同步优化论文（共9篇）
同步优化论文 篇1
一、主电机及启动装置
山钢股份济南分公司气体厂4#20000m3/h制氧机的配套空压机主电机为YK3800-2型直流无刷励磁同步电机 (加拿大GE公司生产) , 额定电压10kV, 额定电流621A, 额定功率9500kW, 励磁电压106VDC, 励磁电流3.8ADC。该同步电机的正常启动操作在管控中心DCS进行, 采用开关变压器降压软启动, 异步启动投全压后, 由励磁迁入同步。GE励磁控制系统由GE 90-30系列PLC构成, 当GE励磁控制柜PLC接收到来自DCS的启动命令后, 如果帕特尔开关变压器软启动装置 (以下简称软启动装置) 正常, 发出启动断路器合闸命令, 同步电机在软启动装置控制下限流异步启动。当电机转速达到1350r/min (90%额定转速) 后, 励磁控制系统发出运行断路器合闸命令, 同步电机投全压异步启动加速;当电机转速达到1470r/min (98%额定转速) 后, 励磁控制系统发出励磁使能信号, 励磁电流建立, 电机被迁入同步。为提高迁入同步时的转矩, 投励时维持约2s的强励电流, 发出励磁使能信号7s后, 励磁控制系统向DCS发出允许加载信号, 启动过程结束。
K1———电机运行柜开关K2———电机隔离柜开关M———电机
软启动装置 (图1) 是利用开关变压器隔离高压和低压, 开关变压器的低压绕组连接可控硅和启动装置的控制系统, 通过低压绕组电压变化改变高压绕组的电压, 从而改变电机端电压, 实现电机软启动。启动过程中, 开关变压器始终处于开和关两种工作状态, 开关变压器损耗很小。电机启动时, 首先合上K2使开关变压器与电机串联接在电源上, PLC控制可控硅的导通与截止, 使电机端电压由小到大变化, 电机转速逐渐上升, 当接近额定转速时, 合上K1, 断开K2, 软启动完毕, 电机以额定转速运转。
二、存在的问题
4#20000m3/h制氧机的配套空压机2006年投运以来, 平均每年出现3次启动失败 (启动3～5次后成功) 。故障现象及根据GE励磁控制系统提供的报警表分析可能原因如下。
(1) STALL TRIP (堵转跳闸) 。
电机加速太慢, 负载过重、系统电压太低或速度—时间保护曲线设定不合理。
(2) INCOMPLETE SEQ TRIP (不完全顺序跳闸) 。
电机没有准备好加载而INCS (不完全启动顺序时间设定) 时间继电器已释放。时间继电器的设定不正确。
(3) SLIPGUARD TRIP (滑差跳闸) 。
功率因数滞后的时间超过SGTTPS (滑差跳闸时间设定) 时间继电器预设的定值。
(4) 软启动装置过流跳闸。
负载重或控制程序中设定的过流跳闸保护定值不合适。
电机启动次数的增加, 不但增加电耗、延误生产, 还影响电机寿命。深入分析电机启动控制故障原因后, 分别从GE励磁控制柜的PLC控制和软启动装置控制两个方面, 优化电机启动控制, 降低启动成本, 提高软启动装置及电机寿命。
三、电机启动控制优化
1. GE励磁控制柜PLC控制的优化
针对堵转跳闸, 一般在启动前, 检查压缩机入口导叶开度及电网电压是否符合启动要求。针对不完全顺序跳闸, 在PLC控制程序调整INCS时间继电器的设定值, 由33s增加为38s。针对滑差跳闸, 首先分析其在程序中的跳闸逻辑 (图2) , 可知当PFL
2. 软启动装置控制优化
(1) 电流控制优化。
软启动装置的电流控制分为三步, 每一步使电机达到一个设定电流值, 电机电流在每一步稳定一小段时间, 然后进入下一步电流控制, 电机启动过程中, 电机电流是从0到3.5倍额定电流阶段上升。这三步电流控制采用3个变量, 各自设定每一阶段电机需达到的电流值, 且电流设定值逐步增大。厂家技术人员分析程序, 发现电流控制第一步的变量在完成控制任务后未复位, 这就使得第二步的电流设定值可能仍采用第一步的设定值, 即同一变量重复赋值, 使数据混乱, 电机电流无法正常上升, 导致启动失败。控制优化时, 在电流控制进行到第二步时, 对第一步电流控制进行复位, 程序见图3。
(2) 合闸控制优化。
为确保电机达到一定转速时能准确合闸, 在GE励磁控制合闸的同时, 增加1个软启动控制电机合闸的条件, 即电机启动时间达到20s时, 软启动装置也会发出1个电机合闸命令。为确保软启动控制电机合闸的准确性, 在软启动控制部分, 增加1个运行柜合闸超时的报警, 即软启动合闸命令信号发出后, 电机3s未合闸则发出运行柜合闸超时报警信号, 中断启动过程。
(3) 软启动控制程序内定值优化。
针对软启动装置过流问题, 一方面给可控硅触发控制设定极限值, 减少可控硅错误触发概率;另一方面, 根据启动最大电流的历史数据, 在程序内适当增大过流保护定值, 在确保电机安全前提下, 降低过流跳闸中断启动概率。
(4) 增加和人机界面相关的子程序。
为方便电气人员操作和记录查阅, 在软启动控制柜增加1个人机交互面板, 可查阅启动柜、隔离柜开关的状态, 软启动装置允许状态及变压器油温等启动准备条件。为实现上述功能, 在软启动控制PLC程序中, 增加1个人机界面调用数据的子程序。
9500kW同步电机启动系统控制优化后, 2012年6月以来, 空压机共分时启动6次, 均一次启动成功。
同步优化论文 篇2
5分钟训练(预习类训练，可用于课前)1.给加点的字注音。青荇（）长篙（）漫溯（）笙箫（）．．．．解析：平时需注意积累字词知识。答案：xìng gāo sù shēng 2.在反复诵读的基础上，初步感知诗歌的内容。
（1）根据背景资料，你认为这首诗主要抒发了什么感情？
（2）诗人在离别时，写了康桥的哪些风光？你能概括出几幅画面？（3）诗人告别时，做了哪些事（动作）？ 解析：此题考查对诗歌的内容的初步感知能力，必须在朗读的基础上结合具体语句感知把握。参考答案：（1）全诗以离别康桥时感情起伏为线索，抒发对康桥的依依惜别的深情。（2）有岸边的柳树、康河的水草、榆树下的清潭。（3）招手、寻梦、放歌、沉默。
10分钟训练(强化类训练，可用于课中)1.对这首诗的解说，不恰当的一项是（）A．开头一节点明“再别”，连用三个“轻轻的”形成轻柔而优美的旋律，把读者带入一种欣喜乃至礼赞的意境中。
B．第二至四节，诗人用“金柳”“艳影”“青荇”“榆荫下的一潭”“彩虹似的梦”等一系列色彩鲜明的意象描绘康河的美景，抒发眷恋之情。
C．第五、六两节，诗人的情绪由舒缓转向激昂，想“在星辉斑斓里放歌”；但接着跌落回离别的现实，两个“沉默”表达了诗人无尽的惆怅。
D．最末一节，以两个“悄悄”紧承上一节的“悄悄”和“沉默”，而且与首节遥相呼应，但诗人的情绪已由淡淡的忧郁变得更加惆怅与伤感了。解析：第1节，连用三个“轻轻的”，实写只身悄悄来到和离开康桥时的情景，同时透露了难分难舍的离情，并且以轻微跳跃的节奏，衬托了缓步飘然而去的形象，给全诗定下抒情的基调。并没有多少欣喜乃至礼赞的意思。答案：A 2.对这首诗的赏析，不恰当的一项是（）
A．这首诗像一支优美的乐曲，缠绵深婉的诗句随着轻柔起伏的旋律流淌出来，回环往复，一唱三叹，余音袅袅。
B．这首诗像一幅生动的画卷，一系列近乎完美的色彩变幻与意象组合形成流动的气韵，艳丽而又幽雅，飘逸中见静穆。
C．这首诗具有完美的形式结构，每节诗四句，每个诗句基本上由三顿构成，匀称、和谐，于清新活泼中求整饬。
D．这首诗极好地体现了新格律诗派独特的美学追求，但唯美主义也在一定程度上妨害了作品的思想内容的表达。
解析：在诗歌的形式美方面，徐志摩崇尚闻一多的“音乐美、绘画美、建筑美”的诗学主张，这首诗极好地体现了新格律诗派独特的美学追求，但并没有妨害作品的思想内容的表达。答案：D 3.从诗歌的意象入手赏析诗歌。
（1）诗歌在意象的选择上独具特色，请你找出本诗的意象有哪些。
（2）这些意象的选择有什么作用？
解析：如把河畔的金柳喻成夕阳中的新娘，这样就把无生命的景物化作有生命的活动，温润可人。柳树倒映在康河里的情景，浸透了诗人无限欢喜和眷恋的感情。夕阳照射下的柳枝，渡上了一层妩媚的金黄色。那金色的枝条随风轻轻摇摆，影子倒映在水中，像美丽的新娘。这波光里的艳影，在水中荡漾，也在诗人的心头荡漾。景中见情，情中有景，情景交融在一起。其他意象的选择也如此。绿油油的水草在柔波里招摇，仿佛在向诗人招手示意。而到晚上泛舟归来，水波与星光交相辉映，所以诗人情不自禁地要“在星辉斑斓里放歌”。诗人的快乐通过恰当的意象选择达到了顶点。这正是本诗意象选择的独具特色之处。参考答案：（1）云彩、金柳、柔波、青荇、青草、星辉等自然景物。
(2）诗人告别康桥时，避开送行的人、周围的高楼大厦、车水马龙等平常物象，而选取云彩等自然景物，这就避开了人间烟火，创造出一种清新感。4.试分析诗的最后一节的作用。
解析：从诗的结构和内容两方面分析即可。答案示例：跟开头呼应。“云彩”本来是不能带走的，然而诗人却说“不带走一片云彩”。这种夸张手法，表露出诗人不愿惊动他心爱的康桥的一片情意。这里，节奏相同，但以词句的变换融入更多的不得不离去的哀愁。至此，诗人把对康桥的“浓得化不开”的感情，于“沉默”“轻轻”“悄悄”中表现了出来。
5.自古写离别诗之作可以说是数不胜数，你比较熟悉的还有哪些诗句？请举出例子来。解析：从你熟悉的诗词中选择写离别的即可。答案示例：骆宾王的《于易水送人一绝》：“此地别燕丹，壮士发冲冠。昔时人已没，今日水犹寒。”王勃的《送杜少府之任蜀州》：“与君离别意，同是宦游人。海内存知己，天涯若比邻。”王昌龄的《芙蓉楼送辛渐》：“寒雨连江夜入吴，平明送客楚山孤。洛阳亲友如相问，一片冰心在玉壶。”李白的《赠汪伦》：“李白乘舟将欲行，忽闻岸上踏歌声。桃花潭水深千尺，不及汪伦送我情。”
6.如果把上题你举出的例子和徐志摩的这首诗相比较一下，在送别的对象上有什么不一样呢？
解析：徐志摩诗中这些物象（云彩等）寄托着诗人的感情，这种有着诗人感情的物象即是诗歌的意象。诗人选择这些意象来表达自己的感情，这种送别对象的不同正是作者的别巨匠心之处。
参考答案：一般离别诗离别的是人，这首诗离别的却不是人，是“西天的云彩”，告别对象由人间向自然景物转移，跳出了寒暄叮咛的俗套，给人清新飘逸之感。志鸿教育乐园
为诗句燃断想象长须的徐志摩
志摩写作的态度是严肃的，他在《轮盘》自序里说：“我敢说我确是有愿心想把文章当文章写的一个。”在《猛虎集》的自序里他又说：“但为了一些破烂的句子，我也不知曾经燃断了多少根想象的长须。”所以一些极普通的字眼，一经从他笔下流出就标出了自己的分量。30分钟训练(巩固类练习，可用于课后)1．下列加点字的注音有误的一项是（）A.河畔（pàn）漪沦（qí）青荇（xìng）．．．B.绮（qǐ）浮藻（fú）长篙（gāo）．．．C．荡漾（yàng）笙箫（shēng）发酵（jiào）．．．D.漫溯（sù）相形见绌(chù)锲而不舍(qiè)．．．解析：A项“漪”应读“yī”。
答案：A 2.下列有错别字的一项是（）
A.斑斓 安然无恙 高瞻远瞩 罗网 B.猝然 长逝湛蓝 眼花缭乱 挑衅 C.脍炙人口 恻隐之心 略胜一筹 竹蒿 D.戛然而止 颀长 风靡一时 虚张声势 解析：C.“竹蒿”应为“竹篙”。答案：C 3．对《再别康桥》鉴赏不恰当的一项是（）
A．诗人把自己对母校的深情融进了悄然别离时那富于特色的形象和想象中，形成了一种轻柔、明丽而又俊逸的格调。
B．诗人把潭水比作天上被揉碎了的彩虹，与浮在潭面上的水藻相杂，沉淀在潭水的深处，幽幽的、醇醇的，如梦一般。
C．诗中笼罩着一种宁静、安谧的氛围，水草、柔波、彩虹、星辉，恰当地衬托了诗人静默、悠然的心境。
D．诗人运用比喻、拟人、借代等修辞手法，写出康桥那特有的优美景色，表达了自己那追梦般的思念之情。
解析：C诗人的心境并不是“静默、悠然的”。答案：C 4.下列诗歌节奏划分错误的一项是（）A.轻轻的/我走了，∥正如我/轻轻的来 B.波光里的/艳影，∥在我的/心头荡漾
C.黑夜/给了我黑色的/眼睛，我/却用它/来寻找/光明 D.这是/一沟/绝望的死水
解析：此题考查诗歌的朗诵。B项应该是“在我的心头/荡漾”。答案：B 5．衔接最恰当的一项是（）躲在乡愁里，才发现______________ ①我不是无根浮萍 ②不是断线的风筝 ③不是世俗风雨中无处栖身的孤雁 A.③②① B.①③② C.①②③ D.②③① 从内容或表现手法上比较鉴赏6—8题中的诗句。解析：此题考查诗歌的阅读欣赏和语言的运用能力。答案：C 6．海上明月共潮生。（张若虚）海上生明月，天涯共此时。（张九龄）
解析：本题考查诗歌的对比鉴赏能力，鉴赏时要注意从内容或表现手法两方面来进行。参考答案：前句写明月在奔涌的潮水中升起，赋予了明月与潮水以活泼的生命，动中显静；后句写明月升临夜空，月光如泻，俯照大海，意境雄浑，静中显动。7．人生代代无穷已，江月年年只相似。（张若虚）哀吾生之须臾，羡长江之无穷。（苏轼）
解析：本题考查诗歌的对比鉴赏能力，鉴赏时要注意从内容或表现手法两方面来进行。参考答案：前者虽有对人生短暂的感伤，但并不是颓废与绝望，而是缘于对人生的追求与热爱；后者仅停留在感叹宇宙永恒、人生短暂方面。8．可怜楼上月徘徊，应照离人妆镜台。（张若虚）
相看两不厌，只有敬亭山。（李白）
解析：本题考查诗歌的对比鉴赏能力，鉴赏时要注意从内容或表现手法两方面来进行。参考答案：都是用了拟人写法，前者是说月光有着对思妇的怜悯之情，徘徊不忍去；后者表达了诗人与敬亭山深厚的感情。9.选出鉴赏不正确的一项（）
口 供 闻一多
我不骗你，我不是什么诗人，纵然我爱的是白石的坚贞，青松和大海，鸦背驮着夕阳，黄昏里织满了蝙蝠的翅膀。
你知道我爱英雄，还爱高山，我爱一幅国旗在风中招展，自从鹅黄到古铜色的菊花。记着我的粮食是一壶苦茶！
可是还有一个我，你怕不怕？——
苍蝇的思想，垃圾桶里爬。
A．诗人偏爱浓重的色彩，如“白石的坚贞”“蝙蝠的翅膀”“招展的国旗”“古铜色的菊花”，散发出时代生活的气息。B．“鸦背驮着夕阳”“黄昏里织满了蝙蝠的翅膀”，这两句诗极富想象力，语言生动，使诗的画意极富动感。C．“记着我的粮食是一壶苦茶”，“我爱一幅国旗在风中招展”。第一句暗示作者是一个书斋里的书生，偏爱民族文化传统的诗人。第二句突出作者的爱国主义理想。
基于ML的OFDM优化同步算法 篇3
OFDM的主要问题是对同步误差非常敏感, 尤其是定时误差和频偏误差,在载波数较多的情况下甚至微小的同步误差都可能引起严重的码间干扰和符号间干扰造成信号幅值的衰减和相位旋转,从而极大地降低系统通信性能。
本文采用了多符号的ML算法, 提出了2 种定时估计方法和与之相应的3 种频偏估计方法。 从理论上讲多符号的ML算法利用了多个传输符号和干扰项的统计特性,能优化算法中数据的相关性,减小判决误差。
1 同步误差对系统的影响
1 . 1 同步误差分析
OFDM系统的同步偏差主要包括: 发射机与接收机晶振频率偏差造成的收发失配和移动通信中的多普勒频移的影响;接收端对发送的数据符号的到达时刻的不确定性; 发送端D/A模块与接收端A/D模块的采样频率不完全一致而存在偏差。 综合可得OFDM系统中的同步要求主要有3 种:
载波同步:对应发送端调制模块,接收端解调模块,要求实现两模块载频一致;
符号同步:对应IDFT、DFT模块,要求接收端准确判断符号起始位置进行DFT运算;
采样同步: 对应于系统中D/A、A/D转换模块, 要求发送端数模变换与接收端模数变换的采样频率一致。
1 . 2 频率偏移误差对系统的影响
由OFDM原理可知其对频率偏移非常敏感, 很小的频偏误差将导致接收端子载波间的正交性被破坏。
如式(1),首先,频偏的存在会使接收信号相位旋转;其次,频偏ferror造成幅值的衰落;最后频偏破坏了子信道之间的正交性,从而引入子信道间的干扰项
参考文献[2] 中提出存在加性高斯白噪声和频率偏移量ferror的情况下,接收端的有效信噪比为式(2)所示。
由式(2) 可知, 如果系统中没有白噪声干扰, 为了实现接收端有至少30 d B的信噪比, 频偏值应满足|ferror| ≤ 1 . 3 ×10- 2, 因此, 对频偏的估计误差精度最小应保持在子信道频率间隔的1.3%。
1 . 3 符号同步误差对系统的影响
由于传输时延, 接收机无法确定信号何时到达接收端,存在一个采样定时偏差 △τ。 用采样间隔Ta归一化,可得定时偏差:
其中:s∈Z, τ0< Ta。
由式(4) 可以看出符号同步误差的影响有两个:(1)在准确的解调信号上产生了一个相位旋转因子,其大小与子载波位置k成正比,后果是在星座逆映射过程中产生误码; (2) 当定时偏移量超过一个采样周期, 即s ≥1时,就引入了ISI项。
1 . 4 采样同步误差对系统影响
设收发两端采样时钟偏差为 △T, 因此可将对第n个OFDM符号的第k个子载波的采样时刻表示为:tn , m=[ ( N + Lg)·n + k ] ( Ta+ △T ) , 则:
式中 为归一化的采样时钟偏差。
由式(5) 可知采样时钟偏差带来的问题主要有两个: (1) 符号定时漂移, 从而造成了子载波的相位旋转( 2 ) 采样频率偏差造成了子载波间的正交性被破坏, 引入了ICI,从而引起接收端SNR损失。
2 经典同步算法概述
SCHMIDL T和COXT D算法[3]找到的定时测度M ( d最大的点即是接收数据符号起始时刻。 但是仿真发现这种方式实现的定时测度函数并非一个尖锐峰值,而会出现一个峰值平台,从而造成了定时模糊。
MINN H算法[4]获得的定时同步是在SCHMIDL T和COXT D算法的基础上进行的改进, 将其模糊平台转化成尖峰值, 但由于其本身的帧结构, 其测度函数出现了不止一个峰值,混淆判决。
Moose算法[5]中, 发射机对一个OFDM符号重复发射。 该算法是在频域进行处理的,主要用于频偏估计,因此需要额外的FFT模块,增加了接收端的复杂性。
部分窗相关算法[6]主要用于消除多径的影响, 它利用CP中无多径干扰的部分来做定时频偏估计, 在已知多径最大时延的条件下可实现很好的估计,但在现实中是以牺牲传输的效率来换取定时的准确性。
最大相关算法[7]是ML算法的简化算法, 只考虑了CP与数据部分的相关性, 因此其计算复杂度较ML算法大大降低。 但是当信噪比较大时能量项不能忽略,此时定时估计误差较大。
ML算法[8]对于定时和频偏的估计是以假设信道为加性高斯白噪声为前提的。 当存在多径干扰时,CP部分与数据的相关性受到影响, 此时估计抖动较大, 错误率高达95%。 无线通信中的信号基本都是多径的而且干扰严重, 如何有效抗干扰是包括ML算法在内的各种同步算法需要解决的问题。
3 ML原理及算法改进
3 . 1 ML算法原理
最大似然联合实现符号定时同步和载波同步法, 是基于循环前缀与数据部分的相关性,既可以实现定时估计,也可以相对准确地进行频偏估计,数据帧结构如图1 所示。
假设符号定时偏差和频率偏移分别为 θ 和 ε。 使用ML方法对两种偏移进行联合估计的方程为:
由下面公式得到定时估计值和频率偏差值:
3 . 2 改进的ML算法
本文将在ML算法原理的基础上进行数据帧结构和判决方法的改进。 在ML算法中,是基于2N+L个样值来考虑的, 换言之, 根据这样的模型得到的估计器仅仅用到了当前OFDM符号的信息来对每个符号的定时偏差和频率偏差进行最大似然估计, 这种方法易受干扰影响,判决误差比较大。 可以利用多个OFDM符号联合估计,来改善估计器的性能,数据帧结构如图2 所示。
每进行一次ML算法判决需要连续3 个数据符号中的(2N+L) 个样值, 但进行M次ML运算只需要M +1 个数据符号, 其中部分数据符号复用, 即利用M(N+L)+N个样值进行同步估计。
定时估计方法1 将M个数据符号运用公式(9) 计算Λ ( θ , ε ) , 即根据连续M + 1 个数据符号具有相同的定时偏差和频率偏移,将M次ML运算进行累加,根据ML定时判断准则估计相应的 的值。
定时估计方法2, 每次ML运算的(2N+L) 数据( 除高斯白噪声影响外) 集合完全相同, 即单个数据符号连续重复发送M+1 次, 运用公式(10), 即将M次ML估计用到的数据符号累加, 减弱随机噪声干扰的影响, 再根据ML准则判断 的值。
两种改进定时估计方法对应的Λ (θ,ε) 值与 θ 的关系如图3 所示。
由图3 可知, 方法2 的峰值最明显但旁瓣相对也大, 方法1 峰值也很明显, 旁瓣相对较小,ML算法峰值附近波动较大,峰值不明显,相关性能最差。
与以上定时估计相对应本文提出了三种频偏估计方法。
频偏估计方法1 利用M次ML估计的,根据公式:
求得 γ′(θ),再由式(8)、式(9)求得对应的 ;
频偏估计方法2 假设定时估计值为 , 在其他( M -1 ) 次ML运算中对应的定时估计值设为 , 其中 第i次ML估计值 , 选取 ;
再根据公式:
计算频偏。
频偏估计方法3 与定时估计方法2 相对应,由定时估计方法2 得到的 , 利用公式( 10 ) 中的r ′ ( k ) 根据式( 8 ) 得到频偏估计 。
4 仿真分析
仿真参数:调制方式QPSK,M=4,N=1 024,LCP= 128 ,ε =0 . 25 , θ =792 。
仿真结果: 定时估计仿真性能如图4 所示, 其中 θ为第i种定时同步方法下定时均方误差。
其中j为各信噪比下仿真次数, 取值为j =1 000, 为信噪比固定条件下第n次仿真得到的定时估计值,θ 为理想的定时估计值。
由图4 可知第一种方法性能最优, 三种仿真结果性能由好到差顺序为:方法1>方法2>ML算法。
频偏估计仿真结果如图5 所示, 其中 εi为第i种频偏估计方法下频偏均方误差。
其中, 为信噪比固定条件下第n次仿真得到的频偏估计值,假设定时估计准确即取 。 方法1 、 2 、 3 均可得到较好的频偏估计性能,方法3 在信噪比较低的条件下能够得到比较准确的频偏估计,ML算法性能最差。
本文提出的优化算法具有很好的抗干扰性能, 特别适用于复杂恶劣的通信环境。 定时估计方法2 和频偏估计方法3 均利用了M+1 个相同数据符号, 其仿真效果在低信噪比条件下比较好, 且M越大性能越好, 由图5和图6 可知在定时估计性能提高有限的情况下频偏估计性能改善明显, 但传输效率比较低, 仅为ML传输效率的1/(M+1)。 3 种频偏估计方法性能比较接近,信噪比在-8 d B左右时3 种频偏估计的误差均在1%以内,判决精度高。定时估计方法1 在信噪比达到2 d B左右时定时估计准确率几乎为100%。 这几种改进方法能实现较好的同步估计, 但相比较ML算法需要更多的存储空间且计算复杂度有所增加。 同时本文中频偏估计方法的估计范围与ML算法的频偏估计范围一样, 均为|ε|≤0.5需要在小数频偏补偿后结合导频进行移位相关运算获取整数频偏[9]。
摘要：OFDM作为下一代通信系统的关键技术,亟需解决其同步问题。在ML算法的基础上,提出了基于多符号的ML同步算法。在加性高斯白噪声条件下进行了仿真,结果表明改进的同步算法性能比ML算法要好很多。其中,基于连续符号的定时估计方法 1在信噪比超过2 dB时准确率几乎可达100%,基于重复发送符号的定时估计方法 2在较低信噪比条件下性能比方法 1更好。信噪比为-8 dB左右时,3种优化的频偏估计方法的估计误差均在1%以内,明显好于ML频偏估计算法,证明了改进算法的优越性。
关键词：正交频分复用,最大似然估计,定时估计,频偏估计
参考文献
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同步优化论文 篇4
5分钟训练(预习类训练，可用于课前)1.填空。
白居易，字__________，号__________，_________代著名诗人。苏轼，字__________，号_________，_________代著名词人；“江城子”是_________，“密州出猎”是_________。解析：本题考查对文学常识的掌握。
答案：乐天 香山居士 唐 子瞻 东坡居士 宋 词牌 题目 2.给下面的字注音。
雎鸠（）逑（）荇菜（）寤寐（）（）溯洄（）（）湄（）坻（）解析：本题主要考查字的正确读音，准确阅读诗词。答案：jū jiū qiú xing wù mèi sù huí méi chí 3.查工具书解释下列句中加点的词语。（1）窈窕淑女，君子好逑。_____________________ ．（2）参差荇菜，左右流之。_____________________ ．（3）求之不得，寤寐思服。_____________________ ．．（4）窈窕淑女，琴瑟友之。_____________________ ．（5）溯洄从之，道阻且长。_____________________ ．（6）老夫聊发少年狂。_____________________ ．解析：本题旨在积累文言字词。参考答案：（1）配偶（2）寻求，择取（3）思念（4）亲近，亲爱（5）追，追求（6）姑且
10分钟训练(强化类训练，可用于课中)1.《诗经》是我国最早的一部诗歌总集。它分为__________________三部分，共305首诗。其表现手法有三种：___________________。解析：本题考查文学常识的掌握和拓展。答案：风 雅 颂 赋 比 兴
2.《关雎》开头“关关雎鸠，在河之洲。窈窕淑女，君子好逑”用的是什么写作手法？ 解析：本题是让我们掌握《诗经》的写作手法，以更好地理解、阅读诗歌。参考答案：起兴手法，由关雎立在水中沙洲上鸣叫起兴，引出淑女是君子喜爱的配偶的联想。3.《黄鹤楼》表达了作者怎样的感情？
解析：本题考查对古典诗歌情感的理解和把握。作者以丰富的想象力将读者引入远古，又回到现实种种情思和自然景色交融在一起，让人感到凄婉苍凉。参考答案：思乡的愁绪和历史的沧桑感。4.《钱塘湖春行》写了怎样的景物特征？
解析：本题考查对诗歌的理解、鉴赏。这首诗作者写的是西湖早春的景象。分析时要扣紧春的特征。
参考答案：春水初平堤岸，春云舒卷得贴近湖面；莺在有阳光照到的树上飞鸣，燕子衔泥喃喃而舞；春花初绽令人眼花缭乱，绿茵的浅草仅仅长得可没马蹄；垂柳遮拂着苏堤。写了春天的明丽轻快和生机活力，表达了作者对春天的喜爱。5.《江城子·密州出猎》主要写了什么内容？体现出苏轼词的什么风格？
解析：本题是对写作手法的考查。苏轼开了豪放的先河，他的词意境开阔，雄浑大气，磅礴有力，豪迈洒脱。
参考答案：这首词写了作者打猎时的雄阔场面，表达了作者欲报效国家的雄心壮志。豪放的风格。
志鸿教育乐园
西湖天竺顶有一座庵寺，叫“竺仙庵”，庵边有个泉眼，泉水极其清冽。有两个脱俗静心修道的人，经常在庵中用泉水煮茶品尝。有一联悬于庵门：“品泉茶三口白水；竺仙庵二个山人。”上联“品”拆成“三口”，“泉”拆成“白”；下联“竺”拆成“二个”，“仙”拆成“山人”。把道士在庵中的情境写得惟妙惟肖。30分钟训练(巩固类练习，可用于课后)1.填空。
江南三大名楼是__________、__________、__________。范仲淹写过______________，抒发了“先天下之忧而忧，________________”的感慨。
解析：本题考查对文化常识的掌握，并能与其他文章联系起来。答案：黄鹤楼 岳阳楼 滕王阁 《岳阳楼记》 后天下之乐而乐
2.杜少陵五言绝唱，范希文两字关情，滕宗谅百废俱兴，吕纯阳三过必醉。诗耶、儒耶、史耶、仙耶，前不见古人，使我怆然而涕下。下列与画横线的四处相对应的一项是（）A.杜甫 范成大 滕宗谅 吕不韦 B.杜牧 范仲淹 滕子京 吕岩 C.杜甫 范文正 滕子京 吕洞宾 D.杜工部 范仲淹 滕宗谅 吕布 解析：此题考查古代历史人物和作家的灵活掌握。答案：C 3.请写出两句描写自然风光的古诗句。解析：本题考查联想和背诵古诗词的能力。
参考答案：①深林人不知，明月来相照。②忽如一夜春风来，千树万树梨花开。③山下兰芽短浸溪。④明月松间照，清泉石上流。⑤山重水复疑无路，柳暗花明又一村。⑥月落乌啼霜满天。
4.宋代文学家苏轼为我们留下了许多脍炙人口的诗词，除《江城子·密州出猎》外，请写出你喜欢的两句苏轼的诗词。
解析：本题考查联想和背诵古诗词的能力。答案：（1）门前流水尚能西，休将白发唱黄鸡。（2）回首向来萧瑟处，归去，也无风雨也无晴。（3）日啖荔枝三百颗，不辞长作岭南人。（4）不识庐山真面目，只缘身在此山中。（5）大江东去，浪淘尽，千古风流人物。阅读下面一首诗，回答5—6题。
不 见
杜 甫
不见李生久，佯狂真可哀！世人皆欲杀，吾意独怜才。敏捷诗千首，飘零酒一杯。匡山读书处，头白好归来。
5.在这首诗中，作者所描绘的李白是一个什么样的形象？ 6.这首诗在艺术上最大的特点是什么？
5.解析：回顾李白的诗和形象，看看所写的内容，言近即可。
参考答案：作者通过简笔勾勒，描绘出李白是一个怀才不遇，因而疏狂自放、诗酒飘零的浪漫主义诗人的形象。
6.解析：应从技巧、语言、感情上作答，言近即可。
答案示例：艺术特色是直抒胸臆，不假藻饰；用质朴的语言，表达了对挚友的一片深情。阅读下面一首诗，回答第7题。
春行即兴 李 华
宣阳城下草萋萋，涧水东流复向西。芳树无人花自落，春山一路鸟空啼。
7.全诗描写了哪几种景物？它们构成了什么样的意境？
解析：要了解内容，通过诗的意象和诗人的情感去领悟意境。
参考答案：全诗四句分别写了草、水、树、鸟四种景物：丛生的野草，任其流的泉水，花自零落的芳树，无人欣赏的啼鸟，它们构成了荒芜、凄清的意境。8.（2005年河南省中考试题）读下面的材料，按要求答题。①在一片反对旅游景区门票涨价声中，门票率先涨价的景区预想中的尴尬：游客“用脚投票”．．．．“到此不游”，结果是门票涨价，收益减少。．．．．②相反，贵州等明确表示不“跟风”涨价的省区，游客大增。据贵州省统计，“五一黄金周”期间全省共计接待海内外游客306万人，比上年同期增长近40%。仅前四天，贵阳火车站每天就至少迎来80个旅游团，是去年同期的两倍，形成了贵州旅游的“井喷”现象。（1）用简明的话概括第②段中的主要内容。不超过15个字。（2）解释加点词语在文中的意思。解析：（1）小题考查我们提炼主要信息的能力。可抓住文中的关键词句，用简洁的话表述出来。（2）题要求结合语境解释词语的意思。参考答案：（1）门票不张价，游客大增。（或不涨价的景点，收益增长。）（2）用实际行动（或：用去或不去旅游景区）来表示自己的态度。
9.《长歌行》中“青青园中葵，朝露待日晞”中“日晞”是被太阳晒干的意思，将“晞”改为“出”好吗？说说理由。
解析：要根据诗的含义，通过对比的形式，条理清楚地谈理由。参考答案：不好。“朝露待日晞”中“待”意味着清晨日未出时，充满一派新鲜爽洁的朝气。但末尾却用了“晞”，就说明只要日光高射，露水就会很快晒干，因而于精神饱满之中还隐寓着时光一去不返、人生寿命有限等的意思，而“出”虽也是动词，但没有晒干的意思。10.请按提示的要求，默写你所知道的诗文句子。（课内外均可。）
（1）我国古代诗文中，有许多关心民间疾苦、同情劳动人民的佳句。
（2）宋楚瑜的大陆之行，又一次证明：故乡，人的生命之根。请写出两句表达乡情乡愁的古诗歌名句。解析：（1）题先要切题，所填诗句是有关关心民间疾苦、同情劳动人民的佳句，然后填写合乎要求的诗句。（2）题所填诗句是表达乡情乡愁的古诗歌名句，不可填现代诗，此题既宽泛又有限制。答案示例：（1）可怜身上衣正单，心忧炭贱愿天寒。朱门酒肉臭，路有冻死骨。
（2）春风又绿江南岸，明月何时照我还。乡书何处达，归雁洛阳边。
11.赏析《关雎》与《蒹葭》两首诗，比较一下它们的艺术特点有什么不同。
同步优化论文 篇5
关键词：TRT同步发电机,运行状态,分析优化,P-Q运行极限图,发电量
TRT同步发电机的正常安全运行, 关系到整个发电机组的稳定运行和发电量的多少。因此, 分析掌握同步发电机基本运行原理和运行状态, 通过技术、操作等方面的优化提高发电量也就成为必然的研究方向。
现结合TRT的实际运行故障分析, 探索发电机运行状态对发电量的影响, 以便优化操作提高发电量。
1 高炉TRT同步发电机工作原理及意义
TRT是高炉煤气余压回收透平发电机组的简称 (Top Pressure Recovery Turbine Unit) , 利用高炉煤气的压力能和热能在透平机中膨胀做功, 带动同步发电机发电。
TRT发电机组并网后, 机组各种工作状态围绕同步发电机组P-Q图进行, 其稳定运行状态为发电机过励磁迟相运行状态, 其余运行状态在系统运行参数允许时尽量调整为过励迟相运行。一旦没把握好各种运行状态参数的合适范围, 必将导致发电机组停机, 降低TRT机组的发电量。因此, TRT机组的稳定运行对提高发电量减少经济损失至关重要。
2 TRT同步发电机组P-Q图及运行分析
2.1 发电机的P-Q图
发电机的安全运行极限即P-Q图, 是指同步发电机带感性负荷, 作出的电压相量图。如图1所示。
图1中, ϕ为功率因数角, δ为的夹角即功角δ=ϕEO-ϕu。以0点为原点的PQ直角坐标系和以0'为起点的相量图结合在一起, 可以反映发电机电枢电流的大小 (oa线段) , 励磁电流的大小 (o'a线段) , 电压与电流的相位角ϕ, 发电机的有功功率P和无功功率Q。
根据图1介绍的电压相量图中各线段含义, 可作出同步电机的全平面P—Q图, 如图2所示。即发电机运行状态需在P—Q图内, 以下据运行a点所在范围来分析发电机各种运行状态。
2.2 同步电机运行状态及TRT实际故障分析
(1) 发电机过励磁迟相运行。
过励迟相运行通常是TRT发电机的稳定状态。运行点a在P—Q图的第一象限 (P>0, Q>0) , 发电机在此工况下输出有功和无功。
(2) 发电机正常励磁同相运行。
发电机正常励磁同相运行。运行点a在图2+P轴上, P>0, 发电机输出有功, Q=0, U&与I&同相。
2007年5月高炉慢风, 机组励磁同相运行。透平机进口压力30 k Pa左右波动, 机端电压UG为6.1 5 k V, 励磁电流IFD为0.19 A, 有功功率P 1为5 MW, 无功功率Q为0 MVar, 功率因数Cosϕ为-0.125。
励磁同相运行时, 随欠励深度增加进入欠励进相运行, 及时调节励磁调节器参数, 使发电机参数运行在稳定状态, 避免欠励过深发电机被迫停机, 降低机组发电量。
(3) 发电机欠励磁进相运行。
欠励进相运行在TRT发电机组中对机组有不利的一面。运行点a落在P—Q图的第Ⅱ象限, P>0发出有功, Q<0, 发电机运行在欠励进相运行。
2007年2月出现了运行停机故障, 发电机组深度欠励磁进相运行导致机组停机。机端电压UG为6.31 k V, 励磁电流IFD为0.31 A, 有功功率P1为0.3 MW, 无功功率Q为-1.6 MVar, 功率因数Cosϕ为-0.185。
2007年8月机组出现运行中进相。机端电压UG为6.41 k V, 励磁电流IFD为1.23 A, 有功功率P 1为1.6 M W, 无功功率Q为-0.8 MVar, 功率因数Cosϕ为-0.896。
当Q=-0.8 MVar欠励进相运行时, 及时调节励磁调节器参数使发电机进入正常迟相运行。避免了深度进相造成发电机进入电动运行, 影响发电量。
(4) 同步发电机调相运行。
同步发电机调相运行。过励磁调相运行P=0, Q>0发出无功, 运行点a点在+Q轴上。欠励调相运行, P=0, Q<0, 运行点a在-Q轴上。
当高炉短时休风, 机组向电动转变时, 发电机运行在调相状态的时间较多, 易造成进相运行或励磁调节器欠励动作。
2007年6月高炉短时休风, UG为6.15 k V, 励磁电流IFD为0.19A, 有功功率为0, 无功功率Q为-1.4 MVar, 功率因数Cosϕ接近零。立即调节相关参数使发电机避免运行在进相欠励过深而停机, 使发电机组稳定运行。
(5) 同步发电机正常励磁空载运行。
发电机正常励磁空载运行, 此时a点与0点重合, I&=0, P=0, Q=0, E&o=U&
高炉休风时, 机组向电动过渡时短时间内会出现类似空载状态。励磁调节器易误判断出现保护误动作使发电机停机。
2007年8月, 高炉短时休风, 励磁调节器和保护动作, 机组停机。参数为UG8.18 k V, IFD:2.82 A, 有功功率、无功功率和功率因数均为0。
(6) TRT电动机欠励磁迟相运行。
欠励迟相运行运行点a落在P—Q图的第Ⅲ象限, P<0, Q<0。欠励过度易引起励磁调节器退出运行发电机组停机。当高炉顶压较低, 机组无法进行发电时易导致欠励过度使发电机组停机。
(7) TRT电动机过励磁进相运行。
过励进相运行, 运行点a落在P—Q图的第Ⅵ象限, P<0, Q>0。当发电机运行过励磁进相运行与在欠励迟相运行状态时机组不再发电, 而是变成电动机, 将从电网消耗电量。
3 发电机运行状态与发电量分析
TRT在运行中在高炉顶压波动较大时电气参数变化易导致停机或电动。如未及时调节参数造成发电机组停机或发电机进入电动状态, 发电量将受到很大影响。
当发电机进入电动状态, 从发电转为用电, 以TRT两台3000 k W机组功率计算, 每月电动时间最少20 h, 每年将耗电72万k Wa, 同时电动状态减少发电量26000 k W/h以上;高炉TRT进相运行过深造成的机组停机事故, 每年至少10天, 按高炉TRT小时发电量1350 k W/h计算, 每次停机将减少发电量32.4万千瓦时, 经济损失至少16.2万元。对一台功率为3万千瓦的发电机组, 至少降低发电量150万度, 则每年的经济损失至少300万。
4 结论
(1) 发电机最佳的稳定运行状态为过励迟相运行, 其余状态都会导致发电机的停机事故或变成电动机消耗电能。据发电机运行状况及时优化调整发电机参数是提高发电量的关键所在。
(2) TRT同步发电机发电量优化操作的关键, 就是在机组运行状态发生变化时, 调节励磁调节器以保障发电机组及时回归稳定运行状态。
参考文献
[1]王爱霞, 张秀阁.电机学[M].中国电力出版社, 2005.
大惯量负载永磁同步电机优化控制 篇6
1电压前馈解耦电流矢量控制
1.1永磁同步电机数学模型
d-q轴坐标系下永磁同步电机定子电压方程、 运动方程和电磁转矩方程分别为[4]:
式中B ——— 粘性摩擦系统;
J ——— 电机转子的转动惯量;
Ld、Lq——— 永磁同步电机d、q轴电感;
pn——— 电机极对数;
Rs——— 定子电阻;
Tl——— 负载转矩;
ωr——— 转子电角速度;
ωm——— 转子机械旋转角速度;
ψf——— 转子永磁体磁链 。
当电机为隐极式永磁同步电机时,即Ld= Lq, 式( 3 ) 可变换为:
由式( 4) 可知,对于隐极式永磁同步电机调速系统,只需调节iq即可控制电机电磁转矩,从而达到调速的目的。
1.2电压前馈解耦电流控制策略
对于永磁同步电机调速系统电流环控制部分通常采用电流反馈矢量控制,如图1所示。电流指令值与电流反馈值进行比较,其差值通过PI电流调节器得到电压指令值[5,6]。
当电流PI调节器增益很大时,可近似地认为id= i*d、iq= iq*,从而实现对电流的近似线性解耦控制。但在实际系统中,受传感器延时、量化误差及数字采样幅值相位误差等因素的影响,电流调节器的增益决定了电机定子电流波动的大小,其取值越大,电流波动也越大,从而导致调节器的增益取值受到限制,使式( 1) 中的耦合项不能忽略, 无法实现系统控制的完全解耦。
为了消除耦合项对系统控制的影响,对电流反馈控制环部分增加了电压前馈环节,其控制系统结构如图2所示。
由图2可知,电压前馈解耦控制是通过增加前馈补偿项,将定子电压中的耦合项互相抵消,从而消除耦合项所带来的耦合扰动。且耦合项中的Ld、Lq和 ψf为系统已知常数,因此只需检测出 ωr和定子电流id、iq即可达到解耦的目的。
2负载转矩观测与转动惯量辨识
2. 1负载转矩观测与前馈补偿
根据永磁同步电机运动方程,定义TF为:
且加速转矩分量可以写成[7]:
对于隐极式永磁同步电机来说,将其电磁转矩表达式代入式( 5) 中,可得:
其中,电机极对数pn、永磁体磁链 ψf和采样周期均可认为是常数。
可以认为辨识得到的负载转矩TF与实际系统中负载转矩相等,因此,可以根据式( 7) 设计负载转矩在线观测器。
将负载观测器的输出作为扰动的补偿与定子电流交轴分量给定值iq*一起作为电流调节器的给定输入,使速度控制环的动态响应性能得以提高,控制系统结构如图3所示。
2.2转动惯量辨识
为了得到负载转矩观测值,需要知道系统的转动惯量J,然而,转动惯量会随着工况的不同而变化。因此,为了得出准确的负载转矩观测值需要对转动惯量进行在线辨识。
转动惯量的真实值表达式为[8]:
式中J*———转动惯量的观测值;
ΔJ———转动惯量真实值与观测值间的误差。 且根据式( 7) 有:
由于速度环时间常数远大于电流环时间常数,因此,在电流环采样期间,将负载转矩视为恒定值[9]。将速度给定值信号设为周期信号,即 ωm( t) = ωm( t + T) ,将速度信号微分值 ωm( t) 乘以式( 9) 中的每项,并在一个周期内积分,因在一个速度周期内负载转矩可视为常量,故其负载转矩的扰动项为零,则可得:
将式( 8) 代入式( 10) ,可得转动惯量辨识表达式:
图3 负载转矩前馈补偿控制系统结构
根据式( 11) 搭建转动惯量在线观测器,并将辨识得到的转动惯量作为负载转矩观测器的输入,实现大惯量负载发生突变时跟踪转动惯量的变化来实时观测负载转矩,并将观测到的负载转矩前馈于电流控制环构成电流控制给定值,及时跟踪大惯量负载转矩变化,提高系统转速跟踪控制的快速性与准确性。
3仿真验证
为验证负载转矩补偿控制的有效性,笔者运用Matlab /Simulink仿真平台,分别对电压前馈解耦电流控制策略、负载转矩观测器和转动惯量辨识进行仿真验证。仿真采用的隐极式永磁同步电机的参数为: 定子相绕组电阻为0. 05Ω,绕组电感交直轴分量为Ld= Lq= 0. 3m H,系统转动惯量真实值为50 000kg·m2,极对数为60,永磁体磁链为1. 48Wb,功率为2MW。
图4 电流反馈与电压前馈解耦控制
图4为电流反馈与电压前馈解耦控制速度跟踪对比仿真波形。iq*设为1. 4k A,则由图4可看出,当采用电流反馈控制时,由于耦合项带来的影响,使定子电流交轴分量不能准确跟踪给定值,导致电流跟踪有所延迟且存在一定的静态误差。当采用电压前馈解耦控制时,耦合项所带来的影响被抵消,电流跟踪效果更加精确、快速。
如图5所示,速度给定值信号设定为最大值2rad / s、最小值1rad / s,周期为0. 01s的三角波周期信号,可以看出,转动惯量辨识结果经过短时间内到达稳定值且非常接近真实值50 000kg·m2, 表明该方法转动惯量辨识精度很高且辨识速度快。
为验证负载转矩观测器的正确性,将速度给定值信号设为恒定2rad /s,电机输入的机械转矩信号设定为系统运行初始时100k N·m,当运行至0. 5s时突变至400k N·m,图6为负载转矩观测值波形。
由图6可以看出,所设计的负载转矩观测器可以准确地跟踪实际负载转矩,并在负载转矩发生突变时,能够快速、准确地跟踪实际负载转矩的变化,从而给负载补偿控制提供准确的补偿信息。
在确保转动惯量辨识与负载转矩观测的准确性和有效性之后,将进行大惯量负载永磁电机速度跟踪控制对比仿真。在系统运行的过程中,负载转矩初始为180k N·m,电机转速的给定值为1. 01rad / s,当系统运行至0. 5s时,负载转矩突变至500k N·m,电机转速给定值增加至2. 02rad /s。 未加入负载转矩补偿时,电机实际转速跟踪波形如图7所示。
由图7可以看出,未引入转矩观测器的矢量控制系统虽然能够跟踪上给定转速,但是当负载转矩发生突变时,实际转速存在明显波动。加入负载转矩补偿后,电机转速跟踪波形如图8所示。
可以看出,加入补偿后电机实际转速能够快速跟踪给定的转速,并且在负载转矩发生突变时, 能够较好地抑制扰动,使电机实际转速更快地跟踪给定转速轨迹,并且减小电机实际转速的波动,从而提高了永磁同步电机在大惯量负载时的动态响应速度。
图8 加入补偿后的电机转速波形
4结束语
同步优化论文 篇7
公交是一种高效利用道路资源的交通方式。世界上大城市公交系统承载的居民出行比重平均在50% ~60%,而我国大部分城市的公共交通出行比例不足30%[1]。换乘的不便使得我国公交对小汽车出行者的吸引力不强。有研究表明公交换乘是影响公交出行率的几个主要因素之一[2]。换乘在公交出行中又是非常常见的,如纽约有约36%的公交出行至少需要换乘一次,慕尼黑和巴黎有70%的公交出行至少需要一次换乘、40% 的公交出行换乘次数超过一次,伦敦有约30% 的公交出行至少需要一次换乘[3]。出行者特别是通勤出行者的换乘时间价值比在车时间价值要大2~3倍,同时公交需求量对换乘时间的敏感性要比在车时间高1倍[4]。因此,公交的同步换乘协调优化是提高公交吸引力的重要手段。
公交同步换乘协调优化问题已受到国内外学者的广泛关注。Ceder等[5]以最大化公交车同时到达换乘站的次数为目标,构建了混合整数规划模型,并设计了启发式算法,但这种同时到达的调度较为苛刻。Eranki[6]在Ce-der的基础上设定了一个换乘等待时间范围,在此范围内进行的换乘定义为同步换乘。而刘志刚等[7]则定义了一个协同系数来衡量公交同时到达车站的程度。石琴等[8]以车辆相遇总次数最大及总相遇点数最小为目标,研究了最大同步换乘的公交区域调度优化问题,但这种求总相遇点数最小的方法,会减少其他换乘站车辆相遇的次数,对其他换乘站的换乘造成不利影响。陈霞等[9]通过构建公交线网协同调度换乘复杂网络,以路网换乘点换乘车辆数最大作为优化目标,从路网结构层面提出换乘点换乘权重系数,建立了公交线网协同调度时刻表模型。Ibarra-Ro-jas O J等[10]以最大化同步的数量为目标,在给定同步换乘时间窗口下,研究了时刻表编制问题。Ang A,McIvor M[11]以直接换乘数量最大及总旅行时间的波动最小为目标,对比分析了滞站、越站策略增加直接换乘的情况。Nesheli M M,Ceder A[12]考虑同步换乘的数量及旅客出行时间,以总旅行时间最小为目标,研究了不同调度策略下公交同步换乘问题。上述研究大部分只考虑了换乘的同步性,没有考虑为其他乘客的等待时间及公交运营的成本。
本文综合考虑上述因素,以同步换乘人数最大、乘客总等待时间最小及公交车平均满载程度最大为目标,建立多目标公交同步换乘协同调度优化模型;采用基于小生境共享竞争复制算子的遗传算法求解该问题的pareto解集,并利用信息熵法对pareto解集进行决策优选。
2 问题描述
由于公交系统中固有的不确定性,很难调度有换乘关系的公交车同时到达换乘站,而在一个允许的换乘等待时间范围内进行换乘更具合理性。若一辆公交车到达换乘站的时刻与另一辆与其具有换乘关系的公交车出发时刻之差在某一个同步换乘时间窗口内,则称该辆公交车在该站可同步换乘另一辆公交车。在换乘时间窗口内的同步优化提高了不同线路之间的互动性、也为公交调度人员提供了更多的调度弹性。
由于公交系统中有多个换乘站,公交线路间存在多个换乘关系,可能会出现两辆公交车在一个站具有同步换乘,而在另一个换乘站却无法实现同步换乘,因此在衡量同步换乘时,不能以同步换乘的车站数量进行简单衡量,而应该考虑换乘站换乘旅客的数量,尽量使同步换乘的旅客数量最多。此外,公交运营管理者为了降低经营成本,往往会增大发车间隔,这会使得乘客在站等候时间增加,因而在进行公交调度时还需要综合考虑公交满载程度与乘客等待时间。
3 模型的建立
模型建立时考虑以下假设:
(1)公交线路上的车辆不存在超车情况;
(2)模拟期间,各公交线路的配车数满足派车数量要求。
3.1 符号及变量说明
L={l|l=1,2,…,N}为公交线路,N为公交线路数量,其中上下行线路分别表示;
V={Vl|l∈L}为公交站点集合,其中为线路l上的站点集合,vl0为停车场,ml为线路l的站点数量;
为换乘站点对集合,表示公交线路l1,l2在站点可以进行换乘;
B={Bl|l∈L}为公交车集合,表示公交线路l上的公交车集合,dl为公交线路l模拟期间的发车数;
表示公交车blk的载客能力,blk∈Bl,l∈L;
表示vli站公交车blk的乘客到达率及下车率;
表示公交线路l1在站点换乘l2线路的概率;
分别表示公交车blk在vli站的上、下车人数;
表示vli站未能上公交车blk的人数;
表示在vil站停站时公交车bkl上的乘客数;
g(bkl)表示公交车bkl的满载程度;
表示从公交站点vli-1至站点vli的行驶时间,i=1,2,…,ml,l∈L,当i=1时,表示公交车从停车场到始发站点的时间;
表示公交车blk在vli站的停站时间,blk∈Bl,vli∈Vl,l∈L;
w1,w2表示同步换乘的时间窗口;
表示公交车bkl从停车场发车的时刻,bkl∈Bl,l∈L;
表示公交车bkl到达车站vil的时刻;
T1,T2表示公交调度模拟时间窗口;
h1,h2表示模拟期间的最小及最大发车间隔;
为0,1变量,线路l1上的第k1辆公交车在是否可同步换乘l2上的第k2辆公交车.
3.2 公交车运行过程分析
(1)停站时间分析
公交车在车站的停站时间主要受车辆的停车、启动及乘客上下车的影响。Zolfaghari等[13]认为发车间隔不太大时,公交车的停站时间可以用线性方程近似表示。公交车的停站时间主要由两部分组成,分别为车辆的停车、启动及开关车门时间,乘客上车及下车时间,本文采用下式估算公交车的停站时间:
其中,c0表示车辆的停车、启动及开关车门时间,c1,c2分别表示每名乘客下车及上车时间参数。
高洁[14]通过调查分析发现开、关门时间一般为1~3秒,在直线式公交停靠站公交车进站停车时间一般在4~8秒,车辆离站启动时间一般在6~15 秒,每名乘客上车时间在2.6~3秒,下车为1.7~2秒。根据上述结果,本文分别取c0=0.27,c1=0.03,c2=0.05(分钟)。
(2)公交车到站时刻分析
公交车到达始发站的时刻为发车时刻与从停车场至始发站点的走行时间之和,即:
公交车到达非始发站的时刻为公交车到达上一站时刻与在上一站停站时间及上一站至本站走行时间之和,即:
3.3 公交车状态分析
(1)公交车上下车人数
公交车blk上的乘客在车站vli的下车人数为该站下车率与公交车上的乘客数之积,即:
乘客在车站的上车人数为公交车剩余容量与该站本时间段需要上车人数的较小值。该站本时间段需要上车人数包括前一辆公交车至本辆公交车到达时间段内陆续到达的乘客数、未能上前一辆公交车的乘客数及换乘本辆公交车的乘客数。在车站vli的上车人数可表示为:
(2)公交车上的乘客数
公交车上的乘客数为上一站公交车上的乘客数减去上一站下车乘客数加上一站上车乘客数,即:
(3)满载程度衡量
满载率一般可用车内实际的乘客数与车辆定员的比值来表示。可构建以下效用函数对满载率进行评价:
其中,α表示成本参数;β表示强度系数。本文取α=40,β=10。
3.4 乘客等待时间分析
(1)车站未能上车人数
车站未能上车人数为该站本时间段内需要上车人数减去实际上车人数,即:
(2)乘客候车等待时间分析
Larsen和Sunde[15]认为乘客平均候车时间为发车间隔的一半。如果公交车已经满载,乘客还需要等下一辆公交车,因此,乘客等待时间包括随机到达乘客的平均等待时间及未上车乘客的额外等候时间,即:
3.5 多目标公交同步换乘协同调度优化模型
根据上述分析,构建公交车同步换乘协同调度优化模型如下:
其中,式(10)表示最大化同步换乘人数,式(11)表示最小化乘客总候车等待时间,式(12)表示最大化公交车平均满载程度,式(13)为调度时间段约束,式(14)为公交车容量限制约束,式(15)为发车间隔限制约束,式(16)为同步换乘条件约束,式(17)为0-1变量约束。
4 模型求解算法
4.1 基于小生境共享竞争复制算子的遗传算法
(1)染色体的构造
CH=(ch1,chc,…,chN)表示一个染色体,N为公交线路数量,其中基因表示线路l上各公交车的发车时刻,发车时刻满足约束条件(13)及(15)。
依据约束条件(13)及(15),一个染色体的产生过程如下:
Step1:i=1;
Step2:如果i大于N,则终止,否则,k=1,转至Step3;
Step3:产生服从均匀分布u(h1,h2)的随机数u1;
Step4:如果k=1,则,否则,若,k =k+1转至Step3;否则,i=i+1,转至Step2;
随机产生pop_size个染色体,得到初始种群。
(2)选择操作
在不掌握任何偏好信息的情况下,可为决策者提供Pareto解。当产生了初始种群及每次迭代后,设种群中的Pareto解集为P.进行选择操作时,本文设计一种基于小生境的染色体竞争复制技术,无需计算染色体的适应值。其方法如下:
Step1:从Pareto解集P中随机选取size个染色体放入当代种群中,形成pop_size+size个染色体作为选择母体;
Step2:从选择母体中随机选择一对染色体CH1,CH2;
Step3:若CH1,CH2中有一个是Pareto解时,将其选作下一代染色体,若CH1,CH2均为Pareto解,或均为支配解,则依据Step4,Step5 的小生境数确定下一代染色体;
Step4:求小生境半径,设d1,d2,d3为选择母体中目标函数z1,z2,z3的最大值与最小值之差,小生境半径可表示为,θ为常数,一般取2~4;
Step5:为了保持群体中染色体的多样性,选择小生境内染色体少的进入下一代:统计CH1,CH2为中心的小生境内染色体数k1,k2,若k1<k2,则选CH1进入下一代,若k1>k2,则选CH2进入下一代,若k1=k2,随机选择一个进入下一代。
(3)基因交叉
按交叉概率Pc从父代选择一些染色体,两两分组,并对每组染色体进行如下操作:随机产生一个1到N的正整数,表示进行交叉的公交线路;将两条染色体中该公交线路的基因进行交换,从而得到两条新的染色体。
(4)变异操作
对pop_size个染色体以变异概率Pm进行变异:随机产生一个1到N的正整数,表示进行变异的线路;对被选择变异线路的基因,随机产生两个变异位置n1和n2,并重新产生其发车时刻,从而得到一条新的染色体。
4.2 Pareto解集的决策优选
信息熵法可反映目标信息熵值的效用价值,避免了人为的影响因素。利用遗传算法得到Pareto解集后,可以采用信息熵法对Pareto解集中的解进行决策优选,为公交调度提供参考。
利用信息熵法对Pareto解集中的解进行决策优选的计算过程如下:
Step1:写出Pareto解集的决策矩阵MAP×3,并对目标进行规范化,得到规范化矩阵Rij= [rij]P×3;
Step2:对规范化矩阵Rij进行列归一化运算,得归一化矩阵Hij= [hij]P×3;
Step3:计算第j个目标的熵值:
当hij=0时,令hijlnhij=0;
Step4:计算第j个目标的权重系数:
Step5:计算解i的综合目标值:
根据计算得到的综合目标值,按照从大到小进行排序,排在前面的解为综合效果较好的解。
5 算例分析
某区域内有四条公交线路,如图1所示。调度模拟时间窗口为8:00~8:30,最小及最大发车间隔h1,h2分别取3min及10min,同步换乘的时间窗口w1,w2分别为1min及5min,公交车载客能力为100人。主要换乘关系如表1所示,公交线路的站点及运行参数如表2所示。
运用本文设计的遗传算法及Pareto解集的优选方法计算,计算得到的Pareto解集及其目标值如表3 所示。Pareto解集中方案5的综合目标值最大,其线路发车时刻及运行状态如表4所示。具有同步换乘关系的车辆如表5所示。而采用固定发车间隔调度模式,本算例发车间隔在3min至10min间均未出现同步换乘情况。由此可见,本文设计的模型可以体现乘客的同步换乘问题。
5 结论
公交的同步换乘协调优化是提高公交服务水平的重要手段。本文综合考虑乘客及公交运营管理者两个方面,建立了多目标公交同步换乘协同调度优化模型,设计了基于小生境共享竞争复制算子的遗传算法求解该问题的pareto解集,并利用信息熵法对pareto解集进行决策优选。算例分析表明本模型在公交的同步换乘调度方面是合理可行的,但未模型未考虑滞站、越站等其它公交调度策略对同步换乘的影响,需要在今后进一步深入研究。
同步优化论文 篇8
永磁直线同步电动机结构简单、效率高、行程和推力体积比大, 是直接驱动直线伺服系统的首选电动机类型之一[1]。为了避免供电线路被移动, 其动子采用永磁体定子结构, 但是在远距离、大推力应用场合需要的电枢绕组和永磁体多, 系统造价较高。因此, 本文以经济指标为目标, 根据系统的推力速度要求选取自适应参数调整和适应值定标相结合的改进遗传算法 (Improved Genetic Algorithm, 简称IGA) [2]对永磁直线同步电动机进行优化设计, 并对优化结果进行了仿真, 从而证实了该优化设计方法的正确性和有效性。
1永磁直线同步电动机优化设计
电动机的优化设计是让计算机直接在电动机设计空间内找到代价最小或性能指标最佳的可行方案的设计程序, 其实质是借助计算机, 从预定的优化目标出发, 在满足性能要求的前提下, 根据电动机设计的数学模型, 运用数学规划中的最优化理论, 寻求电动机最优化设计方案, 使某项或某些经济技术指标达到最优的一种电动机设计技术。
对于永磁直线同步电动机的优化设计, 由于其数学模型复杂, 函数形态差, 某些设计变量如初级冲片的某些尺寸、每槽导体数等又有一定的离散要求, 且其目标函数是多峰函数, 因此, 其优化设计是一个同时具有连续和离散变量的混合规划问题。本文选取自适应参数调整和适应值定标相结合的IGA对永磁直线同步电动机进行优化设计。
1.1 优化变量的确定
永磁直线同步电动机优化设计中的变量很多, 理论上可以选择所有影响电动机性能指标的独立变量作为优化变量。但在实际应用中, 不少参数和结构尺寸均已确定, 有些参数如槽型和槽数等也可以根据一般原则选择, 不宜作为优化变量, 因此, 本文选取永磁直线同步电动机的同步速度v、极对数P、初级叠厚lδ、气隙长度δ、槽宽bs、槽高hs、永磁体高度hm、永磁体长度Lm、永磁体宽度bm、每槽导体数Z、导线直径d1等11个变量[3]作为永磁直线同步电动机优化设计的优化变量。
1.2 约束条件
在优化设计时, 永磁直线同步电动机的结构和工艺约束条件可以转化为各优化变量的变化范围, 在程序设计中事先输入, 而其它约束条件的约束函数形式为如下:
(1) 效率η约束:
(2) 功率因数cos ϕ约束:
(3) 槽满率ks约束:
(4) 初级齿密Bt约束:
(5) 初级轭部磁密Bj1约束:
(6) 次级轭部磁密Bj2约束:
(7) 初级长宽比约束:
式中:τ为极间距。
(8) 初级槽高hs、宽bs约束:
(9) 空载漏磁系数σ0:
式 (1) ～ (10) 中:下标“0”表示被约束变量的设计规定值;下标“max”表示被约束变量的设计最大值;下标“min”表示被约束变量的设计最小值。
1.3 目标函数的确定
鉴于永磁直线同步电动机的特点, 选择电磁推力Fat和体积V作为优化目标, 目标函数为
1.4 优化方法和优化结果
理论和实践证明, 遗传算法具有很强的鲁棒性, 且所需的领域知识少, 应用范围广, 但存在“过早收敛”问题。由于群是有限的, 传统的遗传算法机制和按适应值比例选择的方法使得高于群平均适应值的模式在下一代中获得较多的取样, 这样不断进行下去, 一旦某些取样在群体中占有较大优势, 遗传算法就会强化该优势, 从而使搜索范围迅速变窄, 表现为群体向一些相同的个体收敛, 而迅速收敛的群体实现的结果未必是全局最优, 这就产生了过早收敛。
本文采用自适应参数调整和定标技术相结合的IGA, 从遗传控制参数的选取和适应值函数的处理这2个方面解决过早收敛的问题, 并对单边隐极式永磁直线同步电动机进行优化设计。
整个IGA优化主程序流程如图1所示。
图2为最大代数为100代的IGA寻优跟踪图, 具体优化数据和优化设计结果如表1所示。
从表1可看出, 经过优化设计的设计方案比初始设计方案在电动机性能指标上有明显的提高。其中, 在额定推力 (功率) 、额定电流和功率因数满足设计要求的条件下, 电动机初级叠厚和永磁体体积有一定程度的减少, 电动机初级叠厚由540 mm减少为480 mm, 永磁体体积由2.46×10-4 m3减少到2.07×10-4 m3, 分别减少11%和16%。另外, 在满足额定电流需求的情况下, 经过优化设计的方案改善了电动机的初级槽型尺寸, 在一定程度上减少了电动机的漏抗, 提高了其性能。
2结语
本文采用IGA对永磁直线同步电动机进行优化设计。仿真结果表明, 该优化设计方法既能保证和改善永磁直线同步电动机的综合性能指标, 又能提高其推力、减小其体积, 有利于节省材料、降低电动机的造价。
参考文献
[1]李庆雷, 王先逵, 吴丹, 等.永磁同步直线电机推力波动分析及改善措施[J].清华大学学报, 2000, 40 (5) :33~34.
[2]刘晓东.遗传算法及其在电机优化设计中的应用研究[D].杭州:浙江大学, 1999.
同步优化论文 篇9
配网静止同步补偿器 (Static Synchronous Compensator, STATCOM) 的研究主要集中在主电路拓扑结构和装置多目标控制策略方面[1,2], 对于起到直流电压支撑作用的直流电容的选择研究较少且缺乏系统的理论分析, 也存在不同的见解[3]。文献[4]针对H桥级联型STATCOM, 根据无功电流和直流电压波动允许值来选择直流电容;文献[5]针对STATCOM多重化结构, 根据瞬时有功功率变化对直流电压波动的影响选择直流电容;文献[6]分析了系统不对称条件下直流电容对STATCOM性能的影响, 并给出了直流电容的选取原则。文献[7]研究了电网谐波电压对STATCOM的影响, 但该文献分析不包含电网电压不平衡的影响;文献[8]利用标幺值模型分析了电网电压不平衡和谐波情况下直流电压的波动和装置谐振情况, 但是理论分析结果与仿真结果存在显著差异。
本文利用基频开关函数, 推导出了配网STAT-COM在电网电压含有基波负序分量和谐波分量情况下直流电压波动幅值与STATCOM串联电感、直流电容的解析表达式, 据此分别以装置直流电压波动幅值最小和交流电流非基波正序分量 (包含基波负序分量和谐波分量) 有效值最小为约束条件, 得到了STATCOM直流电容的优化计算公式。最后, 搭建了STATCOM的仿真模型, 仿真结果验证了理论分析的正确性。
2 STATCOM的开关函数模型
如图1所示, 本文分析所针对的STATCOM主电路拓扑为典型的二电平电压源换流器 (Voltage Source Converter, VSC) 结构。图1中, 电网电压us分解为基波正序分量us.1+和非基波正序分量us.n, uc为VSC交流侧电压, udc为VSC直流侧电压。
设VSC采用SPWM调制策略, 调制深度为!。忽略VSC开关工作方式引入的高频谐波分量, VSC开关函数可用其基频分量来表示:
根据VSC的PWM调制原理, VSC的交直流侧电压和交直流侧电流分别有如下关系:
由图1可知, STATCOM的交流侧和直流侧的电压电流分别服从如下关系:
式中, Udc0为STATCOM直流侧稳态平均电压。
3 STATCOM的谐振分析
设电网电压中某个非基波正序分量us.n为
式中, ω为电源电压基波角频率;n为谐波次数;p表示相序。当us.n为正序分量时p=+1、负序分量时p=-1、零序分量时p=0。
业已证明, 电网电压中的n次p序分量会在直流电压中产生 (n-p) 倍频的波动[9]。设直流电压波动幅值为Ud, 则STATCOM直流电压的波动分量可表示如下:
根据式 (2) , (n-p) 倍频ud又在STATCOM交流逆变输出电压中产生 (n-p+1) 次正序电压分量uc.n+和 (n-p-1) 次负序电压分量uc.n-, 由式 (3) 和式 (5) 可知, 交流侧us.n, uc.n+和uc.n-产生的电流在VSC直流侧引起的直流电压波动为
令式 (7) 与式 (8) 相等, 整理可得Ud与LC之间的关系:
显然, 当LC满足
时, STATCOM对电网电压中的n次p序分量发生谐振。
4 直流电容器最优容量确定
下面分别以VSC中Ud最小和交流电流非基波正序分量 有效值最小为约束条件, 分析直流电容器容量的优化选择。在本节的示例中, 分别取L=1m H和λ=1.0。
4.1 直流电压波动最小时的电容量
在电网电压非基波正序分量us.n一定时, 由式 (9) 得到图2所示的Ud与C的关系曲线。
图2中, Ud极大值对应于谐振点的电容量, 当直流电容远离谐振电容值时Ud迅速趋小。从图2可以看出, 若以Ud最小为目标, 则直流电容量越大越好。实际应用中, 可以根据系统允许的Ud max和电网电压中可能出现的最大基波负序电压Us.1-选择直流电容, 即:
4.2 交流电流非基波正序分量最小时的电容量
4.2.1 电网电压不平衡对电容量的要求
图3给出了I1-、I3+和 与C的关系曲线。
由图3可知, 交流电流 存在三个特征点:
(1) 谐振点:当直流电容量满足下式时, 最大。
(2) 基波负序电流零点:当直流电容满足下式时, 中的i1-为零。
(3) 最小点:当直流电容满足下式时, 最小。
显然, 仅考虑电网电压基波负序分量us.1-时, 直流电容器的合适取值范围为
或
4.2.2 电网电压谐波分量对电容量的要求
如果电网电压含有谐波分量us.n, 图4给出了 随C的变化曲线。
图4表明, 单一频次谐波电压下, 直流电容越小I1+也越小。但为避免高次谐波下的谐振发生, 直流电容必须位于最低次谐波 (譬如5次谐波) 谐振点的右侧, 即:
4.2.3 直流电容的优化选择
综合考虑电网电压中的基波负序和谐波成分, 直流电容器最优容量由式 (16) ~式 (18) 共同决定。
图5给出了Us.1-=Us.5-时 与C的关系曲线。
由图5可知, 直流电容器的最优容量Copt落在基波负序和5次谐波负序谐振电容量之间, 即
最优容量可以按照上述取值区间边界的几何平均值来确定, 即:
此时Copt=3.42Creson.5, Creson.1=3.42Copt, 即Copt对相邻两个谐振电容量都有较大的冗余。
若定义串联电抗器的工频电抗和直流电容器的等效工频容抗分别为
取!=0.95, 则由式 (19) 可得
5 仿真验证
利用PSIM软件, 按照图1搭建STATCOM仿真电路模型对上述分析结论进行仿真验证。电路中的参数设置如表1。
由式 (10) 和式 (19) 求出STATCOM直流电容器的几个特征值: (1) 基波负序谐振电容量Creson.1=1267μF; (2) 5次谐波负序谐振电容量Creson.5=109μF; (3) 以Ud最小为目标的最优电容量Copt=∞, 文中取为10000μF; (4) 以 最小为目标的最优电容量Copt=371μF。图6给出了Ud和 随C的连续变化曲线, 可以看出, 仿真结果和理论分析是一致的。
6 结论
通过基频开关函数建模和分析, 导出了配网STATCOM在电网电压基波负序和谐波分量作用下的直流电压波动和交流电流非基波正序分量的计算模型, 给出了谐振发生的条件, 得到了不同优化目标下直流电容的最佳取值方法: (1) 若以STATCOM直流电压波动最小为目标, 则直流电容量越大越好; (2) 若以STATCOM交流电流非基波正序分量有效值最小为目标, 则直流电容器存在一个与串联电感相关联的最优电容值, 其等效工频容抗约等于串联电抗器工频电抗的30倍。
参考文献
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