时候的负载均衡就会大显身手了,它会自动剔除挂掉的服务器.

下面简单的介绍下我使用Nginx做负载的体会

下载---安装Nginx这些不介绍了,前篇有介绍.

windows和Linux下配置Nginx负载的写法一样,故不分开介绍.

Nginx负载均衡一些基础知识:

nginx 的 upstream目前支持 4 种方式的分配

1)、轮询（默认）

每个请求按时间顺序逐一分配到不同的后端服务器，如果后端服务器down掉，能自动剔除。

2)、weight

指定轮询几率，weight和访问比率成正比，用于后端服务器性能不均的情况。

2)、ip_hash

每个请求按访问ip的hash结果分配，这样每个访客固定访问一个后端服务器，可以解决session的问题。

3)、fair（第三方）

按后端服务器的响应时间来分配请求，响应时间短的优先分配。

4)、url_hash（第三方）

配置：

在http节点里添加:

#定义负载均衡设备的 Ip及设备状态

upstream myServer {

server 127.0.0.1:9090 down;

server 127.0.0.1:8080 weight=2;

server 127.0.0.1:6060;

server 127.0.0.1:7070 backup;

}

在需要使用负载的Server节点下添加

proxy_pass myServer;

upstream 每个设备的状态:

down 表示单前的server暂时不参与负载

weight 默认为1.weight越大，负载的权重就越大。

max_fails ：允许请求失败的次数默认为1.当超过最大次数时，返回proxy_next_upstream 模块定义的错误

fail_timeout:max_fails 次失败后，暂停的时间。

backup： 其它所有的非backup机器down或者忙的时候，请求backup机器。所以这台机器压力会最轻。

Nginx还支持多组的负载均衡,可以配置多个upstream 来服务于不同的Server.

配置负载均衡比较简单,但是最关键的一个问题是怎么实现多台服务器之间session的共享

下面有几种方法(以下内容来源于网络,第四种方法没有实践.)

1) 不使用session，换作cookie

能把session改成cookie，就能避开session的一些弊端，在从前看的一本J2EE的书上，也指明在集群系统中不能用session，否则惹出祸端来就不好办，

 

电脑资料

如果系统不复杂，就优先考虑能否将session去掉，改动起来非常麻烦的话，再用下面的办法。

2) 应用服务器自行实现共享

asp.net 可以用数据库或memcached来保存session，从而在asp.net本身建立了一个session集群，用这样的方式可以令 session保证稳定，即使某个节点有故障，session也不会丢失，适用于较为严格但请求量不高的场合。但是它的效率是不会很高的，不适用于对效率 要求高的场合。

以上两个办法都跟nginx没什么关系，下面来说说用nginx该如何处理：

3) ip_hash

nginx中的ip_hash技术能够将某个ip的请求定向到同一台后端，这样一来这个ip下的某个客户端和某个后端就能建立起稳固的session，ip_hash是在upstream配置中定义的：

upstream backend {

server 127.0.0.1:8080 ;

server 127.0.0.1:9090 ;

ip_hash;

}

ip_hash是容易理解的，但是因为仅仅能用ip这个因子来分配后端，因此ip_hash是有缺陷的，不能在一些情况下使用：

1/ nginx不是最前端的服务器。ip_hash要求nginx一定是最前端的服务器，否则nginx得不到正确ip，就不能根据ip作hash。譬如使用的是squid为最前端，那么nginx取ip时只能得到squid的服务器ip地址，用这个地址来作分流是肯定错乱的。

2/ nginx的后端还有其它方式的负载均衡。假如nginx后端又有其它负载均衡，将请求又通过另外的方式分流了，那么某个客户端的请求肯定不能定位到同一台session应用服务器上。这么算起来，nginx后端只能直接指向应用服务器，或者再搭一个squid，然后指向应用服务器。最好的办法是用 location作一次分流，将需要session的部分请求通过ip_hash分流，剩下的走其它后端去。

4) upstream_hash

为了解决ip_hash的一些问题，可以使用upstream_hash这个第三方模块，这个模块多数情况下是用作url_hash的，但是并不妨碍将它用来做session共享：

假如前端是squid，他会将ip加入x_forwarded_for这个http_header里，用upstream_hash可以用这个头做因子，将请求定向到指定的后端：

可见这篇文档：www.sudone.com/nginx/nginx_url_hash.html

在文档中是使用$request_uri做因子，稍微改一下：

hash  $http_x_forwarded_for;

这样就改成了利用x_forwarded_for这个头作因子，在nginx新版本中可支持读取cookie值，所以也可以改成：

hash  $cookie_jsessionid;

假如在php中配置的session为无cookie方式，配合nginx自己的一个userid_module模块就可以用nginx自发一个cookie，可参见userid模块的英文文档：

wiki.nginx.org/NginxHttpUserIdModule

另可用姚伟斌编写的模块upstream_jvm_route：code.google.com/p/nginx-upstream-jvm-route/

原文地址：my.oschina.net/u/574366/blog/157784

模拟负载 篇3

1 钻机实际工作原理

以液压钻机为例,如图1所示,液压马达驱动回转器输出转矩,回转器在给进油缸的带动下,沿导向器运行,输出给进力。回转器和给进油缸同步运行,实现钻进作业[2]。给进机构给进至极限位置后,夹持器夹紧钻杆,回转器卡盘松开钻杆,给进机构带动回转器后退到极限位置后,再次夹紧钻杆,重复钻进作业。

1—机架及导向器;2—后置水辫;3—回转器; 4—给进油缸;5—钻杆;6—夹持器;7—钻头。

随着钻孔深度的增加,钻机的负载将逐渐增大,设想钻机在稳定地质条件下连续钻进工作,其实际负载曲线如图2所示。

2 实况模拟加载测试

2.1 加载测试方案

实况模拟加载测试方案如图3所示,钻机输出转矩和给进力作用在传动轴上。给进力传递至测力机构,测力机构测试钻机输出给进力,通过给进加载油缸调节给进载荷。测力机构同时将钻机输出转矩传递至转矩转速传感器,用其测量钻机输出转矩和转速。

P—钻机负载;t—作业时间;Δta—钻进时段;Δtb—连接钻杆时段。

1—传动轴;2—传扭型测力机构;3—转矩转速传感器; 4—给进加载油缸;5—联轴器;6—回转加载马达。

2.2 传扭型测力机构的设计

由于称重传感器只能承受轴向拉压力而不能承受扭力,因此为了使称重传感器在测试过程中不受扭力的破坏,保证测试精度,设计传扭型测力机构,用于测试钻机输出给进力,并传递转矩至转矩传感器。传扭型测力机构的结构如图4所示。传动轴法兰与钻机连接,联轴套与转矩转速传感器连接。

1—传动轴;2—前端盖;3—圆周定位器;4—基座;5—联轴套;6—预紧螺母;7—环形称重传感器;8—球面滚子推力轴承。

2.3 加载系统

采用全液压加载系统,通过调节图3中的回转加载马达和给进加载油缸的工作压力实现对钻机载荷的控制和调节。

2.4 位移反馈控制装置

位移反馈控制装置的作用在于自动控制钻机给进机构运行方向,使给进机构在有限的行程内往复运动,实现钻机连续运行测试。控制装置由行程开关、逻辑电路和电磁换向阀组成,如图5所示。其电磁换向阀控制钻机给进机构油路,行程开关K1、K2分别安装于钻机给进机构给进和起拔极限位置,当给进机构至极限位置时,触动行程开关K1、K2,从而使电磁换向阀自动换向。

K1、K2—行程开关;KA—中间继电器;KA1、KA2—中间继电器常开触点;KI—电磁换向阀。

3 加载方法和测试结果

3.1 加载测试方法

1)将位移反馈控制装置中的电磁换向阀安装在钻机给进机构工作油路上。操作钻机给进机构对应手柄,使钻机给进或起拔至极限位置,在对应的极限位置安装好位移反馈控制装置的行程开关。

2)使钻机回转器连续运转,将给进机构对应的操作手柄置于前进位。

3)逐渐对钻机回转器实施加载,调节钻机输出转矩,同时,在钻机给进机构的给进过程中对其实施加载。

4)在钻机给进机构的给进过程中,同时记录钻机输出转矩、输出转速、给进力、给进速度。

3.2 加载控制曲线

实际测试过程中,测试机构同步模拟转矩和给进力载荷,对钻机进行加载测试,模拟负载控制曲线(见图6)接近钻机实际工作负载曲线。

Pm—模拟负载;t—时间;M—转矩载荷;F—给进力载荷;Δtc—数据采集时段;Δtd—负载调节过渡时段;Δte—给进机构起拔动作时段。

3.3 实验结果

3.3.1 测试数据

以ZYW-1900R型全液压钻机为样机进行测试,其结果见表1。

3.3.2 数据分析

在同等给进工作压力下,钻机的输出给进力随着输出转矩增大而降低。这是因为,回转器输出转矩的反作用力作用在导向器上,输出转矩增大导致摩擦副正压力升高,在摩擦系数不变的情况下,导向器摩擦阻力增大,从而使钻机输出给进力降低。在钻机实际工作中,由于各种原因,钻机导向器表面受到损伤,导致导向器运动副摩擦系数升高,进一步加剧了输出给进力的损失。

4 结语

1)依据实况模拟测试技术建立的加载测试系统,可针对钻机回转器和给进机构同时加载,同步测试钻机的输出转矩和给进力。

2)传扭型测力机构可保障称重传感器不被钻机输出转矩破坏,并能准确测试输出给进力和有效传递输出转矩。位移反馈控制机构可控制钻机给进机构运行方向,使其自动往复运动,实现钻机连续运转测试。

3)实况模拟加载测试数据曲线近似于钻机实际工作负载曲线,测得的试验数据更加有利于分析钻机实际工作性能。钻机实况模拟测试技术的应用表明,我国煤矿钻机测试技术有了新的发展,为钻机在试验室的综合性能考查提供了一种更加完善的技术支撑。

参考文献

[1]煤炭行业煤矿专用设备标准化技术委员会.MT/T790—2006,煤矿坑道勘探用钻机[S].北京:煤炭工业出版社,2006.

[2]吕冰.ZYW-1900R松软突出煤层用全液压钻机的研制[J].矿业安全与环保,2009,36(5):15-17.

链路负载均衡的应用 篇4

多宿主网络能够提高企业业务的可靠性和性能，但这种结构也面临着特殊的问题和挑战。因为多条因特网链路提供的是完全不同的公网IP地址段来让企业接入因特网，而在同一个内部网络访问因特网时，通常只能选择一个唯一的“缺省网关”，也就是说一个网络通常只可以选择一条因特网链路。如果我们将内部网络分成多个子网段，让它们各自使用一条因特网链路;或者，出网流量走一条链路，进网流量走另一条链路，那我们就达不到让多条链路互相备份以提高链路可靠性的目的。而BGP协议既不是一般情况下能采用的，也不能很好的实现多条链路负载均衡，尤其是对于进网流量更缺乏解决方案。

负载均衡器对多重连接ISP的状态进行监测

Omnirange Plus负载均衡器会随时监控多条ISP连接链路的状态，并根据监控结果对本地DNS服务器中的地址记录进行动态更新。如果某一个ISP发生工作中断(无论其原因是进行维护，工作过于繁忙，或者设备离线)，那么负载均衡器将向域名服务器发送一条动态DNS更新信息，此域名服务器将删除服务已经中断的ISP所属范围之内的全部IP地址，并将之更新为可用最佳链路的IP地址。这样内向型数据包在达到目的DNS服务器时将始终可以最快速地获得可用的目的服务器的地址，而无需象之前那样在获得一个不可用的目的服务器地址后进行漫长的等待，因此可以大大减少访问的滞后时间，

如果一个曾经中断服务的ISP恢复了工作状态，那么属于该ISP的IP地址将在域名服务器中被重新激活。

群集配置的负载均衡交换机

当企业使用了一台OmniRange Plus系列产品时，已经可以解决多因特网链路的服务问题，但此时，作为因特网数据流的必经之路，单台OmniRange Plus也会成为单点故障所在。

Asce Networks充分考虑了用户需求，对OmniRange Plus进行了群集化(Cluster)设计：ClusterNG，企业可以随时将它的OmniRange Plus系统升级成为群集结构，ClusterNG群集中的OmniRange Plus设备最多可达16台，群集对内网/外网都是透明的。整个群集采用同一个虚拟IP地址，对用户而言是单一网关;群集中的所有设备工作于负载均衡状态，大大提高了整个OmniRange Plus系统的性能和可靠性。

群集的设置十分简单，只要将第一台OmniRange Plus的设置复制到所有其他节点，再进行极其简单的群集配置便可完成。群集中任何一台设备发生问题，都不会影响用户的因特网访问。当群集建立后，您可以随时加入一台设备，也可以随时取出一台设备进行升级维护，都不影响系统的正常工作，大大方便了系统维护。

浅析干变温升之模拟负载法 篇5

1) 解析原因:当试验电源不能满足试验要求时用电容补偿电流法来实现模拟负载法。

2) 试验原理:通过短路试验和空载试验的组合来确定的。

3) 试验目的:是验证变压器冷却能力, 能否将由总损耗所产生的热量散发出去, 达到热平衡时使变压器绕组 (平均) 高于冷却介质的温升不超过规定的限值, 同时还要通过红热扫描观测电路联结点、铁心及结构件、绕组等是否有局部过热。

4) 试验接线原理图:用干变最常采用的联结组别Dyn11为例, 采用三瓦特表接法。

5) 试验过程:在额定电压下连续进行的空载试验应一直持续到绕组和铁心的稳定状态, 然后测量各个线圈的温升△θe;立即进行短路试验, 此时一个线圈由开路变成短路, 另一个线圈输入额定电流, 直到绕组和铁心稳定为止, 然后测量各个线圈的温升△θC。 (试验顺序可以互换)

式中:△θC'——绕组总温升;△θC——短路试验下的绕组温升;

△θe——空载试验下的绕组温升;T——温度系数, 铜时为:235铝时为:225;

R1、R2、θ1、θ2—冷态电阻、热态电阻、冷电阻环温、热电阻环温;

k1—对于自冷式为0.8;对于风冷式为0.9。

备注:由于某种原因, 施加电流没有达到额定电流时折算:

式中:△θr、△θt-额定电流下、试验电流下的绕组温升;

Ir、It-额定电流、试验电流; (It>0.9Ir)

首先要测量冷态电阻并准确的记录冷态电阻值以及试验室温度 (此时变压器绕组温度应与试验室环境温度一致并较稳定) , 接线方式分别同空载试验和负载试验。负载状态下试验的电流应尽可能接近额定持续电流, 并不小于此值的90%, 电流应持续直到变压器任何部分每小时的温度上升少于1K。测量高压绕组和低压绕组热电阻并准确的记录绕组温度以及试验室温度, 记录数据并计算结果。

检验绕组的温升是否符合设计要求。

2 试验要求

2.1 温升试验分接位置的选择

1) 对分接范围在±5%以内, 且额定容量不超过2500k VA的变压器, 如无特殊要求, 温升试验选在主分接上进行。

2) 对分接范围超过±5%, 或额定容量大于2500k VA的变压器, 温升试验选在最大电流分接上进行。

2.2 海拔与温升限值的关系

变压器运行高度超过海拔1000米, 但试验场地是正常海拔, 温升限值应递减, 变压器运行高度低于海拔1000米, 但试验场地高于海拔1000米, 温升限值应递增, 海拔超过1000米每500米为一级, AN:2.5%AF:5%

2.3 温升稳定的判断方法

铁芯、绕组温升持续三小时且每小时不超过1K时, 变压器视为稳定。

2.4 对试验环境的要求

1) 被试品试验室温度变化尽量小, 不要放在空气流动性大的车间或试验室大门附近进行;

2) 要避免其它热源辐射的影响, 如干燥炉等;

3) 被试品周围一定距离内不要堆置影响散热的物品。

2.5 国家标准对温升限值的要求

备注:温升限值是变压器特性参数之一, 是工厂的保证值, 不允许有正偏差。

3 试验实例

温升计算实例:

3.1 技术参数

额定容量:8000k VA (SC10-8000/10.5)

额定电压: (10500±2×2.5%) /3150V

额定电流:439.9/1466.3A

额定频率:50Hz

冷却方式:AN/AF

相数:3

联结组标号:Yd11

绝缘水平:LI75AC35/LI40AC10

绝缘耐热等级:F

海拔高度:≤1000m

3.2 试验用主要设备

1) 工频发电机组:

电压:650V容量:250k VA电流:222A

2) 中间变压器:

容量:250k VA

电压:650/650;1200;1700;2100;2400V

电流:222/222;120.3;184.9;68.7;60.1A

3) 电容器:

容量:50kvar电压:1.2k V电容量:114μF

3.3 计算过程

以下计算过程篇幅所限仅以高压绕组为例, 低压绕组计算方法相同, 同时根据客户要求只是在额定分接上进行试验:

1) 试验状态:根据机组及中变技术参数可知电压电流均不能满足试验条件, 环境温度:14.0℃;冷态电阻:R1=0.06638Ω (对于三相变压器, 其电阻测量应在中间相与一个边相绕组的线端进行, 对于本产品而言R1即RBC)

2) 空载状态:

a.试验描述:找一容量足够常规产品, 只要大于试品空载容量即可, 例如:1000k VA/6-0.4k V, 代做中变II从低压侧与试品连接将电压升至额定电压:3.15k V, 可连接电压互感器测量或从变压器试验操控台用变压比直接折算加电升压至:210V即可。其间用温度巡检仪测试试品铁芯及试验室环境温度, 并定时记录巡检仪温度, 直至稳定 (变压器铁芯每小时的温度上升少于1K) 。

b.稳定状态:铁心温度:85.7℃环境温度:17.6℃

c.测量并用外推法 (现在大多数能测量温升用电阻仪均带有温升曲线软件) 画出热电阻曲线, 推导出热电阻:R2e=0.06910Ω

d.温升计算:

3) 负载状态:

a.加电前估算:

短路电压:10500×7.5%=787.5V

选择中变2分接:1200V/120.3A

补偿电流:47.4×7=331.8A

b.在完成空载状态、并测完热电阻后, 立即进行负载状态的试验, 利用21个电容器每3个角接后并联为7组, 而后加压进行负载状态的温升试验, 其间用温度巡检仪测量铁心、绕组及环境温度, 并用红外测温仪密切监视试验, 以防出现局部过热现象, 而没有觉查。

c.稳定状态:铁心温度:60.2℃试验室环境温度:14.6℃绕组最热点温度:105℃。

d.测量并用外推法画出热电阻曲线, 推导出热电阻:R2c=0.08900Ω。

e.温升计算:

4) 空负载温升折算:

5) 试验结论:86.7K<100K, 温升试验合格。

4 结语

“模拟负载法”现在越来越广泛的用于变压器制造厂家用于温升试验的首选方法, 其优点为相对于相互负载法不需要使用第二试品和相对试验电源容量要小, 该方法在GB6450-86中被视为“协议方法”而后在新修订的GB1094.11-2007中被视为了标准试验方法之一。本文通过我公司一台8000KVA干式变压器在电压、电流均不能满足要求的情况下, 通过增加中变提高电压和使用电容器来补偿无功功率 (补偿电流无功分量) 的方法而使试验顺利完成。

参考文献

模拟负载 篇6

为准确检验电气性能并降低能源消耗,大多数交流电能装置(交流稳压电源、交流UPS、交流电机驱动器等)在出厂时采用电力电子器件构成的交流电子负载模拟装置进行带载实验。目前单相交流电子负载模拟装置的研究已较为成熟并开始投入使用[1,2,3,4,5,6,7],而三相电子负载模拟装置的研究仅限于平衡电子负载[8,9],对不平衡电子负载的研究还很少。文献[10]介绍了一种三相不平衡电子负载模拟装置,但该装置的主电路拓扑为三相四线制,电压利用率低,由于指令电流与电网电压初始相位相关,电网的波动会引起负载的变化,因此该装置的抗干扰性能比较差。

本文在文献[10]的基础上对主电路拓扑及指令电流加以改进,给出了详细的控制方案及指令电流的计算方法,研究了一种三相抗干扰性不平衡电子负载模拟装置,该装置抗干扰性强,可以模拟三相不平衡电子负载特性,同时能实现能量的双向流动。

1 主电路的拓扑结构

PWM变流器能够实现网侧电流为正弦波、网侧功率因数可调、电能双向传输和较快的动态控制响应等传统整流器较难实现的功能[11]。因此本文所研制的电子负载模拟装置的主电路采用2个相同的PWM整流器背靠背并联而成,如图1所示。主电路为三相三线制结构,主要分为2个部分:一是电压控制的PWM整流器,将电网电压整流后得到所需的直流电压;二是功率控制的PWM逆变器,将直流电压逆变得到电网电压,并且输出功率能够跟随给定功率。直流中间环节采用电容滤波,逆变输出采用电感滤波。其中,Udc为直流侧电压,U*dc为直流侧指令电压,P、Q为三相功率,U为相电压有效值,θ为初始相位差,Pn*、Qn*分别为三相指令有功功率和无功功率,n=a,b,c。

2 主电路的控制方案

三相不平衡电子负载模拟装置采用双PWM变流器结构[12,13]。以电压为控制目标的PWM整流器采用电流内环和电压外环的dq前馈解耦双闭环控制,如图2所示。其中,电流内环实现网侧单位功率因数,整流输入电流正弦化;电压外环实现整流输出电压恒定,纹波系数小。如图3所示,以功率为控制目标的PWM逆变器采用基于双dq变换的前馈解耦控制策略,将检测到的负载特性信号运用对称分量法分为三相对称的正序、负序以及零序分量,然后采用双dq变换分别对其进行控制[14,15,16]。通过控制逆变器输出电流的相位、幅值来控制输出功率,从而模拟不平衡电子负载特性并实现负载和供电系统之间能量的双向流动。图中,id、ud、iq、uq为同步旋转坐标下d轴、q轴电流和电压,φ为功率因数角。

3 指令电流的计算

本文以三相电路瞬时无功功率理论为基础,利用单相电路谐波和无功电流实时检测的方法,推导出指令电流的计算方法,使输出功率完全不受电网电压的初始相位的箝制[17]。

在对称三相三线制电路中,各相的电压、电流波形相同,相位各相差120°,若能根据单相电路的电压、电流构造一个类似的三相系统,即可使用三相电路瞬时无功功率理论。从这一基本构想出发,对单相电路的电流进行分解。设us、is分别为单相电路电压和电流瞬时值,由us、is构造三相系统,并设ua、ub、uc和ia、ib、ic分别为所构造的三相电压、电流瞬时值。根据三相/两相坐标转换可将此三相电压、电流变换至αβ坐标系,求出两相瞬时电压uα、uβ。

由三相电路瞬时无功功率理论可知,该三相系统的瞬时有功功率和瞬时无功功率分别为p、q,如式(2)和式(3)所示。

有功功率和无功功率的直流分量的表达式为

将单相电路电流is分解为单相电路瞬时有功电流isp、单相电路瞬时无功电流isq。

依此类推,将三相系统的a、b、c各相分别以a相为当前相,然后再构造b、c相,如上描述是以a相作为构造三相系统的a、b、c的首相;同理,也可以b、c相作为构造三相系统的首相。经过变换,按照式(8)计算出各个单相电流的指令值。由式(8)知,指令电流完全不受电网电压相位的箝制,此计算方法消除了电网电压的初始相位对指令电流的影响。

4 仿真结果

根据主电路的结构控制框图,搭建仿真模型,参数如下:三相对称电源相电压220 V,交流侧电感8 mH,直流侧电容500μF,电网频率50 Hz,额定输出功率6 kW,额定输出电压700 V,线路阻抗0.05Ω,开关频率10 kHz。

4.1 三相不平衡电子负载

给定功率不平衡:Pa*=1 000 W,Qa*=-1 000 var,Pb*=1 200 W,Qb*=900 var。该装置主电路在三相三线制下,负荷电流无论怎么变化,三相电流都满足KCL电流回路ia+ib+ic=0,只要选择合适的指令功率,使得指令电流满足ia*+ib*+ic*=0,即可实现对三相不平衡电子负载特性模拟。

由图4可知:当a、b相给定功率不平衡即给定有功功率和无功功率各相都不平衡时,各相输出功率总是能够跟随给定功率的变化而变化。c相有功功率和无功功率也能稳定在某一值,且满足ia+ib+ic=0及ia*+ib*+ic*=0。负载呈不平衡电子负载特性。

4.2 能量的双向流动

给定功率不平衡,令Pa*=1000 W,Qa*=-1 000 var;Pb*=1 200 W,Qb*=900 var。在t=0.06 s时,a相无功功率变为Qa*=500 var,a相输出功率如图5(a)所示;在t=0.10 s时,b相有功功率变为P b*=-600 W,b相输出功率如图5(b)所示。

由图5可知:当指令功率任意变动时,实际输出功率跟随指令功率的变化而变化,实现能量的双向流动。

4.3 电子负载的抗干扰性

给定功率不平衡,Pa*=1000 W,Qa*=-1 000 var;Pb*=1200 W,Qb*=900 var。以a相为例进行说明。

电网电压幅值突高:在t=0.06 s电网电压有效值U0=220 V提高10%变为U1=242 V,在t=0.14 s时刻电网电压又变为U0=220 V,系统a相功率如图6(a)所示。电网电压幅值突低:在t=0.06 s电网电压有效值U0=220 V降低20%变为U1=176 V,在t=0.14 s时刻电网电压又变为U0=220 V,系统a相功率如图6(b)所示。

电网电压相位突低:在t=0.06 s,a相初始相位由θ0=90°变为θ1=20°;在t=0.14 s,相位由θ1=20°恢复到θ0=90°。a相电流、电压和功率波形如图7(a)、(b)所示。电网电压相位突高:在t=0.06 s,a相初始相位由θ0=90°变为θ1=110°;当t=0.14 s,相位由θ1=110°恢复到θ0=90°。a相电流、电压和功率波形如图7(c)、(d)所示。

由图6可知,当电网电压幅值降低或者升高时,电子负载模拟装置的功率输出值不受其影响,完全跟随给定功率值。由图7可知,当电网电压相位发生突变即电网电压相位升高或电网电压相位降低时,该负载的输出电流与输出功率经过一段有波动的过渡过程之后能够跟踪指令电流值与指令功率的变化而变化。仿真波形验证了本文所设计的系统能够消除电网扰动所带来的干扰,该电子负载模拟装置具有较强的抗干扰作用。

5 结论

本文设计了一种三相抗干扰性不平衡电子负载模拟装置,该装置能够模拟不平衡的三相电子负载特性,抗干扰性能好,同时能实现能量的双向流动。通过软件仿真验证了该设计方案的可行性,该设计方法具有普遍性,可以得到推广。

摘要：设计了一种三相不平衡电子负载模拟装置。该装置采用AC/DC/AC双PWM变流器为主电路结构,通过有功功率和无功功率的解耦控制来模拟三相不平衡电子负载特性,同时能实现能量的双向流动。提出以三相电路瞬时无功功率理论为基础的单相电路谐波和无功电流实时检测方法来推导指令电流,使指令电流不受电网电压初始相位的影响,从而提高装置的抗干扰性。通过Matlab仿真来验证该装置设计方案的可行性和合理性,仿真波形说明该电子负载模拟装置能够消除电网扰动所带来的干扰,具有较强的抗干扰作用。

模拟负载 篇7

负载模拟器用来模拟飞行器飞行过程中受到的空气铰链力矩, 是重要的半实物仿真设备。目前根据驱动方式的不同, 负载模拟器可以分为机械式、电液式和电动式。随着力矩电机技术的进步, 电动式负载模拟器已经可以实现大扭矩、高精度的负载模拟, 并且由于电动式负载模拟器与电液式负载模拟器相比具有成本低、系统简单、污染小、易于维护、可靠性高等优点。因此电动负载模拟器逐渐成为国内负载模拟设备的主流研究方向[1]。文献[2]中对小扭矩电动负载进行了分析研究, 提出了一种小扭矩电动负载模拟器的设计方案。文献[3]中设计了一款大扭矩负载模拟器, 对大扭矩电动负载模拟器如何降低噪声干扰, 提高系统加载精度提出了一种解决方法, 最大输出扭矩为200N·m, 最高加载频率为10Hz。

针对某型号舵机的测试需要, 设计了一种大扭矩输出的负载模拟器, 其主要的性能指标如下:

1) 最大扭矩:500N·m

2) 最大转角:±20°

3) 加载频率:0~20Hz

4) 加载梯度:25 N·m/!, 20 N·m/!, 15 N·m/!, 10 N·m/!, 5N·m/!

5) 静态加载误差:≤5%

6) 动态加载误差:

5Hz时, 幅值差<5%, 相位差<5%

10Hz时, 幅值差<10%, 相位差<10%

系统的难点在于设计的负载模拟器能输出大扭矩并具有高频宽, 并且需要对多余力矩、噪声干扰进行有效的抑制, 提高加载精度。目前国内尚没有加载扭矩达到500N·m、加载频率达到20Hz的电动负载模拟设备, 因此系统对大扭矩加载设备的设计具有一定参考意义, 本文将对系统软硬件设计、加载精度保证、多余力矩抑制等方面进行说明。

1 系统硬件结构及工作原理

1.1 系统的硬件组成及工作原理

负载模拟器的硬件组成如图1所示, 实物平台如图2所示。主要硬件包括工业计算机、PMAC运动控制卡、力矩电机、力矩电机驱动器、弹簧杆、外部编码器、扭矩传感器。

工业计算机为加载系统的上位机, 负责加载命令的设置与数据的采集、处理与显示工作。工业计算机通过与PMAC卡进行通信, 将控制信号传输到PMAC, 并把PMAC采集到的传感器数据存储到工业计算机中并进行后期离线处理。

PMAC运动控制卡为加载系统的下位机, 负责与上位机通信、控制力矩电机以及数据采集传感器数据的工作。PMAC运动控制卡是功能强大的高性能伺服运功控制器, 能够执行运动程序、PLC程序, 进行伺服环更新、换相更新、资源管理, 可以大大提高系统的控制性能并缩短开发周期。

力矩电机选用大扭矩直驱力矩电机, 可以缩短传动链, 减小传动间隙引起的误差, 减小机械尺寸, 其最大输出扭矩可以达到500N·m。

力矩电机内部集成一个编码器 (内部编码器) , 在本系统中用于力矩电机的闭环控制。

力矩电机驱动器为线性驱动器, 以减少对传感器、外围电路的干扰[3]。

外部编码器安装在图2中弹簧杆靠近舵机一端, 负责采集舵机运动位置信号, 在系统中用于消除因舵机运动产生的多余力矩。

扭矩传感器安装在到舵机轴输出端, 以测量实际加载到舵机上的力矩。PMAC同时利用采集到的扭矩传感器信息进行力矩闭环控制, 以消除加载力矩的偏差, 进一步消除加载系统的多余力矩。

弹簧杆为加载系统增加弹性环节, 用来消除系统的高频干扰及噪声, 减小多余力矩[4]。

2 系统软件结构

2.1 上位机软件功能与实现

系统上位机采用Lab Windows/CVI虚拟仪器平台进行开发。该平台以ANSI C为核心, 将C语言平台与数据采集、分析和表达的测控专业工具邮寄结合起来。该平台的集成化开发平台、交互式编程方法、丰富的空间和库函数大大增加了C语言的功能。

系统上位机软件主要功能为设置加载方式以及参数、监控加载状态、对下位机采集数据进行处理、存储和显示等。系统的上位机软件流程图如图3所示。

首先, 软件启动时需要对系统进行自检, 以确认系统力矩电机、舵机、力矩电机编码器、外部编码器、扭矩传感器工作正常。

待自检完成后进行对舵机归零, 即将舵机运动到零点位置。

舵机归零完成后则进行系统参数的设置, 包括加载方式的选择、加载参数的设置等, 并开始进行加载。

在加载过程中, 上位机可以对加载状态进行监控, 包括加载状态、加载扭矩和位置实时参数等, 并在上位机中进行显示。

加载完成后, 上位机软件将提取存储在PMAC运动控制卡中的加载数据, 对实验数据的离线处理, 包括数据分析、数据回放、数据计算与显示等。

2.2 下位机软件功能与实现

系统下位机软件为PMAC运动控制卡程序, 下位机软件主要包括PLC程序和运动程序两部分。PLC程序负责PMAC参数设置、程序状态监控、报警等功能。运动程序负责力矩电机和舵机的运动控制, 在运动程序中采用PVT曲线、S曲线进行运动曲线插补, 从而获得平滑的控制效果。下位机软件结构如图4所示。

下位机软件运行过程中, 受到上位机软件的监控, 如控制参数的设置、运动方式的选择等, 通过上下位机软件的数据传送, 达到预定的目标。

2.3 上下位机软件通信实现

Delta Tau公司开发的Pcomm32 Pro Library为LabWindows/CVI在Windows XP系统下开发人机界面提供了强大丰富的动态链接库 (Dynamic Link Library) , 如图5所示。提供所有通讯驱动, 包括ISA、PCI总线驱动, 最终形成Active X控件。

上位机软件系统基于动态链接库技术对PMAC运动控制卡进行操作, 实现上位机软件和下位机的通信, 从而实现PMAC运动参数的设置、运动状态的监控、传感器数据采集等功能。

3 多余力矩的抑制措施

多余力矩是在加载过程中由于舵机运动带动加载电机运动而产生[5]。多余力矩会影响加载系统的加载精度, 降低加载系统的稳定性, 因此对于加载系统而言, 必须对多余力矩进行抑制。

为了保证加载精度, 抑制多余力矩对加载精度的影响, 系统采用基于PMAC的混合控制方式, 即利用PAMC多轴运动控制卡中多个电机轴混合控制模式实现力、位置混合控制。混合控制方式框图如图6所示。

系统中, 利用PMAC运动控制卡中混合控制原理, 将本系统中的内部编码器、外部编码器、扭矩传感器分别输入到不同的轴通道中, 再将三个通道轴的控制信息依次混合, 最终叠加到输出轴上。

首先, 图6中最内环反馈轴为力矩电机内部编码器反馈轴, 用于反馈力矩电机位置信息, 此轴为实际输出轴。此轴利用力矩电机内部编码器控制力矩电机运动加载力矩对应角度, 即加载力矩除以弹簧杆刚度所对应的角度。

其次, 图6中中间环反馈轴外部编码器位置反馈轴, 用于反馈舵机位置信息, 此轴为虚拟轴。此位置信息用于实现力矩电机和舵机的同步运动, 从而消除因舵机运动产生的多余力矩。

最后, 图6中最外环反馈轴为扭矩传感器反馈轴, 用于反馈实际加载在舵机上的力矩信息, 此轴为虚拟轴。此轴用于消除命令力矩和实际力矩的差值, 从而进一步消除加载过程中的多余力矩。

系统中, 通过PMAC设置混合控制方式, 将三个电机轴反馈信息叠加输出, 控制力矩电机运动, 从而达到抑制多余力矩的效果。

4 实验结果与分析

实验在自主研制的反操纵负载模拟设备上进行, 如图2所示。对系统进行了静态加载测试以及动态负载模拟测试。为了测试加载系统的性能指标, 排除舵机性能对加载系统的影响, 在进行测试实验室舵机端不连接舵机, 直接连接到舵机支座上。

静态加载时命令力矩为500N·m, 为了防止系统突然加载较大力矩对系统造成冲击, 采用步长10N·m逐渐加载到命令扭矩后再按照步长10N·m逐渐卸载的方式进行加载测试。

动态加载测试考虑到项目指标的要求以及舵机加载的实际需要, 采用加载幅值为5°, 加载梯度为32N·m/, 命令扭矩为160N·m选择不同加载频率进行加载测试。

加载测试曲线如图7、图8、图9、图10所示。

对系统加载实验数据进行归纳总结, 如表1、表2、表3所示。

表1为静态加载数据参数, 静态加载时命令扭矩分别为100N·m, 200N·m, 300N·m, 400N·m, 480N·m, 加载过程中最大误差为1.82%, 实验结果表明加载系统具有较高的加载精度。

表2为无扰情况下 (即舵机轴固定不动) , 测试系统的动态频响测试结果。实验数据表明, 在无舵机扰动情况下, 加载系统具有较高的加载精度和较高的加载带宽。

表3为有扰情况下 (舵机轴运动) , 测试加载系统动态品项结果。有扰情况需要对舵机进行实际加载测试, 考虑到舵机实际最高频率及最大负载扭矩的限制, 加载频率最高到10Hz, 加载扭矩为50N·m, 即加载梯度为25N·m/°, 加载幅值为2°。实验结果表明, 在有舵机扰动的情况下加载系统性能指标和无扰情况接近, 表明系统消除舵机干扰、噪声等方面具有较高的性能, 均能达到设计指标要求。

5 结语

所设计的大扭矩电动舵机测试系统, 通过混合控制策略抑制多余力矩的影响, 经过静动态加载测试, 可以实现大扭矩、高精度、高频率加载, 最高静态加载扭矩达到500N·m, 最高加载频率达到20Hz, 静态加载误差最大为1.82%;动态加载5Hz时相位差为2.65!, 幅值差为1.5N·m, 10Hz时相位差为4.73!, 幅值差为3.69N·m。

经过试验验证表明, 文中的加载系统具有较高的加载精度和加载频率比, 可以满足目前国内先进舵机的测试需要。

参考文献

[1]王瑞东, 赵晓蓓.舵机电动加载系统的研究[J].科学技术与工程, 2007, 22 (7) :5915-5917.

[2]任志婷, 焦宗夏.小转矩电动式负载模拟器的设计[J].北京航空航天大学学报, 2003, 29 (1) :91-94.

[3]符文星, 孙力.大扭矩负载模拟器设计与建模[J].系统仿真学报, 2009, 21 (12) :3596-3598.

[4]符文星, 朱苏鹏.弹簧杆刚度对负载模拟器性能的影响[J].弹箭与制导学报, 2009, 29 (2) :286-288.

模拟负载 篇8

飞机配电系统是现代飞机的一个重要组成部分, 目前国内飞机的配电系统主要为常规配电布局和机电式配电设备, 而这两种方式中没有电气负载自动管理功能, 由飞行员手动管理电气负载的工作, 自动化程度不高, 飞行员的负担很大, 且配电系统的体积和重量也很大。基于以上原因, 对自动配电系统的负载自动管理技术进行研究, 设计了飞机模拟负载自动管理系统。

1 信号的采集和负载的自动加载

1.1 信号的采集

系统使用了AMPCI-9110数据采集卡来实现模拟信号的采集和转换。对某通道模拟量进行一次A/D变换的函数为:

CH为通道号, 取值范围0-31, 对应模拟量输入通道0-31;

Gain为增益, 取值范围0-4, 对应程控放大倍数1/2/4/8/16。

1.2 负载加载与卸载

利用AMPCI-7200开关量输出板来控制继电器, 实现负载的自动加载。

函数:void_stdcall AM7200_D0_ALL (HANDLE hPLX9052, WORD CS, WORD date) ;

功能:A口、B口或C口输出16BIT数字量入口有效参数:CS=0-2, CS=0时选择A口输出16BIT;CS=1时选择B口输出16BIT;CS=2时选择C口输出16BIT。date=0000H-FFFFH, 输出的16BIT数值。

2 MFC实时绘制电压曲线

2.1 多线程技术

Windows是一个多任务的操作系统, 同一时间内可以有多个进程在运行, 而一个进程可以有多个线程。进程是指装入内存中正在执行的应用程序, 它是应用程序的一个运行例程, 如正在运行的Word软件就是一个进程。线程是进程的可执行单元, 是计算机分配CPU机时的基本单元。一个进程可以含一个线程或多个线程, 进程实际上是通过线程执行的。

采用多线程编程后, 一个进程的各个线程共同分享CPU时间片, 各个线程则可以并行执行。CPU时间片的分配如图1所示。

粗线:表示各线程占有的CPU时间

细线:表示CPU花费在线程调度上面的额外时间

由于CPU在多个线程之间快速切换, 同一进程的多个线程在一段时间后都有了进展, 因此在应用程序用户看来各个线程就如同是并行执行的。

程序中为绘制电压调制包络线开辟一个新的用户界面线程:

并且将采集数据和画图分离, 给采集数据专门开辟一个子线程:

这样就能在采集数据的同时实现画图, 而不用等待画图结束后才采集数据, 不会出现等待刷新屏幕, 程序运行缓慢等问题, 有效实现了数据实时采集与图形显示。

2.2 双缓冲技术

在采用MFC类绘图时, 绘图过程大多放在OnDraw或者OnPaint函数中, OnDraw在进行屏幕显示时是由OnPaint进行调用的。当窗口由于任何原因需要重绘时, 总是先用背景色将显示区清除, 然后才调用OnPaint, 而背景色往往与绘图内容反差很大, 这样在短时间内背景色与显示图形的交替出现, 使得显示窗口看起来明显在闪烁。

双缓冲技术就是在后台环境中设置一个虚拟的内存, 把本来在屏幕上进行的绘图全部转移到后台内存中进行, 然后再一次性的把完整的图像复制到屏幕上。我们可以把要显示的图形先在内存中绘制好, 然后再一次性的将内存中的图形按照一个点一个点地覆盖到屏幕上去。这样在内存中绘图时, 随便用什么反差大的背景色进行清除都不会闪, 因为看不见。当贴到屏幕上时, 因为内存中最终的图形与屏幕显示图形差别很小, 这样看起来就不会闪。

2.3 三相电压调制包络线的绘制

电压调制检查试验流程图如图2所示。

绘制400Hz三相电压调制包络线需要得到每个周期的峰值, 然后画图显示。在子线程中, 实现数据的采集, 峰值测量模块程序:

在使用采集卡采集到正的过零点后, 继续采集数据, 直到当前采样值小于上一次采样值, 说明上一次采样值即为峰值。

子线程每采集到20个点向主线程发送画图消息:

在主线程中采用双缓冲技术实现三相电压调制包络线的绘制, 当采集点数大于400时, 将第20到419个数据赋给0-399, 然后绘制第0-399个点, 依次类推, 这样就实现了电压调制包络线的连续显示。

在实验室中采用频率400Hz、幅值3V的正弦波模拟信号, 绘制的3s电压调制包络线如图3所示, b相中出现的毛刺是由于环境干扰或者信号本身的不稳定引起的。

3 模块介绍

3.1 5小时延时模块

程序中多处需要计算延时时间, VC++有几种实现延时计算的方法, WM_TIMER消息映射能进行简单的时间控制, 这种定时方法可以实现一定的定时功能, 但其定时功能如同Sleep () 函数的延时功能一样, 精度非常低, 最小计时精度仅为30ms。在精度要求较高的情况下, 可以利用GetTickCount () 函数, 对于精确度要求更高的定时操作, 则应该使用QueryPerformanceFrequency () 和QueryPerformanceCounter () 函数。

VC++程序中使用GetTickCount () 函数实现5小时延时, 具体代码:

DWORD由typedef语句定义typedef unsigned long DWORD;unsigned long数据类型的表示范围为0~232-1, 最大值为4294967295;而DelayEd计数单位为ms, 5小时换算成ms为18000000, 这个值远小于unsigned long数据类型的最大范围, 因此数据不会产生溢出的问题。

3.2 频率采集模块

频率测量采用QueryPerformanceCounter () 函数实现定时, 采用计时10个周期求平均值的方法实现, 这样测量结果更加准确, 考虑到干扰, 为上下设置阀值, 以提高抗干扰能力, VC++程序中具体代码:

3.3 功率因数测量模块

当电压超前电流时, 如图4所示, 当电压正向过零时开始计时, 采集电流, 当电流过零时, 停止计时, 所得到的时间delay即为电压超前电流的时间, 换算为相位即可求得功率因数;当电压滞后电流时, 如图5所示, delay得到的方法与前边的相同, 不过此时delay大于T/2, 而电压超前电流时, delay小于T/2, 可以以此为依据判断电压的超前与滞后。

3.4 谐波测量模块

谐波分析需要先对信号在一个周期内进行等间隔采样, 并且需要满足采样定理, 采样点数应满足2的整数次幂, 然后对采集得到的数据进行FFT计算, 得到各次谐波含量。分别用Matlab和VC++编写了FFT程序, 利用函数sin (pi*i/16) 进行测试, 两者计算结果完全一致, 说明了编写的VC++程序准确无误。

VC++程序中信号频率为400Hz, 受采集卡采样频率的限制, 一个周期内采集32=个点, 即每隔2500/32=78.125采集一个点, 然后进行FFT谐波分析, 具体FFT代码如下, 程序中比较难实现的是变址运算和蝶形运算程序的编写。

4 数据库访问

VC++程序中发电机试验需要记录多达806个数据, Access字段数目远远不能满足要求, 而SQL Server数据库表最多可以记录1024个字段, 因此选用SQL Server数据库, 可以满足用户需求。

常用的数据库访问技术有ODBC、DAO、RDO、OLE DB以及ADO, DAO和RDO这两种技术已经很少用了, 它们将逐渐退出历史的舞台。OLE DB对ODBC进行了扩展, ADO建立在OLE DB之上, 在原有的技术上实现了更高层次的封装, ADO技术是当前十分流行并且人们使用较多的技术。

程序中采用ODBC技术和ADO技术实现对SQL Server数据库的操作, 通过对比发现, ADO技术的确比ODBC技术更加快捷、方便。ADO技术访问数据库, 首先需要创建一个Connection对象, 通过它建立到数据库的连接。具体代码为:

5 局域网内实现数据库的访问

从机 (客户端) 实现对主机 (服务器端) 数据库的访问, 需要以下工作: (1) 需要检查网络, 查看配置, 在Dos或命令行下输入telnet服务器IP端口, 看能否连通, 若不能, 则需要做一系列的检查工作; (2) 客户端不需要装SQL Server数据库, 只需要注册ODBC SQL Server数据源, 而服务器则选择主机的IP地址, 直至测试连接成功; (3) 将程序中所有连接服务器的计算机名改为主机IP地址, 当然还需要知道服务器的用户名和密码, 则可以实现从机对主机的数据库访问与操作。

摘要：设计的模拟负载自动管理系统可以根据试验技术要求, 自动加载不同的负载, 实时显示三相电压、三相电流、功率、频率、功率因数、工作时间以及发电机转速。在VC++中引入多线程技术和双缓冲技术, 实现了三相电压调制包络线的绘制。编写了峰值测量模块、5小时延时模块、频率采集模块、功率因数测量模块、谐波测量模块等, 实现了各参数的准确测量。采用ADO+SQL Sever技术实现了数据库读写, 并在局域网内实现了从机对主机数据库的访问。

关键词：VC++,多线程技术,双缓冲技术,ADO,SQL Server

参考文献

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模拟负载 篇9

1 基本原理

1.1 系统原理

在该电子模拟功率负载系统中, 主要由电压型PWM整流器、谐振式全桥DC/DC变换器、被测试直流电源组和输出EMC组成。其中, 被测试电源组能直接从工业电网中吸取交流电能, 低压直流输出一般为50 V左右, 并以此作为本系统的功率负载输入。在电子模拟负载方面, 由谐振式全桥DC/DC变换器、输出EMC和电压PWM整流器共同实现, 通过这种方式可转变以往的能耗负载模式。同时, 在该低压电力的运行中, 依靠谐振式全桥DC/DC变换器升压、滤波, 并最终转变为电压更高的直流。通过应用PWN方式, 能在系统逆变的基础上将系统中电压较高的电流转变为工频交流电, 之后反馈至工业电网中, 从而实现电流的循环。

1.2 谐振变换器电路

系统谐振变换器的电路原理如图1所示。

在图1中, 由内部继承的二极管和功率开关T1~T4共同组成了全桥开关变换器。其中, T1和T3组成了超前桥臂, T2和T4组成了滞后桥臂, 开关管T1~T4在外接电容和寄生电容的共同作用下谐振, 并以此实现零电压软开关功能;C为隔直电容, 可避免系统中的电压器直流出现偏磁, 其会将所检测到的电流与系统指令电流比较, 如果获得了误差信号, 则会以PI的方式输出, 并由改进后的系统生成触发脉冲。该系统以恒流的方式控制, 有利于考核直流电源组的负载情况, 有利于工作人员在根据系统实际功率操作多个负载模块。隔离高频变压器在实际应用中会传输高压电, 在采用软开关的情况下, 如果电压为500V, 则其峰值会达到900 V。根据此情况, 如果应用该负载, 则需要保证其具有更为可靠、安全的特征。为了保障系统的稳定运行, 将系统的整流装置中分为了两部分, 并以串联的方式连接。此外, 为了避免系统出现触点电流过冲的情况, 采取DSP系统控制的方式控制系统低压直流输入一侧装置的工作时序, 从而使其具有更高的应用稳定性。

1.3 控制策略

对于由全桥变换器控制的系统而言, 其一般分为有限双极性、双极性和移项控制等控制方式。其中, 有限双极性控制方式能使一对开关管变为0电流状态, 并能在同一时间内使另一对开关管变为0电压, 从而可有效避免电流出现拖尾现象。

双极性控制方式具有的功率开关一般处于应开关状态, 在实际应用中的电压峰值、电流峰值均较高, 对安全工作区具有较高的要求, 且开关损耗较大, 因此, 对提升开关频率起到了一定的限制作用。

在功率开关管方面, 移相控制无论是在控制方式, 还是在拓扑结构方面均非常简单:其具有恒定的开关频率, 这对滤波器的应用设计具有积极的意义;可使开关管的电压变为0, 从而在降低开关损耗的基础上提升开关效。由于该器件中的电流和电压值较小, 最终选用了移相方式。

在实际应用中, 该系统的每一个桥臂开关管都会以180°的形式导通, 两桥臂间的导通角具有一个相位的差异, 即移相角, 能通过调整该移相角调节系统输出电压。当开关管关闭时, 系统变压器中的电流会以并联的方式对开关管进行电容充电, 同时, 另一个桥臂会向系统中已经开通的开关管以并联的方式放电。当开关管关闭, 电容电压已冲入直流电压时, 系统开关管会以0电压的方式开通;当根据实际情况需要关闭时, 又会因系统中并联电容的存在而以0电压的方式关闭。

2 参数设计

2.1 死区时间

在系统设计中, 要想实现开关管的0电压启动功能, 足够的能量是非常关键的因素之一, 从而实现同一桥臂外部并联电容的充电和放电操作。如果先设定C1=C3=Clead和C2=C4=Clag, 则可了解需要实现的功能。因此, 该部分参数必须满足以下公式:

在对系统开关管进行关断操作时, 要保证死区时间为开关管关断下降时间的3倍以上, 并根据不同开关管各自的寄生电容选择并联电容值。

2.2 开关频率

对于该变换器的谐振参数参数而言, 其功率负载的整体效率与变换器开关频率、变压器漏感之间有着较为密切的联系, 因此, 需要做好变压器的设计工作。当频率较高时, 为了在实际应用中减少集肤效应造成的影响, 需要使用直径较窄的导线并以多股并绕的方式设置。此外, 为了使系统具有更高的应用效率, 应尽可能选择损耗较低的非晶材料。其中, 占空比的丢失值为:

该占空比主要由变压器漏感和变压器变比等参数确定。为了保障其在实际运行中具有更大的负载范围, 应将谐振变换器的开关频率选为60 k Hz。

3 结束语

本文对谐振变换器在电子模拟功率负载中的应用进行了研究, 在设计了电路、控制策略的同时, 也确定了部分参数, 具有较高的参考价值。

参考文献

[1]陈红新, 刘建, 蒋世全, 等.串—串补偿松耦合全桥谐振变换器[J].电力电子技术, 2009 (10) :73-76.