输入系统（通用12篇）
输入系统 篇1
摘要：建立了子系统输入单输出系统模型,分析了两相关子系统输入单输出系统中各级输入之间的相关关系,给出了集合平均的输入关系式。在此基础上推导了多相关子系统输入各级输入之间的相关关系和集合平均输入模型。利用集合平均法使相干分析由子系统有序输入变为无序输入,得出了合乎实际的模型,为进一步分析子系统各级输入对单输出的贡献大小创造了条件。最后给出了某汽车振动试验数据的处理结果,对理论分析进行了验证。
关键词：子系统输入,相干性,有序,无序
0 引言
在多输入单输出系统的振动问题中,人们通
过了解各个输入之间的相互影响,求出各个输入对输出贡献的大小,进而求出主振源、次主振源等[1,2,3,4,5]。同样,对于实际工程中由几个子系统组成的系统也是如此,通过了解各个子系统之间的相互作用和各子系统中的每一级输入相关时对输出的影响大小,最终确定影响振动的主要输入和主要的振动传递路径。
本文利用集合平均法对子系统的各级输入进行相干分析,将相干分析由有序变为无序,得出符合实际的模型。通过实际路面上测得的某汽车前后轴垂直平面内的响应数据,以前后轴和前后车架上的加速度信号为输入、驾驶室底板的一个加速度信号为输出的系统为例进行探讨。
1 两相关子系统输入单输出系统
1.1 两相关子系统输入单输出系统输入间的相关性描述
对于两子系统输入单输出的机械系统,由于机械联系,使得各子系统的输入之间相互相关。这种相关性可以通过分析系统的结构特点得到初步了解。例如,在汽车中,车轴通过板簧系统与车架相连,车架通过驾驶室悬置系统与驾驶室相连,这就使得车轮对车轴的激励或发动机、传动系对车架的激励由于连接作用而变为一个系统中的相关激励。各子系统的各输入间的相关性也是如此,如由于两前轮和两后轮分别通过刚度较大的轴连接,使得路面不平度引起的对汽车轴头的随机激励由于连接轴的传递作用变为相关激励。连接轴在物理意义上起着一个传递能量通道的作用,在数学上传递特性可用传递函数来表征[6]。
建立两相关子系统输入单输出机械系统的模型如图1所示。
由图1可看到,输入x1不仅通过输入x3向输出x5传递能量,而且也通过输入x2和x3经由输入x4向输出x5传递能量,但是,x1经过x2传到x4的能量是由x1与x2、x2与x4相关的部分产生的,x1经过x3传到x4的能量是由x1与x3、x3与x4相关的部分产生的。输入x2也是这样。将相关部分分别作用到同一级的两个输入中,整个模型变为两个子系统,定义子系统①为1、3,子系统②为2、4。
传递函数H12、H34表示输入间的传递关系。一般情况下,输入之间的相互机械联系对输入的作用是相互的。输入之间传递作用的无方向性使H12等于H21,H34等于H43。输入之间的相互联系在程度上是有差别的。联系的紧密程度决定了输入之间传递函数传递作用的强弱,可以分为下列几种情况:
(1)输入完全相关。这种情况下,每一级的两个输入中,任何一个输入都直接决定了另外一个输入。完全相关的系统可以简化为一个单输入单输出系统进行分析计算。
(2)输入完全无关。这种情况下,每一级的两个输入之间的传递函数为零,两个输入之间完全没有影响。这样的两相关子系统输入单输出系统可以简化为两个独立的子系统输入单输出系统来分析计算,不必作进一步研究。
(3)输入部分相关。在工程实际中,真正完全相关或完全独立的系统并不多见,更为常见的是各级输入部分相关,即每一级的两个输入介于完全相关和完全独立之间,各级的两个输入之间彼此相关。输入间的联系取决于系统的结构特点,并对整个系统产生影响。
1.2 两相关子系统输入单输出系统输入间相关性的数值分析
一个单输入单输出的线性系统模型如图2所示。
输入输出间的相关性用常相干函数来分析,平稳随机信号f(t)与x(t)之间的相干函数(也称凝聚函数)定义为
式中,Gff(f)、Gxx(f)分别为f(t)和x(t)的单边自谱密度函数;Gxf(f)为Gff(f )和Gxx(f)的单边互谱密度函数。
相干函数表示在整个频段内响应x(t)和激励f(t)之间的因果关系。若在某个频率上γ2xf(f)=0,则响应与激励在此频率上是不相干的;若γ2xf(f)=1,则响应与激励在此频率上完全相干,即响应完全由激励引起。实际中总存在一定的噪声干扰,输入和输出信号存在非线性关系,一般表示为
0≤γ2xf(f)≤1 (2)
即在测量的响应中混入了与激振力无关的干扰。γ2xf(f)的值越小,f(t)与x(t)之间的相干程度越小;反之,γ2xf(f)值越接近1,f(t)与x(t)之间的相干程度越大。相干函数可用来检验信号的置信程度[7]。
综上所述,对于一个两相关子系统输入单输出系统,输入x1与x2、x3与x4之间,由于传递函数的作用,也可以看成单输入单输出系统。x1与x2、x3与x4的输入输出关系是相互的,它们之间的相关程度通过相干函数γ2xf(f)判定。
对于完全相干和完全不相干的两相关子系统输入单输出系统可以简化为简单的模型,这里不作进一步分析。下面对0<γ2xf(f)<1的两相关子系统输入单输出系统进行讨论。
通常用偏相干方法分析一级多输入单输出系统时,容易联想到将其应用于两相关子系统输入单输出系统。但用偏相干方法分析一个各级输入相关的子系统输入单输出系统时,也是在条件谱的基础上把相关的两个子系统分解为独立输入的子系统。取不同的输入顺序得到不同的偏相干模型,有以下几种情况:
以输入顺序为子系统①、②时为例,当x1为第一级输入的第一个输入时,若x4·3为第二级的第一个输入,则x1需经x3向x4·3传递,所以,x3为第二级的第一个输入。由图3a可知,此时子系统各级输入之间的相关部分都作用到了输入子系统①中,而子系统②中没有输入之间的相关部分,使模型夸大了输入子系统①的作用。同理,由图3b可知,模型夸大了输入子系统②的作用。总之,子系统有序输入时,第一个输入子系统的贡献就会被夸大。
(b)输入顺序为子系统②、①
集合平均法将相干分析由有序变为无序,能正确反映输入与输出的能量传递关系。集合平均法是将相关贡献部分扣除以后再平均,构成新的集合体作为新的单量系统的输入,以代替原有的剩余记录[6]。
对于两相关子系统输入单输出系统,可构成两个集合平均输入序列,即
作为集合平均系统的输入。式(3)中,x1·2表示在输入x1中已经去除了x2对它的影响后的剩余部分;x2·1表示在输入x2中已经去除了x1对它的影响后的剩余部分;x3·4表示在输入x3中已经去除x4对它的影响后的剩余部分;x4·3表示在输入x4中已经去除x3对它的影响后的剩余部分;x13x5表示子系统①的平均输入;x24x5表示子系统②的平均输入。
输入之间相干程度的紧密度用常相干函数来表征,两相关子系统各级输入之间的相干关系可通过输入相干关系矩阵γ2xx表示:
其中,12γ2xx表示子系统第一级输入的相干关系矩阵,34γ2xx表示第二级输入的相干关系矩阵。γ2xx数值不同,代表了各级输入之间的相干关系不同,即不同的物理联系特性。
2 多相关子系统输入单输出系统
与两相关子系统输入单输出系统类似,两级都有n个输入的模型相当于n个相关子系统输入单输出系统,其模型如图4所示。
由图4可知,在多相关子系统输入单输出系统中,各子系统的各级输入之间彼此相关,每一级的输入不仅与相邻子系统的输入相关,也与其他所有子系统的同级输入之间相关。与两相关子系统输入单输出系统类似,输入之间的相互机械联系对输入的作用是相互的。输入之间传递作用的无方向性使得传递函数Hij等于Hji(i≠j)。
两两相关的各级输入之间存在着与两相关子系统输入类似的关系,其输入间相干程度的紧密程度也用常相干函数来表征。各级所有输入之间的相干关系可以用一个n×n的输入相干关系矩阵γ2xx表示:
其中,1γ2xx表示子系统第一级输入的相干关系矩阵,2γ2xx表示子系统第二级输入的相干关系矩阵。γ2xx的数值不同,代表了各级输入间的相干关系不同,即不同的物理联系特性。各级输入之间的相关性可以分为以下几种情况:
(1)多相关子系统的两级输入各输入之间完全相关,此时各输入之间的相干函数γ2ij=1;i,j=1,2,…,n;i≠j。n个子系统输入单输出系统就可以简化为一个子系统输入单输出系统。输入间的相干函数矩阵γ2xx变为所有元素都为1的n×n阶方阵
(2)多相关子系统的两级输入各输入之间没有机械联系,两两完全无关或独立,则各级输入之间的常相干函数γ2ij=0;i,j=1,2,…,n;i≠j。这时,系统可以分解为n个独立的子系统输入单输出系统。矩阵γ2xx变为单位矩阵:
1γ2xx=2γ2xx=diag(1,…,1) (9)
(3)一般情况下,多相关子系统各输入之间的关系为部分相关,两两输入间的常相干函数表示为
0≤γ2ij(f)≤1i,j=1,2,…,n;i≠j (10)
子系统各输入间的常相干函数矩阵变为对角元素为1的对称矩阵,如式(6)、式(7)所示。
与两相关子系统输入单输出系统类似,可以建立多相关子系统输入单输出系统的集合平均输入模型:
其中,xn·in表示第n个子系统的平均输入,n=1,2,…,n;x11·n1表示第一个输入子系统第一级输入与其他各子系统第一级输入的相关输入,x12·n2表示第一个输入子系统第二级输入与其他各子系统第二级输入的相关输入,可依次类推至第n个子系统,n=1,2,…。
3 试验及结果分析
3.1 试验描述
试验用汽车行驶过程中,同样的路面条件下,在50km/h左右的车速时驾驶室有剧烈的上下振动,其他车速时振动不明显。
相对于实验室内将车轮支起进行试验,在行车状态下进行振动测量能更好地反映实际状态。试验用路面为一段正在使用的良好的二级公路,在晴朗无风的天气下进行试验。
传感器安装位置如图5所示,在前后轴和前后车架上各安装两个传感器,驾驶室底板上安装一个传感器,分别测量系统的第一级输入1、2、5、6,第二级输入3、4、7、8和输出9。
为了叙述简单,定义传感器1~9分别为x1~x9,其中x9为输出。由图5可知,输入1不但通过悬架系统直接向中间输入3传递能量,进而向输出9传递能量,而且也经由输入2、5、6向中间输入传递能量,然后传递到输出9。输入2、5、6也是这样。
试验用的信号采集仪器是东华测试软件DH5920,传感器为ICP加速度传感器。测试设备参数设置见表1。
3.2 结果分析
由试验分析知道,引起50km/h车速振动的主要频率是3.66Hz。在此频率段将相关部分作用到同一级的输入中,将汽车简化为4个相关的子系统输入单输出系统:前后4个车轮及车轮与车架的连接为输入子系统,驾驶室底板为输出。其中车轴为第一级输入(车轮或路面激励),车架为第二级输入(发动机或传动系激励)。定义4个子系统为:1、3为子系统①;2、4为子系统②;5、7为子系统③;6、8为子系统④。
下面通过比较子系统输入的有序和无序,说明集合平均法更符合实际情况。
用集合平均法求出汽车两侧的车轴与车架组成的子系统各级输入彼此相关后对驾驶室振动的贡献。
当外界噪声只出现在输出点上时,总的测量输出谱Gyy(f)由以下两部分组成:因输入x(f)通过频响函数H(f)得到的理想线性输出Gvv(f)和输出噪声Gnn(f),即
Gyy(f)=Gvv(f)+Gnn(f) (12)
Gvv(f)=|H(f)|2Gxx(f) (13)
Gxx(f)为输入的自谱函数,Gxy(f)为输入与输出之间的互谱函数,可得
其中,γ2xy(f)与Gyy(f)的乘积称为相干输出谱[1]。此处,令总相干输出谱为G9,则
G9=cop13+cop24+cop57+cop68 (15)
式中,cop为子系统的相干输出谱。
有序无序的对比结果如表2所示。
由表2可知,以输入顺序①-②-③-④为例,4个子系统各级输入之间的相关部分都作用到了优先输入的子系统①的各级输入上,使得子系统①的作用被夸大,其他输入顺序时亦是如此。分析可知,有序输入的结果都夸大了第一个输入子系统的作用,而用集合平均法所得结果表明,4个子系统对输出的贡献相差很小,符合实际情况。
4 结论
(1)第一级的某个输入可以经过其他的输入由不同的途径最终到达输出,但将相关部分分别作用到同一级的两个输入中,可将整个模型变为有限个子系统。
(2)各子系统的输入之间、子系统的各级输入间都存在相关性,因此要在考虑相关性的基础上分析子系统输入对输出的影响。
(3)分析表明,对于有序的相干分析法,不同的子系统输入顺序都放大了第一个输入子系统的作用。采用集合平均法得到的结果符合实际情况。
(4)由集合平均法可知4个子系统的对输出的贡献相差不大,要寻找振动的原因,还要分析各级输入对输出的贡献。
参考文献
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[7]胡海岩.机械振动与冲击[M].北京:航空工业出版社,1998.
输入系统 篇2
2、在打开的注册表编辑器窗口中、依次点击展开左侧菜单中的HKEY_LOCAL_MACHINESOFTWAREMicrosoftCTFTIP{81d4e9c9-1d3b-41bc-9e6c-4b40bf79e35e}; 2.、找到{81d4e9c9-1d3b-41bc-9e6c-4b40bf79e35e}选项并右键点击，选择权限;
3、打开的权限设置窗口中，点击“高级”，再点击所有者右边的“更改”，输入everyone ，点击确定，并选中“替换子容器和对象的所有者”，然后按应用，
windows8系统怎么添加输入法
，
之后点击左下方的启用继承，并选中“使用可从此对象继承的权限项目替换所有子对象的权限项目”，最后按“应用”;
4、再次返回到传统桌面，同时按下win+X，选择命令提示符(管理员)，在打开的窗口中，输入regsvr32 imeimescimsctip.dll并单击回车;
5、再次返回到之前的高级安全设置窗口，点击左下方的“禁用继承”按钮，选择第二项，“从此对象中删除所有以继承的权限”，最后点击应用;
输入型与非输入型甲型流感 篇3
从字面意义理解，输入型即是从外地、外国传入的，而非输入型就是本地土生土长的。但是，如果用于此次的一些国家的流感判定却需要细心观察，并获得充足的证据才能下结论。因为流感是输入型还是非输入型并非只是称呼问题，而是会影响到对该病的防治。例如有不同的切断传染源和途径的措施。
日本最早并非提“非输入型流感”，而是指国内感染。日本厚生劳动省5月16日宣布，经国立传染病研究所检查确认，兵库县神户市一名17岁的高三男生感染了甲型H1N1流感病毒。这是日本国内确认的第5名新型流感患者，也是首个国内感染的病例。理由是，从5月起该校没有学生出国，但尚不清楚学生的家人中是否有出国者。
此后，由于日本境内没有出国经历但又染上甲型流感的人越来越多，媒体便改称为“非输入型病例”。例如，5月17日日本确认的境内非输入型病例达到92例。这些确诊患者均为关西地区大阪、兵库两地学生、教师。
如果真是有输入型或非输入型流感，则与流感的历史有一些不同，需要特别关注。从人类经历的流感来看，一般都是由一处疫源地向世界各地传播的。例如，世界卫生组织流感监测网提供的信息表明，20世纪有5次波及全球的流感大流行，每次都导致数以百万计的人死亡，分别发生于1900年、1918年、1957年、1968年和1977年。
由于一些专业人员认为1900年的那次流感并不算大流行，因而只从后面4次流感流行就可以获得输入型和非输入型流感的信息。1918年流感称为西班牙流感，说明疫源地是在西班牙，但事实上疫源地是在美国，只是正如一些人分析的那样，“苦主”西班牙没有较真，故这一名称沿用至今。而1957年是亚洲流感大流行，称为亚洲流感，病原菌是H2N2流感病毒，是1957年2月首先在我国贵州西部出现，5～6月进入日本和东南亚各国，随后到达中东、欧洲和非洲，10月份蔓延至美洲。1968年则是香港首先暴发流感，称为香港流感，也引起全球大流行，病原菌是H3N2病毒。1977年，俄罗斯发生流感流行，称为俄罗斯流感，病原菌是H1N1流感病毒。
所以，历史上的这些流感大流行都是只有一个疫源地，然后向世界各地蔓延。这次的北美甲型H1N1流感似乎不可能脱离流感发生发展和传播的规律，因而不可能同时有北美和日本(亚洲)两个疫源地。
日本研究人员对非输入型流感也表示怀疑，认为其实日本本土的非输入型流感就是没有检测出来的输入型流感。日本最早发现的是4例输入型流感，是在成田国际机场入境时检查出来的，此后日本流感人数突增，而且感染途径不明，才被称为非输入型感染。日本官员认为，有可能是日本的入境检疫“失守”。如果已经受到感染的患者在入境时没有发烧，自己也声称没有异常，卫生检疫人员也是没有办法的。这就意味着日本的所有感染者其实也可能是输入型，而且就是从北美传来。
香港大学微生物学系主任袁国勇对此次的日本非输入型流感表达了相同的观点，认为日本的非输入型就是输入型，只不过已经在日本扎下了根而己。他说：“日本已开始有小区个案找不到有清楚的源头，表示(病毒)已在日本地区落地生根，若日本也发生，我相信香港也一定会发生，现时的问题是：由美洲带入，还是东南亚地区带入香港，两个可能性也开始存在。”
袁国勇的话提示，所谓的非输入型就是输入型，而且很可能在香港和中国内地也会发生，转化为扎了根的本土型流感。只不过，这种输入型不被人所明显感受到，而且传播的路线和途径可能不同，所以可能误认为是非输入型。其实，这次流感的源头还是在北美，这更符合流感发生和传播的规律。
现阶段中国的病例都有明显的输入性特点和途径，但是，一旦遇到像日本一样查不出明显的出入境经历之时，对于所谓的非输入型流感就得多调查才能下结论。因为，所有这些流感都有可能是因潜伏期长和隐蔽性强传入的，也因此可能会在本土扎根。认识这一点对此次甲型H1N1流感的防控至关重要。(文章代码：1316)
输入系统 篇4
模态分析是在对结构进行实际测试的基础上,采用实验与理论相结合的方法来处理工程结构的动力学问题。随着某装备减重和确保可靠性要求,必须对其进行模态分析。在确定单输入多输出方法的模态分析方法基础上,需要设计相应的测试系统。该系统要求结构上能够满足被分析的对象,即能在装备平台上施加相应的激励,可并行采集结构的振动加速度,同时实现数据的即时存储。本文根据这一要求,设计了相应的测试系统。该系统以PC机为主机进行操作,以ARM控制器为执行机构,对输出和采集过程进行控制,输出形式是激振力,输入信号是加速度。
1 单点输入多点输出模态参数测试
单点输入多点输出方法在实验时,激励点是固定的,且可以同时测试多个点的响应。该方法测试效率较高,广泛用于中型机构的实验模态分析。由于同时测量多个点,传感器的质量和要小,以减少附加质量对结构特性的影响。激励方法可以采用锤击法或激振器激励法。本文采用了激振器激励法。激振器激励方法较好,可以克服锤击法容易引起模态遗漏的问题。
该方法的系统原理结构如图1所示。
2 测试系统总统结构设计
根据系统测试要求,本文设计了模态参数测试系统。该测试系统由PC机、输出控制器、激振器、数据采集控制器、调理电路和多个振动采集传感器组成,如图2所示。
PC机作为该系统的主控计算机,用于向采集设备控制器发出控制命令(如开始、结束等),保存和分析数据,并产生激振器所需的波形数据。输出控制器接收波形信号,将波形数据转换成模拟信号发送给激振器。激振器根据波形信号产生相应的激振力作用于被测对象。振动传感器感受测试对象的振动,产生电荷信号,调理电路将传感器的电荷信号转换成电压信号,发送给数据采集控制器。数据采集控制器用于采集控制,可以接收PC机发出的命令,同时对采集过程进行控制[1]。
振动传感器要求测量试验响应的传感器除了体积小、重量轻,还必须具有低频灵敏度高的特点。同时,要求传感器有较好的线性度和相位特性,以便用两个传感器的信号相加或相减。目前,用于模态试验的传感器有加速度计和应变电桥两大类。本文采用压电式加速度传感器,型号为DH130,灵敏度为1.08 pC/m·s2,工作频率范围为0～104 Hz,横向灵敏度小于3%,重量为9 g,安装方式为磁座吸合。输出控制器采用USB总线输出卡,可以输出两路模拟信号。
3 激励信号的产生
激励信号的类型根据模态分析方法的不同而不同。该系统采用了随机子空间作为模态分析方法,该方法要求输入信号为白噪声信号,因此需要由PC机产生白噪声序列给输出控制器。
在PC机上,采用LabVIEW软件产生白噪声序列。其基本思想是由随机数产生函数产生(0,1)区间内的随机数,将随机数乘以一定系数后,使其符合输出控制器要求的范围,定时送往输出控制器。其程序结构如图3所示[2]。
程序执行产生的随机数序列送往输出控制器后,产生的信号如图4所示。
4 数据采集控制器
数据采集控制器以ARM控制器为核心,其外围电路包括USB总线控制器,数据采集控制电路,时钟电路,存储电路等[3,4,5,6]。
其基本结构如图5所示。在该控制电路中,ARM(Advanced RISC Machine)作为总控制器,接收上位PC机命令,向采样电路发出执行采样命令,向分频器写入数据,确定采样速率。当采样完毕后,发出停止采样命令,并将数据传送到PC机。该ARM芯片选用S3C44B0。USB总线控制器为MC34825,用于和上位PC机进行数据和指令传输。精密时钟电路是采样时间控制电路,其发出的时钟信号经可编程分频器(8254)分频后送往A/D转换电路作为启动下一次采样和向存储器写入已采样数据的信号[7]。
在采样启动/数据写入控制器中,包括采样允许/禁止控制电路,读写控制电路。允许/禁止控制电路由ARM控制器控制其使能,决定信号的通过与否。读写控制电路由加法器和控制逻辑组成,加法器输出作为Buffer的地址信号,当时钟信号来到,地址自动加1,并向Buffer发出写入数据命令。该电路结构原理如图6所示[8,9]。
5 应 用
采用本文设计的系统,对某装备结构进行了模态分析实验,获得了部分加速度数据,如图7所示。
经应用证明,该系统能够完成所要求的模态参数测试功能,能对被测结构施加任意激励,并能够并行采集数据,具有广泛的通用性,可以用于一般机械结构的参数测量。如果更换系统前端传感器,也可用于其他参量的并行测量。
但该系统由于受到总线传输速度的限制,其采集速率将限制在0～100 KSPS范围内。
参考文献
[1]曾虹,刘世杰,张翔,等.基于USB的高速并行数据采集系统的设计与实现[J].计算机测量与控制,2007,15(8):1105-1107.
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输入系统 篇5
2、在弹出的菜单上点击“控制面板”，打开“控制面板”，如下图：
3、打开控制面板，点击“系统和安全”，如下图：
4、点击“唤醒计算机时需要密码”，如下图：
5、点击“更改当前不可用的设置”，如下图：
6、选择“需要密码”，并点击“保存修改”，如下图：
输入系统 篇6
附带词汇习得听力理解阅读理解一、引言
附带词汇习得（incidental vocabulary acquisition）指词汇习得是学习者处理其他任务的一种副产品，学习者并未有意去加工、记忆某些信息（Nagy，Herman，Anderson，1985）。附带词汇习得的研究包括两个主要方面：一是附带词汇习得的认知过程研究，不仅包括认知过程的宏观研究如聚焦-充实理论（Rieder，2002）还有微观过程如对注意条件的研究（许浩，2012）。二是加强条件研究。投入量假设（Laufer & Hulstijn，2001）为这方面的研究提供了理论依据，教师可以通过任务设计来提高附带词汇习得。主要涉及的加强条件包括注释（Jacobs et al，1994，雷蕾，2011，Hulstijn et al，1996；Nagata，1999；Rott 2005；Rott & William，2003），理解问题类型（选择题、回答问题、填空）（盖淑华，2003）等。附带词汇习得研究对象主要是阅读理解（王改燕，2008），而听力理解条件下的附带词汇习得研究较为薄弱（常乐，李家坤，2009；李红，田秋香，2005）。常乐，李家坤对元认知、听力理解和附带词汇习得的相关性进行研究。李萍主要考察注释方式（单项定义注释和多项选择注释）对听力附带词汇习得效果进行研究，作为重要的输入形式，听力理解的附带词汇习得的认知过程是否和阅读理解一样呢？相对于阅读理解，听力理解中附带词汇习得的效果如何呢？本文试图就附带词汇习得的发生条件和附带词汇习得的效果两方面，对听力理解和阅读理解中的附带词汇习得进行比较，以期对听力理解中的附带词汇习得研究提供参考。
二、阅读理解中附带词汇习得的发生条件
阅读理解不是被动的解码过程，而被看作是阅读者对文本进行积极的建构过程。阅读者根据自己的语言知识对文本信息进行提取、提出假设并不断进行验证，同时阅读者还会运用自己的世界知识对文本信息进行补充。总之，阅读者运用自上而下和自下而上的知识对文本进行处理（Brown & Yule 1983），以期达到理解的连贯。当理解出现断点时，读者会运用各种策略来对信息断点进行修复。如果造成理解断点的原因是词汇，读者会对其进行必要的处理，从而为附带词汇提供了条件。因此，阅读理解障碍是促发学习者对生词注意的重要原因。
除了阅读障碍，重复也是诱发附带词汇习得的另一原因。许浩在对初三学生进行有声思维试验中发现，生词复现会使读者分配注意资源，从而关注该生词的语境意义和词汇的用法（许浩，2012）。
三、听力理解中附带词汇习得的发生条件
附带词汇习得研究虽然研究内容涵盖面较广，但主要关注阅读如何促进附带词汇习得，而听说写尤其是听力方面的附带词汇习得实证研究相对较少（常乐，李家坤，2009）。一语研究认为，听力理解和阅读理解有着相似的过程（Daneman & Carpenter，1980；Kintsch&Kozminsky，1977； Stitch & James，1984；walker，1976），二语研究者也承认两者有着相似的理解过程（Karina Vida）。因此，根据阅读理解中附带词汇习得的发生条件，在听力理解中，理解障碍也应是附带词汇习得的发生条件之一。然而，听力理解不同于阅读理解，学习者没有条件对材料进行反复的思索，有些造成理解障碍的生词不得不被学习者回避，并没能促发附带词汇习得。
普遍来讲，二语听力者主要注意与主旨相关的词汇或者与一语相似的词汇。尽管阅读者也会关注这两类词汇，然而，阅读者更倾向关注文本中出现的重复的生词（Karina Vida 2011）。
Elley（1989）证明在听力理解中，词汇对情节的重要性程度和词汇学习中度正相关。Nation指出，一语学习者在听故事条件下，与故事大意强烈相关的词更容易被习得（Nation，193）。分析听力教学有助于理解有声输入条件下学习者更倾向关注关键词。正统的听力教学等同于以理解为目的的教学，因此听力学习基于以下假设：
1.听力的目标是提取意义。
2.为了达成此目的，学生应学会使用自上而下和自下而上的过程。
3.词汇、句法和表达式承载意义的载体，一旦意义、理解达成，就没有必要再关注形式。因此，学习者主要采用的听力策略包括推测大意，辨别关键词，并忽视其他非关键词，运用背景知识以辅助有选择性听力，主要抓住文本的大意。因此，与主要大意相关的关键词是听者主要注意的对象，相应地，在听力理解中，附带习得的词汇往往是关键词。
四、结论
本文通过对文獻的梳理发现，相对于阅读中的附带词汇习得，听力理解中的附带词汇习得研究较为薄弱。不同的输入方式下附带词汇习得的促发条件和习得效果都不尽相同。阅读理解的促发条件是理解障碍和单词复现；而在听力理解中造成理解障碍的词往往被忽略，学习者更多地关注与主旨相关的词汇。这为今后有关听力理解的附带词汇习得注意过程研究提供参考。
参考文献：
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[11]李红，田秋香.第二语言词汇附带习得研究[J].外语教学，2005，（3）：52-56.
计算机基本输入输出系统安全研究 篇7
计算机基本输入/输出系统(Basic Input/Output System,BIOS)是固化在计算机主板上一个ROM芯片中,计算机通电后首先执行的一组程序,是硬件与软件程序之间的接口。其功能包括上电自检及初始化、硬件中断处理、程序服务处理等。为计算机提供最底层、最直接的硬件控制,在计算机系统中起着非常重要的作用。
由于BIOS在计算机架构中独特和优越的位置,使其成为整个计算机系统的关键和灵魂。运行在BIOS级别上的代码将对计算机系统具有很强的控制能力,BIOS一旦受到恶意破坏将可能直接导致整个硬件系统瘫痪。如果攻击者作为针对企业的复杂、有针对性网络攻击的一部分,对BIOS进行恶意修改将可能造成永久的拒绝服务攻击(如,损坏BIOS)或使恶意软件长期存在(如,在BIOS中植入恶意软件)。
1 BIOS
BIOS固件有几种不同的类型。一些计算机使用16位的传统BIOS,而许多新的系统使用基于统一可扩展固件接口(Unified Extensible Firmware Interface,UEFI)规范的引导固件。
系统BIOS通常由原始设备制造商(OEM)和独立BIOS供应商开发,并利用计算机硬件分发到最终用户。制造商经常通过更新系统固件来修复错误、为漏洞打补丁和支持新的硬件。系统BIOS通常存储在电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory,EEPROM)或其他形式的闪存上,并可由最终用户修改。
对于一个给定的计算机系统,除了主板之外,BIOS还可能存在于硬盘驱动器控制器、显卡、网卡上及其他附加卡上。这类固件通常采用扩展ROM的形式,在引导过程中由系统固件装载和执行。
1.1 BIOS的作用
系统BIOS的主要功能是初始化硬件组件和加载操作系统,其启动过程通常包括以下几个阶段:
(1)执行可信核心根:系统BIOS可能包括一个小的固件核心块——通常称为BIOS引导块,BIOS引导块被首先执行并能够验证其他固件组件的完整性。对于可信计算应用,系统BIOS还可能包含度量可信核心根(CRTM)。
(2)初始化和测试底层硬件:在启动过程中,系统BIOS初始化并测试计算机系统硬件的关键件,包括主板、芯片组、内存和CPU等。
(3)加载并执行附加固件模块:系统BIOS执行固件附加件,扩展系统BIOS的能力或初始化启动系统所需的其它硬件组件。这些附加模块可以存储在与系统BIOS相同的flash memory或初始化的硬件设备(如,视频卡、局域网卡)中。
(4)选择引导设备:配置系统硬件后,系统BIOS搜索引导设备(如,硬盘驱动器、光盘驱动器、USB驱动器),并执行存储在设备上的引导加载程序。
(5)加载操作系统:在BIOS仍然控制着计算机的情况下,引导加载程序开始加载和初始化操作系统内核。当内核可用时,将计算机系统的主控制权从系统BIOS传给操作系统。
另外,系统BIOS加载系统管理中断(SMI)处理程序并初始化高级配置和电源接口(ACPI)表及其代码,为运行中的计算机系统提供重要的系统管理功能,如电源和散热管理等。
1.2 BIOS更新
合理更新系统BIOS的几种合法机制包括:
(1)用户启动更新:系统和主板制造商通常为用户提供能够更新系统BIOS的实用程序。今天大多数厂商提供的工具可以对用户正常运行的系统更新系统BIOS。根据系统上实现的安全机制,这些工具可能直接更新系统BIOS或在下次系统重启时进行更新。
(2)管理更新:计算机系统可能具有基于硬件和软件的代理,允许系统管理员远程更新系统BIOS。
(3)回滚:在应用BIOS前对更新进行认证的BIOS实现方法也可以在更新过程中检查版本号。在这种情况下,系统BIOS可能进行一个特殊的更新过程,将安装的固件回滚到一个以前安装的版本,防止攻击者用具有已知漏洞的固件刷新闪存。
(4)人工恢复:为了从被损坏或发生故障的系统BIOS中恢复,许多计算机系统允许用户在启动过程中,在用户亲自参与的情况下,用已知良好的版本和配置取代正在使用的系统BIOS。
(5)自动恢复:有些计算机系统能够检测系统BIOS的损坏,并从主系统BIOS的一个单独存储位置(如,第二个闪存芯片,或硬盘驱动器上的一个隐藏分区)的备份固件镜像中恢复。
为了保证只有真实、合法的BIOS映像可以存储在闪存中,需要确保BIOS更新机制的安全。客户端系统通常只有一条更新BIOS的路径,而服务器系统可能实现多种更新机制,使管理员能够从不同的环境更新BIOS。对于服务器系统,经认证的BIOS更新机制包括以下三种类型:
(1)更新机制1:随时可进行BIOS更新。可以不考虑服务器的运行状态安全进行BIOS更新。
(2)更新机制2:重启时进行BIOS更新。在服务器运行时启动BIOS闪存处理,但直到系统重启时才对BIOS闪存进行实际更新。
(3)更新机制3:重启时进行BIOS验证。在每次引导程序执行前验证BIOS的真实性,只有通过认证的BIOS才被执行。
此外,某些服务器可能不使用这三个经认证的更新机制,而使用安全本地更新机制更新系统BIOS。
1.3 更新可信根
基本服务器的体系架构类似于具有单一BIOS更新机制的客户端PC系统。通常情况下,基本服务器上的更新可信根(RTU)是系统BIOS的一部分。硬件保护可以集成使用可信平台模块(TPM)和基于芯片组的锁定机制。
RTU是硬件和固件的可信组合,执行BIOS安全更新并保持BIOS的完整性。RTU可能具有验证经数字签名的映像、启动和停止写保护机制、将BIOS更新写入闪存、执行BIOS恢复以及更新RTU本身等功能。RTU本质上可信的基础是通过一个独立的运行环境将破坏RTU功能的风险降到最低,从而保持RTU固有的可信性。RTU的每个功能组件可以看作特定功能的一个可信根:
(1)验证组件:验证经数字签名的映像,决定是否应将控制传给映像。因为该组件是从已知良好的机器状态进入的,所以具有可信的执行路径。验证组件可以用于将可信执行扩展到缺乏完整性保护的代码。
(2)恢复组件:负责将机器返回到一个已知的良好状态。
(3)完整性组件:负责保持映像的完整性。
(4)更新组件:执行RTU的安全更新,保持RTU的完整性。
2 BIOS面临的安全风险
系统BIOS的安全性问题可以归结为其完整性保护的问题,系统BIOS完整性可能面临各种不同的攻击威胁。系统BIOS完整性遇到的第一个威胁来自系统通过供应链从制造商到用户的过程。在系统BIOS安全到达用户的情况下,在系统的整个生命周期中系统BIOS完整性面临的风险可能包括:
(1)用户安装恶意系统BIOS。通常用户更新系统BIOS的主要方法是利用BIOS更新工具进行BIOS更新操作。在用户亲自访问计算机系统的情况下,通常没有什么办法防止用户安装未经批准的BIOS映像。
(2)恶意软件修改系统BIOS。恶意软件利用弱BIOS安全控制或系统BIOS本身的漏洞对系统BIOS进行刷新或修改。通常目的的恶意软件一般不包含这样的功能,但是一个针对企业的攻击可能直接把目标指向企业的系统BIOS。恶意的系统BIOS可能通过网络或利用介质传递到系统。
(3)系统管理工具对系统BIOS进行攻击。基于网络的系统管理工具可以被攻击者用来进行企业范围内系统BIOS的攻击。例如,假设一台企业维护的,用于企业部署,执行系统BIOS更新功能的服务器受到攻击,被攻破的服务器可能将恶意的系统BIOS传播到整个企业的计算机系统。
(4)将系统BIOS回滚到脆弱的版本。这是一种特别隐秘的攻击,因为此时的系统BIOS虽然是真实的(即来自于制造商的),但它存在漏洞,是很脆弱的,很容易受到攻击。
对于服务器,同样容易受到威胁客户端系统相同形式的BIOS攻击。另外,服务器还将面临以下方面的风险:
(1)更新机制存在漏洞。服务器具有多个BIOS更新机制,每个机制都可能存在漏洞,更新机制之间的交互还可能带来额外的安全漏洞。
(2)管理网络缺乏必要保护。服务器中的服务处理器(SP)拥有更高的权限来执行系统管理,其中可能包括对BIOS的修改。虽然SP可以通过一个独立的通信通道控制,但对此通道未经授权的访问将对服务器造成很大的风险。通常对数据网络有许多专门的安全保护,但对管理网络可能缺乏必要的审查和保护。
(3)BIOS备份被恶意修改。如果安全保护不充分,攻击者很容易对备份在服务器上的BIOS映像实施改写攻击。对BIOS备份修改后,攻击者可以采用相应的方式使服务器重新启动被感染的BIOS备份映像。
3 BIOS风险缓解
BIOS安全是安全系统的一个重要组成部分。作为引导过程中第一个执行的代码,系统BIOS被系统中的硬件和软件组件隐含认为是可信的。系统BIOS风险缓解的主要工作是防止攻击者对系统BIOS进行未经授权的修改,保证其完整性。客户端系统的安全风险缓解措施——BIOS更新认证、闪存区域完整性、安全本地更新和防止旁路,直接适用于服务器级,其目的是减轻针对系统BIOS的高级持续性攻击的风险。另外,由于服务器体系结构的复杂性和服务器具有的BIOS多更新路径的特点,还应对BIOS映像进行授权和认证,确保BIOS映像的完整性和来源的正确性。
3.1 BIOS安全
通过保护BIOS更新机制的安全,确保在BIOS被配置后能够保持其完整性。安全的BIOS更新机制应包括:
(1)一个验证BIOS更新真实性和完整性的过程;
(2)一个确保不能从安全更新过程之外修改BIOS的机制。
通过认证来验证BIOS更新映像是否由真实的来源产生且没有被改变。
3.1.1 BIOS更新认证
经认证的BIOS更新机制采用数字签名确保BIOS更新映像的真实性。使用经认证的BIOS更新机制更新BIOS,应有一个RTU,其中包含一个签名验证算法和密钥存储,密钥存储应包括验证BIOS更新映像签名所需的公钥或合法的密钥加密哈希值。密钥存储和签名验证算法应以保护方式存储在计算机系统上,并保证只能通过经认证的更新机制或安全本地更新机制进行修改。在RTU内存储空间有限的情况下,BIOS更新映像的验证可以分两个阶段建立:(1)验证所提供公钥的加密哈希值,(2)利用所提供的公钥验证BIOS更新的签名。
经认证的更新机制应确保BIOS更新映像已经过数字签名,并且可以在更新BIOS前使用RTU中的密钥验证数字签名。恢复机制也应使用经认证的更新机制,或满足安全本地更新的要求。RTU应能防止未授权将BIOS更新到一个较早的真实版本。例如,通过验证确保更新BIOS映像的版本号高于当前使用BIOS映像的版本号。
3.1.2 安全本地更新
BIOS可以选择使用安全本地更新机制代替经认证的更新机制对系统BIOS进行更新。安全本地更新机制,应仅用于加载第一个BIOS映像或从不能使用经认证的更新机制对损坏的系统BIOS进行修复的情况。安全本地更新机制应通过要求管理员本人亲自参与服务器更新操作,确保BIOS更新映像的真实性和完整性,降低远程攻击者执行恶意代码将BIOS映像改写为一个虚假系统BIOS映像的风险。进行安全本地更新,可以通过要求在允许更新系统BIOS前输入管理员口令或解锁物理锁(如,主板上的跳线)实现进一步的安全保护。
3.1.3 固件完整性保护
为了防止执行虚假或恶意的BIOS代码,在启动过程中,应保持系统BIOS验证和系统BIOS执行之间系统BIOS的完整性。
为了防止在经认证的BIOS更新过程之外意外或恶意修改系统BIOS,应采用适当的机制保护系统BIOS,确保不能从经认证的BIOS更新过程之外修改BIOS。确保系统BIOS完整性的保护机制,应在RTU外部的代码执行之前引用。BIOS完整性保护应通过硬件机制强制执行,并只能通过合法的机制(如,系统复位)停止。
如果可以在经认证的BIOS更新机制之外修改系统BIOS(如,无法锁定闪存),则应在每个更新前使用RTU验证组件认证BIOS映像的完整性。如果认证失败,RTU应将其自动恢复到受保护的真实BIOS。自动恢复机制可降低拒绝服务攻击(如,攻击者可能加载一个不真实的BIOS,将系统置于无法开机的状态)的风险。
应保护每个RTU避免来自经认证的更新机制外部的修改。确保RTU完整性的保护机制应在RTU外部的代码执行前引入。RTU完整性保护应通过硬件机制强制执行,并只能通过合法的机制(如,系统复位)停止。
3.1.4 防止旁路
除了通过用户亲自参与的安全本地更新机制外,经认证的BIOS更新机制应是对系统BIOS进行修改的唯一机制。系统及相应的系统组件和固件的设计应确保,除了用户亲自参与的安全本地更新机制外,不存在绕过经认证的更新机制安装和执行未经认证的BIOS代码的方法。任何能够绕过经认证的更新机制的方法都可能形成漏洞,允许恶意软件修改系统BIOS或用非法BIOS映像覆盖系统闪存。
经认证的更新机制应是对RTU进行修改的唯一机制。除了用户亲自参与的安全本地更新机制外,不应存在绕过经认证的更新机制修改RTU的方法。
为了获得对性能和管理的改进,计算机平台实现的功能可以让系统部件能够直接访问RTU或系统BIOS,具有对BIOS闪存的读访问权限,但应防止系统组件直接修改系统BIOS。
3.2 更新机制安全
一个服务器可以实现三个典型安全BIOS更新机制中的一个或多个,实施的方法取决于平台上的硬件支持。这些方法的区别在于,什么时候可以建立一个RTU,并且闪存安全锁定机制可用,以防止意外或恶意修改BIOS闪存中存储的代码和数据。所有的机制都依赖于一个数字签名的BIOS更新映像,以及使用公钥验证该映像签名的RTU验证组件的能力。
3.2.1 更新机制1:随时可进行BIOS更新
更新机制1可以在系统运行时使用SMI处理程序、SP或其他安全方法更新BIOS闪存,而不要求重启系统。新的BIOS在系统重启时执行。执行此BIOS更新机制要求:
(1)按照BIOS更新认证要求对BIOS更新映像进行数字签名。
(2)运行时可用一个RTU更新BIOS闪存。
(3)存在一个锁定机制,使得只有RTU可以写入BIOS闪存。
(4)将数字签名的BIOS更新映像传给一个RTU,RTU有能力将BIOS更新映像存储在不允许对BIOS更新映像进行未授权写访问的位置。
实施此机制的一般步骤是:
(1)将数字签名的BIOS更新映像传送给RTU。
(2)RTU将BIOS更新映像存储在只能被RTU写入的位置。
(3)RTU验证BIOS更新映像的真实性。
(4)RTU将通过认证的BIOS更新映像写入BIOS闪存。
(5)RTU依据固件完整性保护要求,确保在将控制传给RTU外部的代码(如,扩展ROM)之前锁定BIOS闪存。
此安全更新机制能够防止将虚假的代码写入BIOS闪存,所以在启动过程中没有必要验证BIOS。
3.2.2 更新机制2:重启时进行BIOS更新
更新机制2在服务器运行时启动BIOS闪存处理,但是,直到服务器重新启动时才进行实际的BIOS闪存更新。此BIOS更新机制能够防止将虚假的代码被写入BIOS闪存。执行此BIOS更新机制要求:
(1)按照BIOS更新认证要求对BIOS更新映像进行数字签名。
(2)存在一个锁定机制,使得运行时只有RTU可以写入BIOS闪存。
(3)RTU在系统启动期间可用于更新BIOS闪存。系统重启时在更新BIOS闪存之前执行RTU,RTU在闪存发生任何变化前验证BIOS更新映像的数字签名。
(4)存在一个内容受保护的存储位置,运行时可以缓存签名的BIOS更新映像,系统重启时,在更新BIOS闪存前,RTU可以访问它来验证BIOS更新映像的数字签名。
实施此机制的一般步骤是:
(1)将数字签名的BIOS更新映像缓存在服务器重启时内容受保护的存储位置。
(2)服务器重启时将执行权传给RTU。
(3)RTU验证BIOS更新映像的真实性并将通过认证的更新写入BIOS闪存。
(4)在执行不可信代码前,启用BIOS闪存锁定机制。
3.2.3 更新机制3:启动时进行BIOS验证
更新机制3不存在运行时保护BIOS闪存的锁定机制或因其局限性,不能防止RTU以外的实体写入BIOS闪存,可能发生对BIOS闪存的恶意更新。在每次启动时执行BIOS前应对BIOS闪存内容进行认证,如果认证确定BIOS闪存是不真实的,启动自动恢复过程,且不执行不真实的BIOS更新。执行此BIOS更新机制要求:
(1)按照BIOS更新认证要求对BIOS更新映像进行数字签名。
(2)在BIOS更新映像写入闪存之前验证其数字签名。
(3)按固件完整性保护要求,RTU能够在执行之前对系统BIOS进行验证。RTU验证组件在启动时执行并在BIOS更新代码执行之前进行验证。
(4)如果确定系统BIOS不真实,RTU启动自动恢复过程将其恢复到受保护并且是真实的系统BIOS。
实施此机制的一般步骤是:
(1)验证数字签名的BIOS映像,并将其写入BIOS闪存。
(2)开机时将执行权传给RTU,RTU验证BIOS的真实性。
(3)如果BIOS闪存是真实的,将执行权传给BIOS。
(4)如果BIOS闪存是虚假的,RTU启动一个恢复过程,将其恢复到受保护并且是真实的BIOS版本。
3.3 服务处理器安全
服务器与客户机之间的主要区别是在服务器系统中包括一个服务处理器(SP)。SP在管理和监视服务器的过程中起着关键的作用,并承担者更新系统BIOS的角色。
SP作为可信根:服务器中的SP可能具有直接更新BIOS闪存以及本身的闪存或其它存储介质的能力,某些或全部SP环境可用作系统BIOS的RTU。为了保持服务器固件的完整性,必须保护SP的执行环境,防止恶意代码更新BIOS或SP闪存。根据BIOS安全原则,SP器应满足下列要求:
(1)通过经认证的更新机制更新SP代码、加密密钥和存储在SP闪存中的静态数据。
(2)控制SP环境,保证只有经过认证的代码可以在SP上执行。
(3)对与SP交互的用户进行授权。
SP不作为可信根:一些具有SP的服务器可能不把SP用作RTU进行BIOS更新。为了确保SP环境无法绕过BIOS保护,系统中的SP不应直接对BIOS闪存进行写访问。此外,SP不应在主机操作系统控制范围之外直接并且无限制地访问服务器上的系统内存,防止SP干扰合法的更新过程。
参考文献
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宽电压输入智能光伏充电控制系统 篇8
近年来,光伏发电以其资源丰富、分布广泛、取之不尽、用之不竭、清洁无污染等优异的特性在全世界范围得到快速发展,被认为是当今世界最具有发展前景的新能源技术。在一般情况下太阳能电池板输出电压不稳定,因而通常需要将太阳能转换为电能存储于蓄电池等储能设备中,再进行稳压输出。充电控制系统在此过程中起着枢纽作用,其性能的好坏直接影响系统的整体应用效果,一方面需要尽可能高地将太阳能转换为电能,同时为了延长蓄电池的使用寿命,必须对其充放电过程严格控制,防止蓄电池过充电及深度放电[1]。因而,如何提高光伏发电系统的转换效率及延长储能电池的使用寿命是光伏充电控制系统需要解决的关键问题[2,3,4,5]。
针对上述两个问题,本控制系统利用最大功率点跟踪(Maximum power point tracking,MPPT)算法提高光伏发电系统的光电转换效率,脉冲充电模式减缓硫酸化结晶过程,修复受损的蓄电池,有效地延长其使用寿命。另外,蓄电池表面温度的实时监测和过温自动停止充电功能,使得蓄电池在充电过程中始终处于安全状态。
1 MPPT基本原理
太阳能电池是一种能够吸收太阳光并将其转换为电能的半导体装置。根据戴维南定理,将太阳能电池简单等效为一个理想的直流电压源Us和一个电源内阻r的串联,如图1所示[6]。
该等效电路中,直流电压源的电压及其串联内阻随着光照和环境温度的变化而动态改变。某一时刻负载电阻RL所获得的功率:
undefined
式(1) 两边对RL求导,可得:
undefined
由式(2)可知:当RL= r时undefined,此时称为最大功率“匹配”,输出功率P达到最大值。
太阳能电池的输出功率是受日照强度、器件结温的非线性函数。即使在外部环境稳定的情况下,太阳能电池的输出功率也会随着外部负载的变化而变化。由式(2)分析可知:只有当外部负载电阻与太阳能电池的动态内阻相匹配时,其输出功率才会达到最大值,此时的工作点称为最大功率点。为了提高光伏发电系统的整体效率,需根据外部环境和负载情况动态调节太阳能电池的工作点使其始终处于最大功率输出状态,此功率调节过程称为最大功率点跟踪[7]。
目前,最大功率点跟踪控制方法主要有恒压法、扰动观察法、电导增量法等。恒压控制法控制简单、易实现、系统稳定性好,但缺点是控制精度差。扰动观察法的优点是结构简单、被测参数少、对传感器精度要求不高,但引入扰动后的系统容易在最大功率点附近振荡,造成功率损失,且扰动步长的选取需要兼顾系统的动态和稳态性能。电导增量法的优点在于控制精确、响应速度比较快,但对硬件特别是对传感器的精度要求比较高,使得整个系统硬件成本较高[8]。
本系统采用恒压法结合扰动观察法,实现最大功率点的跟踪控制。系统采用恒压法粗略找到最大功率点后,再结合小步长扰动观察法对最大功率点附近的稳态特性进行优化,此方法可以避免扰动观察法控制时电压振荡造成的功率损失,以及恒压法控制时不能随环境条件实时调整工作电压的缺陷。
2 设计方案
2.1 总体设计方案
系统主要包括升降压电路、充电电路、充电电流电压检测电路、开关管脉冲宽度调制(Pulse width modulation,PWM)控制电路及液晶显示单元等,其原理框图如图2所示。
系统中,升降压模块实现太阳能电池输出电压的宽范围稳压输入;微控制器(AT89C4051单片机)是整个系统的控制核心,根据充电电压、充电电流及蓄电池表面温度,切换快速脉冲充电、浮充充电、自动停止充电等工作模式;两个A/D单元用于太阳能电池板输出电压电流和蓄电池充电电压电流的采集,为实现最大功率点跟踪和充电模式管理提供相应参数。为了提高蓄电池大电流充电安全,采用DS18B20数字温度传感器实时检测充电过程中蓄电池的表面温度,当其达到设定值(45℃)时,系统自动停止充电。
此外,借助于DMT32240C035_01W型彩色液晶显示终端,实现充电电流、蓄电池电压及其表面温度等系统主要参数的实时显示。该显示终端采用串口(RS232或TTL)方式与微处理器进行通讯,占用较少的微处理器引脚,且字符、数据及图形等内容显示比较简便。
2.2 硬件电路设计
2.2.1 升降压电路
利用美国国家半导体(National semiconductor)的集成升压稳压芯片LM2587和电流输出开关型集成降压稳压芯片LM2596,实现系统电压的宽范围稳定输入。LM2587芯片支持4～40V的宽范围输入电压,NPN输出开关管正常工作电流可达5A,可承受65V电压,线性负载条件下的输出电压误差为±4%,内置100kHz固定频率振荡器,过流、过热保护和低压锁定功能很好地保护了输出开关管,同时内部的软启动功能可减少启动电流过冲。LM2596的输入电压可达40V,外围元件配置简单,输出电压在1.2～37V范围内精确可调,线性负载条件下的误差为± 4%,内部含有频率补偿和150kHz固定频率振荡器,保护功能完善,能以良好的线性高效地驱动3A负载。具体的升降压电路,如图3所示。
升压电路的具体工作原理为:开关管导通,流过电感L1的电流增加,两端电位左正右负,D2反偏不通,电容C5向负载供电,一段时间后开关管关断,流过电感L1的电流减小,L1释放能量,两端电位左负右正,D2导通为负载供电同时向C5充电。因此,开关管导通时间段内储存在电感的能量在开关管关断的时间段内被转移到了输出端,从而使得电压升高。
图3中,LM2587芯片的输出电压为:
VOUT=VREF(1+R3/R2) (3)
其中,VREF=1.23V,改变电阻R2与R3的比值,可以调整其输出电压值。
降压电路部分的具体工作原理为:开关管导通,流过电感L2的电流增加,两端电位左正右负,D4反偏不导通,L2为负载供电的同时向电容C6充电。一段时间后开关管关断,流过电感L2的电流减小,两端电位左负右正,D4导通为负载提供续流通路,电容C6放电。该电路中,调节VR1至合适阻值使反馈电压到达合适工作点后不再变化,从而保证降压电路的电压稳定输出。
2.2.2 充电电路
系统中,采用美信半导体(Maxim semiconductor)的开关型输出可调电流源芯片MAX1641作为充电电路部分的核心元件。
MAX1641芯片支持5.5～26V的输入电压,输出电压2～24V可调,通过两个数字输入引脚配置可实现快速充电、脉冲充电、自动停止充电和关断等四种工作模式,充电效率可达90%以上。MAX1641的相关引脚功能,如表1所示。
基于该芯片的具体充电电路,如图4所示。
MAX1641利用了一个开关型滞后降压PWM拓扑,内部比较器通过监测电流采样电阻上的压降及第8脚的电压来实现这种开关机制。当流过电感L3的电流到达设定值时,PMOS管关断,NMOS管导通,电流下降的同时电感储存的能量被送给负载,电流下降的速率取决于电感值和第2脚所连电阻R6的阻值。关断时间结束,PMOS管再次导通,NMOS管关断。
图4中,电阻R6决定内部滞后PWM降压转换器的关断时间,同时设定脉冲充电模式的周期,综合了L3电感值、最大输出电压、最大输出电流纹波等因素后,选定R6为68kΩ。电阻R9、R10对充电输出端电压分压后接入TERM引脚,当该引脚电压超过REF引脚的参考电压时,MAX1641关断电流输出。微处理器通过充电电压、充电电流及蓄电池表面温度的实时检测,控制D1、D0两个模式引脚,实现蓄电池快速脉冲充电、浮充充电、自动停止充电等工作模式的动态切换。
2.3 系统总体设计软件流程
系统上电后,对单片机、充电模块、数字温度传感器及串口彩色液晶显示终端等进行初始化设置,如具体工作模式、通信波特率、显示方式等等。接着检测蓄电池表面温度并判断温度是否大于45℃,若是则停止充电保护蓄电池,否则采样充电电流和充电电压。依据充电电压选择不同的充电模式,电池未充满时采用快速脉冲充电,接近充满时改为浮充充电,并借助于串口彩色液晶终端实现相关参数的实时显示。具体的系统软件设计主要流程,如图5所示。
3 实验结果
该系统的内部结构和显示界面,分别如图6、图7所示。
实际相关测试和运行结果表明:在天气晴好的情况下,采用MPPT算法充电与直接对蓄电池充电相比,不同时刻测得的充电功率平均值可提高8.7%;利用0～30V可调开关电源模拟太阳能电池板输出,系统在5～26V的输入电压范围内均可正常工作;系统可根据充电电压、充电电流、蓄电池表面温度及相应模式预设参数值,自动准确地切换到不同的工作模式,整个系统工作稳定可靠。
4 结束语
设计基于MAX1641芯片的光伏充电控制系统。采用恒压法和小步长扰动观察法相结合方式,实现最大功率点的跟踪控制,与直接对蓄电池充电相比,平均充电功率有较大提高。实际运行结果表明,该系统可在5～26V的输入电压范围内正常工作,结合充电电压、充电电流、蓄电池表面温度的实时检测与模式预设参数值,可实现快速脉冲充电、浮充充电、自动停止充电等蓄电池充电模式的自动切换,整个充电过程安全、精确可控,具有较高的实际应用价值。
参考文献
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输入系统 篇9
1 输入点数的优化
1.1 利用分时分组输入, 减少输入点数
一般控制系统都存在多种工作方式, 但各种工作方式又不可能同时运行, 所以可将这几种工作方式分别使用的输入信号分成若干组, PLC运行时只会用到其中的一组信号。因此, 各组输入可共用PLC的输入点, 这样就使所需的PLC输入点数减少。
如图1所示, 控制系统有自动和手动2种工作方式, 将这2种工作方式分别使用的输入信号分成2组, 自动输入信号“SBl~SB4”, 手动输入信号“Sl~S4”。2组输入信号共用PLC输入点X001~X004 (如SBl与Sl共用PLC输入点X001) 。用“工作方式”选择开关SA来切换“自动”和“手动”信号输入电路, 并通过X000让PLC识别是自动信号, 还是手动信号, 从而执行自动程序或手动程序。
1.2 输入触点的合并, 减少输入点数
如果某些外部输入信号总是以某种“与或非”组合的整体形式出现在梯形图中, 可以将它们对应的触点在可编程序控制器外部串、并联后作为一个整体输入可编程序控制器, 只占可编程序控制器的1个输入点。
如图2所示, 如负载可在多处启动和停止, 可以将2个启动信号并联, 将2个停止信号串联, 分别送给可编程序控制器的2个输入点。与每1个启动信号和停止信号占用1个输入点的方法相比, 不仅节约了输入点, 还简化了梯形图电路。
1.3 利用软件减少输入点数
(1) 单按钮启、停控制程序。通常启、停控制 (如对某电动机的启、停控制) 均要设置2个控制按钮作为启动控制和停止控制。现介绍只用1个按钮, 通过软件编程, 实现启动与停止的控制。
如图3所示, X000作为启动、停止按钮的地址, 第1次按下时Y000有输出, 第2次按下时Y000无输出, 第3次按Y000又有输出。
(2) 利用2个按钮, 实现对4个输出的控制。图4中, 若输入按钮SB1、SB2对应地址为X000、X001, 当X000、X001的不同触点进行不同组合的连接时, 控制Y000、Y001、Y002及Y003共4个不同的输出。
2 输出点数的优化
2.1 矩阵输出
图5中采用8个输出组成4×4矩阵, 可接16个输出设备。要使某个负载接通, 只要控制它所在的行与列对应的输出继电器接通即可。如图中负载KMl得电, 必须控制Y000和Y004输出接通。因此, 在程序中要使某一负载工作均要使其对应的行与列输出继电器都要接通。这样用8个输出点就可控制16个不同控制要求的负载。
应该注意:当只有某一行对应的输出继电器接通, 各列对应的输出继电器才可任意接通;或者当只有某一列对应的输出继电器接通, 各行对应的输出继电器才可任意接通, 否则将会出现错误接通负载。因此, 采用矩阵输出时, 必须要将同一时间段接通的负载安排在同一行或同一列中, 否则无法控制。
2.2 分组输出
当2组负载不同时工作, 可通过外部转换开关或通过受PLC控制的电器触点进行切换, 这样PLC的每个输出点可以控制2个不同时工作的负载, 如图6所示, KM1与KM2、KM3与KM4这2个组不会同时接通, 可用外部转换开关SA进行切换。
2.3 并联输出
当2个通断状态完全相同的负载, 可并联后共用PLC的2个输出点。但要注意PLC输出点同时驱动多个负载时, 应考虑PLC点的驱动能力是否足够。
2.4 负载多功能化
1个负载实现多种用途。在传统的继电器电路中, 1个指示灯只指示1种状态, 而在PLC系统中, 利用PLC编程功能, 很容易实现用1个输出点控制指示灯的常亮和闪烁, 这样1个指示灯就可表示2种不同的信息, 从而节省了输出点数。
3 结论与展望
输入系统 篇10
关键词：A/D,单片机,多路数据采集,测试系统
磨损率、摩擦系数、温升等是评价材料摩擦学特性的重要参数。传统摩擦学实验中, 多采用仪表直接显示测量结果[1], 其缺点是实验数据记录困难;若采用数据采集卡处理测量信号[2], 其缺点是存储容量有限, 数据处理能力不足, 不利于对数据的整体分析。尤其当材料性能相近时, 对测试系统的精度、分辨率要求苛刻, 为此, 设计了一套多路输入测试系统。
1 测试系统方案
图1为测试系统原理, 实验时, 传感器捕捉速度、温度、力等物理参数, 转化为电压信号后输入至A/D转换模块, 单片机接收终端控制软件信号, 控制A/D转换模块读取, 并将转换后的数据送入计算机, 由终端控制软件处理。
测试系统结构如图2所示, 包括传感器、数据采集电路和终端控制软件三部分, 其中, 数据采集电路由MAX197, P89C51单片机和MAX232组成。传感器内置前端处理电路, 其输出模拟信号接入MAX197 进行模数转换, 由P89C51控制A/D转换和数据读取, 通过MAX232标准接口与PC机进行串口通信, 发送数据并接收终端控制软件命令。终端控制软件负责数据处理及在线显示、曲线绘制、保存和打印, 并设置整个系统的参数、工作方式等。
实验前, 设置实验参数, 开启系统后即可自动进行数据采集、显示和保存, 实现了温升、摩擦系数自动化高精度在线测量。
2 硬件电路设计
测试系统精度首先取决于传感器测量精度, 传感器选定后, A/D转换精度、电路抗干扰能力决定测试结果的精确性。本测试系统选用MAXIM公司12位高精度转换芯片MAX197对传感器输出的电压信号进行A/D转换, 选用PHILIP公司P89C51单片机控制数据采集, 选用MAX232负责单片机与上位机通讯, 由单片机的串行口将测量数据发送到终端控制软处理。
2.1MAX197与单片机接口设计
MAX197是多路12位高速并行A/D芯片[3], 具有8路可独立编程的模拟输入通道, 其测量范围可选, 为0～5 V, 0～10 V, ±5 V, ±10 V, A/D转换时间为6μs, 采样率为100ksps。同时, MAX197具有8位数字输出端, 可输出8位或12位数字量。此外, MAX197还可提供内部和外部时钟模式、内部参考电压 (Ⅵ EF=4.096V) 和外部参考电压模式、内部和外部采集模式。
作为一种通用A/D芯片, MAX197可与多种单片机接口。本系统中, MAX197硬件电路接线如图3所示。传感器输出的模拟信号依次接入CH0, CH1, CH2……引脚, 将不使用的通道全部接地, 以降低通道间信号串扰。MAX197的D0～D7与P89C51的P0.0～P0.7与相连, 用于输入MAX197的初始化控制字, 也用于读取转换结果数据。由于电路仅使用一块A/D转换芯片, 片选信号CS引脚接地。置SHDN引脚为高电平, MAX197处于软件设置低功耗工作方式。采用MAX197内部自带参考电压, 将REFADJ经0.01μF电容接地, REF经4.7μF电容接地。HBEN脚与单片机的P1.7引脚相连, 用做判读高、低位数据的选择线。INT脚与P89C51的P1.6口相连, 以便实现中断, 读取转换结果。在电路中, AGND和DGND相互独立, 各种电源与模拟地之间都用0.1μF电容来消除电源的纹波。通过设置MAX197的控制寄存器来选择通道和量程, 选择输入电压范围为0～10V。
2.2 单片机与上位机接口设计
PHILIPS公司的P89C51单片机是一款80C51微控制器[4], 包含16kB Flash 和1024字节的数据RAM, 可在线烧录, 使用简单。本系统选用P89C51作控制器, 控制MAX197进行A/D转换, A/ D 转换结束后, MAX197向P89C51发出中断申请, P89C51读取转换得到的数据并将数据发送到终端控制软件, 由终端控制软件对转换后的数据进行处理, 当接收到终端控制软件通过串口发来的指令时, P89C51分析指令类型并进行相应的动作[5]。
系统与上位机的通讯利用RS-232总线标准接口和P89C51的串行口RXD, TXD 来实现, 其接线如图4, 图5所示[6]。为保证控制器与终端控制软件串行通信, 同时满足控制器自身性能要求, 采用11.0592MHz晶振, 使得单片机产生可靠的串口通信的波特率。串行通讯采用工作方式1, 通过软件设置TH1=0xFD, 波特率为9600bit/s。发送数据采用查询方式, 当存储的采样数据达到一定的数量时, 单片机将数据以串行方式发送到上位机终端控制软件。
3 软件设计
软件系统包括单片机程序和终端控制软件两部分。单片机程序实现A/D转换结果的读取, 并将数据传输到串行口;终端控制软件实现串行口读取数据, 对数据进行处理、显示、曲线绘制并保存。本系统中, 单片机软件采用C51语言编写, 终端控制软件使用Visual C++6.0开发。
3.1 单片机程序设计
单片机程序采用C51编写, 实现控制A/D转换和串行通信, 利用中断进行数据的转换和读取等操作。A/D转换的控制与读取程序流程如图6所示。
3.2 控制终端软件设计
控制终端软件采用Visual C++6.0开发, 包含系统参数设置, 数据显示保存等功能, 负责控制整个系统的运作, 程序流程如图7所示。软件与采集电路的串口通信利用MSComm控件实现, 定义了一个CMSComm类的对象, 通过此对象进行串口操作, 读取采集电路从串口发送过来的数据, 进行处理和显示, 并将数据保存为TXT文件。图8为终端控制软件界面。
控制终端软件还有参数设置、自动采集等功能, 使用方便, 可极大提高实验效率。实验前, 设定实验时间和采样价格, 点击开始后即可自动采集, 实验结束时系统自动关闭, 实验过程无需人工干预。完全实现了自动化采集。
4 结语
本系统采用P89C51单片机作为控制器, 应用12位高精度A/D转换芯片MAX197实现多路数据采集, 利用串口实现单片机与上位机通讯, 由上位机终端控制软件进行数据处理。系统结构紧凑, 与传统测试系统相比, 不仅可记录多路实验数据, 而且可实现数据处理、在线显示、曲线绘制等功能。最终实验数据保存为TXT文件, 方便利用其他处理软件对数据进行分析, 提高了实验自动化水平, 具有较好的实用价值。
参考文献
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[5]PHILIPS P89C5X单片机数据手册[Z].
用乡音输入汉字 篇11
敲入nin。打出“人”字，敲入qa，打出“家”字，输入mekshy，打出“物事(东西)”。这是刚出现在网上的一款上海话拼音输入法，由上海大学语言学家钱乃荣和他的学生郑晓钧开发。
在无偿付出了很多课余时间后，师徒两人将这款输入法正式发布到网上。安装包只有400多KB，在点击几个“下一步”的安装后，就可以使用了。以上海话为母语的用户，可以用它聊天、写作。
兼容的拼音方案
和拼音文字(如英文)不同，汉字是以表意为基础的文字，在每种汉语方言里都有一套系统的读音，该输入法采用目前上海市区的语音。语言学上，上海话是汉语吴方言太湖片的一种，目前有接近2000万使用人口。
方言输入法，有一个障碍它必须克服：方言里的一些音，在普通话中没有。比如上海话“安”的读音，在普通话里就找不到，这就需要设计新的拼音。输入法采用了和汉语普通话拼音最兼容的方案——在后者的基础上，进行了一些修改，使它拥有上海话的所有音素。使用者只要记住这些修改，就可以用上海音流利打出汉字了。主要的修改是以下2个部分：
首先是声母。上海话声母和中古汉语很对称，比普通话多出一套浊音(约9个)来，但我国50年代制定“汉语拼音”时，采用尽字母全用原则，没有给方言预留空间，因此这套浊音采用双字母表示。比如上海话发音：报bao≠抱bhao、稿gao≠(搞ghao、到dao卢稻dhao，后者都是浊音声母，要多敲击一下h键，浊音声母发音时声带震动。
其次是入声。人声是中古汉语的一种声调，在普通话里也消失了，输入法把人声统一写为k，比如上海话发音：沙so≠杀sak、师sy≠失sek、低di≠滴dik，后者是人声字，上海话里这些字发音短而急促，很容易分辨出来。
以上2大修改涉及到约一半汉字，拼音方案的其他改动则显得很好理解了，主要是添加一些新的音素，比如上面说到的“安”，上海音是一个嘴唇圆圆韵母，输入法把它写作oe。
敲出“淘浆糊”
由于拼音方案从普通话拼音而来，我想对于以上海话为母语的用户来说，花1小时就能掌握了，即便不会上海话的我，也能看懂，因为它和普通话拼音相比，同远大于异。
输入法支持词组联想功能，收入很多上海方言词和俚语，如揩台布(抹布)、着衣裳(穿衣)、淘浆糊(胡搞)、轧朋友(交友)等等，我都只需敲入第一个字，列表里会自动显示这些词组。开发者钱乃荣是沪语专家，编过《上海话大词典》，这方面做得很好。不过输入法暂时无法在词组输入时用省略形式，如不能用“isj”打出“计算机”，而必须输入“jisoeji”，期待能在后续版本中克服这个困难。
每种方言里都存在老、中、青口音差异的问题，上海话比较明显，城区不少年轻人合并了很多音位，“棒蚌”同音，“杀色”同音，“暗碗”同音，在中老年人口里都是不同音的。考虑到这个情况，输入法分为2个版本：老派版和新派版。新派版适合年轻人的口音，对审音也比较宽松，一些不规范但被年轻人认可的发音也被接纳，比“如”念lu过去是闻所未闻的，新派版也收入了。从这点来看，输入法更多是务实原则，正音不是它的目的。
一些体会
通过一周多时间的使用，对这款输入法基本熟悉了，万事开头难，第一个版本的诞生很不容易，文章最后提一些在我使用中萌生的想法。希望它的后续版本越做越好。
一、输入法可以考虑设计模糊音，这样更适合口音多样的上海话特点，甚至可兼顾更存古的郊区和农村口音，而且也不用分2个版本了。在设计模糊音时，最好选择“反向路线”，即默认设置应该是全开启的，因为目前电脑使用者主要是年轻人。对于口音保守的用户，可根据自己的情况勾选自己能区分的音位，比如地道的上海话能区分“鸭和压”和“棒和蚌”2对韵母，勾选后能提升检字效率，分尖团的特性(区分小和晓、轻和清等)也要保留，这样就能用高雅的戏曲吴音来打字了。
二、在使用中，发现一些因拼音方案而产生的效率问题。浊音声母要击打2个不同的键，我想如果改为双击同一个键(比如改bh为bb)，输入速度能加快；拼音方案存在“同音不同符”的现象，比如规定了i、u在音节开头要写为y、w，在输入时会多支出思考时间，显得没有必要。
家用电脑保镖!——APC BK500Y不间断电源初体验
对于UPS(不间断电源)的认识，很多人都认为那是企业所必备的工具，和家用电脑无关。这种印象产生的原因有两方面。一是大多数人对UPS的功能了解不全面，另一方面是因为相对较高的价格。大部分人认为UPS的作用，只是在停电的时候可以继续给电脑供电，保护我们未保存的数据。而动辄上千元的价格，也影响了家庭对UPS的选择。事实是否如此呢?
据IDC统计，全部电脑故障的45％是由电源问题引起的。在中国，大城市停电的次数平均每两个月1次，中等城市平均每个月就有2次，而小型城市或村镇平均每个月有4次之多。停电不仅会造成我们未保存数据的丢失，而且很有可能会造成电脑硬件的故障。除此之外，我国的电网系统还存在：雷击尖峰、浪涌、电压波动、脉冲干扰等9大电源问题。而我们今天介绍的这款APC BK500Y型UPS可以从改善电源质量的角度来保护我们的电脑，所以为家用电脑配备一台UPS是十分必要的。而BK500Y目前的市场价格仅不到200元，性价比极高。
其实，APC这款Bx500Y型UPs就是专为家庭而设计的。它小巧的立式外观设计、整体采用乳白色色调风格，摆在电脑旁边显得简洁、时尚。前面板底部的红色APC标志，彰显出它源于美国先进电源制造商的贵族血统。电源开关在前面板顶部，造型像一个可爱的“大眼睛”，“眼睛”里面是透明LED指示灯，配合音频提示音，实现了对UPS-E作情况的全面监控，方便了用户的日常维护。BK500Y的背后提供了两个电池后备兼浪涌保护插座，正好满足了显示器和主机两个电源输出。它不仅具有电力线路保护功能，可以进行电源调节，保护所连接的负载免受浪涌、尖峰电压、闪电和其他电源扰动的影响。而且，还能为需要后备电池的连接负载保留电力和运行时间。BK500Y的背部还设置了断路开关，一但用电超载或者电脑任何部位短路，它就会自动“跳闸”，进行自我保护。这样既不会对家里的其他电器设备造成影响，也不用你准备保险丝或者跑到电闸箱去合闸了。你只需轻轻一按这个断路开关，便可以快速复位，操作起来相当方便、快捷。
按照说明书，我先把BK500Y接上电，然后把电脑主机、显示器插在它后部的插座上。切记，一定要先打开UPS电源，再打开电脑和显示器的电源。这时，UPS前面板上的绿色LED指示灯常亮，说明BK500YJE在用经过调整的市电为电脑进行供电。这个时候，它也在为自己的两个电池后备进行充电。很多人都有关电脑之后关闭电源的习惯，其实，正确的方法是关闭电脑后不切断UPS电源。因为BK500Y需要充满16个小时，方可保证足够的后备。
如果电脑打开之后，蜂鸣器长鸣提示，但是LED指示灯仍然点亮，这是提示我们电器的负载容量大于UPS的功率了，虽然仍然可以使用，建议还是减掉一些电器负载。如果蜂鸣器长鸣，同时LED灯熄灭，断路器“跳闸”，说明电器超载，我们需要把BKS00Y背后的断路器复位，减掉一些负载重新开启设备。
当停电发生时，BK500Y会在8毫秒的时间内进行UPS转换，从市电供电转为UPS电池供电。此时，LED指示灯闪烁提示，蜂鸣器每隔30秒就会出现哔音提示，提醒我们尽快存盘关机。如果这时候你继续使用电脑，当UPS电池电量只能再支持2分钟左右时，蜂鸣器会不断哔音提示，提醒你必须立即存盘关机。
输入系统 篇12
1 多路输入驱动LED基本方案
LED智能驱动电路系统的结构图如图1 和图2 所示。系统由负载、控制器、驱动电路、风力发动机、太阳能电池板、蓄电池和市电组成。
多路输入就是以市电、太阳能电池板和蓄电池作为电源动力,在实际工况中经常遇到,因为市电下很多路灯的工作情况不太稳定或者断电,这样需要照明时经常停电影响交通,这时可以通过太阳能或蓄电池进行供电,即在驱动电路里面加入选择判断电路组成多输入控制选择器。同时利用MPPT控制方式,实现最大限度的能源利用。通过对风机发电和光伏发电的控制调节,若发电电能未能供给所有电气负载时,风光互补控制器将传送给负载蓄电池电能。反之,控制器控制电路直接供给负载电能,并将剩余电能充电至蓄电池内。同时控制器保护蓄电池,使其工作在合理的电压区域内,确保蓄电池安全稳定的工作。
2 MPPT控制方案
2. 1 风力发电特性原理
由流体力学中气流动能公式可以得出采用气流所具风能的大小同通过的面积、气流密度以及气流的速度成正比关系
由于风力发电机在发电风能利用率的局限性,无法做到自然风能的全部利用,所以在计算风机实际有用功率输出时需要考虑留在尾流中未利用的动能,基本公式为
上式,一般情况下Cp< 0. 593,其表示风力发电机的实际风能利用系数,可由贝兹( Betz) 极限理论［1］得到。 风能的利用系数Cp与风力机的叶尖速比有关,叶尖速比一般用 λ 来表示,由风力机叶尖旋转的圆周速度和风速的比值来确定
图3 给出了风能的利用系数和叶尖速比的曲线关系,是风力机的基本特性之一。
在 λ 处于某一特定值 λ0时,就定浆矩风机而言, Cp达到最大并且风力机具有最大机械功率的输出,最佳叶尖速比用 λm表示。因自然风具有不定随时变化的特性,这会使得Cp在大多数情况下不在最大工作点上,此时,风机的效率经常处在较低水平。对于这个问题,处理时需要控制风力发电机的运行速度,在一个较大的风速范围内,尽可能使风能的利用系数在最大值附近运行,且叶尖速比 λ 达到最为优化的叶尖速比,以实现风电转换最高效率的跟踪。
2. 2 太阳能电池板特性
太阳能电池的功率特性非线性化较为明显,容易被外界因素影响。不同日照下表现出的电压/电流和电压/功率特性［2］,如图4 和图5 所示。
2. 3 变步长扰动最大功率点搜索控制
通过分析风力发电机的输出特性,可采用3 种方式确定其最大功率点: 扰动搜索其最大功率点、控制功率信号、控制叶尖速比。因为要借用风速计,使得叶尖速比控制成本较高,它主要应用于大型风机控制。为控制功率信号,需要得到风力发电机的最大功率负载曲线。采用最大功率点扰动搜索控制较为简便。而太阳能MPPT的控制有恒定电压控制法、最大功率点的观察扰动法、导纳增量法［3］。
综合考虑太阳能和风力发电机MPPT控制功能, 本项目使用改变步长搜索扰动方法控制最大功率点, MPPT控制的关键是如何使最大充电功率电池电压平稳,同时电池充电和发电部分功率相等。检测电池的充电电流以及电压,能够计算得到此时的电能利用率。
当系统运行时,控制信号起始基准功率为Pa,其占空比为x,输入一个扰动 Δx,Pb为检测扰动后的功率。当Pb> Pa时,证明扰动方向无误,保持同方向施加扰动已搜寻最大功率点; 反之,反方向扰动。双向扰动之后,判断Pb和Pa,若检测扰动后的功率Pb小于等于起始基准功率Pa,继续减小扰动幅度,并再次进行双向搜索,当扰动 Δx < xmin,此时的工作点P'接近等于最大功率点。但此时是理想的最大功率点,即不是风力发电机的最大功率点,也不是太阳能电池板的最大功率点。因为在不同环境时光照强度不同,太阳能输出远低于风能输出,由控制得到的最大功率点近似为风机的最大功率点,风力机叶尖速比即为最佳状态; 如果在风速较小或接近于零时,则太阳能板输出功率为主要功率贡献,系统跟踪太阳能电池板的最大功率点。当蓄电池出现严重匮电,电压较低时,二者均提供电源,不再单独跟踪风力发电机或太阳能电池的最大功率点,而是将风力发电和太阳能电池板发电互补相结合共同提供最大输出功率,最终获得最大的充电功率。
2. 4 蓄电池充电控制优化
合理的蓄电池充放电,不仅可以延长电池寿命,而且能提升系统的稳定性［4］。文中使用了3 级充电控制的12 V铅酸蓄电池。在蓄电池的初始充电,即利用最大功率点跟踪控制充电阶段,此时电池电压较小,一个大的MPPT控制被使用。当充电电流大于蓄电池的最大充电电流时,就不再使用最大功率点跟踪最大电流充电。一旦蓄电池的最大充电功率比风力发电机和太阳能电池提供的功率大时,打开卸荷回路,使蓄电池的充电电流始终小于最大充电电流［5］。
在充电过程中,蓄电池充电到各个阶段,可以不使用最大功率充电,放弃上述MPPT控制,采用电压环控制。此阶段控制参考对象选定为降压/升压型转换器的输出电压,从而使蓄电池在定压条件下充电。此时, 充电电流逐渐变小。当充电电流减小到1 A时,蓄电池进入浮充阶段。采用输出电压恒定的控制转换器, 使蓄电池以较小的放电电流来补偿功率损耗。利用这个次优控制,可使能源得到充分利用,且在不损害蓄电池的前提下,有效地提高电池的充电效率。
3 LED驱动电路设计
该驱动电路是恒流驱动电源,专为T10 LED灯设计,可驱动400 余盏白色光LED灯或600 余盏的红黄色LED灯管［6］。产品采用特殊的控制开关方式以及非隔离的外观设计,使其具有高效率,节约能源,绿色环保等方面的优势。经过研究和物理测量电路,驱动电路具有以下特点: 工作频率50 ~60 Hz; 功率24 W; 宽输入电压AC 110 V ~ 265 V/50 ~ 60 Hz,输出电流0. 24 A,输出电压36 V≤UOUT≤0. 6 Uin; 体积175 mm × 18 mm × 11 mm; 直流50 ~ 80 V。确保LED使用安全稳定,完全控制LED电流,同时LED光衰减弱,恒流精度高,开路保护功能,电磁兼容性较好［7］。高效率、低功耗、稳定性好的开关控制芯片,使产品拥有绿色节能的特性。
电流采用交流电接入,通过桥式整流器,电流直接被送到LED负载的正极,然后通过负极经变压器回到晶体管Q1,最后又通过桥式整流器回到交流的阴极。 这就是该电路有负载时的主要回路。当没有负载时R17就充当了保护电路的负载,保证电路不会短路。C1在这里起到了滤波和以充放电的形式来平衡负载LED两端电压的作用。D1为蓄流二极管,保证变压器正常工作。电路图下半部分,主要由两个芯片和Q1过程的反馈调节电路。Q1会根据U1发出的高速频率快速地开关电路,对变压器发出高频电流,从而使该电路输出高频电流。反馈控制: 当负载LED电流过载时,电流会通过R7和R8到达U2,使U2右边的二极管发热,使U2左边的电压降低,同时反馈到U1,即可调节电压和频率控制电路,从而使驱动电路输出恒定电流［8 －10］。
4 结束语
文中采用多路输入的方式,经控制器智能操控后对大功率的LED灯提供电能。同时还考虑了在风光互补供电系统中常用的MPPT控制策略,使用MPPT策略以获得风光发电的最大功率值,对蓄电池充电进行分段优化,提高能源利用率,得以实现节能环保的目的。
摘要：采用单片机智能控制以实现由风、光、市电多路输入的大功率LED驱动电路设计。其中,风光发电互补系统实现了不同工作情况下的最大功率点跟踪控制策略,并以模拟的风光能源展示发电特性,完善了风光互补措施。蓄电池充电控制方案分段优化充电过程,以智能化操控实现能源的最大利用。从而实现了驱动电路整体最优性能的设计。