驱动系统

驱动系统（精选12篇）

驱动系统 篇1

引言

随着能源危机、环境问题的日趋严重, 节能环保的电动车日益受到人们的青睐。相比于传统燃油汽车和中置式电机驱动的电动汽车, 多轮独立驱动电动车取消了发动机与传动系, 对于提高能源利用率, 缓解噪声与振动的问题, 增强汽车主动安全与被动安全性能具有较大的优势。多轮独立驱动的电动车在转弯或者不平路面行驶时, 需要采用电控方式控制各个车轮的驱动力矩分配, 以实现电子差速和转矩协调功能。因此, 两轮独立驱动电动车驱动控制系统的研究具有重要的应用价值[1]。

本文构建在两轮独立驱动电动车动力学模型的基础上, 深入分析了以汽车稳定性为控制目标, 采用模糊控制策略, 基于横摆力矩的驱动控制系统;并在理论研究的基础上, 在MATLAB/Simulink环境下, 结合模糊控制工具箱, 建立了整车转矩协调控制系统的仿真模型, 并对其输出波形进行了分析研究, 验证了控制系统的有效性。

1、整车动力学模型的建立

整车动力学模型是整个系统研究的基础, 研究汽车运行特性时, 需要以地面作为固定参考坐标系[2], 如图1所示, 以X、Y、Z定义地面惯性坐标系, 定义转向行驶的车辆质心与x、y、z坐标系的原点重合, x轴方向是车辆纵向速度的方向, y轴方向是横向速度的方向, z轴垂直于x、y平面向上。x轴与X轴的夹角为车身的航向角y, 即两坐标系的夹角y, 则绕z轴的方向上的横摆角速度g=y&。

假设将转角输入直接作用于车轮, 即忽略转向系统;车辆在平坦路面行驶, 即忽略z轴方向上的运动。包括悬架系统在内的车辆结构是刚性的, 即不考虑汽车绕x、y轴的转动, 建立包括三个车身自由度:纵向、横向、横摆, 四个车轮的转向自由度的七自由度整车动力学模型, 如图1所示。

构建了汽车纵向、横向和横摆运动动力学方程得:

纵向运动动力学方程:

横向运动动力学方程:

横摆运动动力学方程:

式中:m—汽车的总质量;xv、vy—汽车的纵向、侧向速度;a、b—质心到前轴、后轴的距离;Fxi (i=fl, f r, r l, rr) —四个车轮受到的纵向力;Fyi (i=fl, f r, r l, rr) —四个车轮受到侧向力;b、g—车辆的质心侧偏角和横摆角速度Iz—车辆绕Z轴的转动惯量;w—车辆的宽度。

2、整车驱动控制系统的设计

整车驱动控制系统基于汽车稳定性的控制目标, 将横摆角速度和质心侧偏角作为目标参数, 通过二自由度的车辆模型, 完成对控制目标参数期望值的计算, 通过质心侧偏角观测器与整车模型反馈得到目标参数的实际值, 以目标参数的误差值为输入量, 基于模糊控制输出汽车所需的横摆力矩, 结合电子油门踏板输入转矩期望值, 实现车轮驱动力矩的分配。整个控制系统 (如图2所示) 分为三个部分:控制目标参数的制定、基于模糊控制的横摆力矩的控制和转矩分配模块。

2.1 系统控制目标参数的制定

汽车动力学稳定性包括两个方面:轨迹保持问题和汽车的稳定性问题。轨迹保持即汽车能够按照预设的轨迹运行, 通常用质心侧偏角来评价。汽车的稳定性即汽车不发生侧滑、激转, 通常用横摆角速度的来评价。当质心侧偏角较大时, 根据b-method理论, 轮胎的侧向力和车身的横摆力矩都趋于稳定值如图 (3) 所示, 轮胎处于非线性状态, 改变轮胎转角, 已经不能有效的控制车辆的转向。当质心侧偏角较小时, 汽车稳定性可以用前后轮侧偏角的差值来描述, 当前轮侧偏角大于后后轮侧偏角时, 汽车为不足转向, 反之则为过多转向[3]。因此, 基于操纵稳定性的整车控制系统应当将横摆角速度和质心侧偏角作为系统控制目标参数。

2.1.1 横摆角速度期望值与实际值的制定

根据汽车线性二自由度汽车动力学方程:

当纵向速度恒定时, 即v&x=0、g&=0时, 可得横摆角速度稳定时的期望值, 用公式表示为:

综上分析, 横摆角速度的期望值应该表示为:

在汽车实际运行中, 横摆角速度可以通过传感器进行实时测量获得, 根据图2可以看出, 横摆角速度的实际值可以整车模型反馈获得。

2.1.2 质心侧偏角期望值与实际值的制定

汽车的运动轨迹是用质心侧偏角来评价的, 在运行中, 偏离预设轨迹, 汽车将失去稳定性, 因此应尽可以能减小质心侧偏角, 使汽车按照预设轨迹运行, 故将质心侧偏角的期望值设置为0, 即db=0。

在汽车实际运行中, 横摆角速度可以直接获得, 而质心侧偏角无法直接测量, 本文通过质心侧偏角状态空间观测器对其进行估算, 得到实际值, 从而得到质心侧偏角的误差, 输入到横摆力矩控制模块。根据整车七自由度的整车模型与轮胎侧偏特性分析, 质心侧偏角的状态空间方程观测器可表示为[4]:

2.2 基于模糊控制的横摆力矩的控制

基于模糊控制的横摆力矩的控制模块是以横摆角速度和质心侧偏角的误差e (g) 、e (b) 为控制变量, 通过模糊推理, 得到保持汽车稳定行驶所需要的横摆力矩, 整个模块主要包括物理量的模糊化、模糊规则的制定以及模糊量的清晰化三个部分。

模糊控制器是按照模糊规则进行模糊推理的, 模糊规则是以模糊语言的形式描述操作人的经验, 本文设计的模糊控制器的模糊规则共25条如表1所示, 模糊推理方式采用Mamdani直接推理算法。模糊控制的输出Mz1应为有确定值的清晰量, 因此, 需要将模糊量转化为清晰量输出, 本文采用重心法, 每条模糊规则对应的权重分配如表 (1) 所示。经过清晰化的横摆力矩是在模糊集上论域的值, 转化为实际值要乘以相应的比例因子, 根据仿真实验数据将比例因子确定为200, 因此, 实际值应为200Mz1。

在实际中, 当车轮驱动力大于地面附着力时, 汽车会出现车轮滑转的现象, 因此, 汽车所需要的横摆力矩需要考虑地面附着力约束。因此, 基于模糊控制制定的横摆力矩最大值应为:

当模糊控制输出的横摆力矩大于地面能提供的横摆力矩时需要限制为Mmax, 否则不起作用, 即:

2.3 驱动力矩的分配

驱动力矩分配层是根据油门踏板输入的期望转矩dT以及横摆力矩制定模块输出的转矩Mz, 进行转矩分配。驱动力矩一方面要满足油门踏板预定期望值, 另一方面要满足整车力矩平衡[5], 即:要满足公式 (10) 和 (11) :

3、两轮独立驱动控制系统的仿真分析

为了验证控制系统的有效性, 需要对两轮独立驱动控制系统进行仿真分析, 以某汽车为例 (具体参数如表2所示) , 分析在前轮角阶跃输入工况下, 系统目标参数的输出波形。根据美国ESV实验标准:汽车先以直线行驶, 达到实验车速 (40km/h及110km/h) 后, 突然以不小不小于500°/s的角速度 (如图7所示) 转动方向盘, 方向盘转角输入为0.1rad保持不变, 油门也不变[6]。

从图8可以看出, 汽车在1s时前轮角阶跃输入, 未控制的车辆在1.8s时, 横摆角速度达到峰值0.3rad/s, 在3.2s时达到稳态0.27rad/s, 质心侧偏角在2s时达到最大值0.072rad, 2.8s时趋于稳定为0.07rad。施加横摆力矩后, 横摆角速度波形的上升时间和峰值时间明显缩短, 响应波动较小, 在2s趋于稳态, 稳态误差较小, 质心侧偏角2s达到稳态约为0.035rad。显然, 在汽车低速运行时, 驱动力矩分配控制子系统控制时横摆角速度响应速度快, 能够很好的跟踪期望值, 质心在侧偏角控制在很小的范围内, 证明系统在汽车低速急转弯时是有效的。

从图9可以看出, 汽车在高速急转弯时, 未控制的车辆1.7s时, 横摆角速度达到峰值0.28rad/s, 在3s时趋于稳态0.2rad/s, 质心侧偏角在2.2s时达到最大值0.11rad, 2.8s时趋于稳定值为0.95rad, 施加横摆力矩后, 横摆角速度在1.6s时达到峰值0.17rad/s, 在2.2s波动较小, 趋于稳态, 在3s时, 基本与期望值重合, 质心侧偏角2s达到稳态约为0.5rad。据此可以看出, 整车控制系统能在高速运行时也能有效的控制车辆的稳定运行。

4、结论

本文以两轮独立驱动的电动车为研究对象, 探讨了以横摆角速度和质心侧偏角的误差为控制变量, 基于横摆力矩控制的整车驱动控制系统。MATLAB/Simulink仿真分析表明有控制的车辆能够很好的跟踪期望值, 响应快、超调小, 有效的提高了汽车的操纵稳定性。

摘要：文章以两轮独立驱动的电动车为研究对象, 探讨了整车的驱动控制系统。系统以汽车稳定性为控制目标, 基于横摆力矩实现车轮驱动力矩的分配, 并在MATLAB环境下, 建立了整车驱动控制系统的仿真模型, 验证了控制系统的有效性。结果表明:基于横摆力矩的整车控制系统较好的跟踪目标参数, 能有效提高汽车操纵稳定性。

关键词：两轮独立驱动,横摆力矩,模糊控制

参考文献

[1]李刚.四轮独立驱动轮毂电机电动汽车研究综述[N].辽宁工业大学学报, 2014 (01) :47-52.

[2]喻凡, 林逸.汽车系统动力学[M].北京:机械工业出版社, 2014.

[3]程军.汽车动力学控制的模拟[J].汽车工程, 2013, 04:199-205.

[4]周翠玉.微型电动汽车电子差速控制的研究[D].河北联合大学, 2013.

[5]蒋振江.四轮独立驱动电动汽车驱动控制策略的研究[D].重庆理工大学, 2012.

[6]余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社, 2009.

驱动系统 篇2

摘要：介绍了采用实际控制器输出的PWM开关逻辑信号定义正、负半桥开关函数，建立逆变器的Simulink实时模型。该模型既可实现电力驱动实时仿真系统中逆变器与电机模型的解耦，又可以确定逆变器开关死区时间。还给出了基于dSPACE实时仿真环境的逆变器-异步电机实时仿真系统的实现方法，针对开关频率为1kHz的逆变器，采样周期为11μs的实时仿真与仿真步长为100ns的离线仿真结果无明显差别。

关键词：逆变器 开关函数 实时仿真

在交通和某些工业领域中的电力驱动系统的研制过程中，直接使用实际电机系统对新的控制器进行测试，实现起来比较困难，而且费用较高。因此，需要介于离线仿真和实机试验之间的逆变器-交流电机实时仿真器，与实际控制器硬件相连，在闭环条件下对实际控制器进行实时测试。由于这种实时仿真系统回路中有实际控制器硬件介入，因此被称为硬件在回路仿真（Hardware-in-the-Loop Simulation）。

尽管在真实系统上进行试验是必不可少的，但是由于采用实机难以进行极限与失效测试，而采用实时仿真器可以自由地给定各种测试条件，测试被测控制器的性能，因此实时仿真器可作为快速控制原型（Rapid Control Prototyping）的虚拟试验台，在电机、逆变器、电源和控制器需要同时工作的并行工程中必不可少。

图1 电源-滤波-逆变器-交流电机系统

由于目前数字计算机处理速度的限制，不能实现亚微秒级物理模型实时仿真，需要对逆变器开关过程进行理想化处理，因此引入了离散事件系统。离散事件逆变器子系统与连续时间电机子系统耦合，使变流器-电机实时仿真器成为变因果和变结构系统。变因果是指离散开关事件发生前后，描述连续时间电机子系统的动态方程的输入变量与输出变量会变换位置；变结构是指在仿真进程中，离散开关事件引发状态转换，使连续系统结构发生变化。因而需要对动态方程不断地进行调整和初始化[1]。

框图建模工具Simulink是控制工程仿真的工业标准，但Simulink本质上是一种赋值运算，由其方框图描述的系统是因果的。为了能应用Simulink建模工具，应该使变流器-电机实时仿真系统解耦为两个独立子系统，以消除变因果、变结构问题。

作为功能性建模方法之一的开关函数，可用于确定变流器开关器件电压与电流波形计算，以便进行系统优化设计。它在变流器的离线仿真中已得到成功的应用[2～3]。本文应用文献[2]

的开关函数描述法，采用实际控制器输出的PWM开关逻辑信号定义正、负半桥开关函数，建立逆变器的Simulink模型。该模型既可实现实时仿真系统中逆变器与电机模型的解耦，又可以确定逆变器设置的开关死区时间，防止同一桥臂开关管直通。文中还将给出基于dSPACE实时环境的逆变器-异步电机开控制系统实时仿真的实现方法和结果。

图2 逆变器系统Simulink框图

1 逆变器Simulink模型

双电平三相电压源型逆变器由6个开关管和6个与开关管反向并接的续流二极管组成，见图1。采用实际控制器输出的6个PWM开关逻辑信号a+，b+，c+；a-，b-，c-定义逆变器a,b,c三相正半桥开关函数：

Sfap=1・×a+,SFbp=1×b+,SFcp=1×c+

和负半桥开关函数：

SFan=1×a-,SFbn=1×b-，SFcn=1×c-。

则全桥开关函数为：

SFa=Sfap-SFan,SFb=SFbp-SFbn，SFc=SFcp-SFcn。

逆变器输出端a,b,c与直流电流中点o之间的电压为：uao=0.5VDC×Sfab，ubo=0.5VDC×SFb,uco=0.5VDC×SFc，

其中，VDC为直流环路电压。由此得到线电压为：

uab=uao-ubo,ubc=ubo-uco,uca=uco-uao

相电压为：

uan=uao-uno,ubn=ubo-uno,ucn=uco-uno。

式中，uno=(1/3)(uao+ubo+uco)为电机三相绕组中点n与直流电流中点o之间的电压。

正半桥a,b,c相开关器件电流为：

is1=ia×Sfap,is3=ib×SFbp,is5=ic×SFcp

负半桥a,b,c相开关器件电流为：

is4=ia×SFan,is6=ib×SFbn,is2=ic×SFcn

三相电流为：

ia=is1+is4,ib=is3+is6,i

c=is5+is2

另外开关电流为：

is1=is1_s-is1_D,iS4=is4_D-is4_s

直流电流为：

iDC=is1+is3+is5

其中，is1_s,is1_D,is4_s,is4_D分别为a相正、负半桥开关管和续流二极管电流。据此，可建立逆变器的.Simulink框图模型。图2（a）～(d)分别是逆变器模型顶层和底层的Simulink框图。

2 实时仿真系统实现

著名的机电控制系统开发平台较是基于MATLAB/Simulink/Real-Time Workshop[4～5]开发的dSPACE实时系统。本文的相关课题选用单板dSPACE系统DS1103。

图3 宿主计算机/目标计算机结构

DS1103采用32位精简指令集处理器PowerPC 604e进行浮点运算。精简指令集处理器采用小指令集、多寄存器结构，指令执行简单快速；统一用单周期指令，克服了复杂指令集处理器周期指令有长有短，造成运行中偶发不确定性，致使运行失常的弊端。

DS1103板插入PC机主板的ISA扩展槽中，由PC机提供电源，所有的实时计算都是由DS1103独立执行，而dSAPCE的试验工具软件则并行运行于PC主机上。宿主计算机/目标计算机结构如图3所示。

Real-Time Interface(RTI)是dSPACE系统的实时实现软件，它对实时代码生成软件Real-Time Workshop进行扩展，集成了dSPACE系统I/O硬件实时模型，可实现从Simulink模型到dSPACE系统实时C代码的自动生成同，生成的实时代码包括实时内核和应用代码[6]。RTI还根据信号和参数产生一个变量文件，可以用dSPACE的试验工具软件ControlDesk进行访问[7]。

在功能强大的实时代码实现软件RTI与界面友好的试验软件ControlDesk支持下，可以很快地实现电力驱动系统快速控制原型与硬件在回路仿真测试。图4是采上述的逆变器模型与dSPACE系统I/O硬件模型组建的逆变器-交流电机系统Simulink框图。图中下部是逆变器-异步电机系统模型，作为实时任务T1，模型具有实际控制器的硬件接口，可输入6路实际的PWM开关信号，输出电流、电压等模拟信号；上部是PWM控制器模型，作为实时任务T2，模型由DSP控制器F240硬件产生实时PWM信号。T1与T2以异步采样模式工作，构成两定时器任务系统。为减少采样控制器输出引发的可变延时造成抖动的影响，设置T1的采样速率远高于T2的采样速率。

3 实时仿真结果

系统仿真是针对某电动汽车电力驱动系统的，其中逆变器参数为：PWM开关频率fPWM=1kHz，开关死区时间=7μs；直流电源与滤波参数为：电池开路电压Ebo=288V，电源内阻Rb=0.03Ω，滤波电容C=10000μF；异步电机参数为：132V，182A，50Hz，45kW，2900rpm；负载转矩=50Nm；交流电源参数为：相电压幅值=100V,频率=50Hz。实时仿真采用Euler数值积分方法（ODE1），T1采样周期=11μs，T2采样周期=PWM周期=1ms。

图4 逆变器-交流电机Simulink框图

图5是相电压uan、相电流ia、a相上半桥开关电流is1、S1开关管电流is1_s、S1续流二极管电流is1_D、直流环路电压VDC、直流环路电流iDC、任务总执行时间T1/tTT和T2/tTT的实时仿真波形。图中还显示出逆变器的输出电压空间矢量的矢端轨迹为正六边形，并内含从零电压矢量至六边形顶点的连线；而电机的转子磁链空间矢量的矢端轨为圆形。实时仿真系统经长时间连续运行，没有出现数值不稳定问题。

作为比较，对相同系统参数的逆变器-交流电机系统进行步长为100ns的离线仿真，并采用与实时仿真相同的Simulink模型（无硬件接口）和数值积分方法。结果是更小的步长并没有对仿真精度有明显的改进，这表明步长为11μs的实时仿真已经具有较高的仿真精度。

图5 逆变器系统实时仿真界面与波形图

事件驱动型会计信息系统控制 篇3

随着电子商务和信息网络技术的迅速发展，AIS与企业的其他业务信息系统的融合越来越紧密。AIS的控制问题不再是一个局限于会计部门的孤立的问题，而成为一个涉及到企业各项活动的系统性问题。AIS控制问题也不再是信息系统自身的问题，而应该从AIS体系结构出发，从根本上改变AIS控制的方法与范围。AIS体系结构是指采集、存储、处理、传输数据的步骤、方法或数据处理程序的结构。现有学术研究成果大多是在坚持传统AIS体系结构及其内部控制制度与控制观点的基础上，从信息技术的角度探讨如何加强AIS的控制。这种控制与电子商务、企业信息化的发展极不相适应，并且大大限制了企业的运行效率。笔者从事件驱动体系结构的角度，分析AIS控制。

一、传统会计信息系统控制的局限性

（一）传统会计信息系统数据处理流程

传统AIS是建立在传统会计体系结构基础之上的。传统会计体系结构是指现代信息技术出现之前，会计人员在处理会计数据时所采用的一系列步骤和方法，即会计循环和会计恒等式。基于这种体系结构的AIS采集和存储的数据是有关业务事件数据的一个子集，即只采集和存储那些改变企业资产、负债或所有者权益构成的会计数据。图1反映了基于传统体系结构的AIS采集、存储和处理业务数据的流程。

（二）传统会计信息系统控制的局限性

如图1所示，传统AIS处理流程原封不动地保存了原始的会计循环，只是使用信息技术去自动化老式的会计工作流程。传统AIS控制也正是基于图1所表示的传统体系结构而形成的。

1.从原始数据录入到财务报表输出，整个过程频繁使用了大量的事务文件和工作文件对会计信息进行加工处理，最终财务报表的可依赖性取决于原始数据的可靠性。虽然使用了大量的中间文件，但这些文件内容大多来自于同一数据源。例如，应收账款总账及其所属明细账数据都来自同一销售发票。由于存在“垃圾进，垃圾出”现象，当业务过程发生了错误时，不管记录、维护及报告过程使用的技术如何，都将造成报告错误。

2.分离职责和责任局限于使一个人的工作核查另外一个人的工作，着重于事后监督，而忽视了事前预防。

3.没有考虑到信息技术能够减少业务活动中的人为错误，能够对业务与控制规则的符合程度进行监控，而对会计数据进行重复记录，对重复数据做大量调整、核对。这样，既和现代企业对AIS的要求不相适应，又影响系统的运行效率。

4.AIS专门从事收集和处理其他部门所创造的数据信息的工作，独立于业务活动，是反映性的和纠正性的，无法检查、控制、杜绝业务活动过程中发生的错误。

5.会计人员和审计人员在指导内部控制制度的设计、实现、维护和评估时，根据会计管理工作的需要而设定，局限于会计工作的范围。控制程序是局部性的、阶段性的，没有考虑与可能跨越几个职能部门的业务过程有关的种种风险，无法对财务活动以外的其它活动的风险进行控制，而其他活动的风险往往间接或直接地导致了财务风险的产生。

二、事件驱动型会计信息系统数据处理流程

（一）业务过程与事件

业务过程是完成企业战略目标的一系列活动。事件是表示业务过程中的单一活动。一个企业的业务活动可分为业务事件、信息事件、决策与管理事件。业务事件是在业务过程中执行的与向顾客提供商品和服务有关的业务活动；信息事件是指对信息进行收集、加工、存储、维护、传输、报告等的处理活动；决策与管理事件是管理者或其他人在计划、控制和评价业务过程时的决策活动，包括管理资源（人力、物力及资金）和制定战略规划等。

（二）事件驱动型会计信息系统数据处理流程

事件驱动体系结构以业务过程和事件来构造系统，它以各类经济活动事项为中心组织数据，并独立于应用程序之外，业务数据输入一次，便可用于生成各种视图驱动应用所能提供的全部视图。EDAIS是建立在事件驱动体系结构的基础上，在业务发生时收集业务事件的所有数据（如时间、地点、责任人和参与者、涉及到的资源与风险等），把业务事件数据集成在数据仓库里，同时利用信息生成工具对事件数据仓库中的数据进行会计处理的。即按用户需要产生各种报告视图，如明细账、分类账和财务报表等，实现业务与会计的协同化处理。EDAIS数据处理流程如图2。

三、事件驱动型会计信息系统的风险

EDAIS的风险除了财务风险外，还有常常直接或间接地给企业带来财务损失的其他业务的风险，这些风险可概括为：业务事件风险、信息事件风险及决策与管理事件风险。每一个风险都会波及到财务部门，带来财务风险。风险的控制必须贯穿于各种事件之中，而传统体系结构忽视了许多与财务资源有关的非财务风险。

（一）业务事件风险

业务事件风险包括：业务事件发生在错误时间和地点；业务事件没有适当的授权、操作顺序错误、涉及错误的人员；业务事件涉及错误的资源类型与数量等。这些业务操作风险用传统体系结构AIS是很难检测出来的。

（二）信息事件风险

信息事件中蕴涵着信息收集、加工、存储、维护、传输、报告等风险。信息收集风险是指对业务事件不能做出正确的判断，对数据采用了不适当的表达形式，从而导致事件数据记录不完整、不准确或无效；信息加工风险是指不能对数据做出正确的选择、排序、合并、更新、计算等；信息存储风险是指存储哪些数据、存储多长时间、采用什么样的存储方式等发生错误；维护风险是指未察觉或未记录组织的资源、参与者、时间、地点的变化；信息传输风险是指信息在AIS内部子系统间或AIS与其他系统间传输时，发生误传、盗窃、删除、被非法篡改等；信息报告风险是指报告输出数据形式不当、或汇总错误，或数据提供给未经授权的单位或个人，或未及时提供数据。

（三）决策与管理事件风险

决策与管理事件风险包括：未能对未来事件做出正确的预测，致使计划制定错误或不完善；由于规章制度不完善，指挥、协调、控制失效，计划或决策方案没有得到有效的执行；由于对管理对象的状态信息及管理决策目标信息掌握不全，未能对经营成果做出正确的评价。

四、事件驱动型会计信息系统控制

EDAIS控制是根据事件驱动体系结构的特点而提出的，它把风险的控制贯穿于企业业务过程的各个事件中，实现了业务活动、信息处理、IT与风险控制的集成。

（一）控制业务活动

1.控制交易风险。建立在传统体系结构上的AIS只能被动地接收各业务部门产生的数据，是反映性的。一旦业务部门的业务操作出现问题而没有被发现，必然要把错误的数据带入AIS，而传统AIS却无法发现这些错误；EDAIS基于业务活动构建系统，针对业务事件的各种可能风险，设计交易授权、操作规程和业务执行过程的控制规则。明确规定哪些人允许执行哪些活动，接触哪些资源，哪些事件应在什么时间发生在何处。这样，在业务发生之前便评估其风险，从会计信息的源头上控制风险，防止业务事件、信息事件和决策与管理事件的错误和舞弊。

2.职责分离。EDAIS职责分离除了维持传统的监督与检查功能外，更注重提高效率与预防错误的发生。它能够通过共同数据仓库整合、连接与协调各类平衡的活动，实现相关业务事件的相互牵制与自动核对。例如，当销售业务发生时，可以把其数据直接输入到数据仓库，并直接与收款业务数据进行自动核对，确保无误后，再进行会计处理，而不必像传统AIS那样，由会计部门分别接收各业务活动数据，并进行核对与处理，这样，既提高了组织运行的效率和有效性，又提高了系统控制的质量。

（二）把控制嵌入事件中，实现实时控制

传统AIS作为收集与处理其他业务部门业务数据的一个独立系统而存在，控制范围局限于会计部门，控制时间滞后于业务事件；EDAIS将业务事件与信息事件进行整合，能把控制规则嵌入到系统的记录过程、维护过程和报告过程中，使控制程序和规则成为业务过程及信息过程中不可分割的职能，防止发生错误或舞弊。在信息处理时，检查和管理与事件相关的处理规则、控制程序和政策，实现对业务与信息处理的实时控制。但是，为了实现系统控制的适应性，控制程序和规则要随企业战略、组织结构、业务过程和使用的信息技术的变化而改变。

（三）审计监督

传统AIS是从手工AIS中发展而来的，仅仅收集业务事件的财务数据，还有一些重要的非财务数据被分割后，保存在各业务部门的子系统中。这样，作为审计线索的业务事件数据通常被分割存放在组织的各个不同的职能领域。审计与会计人员进行审计监督时，要到各业务子系统查找信息，然后在数量巨大的电子凭证和电子文件之间进行拼凑。这种事后的审计与监督工作，难度大，可信度低；在EDAIS中，每一个业务事件的有关资源、事件、参与者和地点的数据元素都通过记录过程收集在数据仓库里。采用并行审计技术在AIS中嵌入审计模块，从数据仓库中获取业务事件的全息数据，既可测试系统数据和业务规则的符合性，又可为审计与会计人员提供追踪与监督业务过程的全面、详细的电子审计线索，而且，还可允许使用各种详细的联机数据来进行审计分析和评估。

（四）简化中间处理步骤，降低控制难度

外摆式自动车门驱动系统设计 篇4

随着科技的发展,人民生活水平的提高,现今对公共短途客运有了更新的要求,外摆式自动车门在车关闭时车门外侧与车身外侧表面保持平齐、光顺,同时能显著提高密封性,因此在国外的公共汽车和旅游客车上得到广泛的应用,而我国由于自身的国情,外摆式自动车门大多用于一些中、高档客车上。随着我国城市发展的自身特点对公交车辆提出的一些具体的要求,从代步工具向安全、舒适、方便、快捷、环保、美观和智能等多方面发展,因此外摆式自动车门将会逐渐出现在我国的公共汽车上,而所设计出的自动车门既要满足一定的舒适度还要能改善乘客的通过量。

1 自动车门的功能要求

在短途公共交通工具飞速发展的今天,人们出于安全性、节能性、舒适性和上下车方便等方面的考虑,对自动车门的性能,尤其是短途交通工具自动门的运转和机械装置的功能和空间条件提出了应具备如图1所示的更高要求。

对车门总成的功能要求,一方面,车门作为车身结构中的重要组成部分,其造型、强度、刚度、可靠性及工艺性等必须满足车身的整体性要求,另一方面,车门开关及上下车的方便性又是车门结构首要满足的要求。

a) 车门要完成的任务:1)如图1(a)所示,在行驶期间车门处于关闭状态;2)当汽车停止后,由司机发出一个控制信号,这时两扇车门就会通过“旋转移动运动”从图1(a)“关闭”位置运动到“打开”位置[图1(b)];3)箭头A方向操作空间的变化范围尽可能小,车门打开的宽度应尽可能宽,如图1(b)所示;4)从车门和车箱侧壁之间到可运动的极限位置这段区域,包括在车箱内机械运动装置所需的操作空间内:在汽车的外侧壁上可以不加任何固定部件。车门旋转移动打开如图2所示。

b) 车门的功能结构:系统工程学用“黑箱”来描述功能,把技术系统看成一个黑箱,其输入用物料流、信息流和能量流来描述;其输出用相应的能量流来描述。黑箱只描述了自动车门系统的“功能目标”,而图3所示黑箱内部结构是未知的。

自动车门总功能可以逐步分解为车门开启、车门关闭、位置持三个分功能,用下面的“功能结构图”来表示车门各分功能之间的关系。

2 驱动系统设计

本设计在驱动系统采用气动回路控制,考虑到外摆门的启闭特点,如果用电磁阀控制,可采用通电关门,断电开门的接线方式,目前各客车厂都采用国产的电磁阀,而国产的电磁阀性能不稳定,易烧毁,所以一旦电磁阀失灵、断电,无论哪种情况都会给乘客带来不安全,因此本设计采用了气压控制阀。

驱动控制系统原理图如图5所示。当车门处于开启

状态,按下m1手动阀1,气电转换装置4有气信号输入,并转换成电信号,使如图5所示的开关b接通,在时间继电器的作用下,警报器响3s。这时设置成输出延时3s的延时阀在3s后给换向阀2一个气信号,双作用气缸3的左腔同时进气,气缸作伸出运动,带动门轴转动,从而使门关闭。此时,气源一直供气,泵在气压的作用下,始终能产生一个向上的力,将门推向上方与车身紧密接触。只要按下m2手动阀6,气缸3的右腔进气,气缸反向工作,门轴反转,门就打开。

气缸活塞伸出运动时车门关闭,为保证乘客安全,该驱动控制系统在关门时候具有防夹功能,当夹住乘客时防夹系统5达到一定的压力使门轴停止转动,设定使门轴不动的压力Pt,当气缸左腔压力升高达到这个压力时,左腔压力被接到顺序阀的输入口,并与调定的可调弹簧压力相比较,此时顺序阀的P和A接通,给换向阀一个气控信号,使阀复位,气缸退回到初始位置。当压力开关阀接通的时候,阀的输出使气电转换装置有气信号输入,将气信号转换成DC24 V的电信号,报警器起作用。当活塞退到开门的位置,门完全打开。

图6是报警系统的电路图。当夹住人时,开关a起作用,信号灯L1亮,蜂鸣器响。关门前的报警是开关b起作用,蜂鸣器响,此时时间继电器开始记时,到达3s后延时开启常闭触点KT断开,蜂鸣器停止。

3 结论

采用气动控制的自动门具有开闭动作平稳、灵活、安

全、可靠等优点,特别是在短途客运和公交车上,当出现断电等意外情况时,用气动是最有保障的。而且气压元件与电器元件结合起来使用,易于实现自动化且对周围环境无污染。

参考文献

[1]邓星钟.机电传动控制[M].3版.武汉:华中科技大学出版社,2001.

[2]左建民.液压与气动[M].北京:机械工业出版社,1999.

[3]陆鑫盛,周洪.气动自动化系统的优化设计[M].上海:上海科学技术文献出版社,1999.

系统默认安装其他型号的网卡驱动 篇5

答：进入Windows目录，在inf目录(此目录为隐藏目录，在我的电脑中点“工具→文件夹选项→查看→显示所有文件和文件夹→确定”即可打开)搜索文件“*.inf”，将所有包含8139的文件剪切保存到别的文件夹，再将网卡删除，重新启动后系统就不会自动安装8139网卡的驱动，然后你就可以安装网卡自带的驱动，如果你没有该网卡驱动的话，可以安装系统自带的“VIA Compatable Fast Ethernet Adapter”网卡驱动，此驱动可以与DFE-530TX网卡驱动兼容，

硬盘容量为何只有76GB

问：我买了一块80GB的硬盘，用WinXP自带的系统信息收集程序查看硬盘容量，发现只有76GB，其余的4GB容量到哪去了?这是怎么回事?

双电机伺服驱动系统的建模与仿真 篇6

摘 要：精密测量雷达伺服系统通常采用典型的三环控制，从外到内依次是位置环、速度环、电流环，伺服驱动系统指的是速度环以内的部分，是伺服系统的基础。利用MATLAB/Simulink的辅助设计和强大仿真功能，对某雷达所采用的双电机伺服驱动系统进行了环路分析和建模，并进行了仿真试验，得到了系统动态的响应效果。该仿真方法为不同状态和参数下的伺服系统性能分析提供了科学的依据。

关键词：雷达伺服系统；电流环；建模；仿真

中图分类号：TM359.6 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）23-0072-02

1 概 述

伺服系统是精密测量雷达进行实时捕获、跟踪空间目标的重要组成部分，其性能好坏直接影响雷达跟踪的稳定性和跟踪的精度。雷达伺服控制通常采用典型的三环控制，从外到内依次是位置环、速度环、电流环，伺服驱动系统指的是速度环以内的部分，是伺服系统的基础[1]。伺服系统设计完成后，其参数设置及负载特性等通常情况下均已固定，但实际应用的过程中，由于环境因素、设备改造或设备器件性能变化，不可避免出现系统参数及负载特性发生变化的情况。为了满足任务需要，伺服系统就需要具有高测量精度和高动态性能。而MATLAB/Simulink的控制模块是针对控制系统开发设计的，具有动态建模，仿真，综合性能分析的软件包。利用该软件包对系统进行建模和仿真，可为伺服系统不同状态和参数下的设备性能分析提供科学的依据[2-4]。

2 控制对象特性分析

控制对象是控制系统的重要组成部分。分析控制对象，取得控制对象的数学模型，是进行伺服系统分析的基础。

3 双电机驱动系统环路分析及建模

在采用单速度环的双电机驱动系统中，同一天线轴上的两台电机电流环共用一个速度环，环内只有一个速度调节器，速度反馈信号取自两台电机测速机输出之和后，与输入速度指令比较，经过并联PID调节器、加速度限制等形成电流指令送各电机控制器中的电流环路，经环路调节、整流放大后驱动相对应的电机，其原理如图1所示。

3.1 电流环

在双电机驱动系统中，两个电流环是相同的。理论分析和实践都证明：当电流环的开环增益足够高且时间常数之和足够小时，直流电动机自身的反电势反馈以及反电势补偿对电流环的影响均可忽略不计，而这两个条件在实际系统中并不难满足，因此没有必要仅仅为了设计电流环去推导反电势补偿环的传递函数。

3.2 速度环

力矩偏置和差速振荡抑制只是为了改善系统性能，并没有改变系统的特性，因此可对它不予考虑。而对于双电机驱动，电流环相同，并由两测速机反馈信号求和后统一进行速度环增益和PID调节，因此可合二为一。

4 环路仿真

本文利用MATLAB/Simulink的辅助设计和强大仿真功能，以方位支路为例对某雷达所采用的双电机伺服驱动系统进行了仿真试验。

4.1 负载特性

4.2 电流环仿真

通过MATLAB进行仿真验证，上升时间约为15 ms，超调量为15%，振荡次数0.5，带宽为25 Hz，不会给速度环带来过大的滞后，与系统的实际情况相符。电流环的特性主要体现在负载变化例如阵风等的影响，环路带宽越大，对负载变化的反应越迅速。

4.3 速度环仿真

通过MATLAB进行仿真验证，上升时间约为200 ms，超调量为10%，振荡次数0.5，带宽为2 Hz，并且可以明显看出由于结构谐振引起的爬坡现象，与系统的实际情况相符。

MATLAB仿真测试结果，上升时间、超调量变化不大，即速度环带宽变化较小，但闭环增益由23降为20，振荡次数为1，过渡过程中有产生振荡的趋势，即测速机反馈系数的变化需控制在一定范围内，否则将导致天线振荡。

5 结 语

本文对双电机驱动系统进行环路分析和建模，并对电流环和速度环分别进行了仿真试验。本仿真测试方法对分析伺服系统不同参数和负载特性下的性能研究具有积极作用，结合后续任务需要，相关研究仍需进一步继续和深入。

参考文献：

[1] 蒲迎英.统一微波测控系统测角分系统讲义[M].西安：电子工业部第三十九研究所，1996.

[2] 忽麦玲，张光辉，卫平，刘兴松.双电机驱动伺服系统的建模与分析[J].火炮发射与控制学报，2007，（2）.

[3] 李琼，王少萍，梁磊.光控伺服系统建立建模与仿真[J].压电与声光，2007，（2）.

[4] 潘高峰，周江.船载雷达伺服系统的建模和仿真[M].北京：电子工程师，2007.

[5] 魏巍.MATLAB控制工程工具箱技术手册[M].北京：国防工业出版社，2004.

基于过滤驱动的文件保护系统 篇7

数据加密是计算机数据的安全常用的保护手段,它使用各种加密算法对重要文件进行加密,使盗窃者无法获得真实的数据内容。市场上很多加密软件是基于应用层开发,由于其没有与操作系统集成,用户使用加密文件时每次使用都要输入密码,使用起来不方便。虽然微软提供的EFS系统的加/解密处理过程位于操作系统内核,得到系统内核的保护,可以进行文件透明加/解密,使用起来也很方便,但是它的缺点也是很多:安全控制需要在NTFS文件系统上使用;加密算法的安全性相对较低,且不能够更改;EFS只能针对指定文件和文件夹进行加密,而不能对某一类型的文件进行加密,灵活性不够。

文件系统过滤驱动技术可以使文件保护与Windows系统紧密结合,在内核级实现了实时安全的文件加/解密,可以进行实时的文件访问控制,适用于Windows 2003/XP系统下的多种文件系统格式,不依赖于具体的应用程序。

1 文件系统过滤驱动程序工作原理

Windows驱动模型(WDM)采用的是分层的结构。应用程序发出对磁盘设备的操作请求后,由I/O管理器构造相应的IRP,发往下层的文件系统驱动程序,文件系统驱动程序则把相对应于文件系统的操作转换为相对应于磁盘设备的操作,并通过I/O管理器来调用磁盘驱动程序。

根据WDM的特点,可以构造一个位于文件系统驱动程序之上的一种特殊的中间层驱动程序,我们称为文件系统过滤驱动程序,文件系统过滤驱动程序的位置如图1所示。有了文件系统过滤驱动程序后,I/O管理器构造的IRP则会先送给文件系统过滤驱动程序,然后再由文件过滤驱动程序在I/O管理器的帮助下将IRP传给下层的文件系统驱动程序。

因此,我们可以在文件系统过滤驱动程序这一层实现对文件系统操作的截取、监控甚至替换工作,由此实现许多新功能:(1)防病毒引擎。在系统读写文件时,捕获读写的数据内容,对内容检测是否含有病毒代码。(2)对用户透明的文件加解密。在文件写过程时对数据进行加密,在读文件的过程中进行解密。(3)对数据的读写进行访问控制。可以防止恶意进程对受保护文件的进行破坏。

2 文件保护系统设计

2.1 系统结构设计

文件保护系统的功能主要由文件系统过滤驱动、密钥管理、加/解密处理、配置程序和访问控制组成。各模块之间的关系如图2所示。文件系统过滤驱动是系统的核心,利用它实现对文件操作的截获,与系统中的其它模块进行交互,控制整个系统。密钥管理负责密钥的产生、分配、更换和销毁等方面管理工作。加/解密处理使用密钥对文件进行加/解密运算,也是对用户透明动态加/解密的实现部分。配置程序是用户用来定制和修改策略文件的模块。访问控制根据配置程序生成的策略配置文件对受保护的文件进行加/解密前的处理,包括安全目录识别、用户身份识别、安全目录访问控制、密钥文件访问控制和共享目录访问控制等,有利于提高文件保护系统的安全性和效率。

2.2 文件系统过滤驱动程序的实现

(1)构造文件系统过滤驱动对象,并附着在要过滤的文件系统对象之上。

(2)创建文件系统过滤驱动程序所需的分派例程,用于对IRP进行预处理。分派例程是用来响应应用程序的打开、读、写、关闭等I/O请求的一组回调函数,这些函数由系统在相应情况下调用。

(3)取消对目标设备的绑定过滤。

实现文件系统过滤驱动程序除了上述三个必要方面外,还有一些功能需要加入进来。如:实现文件系统过滤驱动程序与上层应用程序通信。实现过滤驱动的动态附着,以便能够过滤新加载的文件系统。

2.3 密钥管理

密钥管理负责密钥的产生、分配、更换和销毁等方面管理工作。文件保护系统采用两类加/解密算法,在保证安全性的同时保证了加密效率。对称加密算法的加密速度较快,但安全性较低,适合对文件内容进行加密。非对称加密算法安全性较高,但加密速度较慢。适合用来对加密密钥进行加密,这样有助于提高密钥的安全性,也方便文件共享。

在安全目录中对每一个文件都随机分配一个不同的文件密钥(文件密钥可以通过合理增加密钥长度提高破解密钥的难度,在保证一定加密速度的情况下适当地增强安全性),该目录下的所有文件密钥(不包括子文件夹)被存放在该目录下的同一个密钥文件中。密钥文件中存放着多条文件密钥信息,文件密钥信息的主要结构是:被加密的文件名、所有者、共享者、加密密钥等内容。密钥文件存放在安全目录中,每一个目录(包括子目录)都有一个。密钥文件是在安全目录创建时有密钥管理模块自动生成,删除安全目录及子目录时删除密钥文件。

对密钥文件我们采取两类保护措施:一是对密钥文件中的文件密钥信息使用文件所有者的公钥进行加密,这里不是对整个密钥文件整体用公钥加密,而是对每个文件密钥单独加密。而创建、修改或删除文件密钥都需要文件所有者插入私钥U盘才能进行。二是通过文件保护系统的访问控制模块对密钥文件进行保护,不准非授权程序进行创建、修改或者删除。通过这两类措施,大大提高了文件密钥安全性。

2.4 加/解密处理

加/解密处理模块是位于内核模式中实现的,这样可以利用操作系统来提高加/解密过程的安全。在文件系统过滤驱动程序的读写处理中实现对文件的加密和解密。对拦截上层发送的读写IRP,通过访问控制检查判断是否为合法访问,如是非法访问将阻止访问继续,对于合法访问还要判断是否为共享访问,共享访问不进行加解密,直接采用默认的处理。对于合法的非共享访问,按以下的流程进行访问,流程如图3所示。

应用程序写操作时,文件系统过滤驱动程序从I/O管理器截获IRP中的明文后,若该文件是已建文件,从密钥文件中取出文件密钥,从文件所有者私钥U盘中读出私钥,用私钥解密文件密钥,再用文件密钥加密明文并将其向下层驱动程序传递,在完成方法中恢复缓冲区的明文;若该文件是新建文件,首先由密钥管理模块生成文件密钥,用文件密钥加密明文的同时,还利用文件所有者公钥加密文件密钥并保存在密钥文件中。

应用程序读操作时,文件系统过滤驱动程序从文件驱动程序截获密文后,从密钥文件中读取文件对应的文件密钥,从文件所有者私钥U盘中读出私钥,用私钥解密文件密钥,在完成方法中用文件密钥解密密文并向上层传送明文至应用程序。

2.5 访问控制

用户使用配置程序将配置好的策略生成策略文件,以加密的形式存放在操作系统下。系统的访问控制模块可以直接读取并解密策略文件,然后根据策略文件对保护文件进行加解密前的处理。访问控制功能主要有以下几个方面。

密钥访问控制:由于密钥的特殊性,除密钥管理模块外,不允许任何进程直接创建、修改、删除或读取该文件,密钥只允许过滤驱动程序通过密钥管理模块访问。用户访问控制:对于能提供私钥的文件所有者用户和合法的共享用户可以访问文件。安全文件识别:为提高工作效率,文件系统过滤驱动程序只处理访问安全文件的IRP,不处理访问非安全文件的IRP。

3 结束语

本文提出的文件保护系统适用于Windows XP/2003操作系统,属于操作系统内核程序,系统的安全性得到操作系统的安全保障。系统采用了双密钥体系增强了文件系统的安全性,经测试表明,使用双密钥体系的文件加/解密与文件直接明文读取在效率上差距不大,具有较好的实用性。加密算法可以灵活采用并且不公开,提高了加密的安全性。系统也存在一定风险性,文件密钥保存在密钥文件里,如果该文件损坏或丢失将会导致密文无法解密。今后的研究重点放在密钥文件的安全保护和高效访问方面。

摘要：数据的安全保护是当前网络安全领域研究的热点,本文提出了一种基于文件系统过滤驱动的文件保护系统。该文件保护系统在操作系统内核状态下实现了对文件的透明加/解密,并提供了访问控制、密钥管理等功能。加/解密算法可以灵活采用并且不公开,提高了加密的有效性。文件以密文的形式保存,且只能被合法用户以非常安全的方式访问。用户使用起来非常方便,只需提供自己的私钥即可。

关键词：文件系统过滤驱动,透明加密,文件保护

参考文献

[1]胡宏银,姚峰,何成万.一种基于文件过滤驱动的Windows文件安全保护方案[J].计算机应用.2009.

[2]于飞,胡平.基于文件过滤驱动的局域网安全系统设计[J].计算机工程与设计.2008.

[3]沈玮,王雷,陈佳捷.基于文件系统过滤驱动的加密系统设计与实现[J].计算机工程.2009.

[4]王全民,周清,刘宇明,朱二夫.文件透明加密技术研究[J].计算机技术与发展.2010.

[5]王德明,刘淳,邱俊山.基于过滤器驱动程序的文件保护系统软件设计[J].四川理工学院学报(自然科学版).2006.

[6]Chris Cant.Windows WDM设备驱动程序开发指南[M].北京:机械工业出版社.2005.

双齿轮渐近同步驱动系统设计 篇8

双齿轮渐近同步驱动系统属于伺服同步驱动系统,具有驱动功率大、运行平衡、同步精度高、操作方便等优点,广泛应用于大负载、长跨度的设备中,以增加设备刚度、缩小总体尺寸并且还能防止驱动元件因受力不平衡而发生扭转变形,如轨道拖拽、龙门设备、自动升降等系统。

目前,国内外许多专家学者对伺服电机同步驱动系统进行了深入研究[1,2,3],并取得了一系列研究成果。如大功率全电动折弯机多轴同步驱动研究[4],该系统采用力矩与位置控制双重跟踪模式进行系统解耦的原理,可以很好地解决多个电机系统的同步控制性能和快速响应控制性能的问题。但该系统结构采用了转矩控制,控制结构复杂,不适用一般伺服系统;又如基于CAN总线的多伺服电机同步控制[5],该系统以控制器为核心的现场总线控制系统,具有同步控制性能好、各伺服单元不互相干扰、控制精度高、维护方便等优点。但该系统没有考虑电机之间受力不均衡的问题。

针对以上不足之处,以及电气伺服同步驱动在实践应用中的高精度、稳定可靠、操作简便等要求,笔者将设计一种基于电气伺服驱动的双齿轮渐近同步驱动系统。

1 工艺原理及性能分析

1.1 工艺原理

为了达到系统的设计目标,笔者设计的系统主要任务是在一个主动齿轮驱动负载齿轮的基础上逐渐添加第2个主动齿轮以实现大功率驱动的目的。实现这2个齿轮的正确啮合,需要做到以下两个方面(系统工艺原理图如图1所示):

(1)定义系统基准点;

(2)同步误差分析及其渐近啮合。

ω1(t),ω2(t)—主动齿轮1和主动齿轮2的实际角速度;θ—两个主动齿轮的Z相基准点的原始偏离角度

两个主动齿轮与负载齿轮正确啮合后,高精度编码器此时输出一个Z相脉冲,作为主动齿轮的基准点,代表零位参考位。Z相基准点1为主动齿轮1的基准点,Z相基准点2为主动齿轮2的基准点。假设系统启动时,齿轮实际的偏离角度为θ1。当满足θ1=θ+(n⋅360/z)时,齿轮能正确啮合;否则下位机控制系统对伺服电机的转速进行同步协调控制,直至两个主动齿轮的角度关系满足θ1表达式:

式中:z—齿轮的齿数,n—小于齿轮z的整数。

系统基准点确定后,本研究进行同步分析及其渐近啮合。在主动齿轮1驱动负载齿轮基础上,实现主动齿轮2沿着图中渐近啮合方向同负载齿轮渐近啮合,从而完成了增大驱动功率的目标。

1.2 性能分析

根据所要设计目标的要求,系统要在一个主动齿轮驱动负载齿轮基础上渐近啮合另一个主动齿轮。该过程中双齿轮驱动的具体设计要求如下:

(1)伺服电机转速。额定转速3 000 r/min,最大转速5 000 r/min。

(2)精度要求[6]。按照最小侧隙计算可选侧隙为0.12 mm,相应的角度为0.115°。

2 机械系统设计

根据设计目标要求,笔者设计的双齿轮渐近同步驱动系统的机械结构如图2所示。该驱动系统主要由两套伺服电机及配套伺服驱动器、两套主动齿轮、编码器、轴承支座及基板、固定板、移动板、扳手、滚珠丝杆和负载齿轮等构成。其中滚珠丝杆、扳手等构成滚珠丝杆副传动模块。

基板通过地脚螺栓固定于地面上,该基板固定安装有滚珠丝杆副传动系统和固定板,其中丝杆副传动板上安装有移动板。固定板和移动板上各安装有伺服电机及主动齿轮。两个轴承支座上各安装有一个高精度编码器作为位置测量装置,用来采集主动齿轮的位置和速度信息。

3 电气控制系统设计

3.1 电气原理介绍

典型的多轴同步控制是将编码器采集到的信号传递到控制中心,经过控制器的分析计算从而输出控制信号[7,8]。双齿轮渐近同步驱动系统的电气控制系统(如图3所示),由两大功能模块组成:

(1)上位机控制系统。监控主动齿轮的运动状态,并且具有报警指示功能。

(2)下位机控制系统。使用台达数控系统并基于PID算法的运动控制,用来控制主动齿轮的位置和速度,并具有同步误差过大时的急停保护功能。

上位机系统作为监控界面及操作员指令下达窗口,主要功能是接受界面输入的位置指令或者速度指令,通过MPI与下位机进行通讯,控制伺服电机的运动;实时监控主动齿轮的运动状态,并且在同步误差超出允许啮合范围时具有报警功能;存档数据并进行调用。

下位机是齿轮同步的控制中心,主要利用PID控制算法控制伺服电机的运动,完成齿轮同步的具体控制工作。MPI是SIMATIC S7多点通信的接口,是一种适用于少数站点间通信的网络,多用于连接上位机和少量PLC之间近距离通信。下位机通过MPI通讯与上位机系统相连,现场的状态及对现场的处理都通过MPI通讯与上位机系统沟通,并与上位机系统一起完成齿轮的同步控制。

3.2 具体选型与设计

电气系统控制元件主要包括:

(1)台达NC300数控系统;

(2)ASDA-M三轴伺服驱动器;

(3)伺服电机ECMA-C10604RS;

(4)欧姆龙编码器E6B2-CWZ6C,分辨率1 800 P/R。

3.3 电控软件设计

为了更加直观和简便的控制齿轮的同步运动,笔者设计的上位机操作界面如图4所示,由以下几个模块组成:

(1)转速设置。分别设置两个电机的转速。

(2)电机启停。由1号电机启停和2号电机启停子模块构成。

(3)PID参数整定[9,10,11]。用于输入PID算法的3个增益。

(4)同步启停。当电机转速设置好后,即可实现电机的同时转动和停止。

(5)误差曲线。用于显示电机之间的速度和位置

误差。

(6)误差报警及确认。当误差超过设计范围时,误差报警指示灯闪亮变红;当误差确认后,按下误差确认按钮,系统回复初始状态,继续进行调试。

(7)正/反向。用来控制电机的运动方向。

(8)返回。

上述几个模块的动作具有严格的先后顺序。电机启停只是用来分别测试两个电机的运动;误差曲线只有在同步启停按钮动作后才有效果;PID参数只有在误差曲线调出来后才能输入到系统中。

4 系统实验

为了验证双齿轮渐近同步驱动系统的同步控制效果,搭建试验台进行了实验验证。笔者进行试验时保存下来的一组位置误差曲线如图5所示。实验数据表明两个电机的位置同步误差保持在0.3°之内,满足设计要求。实验结果表明,该系统具有同步精度高、稳定可靠、抗干扰能力强等优点。

5 结束语

针对多齿轮同步驱动技术在实践生产中的广泛应用,基于机械、电气控制技术,笔者设计了一种双齿轮渐近同步驱动系统并进行了实验验证。该系统利用编码器实时高频采集伺服电机的运动信号,采用伺服全闭环控制技术,对同步误差进行PID运算,实现了双伺服电机的高精度同步功能。

笔者给出了双齿轮同步驱动系统工作原理图以及相应的伺服控制方案及其结果。首先,给出了系统的工艺性能,定义了系统基准点,以便系统可以在任何情况下实现动态啮合;其次,介绍了系统的机械结构模型;最后,设计了系统的上位机与下位机系统,并对实验结果进行分析记录。

定位车驱动系统控制方式研究 篇9

近年来,随着国民经济的飞速发展,煤炭运输需求激增,秦皇岛港为提高港口通过能力投资建设了煤四期预留工程。整个工程结构复杂,技术先进,规模和自动化程度均处于国际领先水平。其中翻车机系统主要驱动采用西门子交流变频驱动,控制采用美国Rockwell公司PLC(可编程控制器)。整个系统为全程自动化。

翻车机系统主要由翻车机、定位车、夹轮器、振动给料器等几部分组成。其工艺流程主要是:由定

位车牵引定位,将车皮循环牵入翻车机主体内,夹轮器将车轮夹紧,防止车皮由于自身惯性前后窜动,翻车机将车皮内的煤倾翻到振动给料器的料斗内,振动给料器将煤均匀输送到皮带机上,运送至前方堆场。翻车机系统针对的是大秦专线的运煤专用列车,在自动作业过程中不必摘钩解体作业,卸车效率很高,达到5400T/h。定位车23定m,宽2.5m,自重100T。驱动部分由十二台西门子变频电机通过弗兰德行星式减速箱驱动齿轮与定位车轨道上的驱动齿条啮合来完成。

1 存在问题及分析

定位车的十二台电机分别由十二台西门子变频器控制,而十二台变频器采用主从控制方式运行,即设定其中一台变频器为主变频器,其它十一台设定为从变频器,翻车机的PLC采集现场的各种信号,经过逻辑判断发出指令给主变频器,主变频器根据指令进行工作。同时,主变频器根据自身的工作情况和外部负载情况通过SIMLINK通讯发出指令给从变频器,从变频器根据主变频器的指令进行工作,与主变频器互相配合。但定位车设计牵车对位能力为两万吨,驱动电机为十二台,前后轮跨距较大。由于原设计对箱体的承重能力和现场实际工况考虑不足,经过一年的试运行,翻车机系统暴露出严重问题:定位车箱体出现中间下凹的现象,导致电机驱动齿轮与齿条的啮合情况不好,十二台电机同步性差,造成驱动电机跳闸,定位车运行极不稳定,颠簸剧烈,对机械结构造成极大损伤,频繁出现定位车驱动齿轮打齿、减速箱损坏的现象。

2 改造方案与实施

我们通过对定位车十二台电机驱动机构进行深入分析,翻阅了大量的西门子变频器相关资料,对十二台变频器的工作特性进行认真研究,决定将十二台变频器的控制方式由主从控制改为单对单控制,即十二台变频器不分主从,各自独立工作,每一台变频器都直接通过PROFIBUS通讯直接接受PLC的驱动指令进行工作,并根据各自的负载情况自行调整工作状态。在此基础上,对每台变频器的速度环和电流环进行优化,使他们在各自独立工作的情况下,工作状态基本同步,互不干扰。为此,我们对PLC程序和变频器的参数进行了一系列的调整。

2.1 定位车驱动子程序调整

原PLC程序将定位车1#驱动开、定位车1#驱动斜坡发生器使能、定位车1#驱动数据置位0、定位车1#驱动数据置位1、定位车1#驱动选择速度1、定位车1#驱动选择速度2、定位车1#前行驱动、定位车1#逆向驱动等信号通过PROFIBUS通讯送到1#变频器,现在要改成单对单控制方式,就需要找到其它十一台变频器在PROFIBUS中的结点地址和对应的输入、输出通讯地址,将上述PLC指令送到每一台变频器中。

2.2 主从控制方式下变频器工作原理

原主从控制方式下的十二台变频器之间通过SIMLINK网互联,每台变频器在SIMLINK网中有各自的结点地址,主变频器接到PLC指令后根据工作状态,通过P751将转矩K165、控制字K30、固定给定K5发送给其余十一台变频器,十一台从变频器通过P749设定从主变频器中读取上述驱动设定,根据收到的指令进行工作。

2.3 单对单控制方式下变频器工作原理

改成单对单控制方式后,十二台变频器各自独立从PLC中接受驱动指令,其中P918设定变频器在PROFIBUS中的通讯地址。其中设定释放:P564设为3101;故障复位:P564设为3102;前行:P571设为3105;后退:P572设为3106;功能数据设定0:P576设为3114;功能数据设定1:P577设为3115;固定给定0:P580设为3112;固定给定1:P581设为3113。其中3101、3102、3113等是PLC通过PROFIBUS传送到变频器的指令,通过这些参数变频器直接接受PLC发出的指令,如变频器启动、斜坡发生器使能、速度给定、斜坡时间等。

2.4 单对单控制方式与主从控制方式的区别

主从控制方式是从十二台变频器中选择一台作为主变频器,其它十一台作为从变频器。主变频器通过PROFIBUS通讯从PLC接收驱动指令,根据驱动指令工作,然后,根据自身的工作状态通过变频器之间的SIMLINK光纤通讯将转矩、控制字、速度等指令发送给其它十一台变频器。十一台变频器依据主变频器的指令也就是主变频器的工作状态进行工作,进行转矩输出。在定位车箱体出现中间下凹,电机驱动齿轮与齿条的啮合情况不好的情况下,十二台电机外部负载情况复杂,同步性差,电流波动较大,造成驱动电机跳闸,定位车运行极不稳定,颠簸剧烈,对机械结构造成极大损伤。

单对单控制方式是十二台变频器各自独立同时通过PROFIBUS网络接收PLC的驱动指令。每台变频器都有测速编码器检测电机的速度进行独立的速度闭环控制,保证速度一致,依据各自的负载情况输出转矩。在电机驱动齿轮与齿条的啮合情况不好,十二台电机外部负载情况复杂的情况下,十二台变频器的电流波动小,工作状态相对平稳。

2.5 变频器工作特性调整

对每台变频器的速度环和电流环进行优化,使各个变频器的工作特性一致,达到基本同步的要求。将速度控制器参数n/f Reg Time P240的设定由150调整为800,Scale droop P246的设定由0调整为5.0,SMOOTH n/f P216的设定由0调整为4.0,使变频器的响应时间加长,变频器的特性变软。将电流控制器参数Current Reg Gain P283的设定由0.253调整为0.213,Current Reg Time P284的设定由10调整为6.4,使电流控制器的特性变软。将电机模型的参数Cemf Reg Gain P315由0.132调整为0.127,Cemf Reg Time P316由50调整为48,使电机模型的特性钝化。将斜坡发生器的Accel Time P462由26调整为52,Decel Time P464由10调整为20.6,Rgen ROUND Type P468的设定由0调整为1,Ramp StartSmooth P469的设定由0.5调整为1。使斜坡发生器的工作特性曲线更圆滑,变频器间的配合更加协调、一致。

改造后定位车变频器的工作特性如图2～5所示:

3 结论

通过这次5#翻车机控制系统改造,定位车十二台变频器的输出转矩特性变得柔和,转矩变化的峰值明显小于改造前,基本峰值的变化小于30%,变频器的输出速度曲线变得平滑,速度基本达到一致,互不干扰,定位车机械运转平稳,噪音消除,齿轮齿条磨损减少,定位车打齿的现象再没有出现。从根本上解决了定位车打齿、减速箱损坏的问题,大大提高了工作效率。

摘要：针对工作中定位车驱动变频电机同步性差,驱动电机频繁跳闸的情况,分析和探讨了其主要原因。在外部机械结构难以改善的特殊条件下,通过深入分析,最终将驱动电机的控制方式由原来的主从控制方式改为单对单控制方式,成功解决了驱动电机频繁跳闸的问题,消除了驱动齿轮打齿等重大机械事故,使设备运转良好。对类似工程项目的电气设计提供了可借鉴实例。

雕刻机三轴驱动系统 篇10

本文将描述一种基于PC的开放式数控系统三轴驱动部分的实现。PC机上的数控系统软件实现对工件的插补运算,然后通过并口将三轴电机的控制时序输出。驱动控制电路负责将控制时序转化成对步进电机的驱动,通过控制脉冲的个数来实现步进电机转角的控制,控制脉冲的频率实现步进电机转速的控制。

MACH3的介绍及安装设置

工件一般用计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)得到加工程序G代码,然后输送到机床的控制系统。机床控制系统解读G代码并控制刀具,而机床刀具由伺服电机或步进电机所带动。机床控制系统所发出的信号被驱动器放大,这样控制系统便能实时有效地控制电动。

Mach3是一个软件包,可以在电脑中运行成为经济而强有力的机床控制系统,被广泛应用于数控铣床、数控刨床、数控等离子切割机以及数控激光切割机等。它可以控制主轴电机的启动、停止(甚至转速),可以控制冷却液的开启关闭,还可以防止由于零件程序错误或机床工人操作不当引起的刀具越限。它还包括按钮、键盘、电位旋钮、电子手轮(MPG)、操纵杆等控制装置,操作人员可手动操作来控制零件程序的启动和停止,操作人员也可以通过控制系统的显示器看到运行进程。

Mach3需要运行在1 GHz处理器和1024×768像素显示器以上配置的电脑中,主要通过并口传送信号,同样也可以通过串口传送。在安装开始安装程序时最好不要连接机床,在安装完成(Setup Finished)对话框出现时,选择初始系统(Initialise System),然后点击完成(Finish),最后需要重启计算机。

在使用MACH3之前,最重要的设置就是定义输入输出信号,以及信号的输入输出分别将使用哪些并口的针脚。进入配置(Config)菜单,点击端口配置(Ports and Pins)下拉菜单,就会出现输入输出信号配置对话框。点击电机输出(Motor Outputs)标签,按如图1所示的界面,定义X、Y、Z轴驱动器的连接接口和脚针,并选择激活项激活,设置完成后必须点击应用保存数据。

电机输出标签设置完成之后,需要设置输入信号。点击输入信号(Input Signals)标签,按如图2所示的界面,激活X、Y及Z轴限位输入,并设置对应并口引脚。紧急停止(EStop)采用默认的配置,不需要修改。

最后需要设置输出信号定义,这里只用到了3个输出信号用于使能三轴步进电机驱动器。点击输出信号(Output Signals)标签,按如图3所示的界面,激活Enable1、Enable2以及Enable3,并设置对应并口引脚。由于步进电机驱动器使能是低电平有效,因此需要激活Active Low选项。

驱动电路设计

电脑并口有25个引脚,在本系统中并不需要使用所有的并口IO,必须有的IO信号包括:

输出信号:三个电机驱动器使能信号、X轴脉冲输出信号、X轴方向控制信号、Y轴脉冲输出信号、Y轴方向控制信号、Z轴脉冲输出信号以及Z轴方向控制信号。

输入信号:X轴限位信号、Y轴限位信号、Z轴限位信号以及急停信号。

其他多余的IO口可以引出来以备以后扩展使用。

为了保护电脑,防止外部信号输入过压或者过流导致烧坏电脑,所有的输入输出IO都需要使用光耦进行隔离。本文使用性价比较高的TLP521作为隔离光耦。该光电耦合器是一款具有完整基极与发射极的固定延时光电耦合器,它具有最优转换速度、高温性能等特点。

TLP521最大传输延迟时间为42μs,能够在1ms内完成8个字节的读或写,最大传输延迟时间已满足电路传输延迟时间的水平,因而在传输速度上完全能够满足长线传输的要求。通过对其输入端的控制,可使光耦按工作需要打开或关闭。当在输入控制端加高电平时,光耦正常工作,将输入端信号耦合到输出端。而当在输入控制端加低电平时,其输出端集电极开路三极管截止,对外呈高阻态。

并口输入输出部分的电路原理图如图4所示,在制作中需要注意并口有公母之分,它们的封装正好相反。

步进电机的驱动需要使用专门的驱动集成芯片,本文采用的是Allegro公司的A3977。该芯片是完整的步进电机驱动器,具有内置转换器。该芯片可在全、半、1/4及1/8步进模式下工作,输出驱动额定电压为35 V,额定电流为±2.5 A。A3977包含一个电流稳压器,该稳压器可在慢、快或混合衰减模式下工作。此电流衰减控制方案能减少电动机噪音、增加步进精确度并减少功率损耗。

转换器是A3977易于使用的关键部分,只需使用一个步进输入即可驱动电动机,控制过程中不需要相位顺序表、高频率控制或复杂的接口。因此A3977非常适用于没有微处理器或需要过载保护的场合。A3977内部具有同步整流控制电路,用来改善脉宽调制(PWM)操作时的功率消耗。内部电流保护包括滞后过热关机、欠压锁定(UVLO)及交叉电流保护,因此不需要特别的加电排序。

单轴步进电机驱动电路原理图如图5所示,需要三个相同的电路以驱动X、Y以及Z轴。

根据加工元件的强度,可以估算所需要的步进电机扭矩,作为选择步进电机的依据。本文选择如图6所示的两相六线57步进电机,步距角为1.8度,扭矩为0.9N.M。

驱动系统安装及调试

整个驱动系统安装相对比较简单,需要注意的是各个连接线一定要正确,否则容易烧坏板卡。安装步骤如下:

1.将三个步进电机分别与三块驱动板进行连接,连接方式如图7所示。

2.将并口板与步进电机驱动通过导线相互连接。

3.将并口板与PC并口通过一个并口连接线进行连接。

4.将外部电源的5V及30V接入并口板及驱动板上。

安装完毕后,可以先脱离雕刻机机械装置,单独调试驱动系统。打开MACH3后,按键盘TAB键,就可以出现如图8所示的手动控制界面。点击X+与X-按钮,观察X轴步进电机是否进行正反转,按照这个方法再调试Y轴及Z轴步进电机是否工作正常。

三个电机如果都能够正常工作,就可以连接机械部分实现工件加工。但是为了保证加工过程的安全,在正式工作前,还需要验证限位及急停功能。将X轴限位输入短接,此时MACH3软件会显示超限警告并停机。同样使用这个方法可以分别验证Y轴及Z轴限位功能。将急停输入短接,则旋转的步进电机会立即停止,同时界面会出现急停信息。这些功能都验证完毕后,就可以放心的连接机械部分进行正式加工。

总结

采用基于PC的三轴驱动系统,成本低廉,但是总体精度确实不高。对于普通的应用如外壳开孔、模型制作、印章刻字等,基本上是满足要求的。但是类似模具加工等高精度场合,还是力不从心的。

驱动系统 篇11

关键词：数据仓库；决策支持系统；误区

中图分类号：TP315文献标识码：B文章编号：1673—8454（2012）17—0047—02

一、引言

判断一所大学的办学水平和竞争能力，需要用一系列客观的指标和数据来说明。因此，数据仓库和决策支持系统可以在评价大学水平和促进大学发展方面发挥重要作用。2000年以来，经过持续的建设，上海财经大学已经完成了教学、学生、资产、财务、人事、科研、招生等信息系统的建设。在系统使用过程中产生了大量的业务数据，为建设校务决策支持系统提供了数据基础。

二、决策支持系统

决策支持系统并非新概念，与之相似两个术语分别是数据仓库和商务智能。数据仓库最早由IBM的William H.Inmon在十九世纪七十年代中期提出，主要是指从业务系统数据抽取数据，经过清洗后装载到数据仓库中，通过数据分析工具为业务绩效评估和预测提供支持。虽然信息技术的发展日新月异，而决策支持系统依然保持了强大的适应性和生命力。根据Gartner 2011年的报告，“商务智能”居然超过了“云计算”、“移动计算”，位列最受CIO关注的热门IT词汇之首，足以说明决策支持系统对于组织的重要程度和价值。

决策支持系统的体系架构主要由数据获取、数据存储和数据访问三个主要部分构成，如图1所示。以上海财经大学校务决策支持系统为例，数据获取层通过ETL工具从教学、科研、人事、财务等业务系统数据库中抽取数据，进行加工和清洗，并装载到数据仓库中。数据抽取的频率、规则根据业务数据的类型和数据分析需求确定；数据存储层是决策支持系统的核心，其中数据的组织和存储方式与操作型数据库有较大差别。在数据仓库中，数据通过面向分析主题的方式进行存储，业务对象从上到下逐渐展开。上海财经大学的数据仓库中，处于顶层的数据实体是学生、教师、学科、课程、科研项目等；数据访问层主要为终端用户提供数据查询和分析功能。数据访问的方式随着信息技术的发展而不断变化，主要的发展趋势是越来越强调操作过程简单化、分析结果可视化和丰富的交互功能。

三、校务决策支持系统实践

2008年，上海财经大学开始启动校务决策支持系统建设。当时正值金融危机爆发初期，大量企业裁员和减招，全社会和学校都非常担心大学生的就业问题。因此，项目组决定以毕业生就业状态数据作为分析的试点。由于数据范围可控和数据处理工作量较小，主要通过Oracle PL/SQL和视图完成ETL功能，采用了开源数据分析工具Pentaho实现前端展示功能。该分析主题中构建了包含毕业年度、学院、专业、就业行业、就业地区等多个维度的模型，可同时实现毕业生状态数据的多维分析和钻取。同期，财务处利用Oracle Discovery的技术框架，对学校财务预算和执行情况进行分析，有效支持了校院两级的财务管理模式。

2009年，校务决策支持系统的分析主题开始全面展开。学校提出了要从本科生教学质量、学科发展状态等方面进行全面分析。为了提高系统效率和可维护性，项目组对市场上的主流数据分析工具和ETL工具进行了测试比较。测试的软件包括：IBM Datastage、SAP DataIntegration、Oracle DataIntegrator、Informatica、Kettle、BusinessObjec、MicroStrategy等。最终选择了采用Kettle作为ETL工具，采用MicroStrategy进行数据前端展示。

2010年，项目组采用数据仓库多维建模技术，设计了基于总线结构数据仓库模型，保证了学校各类分析维度的一致性问题。同时，利用缓慢变化维度的方法处理学生学位、教师职称等属性随时间变化的问题，实现了数据可追溯性和数据同比、环比等功能需求。数据仓库采用星形模型结构，保证了分析模型的可理解、易维护和扩展性。目前，校务决策支持系统已构建了各类业务建模型50余个，覆盖的范围包括：招生、就业、人事、财务、教学、科研、学科建设等领域。

2011年，学校购买了Tableau的服务器版本。随着Tableau的投入使用，校务决策支持系统将进一步向可视化、交互性和支持移动终端访问的方向发展。

四、讨论

目前，在高校环境下建设决策支持系统，仍然面临着观念、资金、技术、人员等方面的困难和挑战。上海财经大学经过多年的项目实践，对系统建设有些粗浅的认识和体会，希望与同行分享和交流。我们认为要正确认识校务决策支持系统，需要避免以下常见的误区：

1.误区一：校务决策支持系统是校领导使用的系统

校务决策支持系统很容易被理解成为学校决策层，如：校长、院长使用的系统，把校长、院长定位成系统的主要用户。这个想法看上去很好。然而，指望校长、院长经常访问决策支持系统，并从中获益，可能就不太现实了。那么，谁才是校务决策支持系统的真正用户？我们的答案是：学校战略研究和发展规划部门，即：研究室和发展规划处。作为学校领导的智囊和顾问，研究室和规划处是学校决策层的报告和材料的主要撰写者，校务决策支持系统的作用在于提高了他们获取数据的能力和开展分析的效率。此外，研究室和发展规划处的深度参与，也可以有效地弥补信息技术人员业务知识不足的缺陷。

2.误区二：校务决策支持系统是个阶段性的项目

项目具有阶段性、一次性的特征。但是，一旦开始校务决策支持系统的建设，就要做好长期、持续建设的准备。目前，常见的信息系统开发方式有瀑布型开发、迭代型开发、敏捷开发等。根据TDWI组织2011年的调研结果，有55%的决策支持系统项目采用了敏捷开发和瀑布型开发相结合的混合开发模式，即：每个敏捷开发的小循环中遵循瀑布开发的思路。因为，校务决策支持项目所涉及技术环节多、业务范围广，如果计划任务划分不够明确和具体，项目组成员长时间看不到建设成果，不利于项目团队气势和项目的顺利进行。

此外，一旦用户体验了数据获取和分析的好处，自然会提出越来越多、越来越具体的数据需求。项目组需要能够快速响应，否则将前功尽弃。另一方面，用户可能对系统的某些功能不太感兴趣，长时间无人访问。因此，需要建设能够反映仪表盘使用情况的仪表盘，用于监控系统的使用情况。

3.误区三：实施校务决策支持系统的成本高昂

在银行、证券、电信、零售等行业，由于数据量大、数据实时性能要求高、业务复杂等原因，实施决策支持系统确实代价昂贵。但是在高校中建设校务决策支持项目，也许并不需要很高的代价。

校务决策支持系统的成本主要由三个方面构成，硬件设施、软件许可权和人力资源。首先，因为系统用户不多，并发量小，对服务器性能不太高，目前市场上主流刀片服务器完全能够胜任；其次，应用软件的选择存在商用软件、开源软件、或者混合使用的方案。根据我们的实践和第三方机构的评估，使用开源软件也能达到不错的效果。再次，项目人员的投入。实施顾问价格不菲，因此，建议项目组成员构成多元化，实施顾问负责制订系统规范和架构设计，学校IT人员负责梳理数据来源和数据转换，学校IT人员和学生一起参与报表和仪表盘开发。这样的安排，既可以有效降低项目开支，又有利于知识转移和后期的持续维护，一举两得。

4.误区四：校务决策支持系统是报表系统的集合

由于校务决策支持系统具有报表查询功能，因此很容易被人理解成集中了各业务数据的综合报表查询系统。美国教育学术机构EDUCAUSE的调查表明，有近50%大学的决策支持系统主要用于历史数据的查询和展示，而非进行业务分析和预测。Gartner在定义商务智能时，特别提出商务智能是通过对某一特定领域的信息进行交互式探察和分析，发现其中趋势和模式，辅助决策的过程。由于数据分析需求的不确定性，为系统用户提供数据分析和交互的功能更加重要，否则，系统的使用价值将大打折扣。

五、总结

经过4年多的努力，上海财经大学的校务决策支持系统从无到有，建设目标和方向逐渐清晰。通过系统建设，将分散于各个业务系统的数据进行整合，用于校务决策分析，有助于提高学校科学决策的水平。随着系统使用不断推进，学校层面越来越意识到数据规范和数据质量的重要，形成了倒逼机制，将促进管理信息系统的深化应用。

参考文献：

[1]William H.Inmon.What is a Data Warehouse[M]. Sunnyvalue，Calif. PRISM Solutions，Inc.1992.P1.

[2]John D.Porter，John J.Rome.Lessons From a Successful Data Warehouse Implementation[J].EDUCAUSE/EFFECT Winter，1995，P43—50.

[3]高洪深.决策支持系统（DDS）理论、方法、案例（第三版）[M].北京：清华大学出版社，2005.

[4]国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）[Z].中华人民共和国教育部，2010.

高效率车辆驱动系统的开发 篇12

地球气温上升成为全社会关注的问题, 人们对于环境保护的意识不断增强, 迫切要求开展节能。通过节能以削减能源消耗, 这已成为用户与企业家选择商品与设备的重要因素。

铁道车辆由地面供电获取动力。制动时, 能向架空线返回再生电力, 堪称能源效率好的交通工具。但是, 最近在汽车领域, 以二次电池及燃料电池等的尖端技术的进步为背景, 推进了混合动力车型及电动汽车的应用。铁路部门为了将来保持作为有魅力的交通工具地位, 也必须致力于进一步节能的研究。

关于目前铁道车辆用驱动系统的主流, 图1为使用VVVF逆变器控制方式的感应电动机的能源效率。对能源损耗的影响最大的是牵引电动机, 可以说降低牵引电动机损耗是最有效的节能措施。

在传统的感应电动机中, 即使使用高效率材料等提高效率, 在原理上也有限度。于是着眼于开发近年来在汽车及升降机领域被引进的“永久磁铁同步电动机” (Permanent Magnet Synchronous Motor, 以下称PMSM) 。

PMSM结构上是转子中内置永久磁铁, 转子损耗低, 无铜损。由于机内的发热量小, 可将牵引电动机做成全封闭结构。由于节能、噪声低, 及吸入冷却风时的“风损”降低, 可望实现进一步的高效化。

以往, 从成本方面考虑, 铁道车辆采用的主流方式是控制多台电动机。从降低M车比例及确保冗余性观点来看, 没有引进PMSM, 而PMSM代表着牵引电动机大功率化的方向。由于近年来永久磁铁的高性能化 (Nd-Fe-B系) 、大功率化成为可能, PMSM得以在铁路领域开展应用。

这次对于大功率全封闭结构的PMSM, 及大功率化与提高可靠性不可缺少的PMSM的无旋转角传感器控制方式进行了开发与现车试验验证。

2 开发时的设想

按照以往的设计思想, 根据以1M2T为基础的、适应以1辆车为编组的简单编组方式, 因考虑原有检修设备, 采用万向节方式进行了以下研究。

(1) 使用永久磁铁同步电动机;

(2) 采用全封闭自冷却结构 (新的冷却结构) ;

(3) 使用无旋转角传感器控制方式;

(4) 与传统电动机的互换性 (输出特性、安装方法) 。

3 开发系统

3.1 牵引电动机 (PMSM)

表1列出牵引电动机技术参数 (目标值) 。其目标是用全封闭自冷却方式, 实现在传统的自通风方式的感应电动机上获取最高的输出功率。由于安装到既有转向架上, 其技术参数目标值为连续额定输出功率235 kW, 小时额定输出功率270 kW, 质量低于传统电动机的625 kg, 电动机样机实际重615 kg。

(1) 永久磁铁

采用了有高磁通密度的, 耐热性、耐久性优异的Nd-Fe-B系磁铁 (钕-铁-硼系) 。

(2) 有效应用磁阻转矩

考虑要使因永久磁铁的磁通惯性运行时产生的空载感应电压不宜过大, 同时, 尽量减少启动时的电流, 为防止驱动用逆变器的电流容量增大, 结构上积极使用凸极性转子, 即磁极凸板结构 (气隙的磁阻并不一样, 电感随着转子位置不同而改变的特性) 的磁阻转矩 (磁铁吸引铁的力) 。

(3) 全封闭结构

结构上采用了简单的全封闭自冷却结构 (图2、图3) , 它有效地应用了与感应电动机相比, 转子的发热量大幅度降低的优点, 以及端部无旋转角传感器的结构特征, 旋转部分的结构采用迷宫式密封, 以确保密封性能。

(4) 冷却结构

至于全封闭结构电动机, 电动机整体的温升有均匀化的趋势, 其特点有抑制轴承温升, 轴承温升限度减少。在轴承周围采用冷却结构, 也就是设置空气层, 断开来自机内的高温空气的热量, 同时, 利用旋转风扇吸入新鲜空气。另外, 结构上由于在旋转部内侧设置多个凸起, 使内部对气体的吸热面积增大, 进而促进旋转散热板的散热。

3.2 主电路

图4为主电路的线路连接简图。由于永久磁铁同步电动机就是同步电动机, 必须对电动机的旋转供给同步的交流电源, 即用1台逆变器驱动1台牵引电动机的单独控制方式。此外, 由于永久磁铁导致空载时也产生感应电压, 故在发生逆变器的相间短路等不适合情况时, 必须使逆变器隔离牵引电动机, 在逆变器与牵引电动机之间设置负荷接触器 (开式接触器) 。

3.3 无旋转角传感器控制

以往, 为检测转子的旋转角, 在电动机端部设置了旋转角传感器。但是, 为了实现大功率化, 提高可靠性, 开始引进了新的无旋转角传感器控制方式, 用于铁道车辆驱动系统。通常, PMSM的无传感器控制方式, 是根据感应电压 (速度电动势) 的方式。但是, 在低速区域, 由于感应电压小而难以检测, 在停车状态下不可能推断。另外, 铁道车辆特有的惯性运行再启动时, 如果空载感应电压与从逆变器输出的电压中, 相位振幅有差异, 则不能对与其相位差对应的瞬变电流进行控制。因此, 为确保从停车到高速、惯性运行再启动的稳定的控制性能, 转换各种运转模式中的控制方式, 进行了如图5所示的PMSM的控制方式。

(1) 低速区域

在低速区域, 只使推断高频电压与推断的d轴 (磁通分电流) 相重叠 (图6) 。真正的dq轴与推断的dq轴不一致时, 在推断的q轴 (转矩分电流) 利用高频电流波动, 逐步校正推断轴, 以使推断的q轴上出现的电流为0。

(2) 中、高速区域

在中、高速区域, 推断的dq轴与真正的dq轴不一致时, 利用推断的d轴上出现的感应电压, 逐步校正推断轴, 以便推断的d轴上出现的感应电压为0。

(3) 利用电压传感器 (PT) 的惯性运行再启动控制

在带传感器的系统中, 根据磁极位置检测值, 有可能从逆变器输出与空载感应电压相位振幅一致的电压。但是, 无传感器控制时, 由于不了解再启动时的空载感应电压, 所以, 有时候产生较大的瞬态电流。特别是该电流通常是在施加制动转矩的方向上流过, 架空线几乎是空载状态时, 会形成滤波电容器过电压问题等。因此, 在负荷接触器部分, 为检测空载感应电压, 安装电压传感器, 应用根据该信号进行惯性运行再启动的方式。

4 试验

4.1 牵引电动机单机试验

由电动机单机的评价试验结果, 确认了可得到当初期待的如下性能。

(1) 特性试验结果

表2为额定负荷特性试验结果 (发热时 (发热时⇔冷却时:牵引电动机在同样温度下的评价) , 逆变器驱动) 。由试验结果可得到设计电流以下的规定输出, 效率也由原有的感应电动机的93.5% (270 kW时) 提高到了97%。

(2) 温升试验结果

表3列出温升的试验结果。各部位的温升都在极限值之内, 确认采用全封闭自冷却方式, 实现了牵引电动机连续额定235 kW的大功率。另外, 也同时验证了旋转风扇风量与噪声、温升的关系。

(3) 噪声试验结果

表4为电动机单机的噪声试验结果。由于全封闭自冷却结构的采用及旋转风扇的最优化, 特别是大幅度降低了高速运转下的通风噪声, 与转速为5 000 r/min的老式电动机相比, 噪声降低约12 dB (A) , 实现了静音性。

注:温升极限, 定子 (电阻法) :210 K;永久磁铁:150 K;轴承:55 K。

注:噪声值为距牵引电动机表面1 m处5点平均值。

(4) 消耗电力的比较

表5为消耗电力的测定结果。由表5可知, 各种运行条件下, PMSM与感应电动机相比, 牵引电能少, 再生电能多, 确认了可以削减消耗电能约10%。

注:采用飞轮载荷装置, 实施仿真现车的运转。运转曲线:牵引→10 s惯性运行→再生制动→停车。

4.2 现车运行试验

在东海道干线上 (高槻—米原) , 实施了PMSM性能及无传感器控制性能的确认试验。此外, 在高槻站内的35‰坡道区间, 实施了坡道、后退启动试验 (表6) 。图7为试验编组。

(1) 温升

图8为线圈与电动机轴承温升的计算值和实测值的比较, 确认了两者大致相吻合。

(2) 无传感器控制 (130 km/h → 惯性运行再启动WET)

图9为洒水状态下, 达到130 km/h速度的惯性运行再启动情况, 也进行了良好的空转控制, 确认了从停车到最高速条件下可进行稳定的控制。

(3) 坡道、后退启动控制 (35‰)