仿真管理子系统

仿真管理子系统（通用12篇）

仿真管理子系统 篇1

前言

混合动力汽车是介于内燃机和电动汽车之间的一种车型,它继承了电动汽车低排放的优点,又发扬了石油燃料高的比能量和比功率的长处,显著改善了传统内燃机汽车的排放性能和燃油经济性,增加了电动汽车的续驶里程,对于中国这样一个贫油和污染较严重的国家来说具有相当重要的战略意义和现实意义。

多能源动力总成管理系统负责处理整车的能量管理和动力分配策略,协调控制各总成部件,是混合动力汽车最为核心的技术。控制系统能够在各种工况下解析驾驶员的操作意图,计算出车辆行驶的需求转矩,并将其最优化地分配到各个动力驱动装置,以获得更好的燃油经济性和更低的排放。运行过程中控制系统不断的优化整车的能量分配,使混合动力汽车在不同的工作模式之间进行切换,并回收减速或制动时的能量,从而使整车获得最佳的性能。在本文所研究的模型中,多能源管理系统将加速踏板的位置,发动机,发电机以及电动机的速度,还有电池的状态(电压和荷电状态)作为输入信号,通过一系列控制,最终得到的输出信号是电动机和发电机的参考转矩以及节气门的信号。通过多能源动力总成管理系统得到的输出信号再分别输入到发动机模型,发电机和电动机组合而成的电力驱动模型中去,可以实现对三者的控制。从而根据汽车的需求将动力进行合理的匹配,使汽车运行在最佳状态。

1、电池管理系统

作为混合动力汽车的一个主要动力源,电池管理系统起着十分重要的作用。无论是发电机还是电动机,都离不开电池的参与。电池在混合动力汽车中还起到了能量缓冲的作用,在一定的条件下通过充电的方式将电能进行储存,而在车辆需要电动机发出功率时再将能量输出。

在该电池管理模型中,主要是对电池SOC (电池的荷电状态)工作范围进行了设定,这样做的目的是为了防止电池进行过度的充,放电,从而对电池的寿命起到了保护作用。在此模型中,我们将范围限定在了40%到80%之间,设定电池的初始电量为41.53%,利用一个触发器对电池进行控制,从而得到电池的充电功率。

具体的控制策略为:当电池的电量低于40%时,电池需要充电,而电池的额定功率为21Kw,因此电池进行充电直至-21Kw。但只要电池电量还未达到80%时,电池一直保持充电状态。当电量大于80%,电池停止充电。由示波器得到电池的电量波形图为图1所示。

2、汽车所需要的驱动转矩与驱动功率

2.1 驱动转矩

汽车在行驶过程中的驱动转矩主要由加速踏板的位置以及电动机的转速得出。汽车的最大转矩是400N·M,将加速踏板的为位置与之相乘则可得到汽车所需转矩,但是这个转矩有一个限定范围,而该范围则是由电动机的转速来决定的。在这里,电动机的转速与转矩有一定的函数关系,通过这个插值函数,可得到转矩范围,插值函数如图2所示。

在该坐标图中,横坐标代表的是电动机转速,纵坐标代表的是转矩。所以,根据加速踏板的位置所求出来的驱动转矩若在范围内,就为汽车所需的驱动转矩,若在范围外,则驱动转矩为该限定范围的上极限值或是下极限值。

2.2 驱动功率

因为无论是纯电驱动,纯发动机驱动还是混合驱动,最终都需要通过电动机进行驱动,所以根据功率与转矩的关系,汽车行驶所需要的驱动功率为驱动转矩与电动机转速的乘积。

3、混合动力管理系统

3.1 混合动力使能信号

混合动力汽车,顾名思义就是汽车有两个或两个以上个动力源,根据条件的不同,在汽车行驶时可以是单个动力源独立驱动,也可以是多个动力源混合驱动。那么,在何时汽车应该进行混合驱动就成了控制的关键。混合动力使能信号就是用来控制汽车在什么时候开始混合,又是在什么时候停止混合的。在本文中,假定汽车没有混合时,信号输出为0,而汽车混合时,输出信号为1。

在该混合动力汽车的模型中,使能信号是由驱动功率的参考值与电池的充电功率决定的。控制混合使能信号的模型如图3所示。

通过对控制模块的分析得知,对于混合动力信号的最终实现,驱动功率的参考值与充电功率是“或”的逻辑关系。也就是说,当驱动功率的参考值大于设定的12Kw时,这时仅仅靠纯电驱动已经不足以满足汽车行驶的需求了。所以,要开启混合动力模式;“或”当电池的充电功率不等于0时,混合动力也要开启。这是因为由上文中分析的电池管理模块可得知,当电池的SOC低于40%时,为了防止电池的过度放电,电池需要充电。所以,这个条件可以转化为当电池的SOC低于40%时,混合动力开启。那么,反过来,混合动力关闭的条件为当驱动功率的参考值大于12KW“且”电池的SOC大于等于40%。

3.2 发动机参考转速

之所以要求出发动机的参考转速,是为求解后面发电机的参考转矩,电动机的参考转矩等量作铺垫。根据图4所示的控制模型,我们可以得出发动机的参考转速。

要求发动机的参考转速,首先要知道发动机的参考功率。由模型可得:P*ICE=|驱动功率-充电功率|,从这个式子也可说明,当电池处于未充电状态时,发动机的参考功率就是汽车驱动功率的参考值;当电池处于充电状态时,由于充电功率为负值,所以实际上是将驱动功率的值与电池充电的功率值相加,说明了此时只由发动机纯驱动,发动机发出的功率一部分直接驱动汽车,另一部分则通过发电机给电池充电。所要求的发动机参考转速与发动机参考功率间存在着一定的函数关系,于是通过插值函数模块,我们可得到发动机的参考转速,插值函数见图5。

该坐标图中,横坐标代表参考功率,纵坐标代表的是参考转速。由该插值函数得到的参考转速还要再乘以AccelGain=1.1,然后判断得到的值是否在750～5000rpm之间,若在,则输出值为发动机参考转速;若低于750rpm,则为750rpm;若高于5000rpm,则为5000rpm。

3.3 发电机参考转矩

(1)发动机的参考转矩

该模块被用来计算ICE所需要的转矩,并且它还被用来在混合动力关闭时,计算使ICE停止所需要的转矩。具体模型见图6。

我们可以看到控制发动机的参考转矩有三条支路:第一条支路是与发电机的转速相关的。根据设定的值,我们发现:当发电机的速度<200rad/s时,该支路输出信号为0,发动机是不输出转矩的,当发电机速度>300rad/s时,该支路输出信号为1,发动机才有转矩输出。

第二条支路是用来求解发动机的参考转矩的,即把发动机的参考功率除以参考速度。在这条支路中,我们采用了采样与保持模块来进行控制。即当使能信号一开始为0时,转矩输出为0;当使能信号为1时,输出计算出的转矩;在这以后,当使能信号又为0时,那么使发动机停止的转矩则保持上一时间段内使能信号为1时的转矩值。

第三条支路用来对发动机的参考转矩进行修正,其值在0—1之间。

这三条支路的乘积就是发动机的参考转矩T*ICE。为了验证以上三条支路,我们将发电机转速输出信号,使能信号和发动机参考转矩放在一张图上进行说明,见图7。

在图7中,蓝色代表转矩,红色代表发电机转速输出信号,绿色代表使能信号。我们可以看到,只有当红线为1时,发动机才有转矩输出,当红线为0时,发动机不输出转矩。

(2)发电机的参考转矩

由行星齿轮机构可得知,发动机的转矩与发电机的转矩是存在一定的比例关系的。在这个模型中也可以得到验证,见图8。

T*Gen=T*ICE(-1/(Kb-1)),Kb=-2.6。对发电机的转矩也有范围的限制,在上文中我们已经知道了发电机的额定功率为30Kw,所以发电机的转矩范围为。

3.4 电池的可利用功率

该模型主要是对电池在充电和不充电时刻所利用的功率进行输出,同时还输出了发动机功率的参考值和测量值。见图9。

(1)电池可得功率

当电池充电功率为0时,电池可得功率为发动机功率的参考值与测量值之差。即Baterry Power P*ICE-P＿ICE。因为当电池充电功率为0时,发动机的参考功率等于汽车的驱动功率,而汽车此时由发动机和电池共同驱动,所以电池的功率为驱动功率减去发动机的测量功率,即P*ICE-P＿ICE。当电池在充电时,电池功率为充电功率。

(2)发动机功率(参考值,测量值)

发动机功率的参考值在上文我们已经求出了,但是当P*ICE<11Kw时,发动机不输出参考功率;只有当P*ICE>12Kw时,才输出功率参考值。

发动机功率的测量值就是将发动机转矩和转速的测量值相乘。

3.5 电动机的参考转矩

电动机参考转矩的输出是由电动机的转速控制的。其模型图见图10。

当电动机转速<100rpm时,此时汽车处于纯电动驱动模式,电动机的参考转矩输出为汽车的驱动转矩；当电动机转速>200rpm时,电动机的参考转矩为电动机的参考功率除以电动机的转速。我们知道,电动机的所有电能来自于发电机和电池,所以电动机的参考功率为发电机参考功率与电池功率之和。因此,对应于不同的电动机转速,电动机的参考转矩有不同的输出。

4、结论

本文对多能源动力总成管理系统中的各个子模型进行了详细地分析。根据加速踏板位置信号,电池的状态以及发动机,发电机,电动机三者的转速,通过该系统的控制策略,将动力进行合理的匹配,最后得到了发动机的节气门信号,电动机和发电机的参考转矩。再将这些输出信号输入到发动机模型和电力驱动模型中,实现对发动机,发电机和电动机的合理控制。

参考文献

[1]康龙云.新能源汽车与电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2011:50-54.

[2]蔡梦贫.混合动力系统概述[J].汽车电器,2005,(1):55-59.

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[4]燕来荥.混合动力汽车技术开发正当时[J].客车技术,2005,(2):25-26.

仿真管理子系统 篇2

卫星控制仿真数据库管理系统软件的自动化测试

介绍了“卫星控制仿真数据库管理系统”软件的自动化测试工作.重点分析了测试脚本生成方法,指出基于记录-回放的.测试脚本生成技术的缺陷在于测试脚本与数据及实现细节的耦合.最后,应用基于数据驱动的脚本设计技术和模块化脚本设计思想实现了一个自动化测试脚本框架,解决了测试脚本与数据及实现细节的耦合问题,从而提高了脚本设计质量,降低了脚本维护成本.

作 者：冯向军 廖瑛 杨雪榕 蒲宇全 Feng Xiangjun Liao Ying Yang Xuerong Pu Yuquan 作者单位：国防科技大学航天与材料工程学院,长沙,410073刊 名：航天控制 ISTIC PKU英文刊名：AEROSPACE CONTROL年，卷(期)：24(2)分类号：V448关键词：软件自动化测试 测试用例设计 测试脚本

仿真管理子系统 篇3

随着我国科学技术的不断发展，对于空间信息系统的动态研究与管理的技术水平也在不断的提高，基于GIS系统进行空间信息管理的技术也在不断成熟。本文通过对于GIS系统的详细介绍，简要的概括了GIS系统在空间信息系统的动态仿真和管理模式的具体工作和现实意义。并且以三江平原为案例进行实际分析，从而得出更加真实有效的研究结果。

一、GIS系统

1、GIS系统的定义

所谓的GIS系统，就是人们常说的地理信息系统。伴随着地理科学、计算机信息系统、遥感技术等技术的不断发展，相互之间存在共同的技术与理论相互结合，从而形成的有利于地理环境信息研究的一门科学。GIS工作的原理主要基于计算机信息系统的拓普关系。就是通过简单的图形元素进行复杂空间关系的演示，比如对于在一定的平面范围内，通过点和线的图形表示相互间的关系，在一条线上会存在许多的点，一个点可以通过许多线，这样点和线之间相互交织，形成一个复杂的关系网。

2、GIS应用范围

环境监测：能够结合RS技术和其他地理信息，对于一些自然灾害、环境污染等显现进行实施监控，通过GIS信息技术，还能够对于自然灾害的发展趋势提供走势变化图，为解决自然灾害提供了真实有效的数据支持。通过数字统计的方法，对于环境定量进行变化预测。

资源调查：通过GIS系统，能够对于制定区域内的能源资源进行数据收集，从而为人们开发利用等方面提供科学有效的管理数据，还能够根据不同的研究领域和不同层次的数据分析，例如对于农业资源、林业资源、渔业资源的分析，从而确定该地区的发展方向，保证因地制宜。

市政规划：通过GIS系统能够对于一个城市的基本信息进行规划，比如根据城市和区域特点进行相应的开发和规划，对于城市的基础设施建设提供科学合理、便捷为民的规划安排，规范城市建设的方案和开发，使城市的结构更加合理，职能更加高效。对于城市的用地、人口的管理、城市内基础设施等进行监控，这样有利于保持城市的可持续发展，为人们的城市生活提供更加健康、舒适的生活，提高人们的生活质量。

军事应用：GIS系统能够对于战场信息提供准确的定位，对于战场的地理环境进行实时更新。通过GIS系统可以科学选择战略进攻路线、合理高效的部署战略要地。对于敌方的主力军对和指挥部进行实时定位，从而进行精确打击。

公共服务：GIS西宫还能够对于城市基础设施提供辅助性的决策建议，比如对于电网的建设提供GIS数据，对于其他领域，例如金融、保险、社会治安、运输导航、考古、等方面提供了几级的作用。

二、GIS系统与传统地理信息技术的区别

1、操作对象不同

GIS能够对于空间内的全部数据进行管理与操作，包括地理数据、属性数据、时间数据以及几何数据，对于空间数据的操作和管理是GIS系统区别于其他的地理信息技术的根本标志。

2、技术优势不同

GIS系统能够对于地理环境进行科学的分析、快速的定位、高效的查询等功能，是所有的地理信息技术的综合技术。强大的数据支持局计算都能够对于GIS系统在技术方面区别传统的地理信息技术。

3、发展基础不同

GIS系统主要以信心技术为依托，是在信息技术发展的基础上进行不断发展的。而传统的地理信息技术主要依托于地理科学，导致对于信息的更新不如GIS这样高效。

三、三江平原地理信息

三江平原在我国东北平原東北部，地理位置在北纬介于北纬45°01′～48°27′56″，东经130°13′～135°05′26″。向西可以延伸到小兴安岭、向东可以到达乌苏里江畔。北到黑龙江畔、南至兴凯湖。总面积5.13万平方公里，是我国最大的沼泽分布地区，其中三江平原是由黑龙江、松花江、乌苏里江汇集而成。经过江水的不断冲刷、沉积形成了广袤的三江平原。由于地处北温带，所以三江平原多处于温带湿润、半湿润的大陆性季风气候。

四、运用GIS系统对三江平原进行动态监控的必要性和目的性

1、必要性

由于三江平原地势平台开阔，资源总量丰富，对于人们开采利用具有十分重要的意义，基于空间信息系统的动态监控能够高效的识别区域内的资源分配和各个生态系统的和谐可持续发展。对于空间内部的各种资源进行相互平衡，使得人们在开发利用的过程中能够更加符合自然发展规律，形成更加高效可持续的生态圈。

2、目的性

尽管三江平原经过多年的发展，已经从曾经的北大荒演变成今天的北大仓，但是在开发和建设的过程中仍然存在着许多不合理的因素，不仅不利于三江平原的可持续发展，还会导致该地区的资源浪费十分严重。引入GIS系统对于三江平原进行动态的监控有助于解决三江平原的水资源充分利用、对于该地的自然资源的综合利用率能够大幅度的提升，可以加快该地区进行产业结构的优化调整，促进当地能源资源的利用效率。

结束语

随着我国科学技术的不断发展，对于空间信息系统的动态研究与管理的技术水平也在不断的提高，基于GIS系统进行空间信息管理的技术也在不断成熟。本文通过对于GIS系统的详细介绍，简要的概括了GIS系统在空间信息系统的动态仿真和管理模式的具体工作和现实意义；三江平原是我国生态环境中重要的组成部分，对于三江平原的动态监控的意义十分突出，既能够保证我国湿地生态环境系统的可持续发展，还能够对于促进我国环境保护的研究起到更加鲜明的作用。

（作者单位：东北农业大学）

作者简介

仿真管理子系统 篇4

王众托[1]认为人类的各种知识是相互关联的, 形成了不断发展演化的知识系统。知识系统可以分为宏观和微观两层。宏观知识系统是一个国家的知识系统,微观知识系统是一个组织 ( 企业、院所等) 的知识系统。王让等[2]将国家创新系统与知识竞争力生产机制相结合,从知识系统运行的全过程视角出发,构建了国家知识系统全过程预警指标体系,用于监测各时期国家知识系统的运行状况。刘秋皊等[3]应用耗散结构理论分析了企业知识系统的的耗散结构及演化路径。席运江等[4]将组织的知识系统划分为3个同种要素 ( 知识) 及关系构成的子系统,分别由知识子系统、知识主体子系统和物质载体子系统组成。姜晓林[5]提出科技项目管理中的知识系统是指科技项目管理虚拟组织的知识系统, 属于组织知识系统的一种。寿涌毅等[6]认为企业内部的知识系统已经构成了一个复杂的网络,但企业与企业之间的知识互动构成了更为复杂的企业网络知识系统,如供应链、产业集群等。学者们从系统科学观点构筑了组织知识系统的研究框架体系,给本文的研究提供了系统研究思路。本文尝试运用系统动力学方法对应急管理知识系统进行建模并仿真, 分析系统中各主体间的知识互动对系统的动态影响。

1应急管理知识系统概述

1.1应急管理知识系统界定

从系统的观点出发,综合上述对知识系统相关文献的分析,可以构成对应急管理知识系统的理解。 笔者认为应急管理知识系统是指在突发事件发生前后的应急管理组织过程中,知识主体 ( 各应急管理部门、团队、个人等) 所拥有和共享的各类知识及知识活动构成的系统。因各应急部门的业务各异、 资源类型多样,所拥有的知识资源是不同而又互为补充的,通过系统中知识的获取、转换和共享等活动促进了系统的演化。

应急管理知识系统反映了从知识与知识过程角度理解和描述的应急管理过程。对于应急管理来说, 由其业务流程或者说工作流程构成了一个业务系统, 业务系统是从行为和职能的角度进行描述的,因此, 知识系统和业务系统实际上对偶存在,反映了应急管理的两个不同方面。

实际上,任何组织都有其业务流程,在业务活动中,人们总是在使用、处理知识并不断获取和应用新的知识。组织中的这些知识是随着组织的发展而发展的,构成了组织知识系统[1]。应急管理知识系统可以看作是一种应急管理虚拟组织 ( 网络组织) 知识系统,属于组织知识系统的一种。界定应急管理知识系统是为了从知识的视角、系统的视角对应急管理工作进行有效的组织和管理,提升其应急管理水平和组织绩效。

1.2应急管理知识系统的构成要素

根据系统科学思想,系统是相互作用的多元素 ( 要素) 的集合体,集合中包含的对象称为系统的组分,最小的不需要再细分的组分称为系统的元素 ( 要素)[7]。应急管理知识系统的构成元素即构成该系统的各类应急知识。由于知识属于非物质形态要素,它必须依存于一定形态的介质和载体来存储和交换。知识载体可以分为两类: 一是生命载体,也就是掌握知识的人和组织,主要是指拥有应急知识资源并参与到应急过程中的组织和个人。根据其在应急管理中扮演的角色和作用,可以分为应急决策主体和应急参与主体两类。二是物质载体,如书籍、 文件、报刊、数据载体 ( 计算机的数据库、磁盘、 光盘) 等。人和人之间、人与物质载体之间、物质载体之间会进行知识的交换。在这里,人和组织是知识系统中的活动主体,因此本文重点对应急管理主体的动态行为进行建模仿真,从知识量的角度分析各主体间的协作对应急管理知识系统的动态影响。

2应急管理知识系统中的知识活动

应急管理知识系统是一个动态开放的输入 - 输出系统,这个系统的中间过程可以看做一个 “黑箱”,这个 “黑箱” 的作用就是整合各个应急管理组织的知识体系、发挥协同效应,使之成为一个协调统一的应急管理知识系统。这个 “黑箱”中包含了在应急协同机制作用下各主体互动而表现的复杂知识流和知识活动,如图1所示。

2.1知识共享

知识共享是指各知识主体通过各种交流和学习方式,将其知识为知识系统其他成员所共同分享, 从而转变成系统的核心资源和竞争力[8]。知识共享是产生和发挥协同效应的基础和必要条件。在应急预防阶段建立应急主体的知识共享机制,可以促进主体间知识的交流、互动,增强预防知识的储备、 完善并优化预防知识体系,为应急响应阶段奠定基础。

应急显性知识和隐性知识的共享手段和方式是有区别的。应急显性知识的共享是各应急主体有关应急数据、文档等的交流,可以通过建立应急平台实现。应急平台是以现代信息通讯技术为支撑,可以实现应急监控、预测预警以及各应急单位联动等功能。应急隐性知识是关于应急经验、专业技能等难以用文字、数据表达的知识,其共享方式更多地要依靠组织之间学习交流并在实践中获得 ( 干中学) ,主要形式有应急专业技术知识的学习、应急专家会商、应急经验交流及应急综合演练等。

2.2知识转移

应急响应阶段的知识转移是一个以应急决策知识主体为核心的网络式知识转移类型。各应急组织在这个知识转移网络中扮演着双重角色,既是知识的接受者,同时也可能是知识的供应者。知识转移的主要路径有以下两种:

第一条路径: 应急参与方———应急决策方——— 应急参与方。首先,应急参与方向应急决策主体供应必要的决策知识。因为突发事件的复杂性及衍生性的特点,应急决策主体需要多类别的知识支持, 而单一的应急部门是无法提供决策所需的全部背景知识,因此应急参与方———应急决策主体之间是以突发事件的问题情境为驱动、多个应急参与方相互协作的决策知识的传递过程[9]。接下来,应急决策主体根据获取的决策知识再经过其加工处理和创造, 生成新的知识,最后转移至各相关应急参与方。

第二条路径: 应急参与方———应急参与方。应急响应过程中,各应急参与方要协作完成处置任务, 在这个过程中他们通过互相交流、贡献所长,利用自身的知识与能力共同解决问题,借助知识的转移和取得,加强配合的程度。

2.3知识创新

知识共享、知识转移是知识创造的前提条件, 知识创造是知识系统协同一个涌现性的结果。应急响应阶段,在不断发生变化的环境下,应急知识主体通过知识的获取、在知识转移过程中相互协作, 目的是对突发事件发展状态作出研判、制定决策, 以指导应急管理实践工作。决策知识的生成过程即是知识的创造过程,这个过程并不是由知识主体具有的知识的简单加和,而是由系统中的各主体经过多次逐级整合实现的复杂的涌现过程。

3应急管理知识系统的动力学建模

3.1建模目的与系统界限

系统动力学理论是处理复杂反馈系统动态行为的方法论。应急管理知识系统具有动态复杂性特征, 其演化及发展取决于系统的各主体的协同合作,并伴随着知识传递及反馈机制,具有明显的系统动力学特征。采用系统动力学方法对应急管理知识系统的动态过程进行建模分析,目的就是分析应急管理知识系统中各主体的行为关系,进而分析系统整体运行及演化过程。

系统动力学认为,一个系统的动态行为是基于系统内部要素的相互作用而产生的,并且假设系统外部环境的变化不会对系统产生本质性影响,因此, 明确系统界限是系统动力学建模的前提。应急管理知识系统协同效应的产生是各应急管理知识主体在反复的知识共享、转移、创新过程中涌现出的系统的有序结构,因此,界定应急管理知识系统的界限要从系统各主体的相互作用入手,把影响系统演化的主要因素及其反馈形成反馈回路,保证系统的界限是封闭的。

应急管理知识系统中有两类重要的主体: 一是决策主体,它是知识主体系统的核心,负责应急指挥及决策任务,控制和决策应急过程中的知识流动方向。二是应急处置组织,是应急管理的主要参与者及处置机构,他们所拥有的知识量及水平影响着应急协同绩效; 同时应急处置组织也是应急决策者的知识供给方,他们的知识存量及知识供给能力对应急决策有重要的影响作用。可见,这两类应急管理知识主体在知识系统中起到了主导性作用。本文建立的应急管理知识系统主要围绕应急管理决策主体和应急处置主体,建立两主体及主体之间知识流动的二元系统,系统界限定为应急决策主体知识子系统、应急处置主体知识子系统和知识供需子系统构成的整体。应急决策主体知识子系统是应急决策知识的需求方、接收方以及应急知识积累和创新的重要来源方; 应急处置主体知识子系统是应急决策知识的供给方; 决策知识供需子系统是将二者联系起来的渠道,通过知识的供应,实现知识的共享、 转移及创新。3个知识子系统都是应急管理系统知识存量的重要构成部分,通过知识的流动,实现知识增值,增加系统知识存量,进而实现应急管理绩效,提高应急管理水平。

3.2假设条件

系统动力学仿真建模与其他仿真方法一样,是对实际系统的反映,但却不是也不可能对实际系统原原本本进行复制,只能反映出实际系统的一个侧面,可以在满足一定要求条件下对实际系统进行简化,因此,必须要对建模提出假设条件。本文提出以下假设:

假设1: 应急管理知识主体所拥有的知识存量的增长主要通过3种途径: 一是通过主动学习实现知识和技能的增长; 二是通过主体间合作创新实现知识的增长; 三是在突发事件发生后生成的应急决策知识。随着应急系统知识存量的逐渐积累和增加, 应急绩效水平必定逐步提高。这里暂且不考虑知识的失效性对知识存量的负向影响。

假设2: 突发事件发生后,应急知识的需求量与时间存在复杂的函数关系。但一般来讲,应急知识的需求量会迅速增加,并在一定时间内达到峰值, 进而随着事件的处置而逐渐减少。本文假设知识需求量与时间呈现二次函数关系,简化了可能存在的复杂形态和波动。

假设3: 突发事件的发生会引起知识的需求、 供给及创新等。本文意在模拟这些知识的流动对应急系统知识存量变化的影响,因此模拟了两次突发事件发生,分别在 [0,10] 和 [40,50] 时间范围内,并假设事件发生的持续时间均为10个单位。

3.3应急管理知识系统中的因果关系分析

应急管理知识系统根据其系统界限及内部结构, 各子系统相互关联形成了多个反馈回路。因果关系如图2所示,其中A、B分别指代应急决策主体和应急处置组织。

系统中的反馈回路主要有:

反馈回路1: B应急知识存量→应急知识增长率 →B应急知识增长量→B应急知识存量

这是一条正反馈回路,描述应急处置组织自身知识存量的变化。应急知识存量是表示应急组织所拥有的应急知识总量,它包括与应急有关的显性知识及依附于应急人员及组织中的隐性知识。随着应急管理方法不断科学化和规范化,应急处置部门的应急预案、应急经验和技能以及应急技术手段都在不断提高和完善,表现为应急知识存量的增长,而这又会带动和提高应急组织整体知识水平,知识增长速度提高、知识增长量提升,从而提高自身的应急知识存量。

反馈回路2: B应急知识存量→系统应急知识存量→合作效率→合作知识增长量→B应急知识存量

这是一条正反馈回路,描述的是应急处置组织之间的合作促使应急组织知识存量增长,进而实现系统整体应急知识存量增加的过程。不论在平时还是应急状态,各应急组织之间通过各种合作,如会议、演练、协同处置等形式相互交流,优化应急知识储备、增长应急经验和技能,应急系统知识存量增加,应急管理整体水平提高,而这会进一步提高应急组织间的合作效率。

反馈回路3: B应急知识存量→应急知识供应量 →A应急知识处理能力→A应急决策知识量→A应急知识存量→系统应急知识存量→合作效率→合作知识增长量→B应急知识存量

这是一条正反馈回路,描述的是应急处置组织与应急决策主体之间的知识供给过程而引起的知识流动,并最终实现知识存量增加的过程。应急处置组织是决策主体的知识供给方,它提供给应急决策主体的知识量越多,应急决策主体的知识处理能力越强、应急决策知识量越多,并最终提升了系统应急知识存量水平。

反馈回路4: 应急决策知识缺口→应急知识供给量→A应急知识处理能力→A应急决策知识量→A应急知识存量→应急决策知识缺口

这是一条负反馈回路,应急决策主体的决策知识缺口要求更多的应急知识供给量,在提高了决策主体的决策能力的同时也增加了决策主体的知识存量,知识缺口逐渐减少。

反馈回路5: A应急知识存量→A应急知识增长率→A应急知识增长量→A应急知识存量

这是一条正反馈回路,与反馈回路1相类似, 描述的是应急决策主体自身知识量增长的必然性。 这恰恰体现了应急主体具有的主动适应性,通过对环境的感知而不断增强自身的适应能力,在这里主要体现为知识存量的增加。

3.4系统流图

根据因果关系图,建立应急决策主体 ( A) 和应急处置组织 ( B) 的二元系统流图如图3所示。

系统模型中一共包含15个变量,其中状态变量3个 ( A和B应急知识存量、应急知识供应量) ; 速率变量5个 ( A和B的应急知识增长量、合作知识增长量、确认供应知识量、A应急决策知识量) ; 辅助变量5个 ( 合作效率、系统应急知识存量、A应急知识处理能力、应急知识需求量、应急决策知识缺口) ; 常量2个 ( A和B的应急知识增长率) 。

3.5方程设计及变量赋值

3.5.1方程设计

本研究所建立的方程及解释如下:

( 1) B应急知识存量 = INTEG ( B应急知识增长量 + 合作知识增长量) 。应急处置组织的知识存量的增长是其自身知识增长和与其他应急组织的合作过程中增长的知识量的累积量。

( 2) B应急知识增长量 = B应急知识增长率* B应急知识存量。应急处置组织的知识增长量与现有知识存量正相关,并且按照一定的知识增长比率增长。

( 3) 合作知识增长量 = DELAY1I ( 合作效率* B应急知识存量,5,0 ) 。应急处置组织通过与其他组织合作促进的知识增长量与其知识存量及合作效率相关,但因为合作创新知识需要有一个过程,因此存在延迟效应,将延迟时间设定为5个时间单位。

( 4) 合作效率 = 合作效率因子 ( 系统应急知识存量) 。应急组织的合作效率受到整个应急系统知识存量的影响。

( 5) 系统应急知识存量 = A应急知识存量 + B应急知识存量。因为系统界限设定为应急知识主体系统是仅包括应急处置组织和应急决策主体这两类主体的二元系统。

( 6) 应急知识需求量 = IF THEN ELSE ( Time < 10, - 40* ( Time - 5) ^2 + 1000 ,IF THEN ELSE ( Time > 40 : AND: Time < 50 , - 40* ( Time - 45) ^ 2 + 1000,0) ) 。设定两次应急知识需求时间,分别发生在 [0,10] 和 [40,50] 两个时间单位范围, 且应急知识需求量设定峰值为1 000个知识单位。

( 7) 应急决策知识缺口 = IF THEN ELSE ( 应急知识需求量 - A应急知识存量 > 0 ,应急知识需求量 - A应急知识存量 ,0) 。当应急决策主体A的应急知识存量小于应急知识需求量时,出现决策知识缺口。

( 8 ) 确认供应 知识量 = DELAY FIXED ( IF THEN ELSE ( B应急知识存量 - 应急决策知识缺口 > 0 ,应急决策知识缺口,0) ,2,0 ) 。应急处置组织是应急决策知识的供给方,只有当其知识存量高于决策知识缺口时,才能发生知识供给、实现知识转移,并且这里设置了2个时间单位的延迟。

( 9) 应急知识供应量 = INTEG ( 确认供应知识量) 。应急知识供应量是状态变量,它是确认供应知识量的累积量,表现了供应知识总量的变化。

( 10) A应急知识处理能力 = 应急知识处理能力因子 ( 应急知识供应量) 。应急决策主体的知识处理能力与供给的知识量成正比,即供给的知识量越多,知识处理能力越强。

( 11) A应急决策知识量 = IF THEN ELSE ( 确认供应知识量 = 0,0 ,( 确认供应知识量 + A应急知识存量) * A应急知识处理能力) 。应急决策主体根据自身的知识存量和供应的知识量作出应急决策, 决策知识量与知识处理能力正相关。

( 12) A应急知识增长量 = A应急知识存量* A应急知识增长率。应急决策主体的知识增长量与知识存量正相关,并且按照一定的知识增长比率增长。

( 13) A应急知识存量 = INTEG ( A应急知识增长量 + A应急决策知识量) 。应急决策主体的知识存量是其自身知识增长和生成的应急决策知识量的累积量。

3.5.2参数赋值

( 1) 模型中的3个状态变量分别是: A应急知识存量、B应急知识存量和应急知识供应量,需要赋予初始值。知识存量属于一种软变量,既没有单位也很难量化。因为本研究的目的是探寻应急知识主体之间知识流动对系统知识存量的影响,因此, 知识存量的度量并不会对研究结果产生大的影响, 只需要给出一个概数就可以。根据本研究,当突发事件发生后,应急决策主体需要得到必要的知识供给以辅助决策,应急处置组织的知识存量高于应急决策主体。因此,设定A应急知识存量 = 100,B应急知识存量 = 500。应急知识供应量在供应知识之前的初始值设定为0。

( 2) 合作效率因子表示应急处置组织的合作效率与系统知识存量有关,为了简化,设定其为表函数。随着系统知识存量从500—10 000,合作效率因子从最低值0. 01到最高值0. 05变化。合作效率因子表: [( 500,0. 01)- ( 10000,0. 05) ],( 500, 0. 01) ,( 2000,0. 02) 。

( 3) 应急知识处理能力因子表示应急决策主体的知识处理能力与应急知识供应量相关,将其设定为表函数。随着应急知识供应量的不断增大,应急知识处理能力从0到0. 05变化。应急知识处理能力因子表:[( 0,0)- ( 4000,0. 05) ], ( 500, 0. 01) ,( 2000,0. 02) 。

( 4) 应急处置组织和应急决策主体的知识增长率都按照常量给定,均设定为0. 01。

4应急管理知识系统仿真与分析

本模型在VENSIM PLE平台上构建并仿真,设定仿真初始时间为0,结束时间为70,时间步长为1。时间单位设定为周。仿真结果如图4所示。

( 1) 图4是应急处置组织知识存量的变化趋势。 从图中看出,应急处置组织的应急知识存量呈现不断上升的变化趋势,这是源于应急处置组织自身及合作的知识增长。我们还可以看出,在初期,应急处置组织的知识存量增长较缓慢,从0到35周大概累积增长量为500,而从35到70周,增长量累积超过1 000,表现出增长率是在不断提升,这主要是源于合作知识的效率不断增加的结果。

( 2) 图5是应急决策知识缺口的变化趋势。因为影响决策知识缺口的知识需求有两次,且需求量均设定为二次曲线,因此知识缺口也逐渐增大,达到峰值后逐渐减少。但是我们可以看出,在两次知识需求量均等的情况下,两次知识缺口的变化量却不一样,第二次的知识缺口量要小于第一次。这说明,在知识需求量一定的情况下,随着决策主体的知识存量的不断增加,知识缺口是逐渐减少的。

( 3) 图6是应急知识供应量变化趋势,其中应急知识存量是状态变量,确认供应知识量是速率变量,因此曲线1是2的累积曲线。在第一次知识供应时期 [3,13] ( 与知识需求有2个时间单位的延迟) 内,知识供应并不连续,而是出现了供应缺口, 这是由于在这个期间知识供应方的知识存量不能满足供应需要的原因; 随着应急知识供应方的知识量不断增长,知识供给能力也在不断增强,第二次的知识供给过程中,供给知识量有显著增加。

( 4) 图7反映了应急决策主体知识存量的变化趋势。我们可以看到,应急决策主体的知识量呈现不断增加的趋势,其中在两个时间期 [3,13] 和 [43,53] 内,知识量增长显著,尤其第二个时间期,这体现了应急决策知识的影响作用。

5结论

焊接虚拟仿真培训系统 篇5

焊接是一项对过程要求很高的工作，在现有的手工焊接生产中，采用MAG/MIG焊接的约占50%，TIG焊接约占30%，MMA焊接约占20%；如：在造船行业中，MAG约占70%，MMA约占30%；那么，这就需要焊工要有扎实的操作手法、规范的动作。而在焊接培训过程中传统方式存在以下多种问题：（1）消耗大量的焊条(丝)、焊件和保护气体等材料；（2）对学员的培训过程难以准确掌握；（3）对学员的焊接水平难以评价；（4）培训效果不尽理想；

（5）培训过程环境污染严重，有害健康；（6）培训过程安全性差。

2、项目实施目的

1）减少甚至避免焊接练习过程中强光、高温、明火及烟尘以及有毒气体的产生，全面保护教师和学员的身体健康；

2）减少或者避免焊接实训过程中对空气污染的有害气体的排放，防止对环境造成污染；

3）能够让无工作经验的学员快速、真实的投入到焊接实训中，提高培训效率，避免由于无经验操作产生的事故。同时能够让有经验的训练者有更高的训练平台，提高焊接技术；

4）节省真实焊材、工件等焊接材料以及工业用电，降低培训成本； 方便教学。

3、焊接仿真模拟器概述

电焊操作训练模拟器系统是由武汉科码软件有限公司独立自主研发的焊接虚拟仿真培训系统。该系统是基于虚拟计算机系统，是以中高度仿真的教学培训系统，能让学员在接近真实的模拟环境下进行焊接技术的训练。该系统能促进焊接技能向实际工况焊接的有效转换。与传统的焊接培训相比减少了焊材的浪费。

该设备结合了：焊工的动作、仿真焊接焙池、焊接声音及焊接手感，使用该系统的受训者能够感受到几乎真实的焊接过程。

电焊模拟实训系统是新一代环保、节能、通用型操作技能实训与评价平台。该系统采用分布式仿真实训技术、虚拟现实技术、微机测控技术、声音仿真技术及计算机图像实时生成技术。在不需要真实焊机的情况下，通过仿真主控系统、位置追踪系统，将焊接演练过程中焊枪的位置、速度和角度等进行采集处理，并实时生成虚拟焊缝。

该系统将仿真操作设备、实时3D技术及渲染引擎相结合，演练过程真实，视觉效果、操作手感与真实一致。在焊接演练的过程中，学员能够看到焊接电弧以及焊液从生成、流动到冷却的过程，同时听到相应的焊接音效。

该系统与传统的焊接技艺教学能有机的融合在一起，是实现灵活、高效、安全、节约、绿色无污染的焊接模拟培训教学与考核的最佳教学方法。

通过电焊模拟实训系统，学员不仅仅可以获得与传统实训相同的操作经验，同时通过系统内置的数据采集、智能专家辅助模块和量化考核评价系统等一系列先进独特的教学功能，配合合理明晰的焊接知识穿插讲解，使学员可以获得在传统教学实践过程中难以量化的精确焊接培训指导，大幅度提升学员在培训过程中的方向性和目的性，有效缩短学员的培训周期，降低教师的教学负担，达到以低成本、低投入实现“精教、精学、精炼”的焊接培训机制。

电焊模拟器主机效果图

电焊模拟器设备图片

4、技术基础

当操作者进行训练时，系统中的多个传感器将获得的多个焊枪实时参数反馈给计算机，计算机对数据进行处理分析，并在显示装置和音响上显示相应的焊接画面和焊接声音。焊接实训设备应具有以下技术：

1、数字图像处理、信息技术。

2、计算机图形学、传感与控制技术。

3、多种焊接操作技术、安全操作规范。

4、融多项高新技术于一体，呈现代职业教育之先进手段。

5、新型的焊接训练实训设备是一种低成本、高效率、现代化的焊接训练解决方案。

焊接模拟器技术原理图

5、视景仿真系统结构

焊接模拟器视景仿真系统结构图

各个模块应具有的功能如下：

1、数据输入模块主要负责将焊接工艺参数和焊枪运动参数状态信息传递给焊接仿真模型模块和仿真引擎模块。

2、仿真模型模块主要负责对工件、焊枪等焊接仿真环境进行静态几何建模, 完成焊缝模拟、烟、光照、火光、阴影、光照等特效3D图形渲染。

3、焊接仿真引擎是系统的核心，它主要探寻焊接工艺、焊枪运动状态参数和焊缝横截面几何参数之间的关系。

4、仿真结果输出模块包括评价系统模块和其它功能子模块。主要负责实时监测仿真状态, 输出动态仿真结果，分析、评价仿真过程数据。

5、具备培训效果可评估功能：具有实时可视的操控信息反馈、虚拟焊缝的实时检测指导、训练者操作技能的实时评估功能。

6、学员端系统功能与特点

1、性能与优势： 1）、多种焊接工艺。

本套实训设备可以模拟训练多种焊接工艺，焊条焊、气体保护焊、氩弧焊、，还可扩展直流焊、铝焊、气焊，并包含焊接共享资源库。

（1）焊条电弧焊模拟训练系统

焊条电弧焊模拟训练系统可模拟焊条与工件互相熔化并在冷凝后形成焊缝，从而获得牢固接头的焊接过程的模拟系统。本系统可进行酸性焊条J422（Φ2.5、Φ3.2、Φ4.0）、碱性焊条J507（Φ2.5、Φ3.2、Φ4.0）的多种训练，并可对焊件进行平焊、立焊、横焊和仰焊等多种不同位置的焊接训练。训练者在手工焊接操作时可看到焊缝熔池实时生成，训练者的手工操作直接影响到了熔池成形的结果，并由系统进行实时的专家评定焊接缺陷，以便训练者了改进焊接手法，以达到焊条电弧焊训练效果。

（2）CO2气体保护焊模拟训练系统

CO2气体保护焊模拟训练系统可模拟以二氧化碳气体作为电弧介质，保护金属熔滴、焊接熔池和焊接区高温金属的一种熔焊模拟系统。本系统可选用药芯焊丝YJ502、YJ507、YJ507CuCr、YJ607、YJ707； 自保护焊丝：直径Φ1.0、Φ1.2、Φ1.6。并可对焊件进行平焊、立焊、横焊和仰焊等多种不同位置的焊接训。训练者在手工焊接操作时可看到焊缝熔池实时生成，训练者的手工操作直接影响到了熔池成形的结果，并由系统进行实时的专家评定焊接缺陷，以便训练者了改进焊接手法，以达到CO2气体保护焊训练效果。

（3）氩弧焊模拟训练系统

氩气体保护焊可模拟200A/mm2左右的高强度电流密度效果，焊接过程中系统可体现氩弧焊燃烧稳定、热量集中、熔滴细小、飞溅少的使用特点。并可对焊件进行多种不同位置的焊接训。训练者在手工焊接操作时可看到焊缝熔池实时生成，训练者的手工操作直接影响到了熔池成形的结果，并由系统进行实时的专家评定焊接缺陷，以便训练者了改进焊接手法，以达到氩弧焊训练效果。

2)、三种焊枪

本套实训设备包含以下三种焊枪，与真实焊枪比例一致：焊条电弧焊枪、CO2气体保护焊枪及氩弧焊枪，操作过程中有焊条融化的缩短真实体验和焊条

自动更换功能，并能体验到操作手感。见下图：

3）多种接头（焊件）形式

本实训设备可以模拟多种焊接接头形式，对接、角接、T接接头形式以及I形、V形（单面焊双面成形）、Y形坡口类型。

系统还可模拟管对板，管对管接头的形式。还可扩展多种焊接形式。

4）、多种焊接位置

本实训设备有独立的操作台，可以在虚拟场景中灵活地调节多种焊接位置，让训练者无障碍进行平焊、立焊、横焊、仰焊等多角度焊接位置训练。示意图如下：

5）、能够真实的模拟焊接过程中的各种条件设置，引弧、焊接、收弧中的

各种手法，在焊接过程中具有自动换条功能，并能体验操作中的力量反馈感，电弧、明暗场、飞溅、焊缝、声效表现逼真。

6）、系统设置简单，虚实结合，通过真实的焊板、焊枪、示教器进行焊接训练；系统可提供完善的语音提示，焊接过程中可以通过图形及语音提示帮助学员校正操作姿势，辅助指导学员的培训过程与应用。

（1）该系统具有仿真示范教学功能，示范最佳的焊枪姿态（包括焊接速度、焊枪角度、焊枪与工件的距离和位置等）。

（2）系统可体验焊接过程中的的使用感觉，包括焊条的更换等。

光伏系统并网运行仿真研究 篇6

关键词：光伏系统；最大功率跟踪；仿真；直流微网；控制

中图分类号：TM727 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）01-0052-03

近年来，人们逐渐开始利用洁净、可再生能源发电，如太阳能，风能等。光伏发电技术和产业不仅是当今能源的重要补充，更具备成为未来主要能源来源的潜力。《国家能源发展规划》规定，2010—2020年重点采用户用光伏发电系统或建设小型光伏电站，以解决偏远地区和无电户的供电问题。目前，国内对光伏并网的研究较多，相关设备越来越先进，相关理论也在不断完善。介绍光伏发电的原理和数学模型，给出目前比较流行的变步长最大功率跟踪的分析和仿真模型，在此基础上描述BOOST电路的工作原理，最后结合双向整流器提出G光伏直流微网并网的控制策略，并利用MATLAB仿真验证控制策略的可行性。

1 光伏电池的数学模型和仿真

光伏电池利用光生伏特效应产生电能，工程上普遍采用硅光伏电池进行光电转换。光伏电池的等效模型数学表达式为：

I=ISC{1-C1exp

-1+ΔI（1）

C2=（Vm/Voc-1）ln（1-Im/Isc） （2）

ΔI=αG（Tc-Tref）/Gref+（G/Gref-1）Isc （3）

ΔV=-β（Tc-Tref）+RsΔI （4）

式中：I为太阳能电池输出电流；U为太阳能输出电压；Isc为短路电流；G为太阳能辐射强度；Tref，Gref分别为太阳辐射（1 000 W/m2）和光伏电池温度参考值（25 ℃）；Vm，Im为最大功率点电压、电流；Tc为光伏电池当前温度；α为光伏电池短路的电流温度系数；β为光伏电池开路的电压温度系数。

根据上述公式得出的MATLAB仿真波形如图1所示。

2 并网变换器的控制策略

光伏并网变换器控制策略分为单级式和两级式2种。单级式拓扑结构比两级式少一个DC/DC直流变换环节，并网运行时的控制目标比较多，难以兼顾，因而较少采用。两级式虽然比单级式成本高，但其前后级可以分工合作，控制效果较好。两级式并网变换器控制又分为前级最大功率跟踪和后级最大功率跟踪2种。当采用后级最大功率跟踪时，在不同的运行阶段，前后级需要改变调节速度来满足控制要求，增加了整个系统控制的复杂程度。采用前级最大功率跟踪时，DC/DC环节只需进行太阳能电池的最大功率跟踪，利用功率平衡来维持直流侧电压。为避免能量堆积，要求DC/AC的调节速度比前级DC/DC快，但其更容易实现。前级最大功率跟踪的控制结构如图2所示。

2.1 最大功率跟踪电路控制策略

光伏电池最大功率跟踪电路有BUCK电路、BOOST电路、BUCK-BOOST电路、CUK电路。BOOST电路（如图2所示）适合工作于小功率光伏系统。BOOST变换电路主要由续流二极管D1、全控开关管T、电感和电容组成。当全控开关导通时，电感开始续能；当全控开关关断时，电感产生的反电动势和电源的电压串联加在电容C2上，这使得电容C2上的电压高于电容C1。

通过改变全控开关T的导通频率和占空比，实现对升压大小的控制。扰动观察法是目前比较常用的最大功率跟踪（MPPT）算法，它通过定期改变光伏电池电压大小来增减功率（见图1）。当运行到最大功率点左侧时，电压增加，功率增大；当运行到最大功率点右侧时，电压增加，功率减少。电压定期改变的大小称为步长。当采用定步长时，会出现最大功率点附近扰动较大或者系统进入最大功率点附近的工作时间较长等问题。而采用变步长则可克服上述问题。

采用自适应占空比扰动观察法，通过改变MPPT模块中脉宽调制信号的占空比来改变升压电路的输入和输出关系，从而实现最大功率的阻抗匹配，克服定步长扰动观察法的缺点，结构简单且容易实现。

2.2 光伏并网变换器控制策略.

三相电压型PWM整流器（Voltage Source Rectifier）采用全控型开关器件，既可以从电网上吸收功率，使系统在整流状态工作，也可以向电网输出功率，使系统在有源逆变状态工作。图2中的整流器数学模型在PARK变换后的表达式为：

=

id

iq

Vdc+

ed

eq

（5）

式中：L为交流侧滤波电感；R为交流侧线路等效阻抗；C为直流侧电容；Vdc为直流侧电压；idc为直流侧负载电流（工作在整流状态时）；id为解耦后的有功电流；iq为解耦后得无功电流；ω为交流侧电压频率；Sd为解耦后控制有功的开关函数；Sq为解耦后控制无功的开关函数。

整流器的控制策略分为间接电流控制和直接电流控制。间接电流控制由于没有交流侧电流反馈环节，所以控制原理简单、工作可靠，缺点是交流侧电流的动态响应比较慢及系统参数变化给网侧电流带来的影响比较大。直接电流控制引入了交流电流反馈，交流侧电流反应快，控制性能有所提高，但控制系统复杂程度较高。不过，直接电流控制依然是目前应用比较广泛的一种控制方法，其控制策略如图3所示。

采用L型并网，利用公式（6），（7），（8）进行并网滤波器参数的选取和PI参数的整定。

≤L≤ （6）

Kip

=

Kui=

（7）

Kup

=

Kui=

（8）

式中：L为滤波电感；C为直流侧电容值；fsw为整流器的开关频率；ia为并网后额定电流的单相值；u为并网交流电压的额定有效值；Ts为整流器系统的采样周期；Kpwm为双向整流装置等效增益。

3 光伏系统并网运行仿真

用MATLAB/SIMULINK进行仿真研究，仿真参数如下：交流侧线电压380 V；直流侧电压600 V；光伏最大功率4 kW；直流负载4 kW；滤波电感6 mL；整流器直流侧电容3 mf；直流升压电路电感1 mL。系统运行状况如下：0.3 s前，直流电网无负载，光伏电源将最大功率输送给电网（4 kW）；0.3 s后，直流电网带直流4 kW直流负载；0.7 s时，光照改变（最大功率為1 500 W），直流网从主网吸收电能来满足直流负载要求。仿真运行情况见图4—6。

图4显示了直流微网中光伏电源最大功率跟踪情况，从波形可以看出，系统很好地完成了控制目标。由图5可知，直流侧直流电压很快进入了设定值，且变化很小。图6展现了网侧相电压和相电流。系统开始仿真后，网侧电流很大，这是由系统需要向直流侧电容充电造成的，向电网提供电能时，电流和电压保持良好的相位关系；当加入直流负载后，直流微网所提供的电能和负载刚好相等，但网侧电流并不为0，这是由设计滤波电感时采用了20%的纹波电流造成的。当系统需要向电网吸收功率供给直流负荷时，网侧电流和电压相位关系也很满意。

4 结论

建立一个由光伏组成的直流微网，利用变步长实现分布式电源的最大功率跟踪，在并网运行的情况下根据负荷和分布式电源的变化从电网吸收电能或者输送电能给电网，并且保持较好的直流电压质量。利用仿真验证提出的控制目标和策略，为光伏并网研究提供参考。

仿真管理子系统 篇7

仿真分析管理系统(SDM)是企业整体创新活动中数据管理的一个重要组成部分,它填补了传统产品数据管理系统(PDM)的一个空白,SDM自成系统,又与PDM相辅相成。

PDM与SDM在对产品研发活动管理的思路上有很多共同点,但也存在一些根本的区别。在本质上,传统PDM的核心思想是管理产品在整个生命周期中的发布版本,而SDM则以管理产品设计性能信息,并根据这些信息制定产品设计决策为最终目的。在管理上,PDM管理CAD数据,其特点是文件格式单一、数据量较小但保存时间较长。而SDM则要求管理复杂的文件类型和大规模的数据,这种复杂性最终导致现有的PDM系统无法实现对仿真数据的有效管理。在形式上,SDM还需要与CAE前后处理软件进行有效集成,避免用户在应用软件和PDM之间大量切换,并最终实现仿真流程的管理和监控,因此SDM与PDM既相互独立以彼此区别,又必须紧密集成以彼此交互。

简而言之,协同仿真分析管理系统以重载快捷铁路货车产品的整体研发活动为背景,专注于性能仿真的专题领域,建立面向产品全生命周期的数据管理模式和虚拟样机集成仿真团队的组织模式及协同环境;实现仿真工具及办公软件与现有PDM系统的集成,消除企业信息数据孤岛;实现并行化设计、协同化仿真分析以及与试验研究的协同,有效缩短产品研发周期,提高产品设计品质,全面提高升企业研发创新能力。

1 协同仿真分析管理系统简介

重载快捷铁路货车协同仿真分析平台由多学科仿真分析工具集、协同仿真分析管理系统、仿真分析规范体系、高性能计算中心(HPC)等多个子系统构成。其中,协同仿真分析管理系统是协同仿真分析平台的重要组成部分,如图1所示。

2 系统架构

根据重载快捷铁路货车产品研发人、财、物的特点以及产品结构特点、PDM系统特点、仿真分析工作自身的一些特点,新一代重载快捷铁路货车协同仿真分析管理系统应具备以下功能:

1) 铁路货车数字化协同仿真共用平台

在铁路货车的主导龙头企业中建立集中、共享的协同仿真分析管理系统及其软、硬件资源,在满足龙头企业自身仿真业务需求的基础上,可以为集团内其他兄弟单位提供服务,实现资源共用和最优化配置。集团内其他兄弟单位仿真分析项目可采用有偿技术咨询服务项目的方式运作。

2) 仿真数据管理系统

建立针对仿真分析过程的数据管理系统。该系统对仿真分析相关的数据,包括所有输入数据、输出数据、中间过程数据以及分析报告等进行保存和管理,并且可以管理仿真信息的创建过程,以及数据之间的相互关系。不但可以对仿真数据进行管理、查询、分析、对比,而且通过与PDM系统之间的深度集成,对这些数据中进行知识总结、积累、重用,对产品设计的持续优化起到很好的指导作用。

3) 仿真流程管理系统

CAE仿真流程管理系统专门针对铁路货车产品研发流程进行梳理和提炼,在平台中定制和开发与CAE分析紧密相关的流程、步骤、方法等,实现分析流程的知识化、标准化、规范化和自动化,在CAE集成平台中执行分析流程时,可按照流程步骤指示完成分析,并且清楚显示各步骤的成功完成、失败、等待执行等信息,大大提高仿真流程的管理效率。具体见图2。

4) 多学科仿真工具集成系统

以电子样机为目标,建立多学科仿真工具集成系统。其涵盖线性及非线性强度分析、疲劳耐久性分析、多体动力学分析、装卸料分析、纵向动力学分析、焊接工艺分析、冲压分析、铸造分析、分析计算和试验相关性分析等学科,形成围绕重载快捷铁路货车产品研发的学科完善、功能齐全的仿真分析体系。

5) 与高性能计算中心集成

高性能计算可以充分利用最广泛的计算资源进行大型问题求解,因此,通过对协同仿真分析管理系统与高性能计算系统进行集成,将仿真分析任务递交的高性能计算系统求解步骤纳入到协同仿真分析管理系统的仿真分析流程中,将作业递交、远程监控、远程任务控制、资源配置、任务调度等工作都在协同仿真分析管理系统环境中执行,从而使分析人员将主要关注点放在仿真分析本身,而无需花费时间理解高性能计算系统的复杂接口。

6) 与PDM系统集成

实现协同仿真管理系统与PDM系统集成是提高铁路货车研发信息化建设工作的必由之路,从根本上避免在设计业务和仿真业务之间产生信息孤岛。协同仿真分析管理系统与PDM系统达到可共享设计过程和仿真过程的数据资源,并且整合设计与仿真的业务流程,为设计人员和仿真分析人员提供一体化的操作,提升设计人员和仿真分析人员的工作效率,实现企业研发流程与仿真流程的一体化。

具体过程是根据项目设计任务书里的仿真分析条目,设计主管将相应的设计模型从PDM下发到协同仿真分析管理系统。仿真分析工作结束后,仿真分析主管将仿真分析结果及计算报告通过协同仿真分析管理系统上传到PDM系统中。

在PDM产品设计主流程中加入仿真分析辅流程后,产品设计流程如图3所示。

7) 仿真知识库管理

针对铁路货车产品研发过程中积累的各种仿真规范、提炼和总结的仿真知识和经验,进行知识转化、积累和归类,形成仿真过程中的规范库、模板库。在产品研发过程中,无论成功的经验还是失败的教训,都是企业最宝贵的财富。对这些经验的提炼总结和有效利用,可以极大地提高研发效率,提高产品品质和可靠性,降低产品失败的几率。协同仿真分析管理系统和仿真分析知识库的集成,不仅支持知识库的上传、查询和引用,而且支持知识库的更新、积累和重用,从而更好地指导产品的仿真分析工作。

8) 虚拟试验数据管理系统

协同仿真分析管理系统支持虚拟试验数据的管理。利用数字化模型代替实物原型,进行产品性能的试验分析,获得虚拟试验数据;同时,通过仿真数据和试验数据的接口,实现仿真分析和试验验证的相关性分析,进而提高分析和试验的一致性。

9) 异地协同仿真

协同仿真分析管理系统支持异地协同仿真,在集团内形成一个统一的协同仿真分析平台,实现仿真数据、流程、人员的协同管理,实现资源的共享和最优化配置。

3 实现途径

建立协同仿真分析管理系统的目的是实现仿真数据和流程在系统内的有效管理。整个仿真分析管理系统的构建基于成熟的框架系统软件,并在此基础上,通过如下方面实现此系统技术方案中的功能:

1) 构建用户和权限管理

按照型号/项目等组织建立对应的人员、用户、组织、角色,依对象的生命周期、种类、使用者角色群组,对对象给予特定权限。

2) 构建CAD设计数据导入与冻结流程

构建导入确认流程,实现将型号CAD设计数据从PDM系统导入SDM系统时的设计数据冻结。

3) 客户化开发仿真业务对象编码器

客户化开发创建编码器,用于生成零部件及文档的ID,统一编码,并针对特定Item定义编码规则。

4) 定制查询和搜索

定制由属性查询零部件、图文档和各类仿真业务对象,由关联性查询零部件、图文档和各类仿真业务对象的查询搜索模板。

5) 构建结构仿真业务对象

建立管理结构分析大类的仿真文件和数据的业务对象,涵盖所需的仿真业务对象的各项属性,求解器作为分析数据集的一个属性。

6) 构建疲劳仿真业务对象

建立管理疲劳评估分析的仿真文件和数据的业务对象,涵盖需要的仿真业务对象的各项属性,求解器作为分析数据集的一个属性。

7) 构建多体动力学仿真业务对象

建立管理机构动力学仿真文件和数据的业务对象,涵盖需要的仿真业务对象的各项属性,求解器作为分析数据集的一个属性。

8) 构建设计可制造性仿真业务对象

建立管理设计可制造性分析的仿真文件和数据的业务对象,涵盖需要的仿真业务对象的各项属性,求解器作为分析数据集的一个属性。

9) 构建多学科优化仿真业务对象

建立管理多学科优化分析的仿真文件和数据的业务对象,涵盖需要的仿真业务对象的各项属性,求解器作为分析数据集的一个属性。

10) 构建试验业务对象

建立管理试验业务的文件和数据的业务对象,涵盖需要的试验业务对象的各项属性。

11) 构建协同并行计算管理平台

建立协同并行计算管理平台,在SDM系统内实现对小型机或CLUSTER集群机上相关仿真软件远程启动和作业递交。

12) 构建仿真业务对象审批流程

建立各类仿真业务对象审批流程。

13) 定制静强度仿真分析模板

在NX CAE环境客户化建立以针对摇枕、侧架、车体结构的静强度分析模板。在SDM中可以通过启动相应CAE软件来启动该模板。

模板包含静强度分析的典型步骤:几何导入、网格划分、材料定义、边界施加、求解定义、作业递交到求解器、计算结果回传到仿真分析管理系统。

14) 定制疲劳评估分析模板

客户化建立以针对摇枕、侧架、车体结构的疲劳分析模板。

15) 定制屈曲分析模板

客户化建立针对摇枕、侧架、车体结构的屈曲分析模板。

16) 定制模态仿真分析模板

客户化建立针对摇枕、侧架、车体结构的模板分析模板。

17) 定制振动仿真分析模板

客户化建立针对摇枕、侧架、车体结构的振动分析模板。

18) 多学科仿真工具集成系统

建立刚柔耦合多学科工具集成系统,以工作流程方式实现NX Nastran和Adams,Recurdyn,Simpack的柔性体输入输出、载荷传递,实现刚柔耦合多学科计算。

19) 与高性能计算中心作业调度系统集成

定制化完成在SDM环境实现对负载均衡计算调度系统的调用。在被调用的客户化作业界面上完成NX Nastran,Fluent,LS-Dyna,Abaqus软件的递交设置,通过在SDM系统内调度递交的求解作业任务,并将相应的计算结果回传到SDM系统。

20) 试验业务对象审批流程

建立试验业务对象审批流程。

21) 异地仿真协同环境建立

在PDM系统已实现的异地协同设计环境基础上,完成与仿真分析相关的系统配置。

22) 仿真知识库管理

仿真分析知识库涵盖静强度、疲劳仿真分析、模态、屈曲等领域。分类知识库中构建以零部件和仿真分析学科为分类的知识库,库内包含典型仿真分析规范、样例等。

23) CAE工具集成

在SDM系统内将目前铁路货车的各仿真分析业务涉及的CAE工具软件集成起来,将仿真作业流程中用到的各种软件的数据自动进入SDM系统。

4 硬件配置方案

为了切实支持集团公司、货车研发龙头企业与各专业中心之间的业务协同与资源共用,集团公司创造性地提出了“一主多专”的拓扑模型与业务管控模式。“一主多专”是指在主导研发企业中心实施协同设计平台、协同仿真分析平台、高性能计算中心的部署,由集团公司研究院进行远程监管和控制,研发中心和其他研发分中心通过本地或远程客户端的方式连接到研发中心服务器,软件许可证采用集中方式配置和访问。为了提高远程大规模文件的访问性能,采用在齐齐哈尔、西安等异地研发中心部署缓存服务器方式进行文件的缓存以提高访问效率。对于HPC服务器的访问,通过大连仿真分析服务器进行连接和保存结果。

协同仿真分析管理系统及高性能计算中心硬件架构如图4所示。

此外,协同仿真分析管理系统本地数据的备份采用磁带库系统通过离线方式进行数据备份,每套服务器之间的系统通过备份软件进行备份。

5 预期效果

建立协同仿真分析管理系统及其软、硬件资源,与集团公司建立的CAE资源管理系统相结合,在满足龙头企业自身仿真业务需求的基础上,可以为集团公司内其他兄弟单位提供服务,实现资源共享和最优化配置,提升铁路货车系统分析基础理论及应用技术手段和能力,实现重载快捷铁路货车数字化仿真分析管理。通过搭建起国际起国际领先水平的货车仿真分析平台,对昂贵的大型仿真分析软件、高性能计算中心实现系统内资源共用、共享。

建立重载快捷铁路货车协同仿真分析管理系统,使设计模型能够顺畅地交付给有限元工具使用,实现有限元分析流程、有限元模板重用、有限元分析过程的规范、有限元数据的管理、有限元分析结果的共享和可视化,可以大幅度提高仿真分析的水平,提高仿真分析工作的效率,缩短仿真分析的时间。同时,与试验平台之间有效集成,实现在仿真分析方案与试验数据之间的即时共享数据、彼此验证和完善方案的可行性与科学性,可大大提升仿真分析与物理样车试验之间的知识价值。

最终建成的重载快捷铁路货车协同分析仿真平台基于仿真知识和流程规范,以需求驱动仿真分析平台,与PDM平台、试验平台实现高效集成,提高公司仿真分析的应用水平,进而提升以研发能力为核心的企业竞争力,最终建成铁路货车工程仿真中心,这是建立协同仿真分析平台最根本的、最终的目标。

参考文献

[1]陈伯施.在西安工作会议上对铁路货车的发展前景的讲话[R].西安,2010.

[2]范国海,徐振东,马东,等.齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司CAE分析规范体系建设项目报告[R].齐齐哈尔,2009.

仿真管理子系统 篇8

随着计算机技术、信息技术、自动化及数控技术在制造业中的广泛应用,数控技术作为先进的制造技术的前沿,数控机床操作人员的培训也应适应时代的进步的要求,探索和尝试新的教学方法和理念,企业对数控技术工人有较高要求,采用数控仿真软件辅助教学,利用目前普

遍应用的数控仿真软件作为辅助教学工具与数控机床教学有机结合,提高数控教学水平,培养高素质的应用型数控技术人才。

1 数控仿真系统软件简介

(1)数控加工仿系统是基于虚拟现实的仿真软件,目前,市场上的数控仿真软件有上海宇龙、Machining、南京斯沃等种类,可以实现对数控铣、数控车床、加工中心等数控设备加工全过程的仿真,模拟控制系统有目前主流的FANUC、SIEMENS、华中、广州数控等系统。

(2)可实现三维工件的实时切削,刀具轨迹的三维显示;提供刀具补偿、工件坐标系设置等系统参数的设定。全面的碰撞检测手动、自动加工等模式下的实时碰撞检测,也包括机床行程越界及主轴不转时刀柄刀具与工件等的碰撞及数控程序处理。

(3)能够通过DNC导入各种CADCAM软件生成的数控程序,也可以导入手工工编制的文本格式数控程序,还能够直接通过面板手工编辑、输入、输出数控程序,具有数控程序预检查和运行中的动态检查等数控机床上的功能。

2 数控仿真系统在数控教学中的作用

数控机床的整个加工过程通过数控程序控制机床完成,是按照操作者所编的程序运行的,数控初学者由于操作不熟练、编程不熟悉,加工经验缺乏,常常由于在编程中的疏忽或操作中的失误造成刀具或机床的损坏甚至人身危害。数控仿真加工系统具备对数控机床操作的全过程运行环境和仿真功能,将加工过程用三维或者二维图形的方式记录并演示出来,可以模拟实际设备加工环境及其工作状态(如图1所示)。

为充分发挥数控仿真软件的作用,培训时可在计算机上单人单机操作培训,也可使用投影仪进行多媒体集中教学的方式进行授课。数控仿真应用在教学培训中,能够验证初学者所编的数控加工程序的正确性和预测切削过程,替代真实机床进行操作训练(如图2所示),减少占用设备加工的时间,有利于熟悉各种不同的数控机床,降低设备投入,避免设备损坏和人身伤害的风险,可有效降低培训费用,缩短培训熟练周期。

3 数控仿真系统在数控教学中的优势

与传统的数控教学方式相比,采用数控仿真系统具有以下优势:

(1)数控仿真系统软件包含多种数控操作系统,使用其作为教学辅助工具,可以使数控教学达到投入少,教学内容多样性。

(2)由于大部分培训利用计算机在数控仿真软件中实现,减少了数控机床、刀具、材料和能源的消耗,降低培训设备投入,从而降低实践环节的培训成本。

(3)能提供多种机床(如数控车床、数控铣床、数控镗床和数控加工中心等),多种数控操作系统,可根据初学者选择相应的机床型号及数控操作系统进行培训,可进行编程练习和数控加工工艺学习,提高初学者对不同数控机床不同数控系统的适应能力,使培训者以最短的时间内容入到生产实践当中去。

(4)可以弥补设备和师资的不足,充分利用现有资源,改善了数控教学成本投入高、培训效率低的局面,提高了学员的数控编程和实践操作能力。

(5)可在计算机上检验程序的正确性,观察加工过程,缩短培训周期,提高培训质量,降低设备损害及人身伤害事故的几率。

4 使用数控仿真系统培训时注意事项

首先,数控仿真系统与真实的数控机床相比,数控仿真软件中的各类机床只能做到基本相同,与真实数控机床的实践操作之间始终还有差距存在,二者不能混为一谈,相互替代,而其中一部分指令和操作方法与实际存在一些差异,有不少功能未在仿真软件上体现出来。

其次,数控加工仿真系统只是加工过程的模拟并非真实加工过程,它无法真正代替真实切削加工。因此,学员在利用数控加工仿真系统进行编程与操作练习时,往往容易忽视切削转速及切削用量的选择和刀具的选用、零件的装夹等,一旦到了实际生产中便可能出现打刀现象或影响实际零件的加工质量,从而降低生产效率等。

另外,由于数控加工仿真系统操作时不会出现任何设备及人身伤害事故,长时间使用数控仿真软件教学,会使学生认为数控编程、加工比较简单,容易使学员放松对安全生产的要求,而对于在练习时出现的撞刀、与工件干涉等现象麻痹大意,不好的习惯一旦养成,可能会在实际生产中有可能造成重大损失。因此,要求培训教师要有较强的责任心,科学运用教学系统,提高数控教学管理水平和方法,努力减少数控仿真软件在教学中的负效应,正确处理数控仿真系统在使用中产生的问题,以便收到事半功倍的效果。

5 结语

利用数控仿真系统对数控初学者进行集中培训,改变了传统的教学培训方式,将数控仿真训练与实践操作训练有机结合,在教学中科学、合理、有效地利用数控仿真系统,有利于改进数控教学条件和效率,在数控教学培训中发挥至关重要的作用,是数控教学系统学习运用的一个新内容,因此,我们要充分利用并完善这一有效资源,发挥数控仿真系统在教学培训中的优势,更好地为企业的发展服务。

参考文献

[1]黄凤岐潘宏歌《数控仿真技术的教学应用》[M]科教文汇2009(19)

[2]明建全.《科学使用数控仿真提高数控教学水平》[M]《西北职教》2008(3)

仿真管理子系统 篇9

关键词：卫星仿真工具箱,航天任务,执行,可视化,仿真

某些应急事件 (如:汶川地震) 发生后, 需要多个单位或组织利用有效的信息来应对处理突发事件。这些信息中的一部分需要利用航天资源应急获取得到, 如震后的交通设施、建筑物损毁情况等。有限的航天资源、繁多的任务、需求的时效性等情况, 都需要对航天应急获取任务进行合理高效地管理。建立航天任务执行可视化管理系统可以通过管理航天资源的静态属性信息和任务执行过程中产生的动态执行信息, 实现对任务的执行过程进行可视化管理, 为航天任务的管理提供辅助支持。

在诸多的可视化软件中, 美国AGI公司开发的STK (SatelliteToolKit) 是其中最为突出的一款航天领域系统分析、状态可视化软件。STK可以快速方便地分析复杂的陆、海、空、天各种类型的任务, 并提供逼真的2维、3维可视化动态场景以及精确的图表、报告等多种分析功能, 为确定任务的最优解决方案提供支持[1]。STK支持各类航天任务周期的全过程, 包括政策、概念、需求、设计、制造、测试发射、运行和应用[2]。另外, STK提供Connect模块, 支持多种程序语言进行二次开发。现将采用STK 8.0和VC 6.0工具实现一个功能完善的航天任务执行可视化管理系统, 并采用实例对系统的有效性进行仿真验证。

1 STK/Connect模块介绍

STK的早期版本只提供分析、动态场景显示功能, STK 6.0以后的版本提供了STK/Connect模块, 它以客户机/服务器模式提供给用户一种与STK软件进行快速通信的方式。任何外部的应用程序可以通过TCP/IP、SOCKET协议, COM接口与Connect模块进行通信;任何内部和外部的网页可以通过COM接口与Connect模块进行通信[3]。开发人员可以通过Connect模块连接STK, 将其内部的分析、2维和3维动态显示等功能嵌入到自己开发的第三方应用程序中, 实现第三方程序与STK功能的完美结合[4]。

开发人员还可以通过搭载在Connect模块上的库快速地建立自己的程序与STK进行通信, 这个库包括功能函数、常量和其它消息传递功能。Connect模块还可以有选择地产生诊断消息, 同时允许用户重写、修改消息格式, 或者使用自定义的消息格式代替标准的消息以适应第三方程序, 这些特性可以让程序员更好地控制消息环境[5]。通过Connect模块与STK和STK/VO通信, 用户可以实时地展现事件。例如, 你可以通过Connect模块输入某次航天任务过程中卫星的实时遥测数据 (星历文件) 、卫星传感器参数、传感器打开和关闭的时间, 在2D和3D窗口中模拟展现航天任务执行的全过程, 对航天任务执行过程进行可视化展现。

2航天任务执行可视化管理系统设计

2.1系统结构设计

航天任务执行可视化管理系统主要用于在航天数据应急获取任务的执行过程中对航天资源 (卫星、传感器) 的静态属性信息、航天任务的静态信息以及任务执行过程中产生的动态信息进行管理, 并对任务的动态执行过程进行可视化展现。

按照系统的实际需求, 系统结构分为:航天资源管理、任务管理、状态信息管理、任务执行可视展现4大分系统 (见图1) 。航天资源管理分系统包括:添加资源、更新资源、资源详细信息查询、资源对应任务信息查询;任务管理分系统包括:任务信息输入、任务详细信息查询、任务对应资源查询;状态信息管理分系统包括:资源状态信息输入、任务执行状态信息输入、任务执行状态信息查询;任务执行可视展现分系统包括:2维信息展现、3维信息展现。

2.2 系统详细功能设计及实现

2.2.1 航天资源管理分系统

航天资源管理分系统包括四个模块:1.添加资源;2.更新资源;3.资源详细信息查询;4.资源对应任务信息查询。

(1) 添加资源

添加资源模块提供添加航天资源静态属性功能, 包括添加新卫星、添加新传感器。添加的卫星信息包括卫星基本信息 (所属单位、卫星名称、卫星编号) , 星历文件或轨道参数 (半长轴、倾角、偏心率、近地点幅角、升交点赤经、平近点角、时间点) 。添加的传感器信息包括所属卫星编号、传感器编号、传感器类型、分辨率和单幅幅宽等。

(2) 更新资源

资源信息错误或者部分信息不全, 都会影响任务执行过程的可视展现 (如卫星轨道参数、传感器个数等) , 更新资源模块主要用于对已输入的资源信息进行更新, 包括修改卫星属性、删除卫星、修改传感器属性、删除传感器等。

(3) 资源详细信息查询

提供简单查询以及复杂查询, 简单查询可以基于卫星名称、卫星类型、传感器个数、传感器类型这几项信息中的某一项信息进行单一查询, 复杂查询可以基于以上所有信息进行与或非等多种条件查询。

(4) 资源对应任务信息查询

基于资源的一项或多项信息查询符合条件的航天资源以及该资源对应的任务详细信息, 如查询携带光学传感器的卫星名称以及该卫星所需执行的任务名称、目标区域的位置、开始执行时间、完成执行时间等。

2.2.2 任务管理分系统

任务管理分系统包括三个模块:任务信息输入、任务详细信息查询、任务对应资源信息查询。

(1) 任务信息输入

任务信息输入模块主要提供输入任务信息的功能, 任务的信息包括, 任务名称、任务编号、目标区域地理位置、目标点列经纬度、分辨率要求、执行该任务的卫星名称、传感器类型、执行时间段等。

(2) 任务详细信息查询

该模块主要提供基于任务信息的某一个或多个字段进行单一或复杂查询, 查询到的任务信息可以是任务的部分或全部信息。如查询需要在某个具体时间段执行的任务的名称、地理位置、分辨率要求等信息。

(3) 任务对应资源信息查询

该模块主要提供基于任务信息的某一个或多个字段查询符合条件的任务名称以及该任务对应的资源信息。如查询执行编号为" BH0001"任务的卫星名称、传感器类型、分辨率。

2.2.3 状态信息管理分系统

状态管理分系统包括三个模块:资源状态信息输入、任务执行状态信息输入、任务执行状态信息查询。主要用于对航天任务执行过程中产生的动态信息进行管理, 为可视化展现提供必需的动态执行信息。

(1) 资源状态信息输入

卫星的状态信息有正常、故障等状态信息;传感器的状态有忙、闲、不可工作等状态信息。资源的运行状态较为稳定, 状态信息有限, 可以相隔较长时间录入一次。

(2) 任务执行状态信息输入

航天任务的执行状态信息有:未执行、执行中、执行完成以及执行失败。任务执行状态信息可以每隔一段时间录入一次。

(3) 任务执行状态信息查询

该模块主要提供任务执行状态信息的查询功能, 如查询在过去的某个时间段内执行的任务名称、各个任务的执行状态等。

2.2.4 任务执行可视展现分系统

任务执行可视展现分系统包括二个模块:2维信息展现、3维信息展现, 主要用于对任务执行过程和对任务的执行状态进行展现, 使得相关人员直观地看到航天任务执行的动态模拟过程并了解航天任务的执行状态信息。

(1) 2维信息展现

以2维形式展示中国国界、省界、省级以上行政中心、目标区域的地理信息;根据需要展现某个特定区域的地理信息;动态展示卫星的星下点位置、卫星轨迹的地面投影。

(2) 3维信息展现

以3D形式展现地球、卫星的三维模型;展现卫星相对于地球的飞行动作;展现卫星拍摄目标区域的模拟动作;动态提示已经执行完成的任务、正在执行的任务、未完成的任务相关信息。

实现的系统主界面见图2。

3 系统仿真验证

3.1 仿真流程

系统可以实现实时和非实时两种展现模式对航天任务执行的全过程进行模拟展现。设定场景响应时间载入场景, 添加航天资源, 添加相应的航天任务, 载入区域图片, 即可对设定的时间段内的多个航天任务执行情况进行模拟展现[6]。系统仿真工作流程见图3。

3.2 仿真实现

系统设定的仿真时间参数如下:

开始时间:2009-6-14 09:00:00

结束时间:2009-6-15 09:00:00

本示例需添加三颗卫星及相应的传感器, 资源的部分参数如表1、表2所示。

本示例中选取三个任务, 任务的部分数据如表3所示。

添加资源、任务信息后, 为了系统的仿真效果需要, 导入已有的四川地区图片。在仿真工具条上选取“实时模式”按钮, 再点击“开始运行”按钮, 系统即开始仿真运行, 在某一时刻的3维展现界面见图4。

3.3 结果分析

图片左下角显示时间信息为UTCG时间“2009-6-14 07:31:19”, 加上8小时即为北京时间 “2009-6-14 15:31:19”。由图中可以看出, 当前时刻卫星“SAT-1H”正在区域“Area_RW-1” (唐家山) 的上空, 该卫星正在拍摄该区域的图片 (红色波束示意) 。绿色区域“Area_RW-2” (汶川) 代表该任务已经执行完成, 图片已经获取到。白色区域“Area_RW-3” (长沙) 为未执行区域。系统运行效果良好, 能够很好地模拟资源执行任务的拍摄动作以及正确地反映当前仿真时刻所有任务的执行状态。

4 结论

航天任务执行可视管理系统旨在建立一个可视化管理环境, 对多个航天任务执行过程中航天资源的静态、任务执行过程中产生的动态信息进行管理, 对任务的动态执行过程进行可视化模拟展现。

文中先对航天任务执行可视化管理系统的结构进行了设计, 然后对其功能进行了详细设计与实现, 最后通过选取特定的仿真时间段、航天资源、航天获取任务等对系统进行仿真验证, 系统运行效果良好, 达到了设计的要求, 具有一定的应用价值。

参考文献

[1]张云彬, 张永生.STK/Connect模块分析与应用.测绘学院学报, 2001, 18:29—32

[2]吕源, 李世忠, 胡燕.STK卫星工具软件包中数字地图叠加的技术和方法.测绘科学与工程, 2004;24 (3) :16—19

[3]杨颖, 王琦.STK在计算机仿真中的应用.北京:国防工业出版社, 2005

[4]黄洁, 党同心, 赵拥军.VC和STK集成的途径及其在仿真中的应用.计算机仿真, 2007;24 (1) :291—294

[5]张万鹏, 陈璟, 沈林成.基于STK/VO的航天任务视景仿真系统.计算机仿真, 2005;22 (10) :82—85

仿真管理子系统 篇10

在机械产品创新设计的过程中,随着计算机技术持续深入的应用,仿真分析已经从单纯的设计方案验证逐步转为对产品设计全过程的支持。随着产品复杂程度的不断提高,产品的性能分析会涉及多学科问题,需要设计人员、管理人员和不同领域的仿真分析人员协同工作。此外,在对产品进行各类型仿真分析的同时,会伴随产生大量的形式各异的模型数据和相关文档。如何解决异地、异构平台下的数据资源共享,在协同仿真过程中实现对CAE数据的有效管理已成为产品研发阶段的重大挑战。近年来,许多国内外研究机构与商业公司围绕协同仿真以及数据管理集成等技术展开了广泛的研究[1,2,3,4,5,6,7]。

协同仿真环境(collaborative simulation environment,CSE)是针对仿真数据的异构性、仿真流程的复杂性和多变性,以及仿真对象的多样性等问题,建立的一种以流程和数据管理为核心的复杂机械产品仿真解决方案。针对机械产品设计初期的多学科性能仿真要求,CSE采用面向服务架构(service-oriented architecture,SOA)集成各种异构仿真软件,利用仿真任务的流程化实现软件调用与人员工作的协同。平台为仿真分析人员和管理人员提供不同层面的仿真数据和报告管理功能,结合仿真流程的实时可视化监控,有效地帮助管理人员及时作出正确决策。

构建适合机械产品仿真特点并满足流程管理要求的数据库系统,成为协同仿真环境开发的重要环节。因此,需要通过对仿真数据的特点、类型进行详细分析,基于CSE的技术架构,设计既符合机械产品特点,又满足仿真分析人员管理需要的数据库系统。笔者利用Java内容仓库[8,9,10]模型构建了仿真分析数据库结构,结合关系型数据库管理系统MySQL[11]管理仿真流程数据,为协同仿真环境提供关系数据库与内容仓库协同工作的底层组件。

1 数据管理系统技术

1.1 Java内容仓库

在复杂机械产品的仿真过程中,产生结构化数据的同时,也伴随有大量的非结构或半结构化信息。结构化数据可以通过现在主流的关系数据库系统进行管理,半结构化信息可进行转化处理,而且也有专用数据库,近年来涌现的内容管理系统(content manage system,CMS)能够解决非结构化信息的管理问题。但是,由于各种内容管理器产品之间使用不同API提供服务,不具有可互换性,因而无法实现数据资源的自由共享。Java内容仓库是一个高级的信息管理系统,该系统是传统的数据仓库的扩展,它提供了诸如版本控制、全文检索、内容分类、访问控制、内容事件监视等内容服务。尽管很多现有的CMS或多或少包含有与内容仓库类似的功能,但CMS不是内容仓库,它只是将内容仓库用于底层组件,以用来实现业务逻辑。JSR-170规范[12](Content Repository for JavaTM Technology API,JCR API)规定了一个能与内容仓库互相访问的、独立的标准方式,从而实现了内容管理器模块的标准化。

JSR-170主要规范了数据模型、数据存储,以及与数据存储相关的管理功能。Java内容仓库总共分为3个层次,层次的划分主要根据读、写、扩展功能三方面制定,以适应提供横向功能的厂商。读就是可以读取数据信息以及模型信息;写就是不仅可以读,还可以将数据保存到存储空间;扩展就是除数据模型外的附加功能,如SQL搜索、版本控制、发现机制、锁机制、事物机制等,这些功能形成了一个完整的企业内容存储领域空间。

图1给出了遵循JSR-170规范开发的应用系统的结构。在该系统运行的时候,它可以操作内容仓库1、2、3中的任意一个,数据可使用关系数据库、文件系统和XML来存储。在这些内容仓库当中,只有内容仓库2是直接支持JCR API的,另外两个都需要JCR API驱动来和应用系统交互。

1.2 Java内容仓库模型

Java内容仓库模型[8,9]是一个树状结构,树上的元素分为两类:节点(node)和属性(property)。从根开始,内容元素的定位采用UNIX文件系统风格,例如“/A/B/ccc”表示根下面A节点的B子节点的ccc属性,而且可使用相对定位符“.”和“..”。仓库模型是由单一内容仓库构成,有一个或多个工作区。每个工作区都包含一个项目树,项目用节点的方式来表达。节点可以有零个或多个子节点以及零个或多个相关属性,每个属性有且仅有一个父节点,不能有子元素,而实际的内容保存在节点的属性中。每个节点都有且只有一个主节点类型,主节点类型定义了节点的特征。除了主节点类型之外,节点还可以有一个或多个混合类型等。内容仓库模型如图2所示,其中,圆圈代表节点,矩形代表属性。节点A和B都衍生自一个根节点,同时根节点可以有属性,例如整型属性“Value”值为100。节点B有1个子节点D和2个属性,字符型属性“Name”的值为“flow”,整型属性“ID”的值为1。

1.3 关系型数据库

关系型数据库采用关系模型,这种模型概念简单、清晰,并且具有严格的数据基础。与内容仓库的操作相比,这种数据库操作直观、容易,存取速度快,而且能够避免数据冗余。目前主流的关系型数据管理系统有Oracle、MySQL、SQL Server和DB2等。其中,MySQL是当前较为流行的开源数据库,可以存储大量的种类繁多的数据,并且提供服务以满足任何组织的需要,因此CSE的数据管理系统中选择该数据库作为底层组件的一部分。

2 协同仿真环境中的数据管理系统

2.1 协同仿真环境中数据的特征与分类

复杂机械产品的仿真分析涉及各种结构与系统,分析类型包括静力学、动力学、运动学等。由于分析对象与分析类型的差别,也就存在种类繁多的结构化数据、半结构化信息和非结构化文档。结构化数据包含有用户、流程信息、仿真任务参数与仿真结果等,如分析对象的主要结构尺寸和材料属性、分析过程中的边界条件、分析结果中的应力和位移等各种类型的数值。半结构化信息有Web页面、流程与仿真数据映射成的XML文件。非结构化文档表现形式有文本、图形图像、业务文档、数据库文件、音频/视频等,仿真分析的中间过程和最终结果有很大一部分是以图形、动画等形式表现的,因此对这部分数据的管理是仿真数据库的一个主要内容。此外,有限元软件、动力学分析软件、结构优化软件、绘图软件等辅助工具在仿真分析过程中将产生必不可少的二进制文件,这些仿真数据文档需要占用大量存储空间。在协同仿真环境中的仿真流程控制模块中,除了以上提到的仿真分析数据,还包含许多仿真流程信息、仿真任务信息和用户信息。

根据信息与用户、流程和仿真的关系,将各类数据分为三类:用户管理信息、仿真流程数据以及仿真分析数据,详见表1。而仿真流程数据实际上包含了仿真流程在建模过程中的参数,也包含了部分在流程运行过程中施加的仿真分析参数,这类参数与仿真分析数据的仿真任务参数是一致的。

2.2 协同仿真环境中的数据管理系统技术架构

建立为协同仿真环境服务的数据管理系统,需要先了解CSE的体系结构。CSE的功能框架可分为三层:数据支持层、环境集成与服务层、用户界面层。数据支持层包括数据库、模型库和知识库,为设计及仿真平台提供数据与模型的提取与存储管理,是整个系统的底层支撑;环境集成与服务层是系统功能的中枢,包括仿真流程管理系统、协同运行平台支撑、知识与报表管理系统等;最前端是用户界面层,包括Web浏览器和仿真流程编辑与执行工作台,通过这些前端界面实现具体的机械系统仿真任务和管理,如流程的定义、数据与报告的查看;同时也能完成仿真分析,如三维模型的建立、虚拟样机的构造、样机仿真及结果分析等。

图3为协同仿真环境中的数据管理系统技术架构。按照协同仿真环境管理与分析功能这两条主线,用户分别通过Web浏览器端与Eclipse RCP客户端与平台进行交互。

在Eclipse RCP客户端的工作台(Workbench)中实现仿真流程的建模与控制执行,采用.NET、COM等技术对流行的商用CAE软件和自主研发的仿真工具进行开发整合,完成仿真数据的采集并保证向数据库服务器与内容仓库服务器的同步存储。利用Web Services技术和 REST Service技术集成本地、远程以及网络服务,利用DAO(database access object)接口与CAO(content access object)接口通过JDBC与JCR访问数据库,保证系统的安全性能,方便用户通过Internet/Intranet进行多种功能的查询。

Web用户界面以Java为工具进行开发,可以进行用户管理、仿真数据管理、仿真流程管理和仿真报告管理。J2EE服务层是连接客户端与数据库的桥梁,采用REST Service架构,REST是一种针对网络应用的设计和开发方式,能够提供标准的简单的接口。该层同样通过接口DAO和CAO来访问数据库。

DAO模式是一种在J2EE中大量使用的设计模式,它主要的特点和目的是将跟持久层相关的问题与业务逻辑层相分离,通过DAO向业务逻辑组件提供数据库访问的接口。Hibernate作为数据访问层的底层持久框架,实现面向对象的域模型到传统关系数据库的映射。基于数据映射原理,提出使用与DAO类似的CAO,建立一种面向对象域模型映射到内容仓库的机制,使得数据使用者无需关心内容仓库访问的具体方法,同样也实现了业务逻辑层与内容仓库的隔离。

数据服务层中采用Hibernate的轻量级ORM(object relational mapping)模型和用于Java内容仓库的自定义ORM进行数据持久化,仿真数据的存储采用文件服务器和数据库服务器联合的方法。为了保证数据传递的准确,通过数据驱动组件处理CAE软件操作异常、断电等事务,实现数据回滚。

2.3 协同仿真环境中仿真数据的存储

针对以上协同仿真环境中的数据特点和分类,数据库系统使用MySQL和Java内容仓库协同工作。图4为协同仿真环境中的数据存储关系图。数据库服务器存储与用户、仿真流程相关的所有信息以及部分仿真参数,由于这些数据使用频率高、占用空间小,故采用目前常用的关系型数据库管理系统——MySQL以提高数据存储速度,减少数据冗余。

对于与仿真分析相关的使用频率低、占用大量存储空间的文件,以及重要仿真任务参数和结果则存储于采用Java内容仓库技术的文件服务器上。根据机械系统从系统到部件、从部件到零件的层次逐级分解(与机械产品系统的BOM相类似)的数据展示形式,仿照仿真分析人员利用文件夹管理仿真数据文档的方法,采用Java内容仓库提供的树形结构对这类数据进行存储,最后,通过Web表示层提供给用户友好的产品零部件树状关系图。

根据仿真分析本身特点,在Java内容仓库中,需要通过自定义设计仿真数据仓库的一套节点类型,以便有指定的数据类型来描述节点的数据结构。为了便于区分和存储,将仿真分析数据分为元数据与数据文档。仿真元数据指的是仿真分析人员根据分析要求和仿真经验提取的仿真任务参数与仿真结果参数。仿真元数据可以定义成不同类型的数据,直接存入Java内容仓库的节点属性中。仿真数据文档又分为两类:一类是仿真分析人员在分析过程中提取的各种文件;一类是仿真计算过程中需要自动生成的计算模型与结果文件,包括几何模型文件、仿真分析模型文件、仿真过程与结果文件、图形图像与文本文件等。对于第一类仿真数据文档,需要根据数据文档的格式进行相应固定位置的存储。对于第二类仿真数据文档,由于它主要供仿真分析人员以后查看和计算所用,故对于数据库开发人员而言,不必关心数据文档的具体格式,只需将这些文件存储入相应的节点,利用WEBDAV方式[13,14]就可以实现对仿真数据文档的上传和下载。

需要指出的是,关系数据库与内容仓库中均存储了仿真任务参数。这些参数决定整个设计过程的一致有效性,在流程运行、报告管理与数据管理中都需要用到。在协同仿真环境中,CAE服务器已经保证了以上数据的同步。

3 协同仿真环境中数据管理系统的应用

为了符合机械产品“整机→子系统→部件→零件”的四层关系,利用内容仓库的树形结构实现对仿真分析数据的存储。仿真数据的元数据信息以节点属性的形式来实现存储,而数据文档则放在相应的节点目录下。关系数据库则存放仿真流程、用户相关信息以及部分仿真任务参数,以供仿真报告生成的快速调用。

为验证系统的有效性和实用性,选取某天线传动锁定装置在协同仿真环境中进行分析。该装置较为复杂,包含许多典型机械零件,需要进行仿真分析的类型较多,包括结构静力学与动力学、多体动力学与运动学,其数据管理的应用具有一定的代表性。图5为协同仿真环境的数据管理页面,左侧为项目树,项目树反映了Java内容仓库的真实存储结构。项目下包含有传动锁定装置这个子系统,针对该子系统需要进行各种类型的仿真分析,页面仅列出静力学分析下的结构。

在静力学分析类型下包含有多次不同分析状况,分析状况的不同会导致不同的模型属性、边界条件与仿真结果。为了便于实现仿真任务的流程化,需要将仿真过程进行步骤的划分,划分原则是保证常用软件的操作习惯和仿真数据在各步骤提取时不重复。将仿真过程划分为:原始模型、计算模型、模型属性、约束设置、载荷设置以及分析结果。针对这些分类,可以将静力学分析过程中的相关数据进行存储,原始模型和计算模型中主要存储CAD和CAE初始模型;模型属性中存储分析对象材料信息;约束载荷主要记录约束和载荷的类型、数值与位置;分析结果主要存储一些应力数据、位移数据、图片和动画。以上所有信息,通过树形结构就可以完全展示各级之间的关系。

图5右侧显示了元数据的管理页面,以最直接简洁的表格形式描述节点的所有元数据信息,元数据只包含两列信息:属性名与属性值。仿真分析人员无需在众多的文件夹中找寻与元数据对应的数据文档,在页面上就可以直接查看元数据并下载文档,包括查看与下载图形、视频以及二进制数据文档。图5中显示了天线传动锁定装置几何模型的相关参数,包括质量、体积、材料信息,以及系统构成等。

由于协同仿真环境中智能报告生成的基本参数来源于关系数据库,因而能够获得较快的数据读取速度。所有报告内容的选项都与关系数据库保持相同的结构,即在级联菜单中,每级菜单的选项都与上级菜单关联,其关联结构与数据库一致,实现报告内容的动态级联。此外,各级菜单选项的添加均不需要刷新页面,缩短了用户等待时间,把对资源的浪费降到最低。

4 结论与展望

通过对复杂机械产品协同仿真过程中各类仿真数据的特点分析和分类,构建了协同仿真环境的数据管理系统的技术架构。基于协同仿真环境的功能框架,设计了关系数据库与内容仓库协同工作的数据库系统。选取某天线传动锁定装置在协同仿真环境中进行分析,可以快速、准确地获得仿真分析相关数据,表明了这种数据管理系统的有效性和实用性。由于协同仿真环境尚处于开发阶段,验证实例仅为包含静力学、动力学与运动学分析所产生仿真数据的应用,整个系统还需要多学科分析与耦合的验证来不断完善。

随着机械产品设计模式的转变,建设具有多领域协同仿真能力环境将为提高产品质量、缩短产品设计生产周期作出重要的贡献。协同仿真技术在产品制造业领域的广泛应用,能够进一步加强企业的研发能力,提升企业的核心竞争力。

港口物流系统的调度仿真研究 篇11

关键词：物流系统；港口；生产调度；仿真

中图分类号：U691.3 文献标识码：A

近年来，计算机技术、信息处理技术、自动化技术飞速发展，国内外在物流系统的自动控制方面已取得了令人瞩目的成绩。而我国港口物流系统的智能监控与调度还有待发展，这是一个复杂的系统工程问题。涉及物流信息的自动获取、传输和处理，基于物流信息的货流自动调配等多学科的理论和技术。从自动化、智能化、集成化的需求来看，理想的港口物流调度系统应能自动获取经过各物流节点的货物信息，并能对这些物流信息进行高效率地处理，根据货物的入港/出港要求，自动分配、导引港内货场设备实现货物的合理堆放和高效装卸。基于以上考虑，本文进行了相关的分析和研究，旨在为进一步构建港口物流系统的智能调度系统奠定基础。[1]

一、系统需求分析

集装箱港口物流系统是一个复杂的多环节的多维空间作业过程。为了保证效益，要求集装箱港口有合理的布局和各个部门有条不紊的配合。本文主要运用RFID技术采集有关集装箱货物和港口货场的数据信息。计算机主控中心根据这些数据给出相应的解决方案，如路线的选择，堆场机械的调配情况等。然后发出指令到集装箱码头各下属生产部门，如中心调度室、检查桥、码头前沿和堆场等理货部等部门，再结合其它相应的技术具体实施。

1系统的装卸需求

集装箱在港口中的运动是人力不可完成的，完成这一过程需要大型的装卸设备，如装卸桥和塔吊。为了保证效率，这些大型装卸设备的合理控制调度及为重要，一旦哪个环节信息不畅通，调配不合理，就会影响整个物流环节的效率。这就要求集装箱港口有畅通的信息流，统筹兼顾全局的调配系统，合理的平面布局以及集装箱装卸工艺。

2系统的运输需求

集装箱在港口货场的运输主要是靠集装箱卡车来实现的，为保证桥吊的工作效率，一般在码头后方配备较多数量的龙门吊和集卡，以防止在装卸船过程中出现桥吊等候集卡的现象。但在这种配置模式下，一方面对于集卡资源有一定的浪费，另一方面，当码头上集卡数量过多时，堆场上集卡运输可能发生交通堵塞。集卡运输是衔接着前沿桥吊和后方龙门吊的工作，只有令其数量和车速的安排同时适合桥吊和龙门吊的装卸，才能确保整体效率的提高。

3系统管理控制需求

系统通常被认为是一个整体，当系统从环境取得一定的输入内容后，它将按照一定的方法对输入的内容进行加工处理，然后产生一定的输出。作为一个系统，首先能够完成对从环境中获取的信息进行处理，然后将系统中的人、机、各种方法有机的结合起来，实现对运输装卸设备的实时监控和调度。

二、系统设计

根据系统的性能和特点的分析，可以选定系统中各个单元具体的设备。在本系统中，就采用射频识别设备作为集装箱货场的数据采集终端，因为它能够比较好的适应货场露天工作的环境，保持数据的有效性。

集装箱本身体积大，重量大，因此在港口中用装有GPS的集卡进行运输，用装卸桥或塔吊装卸搬运。而集卡的运输路线，装卸桥或塔吊等设备的运用都是由主控中心监控和调配的。

整个系统的管理、控制与计算机是分不开的。改变了过去人工管理、控制的各种不便。在港口货场中，计算机控制中心对货场集装箱的运输、搬运等进行有效的管理，并做出相应的控制决策，由下面的机械具体执行。[2]

系统的主要完成以下功能：信息采集，信息加工与处理（如保存、查询、统计等），指挥调度决策的运算和决策的具体执行。

1数据信息的采集和处理

针对小范围内静态和动态位置的信息采集，是通过RF系统获得。我们在集装箱上安装一种高频、有源的标签，标签平时工作模式为睡眠模式，当集装箱在移动过程中进入某个Reader区域后，Reader就能感知到附着在集装箱上Tag，从而可以根据Reader的位置来确定集装箱的位置。而静态位置中主要是获取平面坐标位置和三维坐标位置。

物流环节的状态信息可以很方便地写入到标签中。然后将每个货物的信息通过无线的方式送至数据管理单元，再由数据管理单元对数据进行安全性处理，包括对数据的校验和对数据的纠错的编码、解码处理。

2对集装箱的智能监控和调度

系统的决策是建立在数据采集的基础上的。射频识别设备单元把原始数据经过加工处理后，将信息传送到决策系统，同时系统的监控单元也将检测到的集装箱信息和集装箱卡车或装卸桥的运行状态、具体方位传输到决策系统。决策系统就根据这些信息，按照一定的规则进行集装箱的货位分配，在确定了具体的货位等信息后，在管理信息系统中建立起路径规划的数学模型，并根据相应的信息对这个数学模型进行求解，查找出集卡或装卸设备运行的最优化路径，将获得的结果应用到系统的决策过程中，完成智能监控和调度。

三、仿真设计

港口的作业是一个复杂的过程，其中往往存在一些随机因素，例如桥吊和龙门吊的提放箱时间、龙门吊和集卡的行走时间具有随机性。因此，单纯的采用解析计算方法或按照理论、经验进行设计，在实际应用当中会有一定的偏差，有必要采用计算机仿真的方法进行资源配置、修正。文中主要选用目前在物流领域广泛使用的AutoMod V10.0仿真软件，该软件具有交互式面向对象的建模环境，能够以三维图形化方式定义模型及逻辑关系，仿真结果以表格、曲线图、直方图输出的同时还可以动画方式显示在屏幕上，便于直观分析。

集装箱港口在作业过程中主要有三种设备参与，即桥吊、集卡和后方堆场设备。只有这三种资源相互配合，相互协调，共同完成任务。仿真模型模拟的是集装箱港口的集装箱轮船从卸船开始到装箱完毕的整个运营过程，显示了桥吊、集卡和后方堆场设备之间的全程协作，通过对不同集卡配置数量和集卡车速的运行结果考察，找到适于流程特点的最佳策略。

由于集装箱港口的生产过程是多环节且并发性强的离散事件系统，不同设备发生的主要事件流程如下。

1桥吊

装船作业中的流程：从集卡上提起集装箱，将集装箱放置在船上指定箱位；

卸船作业中的流程：从船上某个箱位提起集装箱，对空闲集卡发出指令，集卡到达指定位置后，将集装箱放置在集卡上。

2堆场设备

装船作业中的流程：从箱区某个箱位提起集装箱，对空闲集卡发出指令，然后将集装箱放置在集卡上；

卸船作业中的流程：从集卡上提起集装箱，将集装箱放置在箱区的指定箱位。

3集卡

集卡作业流程：在等待区域等候指令，接收到指令后到指定装箱地点(港口前沿／堆场)处接箱，然后运输到指定卸箱地点(堆场／港口前沿)处等待放箱，完成后返回等候区域等待指令。

集卡在往返堆场和码头前沿间的运输过程中，对于路径选择的原则是：在通往目的地的可行路径(即不堵塞)中，优先选择最短路径。即先判断目的地，再判断前方路径是否堵塞，最后选择路径。

四、结语

本系统在仿真运行过程中，起到了加快信息处理和反馈，提高工作效率，减少信息出错，提高了集装箱堆存合理性和堆场利用率的效果，并可为相关部门的管理决策及时地提供了可靠的依据，提高了港口的经济效益。

港口将信息化管理合理的应用到港口作业一线中，成为提高港口经济效益、提高作业效率、提高企业管理质量和形象的重要方向性工作，本系统是管理信息技术与港口实践相结合的产物，适合了港口管理的需要。这在对于近一步推动港口信息化、智能化管理中发挥更大的作用具有积极的意义。

作者单位：刘华琼，山东交通学院交通与物流工程系；甘淑萍，安南；山东交通运输集团

参考文献

[1] 真虹编.港口管理[M].北京：人民交通出版社，2005.78-85.

[2] 韩晓龙,丁以中.集装箱港口装卸作业仿真系统[J].系统仿真学报.2006，8：2366-2369.

Research on Scheduling Simulation of Harbor Logistics System

Liu Huaqiong1 Gan Shuping2?An Nan2

(1. Department of Traffic and Logistics Engineering, Shandong Jiaotong University；2.Shandong Traffic Transportation Group)

Abstract: Scheduling is one of the key problems of production management in harbor. It greatly affects the efficiency of harbor operation. In this study, the demand and structure of harbor logistics system was discussed, and a discrete and stochastic model was developed with the commercial simulation software of AutoMod V10.0.

仿真管理子系统 篇12

关键词：继电保护,故障分析,整定管理,仿真系统,实际应用,系统主要模块

对于电力系统而言, 继电保护是重要的安全措施之一。因为继电保护装置它的选择性、灵敏性以及可靠性直接会关系到电网的运行安全。而衡量继电保护装置选择及灵敏性的一个重要指标就是继电保护的定值。因为继电保护正确合理的定值直接会关系到电力系统的安全运行, 所以对于电力工程而言, 继电保护定值的整定计算具有非常重要的意义。

1 引进新型继电保护整定计算软件的必要性

在还没有新型继电保护整定计算软件出现的时候, 对于继电保护的整定计算主要还是依赖于人工手算, 有时也会辅助于一些计算设备, 但是因为实际工作当中会因为工作量大或者计算费时过长等等原因而造成最后的结果与实际结果的偏差较大。短路计算是继电保护整定计算工作中的前提和基础, 早期的短路电流计算程序还是在DOS操作系统下完成的。这些软件在早期虽然被用到电流计算中, 但是在实际工作当中它还存在着诸多的缺陷, 这些缺陷主要突出表现在以下几个方面, 功能、建模方法及管理数据库。

首先系统功能单一。因为该系统只能做好对于部分保护类型的定值计算或者是对故障进行计算, 而对于继电保护专业管理的工作实际的功能发挥作用并不大。

其次该建模方法落后。该系统主要利用支路节点输入法, 在进行支路节点输入时它对电网的支路及相关节点进行逐一的编号, 再以数据文件形式输入, 通过这种方式先将电网的原始模型构建出来。因为在实际操作过程中这种软件限制了电网的节点数, 所以在网架结构复杂的趋势下很难跟上地区电网的发展速度和步伐。

最后该系统不具备完善的继电保护管理数据库。因为缺乏系统和完善的数据库信息所以很难实现电网继电保护生产管理工作的有效实施。为此, 《继电保护故障分析整定管理及仿真系统》的开发为解决以上问题提供了新的思路, 成为目前许多地区电网继电保护生产管理的有效工作平台。

2 继电保护故障分析整定管理及仿真系统的功能

在研发《继电保护故障分析整定管理及仿真系统》过程中, 严格执行电网短路计算及整定计算规程, 结合地区电网的结构特点及其运行要求, 经过大量的运行调试, 不断充实、修改和完善, 经过几次程序升级, 如今的软件系统已经趋于全面成熟。该系统基于Windows设计、基于数据库设计、基于图形化设计、采用了当今先进成熟的计算方法和软件技术, 构成系统的主要模块如下图所示。

构成继电保护故障分析整定管理及仿真系统由图形化建模故障分析、继电保护整定计算、图开化继电保护仿真校验以及继电保护设备数据库定值数据库四个主要模块组成。第一对于图形化建模故障的分析, 因为该系统采用先进的故障分析程序, 所以当用户进行故障分析时就会变得非常简便, 可以在提供的有效图形环境里画出电网接线图。这样故障分析程序的结果将会自动生成并显示出来;第二对于继电保护整定计算。系统软件可以将电网线路上的图标进行整定然后将其配到电网相应位置上, 通过自动整定或手动整定来实现整定计算。整定计算工作完成之后就可以输出完整的计算书;第三对于图形化继电保护仿真校验。在对继电保护装置动作进行仿真校验时先要设置对应的运行方式和故障类型。那么系统在这个过程中就可以调用故障模块来决定是否跳闸。除此之外该系统还可以实现对开关制动的模拟进行后备动作的保护行为;第四关于继电保护设备数据库及定值数据库。因为该系统软件具有优于其它的系统软件的优点, 它拥有完备的继电保护装置数据库和保护定值数据库。所以实现了电网故障分析和整定计算与该系统数据库形成一个整体, 突出了它的整体性。

3 继电保护故障分析整定管理及仿真系统的应用

为了加深对继电保护故障分析整定管理及仿真系统的认识, 先要了解继电保护故障分析整定管理及仿真系统的应用, 笔者结合实际工作经验对此进行了相关的应用总结。

3.1 继电保护故障分析整定管理及仿真系统为生产工作带来便利

继电保护故障分析整定管理及仿真系统为生产工作带来了诸多的便捷, 主要体现在以下几个方面。其一它可以自动生成电网主线图、序网阻抗图以及继电保护配置图, 这个功能加大了生产工作的工作效率;其二它可以使手动整定和自动整定变为现实, 在整定工作完成之后还可以直接打出整定书, 这样就可以实现定值的整定配合, 大大减少了人员因素而造成的误差情况;其三它可以通过故障仿真功能检验保护动作行为;其四它还可以根据实际电网数据迅速地查电网的具体故障点, 为后序工作的开展提供准确和有利的数据;其五在短路计算过程中可以设置多种运行方式并且还可以模拟多种故障类型, 为故障分析提供更多的数据依据;其六该系统管理查询功能强大, 查询功能为多种运行方式提供了方便。

3.2 继电保护故障分析整定管理及仿真系统在应用中不断地完善

为了使继电保护故障分析整定管理及仿真系统得到更加广泛的应用, 所以还需要在不断应用过程中进行不断的完善, 以实现创新思路和创新要求的目的。为此, 笔者结合与其它研发人员进行的研发思考做了工作上的改进。主要包括以下几个方面, 因为原来的窗口选择时灵活性不强所以实际操作起来不是非常的方便, 而经过工作改进后绘图使用拉伸命令时增加窗口的灵活性;第二原来元件不能一次性实现复制到指定位置, 而经过工作改进后在进行绘图时可以实现直接将元件复制到指定位置;第三早期由于字节数受限所以对运行方式的描述不能做到全面和具体, 但经过后来工作改进增加字节后就可以呈现更多的运行方式描述, 从而使得选用的运行方式更加清晰明白;其四对于网架结构复杂, 变电站数量较多的地区电网, 为了提高整定速度, 缩短故障计算时间, 可以将大电网分为多个区域块电网, 每个区域块电网定义为一个独立的子网, 利用网络等值参数对各个区域块电网进行等效连接, 然后再进行故障计算及整定计算。

3.3 继电保护故障分析整定管理及仿真系统的改进建议

为了继电保护故障分析整定管理及仿真系统能够在实际工作得到更广泛的应用和普及, 笔者对自己所在地区继电保护故障分析整定管理及仿真系统的改进工作提出了一些建议, 希望同行可以相互借鉴。

其一增加了联络线两端继电保护装置相继动作时, 校验保护定值灵敏度的功能;其二在自动整定功能下, 若计算的线路零序Ⅳ段定值大于该线路Ⅲ段定值, 则零序Ⅳ段定值应自动取为零序Ⅲ段定值;其三修改软件在故障查询及仿真校验时对电网故障过渡电阻的取值, 使之计算的电网故障点更加准确;其四故障计算中, 应增加查询主变中性点电流互感器中流过的零序电流, 便于准确校核变压器零序电流保护灵敏度;其五线路零序Ⅳ段保护在与相邻主变高压侧 (220 k V) 零序最后段 (零序Ⅲ段保护跳总出口) 配时不能选择高压侧零序Ⅲ段, 只有中压侧零序电流可选, 建议进一步完善。

4 结语

科技时代引领下使信息网络技术在电网生产和电网管理工作中得到广泛的应用, 它的重要性也在电网工作中得到突显。而这些悄无声息的变化也正在推动着微机型继电保护装置的普及、故障信息系统的广泛应用以及综合自动化变电站的不断建立。对于继电保护故障分析整定管理以及仿真系统也已经在一些区域电网中得到广泛的应用。它的广泛应用不仅在继电保护整定计算工作效率上是一个很大的提高, 而且它还为继电保护装置以及继电保护专业培训在线运行提供了新的模拟方法。总而言之, 继电保护故障分析整定管理以及仿真系统既为继电保护专业信息资源共享提供更加良好的信息平台, 又为继电保护专业管理工作提供了更加标准和规范化的路径。

参考文献

[1]崔家佩, 孟庆炎, 陈永芳.电力系统继电保护与安全装置整定计算.水利电力出版社

[2]220-500kV继电保护与安全装置运行整定规程.水利电力出版社

[3]3-110kV继电保护与安全装置运行整定规程.水利电力出版社

[4]江小佩, 孟庆炎.-电力系统继电保护与安全自动装置整定计算[M].北京:水利电力出版社, 1993

[5]张待礼, 朱第光, 刘小雨.继电保护与安全装置运行整定.中国电力出版社, 2003 (3)

[6]赵祥民, 朱开合, 江小非.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算[J].电力纵横