动态控制

动态控制（精选12篇）

动态控制 篇1

动力定位系统是一种目前广泛地应用于船舶及海上浮式作业平台的高新控制技术, 它具有不受水的深度影响, 定位准确快速等特点[1]。随着船舶控制系统快速发展, 应用范围也越来越广, 配备动态定位系统的船舶越来越多, 而动态定位与轨迹跟踪的控制功能是动态定位系统的核心技术, 以下以耙吸挖泥船为例, 基于耙吸挖泥船的动态定位与动态跟踪系统轨迹跟踪要求, 对此控制技术进行以下研究。

1 耙吸挖泥船动态定位轨迹跟踪技术研究

1.1 引言

在耙吸挖泥船疏浚工作时, 动力定位系统中, 要求沿着有一个预设的航道航行, 为了轨迹控制的方便操作, 可以假设轨迹是由许多点连接而成的, 这样挖泥船的轨迹控制可以转换为直线和转向两个部分, 以下就从这两个方面来分析研究其轨迹控制。为了达到挖泥船轨迹控制功能这个主题, 采用了点线的方法, 就是把轨迹转换为一系列给定位置的点, 因此轨迹定位控制问题就转化为了定点的控制问题。

1.2 直线段轨迹控制策略

定点计算是直线段轨迹控制中最为关键的问题, 通过对挖泥船的运行速度和给定的预设一条轨迹来说明定点的计算问题。

1.2.1 计算轨迹起始点

轨迹控制就是把给定轨迹分解成一组点, 所以首先寻找起始点位置。如图1所示的一条轨迹, 起点和终点坐标分别为 (x1, y1) 和 (x2, y2) , 当船的位置不是恰好在起始点时, 就像图中A, B和C这样时就不能采用统一的方法来确定其起始点。

在此以从挖泥船向轨迹做垂线的方法来确定起始点的。如图2所示, 垂足 (x4, y4) 即为挖泥船运动的起始点。

两点可以确定一条直线, 由此得到轨迹的直线方程:

令x1≠x2, y1≠y2, 得轨迹的斜率为:

由此得到一个过点 (x3, y3) 的航迹垂线斜率为:

综上可以得到垂线直线方程:

当y2=y1和x2=x1时, 即斜率为0的情况, 计算出此时垂线为y=y3, 把它们带入 (1-4) 式可得同样结果, 所以 (1-4) 式可作为垂线的一般表达式。

联立 (1-1) 和 (1-4) 可得垂线与轨迹线交点垂足坐标:

式中:a=x2-x1

b=y2-y1

1.2.2 定点位置计算公式

确定了起始点, 就可以计算出轨迹上的一系列定位点。设轨迹的有向线段方向为θ, 其给定的速度为V, 采样时间为Ts, 可以得到定位点的计算公式:

通过上面的公式可以得到船舶定位点的一系列坐标, 通过这些定位点就可以达到航迹控制的目的, 接下来需要进行轨迹判断。

1.2.3 轨迹判断

如图3所示, 通过上边几式, 可以得到终点垂线方程:

由此可得距离d为:

这样可以根据d的正负来判断挖泥船其实位置是否过了轨迹终点, 可以正确得出挖泥船与给定航迹的关系:

d>0时, 挖泥船在终点前;

d=0时, 挖泥船在终点垂线上;

d<0时, 挖泥船在终点后。

根据上面的推到研究, 得出只有在d>0时航迹可用, 否则无效。

1.3 转向段轨迹控制

在转向段的处理策略, 让挖泥船以圆弧的平稳的切换到另一条轨迹, 这个和两条轨迹相切的圆弧可以根据航迹线的转弯半径和给定速度来确定。

此策略的圆弧如图4所示, 第一条轨迹线方向角为θ1, 和第二条轨迹线方向角为θ2, 它们的夹角即为回转的角度Φ=|θ1-θ2|, 若θ1-θ2>0, 向左转, 否则向右转。由图中所示的回转半径R, 可以得到L=R*tan (Φ/2) , 并由此可以计算出点D的坐标 (x5, y5) , 同理可以求的点E的坐标 (x6, y6) 。根据上面求得的点D的坐标和第一条轨迹的方向角θ1, 可以得出回转圆弧的圆心O的坐标 (x7, y7) 。假设挖泥船的给定速度为V, 回转率为r=V/R。

由上述分析, 可以得到定位点的计算公式:

式中:αn=an-1+r*Ts*dir, 其中dir为转弯的方向, 向左转为负, 向右转为正。

通过上述公式及计算, 可以得到转向的定位点, 当挖泥船转过Φ的角度后, 转弯结束, 完成转弯轨迹的控制。

2 轨迹控制器设计

2.1 引言

PID控制器是广泛运用于工业中的反馈控制器, 其工作原理是被控变量的实际值, 与期望值相比较, 用这个偏差来纠正系统的响应, 执行调节控制。

模糊控制是指利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法, 对于复杂的、变量太多的系统, 利用各种方法来简化系统动态, 以达成控制的目的控制方法。

2.2 数字PID控制算法

2.2.1 PID的线性控制原理

很多控制过程是非线性或时变的, 通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统, 这样就使PID控制器变成一种线性控制器, 它根据给定值r (t) 与实际输出值c (t) 构成的控制偏差:

PID的控制规律为:

其传递函数形式为:

式中:Kp是比例系数, Ti是积分系数, Td是积分时间常数

2.2.2 增量式PID算法的改进

(1) 位置式PID控制算法

计算机是通过采样控制的, 其控制量只能根据采样时的差量来计算, 因此需要对积分和微分项进行离散化处理, 以一系列的采样时刻点代表连续时间, 以和式代替积分, 以增量代替微分。

(2) 增量式PID控制算法

所谓增量式PID是指数字控制器的输出只是控制量的增量, 当控制系统的执行机构中只需要控制量的增量时, 能推算出提供增量的PID控制算式。采用增量式算法时, 计算机输出的控制增量对应的是本次执行机构位置的增量。

由以上叙述可知, 位置式和增量式两种控制算法并没有本质上的区别, 它们的计算全由计算机承担, 或者一部分由其它部件去完成。增量式控制虽然只是算法上作了一点改进, 却带来了不少优点:a.由于计算机的输出增量, 所以误动作时影响小。b.手动/自动切换时冲击小, 便于实现无扰动切换。c.算式中不需要累加。控制增量的确定仅与最近k次的采样值有关, 所以较容易通过加权处理而获得比较好的控制效果。但增量式控制也有其不足之处:积分截断效应大, 有静态误差;溢出的影大。

2.3 模糊控制

模糊逻辑系统是用模糊概念所描述的系统, 它研究模糊命题。一般情况下, 它由模糊化, 知识库, 模糊推理和逆模糊化四部分组成[2]。图5表示了这四部分的关系, 模糊化将论域U上的x映射为U上的模糊集合A。论域U={x}的任一元素, 通过隶属度函数u (x) 的大小表征x属于模糊集合A的程度;逆模糊化将论域V上的模糊集合B映射为V上的确定值Y;模糊推理是根据知识库中的模糊推理知识, 将模糊集合A推理出模糊集合B。

模糊逻辑从L查德教授创始至今之所以得到迅速的发展, 因为它具有以下优点[3,4]:

(1) 在设计系统时, 只需要有不精确的数学模型或不需要研究对象的数学模型, 依据专家知识或者操作人员的操作经验和操作数据, 即可以进行模糊推理。

(2) 它提供了一种描述专家知识的模糊“IF-THEN”规则的一般化模式。

(3) 由工业过程的认知性出发, 较容易建立语言变量规则。

(4) 模糊化、模糊推理和逆模糊化的选择有很大的自由度, 因此, 当用模糊逻辑系统解决某些特殊问题时, 可通过学习的方法选出优化后的模糊逻辑系统, 有效地利用数据和语一言两类信息。

2.4 模糊PID参数自整定控制器原理

通过将模糊控制 (Fuzzy) 与PID控制结合在一起, 在实际过程中得到了比传统的PID控制方法具有更多优点的模糊控制。

模糊自整定PID参数控制就是一种在常规PID控制的基础上, 应用Fuzzy集合理论建立参数Kp, Ki, Kd, 同偏差e, 偏差变化ec间的关系, 并根据不同的e, ec在线自整定参数Kp, Ki, Kd, 的Fuzzy控制器, 其结构图如图6所示。

一般情况下, 在不同的|e|和|ec|下, 被控参数Kp, Ki, Kd的自整定要求可归纳为:

(1) 当|e|较大时, 取较大的Kp与较小的Kd, 使系统具有较好的跟踪性能, 同时为避免出现较大的超调, 应对积分作用加以限制, 通常取Ki=0。

(2) 当|e|处于中等大小时, 为使系统响应超调较小, Kp取小些。该情况下, Kd的取值对系统响应影响较大, Ki的取值要适当;

(3) 当|e|较小时, 为使系统具有较好的稳定性, Kp与Ki均应取大些, 同时为避免系统在设定值附近出现振荡, 即|ec|较小, Kd取中等大小, |ec|较大, Kd取小值。

实践证明, Fuzzy在线自校正PID参数控制器的设计方案是可行的, 它在改善被控过程的动态、稳态性能与提高抗干扰能力以及对参数时变的适应能力等方面均优于常规PID调节器。

2.5 轨迹保持控制器设计

动力定位系统主要控制船舶在水平面内三自由度的运动:纵向、横向和艏向运动, 而这三个方向的运动, 通常经过三个独立的控制器分别进行控制。

基于模糊PID参数自整定的位置控制器

在耙吸挖泥船轨迹保持中, 采用模糊PID参数自整定方法设计纵向和横向控制器能满足参数变化和工作条件的变化, 在随机的环境中可以在线调整PID控制的参数, 纵向和横向的模糊PID参数自整定控制器结构如图6所示。

由结构图可以看出, 模糊控制器根据偏差及偏差变化修正PID控制器的Kp和Kd。控制算法的基本步骤如下:

(1) 根据采样值计算偏差e和偏差变化ec。

在纵向和横向控制器中, 控制器输入分别为纵向偏差和横向偏差, 输出分别为纵向力和横向力。假定给定位置坐标为 (x0, y0) , 测量位置坐标为 (x, y) , 测量的艏向为Ψ, 则转换公式为:

又由于位置给定值是不断变化的, 由微分先行PID控制算法的思想, 可以得到偏差变化ec的公式为:

(2) 把偏差e和偏差变化ec模糊化, 进行模糊推理, 然后解模糊得到△Kp, △Ki和△Kd。

模糊控制器的输入为偏差e和偏差变化ec, 输出为△Kp和△Kd。由于偏差e和偏差变化ec的符号对输出的影响是相同的, 这里把模糊控制器的输入改为|e|和|ec|。设输入变量|e|和|ec|语言变量的论域均取“负大、负中、负小、零、正小、正中、正大”七种, 其隶属函数均为三角函数。

2.6 模糊PID控制器的仿真

在Matlab中以耙吸挖泥船为仿真对象, 通过fuzzy工具箱, 对其进行动力定位系统控制算法的simulink仿真。在不同风速, 水流, 风向以及有效波高的环境下, 相关输出关系、曲线及计算结果如图7-图10所示。

在水况及挖泥船的参数为:在密度ρ=1.025t/m3条件下, 吃水d=5.5m, 排水量V=19171.1m3时 (不考虑三个方向的耦合) :

其PID参数:KP=1.08KN/m, KI=0.0064KN/m·s, KD=120.96KN·s/m

其PID参数:

由以上数据可以看出, 通过Fuzzy模块, 在模糊控制系统仿真框图中加入PID控制器, 调用了相应的模糊推理规则, 对所设计的基于模糊的PID控制系统进行仿真。在仿真过程中可根据系统仿真或实际的控制结果调整输入、输出的隶属度函数, 一直调整到理想的控制效果为止。以上数据表明设计的轨迹控制性能是可行的。

此时耙吸挖泥船纵向和横向的轨迹控制器如图11所示。

艏向控制器如图12所示。

3结束语

(1) 将船舶轨迹分为直线段和转向段两个部分研究分析了耙吸挖泥船动态定位航迹跟踪策略。

(2) 用模糊PID算法设计了耙吸挖泥船的轨迹跟踪器, 并对设计的轨迹跟踪器进行轨迹跟踪的仿真。仿真结果表明设计的模糊PID控制器具有较好的控制效果。

参考文献

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[3]闻新, 周露, 李东江, 等.Matlab模糊逻辑工具箱的分析与应用[M].北京:科学出版社, 2001:135-137.

[4]张国良, 曾静, 柯熙政, 等.模糊控制及其Matlab应用[M].西安.西安交通大学出版社, 2002:11.

动态控制 篇2

实时动态GPS精度分析与质量控制

通过大量的工程实例,分析验证了RTK的`测量精度,并就如何有效地控制RTK的测量质量提出了有益的方法.

作 者：王洪 WANG Hong 作者单位：福建工程学院建筑与规划系,福建福州,350108刊 名：科技情报开发与经济英文刊名：SCI-TECH INFORMATION DEVELOPMENT & ECONOMY年，卷(期)：19(28)分类号：P228.4关键词：GPS RTK 精度分析 质量控制

施工阶段工程造价动态控制研究 篇3

关键词：建筑项目；施工阶段；造价管理；动态控制

一、工程项目造价管理的基本内容

工程项目造价管理的基本内容是合理确定和有效的控制工程项目造价。工程项目造价管理包含着两个方面的内容：其一是投资管理，在建筑项目施工阶段要根据施工情况及施工周期、施工原材料损耗、施工人员安排等综合因素确定施工投资。其二是价格管理，落实在施工阶段，就是通过一定的优化方案来落实或保障施工阶段各个环节中的价格优惠，保障施工阶段各环节中以最低廉的价格获取最大的工程效益。

二、工程项目造价管理的基本原则

在建筑项目中，对工程项目进行造价动态控制其实贯穿于施工各个阶段，在不同的施工阶段，造价动态控制研究的侧重点各不相同，所采用的基本原则也不一样。

1、主动控制

在施工阶段执行工程造价动态控制的原则是主动控制原则。所谓主动控制的原则，就是针对施工阶段的各个主要因素，分别进行有针对性的价格管理，保障该环节的投入在可接受的范围内，以质量控制为核心，尽可能地让价格浮动接近于范围的最低值，以此来实现施工阶段的价格控制。

2、技术与经济相结合

在施工阶段工程造价的管理还有一个非常重要的原则，就是将技术与经济相结合，在分析判断施工阶段的技术投入或者经济投入时，以另外一方为衡量标准。通俗地说，就是在保障经济合理的基础上，来考察不同技术的优劣，尽可能地选择技术优良的施工技术，以保障施工阶段的质量控制。而在技术水平基本一致的情况下，重点考察经济是否合理，是否增加了经济投入，从中选择最优方案。

3、工程监理

在施工阶段进行工程造价的控制，还可以通过设定监理人员来实现人工对工程的监管控制。在施工阶段，监理人员可以全程负责整个阶段的工程造价控制，通过监管、监督、指正、检验等方法来确保施工阶段各个环节或各个步骤的最优投入，这样可以最大限度地保障工程造价的控制，为项目投资商创造更大的经济效益。

三、施工阶段工程造价动态控制分析

工程造价管理工作贯穿于建筑项目的各个阶段，在施工阶段的具体表现，可通过采用造价动态控制的方法来有效地控制成本投入，为企业创造更大的经济价值，也可以保障施工阶段的从优施工。

1、工程造价动态控制的工作原理

在建筑项目施工阶段，可以将施工阶段的整体投资估算出来，作为一种目标值。在建筑项目正式施工后，可以将施工阶段的投入目标费用与实际产生的费用进行一定的比较，若目标值与实际值存在一定的偏差，这说明施工阶段的实际投资超出了预算或者低于预算，一旦确定了偏差值，要对其产生原因进行有效分析，找出问题的根源，并采用果断的方法来实现成本目标。一般来说，工程造价动态控制的工作原理分为以下几个部分。

1.1比较值的不同

在施工阶段中，要通过定期或者不定期方式来进行预算值与投资值的比较，预算值是设计阶段的产物，投资值是施工阶段的实际开销，通过比较可以确定施工费用是否与预算值存在偏差，一般是特指超支。

1.2分析出现偏差的原因及大小

一旦预算值与实际值之间存在偏差，要认真分析产生偏差的原因，并根据偏差的大小，来估测有可能对施工后续阶段的影响程度。

1.3预测施工阶段整体费用

施工阶段的费用是环环相扣的，在某一个环节出现超支的情况，都极有可能对整个施工阶段带来直接的影响。因此在分析偏差后，就可以大致地了解整个施工阶段的费用超支情况及所需费用。

1.4采取措施将偏差尽可能缩小

在施工阶段，经分析找出偏差的原因后，为了将偏差降低到最小值，必须采用一定的措施。在采用措施的时候，要根据施工阶段的具体情况，切勿为了弥补漏洞，从而降低材料的质量或降低施工技术水平，要通过科学有效的措施来减少偏差的存在。

1.5总结经验教训

要对施工阶段的造价偏差进行分析总结，找出症结所在，并同类分析施工其他环节有可能存在的问题，做好问题的预判处理。

2、赢得值法的基本概念及应用分析

赢得值法可以有效地将施工阶段的施工进度与投入成本结合起来，从而有助于工作人员通过简单的中间值来实现进度控制和成本控制的双向保障。赢得值法的运用，有效地提升了成本控制的成效性。

相比偏差纠正法，赢得值法在分析成本与进度偏差方面，效率更快，因为赢得值法是将成本与进度有机结合在一起，实现了偏差分析的同步，一旦在施工某个进度中出现了成本偏差，这类偏差分析法很快就可以分析出偏差的原因，并及时做好修补方法。同时还可以实现偏差的预防性，提前制定预防措施，保障偏差尽可能地少出现或不出现。运用赢得值法，往往可以查找出以下几种类型的偏差。

2.1成本提升工期滞后

在施工阶段中，因材料损耗、技术更新等造成投资超出了实际预期，而往往因材料的补充或者是因技术更新带来的施工空当而拖延了工期。

2.2成本提升工期提前

在施工阶段，可能因采用新的施工工艺，虽然造成了工程成本的增加，但在一定程度上却缩减了工期。

2.3成本缩减但工期拖延

在施工阶段，为了确保成本，实现成本控制目标，因而采用了一些相对低廉的材料或技术，同时实现了施工人员的缩减，这在一定程度上控制了成本，相比预算成本，实际成本可能更小，但在另外一方面，也造成了工期的拖延。

2.4成本节约工期提前

在施工阶段，因及时淘汰了落后的施工技术，采用了相对成熟价格低廉的施工技术，反而在一定程度上实现了成本的节约，同时也使得施工工期得以提前。

相比成本偏差，采用进度偏差法，可以及时有效得将施工阶段的成本与进度有机统一起来，实现施工阶段成本控制与进度控制的双重保障，更好地实现施工阶段工程造价的动态控制。

总结：

施工阶段的造价控制管理是实现建筑项目经济效益的重要保障，在造价控制管理过程中，可以根据实际情况采用不同的造价控制法。

参考文献：

[1]刘艳，孙源，陆惠民，基于工程质量模糊评价的改进挣值法研究[J]；建筑管理现代化；2009年03期；

[2]汪源浩，建设单位工程项目投资控制的实践与思考[J]；四川建筑科学研究；2006年02期；

网络控制系统动态输出反馈控制 篇4

网络控制系统由于具有安装维护简单、高可靠性等优点, 在过去几十年的到了广泛的关注。然而, 将网络引入控制系统中将会带来诸如:丢包、时延等挑战, 这些负面影响将会严重影响系统性能, 因此研究具有丢包和时延的网络控制系统具有重要的意义。

现有文献大都针对具有丢包和时延的网络控制系统状态输出反馈进行了研究[1,2,3,4,5,6]。然而, 在现实世界中, 系统的状态并不是都能量测的。通过采用动态输出反馈控制, 可以获得受控系统的状态。由于动态输出反馈控制器较状态反馈控制具有一般新, 因此受到广泛的关注[7,8,9]。文献[10]研究了具有时变时延的不确定随机系统的全维动态输出反馈控制问题。针对连续时间和离散时间两种切换线性系统, 文献[11]研究了相应的动态输出反馈H∞控制问题。

基于现有文献分析, 对传感器到控制器信道存在时延和丢包, 控制器到执行器信道存在时延的连续时间网络控制系统, 考虑量测输出的非均匀分布特性并引入线性估计方法估计量测输出, 该文研究了相应的动态输出反馈控制器设计问题。

2 问题描述

考虑如下连续时间动态输出反馈网络控制系统

其中, x (t) ∈Rn, u (t) ∈Rp, y (t) ∈Rq, z (t) ∈Rm和ω (t) ∈Rr分别为状态向量、控制输入、量测输出、被控输出和外部扰动, 且ω (t) ∈L2[t0, ∞) ;A, B1, B2, C1, C2, D为具有适当维数的已知定常矩阵。

动态输出反馈控制器为

其中, xc (t) ∈Rn为控制器状态向量, Ac, Bc, Cc为待求实矩阵。

对t∈[tk+τk, tk+1+τk+1) , 针对传感器到控制器信道存在时延和丢包, 控制器到执行器信道存在时延的连续时间网络控制系统, 考虑量测输出到达时刻的非均匀分布特性, 同时引入基于线性估计的量测输出估计方法, 我们可以建立如下增广闭环系统

其中

其中

3 动态输出反馈控制器设计

考虑传感器到控制器信道上的时延和丢包, 控制器到执行器信道上的时延, 本小节给出了闭环系统 (4) 的动态输出反馈控制器的设计问题。

定理给定的正标量ε1, ε2, h, δ, τm, τM, γ, 及标量λˉ∈[0, 1], 若存在对称正定矩阵X, Y, 及矩阵Â, B̂, Ĉ, 使得如下矩阵不等式成立

其中

则 (4) 所示的闭环系统为均方渐近稳定, 且有H∞范数界γ。动态输出反馈控制器 (2) 的参数为

其中S和W为非奇异矩阵且满足SWT=I-XY。

4 数值例子

考虑如下开环不稳定网络控制系统

假定τm=0.05, τM=0.05, h=0.1, ε1=2, ε2=0.6, δ=2, , 相应地, 我们可以得到η=0.55。应用定理给出的控制器设计方法, 可得到系统 (4) 的H∞范数界γ=0.8122。同时, 我们还可得到动态输出反馈控制器增益为

假定系统 (4) 的初始状态为ξ0=[0.2-0.2-0.5 0.3]T, 外部扰动为

传感器到控制器信道上的区间时变时延d (t) 及控制器到执行器信道上的区间时变时延τ (t) 的曲线分别如图1和图2所示。系统的状态响应曲线和被控输出曲线如图3所示, 由图3我们不难验证本文所提出的动态输出反馈控制器设计方法的有效性。

5 结论

针对传感器到控制器信道存在时延和丢包, 控制器到执行器信道存在时延的网络控制系统, 考虑量测输出到达时刻的非均匀分布特性, 并引入线性估计方法, 建立了基于动态输出反馈控制的网络控制系统模型。基于该系统模型, 给出了动态输出反馈控制器设计方法。通过数值例子验证了本文提出方法的有效性。

摘要：考虑传感器到控制器信道上的丢包和时延以及控制器到执行器信道上的时延, 该文研究了连续时间网络控制系统动态输出反馈控制问题。通过考虑量测输出到达时刻的非均匀分布特性并引入线性估计方法估计量测输出, 建立了新的网络控制系统模型。基于新建模型, 给出了动态输出反馈控制器设计准则。最后通过数值例子验证了该文提出了控制器设计方法的有效性。

关键词：网络控制系统,动态输出反馈,线性估计方法,丢包,时延

参考文献

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建筑工程造价动态管理及控制论文 篇5

当前，我国社会主义市场经济的发展以及城市现代化建设的加快，促进了基础设施建设的突破性发展，建筑工程施工企业也迎来了广阔的发展空间。随着社会主义市场经济管理体系的不断完善，如何细化施工单位的管理工作，实现企业的经济效益与社会效益，是当下影响企业生存与发展的关键性因素。建筑企业是当下国民经济产业中的支柱产业，对人们的生产生活具有重要影响，而动态管理在现代建筑工程造价管理中的应用也成为了当下工程建设的主要发展方向，在建筑企业的有关管理中占据了重要地位，对施工单位管理和控制建筑工作的正常开展具有重要影响。因此，施工单位应该加强建筑工程造价管理工作，确保其科学性、合理性、规范性，以期提高建筑工程的整体经济效益和社会效益。

一、建筑工程造价动态管理的阐述

（一）建筑工程造价动态管理的概念

建筑工程造价的动态管理实质上指的是在工程项目的施工过程中，施工单位通过相关数据的变化，及时地对施工项目的造价进行管理和控制的工作，降低影响因素造成的影响，使得施工过程中的人力、物力、财力得到最大限度的利用与发挥，提高建筑企业的经济效益与社会效益。

（二）建筑工程造价动态管理的重要性

建筑工程造价工作的科学开展与合理控制是保障建筑工程顺利施工的重要前提，是工程项目减少建筑成本、提高经济效益的重要基础，在建筑工程的管理工作中占据重要地位。建筑工程的造价管理工作相对其他管理工作具有较强的复杂性与实践性，因此在实际管理中，需要管理人员具备较高的专业知识、能力与技术条件，通过建筑工程的造价动态管理，能及时发现施工过程中的问题，并快速的加以解决，降低后工程的施工成本，提高经济效益。当前，我国建筑工程的造价变动性较大，对工程的施工进度与周期产生较强影响，而通过工程造价的动态管理和控制，通过与实际的发展情况相结合，能有效地控制造价，推进建筑工程的施工进程，协调建筑工程成本和经济效益之间的关系，提高建筑工程的质量以及安全。

二、建筑工程造价的动态管理和控制的现状

建筑工程造价的动态管理是项目工程建设过程中的基础保障，是实现投资商工程投资总成本的重要管理手段。目前，随着我国社会主义市场经济环境的不断改变，建筑工程市场竞争越来越激烈，工程造价管理工作质量的高低，对建筑工程招投标的最终结果具有重要影响的同时，对施工企业的整体实力评估有着重要的意义。我国建筑工程企业当前的评价主要表现在以下几方面，即建筑技术和能力、内部管理工作质量以及造价的动态管理和控制工作质量。在当前社会主义市场竞争中，我国部分建筑工程企业在工程造价的动态管理与控制工作中都存在许多不足，相关人才建设与工作经验方面比较欠缺，极大地影响了建筑工程造价工作的质量与项目的品质，不利于建筑企业的良性可持续发展。

三、建筑工程造价的影响因素

目前，我国建筑工程的成本造价一方面受国家相关法律与政策影响，即施工单位在进行施工的过程中，对我国社会的发展与人们的生产生活造成了严重影响，因此国家有关部门针对相关企业、相关工程制定了一系列法律法规与规章制度，对施工单位的施工建设进行了行为约束，不仅保障了施工质量，同时还影响了建筑的施工造价，建筑工程施工造价另一方面还受地区和市场因素的影响，即不同地域的经济发展存在一定的差异性，对建筑工程的施工造成了一定的影响，同时，由于市场供需管理的不同，在进行施工的过程中，也会对工程的造价的产生影响。

四、提高建筑工程造价的动态管理和控制质量的措施

（一）施工单位应充分重视建筑工程造价的动态管理和控制工作的重要性

当前，我国建筑工程在发展过程中受传统发展理念与施工技术的影响，缺乏对建筑工程造价的动态管理和控制工作重要性的认识，致使在管理模式方面采用粗放型管理模式，增加了企业的管理工作难度，不利于企业及时掌握内部发展的不足，阻碍了动态工程造价管理应用与推广。因此，企业要想实现综合效益不断提高，相关部门加大宣传力度，提高相关人员对造价管理工作的重要性认识，提高在激烈市场竞争中的优势，实现企业的良性持续发展。

（二）完善建筑工程造价的管理体系，加强动态管理与控制工作的实施力度

构建和完善建筑工程造价的管理体系，加强动态管理与控制工作的实施力度能落保障相关工程造价管理工作的落实，提高企业经济效益与市场竞争力，为构建相关基础设施构建奠定基础。除此之外，通过不断完善工程造价管理体系，一方面约束各部门的规章行为，另一方面还能规范和督促施工人员的工作，从而提高建筑工程质量，实现工程造价管理的目标，提高建筑工程的经济效益和社会效益。结语综上所述，建筑工程造价的动态管理与控制工作对当前我国社会主义市场经济的发展具有重要影响，是建筑企业在现代市场中进行各项管理工作的重要前提与基础保障。现代建筑企业应该加强对工程造价动态管理与控制工作的重要性认识，以期科学地指导施工过程中的成本控制工作与造价的编制与调整工作，从而实现工程成本控制目标、工程造价管理目标，进而促进企业综合经济效益的提高。

作者:李约翰 单位:南阳医学高等专科学校

参考文献：

建筑工程造价动态管理与控制探讨 篇6

【关键词】建筑工程造价；动态管理；控制

建筑工程造价的动态管理是一项比较系统的工作，涉及的范围和内容也比较多，在建筑工程时，由于政策、经济等方面的调整和变化，工程造价也需要进行动态化的分析，保证将工程造价控制在合理的范围内，从而使建筑工程顺利进行，保证建筑企业实现良好的经济效益。

一、建筑工程造价动态管理与控制的意义

建筑工程造价是整个建筑工程所花费的费用，工程造价的结果会受到各种因素的影响，例如承包商、设计单位、业主等，所以工程造价也是不断发生变化的额。所以为了避免工程造价的变动对整个工程建设产生不利影响，对建筑工程进行动态化的管理和控制就是十分必要的。建筑工程造价的动态管理与控制就是对各种影响造价变化因素的强化管理，造价的方法与建筑工程的实际情况吻合，能够使建筑工程的造价得到有效地控制，并且提高造价管理和控制的效率，保证建筑工程的进度与质量。[1]建筑工程造价是一项专业性和技术性比较强的工作，将建筑工程的动态管理控制贯穿于整个建筑的始终，能够为建筑企业节约资金，有助于进一步规范建筑市场秩序，使建筑企业实现经济效益的最大化。

二、建筑工程造价动态管理与控制中存在的问题

1、企业自身管理不灵活

建筑企业的产生背景以及发展存在着显著地差异，他们彼此间的竞争也具有一定的不平等性，對企业的成本管理能力。对于一些规模建设比较大的建筑企业来讲，企业内部具有完善且复杂的管理机制，但是灵活性比较差，在造价管理创新方面发展比较缓慢，很难适应现代社会市场的发展需要。[2]

2、监督、管理制度不完善

目前，建筑企业中工程造价管理的相关监督管理制度还不够健全，不能对工程造价管理中的行为进行全面的监督和管理，使其更好满足市场的实际需求。由于监督、管理的相关制度不完善，对建筑过程中的成本消耗等无法进行有力的监管，导致成本消耗过大，影响整个工程的造价。

3、工程造价的主动控制意识不强

当前，建筑工程造价管理工作中，存在着明显的主动控制少，事后被动性的控制工作比较多的情况，企业更多重视大型工程的设计以及竣工结算，忽视预算，导致施工的预算与最后结算相脱离，不仅增加了工作量，也给工程的超额投入提供了可能。

4、工程造价人员素质不高

建筑工程造价管理工作中，工程造价人员的素质能力对造价管理工作的效果有着十分重要的影响，当前，建筑企业工程造价管理中的从业人员素质能力不高，缺乏专业性的教育培训，他们的工程造价管理工作仅仅停留在工程的概预算上，不能对整个工程的造价进行动态化、全方位的管理与控制。

三、建筑工程造价动态管理与控制

1、加强对工程造价动态管理的认识

由于长期受传统建筑管理模式以及观念的影响，我国的建筑工程企业对于造价管理的认识还不足，对工程造价的动态管理更是知之甚少，这也就导致了建筑工程造价管理与控制工作无法得到有效地开展，建筑企业的竞争力以及经济效益受到严重的影响。因此，为了更好的促进建筑企业的发展，实现良好的工程造价管理，建筑企业就必须提高对工程造价动态管理的认识，意识到工程造价的动态管理对于整个工程建筑的重要作用，制定完善的管理和控制体系，保证建筑工程造价管理工作的顺利开展。

2、决策阶段的动态管理

决策阶段是保证工程后续能否顺利进行的前提，工程的决策主要依靠工程的投资预算，工程造价人员对工程开发和建设区域的地质、水文、交通、材料机械价格以及相关的建筑标准进行严格的勘察和分析，根据工程的设计意图，选择合适的建筑工艺，并对整个工程建筑中可能存在的意外进行预测，充分考虑建筑中的动态因素，对整个工程进行全方位、动态的管理，减少决策阶段的失误，为工程建筑提供科学的依据。

3、设计阶段的造价动态管理

设计阶段的动态造价管理对于整个工程的影响是十分巨大的，可以进行限额设计，强化动态造价管理。设计方案是否科学对于整个工程的造价有着重要的影响，因此，为了提高造价的效果，建筑企业的造价管理人员应与设计人员一起，对整个工程进行限额设计。根据工程的投资估算以及设计任务书，对整个工程进行初步的设计，然后根据总预算进行施工图纸的设计，将设计的工程投资限额和工程量划分到不同的工程项目中，对设计进行有效控制，选择合适的施工方案，保证工程造价被控制在一定限额内。限额设计也需要在保证工程质量的基础上进行。[3]

4、施工阶段的造价动态管理

施工阶段是整个工程建筑中最为复杂的阶段，施工阶段的工作对于整个工程的质量和进度都有着十分重要的影响，所以应在不影响工程的正常进度以及质量的基础上，有效地控制成本消耗。当前，市场经济发展迅速，市场上出现了多种多样的建筑产品，价格也更加合理，但是也要对建筑工程所使用的材料设备等进行严格的管理，采购材料时，要对市场上材料的价格、生产厂家的情况、质量等进行细致的调查，根据施工设计，选择物美价廉的材料，并保证适量，避免过度采购造成材料积压或供不应求现象的出现，使工程造价管理与控制工作更加顺利的开展。由于施工是一个动态化的过程，会出现许多不可控制的因素，所以应强化施工人员的变更意识，相关技术管理人员树立造价控制的理念，保证施工阶段的造价管理控制取得良好的效果。

5、竣工阶段造价动态管理

竣工阶段也是工程造价管理控制的关键环节，要对整个工程进行细致的结算和审核，由专业的审计机构对工程的相关结算款项进行审计，并核对工程项目是否与实际的设计需要相符，保证结算过程以及结果的真实、可靠，对于施工中未完成或发生变更的部分，要减少结算款项，避免资金的浪费。[4]

结束语：

工程造价管理在现代工程建筑中发挥着十分重要的作用，建筑企业应高度重视，由于市场环境是不断变化发展的，工程的建设也是一个动态化的过程，所以在工程造价管理工作中，也应实行动态化的管理控制，使整个工程都能够得到科学、合理的造价管理，节约建筑成本，提高建筑企业的经济效益，促进其实现更好的发展。

参考文献：

[1]杨德才.浅析建筑工程造价的动态管理与控制[J].科技与企业.2013.3（17）：104-105.

[2]刘荷花.建筑工程造价的动态管理与控制[J].江西建材.2015.7（3）：258-259.

[3]史冬梅.建筑工程造价的动态管理与有效性控制[J].企业导报.2014.5（8）：87-88.

区域控制偏差的动态内涵 篇7

区域控制偏差(area control error,ACE)不仅是有功功率平衡运行控制中自动发电控制(automatic generation control,AGC)的依据,也是有功功率平衡运行控制性能评价的主要参量[1,2]。

随着互联电网的日趋复杂和设备技术与系统运行管理的不断发展,对ACE的内涵的认识一直在加深。ACE概念被提出之时,系统控制所采用的还是模拟信号,AGC控制水平相对较低,因此,所采用的是其概念的稳定内涵。尽管当时也对其动态内涵进行了探讨[3,4],但被广泛认可和采用的是相关稳定概念[5]。

关于ACE,美国电气和电子工程师协会(IEEE)在1991年所给出的定义是“一个反映控制区域功率供需盈亏的物理量”[6],而北美电力可靠性公司(NERC,其前身是北美电力可靠性委员会)在2014年的企业标准中给出的定义是“考虑了频率偏差系数效应和表计误差校正的平衡机构联络线功率实际值与计划值之间的偏差”[7],二者内涵有所不同。中国的国家电网公司企业标准的定义是“由控制区域当前的负荷、发电功率和频率等因素形成的偏差值,反映区域内发电与负荷的平衡情况”[8],与IEEE的定义内涵较为相近;而南方电网公司则直接给出ACE的计算公式[9],与NERC的内涵表述较为一致。

当前,中国特高压电网交直流混联、节能减排、电力市场化、电网精细化管理等对运行控制性能评价提出了新要求,需要与时俱进[10,11,12]。

1 频率偏差系数与自然频率特性系数间的偏差

ACE是控制区域功率平衡的量度,可作为确定控制区域内功率平衡情况的依据[13],其计算表达式为:

式中:EACE,i为区域i的ACE值;ΔPt,i为区域i的联络线功率(流出为正)偏差,是联络线功率实际值与计划值的差;Δf为系统运行频率偏差,是实际频率与计划频率的差;Bi为区域i的频率偏差系数,是负值。

频率控制相关基本概念和理论见附录A。由附录A中的分析可知,实际运行中,是将B系数设定为一个比系统自然频率特性系数β预期最大值要大的一个值,因此,在通常的运行状态下,|B|要大于|β|,即B与β之间存在偏差。

1.1 影响B与β之间偏差的主客观因素分析

由式(1)可得:

式中:βi为区域i的自然频率特性系数,是负值。

根据附录A中A1.1节的分析,式(2)中的前两项为控制区域i的功率供需间的实际盈余,而最后一项为Bi≠βi时的偏差量。

由式(2)可见,|B|与|β|之间的偏差,即ΔB越大,则所计算出的|EACE,i|与控制区域的实际功率偏差绝对值的差距就越大。因此,考察一个控制区域被分配B系数的大小(绝对值),并不能完全说明调频责任分配的公平与合理,而关键是B与β之间的差距。二者间的差距越小,所计算出来的ACE与被测算控制区域的功率控制偏差就越接近,则一方面,控制区域依据ACE所作出的调节更为精准,控制效率就越高;另一方面,从“自扫门前雪”的角度看,频率调节责任的分配就更为公平合理。

显然,|B|与|β|之间的差额大小既取决于人为确定的B系数,也与由设备性能所客观决定的β系数相关。

如前所述,B系数的确定与分配的规则,一般是由控制区域的上级部门组织各控制区域商议制定,一旦形成即按章行事。由于其是各控制区域间达成的共识,故应该成为大家共同遵守的基本规则。因此,尽管B系数是人为确定,但实际运行中,其应该被视为客观的结果。

至于β系数的大小取决于发电与频敏负荷设备。目前,实际运行中,频敏负荷设备的功频自然特性一般不会改变,发电机组的功频自然特性在其出厂后就已固定,故从这一角度看,β系数应该是一个客观结果。

由于发电机组的调速系统已普遍采用电液控制系统,其控制死区可以随时改变,其控制功能亦可以随时闭锁。因此,控制区域的发电机组无论出于何种原因,均可以随时改变频率一次调节控制参数或闭锁该功能,从而导致整个控制区域的频率响应特性系数发生改变。从这一角度看,β系数应该是一个主观控制的结果。

因此,|B|与|β|之间的差额的大小既取决于客观因素,又与控制区域的主观行为相关,对此,必须全面考虑。

1.2|B|与|β|之间差额与一、二次调节的关系

由于一次调节为强制性的义务,系统不予补偿,出于经济性考虑,发电机组可能会改变频率一次调节控制参数甚至闭锁该功能,以降低运行成本。这将会导致系统整体一次调节能力的持续降低,即|β|减小,|B|与|β|之间的差额加大。

系统整体一次调节能力的降低,一方面,在系统出现较大规模功率失衡时,对频率的大幅度下降不能实施有效拦截,危及系统运行安全;另一方面,或由于增大动作死区造成对小幅频率波动没有响应,或由于功能闭锁导致频率恢复速率过缓,二者均会影响系统的运行频率质量。

尽管|B|与|β|之间差额的加大会增加系统二次调节责任,但一方面,二次调节能力的增加仅会改善出现频率越限后频率恢复至计划值的速率,并不能减小频差(绝对值)的大小;另一方面,|B|与|β|之间差额过大,亦会导致频率调节过度,引起频率振荡,反而会对频率安全不利。

因此,无论是出于系统运行安全考虑,还是为了提高系统运行频率质量,都应该努力提高系统频率响应性能。

闭锁一次调节功能可为发电公司节省控制成本,而相关评价与考核规则的不健全会导致全网一次调节能力的持续降低[14,15]。针对该问题,无论是中国还是北美电网均提出了相应的解决办法和建议,例如,中国提出了发电机组一次调节性能评价方法[16,17];北美研究者建议将频率响应作为单独的备用分类,并设计相应的控制性能评价标准[18],2012年提出了频率响应控制性能评价标准[19]。但由于所利用能量管理系统(EMS)中的秒级采样数据粒度过粗,不能考虑频率最低点,而是利用故障后的稳态频率作为评价的依据,这显然存在问题。

因此,在规划层面,需要提出相关理论以指导和督促电源建设,使得控制区域具有相称的频率一次调节能力;而在运行层面,需要研制更为完善的控制性能评价标准,以规范控制行为使得系统保持充足的一次调节性能。

从有功功率平衡控制的目标来看,整个电网关注的是运行频率质量,可视为整体利益;而控制区域关注的是其运行控制性能评价的结果,可视为局部利益。

作为表示系统整体利益的频率,其波动取决于所有控制区域的控制效果,故所有控制区域都对维护整体利益负有责任。无论出于主观还是客观原因,控制区域可能会采取措施,以尽量降低控制成本,从这一角度而言,整体利益与局部利益存在矛盾。

由于一次调节能力决定β数值的大小,故区域被分配的二次调节责任的份额与其一次调节能力密切相关,即一次调节能力越小,|B|与|β|之间差额越大,则二次调节责任就越大,反之亦然;又由于β数值的大小随着系统运行状态的改变而实时变化,故即使控制区域被分配的B系数固定不变,其被分配的二次调节责任的份额亦是随着系统运行状态而实时变化。

1.3|B|与|β|之间差额在控制区域间的分布

从控制区域个体间|B|与|β|差额大小分布的角度看,可分为各控制区域|B|与|β|差额与相应|B|的比值均相等和不相等这两种情况来讨论。

若各控制区域|B|与|β|差额与相应|B|的比值均相等,则该情形又可分为两种情况。一种是各控制区域机组均按照发电机组申报的运行参数运行。该种情况属于正常情形,所有控制区域的频率响应特性的表现中规中矩,系统整体利益得到保证,控制区域亦应获得好的控制性能评价结果,整体与局部间和谐共赢。另一种是各控制区域均采取措施降低了自身的频率响应特性,且幅度相当,这时,整体利益受损;而所有控制区域采取一些措施,如提高二次调节性能,则可能会取得良好的控制性能评价结果,局部利益得以保证。无论是第1种还是第2种情形,都应该制定适宜的评价标准和考核办法,奖优罚劣,达到整体利益与局部利益的和谐共赢。

若各控制区域|B|与|β|差额与相应|B|的比值不相等,则该情形亦可分为各控制区域机组均按照和不按照发电机组申报的运行参数运行等两种情况。

对于|B|与|β|差额与相应|B|的比值较大的控制区域,无论是不是主观行为,均说明其频率响应特性未达到指定水平,在某种意义上都会造成整体利益受损,而相关控制区域可采取措施取得良好的控制性能评价结果,局部利益得以保证。若为客观结果,则控制区域应采取措施提高自身的频率响应能力,属于规划层面;若为主观行为,则应制定相应的控制性能评价标准,在调度层面督促相关主体改善频率响应控制性能,从而提高系统整体抵御频率失稳的能力。

2 动态ACE及其扩展

2.1 动态自然频率特性系数

根据频敏元件静态自然频率特性系数的定义(见附录A),其数值决定于:一是频率偏差的稳定值,二是频敏设备针对该频率偏差稳定值充分响应稳定后的输出功率变化值。

当出现功率失衡时,频率的下降速率取决于系统的惯性,即系统的转动惯量;而频敏设备稳定响应至输出功率值的动态过程取决于:一是响应功率调节的死区,二是功率输出响应的延迟,三是从开始响应到满额响应的时间过程。

一般而言,频率的下降速率较快,而频敏元件的功率调节速率较慢。可见,若出现一个频率波动,在频差出现瞬间,由于频敏元件还未响应,则系统“感受”到的自然频率响应特性是零。而随着频敏设备的启动并进行输出功率调整,则感受到的是元件频敏特性从零到稳态值的一个动态变化过程。因此,在扰动发生后,β的数值经历了一个变化过程。这一特性可用“动态自然频率特性系数”予以描述。

所谓频敏设备的动态自然频率特性系数,是指频敏设备在频率波动过程中,任意时刻其输出功率变化与该时刻频率频差的比值。

由于早先的设备、采样装备性能和有功功率平衡控制管理水平等不高,采用静态参数即可满足运行控制要求,故静态频率特性系数被使用并沿用至今;随着设备和采样装备性能的不断完善,电网运行精细化管理的不断深化,静态系数已逐渐不能满足要求,需要利用动态参数予以描述。

由于静态参数是稳态参数,故利用一个数值即可较为全面地描述其特性;而动态参数所反映的是功频特性的响应过程,因此,需要一个顺序的数值序列才能对其特性予以全面描述,即动态自然频率响应特性的表述应该是一个时间序列。

2.2 动态ACE时间序列

从静态角度看,ACE是指当系统中一次调节响应充分且平稳后所反映出的控制偏差,因此,其数值仅与系统的二次调节相关,且当Bi=βi时,ACE的数值与控制区域功率控制不平衡的数量相等,即ACE可反映区域真实的控制偏差。

而若从动态角度看,由于频差不断在变化,系统的一次频率调节随之不断响应(系统的一次频率调节的动态过程约为10s[18]),故所表现出的β数值始终处于动态变化中,其数值组成一个依频率波动而随动的时间序列。目前,准确估计系统的自然频率特性系数在技术上存在困难,因此,无论采用何种B系数设置方式,在实际运行中,难以(实际上也无必要)使Bi准确等于βi。结合式(2)可知,ACE的数值不仅与功率不平衡的数值(取决于系统的二次调节)相关,也会随着系统自然特性系数(取决于一次调节性能)的动态变化而不断改变。

二次调节改变控制区域内的功率供需偏差,会导致式(2)中等号右边前两项的数值改变,故ACE数值的变化量与二次调节功率量相等。二次调节从收到调节指令到调节功率至指定数值需要数分钟。在此动态过程中,发电输出功率处于动态变化状态,ACE的数值会随发电输出功率的变化而改变。

在顺序时间节点上的ACE数值所构成的ACE时间序列,被称之为动态ACE时间序列,其蕴含着较为丰富的频率调节手段,包括一次和二次频率调节的综合调节信息。因此,从动态意义上讲,ACE不能被认为是控制区域真正的有功功率平衡偏差,而是可以反映控制效果的一个物理量。

2.3 基于动态参量的有功功率平衡控制性能精细化评价

精细化评价从被评价主体方面,包含频敏控制元件和有功平衡控制区域;从评价功能方面,可分为一次性能和二次性能评价。故精细化评价可依据两种维度来进行组合。

作为预防电网频率失稳的第一道主动控制屏障,若调节速度相对较快的一次频率调节能力持续降低,不仅会导致频率质量大幅度降低,严重时会造成电网解列甚至崩溃,带来巨大损失。因此,有必要对一次调节控制性能单独做出准确的评价,以保证系统运行的安全与稳定。

关于频敏元件控制性能评价的研究,发电机组的一次调节性能[16,17]和二次调节性能的实时调节效能评价[20,21]已被实际应用。而对于控制区域控制性能评价的研究,与元件的控制性能评价相比更为复杂。这是因为,一方面频敏设备一次调节所依据的频差是所在地点的频差采样值,而系统频差的测定,一般是指定系统中的一个点作为频率采样的地点,将该点频率作为系统的频率,由于系统运行频率的空间分布特性[22],二者并不相同。对于单个频敏元件,可通过其出口表计采样;针对控制区域整体的频率特性,由于对所辖所有频敏设备输出功率变化逐个进行采样较为繁琐,且频差具有时空分布特性,故采用集中采集联络线功率,且按照时间顺序,以固定的时间间隔进行采样,故系统“感受到”的是不同类型和不同地点所有频敏设备功率响应的综合。

目前,中国和北美采用的评价标准指标设计中,均是以Δf和ACE等物理量为依据。而以这些各种频率调节手段共同作用结果为依据的评价标准,只能实现这些调节手段控制性能总和的评价。因此,现有标准无法准确地单独评价控制区域的一次与二次频率调节控制性能。

与发电机组评价所依据的是本地频率不同,控制区域评价所依据的是整个系统的运行频率。由于一次控制性能的好坏可影响系统秒级尺度运行品质,故评价时间尺度应是秒至分钟级,需计入频率变化的动态过程,即应考虑故障的位置和严重程度、频敏元件的动作死区设定等因素。另一方面,由于系统频差取决于全网所有频率控制手段的综合调节效果,而控制区域动态ACE的数值又与频差相关,因此,动态ACE时间序列数值亦与其他控制区域的控制行为相关。因此,控制区域的频率一次调节性能评价涉及因素众多,且难以解析,故该问题十分复杂,其标准设计难度极高。

在中国电网中主要节点(如联络线和大部分电厂端口等地点)的同步相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)布点已基本完成,基于该装置的广域测量系统(wide-area measurement system,WAMS)所得到数据采样密度可达20 ms,这为频率一次调节性能评价标准的设计与实施提供了数据保障。

由于二次调节控制性能评价时间尺度较长,为分钟至数十分钟级,故不用考虑频率变化的动态过程,因此其控制性能评价标准的设计也相对简单。

从控制所依据的信号来看,一次调频所依据的是频差,二次调频依据的是控制指令,两种手段也不同。

尽管ACE时间序列中蕴含着较为丰富的一次和二次频率控制信息,但由于一次和二次调节功率混合交织在一起,若依据ACE时间序列进行一、二次控制性能的单独评价,还需更为深入的研究工作。

由于有功功率平衡控制的目的是,通过各种控制手段间的配合来平抑不同时间尺度的功率不平衡波动,故亦可以采用考察不同时间尺度控制效果的评价方式,即短期控制性能评价和中长期控制性能评价,具体如秒至分钟级控制性能评价、分钟至十几分钟级控制性能评价等。

3 结语

在中国电网新形势下,需要更为先进、更有针对性的互联电网有功功率平衡运行控制性能评价标准,而逐步普及的广域测量系统为新标准的设计与实施提供了数据保障。

频率偏差系数与其对应的自然频率特性系数间的偏差,是影响有功功率平衡控制准确性的关键,应该在规划和计划与调度层面给出提高相关控制性能的措施和评价标准,奖优罚劣,以提高电网运行品质。

有功功率平衡控制的精细化评价需要引入自然频率特性系数和ACE的动态内涵;由于蕴含着较为丰富的各类手段调节信息,ACE时间序列可以作为控制性能精细化的依据;但由于包含一次和二次调节等频率调节手段所做出的控制行为,所导致的功率变动混合交织在一起,若依据ACE时间序列进行一次和二次控制性能的单独评价,还需更为深入的研究。

动态投资组合风险控制策略 篇8

关键词：动态投资组合,协同持续,风险控制

1 引言

风险控制是投资组合研究的中心问题,国内外大量文献均考虑投资组合的静态风险,如,Markowitz(1952)最早定量研究了投资组合问题,并把投资组合的方差作为风险度量指标[1],Ouderri等(1991)和Green等(1992)把半方差作为风险度量指标[2,3],Konno等(1994,1998)把绝对离差作为风险度量指标[4,5],Philippe(1996)最早把VaR作为风险度量指标,而这些度量指标均是静态的[6]。事实上,单项资产的收益率波动往往表现出持续性(在本文中,金融资产收益率的波动即指其收益率的风险,统计上,用方差来度量波动幅度或风险的大小。),即当期波动对以后各期波动具有长期影响,这就要求我们需从动态的角度审视和控制风险,使多项资产的特定组合表现出协同持续特性,即资产组合的收益率波动表现出较弱的持续性,表现在投资组合的当期收益率波动对以后各期的收益率波动影响减弱,从而有效控制风险的传递,减少投资组合收益的不确定性。方差持续性及协同持续定义是由Bollerslev和Engle(1988,1993)基于多维GARCH提出的[7,8],张世英等(2002)进而将其运用于投资组合风险控制研究[9],该文研究了具有较少资产的投资组合,并得到了投资组合权重,然而当资产数较多时,如果仍按Bollerslev和Engle(1993)基于多维GARCH的协同持续定义,求得权重要涉及多维GARCH模型的参数估计,这是很困难的,即所谓的“维数灾难”。为克服这一困难,本文基于协同持续思想,并运用GARCH模型和二次规划技术建立了动态投资组合风险控制模型,并得到了相应的投资组合权重,这将对投资组合风险控制问题具有理论和实践意义。

2 动态投资组合风险的控制模型

2.1 多维GARCH模型及协同持续定义

Bollerslev和Engle(1988)提出了多维GARCH模型:

$\{\begin{array}{l}\mathit{Y}{}_t=\mathit{{\rm M}}{}_t+\epsilon {}_t\\ Vech(\mathit{{\rm H}}{}_t)=\mathit{A}{}_0+{\displaystyle \sum _{k=1}^q\mathit{A}}{}_{k}Vech(\epsilon {}_{t-k}\epsilon {}_{t-k}^{{\rm T}})\\ +{\displaystyle \sum _{l=1}^p\mathit{B}}{}_{l}Vech(\mathit{{\rm H}}{}_{t-l})\end{array}$

其中,Mt表示N维资产收益率序列Yt的均值,εt表示一个N维随机扰动序列,且有$\epsilon {}_t|{\rm I}{}_{t-1}~{\rm N}\left(0,\mathit{{\rm H}}{}_t\right),{\rm I}{}_{t-1}$是直到t-1时的信息集,Ht是资产组合的方差-协方差矩阵,其是N×N维正定矩阵,且关于It-1可测的,A0为N(N+1)/2×1维向量,Ak,Bl均为${\rm N}({\rm N}+1)/2\times {\rm N}\left({\rm N}+1\right)/2$维方阵,且Ak和Bl使Ht正定,k=1,2,…,q, l=1,2,…,p.

Bollerslev和Engle(1993)基于多维GARCH模型,提出了金融资产收益率方差持续性和协同持续的定义。

方差持续性定义:

在刻画多项资产收益率方差变化的多维GARCH模型中:

令H*t(s)≡Es(Vech(Ht))-E0(Vech(Ht)),对于某些s,若limsupt→∞{H*t(s)}m≠0,则称多项资产的收益率序列Yt具有方差持续性。

其中:Vech(·)表示向量半算子或拉直向量,按列堆积方阵的下三角矩阵,Es(Vech(Ht))表示基于信息集Is对向量Vech(Ht)取条件期望,E0(Vech(Ht))表示对向量Vech(Ht)取期望(没有信息),m表示向量H*t(s)的第m个分量,m=1,2,…,N(N+1)/2。

方差协同持续定义:

若多项资产收益率序列Yt是方差持续的, 且在{Vec2(W)}m≠0 (W∈RN)的条件下, 有limsupt→∞(Vec2(W))TH*t(s)=0,则称多项资产收益率序列Yt是方差协同持续的。

其中:Vec2(W)≡Vech(2WWT-diag(W)diag(W))为N(N+1)/2维列向量。

从投资组合角度该定义可以解释为,单项资产的历史信息对其未来收益率的影响随时间的推移是不会消失的,而通过适当分配资产权重,可以使资产组合的历史信息并不表现出对其未来收益率的长期影响,从而减少投资组合收益的不确定性。

Ding和Granger(1996)关于时间序列持续性定义[10]:

当自相关函数随滞后阶数的增大而呈双曲率下降时,称序列具有持续性;而当自相关函数随滞后阶数的增大而呈指数率下降时,称其不具有持续性.按这一定义,如果投资组合的自相关函数衰减速率要大于其中任何一项资产的衰减速率就认为该投资组合表现出协同持续特性,相对应的协同持续向量就是投资组合的权重。

由此可见,对持续性及协同持续的定义,Bollerslev和Engle(1993)是从随机过程的历史信息对其未来条件方差的影响给出的,Ding和Granger(1996)是从时间序列(随机过程)自相关函数随时间的下降程度给出的,并且这两个定义均是基于一维随机过程与多维随机过程的比较而言的。此外Baillie等(1996)和Li Handong等(2001)也分别从不同角度给出了方差持续和协同持续的定义[11,12]。综合这些定义可以看出,他们只是各自从不同角度出发定义了持续性和协同持续,但他们定义的出发点是一致的,即考虑前期波动对后期波动的影响程度,归纳为,如果对多项资产进行组合,使该投资组合表现出较弱的波动传递,从而使波动长期保持在较小范围,即认为具有协同持续特性,否则不具有协同持续特性。本文从“协同持续”这一动态风险度量角度出发,引入投资组合收益率的“衰减方差”这一指标,并以这一指标为目标函数建立了动态投资组合的风险控制模型(简称为优化模型,相应的投资组合简称为优化投资组合)。

2.2 金融资产收益方差

Engle在1982提出ARCH模型(autoregressive conditional heteroseedasticity),1988年Bollerslev把ARCH模型扩展为GARCH(p,q)模型[7],此后,GARCH(p,q)模型得到了广泛应用,该模型能准确刻画金融资产收益波动特性(时变性、聚集性等),国内如徐绪松等(2002)、皮天雷(2003)也针对沪市股票收益波动特性做了GARCH(p,q)模型实证研究,研究结果为,GARCH(p,q)模型能很好地刻画沪市股票收益波动特性[13,14]。

本位亦采用GARCH(p,q)模型刻画金融资产收益率方差序列:

$\{\begin{array}{l}y{}_{i,t}=\mu {}_{i,t}+\epsilon {}_{i,t}\\ \sigma {}_{i,t}^2=\alpha {}_{i,0}+{\displaystyle \sum _{k=1}^p\alpha }{}_{i,k}(y{}_{i,t-k}-\mu {}_{i,t-k}){}^2+{\displaystyle \sum _{l=1}^q\beta }{}_{i,l}\sigma {}_{i,t-l}^2\end{array}(1)$

其中,i为金融资产编号,取值为1,2,…,N, t为投资期,yi,t为i资产在t时的收益率,μi,t为i资产在t时的均值,εi,t|Ii,t-1～N(0,σ2i,t),σ2i,t为i资产收益率在t时的方差。

模型(1)中第一个方程被称为均值方程,第二个方程被称为波动方程。对波动方程作如下展开:

$\{\begin{array}{l}\sigma {}_{i,s}^2=\alpha {}_{i,0}+{\displaystyle \sum _{k=1}^p\alpha }{}_{i,k}(y{}_{i,s-k}-\mu {}_{i,s-k}){}^2+{\displaystyle \sum _{l=1}^q\beta }{}_{i,l}\sigma {}_{i,s-l}^2\\ \sigma {}_{i,s+1}^2=\alpha {}_{i,0}+{\displaystyle \sum _{k=1}^p\alpha }{}_{i,k}(y{}_{i,s+1-k}-\mu {}_{i,s+1-k}){}^2+{\displaystyle \sum _{l=1}^q\beta }{}_{i,l}\sigma {}_{i,s+1-l}^2\\ \cdots \cdots \\ \sigma {}_{i,t}^2=\alpha {}_{i,0}+{\displaystyle \sum _{k=1}^p\alpha }{}_{i,k}(y{}_{i,t-k}-\mu {}_{i,t-k}){}^2+{\displaystyle \sum _{l=1}^q\beta }{}_{i,l}\sigma {}_{i,t-l}^2\end{array}(2)$

其中:p,q分别是波动方程中残差滞后项和方差滞后项的个数,s表示选定的参考点,本文考虑第s-1个期、第s-2个期、…、第s-q个期的相应收益率方差σ2i,s-1、σ2i,s-2、…、σ2i,t对第s个投资期方差σ2i,s的影响,当参考期s等于回归波动方程的方差滞后项个数q时,即表示前s个投资期的收益率风险对第s个投资期的收益率风险的影响。

由上述展开方程可以看出,σ2i,t与其滞后项成线性关系,则经迭代后所得方程亦有如下线性形式:

$\sigma {}_{i,t}^2=A{}_{i,t}+{\displaystyle \sum _{l=1}^{q}B}{}_{i,l}\sigma {}_{i,s-l}^2(3)$

对于给定金融资产收益率序列, 上式中Ai,t,Bi,l(l=1,2,…,q)为定值, 则σ2i,t是σ2i,s-l(l=1,2,…,q)的线性函数。

2.3 资产间相关系数的确定

本文选取投资期限为20周,考虑到这一投资期较短,资产间的相关关系变化较小,因此采用资产间的总体相关系数作为本文的相关系数。在这里,总体相关系数是常数,按如下方式计算:

$\rho {}_{ij}=\frac{Cov(\mathit{Y}{}_i,\mathit{Y}{}_j)}{\sigma {}_i\sigma {}_j}$

其中:Yi和Yj分别为i资产和j资产的收益率时间序列,σi和σj分别为i资产和j资产收益率随机波动序列标准差。在本文中刻画资产i的GARCH模型均值方程为yi,t=μi,t+εi,t(εi,t～N(0,σi,t),σi,t为εi,t的方差),因此$\frac{1}{n-1}{\displaystyle \sum _{t=1}^n\epsilon }{}_{i,t}\epsilon {}_{j,t}(n$为样本容量)是协方差Cov(Yi,Yj)的一致无偏估计量,$\sqrt{\frac{1}{n-1}{\displaystyle \sum _{t=1}^n\epsilon }{}_{i(j),t}^2}$是σi(j)的一致无偏估计量,然后再结合εi,t=yi,t-μi,t,可得如下ρij的一致无偏估计:

$\rho {}_{ij}=\frac{{\displaystyle \sum _{t=1}^n(}y{}_{i,t}-\mu {}_{i,t})(y{}_{j,t}-\mu {}_{j,t})}{\sqrt{{\displaystyle \sum _{t=1}^n(}y{}_{i,t}-\mu {}_{i,t}){}^2}\sqrt{{\displaystyle \sum _{t=1}^n(}y{}_{j,t}-\mu {}_{j,t}){}^2}}(4)$

2.4 组合衰减方差构建

按文献Markowitz(1952)投资组合在第t个投资期内的收益率方差-协方差矩阵Qp,t有如下形式:

$\mathit{Q}{}_{p,t}=\left[\begin{array}{cccc}\sigma {}_{1,t}^2& \rho {}_{12}\sigma {}_{1,t}\sigma {}_{2,t}& \cdots & \rho {}_{1{\rm N}}\sigma {}_{1,t}\sigma {}_{{\rm N},t}\\ \rho {}_{21}\sigma {}_{2,t}\sigma {}_{1,t}& \sigma {}_{2,t}^2& \cdots & \rho {}_{2{\rm N}}\sigma {}_{2,t}\sigma {}_{{\rm N},t}\\ \cdots & \cdots & \cdots & \cdots \\ \rho {}_{{\rm N}1}\sigma {}_{{\rm N},t}\sigma {}_{1,t}& \rho {}_{{\rm N}2}\sigma {}_{{\rm N},t}\sigma {}_{2,t}& \cdots & \sigma {}_{{\rm N},t}^2\end{array}\right](5)$

把式(3)代入式(5)可得投资组合方差-协方差矩阵Qp,t为:

$\begin{array}{l}\mathit{Q}{}_{p,t}=\left[\begin{array}{cccc}{\displaystyle \sum _{l=1}^{q}B}{}_{1,l}\sigma {}_{1,s-l}^2& \rho {}_{12}\sigma {}_{1,t}\sigma {}_{2,t}& \cdots & \rho {}_{1{\rm N}}\sigma {}_{1,t}\sigma {}_{{\rm N},t}\\ \rho {}_{21}\sigma {}_{2,t}\sigma {}_{1,t}& {\displaystyle \sum _{l=1}^{q}B}{}_{2,l}\sigma {}_{2,s-l}^2& \cdots & \rho {}_{2{\rm N}}\sigma {}_{2,t}\sigma {}_{{\rm N},t}\\ \cdots & \cdots & \cdots & \cdots \\ \rho {}_{{\rm N}1}\sigma {}_{{\rm N},t}\sigma {}_{1,t}& \rho {}_{{\rm N}2}\sigma {}_{{\rm N},t}\sigma {}_{2,t}& \cdots & {\displaystyle \sum _{l=1}^{q}B}{}_{{\rm N},l}\sigma {}_{{\rm N},s-l}^2\end{array}\right]\\ +\left[\begin{array}{cccc}A{}_{1,t}& & & \\ & A{}_{2,t}& & \\ & & \cdots & \\ & & & A{}_{{\rm N},t}\end{array}\right](6)\end{array}$

由式(6)可知,Qp,t的前一部分大小是由σ2i,s-l(i=1,2,…,N;l=1,2,…,q)决定的,后一部分不受σ2i,s-l(i=1,2,…,N;l=1,2,…,q)的影响。令

$\mathit{Q}{}_{p,t}^{*}=\left[\begin{array}{cccc}{\displaystyle \sum _{l=1}^{q}B}{}_{1,l}\sigma {}_{1,s-l}^2& \rho {}_{12}\sigma {}_{1,t}\sigma {}_{2,t}& \cdots & \rho {}_{1{\rm N}}\sigma {}_{1,t}\sigma {}_{{\rm N},t}\\ \rho {}_{21}\sigma {}_{2,t}\sigma {}_{1,t}& {\displaystyle \sum _{l=1}^{q}B}{}_{2,l}\sigma {}_{2,s-l}^2& \cdots & \rho {}_{2{\rm N}}\sigma {}_{2,t}\sigma {}_{{\rm N},t}\\ \cdots & \cdots & \cdots & \cdots \\ \rho {}_{{\rm N}1}\sigma {}_{{\rm N},t}\sigma {}_{1,t}& \rho {}_{{\rm N}2}\sigma {}_{{\rm N},t}\sigma {}_{2,t}& \cdots & {\displaystyle \sum _{l=1}^{q}B}{}_{{\rm N},l}\sigma {}_{{\rm N},s-l}^2\end{array}\right](7)$

亦令

$\mathit{Q}{}_{p,d}={\displaystyle \sum _{l=1}^q\mathit{Q}}{}_{p,s-l}-\mathit{Q}{}_{p,t}^{*}(8)$

相应地,令Σp,d(W)=WTQp,dW,称之为“组合衰减方差”(portfolio decreasing variance)。Σp,d具有如下经济意义:

对于一定的投资组合,当投资期数t和参考期s均确定时,Σp,d表示投资组合前q期收益檬方差在影响第t期收益率方差之前衰减的部分,Σp,d是投资组合权重向量W的函数,当投资组合内各项金融资产的前q期收益率方差给定时,Σp,d蹬值越大,表示投资组合前q期收益率方差对第t期收益率方差Qp,t影响越小。利用“协同持续”思想,试寻找W*,使当W=W*时,$\Sigma {}_{p,d}(\mathit{W}{}^{*})=\underset{\mathit{W}}{{\displaystyle \max }}\Sigma {}_{p,d}(\mathit{W})=\underset{\mathit{W}}{{\displaystyle \min }}[-(\Sigma {}_{p,d}(\mathit{W}))](\Sigma {}_{p,d}(\mathit{W})$恒为正)成立,从而降低风险的传递,控制收益率在较小范围内波动,因此建立了如下基于协同持续的动态风险控制模型:

$\begin{array}{l}\underset{\mathit{W}}{{\displaystyle \min }}[-(\Sigma {}_{p,d}(\mathit{W}))]\\ \text{s}.\text{t}.\{\begin{array}{l}\mathit{\mu }{}^{{\rm T}}\mathit{W}=\mu {}_p\\ \mathit{{\rm I}}{}^{{\rm T}}\mathit{W}=1\end{array}\end{array}$

其中:$\mathit{\mu }=(\begin{array}{cccc}\mu {}_1& \mu {}_2& \cdots & \mu {}_{{\rm N}}\end{array}){}^{{\rm T}}$为单项资产平均收益率向量,μp为投资组合的预期收益率,$\mathit{{\rm I}}=(\begin{array}{cccc}1& 1& \cdots & 1\end{array}){}^{{\rm T}}$为元素均为1的N维向量。

求解该模型需引入拉格朗日函数f(W),令

$\begin{array}{l}f(\mathit{W})=-\Sigma {}_{p,d}(\mathit{W})+\lambda {}_1(\mu {}^{{\rm T}}\mathit{W}-\mu {}_p)+\lambda {}_2(\mathit{{\rm I}}{}^{{\rm T}}\mathit{W}-1)\\ =-\mathit{W}{}^{{\rm T}}\mathit{Q}{}_{p,d}\mathit{W}+\lambda {}_1(\mu {}^{{\rm T}}\mathit{W}-\mu {}_p)+\lambda {}_2({\rm I}{}^{{\rm T}}\mathit{W}-1)\end{array}$

满足:

$\frac{\partial f}{\partial \mathit{W}}=-2\mathit{Q}{}_{p,d}\mathit{W}+\lambda {}_1\mathit{\mu }+\lambda {}_2\mathit{{\rm I}}=0(9)$

联立μTW=μp、ITW=1及式(9),并求解,得:

W*

$\begin{array}{l}=\frac{\mathit{Q}{}_{p,d}^{-1}((\mathit{\mu }{}^{{\rm T}}\mathit{Q}{}_{p,d}^{-1}\mathit{\mu }-\mu {}_p\cdot \mathit{{\rm I}}{}^{{\rm T}}\mathit{Q}{}_{p,d}^{-1}\mathit{\mu })\mathit{{\rm I}}+(\mu {}_p\cdot \mathit{{\rm I}}{}^{{\rm T}}\mathit{Q}{}_{p,d}^{-1}\mathit{{\rm I}}-\mathit{{\rm I}}{}^{{\rm T}}\mathit{Q}{}_{p,d}^{-1}\mathit{\mu })\mathit{\mu })}{\mathit{{\rm I}}{}^{{\rm T}}\mathit{Q}{}_{p,d}^{-1}\mathit{{\rm I}}\cdot \mathit{\mu }{}^{{\rm T}}\mathit{Q}{}_{p,d}^{-1}\mathit{\mu }-(\mathit{{\rm I}}{}^{{\rm T}}\mathit{Q}{}_{p,d}^{-1}\mathit{\mu }){}^2}\\ (10)\end{array}$

由此可以看出,投资组合权重向量W*是由资产种类、个数、资产间的相关系数、投资期数、预期收益率及参考期s的选取决定的。在实际投资时,这些条件是给定的,从而通过式(10)可以有效、合理地配置资产,比如某些资产的权重很小,那么就可以淘汰这种资产。

3 数据选取及实证

3.1 数据选取

为保证GARCH(p,q)模型回归的准确性,本文选取较长的样本时间窗口,即1997年到2006年共10年的周末收盘价格数据(采集于渤海证券网上交易咨询系统)。这些数据分别是万科A、马钢集团、福耀玻璃、云南白药、百联股份和青岛海尔的周末收盘价格,这6支股票分属于6个行业板块。投资组合的预期收益率μp选取5%(该周收益率远远大于同期银行存款利率,因此具有现实意义)。

3.2 实证步骤

Step1:利用Eviews软件,对单项资产的周末收盘价格数据取对数、差分,得周收益率yi,t,然后根据赤池信息准则(AIC准则)对yi,t进行GARCH(p,q)参数估计及资产间相关系数ρij的估(i,j=1,2,…,6;t=1,2,…,487)。对收益率yi,t进行GARCH(p,q)模型参数估计结果为:p=q=1,表1给出6种资产的GARCH(1,1)模型参数估计结果。

Step2:在单项资产的487个周末收盘价格数据中,选取第26周到第45周期间的20个数据,并统计出该单项资产的平均收益率μi;从单项资产周收益率数据yi,t中选取第27周到第45周期间的19个周收益率数据,并统计出该资产的标准差σi(i=1,2,…,6)。表2给出6种资产、等比例投资组合(按等比例配置的投资组合)及优化组合在第26周到第45周的收益率,收益率标准差及相应的夏普比(收益率与方差的比值,用S.R表示,经济意义为单位风险带来的收益,用来衡量资产配置效率,其数值越大表明配置效率越高)。

注:由迭代方程组(2)可以看出,在求σ2i,t的数值时受初始值σ2i,q,σ2i,q-1,…,σ2i,0的影响,为了减弱这种影响使σ2i,t反应出收益率yi,t的真实波动,本文选取第26期为起始期即资产收益率起始方差选σ2i,26.另外,考虑到投资时间跨度不易太长,以便适应市场变化作出及时调整,本文选取投资时间跨度为20周即从第26周到第45周。

Step3: 由表1中μi,t、αi,0、αi,1和βi,1的值,由式(3)和式(5)计算Qp,26、由式(3)和式(7)计算Q*p,45,式(8)计算Qp,d的数值。

Step4: 把Qp,d、$\mathit{{\rm I}}=[\begin{array}{cccc}1& 1& \cdots & 1\end{array}]{}^{{\rm T}}$、 μp=5%和μ(取表2中的数值)代入式(10), 得: W*=[-0.2195 0.0690 0.0488 0.02560 0.6443 0.2014].

Step5:利用上述投资组合权重W*对Step1中选取的资产周末收盘价格序列进行组合,得到了优化投资组合的价格序列,然后对单项资产、等比例投资组合及优化投资组合的价格序列分别取对数、差分,并通过Eviews软件绘制从第26周到第45周期间的周收益率波动图,如图1～图8,其中,图1～图6表示资产周收益率波动情况,图7表示等比例投资组合周收益率波动情况,图8表示优化投资组合周收益率波动情况。

3.3 实证结果

4 结束语

(1)优化投资组合波动图8与各项资产波动图1～图6相比,呈现出最小的波动范围,从表2中的标准差数值也可以看出,优化投资组合具有最小的标准差,这表明优化模型确实控制了风险的传播,降低了风险水平。

(2)从表2看出,优化组合与等比例组合相比,具有较小的标准差,确实将波动控制在较小的范围;同时优化组合也有较高的收益率和夏普比。这反映了优化模型控制了投资组合的风险,提高了投资组合的收益,具有较高的资产配置效率。

(3)该模型不仅考虑了收益率的风险,同时也兼顾了收益率,选取20周的收益率为5%,该值远高于银行存款利率,说明该模型具有现实意义。

(4)本文选取GARCH模型来描述单项资产的收益率波动特性,也可以选取其他描述收益率波动特性的模型,如SV(随机波动)模型等。

(5)组合权重向量中含有负分量,说明了在配置资产时该分量对应的资产应该与其他分量对应的资产实行相反操作,即该资产卖出,其他资产买进。

(6)本实证仅考虑了第s期风险对第t期风险的影响,实际上还可以同时考虑第s+1期、第s+2期等多期风险对第t期风险的影响。

动态控制 篇9

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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[3]陈幼平等.网络化控制系统的科学问题与应用展望.控制与决策.2004,19(9):961～966

[4]Zhang W.Stability Analysis of Networked Control Systems.Case Western Reserve University,2001

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[6]Honeywell.Experion PKS-Foundation Fieldbus Integration.http://hpsweb.honeywell.com/.2006

[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

施工阶段工程造价动态控制研究 篇10

1 工程造价动态控制中存在的不足

工程造价是一项复杂的工作,由于其不但受到很多内部因素影响,而且还受到很多外部因素的制约,再加上我国大多数的工程造价控制负责人都缺乏专业系统的理论知识,很多的工程造价预算都是通过自身的经验判断。因此,随着工程的进一步实施,需要经过多次的改动和修正,阻碍了工程的建设进度,所以我们必须要加强对于工程造价动态控制中不足之处的认识。

1.1 缺乏专业的工程造价动态控制团队

工程造价动态控制对于人员的专业知识有着极高地要求,由于工程造价控制在实际过程中会受到诸多因素的影响,所以对于其总造价的计算需要大量的专业知识和精确计算作为保障,才能够尽量减小误差,为工程的顺利建设提供保障。但是在我国大多数的工程项目中,对于工程造价动态控制人才都缺乏足够的引进和使用,绝大多数的工程项目都是通过工程负责人的粗浅认识就确定了工程造价预算,从而导致了一系列后果的产生,诸如工期拖延、工程质量下降等等。

1.2 动态控制的实时性和严谨性不足

工程造价受到很多外界因素影响,而且工程的建设周期较长,所以在工程建设过程中工程造价,也会由于各种外界因素的发生和改变受到波动,这就需要工程造价动态控制团队能够及时地对于外界因素的改变进行了解,并且对工程造价进行及时地修正,以便给工程负责人充分的时间进行准备。但是在实际工程建设中,为了节省建筑成本,建筑企业对于工程造价动态控制团队的重视程度远远不足,导致了造价动态控制团队缺乏足够的资金和人力对于影响工程造价的各种外在因素进行及时地跟进,导致了在外在因素发生改变的情况下,工程负责人并不能及时地做出应对,从而影响了工程的建设进程。

1.3 施工设计不合理

作为工程建设过程中最直接的施工部分,其自身的施工设计对于工程造价有着重要的影响,能够合理科学地进行施工设计,可以充分地利用尽可能少的人力物力达到同样的效果,但是不合理的施工设计也会极大地增大工程造价。现阶段由于我国建筑企业对于施工设计的重视程度不足,所以导致了很多施工设计方案都极大地浪费了人力物力,甚至在一定程度上还影响了工程的建设质量和工期。

2 提高工程造价动态控制水平的方法

2.1 建设高水平的工程造价动态控制团队

想要提高工程造价控制水平,首要的工作就是要建设高水平的工程造价动态控制团队,才能够为工程造价动态控制提供有效的保障。1要加大力度引进专业的工程造价动态控制研究人员,通过高薪招聘或者猎头公司等渠道,引进具备高素养的管理人员和研究人员,有效地提高工程造价动态控制团队的水平;2要加强与外国先进团队的交流,我国在工程造价动态控制领域比较落后,要想有效地提高工程造价动态控制水平,就必须要加强与发达国家的交流,通过选派人员赴国外交流等方法提高团队的专业性;3通过平台的使用,加强工程造价动态控制,研究人员的专业技能和先进理念。随着大数据时代的到来,网络平台成为了学习先进知识和理念的重要渠道之一,所以要充分地利用网络平台加强工程造价动态控制研究人员的自身专业技能,吸收先进理念、提高团队水平、加快团队建设。

2.2 加强动态控制的实时性和严谨性

工程造价动态控制研究工作是一项复杂的工作,受到诸多内在因素和外界因素的影响,所以要想有效地提高动态控制水平,就要加强工程造价动态控制的实时性和严谨性,对于各项影响因素都要进行实时实地地了解和分析,并且及时地修正工程造价预算,才能够有效地减少因为造价波动而遭受的损失。1工程负责单位要加强对于工程造价动态控制团队的重视程度和投入力度,进一步地投入人力物力支持其工作,为团队日常工作提供保障;2要成立监督小组,对于工程造价动态控制小组的工作进行监督,进一步地确保和端正其工作态度,减少工作失误。

2.3 加强施工设计的科学性

施工设计作为工程施工水平的重要影响因素之一,对于工程造价也有着不可忽视的作用,所以我们必须有效地加强施工设计的科学性,才能够减少造价预算失误。1要加强对于专业设计人员的使用,可以将施工设计交由专业的设计机构进行设计,从根本上保证设计的科学性;2要加强施工管理团队的建设,通过引进高素质的管理人员和先进的管理模式,对于工程施工进行科学有效地管理,减少不必要的人力物力的浪费,进一步地保障工程造价动态控制水平。

3 结束语

我国的经济发展潜力巨大,建筑行业的发展前景远大,所以建筑行业的竞争一定会不断加剧,要想有效地加强建筑企业竞争能力,就必须要高度重视工程造价动态控制研究工作。通过建设高水平的工程造价动态控制团队,加强工程造价动态控制的实时性和严谨性,加强施工设计的科学性等方法,提高工程造价动态控制团队水平,从而最终提高建筑企业的竞争能力。

摘要：我国经济的快速发展极大地促进我国建筑行业的发展,但是与此同时不可忽略的是,建筑行业的竞争也在加剧,随着建筑行业的高额利润的吸引、越来越多的建筑企业逐渐成立,建筑企业的生存环境也在逐渐恶化。而作为提高建筑行业竞争力重要因素之一的工程造价动态控制,对于建筑项目的工程造价有着极为直接的影响,也在一定程度上影响着建筑企业的竞争能力。文章针对施工阶段工程造价动态控制研究中出现的问题,进行了详细地分析,并且提出一些建议,希望有利于造价动态控制水平的提高。

关键词：工程造价,动态控制,施工设计

参考文献

[1]夏春艳.项目实施阶段工程造价动态控制研究[D].西安建筑科技大学,2010.

动态控制 篇11

关键词：建筑项目；工程造价；动态控制；成本管理

中图分类号：F284 文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）13-0150-03

建筑工程项目具有周期长、投资大的特点，建筑工程项目的工程造价一直被投资者所关注，怎样把建筑工程的工程造价控制在最佳的状态，提高资金的利用率，通过有限的资金投入来获得建筑工程项目的最大经济效益已经成为的建筑项目投资者普遍关注的热点。建筑项目施工阶段是工程造价控制的实施阶段，在施工阶段将建筑工程的设计思想通过实物的形式展示出来，这个阶段的工程造价主要的影响因素比较多，例如，施工材料的价格、施工现场的处理等，因此，有必要对建筑项目施工阶段的工程造价进行动态控制。

施工阶段是建筑物实体形成过程，是人力、物力和财力消耗的主要阶段。施工过程中，工程的实际施工情况与招投标时的工程情况相比，往往会有一些地方发生变更，从而引起工程造价的增减。此阶段控制不好也会使造价大幅提高。应该对建筑项目施工的各个阶段进行实时地跟踪，同时进行有效的控制。收集建筑项目目标的实际值，经过一段时间对建筑项目目标的计划值以及实际值进行比较，如果发现存在偏差，可以采取有效的措施来进行纠正，如果发现最初建筑项目的目标不够科学或者最初建筑项目的目标不能达到，则应该进行及时的

调整。

1建筑工程项目施工阶段工程造价动态控制的基本内涵

建筑工程项目施工阶段工程造价的动态控制主要是指导在建筑项目施工阶段，对建筑项目施工阶段不同的影响因素进行准确地预测，并且认真地进行分析，同时收集大量的数据，从而能够有利于建筑项目工程在施工阶段的设计方案的确定以及施工进度的合理控制，可以考虑建筑项目在施工阶段的实际情况，例如，建筑工程项目施工阶段工人的劳动报酬、材料的价格等，根据这些因素的变化来进行及时的调整，从而能够对建筑项目施工阶段工程造价进行动态的控制。建筑项目施工阶段工程造价的动态控制能够使建筑项目施工阶段的投资控制在计划的范围之内，一方面，能够保证建筑项目施工的质量，另外一方面，还可以优化建筑项目的施工

方案。

2建筑工程项目施工阶段工程造价控制存在的主要问题

第一，建筑项目的合同管理不完善。建筑项目通常情况下具有投资大、周期长的特点，在施工阶段需要材料的种类比较多、对建筑施工质量的要求非常严格、施工的工序也比较复杂，此外建筑项目在施工阶段还要受到地理因素的限制，在施工阶段必须和设计单位、地方政府机构保持较好的联系，这样就使得建筑项目的施工合同内容非常繁多，在建筑项目施工阶段合理管理上存在着如下的问题：建筑项目施工企业的合理管理人员不熟悉合同管理业务，因此使合同内容不完善，导致不必要的经济损失，对企业信誉产生不良影响。由于施工企业合同管理人员缺乏法律意识，因此使合同签订不规范，合同的条款不全面。由于合同管理机制不健全，使建筑项目施工的时间延长，进而使建筑工程项目施工阶段的工程造价增加。

第二，在建筑工程项目的施工阶段，对建筑工程项目造价的有效监理是能够对建筑工程项目的工程造价进行动态控制的重要决定因素，然而，我国对建筑工程项目的监理通常情况下仅仅关注建筑工程的施工质量以及建筑工程施工的周期，而忽略了建筑工程造价的动态控制，对建筑工程施工阶段工程造价的动态控制缺乏清楚的了解。

第三，目前对建筑工程造价的动态控制方法通常情况下是依据目前的相关规定以及工程造价动态控制的基本理论提出来的，这些工程造价控制方法通常情况比较被动，同时不利于建筑工程项目施工阶段工程造价的动态控制。

3建筑项目施工阶段工程造价动态控制的应对措施

3.1加强建筑项目施工阶段的合同管理，尽可能地降低建筑项目的工程索赔

在建筑项目施工阶段进行工程造价动态控制的关键在于对建筑项目工程设计的变更以及施工现场签证进行动态的控制。基于工程量清单报价模式，建筑项目施工企业应该遵循“低价中标，索赔赢利”的原则承包建筑项目的实际工程。对于建筑项目工程业主的工程造价管理人员应该做到以

下几点：

首先，应该做好项目施工前的把关，并且对其进行实时地监控，同时对施工设计的变更进行有效的管理，并且估算出不同变更对工程造价的影响，从功能、经济等层面来决定工程设计有没有必要，使不必要的工程费可以节省下来，从而能够防止投资的失控。

其次，应该进行有效的现场签证管理。现场签证是建筑项目施工阶段必不可少的工作，大部分建筑项目存在比较任意的现场签证，从而使建筑工程结算比较烦琐，并且使业主遭受到了较大的经济损失，许多真实的案例表明了这个问题。现场签证管理，一方面建筑工程技术人员不仅应该坚持“随做随签”，还应该使签证符合量化需求，建筑项目签证单的条款应该明晰；签证的内容应该符合实际情况；签证的内容不应该越过签证所允许的范围。

再次，对施工单位及材料供应商不履行约定义务及时提出反索赔，使成本得到有效控制。本工程项目施工过程造价控制主要体现在：隐蔽工程的签证计量、材料单价的控制、月计量审核、项目变更核算等。

3.2加强材料管理，降低材料成本

材料费在建筑工程中占有很大比重，一般占预算价值的70％左右或直接费用的80％左右。材料用量、材料价格对施工阶段的工程造价影响很大，必须加强材料在预算-计划-采购-签收-领用-使用-监督-回收等各个环节的责任制，落实到人。材料采购同样可以实行招投标的方式，在质量、服务、价格方面反复比较，从中选优。采购时要及时认真地分析材料市场的价格趋势，材料设备进入施工现场要有严格的验收制度，对其数量和质量进行签收，不符合要求的坚决拒签。使用过程中要严格按照施工材料消耗定额和工程进度安排用料，限额领用，并对材料使用量进行监督，防止浪费，合理使用资源。主要材料费用的有效控制使整个施工阶段的造价比较容易控制在承包价内。

3.3严格监管建筑项目设计的变动

在建筑项目的施工阶段，参与项目的任何一方都有可能提出设计的变动，从专业性的角度来看，业主通常情况处于弱势地位。当业主由于改变使用需求而提出了设计变更，业主必须支付由于设计变更而导致的增加的造价，并且要为施工进度的拖延负责。所以，在最初的设计，业主必须进行细致的准备，尽可能地使设计更为合理、准确，进而能够防止在建筑项目施工阶段由于疏忽而导致的设计变动；在不得不进行设计变动的情况下，应该严格遵循设计变更的相关流程，同时建筑项目的设计部门应该绘制变更图，同时经过审核以及会签，此外，承包商应该依据设计变动来报价，报价应该得到确认，并且取得认可后才能根据设计变更图进行接下来的施工。只有这样，业主才能不仅能够心中有数，而且可以防止结算时产生相互扯皮的情况。对于承包商要求的设计变更，业主或者监理机构必须进行非常细致地核查，并且对设计变更后的工程造价进行准确的估算，避免一些承包商开始低价中标，然后通过设计变更的手段增加建筑项目造价的方式。

3.4对建筑项目进度款支付进行全面监管

建筑项目进度款支付对于投资控制具有非常重要的意义，是建筑项目施工质量以及施工进度主要影响因素，工程进度款支付主要是指业主根据建筑项目承包合同的相关规定，把用于购买合格建筑项目产品的款项支付给承包商，是建筑项目结束并结算之前进行工程款支付的重要手段。工程进度款支付的按照监理工程师添写的建筑项目的工程量清单以及建筑项目产品质检的合格证。必须依据设计图纸进行相应的施工，同时经过监理人员的检验后确认合格以后，核算的工程进度款，同时需要由造价工程师进行核查以后，最终由业主进行支付。此外，应该关注抵扣不同的款项，例如，备料款、供料款等，最终依据合同中的付款要求付款。在这个过程中的投资控制同样也是非常关键的，例如，当工程进度款产生超付的情况后，将占用业主的资金，就会使投资效益下降；出现工程进度款拖欠的情况，进而使建筑项目的施工进度以及施工质量下降，使承包商的效益降低，并且导致索赔。所以，应该对工程进度付款进行较好地掌握，从而能够不会导致建筑项目投资不出现失控的现象，从而能够确保建筑项目的施工质量和施工进度。

4结论

建筑项目施工阶段的工程造价控制是整个工程项目造价控制的重要组成部分。政府相关部门和建筑项目的参与机构以及相关专家应该相互协作，对建筑项目的工程造价进行有效地控制，并且能够利用计算机技术提高建筑项目工程造价控制的有

效性。

参考文献

[1]刘美兴．关于加强工程造价动态管理的措施及建议[J]．广东建材，2009，（8）.

[2]梁思德．论施工过程中的工程造价管理[J]．建材技术与应用，2006，21（15）．

作者简介：阮明越（1974-），女，重庆永川人，重庆文理学院建筑工程师，研究方向：工程造价管理。

（责任编辑：叶小坚）

二冷动态控制系统及实现 篇12

连铸二冷动态控制使水量随拉速、过热度以及钢种等各种因素动态调节, 以保持均匀的冷却强度, 从而提高铸坯的表面和内部质量, 是目前非常先进的连铸工艺控制方法。杭州钢铁集团公司转炉炼钢厂4#方坯连铸机以前由PLC根据拉速自动控制水量, 存在二冷水量波动大、铸坯冷却不均匀的问题, 从而影响了铸坯质量。为了提高产品竞争力, 该厂委托北京科技大学对冷却控制方式进行后期改造, 在过程控制系统引入二冷动态控制系统。

二冷动态控制的效果不仅依赖于水量的计算方法, 也需要高效、安全的数据传输过程。此外, 二冷动态控制系统需要具有易于搭建, 便于维护、升级和推广使用等特点, 而OPC (OLE for Process Control, 用于过程控制的OLE) 技术能够很好地满足上述要求。作为一种标准的数据访问机制, OPC将底层硬件驱动程序和上层应用程序的开发有效地分隔开, 使用统一的数据接口实现不同设备协议间的数据互访, 不仅使系统的维护和升级简单化, 而且缩短了开发时间[1,2]。

RSLinx是AB公司开发的专门用于与该公司所有智能产品通信的软件, 该软件集成的OPC-Server使得过程数据可由其他OPC客户端程序访问, 而杭钢转炉厂4#连铸机自动化系统采用的是AB公司Control-Logix控制系统, 因此2012年在引入二冷动态控制系统时, 通过引用RSLinx自带的OPC库文件Rsi OPCAuto.dll, 实现二冷动态控制系统与PLC系统的异步通信, 并通过添加PLC功能块判断通信是否正常, 保证了通信的稳定性和安全性。

1 系统结构和水量控制方案

1.1 系统结构

杭钢转炉厂4#连铸机自动化系统PLC为AB Logix 5550系列产品, 可编程控制软件为Rslogix5000。上位机为普通工控机, 监控软件采用RsView32。系统主控网络为Ethernet/IP工业以太网。改造时, 新增1台IBM服务器, 作为动态配水服务器, 运行动态配水程序。该铸机配水系统网络结构如图1所示。

原有的二冷水量控制方式有自动和手动两种。采用自动控制方式时, PLC根据瞬时拉速计算各流各段的水量, 并根据计算水量通过PID功能块进行各段冷却水电磁阀阀门的调控。采用手动控制方式时, 操作人员在监控画面中直接调整电磁阀阀门开度控制水量, 水量不会随其他工艺条件变化, 因此手动方式仅在特殊工况下使用。阀门开度以及拉速等各种工艺数据通过工业以太网传输至监控电脑, 在Rsview32的画面中显示。

在日常生产过程中, 经常会遇到拉速波动较大的现象, 包括拉速突然大幅改变或出现振荡, 原有的PLC自动控制方式会造成二冷水量波动大、铸坯冷却不均匀的现象, 不利于铸坯表面质量的提高, 因此需要用更为先进的二冷动态控制方法。改造引进二冷动态控制系统后, 水量控制方式包括动态、自动和手动三种, 其中手动和自动控制方式与改造前的相同。二冷动态控制系统由运行在服务器上的动态配水程序以及部分PLC程序功能块组成, 动态配水程序通过拉速、过热度等工艺参数对目标水量进行计算, PLC根据计算的水量对各段冷却水电磁阀阀门进行调控。

1.2 水量控制方案

我们为二冷动态控制系统预先制定了A, B两种不同的水量控制方案。方案A使用动态配水程序中的阀位计算PID模块直接进行阀位和水量的控制, 方案B则将计算所得的水量发送到PLC, 使用PLC的PID功能块控制阀位。为了确定哪种方式能更准确有效地进行水量控制, 我们在生产过程中对这两种控制方案的控制结果进行了比较。

方案A中, 动态配水程序直接集成了阀位计算PID模块, 几乎不需要修改原有的PLC程序。在PLC的PID功能块禁用状态下 (PIDSWM为1) , 动态配水程序根据动态计算水量值和实际水量, 采用阀位计算PID模块的PI控制方式[3]计算和控制阀门开度, 从而控制二冷水量。

方案B需要较多地修改原有PLC程序, 每个冷却段增加1个布尔型变量Dongtai (确定是否使用动态配水方式) 和1个单精度值FSX (水量设置值) 。若某冷却段的PIDSWM设定为0, 即PLC的PID功能块启用时, 再判断Dongtai是否为1, 若为1, 则使用动态配水方式, 此时, 动态系统发送的水量值FSX即为PID的目标水量;若Dongtai为0, 则使用PLC自动水量计算功能块。两种水量控制方案如图2所示。

在实际生产过程中, 相同的比例和积分 (PI) 参数设定下, 两种方案都能实现相同的功能, 但是方案A下, 足辊段水量控制出现了因PI参数不合适造成的振荡, 在恢复自动控制方式后波动消失 (见图3 (a) ) 。此外采用方案A时, 阀位计算PID模块的数据采样时间受制于OPC的更新周期, 使用动态配水方式时会造成水量振荡变化的频率低于自动控制方式下的振荡频率 (如图3 (a) 中的三段水量变化) , 这就意味着此时采样周期比较大。为了提高PI控制器的控制效果, 要求采样周期要小, 但当OPC的更新周期设置小于200 ms时, 二冷动态配水程序会大幅增加CPU占用率, 而二冷配水程序的其他模块如温度场计算等也需要很高的CPU分配, 长时间过高的CPU使用率会造成CPU温度过高和系统运行缓慢等问题。

与之相比, 方案B使用PLC中的PID功能块, 根据动态计算的水量值对阀位进行控制, 其采样周期远小于OPC更新周期, 为20 ms, 反应更迅速。同时, 方案A的数据传输量较方案B更大。另外, 如果使用方案A还需要花时间对比例和积分参数进行在线优化, 对生产过程干涉更多。所以我们最终采用了方案B, 对PLC程序进行了修改。

长时间的现场运行显示, 二冷动态控制方案B不但具有与PLC自动控制同样的控制精度和反应速度, 并且能够避免因拉速突变而造成的水量突变问题。从图3 (b) 可以看出, 在工况稳定时, 动态控制水量的效果 (实线) 与自动控制方式计算出的结果 (虚线) 基本一致。在拉速突变时, 更显示出动态控制水量的优点。图3 (b) 中10:40左右为更换结晶器浸入式水口阶段, 拉速降低并出现振荡。如果此时采用自动控制配水方式, 如虚线所示, 则在拉速突降时, 各段水量也会瞬时大幅降低, 拉速振荡时, 水量也会发生同样幅度的振荡。而动态控制下的各段冷却水量虽然也会立刻有所反应, 但并非根据变化的拉速发生突变, 而是根据各冷却段距弯月面的距离先后发生不同程度的平滑改变。足辊段距离弯月面最近, 其水量改变最快, 三段离弯月面最远, 其水量变化体现出明显的滞后, 变化更加平缓。同时, 当拉速出现振荡时, 动态控制方式下的水量也不会出现振荡, 而是保持相对稳定, 各段水量的控制精度也达到了工艺要求。

综上所述, 动态配水系统目前采用的水量控制方案能够满足连铸过程对水量的控制精度和反应速度的要求, 此外工艺条件不稳定时, 动态配水系统能使水量变化更加平缓, 为铸坯提供更均匀的冷却条件。

2 配水系统与PLC的异步通信

二冷动态控制系统中, 无论监控电脑还是动态配水服务器都需安装Rs Linx软件用于与PLC的异步通信, 该软件是AB公司为了进行上位机和PLC之间的通信而单独开发的。动态配水程序采用订阅的方式通过Rslinx获取PLC采集到的水量、拉速等工艺参数, 并以异步方式通过Rslinx将设定水量等数据发送到PLC。订阅方式也是一种异步读取的方式。RSLinx提供了两种类型的访问接口:自动化接口和自定义接口。使用VB.Net编写的动态配水程序需要通过自动化接口进行异步通信。自动化接口的结构如图4所示。

在系统开发时需要首先引用RSLinx的库文件Rsi OPCAuto.dll, 然后建立OPC服务对象, 并使用其自身提供的Connect方法连接OPCServer。在连接成功后, 通过Add方法添加OPCServer的组和标签, 添加成功后即可进行读写等操作。程序退出时释放所有的标签、组, 并使用disconnect方法断开连接即可[4,5]。

如图4所示, 异步通信过程的建立需要对OPCServer、组和数据项 (Item) 分别进行建立和设置, 需要如下4个步骤[6]:

(1) 定义OPCServer、组和数据项

动态配水程序先定义了1个名为Server Obj并带有Withevents关键字的OPCServer, 同时定义了1个OPC组群My Groups, 该组群下面有5个OPC组 (Group1~Group5) 。各个OPC组在定义时均带有Withevents关键字, 可以用来进行订阅方式的数据采集, 另外各组下都需要定义1个OPC标签集合以及隶属于各个集合的OPC标签。各个组的OPC标签名和服务器句柄都保存在Access数据库中, 配水程序会自行读取数据库中的OPC标签名和句柄, 并将所有标签加入不同组下的标签集合中。各OPC组所采集的工艺数据如表1所示。

(2) 创建并连接OPCServer

在OPCServer、组和数据项都定义完成后, 需要用New关键字实例化一个RSLinx OPCServer, 赋值给第1步定义的OPCServer———Server Obj, 然后使用connect方法连接OPCServer。

(3) 添加并设置OPC组对象

在成功连接服务器后, 需要对各个组的更新速率、激活状态和非敏感区比例进行设置。水量、拉速和阀位所在组的更新周期设为300 ms, 其他组为1 000 ms。

(4) 定义和添加数据项

在OPC组设置完成后, 利用标签集合的AddItems方法一次性即可将一个组的所有标签全部加入。至此, 异步通信的连接已经完成。程序可以通过订阅的方式采集各种工艺参数。在退出时, 程序会依次移除OPC标签及标签集合、OPC组和组群, 最后断开连接。

虽然订阅式技术有效降低了对服务器的重复访问次数, 在数据点很多的情况下, 这种通信方式更有优势, 但长时间的生产中难以避免因各种原因导致的动态配水服务器与PLC通信的故障。因此, 成熟的二冷动态控制系统必须包含必要的PLC功能块用于保证生产的安全。

3 动态控制系统安全性保障

在生产过程中, 动态控制系统与PLC的异步通信中断偶发时, 若正处于动态控制状态则PLC无法接收水量数据。如果工作人员及时发现异常, 则可以及时排查原因, 或从其他上位机中干预;否则, 即使拉速变动水量也会保持不变, 这样轻则会对铸坯质量产生不利影响, 重则造成漏钢等生产事故。该厂以前就出现过由于通信网络的大规模中断, 导致操作人员短时间内根本无法切换控制状态的情况。这就要求动态控制系统具有足够的安全机制避免此类事故发生, 而且安全机制应该建立在一级PLC功能块中。为此, 我们在PLC的程序中添加了周期执行的通信监控功能块, 配合二冷配水程序, 不断监控动态控制系统与PLC的通信连接情况。一旦发现通信中断, PLC会主动切换为原有的自动配水状态, PLC自身根据拉速线性计算水量。

通信监控的思路是:二冷配水程序每1 s向各流PLC发送1个随机数, PLC安全功能块每5 s记录下该随机数的值, 并与上一次的值进行比较, 如果相同, 则认为该流数据传输中断, 然后立即将此流所有二冷段的控制方式改为原有的拉速自动控制方式。虽然监控模块思路简单, 但其仍是控制系统中不可或缺的一部分。在冷、热试过程中, 动态控制系统安全性经过多次测试, 功能均可正常实现。

4 结束语

杭钢4#连铸机的二冷动态控制系统不仅包含了二级动态配水程序, 而且也包含了下位机的安全监督功能块。该系统使用OPC订阅方式快速采集生产数据, 使用异步方式有效发送水量数据到PLC。通过长时间的工业试验和调试, 该系统的水量控制、工艺数据记录和显示以及安全性等各项功能均能正常发挥。

摘要：为了解决杭州钢铁集团公司转炉炼钢厂4#方坯连铸机二冷水量波动大、铸坯冷却不均匀的问题, 引入二冷动态控制系统。系统由动态配水程序以及部分PLC程序功能块组成。动态配水程序采用VB.NET编写, 通过引用RSLinx提供的OPC库文件实现与PLC的异步通信, 系统能实时获取生产数据, 并进行水量的动态控制。系统还具有监控异步通信的功能, 保证通信中断后冷却控制自动变为原有的拉速控制方式。多次冷态检测和长时间的运行表明, 该系统既能根据拉速变化快速准确地调整水量, 又能有效防止拉速波动造成的水量剧烈变化。控制的稳定性和安全性也均能得到保障。

关键词：OPC,异步通信,动态配水,方坯连铸机

参考文献

[1]许宝祥, 邵之江, 钱积新, 等.过程控制系统中的OPC技术[J].冶金自动化, 1999, 23 (6) :20-23.

[2]牟会明, 郑传鑫, 胡陆军.基于组件技术的OPC在数据采集中的实现[J].冶金自动化, 2010, 34 (1) :62-64.

[3]金奇, 邓志杰.PID控制原理及参数整定方法[J].重庆工学院学报:自然科学版, 2008, 22 (5) :91-94.

[4]张河, 鲁五一.OPC客户端与实时数据库通信的实现[J].计算机工程与科学, 2008, 30 (5) :81-83.

[5]邹云涛, 吴重光.OPC技术初探及国内应用现状[J].石油化工自动化, 2003, 39 (6) :1-5.