最小控制系统（精选12篇）
最小控制系统 篇1
0 引 言
在工业生产、科学研究以及人们日常生活的多个领域, 经常需要对一些如温度、压力、流量等现场参数进行采集和处理, 数据采集和处理所使用的系统, 其结构与基本配制各不相同, 有时会相差甚远, 但对于每一种系统都各有特点、各具优势。其中, 单片机结合串行通信控制技术以其实现手段简单、使用方式灵活及数据传输可靠, 尤其具有数据实时处理和控制功能等优点, 目前在各类检测与控制系统中得到了很好的运用。
本文介绍一种基于单片机为基本内核, 利用串行通信技术实现数据采集与传输, 并且能对数据的采集和处理过程进行简单控制的最小智能化控制系统的实现方式。
1 系统的硬件组成
基于串行总线下最小控制系统主要由硬件和软件两部分组成, 其中硬件部分主要负责完成系统前端数据采集、控制方式的选择、控制参数的设定以及最终处理结果的显示[1], 其系统硬件组成如图1所示。
1.1 硬件系统的实现
为了保证和满足系统对数据采集的实时性要求, 系统的现场数据采集主要采用与8051单片机兼容的STC89C52RC/RD+单片机为内核, 实现对过程的简单控制, 现场参数的设置, 并在串行方式下与主机进行数据的交换, 完成控制命令的具体执行和现场控制过程的监控, 并与PC机通用串口进行通信。系统的数据交换均采用串行异步工作方式, 通过STC89C52的P3.0和P3.1 (RDX和TDX) 端口, 由电子开关4052完成状态的切换、通道的选择[2]。其具体的系统硬件连接方式如图2所示。
1.2 硬件系统的工作流程
在最小控制系统中, 前端采集的模拟信号经过传感器完成形式的转换和必要的前端处理后接入串行A/D转换器。如果采样的是多路模拟信号, 可以在外围电路中利用多路模拟开关进行通道选择, 串行A/D转换器的输出信号经光电隔离后传送到4芯插头J1, 由4052完成输入数据最终向处理器的传送。控制信号的输出, 系统采用由处理器STC89C52经电子开关4052完成通道的选择, 同样由图2中的4芯插头J1输出, 经过外围电路对信号进行隔离和数/摸转换后实现对检测对象的具体控制。在对采样数据的处理方式上, 系统采用串行口传输、上位机并行处理的方式进行。由于系统没有对存储容量进行扩展, 系统自身的存储空间较小, 使得系统对采样数据的现场处理能力受到一定影响。系统通过把现场采集的数据经过处理后采用串行工作方式, 通过P3.0和P3.1端口, 利用串行接口芯片MAX232实现与上位PC机之间的数据传输, 由上位PC机完成对数据的分析与处理。经过处理后的数据经过同一通道及时地传送给STC89C52, 由STC89C52完成数据的显示和控制信号的输出。
系统控制参数的设置、控制方式的选择以及运行状态的监控, 既可以由上位的PC机进行, 也可以在现场由最小系统自己独立完成, 为此系统对输入/输出端口了进行了必要的扩展, 通过对小建盘上功能的设定, 完成控制参数的设置和控制方式的选择。
2 系统软件结构
系统在控制方式的选择和软件的编制方面表现出极大的灵活性, 既可以根据需要在扩展一定存储空间的基础上, 利用在电路编程特性 (ICF) 使用编程器进行产品开发;同时系统还具有ISP在系统可编程功能, 用户可以在PC机上选用基于Windows的μVision 2集成开发环境下, 使用单片机C语言进行编程[3], 也可以在STC-ISP开发环境下利用MCS-51汇编语言编制控制程序, 并在此环境下控制程序下载到单片机上完成产品的开发, 从而提高硬件电路的通用性。
2.1 系统软件的实现
系统以单片机为核心, 由单片机完成数据的现场采集、过程的监控、最终结果的显示以及控制命令的输出。现场采集的数据系统采用通过串行总线传送到主控上位机, 由主控计算机完成对数据的处理。因此软件系统主要包括单片机系统和主控程序两个方面, 每一个方面根据所担负的不同任务, 依据分工划分为对应不同的标准模块。
负责现场数据采集和过程管理的单片机程序主要划分为以下几个模块:
数据采集模块 通过传感器实现对外部被测物理量的采集, 输入通道的选择, 采集数据的离散化处理。
数据处理模块 完成对采集数据状态的转换与分发, 并进行简单的现场处理。
硬件接口模块 以串行总线规定的协议为基础, 完成对采集数据的分发, 对系统控制方式及参数配置信息的设置、接收与反馈, 控制命令的输出以及最终结果的现场显示。
输入与输出管理模块 实现参数的设置, 状态的选择, 最终结果以及过程的显示。
主控上位机除了完成对由下位机传送的数据进行处理外, 还担负着对整个控制过程的管理, 在控制系统中起着主导作用。因此主控程序依据功能可以划分为以下几个模块:
过程控制管理模块 实现对各控制系统的各个单元模块的总体控制, 包括启动、暂停、结束等。
系统通信参数配置模块 实现对传送数据的有效位、倍率、串口等参数进行设定。
硬件接口模块 以串行总线规定的协议为基础。
数据处理模块 完成对接收的数据进行分析、运算。
2.2 单片机系统软件设计
系统在接收到主控程序的各种参数或者通过自身键盘设置的现场参数后, 单片机控制系统要完成对系统的初始化配置、数据的采集与收发、现场的简单处理以及控制状态和最终结果的显示。其过程的程序框图如图3所示。
2.3 主控程序软件的实现
由于系统的前端控制装置仅仅能实现对数据的简单处理, 无法满足系统进行多点实时处理这一基本要求, 系统可以在上位机的主控软件中创建主/辅线程两级管理方式来解决[4]。主线程主要用于对数据采集与传送程序的统一管理, 实现串口的初始化, 定义通信事件消息, 控制和管理辅助线程。辅助线程主要完成串口线程的监控与读写, 是数据处理系统的核心, 并且与主线程实行并行工作方式, 主要负责完成上位机的数据自动接收和实时处理, 同时向主线程发送相应的状态信息, 数据的处理结果, 在传送完毕后继续执行对串口线程状态的监控。这种并行设计不仅提高了资源的利用率, 同时也保证数据处理的实时性[5]。其主线程的程序框图如图4所示。
3 系统的扩展与改进
最小系统与PC机的通信接口在系统中采用的是标准的MAX232接口, 此种设计模式主要满足对数据处理和传输速度要求不高、数据采集点较近的场合。如果要求数据传输的速度较高, 传输的距离较远, 可以对系统进行必要的改进, 通过采用USB总线的转接芯片CH341与RS 485相结合的方式[5,6], 其连接框图如图5所示。
经过改进不仅使系统满足了数据传输的速度与距离的要求, 同时可以实现多种设备在总线的外挂, 实现大数据量远距离的高速传输。
4 结 语
基于串行总线下的数据采集与实时处理最小控制系统, 依据其自身的独特设计, 为控制过程的智能化提供良好的前端平台, 同时通过利用PC机的高速数据处理与多线程管理能力, 采用串行通信技术, 经过对相关接口的简单转换, 很好地解决了数据采集与控制过程中所遇到的数据量大、传输速度快、传输距离远等诸多问题, 目前被广泛地应用于压力与流量的采集和控制系统中, 并取得了良好的效果。
参考文献
[1]张迎新.单片微型计算机原理、应用与接口技术[M].2版.北京:国防工业出版社, 2004.
[2]李学海.标准80C51单片机基础教程——原理篇[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2006.
[3]李朝青.PC机及单片机数据通信技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2000.
[4]谭浩强.C/C++程序设计教程[M].北京:高等教育出版社, 2001.
[5]李现勇.Visual C++串口通信技术与工程实践[M].北京:人民邮电出版社, 2002.
[6]纪淑波, 刘晶.基于89C51和USB总线的数据采集系统[J].国外电子测量技术, 2005, 24 (3) :35-39.
最小控制系统 篇2
最小割集在系统安全分析方法中的应用
利用事故树分析法对矿井火灾进行分析,结合平煤六矿建立了矿井火灾事故树.阐述了最小割集理论及其在事故分析中的.作用,着重提出了对事故树底部事件进行排序分级的加权结构重要度分析法.该方法新颖、简洁而实用,为系统安全分析提供了新的方法和途径.
作 者：景国勋 贾智伟 段振伟 张强 作者单位：河南理工大学资源与材料工程系 刊 名：中国安全科学学报 ISTIC PKU英文刊名：CHINA SAFETY SCIENCE JOURNAL 年，卷(期)：2004 14(5) 分类号：X9 关键词：事故树 顶上事件 概率 最小割集冒险的风险最小 篇3
吉姆·沃尔芬森1995年担任世界银行行长，一上任就有记者问他：“听说你上大学时，门门功课都不及格，现在怎么能当上行长呢?”他听后并没有恼，也没有难堪，而是说：“我问你，你没学过击剑，你敢去参加比赛吗?”记者害怕地回答说：“那不是自寻死路吗?我是不敢。”“我敢，我就是敢于冒险，并且善于冒险，所以当了行长。”
吉姆就是这样一个人，虽然在一些功课上他并不是很好，甚至很差，为此他并不是老师眼里的好学生，可是他却敢想、敢干，以冒险为荣、为乐。在中学时，当一位著名的网球教练建议他去参加国际锦标赛训练时，他果然中断了学业，不管父亲怎么劝他都没有用。
到了大学时，吉姆又“故伎重演”。在悉尼大学读二年级时，他的朋友、击剑队队长鲁珀特·布莱了解他的脾气和性格，于是一次问他：“想不想到墨尔本去参加全国大学击剑锦标赛?”“开什么玩笑，我从来都没有摸过剑，这不是给人当活靶子吗?”也说道。“说得也是啊，可是我们击剑队的一名队员病倒了，我们又没有培养替补队员，明天就要出发了。”队长面露难色地说。
“哦!”吉姆开始还以为朋友是在说笑话，没想到还真有此事。突然，他觉得说不定这是个好机会，于是说：“那好，把我报上吧!”“真的吗?你可别骗我啊，报上去了就得参加到底啊!”队长高兴地叫了起来。“我什么时候骗过人?”“可这是世界顶级水平的比赛，而且是击剑，对手都是一流的，搞不好，你会被刺伤的。”“也许我有天赋，一学就会呢?”就这样，队长把他的名字报上去了。
回到家中，吉姆便开始准备，并且将此事告诉了父母。“你疯了!”母亲一听完就大叫了起来。父亲也跟着喊：“你不要命了啊!”“没那么严重，我可以现学现比，说不定我还能赢呢!”他笑了。可是，父母无论如何也不答应，他们不舍得，也不放心。可是，吉姆就是这样的脾气，认定了的事就一定要做。他告诉父母说：“这个世界就是未知的，你不去冒险，怎么知道自己适不适合做呢?”最终，父母拿他也没办法，只好含着泪答应了。
第二天，吉姆就启程了。不知道怎么拿剑的他，在火车上就开始向队友学起了击剑。同时，为了让队友在比赛时能给他提醒，吉姆和队友们商定了一些暗号：比如队友举起手，就是暗示他后退；扔下一块手帕，就是举剑向对手冲刺。
比赛那天，各队都以为他是一匹黑马，因为从来没有见过他参加比赛。他一上场，对手看到他不急不躁、不慌不忙的样子，还以为此人不得了，以致半天都不敢出剑。可是当对手一出剑时，他居然不知道怎么闪躲，一下子就被击中了。几个回合下来，大家知道了吉姆就是一爪“东郭先生”，结果当然是他一败涂地。但吉姆并不感觉到丢脸，而是哈哈大笑，因为他来了，他站在了这个赛场上，他与世界一流的选手较量了。最终，他没有赢一场，一分未得，但是他们的团队却得到了冠军，他也因此成了“最差”的冠军。
这以后，吉姆发现自己居然爱上了击剑。在完成自己的所有学业，也包括父亲敦促他学的法学研究生课程的同时，他的剑术也在不断提高。初登赛场5年之后，他就代表澳大利亚参加了1956年的墨尔本奥运会。再后来，他居然成为澳大利亚击剑队队长，站到了一个很多人想也不敢想的高度。
在出战奥运会后的第二年，这个大学一年级时不及格的青年，竟然向罗兹奖学金提出申请上牛津大学；遭到拒绝后，他又向哈佛大学提出申请并得到录取。没钱上学，他就给澳大利亚航空部长弗里德里克。奥斯本打了一个电话，说服部长给他在一架飞往伦敦的空军飞机上提供一个免费座位。在伦敦，他又从一位好心的叔叔那里讨得一张伊丽莎白女王号的船票，向纽约进发。最后，他没花一分钱，顺利抵达哈佛上学。
最小控制系统 篇4
关键词：数字控制器,离散化,最小拍,有纹波
1 数字控制器概述
微处理器的诞生已经完全改革了整个检测和控制工业, 最初, 液位风力和机械连接被用来作为控制器和传感元件, 在控制工程中, 这部分带有许多灵活性, 并用这些元件实现连续控制, 之后这些产品, 就被晶体管和运算放大器这些电子模拟元件取代了, 电子元件为广泛的PID控制器敞开大门, 允许几乎所有的控制方案来适应实际中的各类系统。
数字控制器的主要作用和模拟控制是一样的:控制 (闭环) 系统的响应, 数字控制器区别模拟控制器主要是在实际数字控制器, 必定是一台计算机 (或者一台微控制器) , 因为一台数字计算机不能接收模拟信号, 它不能被直接接合来反馈传递函数或者设定值, 同样, 一台数字计算机不能产生一个实际的模拟信号, 例如3PA~15PA的大气压力, 0V~10V电压信号, 或者4m A~20m A电流信号, 所以它不能直接与最终控制元件相接合。数字控制器中的A/D转换器接收数字量的给定值和测量值, 根据它的内部程序软件获得相关信息, 并通过D/A转换器前产生一个合适的输出, 软件编程来实现适合闭环控制系统的控制算法。
传统模拟控制器已经被执行控制算法的计算机软件取代了, 其唯一目的是产生偏差信号作为给定值和反馈值的差异。对于一台数字计算机能够通过模拟和数字转换器, 接收给定值和反馈值并且在内部产生偏差信号, 这是一个非常微不足道的任务。因此, 在实际中, 控制器被一系列计算机代码所取代, 它接收数字设定值并且减去检测值,
2 最小拍控制系统的设计原理
离散化的设计方法就是:将被控对象和保持器组成的连续部分离散化, 直接应用离散控制理论的一套方法进行分析和综合, 设计出满足控制指标的数字控制器, 由计算机去实现。
本系统所采用的设计方法是基于z-变换的的方法, 即将数字控制系统进行z-变换后, 在z-域或z-平面上设计的方法。离散系统还有一些连续系统没有的特点, 如对连续系统, 要将闭环极点配置在平面左半面的无穷远处是不可能的 (因为必须要求系统开环增益为无穷大) , 但对于数字系统, 由于连续域中平面左半面的无穷远对应平面原点, 因此是可以实现的。
在采样系统中, 通常称一个采样周期为一拍。所谓最少拍系统, 是指在典型输入 (如单位阶跃、单位斜坡或单位加速度信号) 作用下, 系统具有最快的响应速度, 能在有限拍内结速过渡过程, 而且在采样时刻上无稳态误差的离散系统。最少拍系统是一种时间最优的控制系统, 它可以做到无超调, 而且设计方法也很简单。误差信号反映了系统输出对输入信号的复现差异程度, 通过分析该信号的变化情况, 可以直接看出系统的动态误差和稳态误差。系统的稳态误差与系统传递函数以及输入信号有关。所以, 必须针对不同的输入信号选择合适的误差传递函数, 以保证稳态误差为0。
最小拍系统的设计原则是:若系统广义被控对象无迟延且在z平面单位圆上及单位圆外无零极点, 要求选择闭环脉冲传递函数, 使系统在典型输入作用下, 经最少采样周期后能使输出序列在各采样时刻的稳态误差为零, 达到完全跟踪的目的, 从而确定所需要的数字控制器的脉冲传递函数。
3 最小拍系统的设计综述
根据最少拍控制系统在3种不同的典型输入信号下的响应情况, 如下几点结论成立:
1) 从快速性而言, 按单位斜坡输入设计的最少拍系统, 在各种输入作用下, 其动态过程均为二拍;
2) 从准确性而言, 系统对单位阶跃输入和单位斜坡输入, 在采样时刻均无稳态误差, 但对单位加速度输入, 采样时刻上的稳态误差为常量;
3) 从动态性能而言, 系统对单位斜坡输入下的影响性能较好, 这是因为系统本身就是针对此而设计的, 但系统对单位阶跃输入响应性能较差, 有100%的超调量, 对输入信号的改变缺乏适应能力用最小拍设计方法设计的数字校正装置可以使系统在减小过渡时间方面达到最优, 同时又使得系统稳态误差为0。但从最少拍系统的设计过程中不难发现, 这种方法是针对输入信号而设计的, 所以这样设计出来的数字控制器的脉冲传递函数只适应于该输入信号, 对其它类型输入信号, 系统一般不再是最少拍系统, 适应性较差;
4) 从平稳性而言, 按最少拍方法综合出的系统, 其实际输出存在波纹。由于最少拍设计方法只是保证了进入稳态后实际输出与期望信号在采样点上重合, 没有保证在非采样点上也重合, 也就是说, 在非采样时刻系统一般存在波纹。在实际输入信号的值比设计时指定信号的值低, 则系统虽然一般会出现超调, 且暂态过程变长, 但仍然保证系统稳态误差为零。而若实际输入信号的值比指定的值大, 则将出现稳态误差。所以, 最少拍系统实际上是有误差的系统, 而且波纹的存在增加了系统的机械磨损, 因此这种方法实用性较差。
4 结论
设计最小拍控制系统, 关键在于设计出符合要求的数字控制器, 使其必须是物理可实现的。在线性控制系统中, 最小拍数与输入形式以及被控对象等有关, 但是, 最小拍系统对于输入的适应性不好, 对系统的参数变化也非常灵敏, 尤其对于无纹波的话, 最少拍数还将增加, 但是这种设计方法的思路是可取的, 只要设计的数字控制器稳定且可实现, 设计就能成功, 在连续控制系统中并不具有这种设计方法。
参考文献
[1]胡寿松著.自动控制原理[M].北京:国防工业出版社, 1998.
[2]杨自厚著.自动控制原理[M].北京:冶金工业出版社, 1999.
最小控制系统 篇5
本文以电磁场分布及磁通变化为契机,从静态与动态两个方面分析影响两相邻的应答器之间的.最小间隔的因素及采取的应对措施.
作 者：田晓平 作者单位：铁道第一勘察设计院通信信号设计处,陕西,西安,710043 刊 名：中国新技术新产品 英文刊名：CHINA NEW TECHNOLOGIES AND PRODUCTS 年，卷(期)：2009 “”(14) 分类号：U2 关键词：应答器 速度 间隔 磁场 场强★ 温铁军简介
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最小防范成本原则 篇6
观念上，最小防范成本很简单，也符合直觉和常情常理：对于意外或过失，谁能以较低的成本防范，谁就承担这个责任。逻辑上，这是一个由“实然”（positive）到“规范”的法原则。实际的做法上或行规里，会发展出你知我知、彼此共同接受的做法。因此，立法或法院判决时，也就“应该”采取这种立场。原因很简单，根据这种原则界定权利和责任，对双方都好。简单的一个例子，约略可以反映这个原则的内涵：牵狗散步，为狗套上一个口罩，成本很低，可以有效地防范狗咬伤人;相对的，狗不戴口罩，而要所有其他人小心、避免被狗咬伤，成本可观。因此一般情况下，若狗咬伤人，是狗主人的过失，要承担责任。
本文的探讨至少有两点内涵值得强调。一方面，由简单的“最小防范成本原则”，可以扩充到诸多部门法和法律问题，反映了经济分析“一以贯之、以简驭繁”的特性;另一方面，或许更为重要的，是在道德哲学、教义法学之外，提供一种分析法学问题的思维架构。经由对照，或许能凸显经济分析的价值所在。因此，笔者尝试搭建起桥梁：在法学体系内，不同概念间的桥梁;在法学体系外，法学和经济分析之间的桥梁。桥梁有助于交流，互蒙其利;桥梁也可以避免误解或敌意、各说各话。
最小防范成本原则：事例
这里，将描述几个具体的案例，以阐明“最小防范成本原则”和法律之间的关联。
第一个案例，发生在英国。几个工人修马路下的管线，路面坚硬，所以搬了一些炸药;施工周围都用防护线围起，而且挂了警告标志：“炸药危险，请勿靠近”、“施工作业，请勿靠近”。中午午餐时间，工人去吃午餐;几个小朋友放学回家路过，好奇地用脚去踢炸药，引发爆炸，造成死伤。很明显，防范意外的方式至少有两种：第一，由小朋友和所有的民众小心，不要去碰炸药。第二，午餐吃饭时，有一工人留守。两相比较，第二种防范意外的方式，成本较低而效果较好。
第二个案例，后车撞前车。虽然都是后车撞上前车，但是高速公路上的追尾和市区里的追尾，处置不一定相同。高速公路上，行车速度快，若前方车子突然变换车道或蛇行，后车不一定能避得开。相对的，市区里车速较慢，后车保持距离避免追撞，比较容易。因此，市区里后车防范追撞，成本较低;一旦发生意外，通常要负主要责任。
第三个案例，上司性骚扰下属。两种情形，第一种是A部门上司，性骚扰A部门的下属;第二种是A部门上司，性骚扰B部门下属。如果上司告诉下属：“下班后留下来一起晚餐，然后谈谈公事！”第一种情形，无论是真公事或假公事，下属不好拒绝。第二种情形，下属很容易回绝：“要谈公事，找我的上司，他和你同一层级！”因此，第二种情形，下属要防范避免的成本较低;如果发生性骚扰，往往下属本身有一定的责任！
第四个案例，捐血救人。某个教派的信徒，基于宗教信仰不接受捐血。若信徒碰上意外，需要捐血但陷于昏迷，急诊室的医生输血急救，事后无须承担侵权（宗教信仰）的责任。原因一致：信徒维护宗教信仰，可以在随身皮包/ 皮夹里放卡片声明，不接受捐血。医生救人是首要责任，要避免这种少之又少的特殊病患，成本太高。
以上四个案例，情节不一。但是，法律规定处理的逻辑，其实前后一致。人际交往，如果需要界定或分摊责任，经过尝试错误（trial and error），会自然而然地形成一种规则：由谁防范成本较低，就由他（她）来承担责任！ 否则，如果要由防范成本高的一方承担责任（譬如，成本为$10），他（她）可以把责任转移给防范成本较低的一方（譬如，防范成本为$6），然后两人平分省下来的成本（$4），双方可以均蒙其利（各得$2）。
最小成本
最小防范成本原则，可以做更广泛的解释，而成为“最小成本原则”：法律条文的规定，背后的逻辑，通常可以由“最小成本”的角度来解释。也就是，关于人际关系的权利义务，法律会希望降低成本;避免以高成本的方式，界定彼此的权利义务。借着几个实例，可以清楚地反映，“成本”在法律中无所不在，但经常被忽略的身影。
第一个例子，是紧急避难。暴风雨中，游艇可以不经主人同意，驶入私人码头停泊，事后补偿（赔偿）产生的费用或造成的损失。因为，在暴风雨中，要取得主人同意，可能很困难;而且，不容许紧急措施，后果可能更为严重。因此，相形之下，容许紧急避难的成本较小。第二个例子，是正当防卫。当面对抢匪或歹徒攻击时，可以采取必要的措施，保护自己;即使因而造成对方的伤害，可以不负法律责任。因为，面对歹徒不法侵害，当时默默承受，事后寻求法律救济，成本更为可观，甚至无从弥补损害。因此，容许正当防卫，是（当时）以较小的成本，避免（事后）负荷更大的成本。
第三个例子，是告诉乃论。三等亲之内的侵占和诈欺等、直系血亲间的伤害和强制性交等，法院的态度是不告不理，当事人告诉，法院乃论对是非。因为，亲人之间长期相处（经济学专有名词，是重复或多回合交往，repeated game），爱恨情仇关系错综复杂，个别事件的是非，往往涉及裹脚布般的陈年老账。掌握完整的全貌，成本非常可观，法院能不碰就不碰。因此，法院不主动侦办，然而如果当事人真的要维护个人权益，法院也会受理。不告不理，是处理亲人间纠纷成本较低的方式。
第四个例子，直系血亲之间，可以拒绝做证。“亲亲相隐”的逻辑，至少有两点考虑：彼此关系太密切，做证所提供信息的真假，法院并不容易判断。而且，如果根据配偶做证而定罪，送进牢里，几年之后出狱，彼此要如何面对，如何再续前缘？因此，个别案件的真相固然重要，直系亲属之间的伦常更为重要。一时（短期）的得失，比不上长期的伦常;为了前者而伤害后者，成本太高。这是人类进化的经验法则，也是文明社会在价值上的取舍。
这四个例子，涉及不同的部门法（民法、刑法、刑事诉讼法），可是由成本（最小）的角度，可以清晰地掌握法律的脉络;如果法律的目标是追求公平正义，那么最好以低成本的方式，让司法女神的负荷减小、效果增加，谁曰不宜？
财富极大—由成本到效益
下面继续把论述的层次拉高，由成本连结到效益。理论上的转折点有二，值得仔细叙明。
前面所描述的实例里（性骚扰、后车撞前车等），由构成要件来看，其实是一样的，都是一个人的行为对另外一个人造成损失（伤害）。因此，法学上可能认为，构成要件相同，就该一视同仁，同样处理。然而，科斯在经典论文里（Coase，1960）指出：两人之间发生摩擦，通常是互为因果（reciprocal）。“后车撞上前车”，也可以描述成“前车（造成）被后车撞上”。“上司骚扰下属”，也可以描述成“下属让上司占便宜”。因此，由因果关系看，可能理未易明。由另一个角度着眼，可能反而纲举目张、一目了然。
这也就是理论上的第二个转折点：科斯主张，当双方发生摩擦时，对于权利（责任）的界定，可以由“社会产值”（the value of social production）的角度判断—双方权利（和责任）的界定，最好能使社会的产值愈大愈好。也就是，思考权利的界定和范围，不是由个人、由下而上的角度，而是由上而下、站在社会整体的角度斟酌：如何界定权利，可以使社会的资源愈来愈多。譬如，小厨师驾着国民车撞上豪车，修车费要四十万，小厨师一家三口抱头痛哭。由因果关系的角度，事证明确，小厨师要负赔偿的责任。可是，由社会整体的角度看，小厨师的工作权是一种价值，豪车兜风炫富也是一种价值;当两种价值发生冲突时，就考虑如何界定权利，对社会较好。豪车车主，买得起马就配得起鞍。而且，由豪车避开尖峰时段，由豪车先自我保险，成本较低;由所有其他车主小心翼翼、避免撞上豪车，成本太高。这种分析思索的角度，比由法条来计较是非的角度，似乎更符合直觉和有说服力。
科斯所用的概念，是“社会产值”，有点模糊;波斯纳所引申而出的“财富极大”（wealth maximization），要更清楚明确。在界定权利和思索法律纠纷时，可以自问：哪一种处理的方式，长远来看，可以使社会的资源愈来愈多？在观念和逻辑上，正呼应了最小（防范）成本原则：哪一种处理的方式，可以使成本负荷较轻？成本低的方式处理，长远来看，自然可以节约资源，使社会资源愈益丰饶！
在观念上，成本和效益这两个概念，犹如镜子里外的对应。成本低，和效益高相通;反之，亦然。自从波斯纳提出“财富极大”的论点之后，饱受讥评。他曾多次为文回应，立论的核心所在，是“极富极大”的观念，和社会普遍接受的道德哲学及价值体系之间，其实是彼此呼应，并不冲突的。然而，另一种论证的途径，是由“成本极小”的角度。如前面所描述的“最小防范成本原则”，是人际互动所自然形成的“游戏规则”。在实证（positive）和规范（normative）上，都有相当的说服力。
当然，精细而论，“成本极小”和“财富极大”，还是有一些微妙差别。至少有两点，值得强调：首先，在这两个概念之间，虽然观念上有相通之处，可是落实到具体的问题上，往往各擅胜场，各有短长。其次，大致而言，根据过去累积的经验，“成本”比较容易拿捏;可是，“财富”是未来可能实现的状态，不一定容易捉摸。“成本极小”的概念，比较和“除弊”相通;而“财富极大”的概念，比较和“兴利”相联结。因此，对于新生事物，过去的经验有限，不容易由除弊（成本）的角度琢磨;由兴利（财富极大）和往前看的角度，往往比较有脉络可循！
回顾与引申
这里将针对前面的论述，回顾“故事”的各个环节;并且，在方法论上，做进一步的引申。
故事倒带。故事的出发点，是英美习惯法里的一个法原则：最小防范成本原则;而后，进一步精炼为最小成本原则;再透过镜子的反射，连结到财富极大。故事有三个层次，而这种循序渐进的情节，在论述上的意义值得稍作发挥。
首先，很明显“最小防范成本”的基础，不是道德哲学，而是人类社会真实的生活经验。人际互动中，经由多回合（长时间）的尝试，自然而然地演化出这个原则。因此，这个原则是立基于扎实的实证基础（a positive basis）。以小见大，习惯法和大陆法的基础，也就是法律帝国（Law’s Empire）的基础，可以是有血有肉、看得见摸得着的生活经验，而不是抽象模糊、人言人殊的道德哲学或宗教神谕。前者，可以在各个行业里，找到俯首可拾的丰富材料;后者，是由法律学者诉诸想象、权威或想当然耳的说词。哪一种基础更扎实，更简单易明？
其次，大陆法系里，法律分为民法、刑法，民事诉讼法、刑事诉讼法等等部门法。然而，社会大众的生活里，却不会分为民法、刑法等。这意味着，生活的方方面面，都是由人的行为、人际互动所构成;而降低成本，是人们行为的主要驱动力。这种特质，也会不知不觉、自然而然地镶嵌到各种风俗习惯、规则法律里。由成本的角度，很容易掌握法律条文背后的逻辑，知其然而且知其所以然。而且，一以贯之、以简驭繁，跨越各个部门法的领域。无论在研究、解读、阐释和操作法律上，都有提纲挈领、纲举而目张的好处。“成本”的踪影，见诸（或隐身于）社会大众行为、风俗习惯、法律规章，是平实而精确的描述;是事实，而不是想象。
再次，成本和效益，类似孪生，彼此呼应。波斯纳“财富极大”的论点，和“（防范）成本最小”，脉络相通。十八世纪工业革命后，经济活动和市场规模一日千里。各种货币价格，都是明确可循的参考坐标。而且，财富除了货币、房地产、牲畜牛马之外，也反映在画作雕像、古董字画等各种艺术品。透过这些具体有形的资产对象，可以间接隐晦地反映抽象的精神价值。因此，“财富”意味着千千万万个参考坐标（reference points），是思考官司法律、公共政策时可以参考琢磨的数据库。在许多时候（不是任何时候）、在许多问题上（不是任何问题上），财富极大提供了分析思考时操作性较强的路径。追求财富（资源）当然不是目标，而只是手段。波斯纳为法律人的工具箱里，增添了一个灵活有用的工具。
最后，最小防范成本、最小成本和财富极大这三个概念，显然在大陆法系和习惯法里都适用。而且，在两大法律体系内的各个部门法之间，也一样可以类推援用。由此可见，由实证基础所发展出的分析架构，和传统法学的道德哲学相比，确实提供了探讨法学问题的另一种可能性（a different possibility）。
在方法论的层次上，最小（防范）成本原则和财富极大的概念，都是不折不扣的成本效益分析，也就是法律的经济分析。对于法学界而言，法律的经济分析（economic analysis of law）还处于发轫阶段。有几点观察，可以借机会澄清。
最简单而根本的，一言以蔽之，“成本效益”的精髓，就是利弊得失;也就是，一件事的“好”和“歹”。买牛奶面包时，有利弊得失的考虑;追求任何价值，包括事业、美貌、健康、亲情等等，难道没有类似的考虑吗？如果在价值取舍上有好歹高下的琢磨，“公平正义”不也是一种价值，难道不可以或不应该有高下好坏的斟酌吗？
当然，有些法律学者以开放的胸怀态度，接受法律经济学。可是，他们认为，对于“立法论”，法经济学也许帮得上忙;对于“司法论”，法经济学却无用武之地。因为，司法实践时，只是阐释运用已经通过明订的法条，和成本效益无关。这种观点，有点欲迎还拒、犹抱琵琶半遮面的味道。前面曾经指出，最小成本和成本效益的概念，贯穿社会大众日常生活的各个方面，也反映在民法、刑法等各个部门法里。立法时或宽或紧、或东或西，要评估成本效益;在解释法律和运用法律时，或甲说或乙说、或天平左边或天平右边，难道不是类似的场景吗？（Easterbrook，1984）
再进一步，有些法律学者勉勉强强接受（或容忍）经济分析，可是心里总是拎着怀疑忐忑的情怀：有些问题，可以用成本效益分析;可是，总有些问题，不适用成本效益分析吧？！ 对于这种质疑，让证据说话，举一个例子，“二战”末期，日本败象已露，可是苟延残喘。美国在广岛和长崎投下原子弹，造成日本民众严重的伤亡。不久，日本天皇宣布无条件投降。面对民族被摧毁灭亡的局面（成本太高），日本并没有“战至最后一兵一卒”。 也就是，所谓的“不计成本”，只是没有面对真正需要慎重考虑的时刻;一旦面临生存死亡的情景，就会考虑成本（效益）。
而且，顺着这个思路，如果某些法学问题“不可以”用成本效益分析，那么是用什么方法来分析？法益、权衡、天平的两端等等，不都隐含价值间的冲突和取舍，不就是如假包换的成本效益分析吗？只是，没有用“成本效益”的字眼罢了。如果不用成本效益分析，难道是仿商代烧龟甲，根据龟甲的裂痕来取舍吗？如果确实如此，就可以进一步追问：哪些事不烧龟甲，哪些事又要烧龟甲？显然，要烧龟甲是“比较重要”的事。比较重要，不就是相对于“比较不重要”;这两者之间，不就是有高下之分，不就是权衡，也不就是成本效益分析吗？
回顾以上各节的材料，先是借着举例，阐明“最小防范成本”的意义;而后，把最小防范成本原则，提炼为“最小成本原则”;举例说明，在不同的部门法里，成本的身影无所不在。接着，由“成本最小”再连结到“财富极大”，阐明成本效益（财富）之间呼应对照的关系。最后，对于成本效益分析，做进一步的阐释。
基于系统费用最小化的存货管理 篇7
一、存货费用的构成要素
从表现形式看, 存货管理的费用多种多样, 但从本质上看, 存货管理费用可以分成四种, 包括储存费用、缺货费用、准备费用和成本费用。
㈠储存费用储存费用指为了保持存货而发生的费用, 包括存货占用资金而所应计的利息费用、仓储费用、保险费用、存货破损和变质损失费用等。按照储存费用与储存数量之间的依存关系, 可将储存费用划分为固定成本和变动成本两部分, 固定成本不因材料物资储存数量的多少而发生改变, 如仓库的折旧费, 保管人员的固定月工资等, 属于决策无关成本;变动成本则随材料物资储存大小成正比例变化, 如存货占用资金的应计利息、仓储保险费等, 这类成本的高低, 取决于存货的数量, 平均库存量越多, 变动成本也就越高, 属于决策相关成本。
㈡缺货费用缺货费用是指单位货物在单位时间内的缺货费用。缺货费用指由于存货耗尽或供货中断等原因而不能满足生产经营正常需要所造成的经济损失, 主要包括停工停料损失、补充短缺材料加班加点的加班费、因紧急采购造成的存货成本增加、因交货延迟而支付的罚金以及企业市场信誉损失等。缺货费用能否成为决策的相关成本, 视企业是否允许出现缺货的不同情况而定。若允许缺货, 缺货费用与存货数量反向相关, 属于决策相关成本;若不允许缺货, 则缺货费用为零, 决策时无需考虑。在进行决策时, 货物价格也是需要考虑的一个重要变量。
㈢准备费用准备费用是指每一次订货或每组织一次生产所必需的固定费用, 包括每次订货的手续费、出差费以及每次生产的准备费和结束费等。其中一部分与订货次数有关, 如差旅费、邮资、电话费和电报费等, 这些费用与订货次数成正比例, 这类变动的准备费用属于决策的相关成本;另一部分与订货次数无关, 如专设采购机构的基本开支等, 这些固定的准备费用则属于决策的无关成本。它与订货数量或生产数量无关。
㈣成本费用成本费用是指企业正常情况下每次补充原料的成本、人工劳资、能源成本、外购存货而支付的买价和运杂费。存货成本费用一般与采购数量呈正比例变化, 它等于采购数量与单价的乘积加运杂费。在一定时期物价不变且无折扣的情况下, 无论采购次数及采购量多少, 存货的采购成本保持相对稳定, 因而属于决策的无关成本。而在物价水平波动频繁或者采购量与折扣相关的情况下, 单位存货的采购成本将随之变动, 则属于决策的相关成本。
二、存货管理的优化
㈠系统费用最小化一般来讲, 存货量不足会造成缺货损失, 而库存量过大又会造成货物积压, 库存费用增大, 流动资金占用过大[2]。因此, 如何制定一个合理的存货管理目标, 使缺货风险和库存过多之间达到平衡, 是存货管理要研究和解决的主要问题。当存货费用能够准确估计时, 存货管理的最佳目标为单位货物在单位时间内的费用最小化。一般模型表示:
其中, C表示存货在单位时间内的库存费用, C1、C2、C3、C4分别表示在时间内储存费用、缺货费用、准备费用和成本费用。
㈡几个常见的存货模型常见的存货管理模型有4种 (图1~4) , 各图中的纵坐标表示库存量, 横坐标表示时间, R表示需求速率, P表示存货补充的速率, 四种模型均假设需求是连续均匀的。
1. 不允许缺货瞬间补充模型。
这种模型表示当库存量减少到0时, 瞬间得到补充, 每次补充量Q是不变的, 这意味着, 需要时马上就可以补充, 因此不会出现缺货现象 (见图1) 。这样就可以建立单位时间内总费用与订货周期t之间的函数关系Cmin= (C1+C2+C3+C4) /t。
2. 允许缺货瞬间补充模型。
这种模型表示当库存量减少到0时, 开始保持缺货状态, 当缺货量增加到Rt2时, 瞬间得到补充, 首先满足缺货量Rt2, 剩余的形成库存量Rt1。如当照相馆原材料不足时可以继续给客户拍照, 等达到一定缺货量的时候开始补充, 仍然不存在缺货损失。因此, 原材料库存系统就可以抽象为允许缺货瞬间补充模型。
3. 允许缺货均匀补充模型。
这种模型表示当库存量减少到0时, 开始保持缺货状态。当缺货量增加到Rt1时, 开始以速率P进行补充, 缺货量以速率P-R开始逐渐降低直至为0, 库存量开始以速率P-R逐渐增加。当达到规定的存储量[ (P-R) (t3-t2) ]时, 停止补充, 然后储存量以速率R下降, 下降为0时, 库存系统进入到下一个周期。
4. 不允许缺货均匀补充模型。
这种模型表示当库存量为0时, 开始以速率P进行补充, 库存量开始以速率P-R逐渐增加, 当达到规定的存储量 (P-R) t1时, 停止补充, 然后储存量以速率R下降直至为0, 进入新的储存周期。
三、模型的求解
㈠求解思路在存货实物中, 与决策无关的费用是否纳入费用最小化模型不影响对最佳订货量的求解。因此, 为了方便起见, 可将决策无关费用排除在模型之外;但是各项费用必须包含与决策相关的费用。决策相关的各项费用与订货量Q、需求的速率R、需求的周期t等存在特定的逻辑关系。依据这些逻辑关系, 将各项费用表示成关于Q、R、t等变量的表达式并代入⑴式, 建立含有Q、R、t等变量的初始模型, 再利用变量间的逻辑关系将初始模型转化为仅含一个自变量Q无条件极值问题。根据二阶导数大于0的驻点求得最佳订货量。
㈡求解仿真以模型1为例, 假设每次订货量为Q, 单位时间内单位货物的储存费用为c1, 而t时间内的平均库存量为0.5Q, 则t时间内的储存费用为C1=c1·0.5Q·t;每次订货的准备费用C3;货物单价固定不变, 运杂费与订货量成比例, 单位货物的成本费用K固定不变, 则t内的成本费用为C4=KQ。由于模型不允许缺货, 故缺货费用为C2=0。根据公式⑴式得
其中t=Q/R, 则公式 (2) 可以表示为
式中, c1、C3、R、K为常数, Q为自变量, 令一阶导函数等于0, 求得驻点:
可进一步通过计算二阶导数证明Q*是极小点。类似的, 可以通过相关常量与变量的关系, 利用公式⑴求解其他库存模型。
参考文献
[1]秦玉霞.财务会计及实务操作[M].北京交通大学出版社, 2012.
最小控制系统 篇8
直接转矩控制(DTC)变频调速,是继矢量控制技术之后又一新型的高效变频调速技术[1]。DTC技术由于其控制思想新颖、结构简单以及省去了复杂的矢量变换等诸多优点,一经提出便得到了广泛的应用。但随着控制要求的不断提高,DTC技术也表现出了一些弊端:磁链、转矩脉动过大以及低速性能较差。针对这些问题,本文提出采用将磁链区间细分控制与电压矢量合成的方法,来降低转矩脉动。
传统DTC技术通过控制电压矢量将磁链和转矩限定在一定范围内,虽然这种控制方法比较简单且易于实现,但并不适合用在数字系统中。数字系统中电压矢量都是离散的,一个采样周期内可选的电压矢量是有限的,如果采用传统DTC技术,势必会造成磁链和转矩出现较大波动,低速时尤为明显。本文为克服传统DTC技术的缺点,提出磁链区间细分[2]和模糊控制相结合的控制方法。本方法采用矢量合成算法将有效电压矢量增加到12个,并在此基础上运用模糊控制算法对其进行优化。实验结果表明,采用这种控制算法明显降低了转矩脉动,很大程度上克服了直接转矩控制技术低速性能较差的问题。
1 空间电压矢量对电机转矩的影响
电机定转子磁链共同作用决定了电磁转矩的大小,目前我们通常保持定子磁链恒定,让负载决定转子磁链的大小。所以,我们可以通过改变磁通角来实现异步电机转矩的变化。在具体实现的过程中,通过连续改变电压矢量和零状态交替出现的频率来控制定子磁链的角速度,基于转子磁链角速度不出现突变,那么通过控制定子磁链角速度就可以控制电机的转矩和转速。本文所提出的控制方法基于定子磁链矢量和电磁转矩的数值,选取相邻电压矢量与零矢量合成一个等效电压矢量,或者直接选取最佳电压矢量,通过控制定子磁链使电机运行在最佳状态。在异步电机运行的过程中,电压矢量、采样周期以及观测磁链共同决定转矩波动的范围。采样频率越小,单位时间内采集到的数据次数就越多,转矩就趋于平稳。但是在数字化控制系统中由于功耗和电子元件等多种因素的限制,通常采样周期是固定的。那么每个采样周期内电压矢量就成为决定转矩脉动的最主要因素。
一方面,电压型逆变器的六个非零电压矢量间隔60°均匀分布,并且相互的切换是不跳变的;另一方面,磁链的旋转过程却是连续的动作。因此,电压矢量和磁链的夹角并不连续,而是步进的,这是导致电机转矩脉动的主要成因。本文正是针对电压矢量和磁链夹角的不连续,提出磁链区间细分控制与电压矢量合成相结合的方法来降低转矩脉动。
2 传统开关表的缺陷
传统的DTC技术基本是基于bang-bang控制,也就是将滞环比较器运用到磁链控制;而转矩控制器则采用三点式比较器,具体开关状态如表1所示。
图2磁链区间及对应的电压矢量
该开关表存在以下缺陷[3]:1)单个扇区内可用的电压矢量有限(4个),这就造成电压矢量选择范围受到限制;2)当 0大于60°时,部分电压矢量不仅没有起到减小电机转矩脉动的作用,反而有让其增大的趋势;3)随着扇区的变化电压矢量也随之变化,这对系统的要求比较高,系统必须准确判断扇区,否则会造成更大的转矩脉动甚至危险。
3 空间电压矢量的合成和磁链区间细分
通常情况下,为了降低电机的转矩脉动,一般采用脉宽空间矢量调制(SVPWM)技术,即将任意两个电压矢量合成为需要的电压矢量[4]。基于这种思想,本文将相邻两个电压矢量沿对角线方向重新合成一个电压矢量,这样原来的6个电压矢量数目就增加了一倍,如图1所示;在增加电压矢量的同时,将磁链区间也进一步细分至12个,每个扇区为30°,如图2所示。
4 开关状态模糊控制器设计
4.1 模糊变量
本文模糊控制器的设计,输入变量为:e ,eT以及 ,输出变量为逆变器开关状态。在模糊控制算法中将e ,eT分别模糊化为E ,ET。其中,ET的子集为{NL、NS、ZE、PS、PL},E的子集为{P、N、Z},相应的隶属度函数如图3(a)、(b)所示。另外,将磁链角等分为12个区间,其子集为{ 1, 2,…, 12},磁链角的隶属度函数如图3(c)所示。逆变器输出的开关量状态只有12个,在模糊化设计的过程中,其子集的划分无需太细,并且其输出为离散点[5]。本文将逆变器输出分为{u0,u1…u11,u12} 12个模糊子集,其隶属度函数如图3(d)所示。
(a) 磁链误差隶属函数 (b)转矩误差隶属度函数(c)磁链角的隶属度函数 (d)输出电压空间矢量隶属度函数
4.2 模糊规则
在DTC技术中,不管哪一种电压矢量是无法同时满足定子磁链变化和电磁转矩变化的。在实际应用过程中,控制定子磁链易于实现。所以本文在遇到磁链和转矩要求矛盾时,首先满足转矩的需求,在转矩满足要求的情况下兼顾定子磁链的圆形轨迹[6]。模糊控制器的每条规则都用E、ET、、u来描述,第i条规则Ri可表示为:
式中:A表示磁链误差;B表示转矩误差; j表示磁链角;uk表示电压矢量的子集。其中i=1~180,j=1~12,k=0~12。
4.3 模糊推理与模糊决策
本文采用Mamdani模糊推理法,制定180条模糊控制规则:将最大隶属度对应的输出变量赋值给模糊控制器开关变量,开关变量的隶属函数如式(2)所示。
另外,本文中电压矢量为单点模糊集,无需解模糊,其输出如式(3)所示。
uk=u (3)
根据Mamdani推理法和模糊规则,笔者推算的完整模糊控制表见表2所示。
5 仿真及结果分析
5.1 仿真模型
系统仿真模型如图4所示。仿真用的参数设定如下:Pn=3.7kW ,Un=460V,f=60Hz,Rr=0.228Ω,RS= 0 . 0 8 7Ω , Ls= 8 m H , Lr= 0 . 8 m H , p = 2 ,Lm=34.71mH,J=1.662kg·m2 。系统给定如下:wref=50rpm,Ud=380V。
5.2 仿真及结果分析
(a) 传统DTC定子磁链 (b) 改进后定子磁链(c) 传统DTC转矩波形 (d) 改进后转矩波形(e) 传统DTC转速波形 (f) 改进后转速波形
从图5中可以看出,采用磁链区间细分控制与模糊控制相结合的新控制方法不管是在转速、转矩还是磁链脉动等方面都比传统DTC控制有了很大改进;其不仅克服了传统DTC控制磁链、转矩脉动过大以及低速性能较差等问题,而且使系统具有更好的动态性能。
(a) 磁链幅值波形(b) 电流波形(c) 转矩波形(d) 转速波形
从图6中的波形中可以看出,采用磁链区间细分法与模糊控制相结合的控制方法的实验结果,由于受系统干扰、采样频率以及延时等因素影响,实际的实验波形虽然没有仿真波形理想。但是相比传统DTC系统而言,系统的磁链脉动、转矩波动都有了明显改善,其低速性能也进一步提高。
6 结论
相比传统DTC控制,磁链区间细分法明显增加了系统的准确性,其基本电压矢量扩展后得到了充分的利用,克服了磁通角和定子磁链对系统转矩和稳定性带来的弊端;而模糊控制的引入,明显改善了系统的低速特性,提高了系统的鲁棒性,保证了DTC系统优异的动静态响应性能。仿真和实验结果表明,磁链区间细分法与模糊控制相结合的控制方法有效降低了系统转矩脉动,优化了系统动静态响应性能,提高了系统低速性能。
摘要：直接转矩控制具有控制简单、动态响应迅速、对参数变化鲁棒性强的特点,因此得到了广泛的应用。在传统的异步电动机直接转矩控制系统中,存在电压空间矢量对定子磁链幅值和磁通角的影响,特别是低速时系统脉动大。针对此问题,文章提出了一种的新的控制方法,该方法将磁链区间细分控制与电压矢量合成结合在一起,并通过引入模糊控制算法进一步提高了转矩响应时间,且减小了转矩脉动。仿真结果表明,本控制方法可以大大减小转矩脉动,具有较好的动静态性能。
最小的新一代激光扫描微投影系统 篇9
技术简介:
从瑞士联邦理工大学转移出来的一个高新技术公司发明了世界上最小的新一代激光扫描微投影技术系统。这个技术特点是只用单个微型光电子机械系统 (MOEMS) , 其微光镜可以高频地双向转动, 把单一的激光从左到右、从上到下地打到视屏上。由于高频 (70KHz) , 肉眼看起来就是稳定的图像。此技术可以高效低廉地用来替代传统多面镜、LED (发光二极管) 阵列和外部磁镜组装解决方案, 使传统的投影设备体积大大减小, 同时提高投影的清晰度和亮度。
这种微型光电子机械系统目前独一无二, 非常前沿, 可以很方便地嵌入手机、相机和电脑笔记本, 作为可移动的投影仪。不管投影到何处, 图面都是清晰的。这种技术也可以用在汽车电子系统中, 把重要信息通过高速激光扫描投影到驾驶员的视野中。和已经出笼的新一代汽车电子设备所能提供的相似功能相比, 该系统具有高亮度和高图像分辨率, 所投影的信息或图像在前车窗任何一个位置都很清晰。
最小控制系统 篇10
一个好的决策支持系统的目标就是通过分析相应的源数据后, 为高层领导决策者提供必要的、准确的数据依据。实际的决策系统功能可以用于企业管理的方方面面, 具体目标包括如下几个方面[3]:
(1) 决策支持系统要有良好的交互界面, 一方面要能为用户展示决策时要参考的内容, 另一方面要具有很好的可操作性。
(2) 数据库生成, 对数据的处理要尽可能地融合, 提高数据质量以达到用户的要求。现实分析中, 数据质量不高一方面原因是由于数据库中的数据源各异;另一方面是数据生成的方式不尽相同, 生成这些数据出现不统一、不完整、不规范均为正常现象。在这种情况下, 为了避免结果的不统一和错误, 必须采取一定的技术处理, 实现对各类数据的有效归并。
(3) 决策支持, 在决策支持系统中运用数据库和多维线性分析技术, 可以实现货运量管理中货运量的大小与哪些数据相关联。
2 关键技术分析
目标系统所采用的数据挖掘方法主要涉及回归方法以及最小二乘法, 系统拟将两种技术有效地融合, 能在一定程度上解决传统决策支持系统中存在的不足, 这一节将对拟开发的原型系统中应用到最小二乘法及回归方法两种相关技术中的关键技术进行深入探讨。
2.1 最小二乘法
最小二乘法是一种数据优化技术, 又可称为最小平方法或曲线拟合法。对于寻找数据的最佳函数匹配问题, 最小二乘法是通过最小化误差的平方和来解决的, 可以简单地求得未知的数据, 并使得实际数据与这些分析数据之间误差的平方和达到最小[4]。最小二乘法误差分析的研究促进了线性模型理论的发展, 如今, 线性模型已经成为理论结果最丰富、应用最广泛的一类回归模型, 这也是本文采用两种技术融合研究决策支持系统的关键所在。
2.1.1 最小二乘法的原理
最小二乘法通过处理一组数据, 在这组数据中发现变量之间的依赖关系, 这种函数关系称为经验公式。
其基本原理为:成对等精度地测得一组数据xi, yi (i=1, 2, …, n) , 试图从中找到一条最佳的拟合曲线, 这条曲线满足在曲线上的各点的值与测量值差的平方和在所有拟合曲线中最小[5]。
设变量y与某一个变量x1, x2, …, xi之间存在如下依赖关系:y=f (x1, x2, …, xi;a0, a1…, an) , 其中a0, a1…, an是n+1个待定参数, 可以记为, 其中yi是测量值, y′i是由已求得的a0, a1…, an以及实验点 (xi1, xi2, …, xit;yi) (i=1, 2, …, m) 得出的函数值y′i=f (xi1, xi2, …, xit;a0, a1…, an) 。
在进行具体的应用实验中, 为了提高分析的准确性, 常常人为地进行多点测量, 其目的是使方程式个数大于特定参数的个数, 此时构成的方程组称为矛盾方程组, 可通过最小二乘法将其转化为正规方程组 (此时方程式的个数与待定参数的个数相等) 然后通过正规方程组求出a0, a1…, an。
2.1.2 常规最小二乘法形式分析
前述介绍最小二乘法又可称为曲线拟合, 即所求曲线不指望所作曲线完全通过所有的数据点, 只是希望能反映数据的基本趋势。
曲线拟合根据参数的多少可以分为一元线性拟合、多元线性拟合、多项式拟合、指数函数拟合四种[40], 下面重点分析一元线性拟合和多元线性拟合。
(1) 一元线性拟合。设变量y与x成线性关系y=a0+a1x, 已知m个实验数据点xi, yi (i=1, 2…, m) , 现求两个未知参数a0, a1。
令, 则a0, a1应满足, i=0, 1。
通过化简可得
从中得出解为:
(2) 多元线性拟合。设变量y与n个变量x1, x2, …, xn (n>1) 的内在联系是线性的, 即有下式成立, 设xi是第i次测量值, 对应的函数值为yi (i=1, 2…, m) , 则偏差平方和为, 为使得s取最小值得正规方程组如下:
通过该方程组可得下式:
正规方程式得出后, 只需将实验数据 (xij, yi) 代入即可得到a0, a1…, an的值。
2.2 回归分析法
回归分析法是数据挖掘最重要的挖掘工具之一, 针对当前网络技术中数据量的复杂性和多样性问题, 这种方法是在掌握大量观察数据的基础上, 利用数理统计方法建立相应变量 (因变量与自变量) 之间的回归关系函数表达式, 这种表达式又可称回归模型。
2.2.1 线性回归分析模型分类
线性回归分析模型一般有一元线性回归、可转为线性回归的曲线回归、多元线性回归三类[6], 下面分析探讨各种回归分析的建模过程。
(1) 一元线性回归模型。在线性回归中, 最简单的模型就是一元线性回归。我们对于x取定一组不完全相同的值x1, x2, …, xn, 设Y1, Y2, …, Yn分别是在x1, x2, …, xn处对Y的独立观察结果, 称 (x1, Y1) , (x2, Y2) , …, (xn, Yn) 是一个样本, 对应的样本值记为 (x1, y1) , (x2, y2) , …, (xn, yn) 。其总体模型可以表示为:Yi=β0+β1xi+εi。其中, εi是“噪音”变量, 是均值为0, 标准差为σ的正态分布随机变量。设b0和b1是对β0和β1的估计, 由统计学知识不难得出, 在xi处对Y的回归估计为, 残差 (误差) 为, 根据最小二乘法基本原理可知, 最好的回归直线是选择b0和b1使得总的误差 (残差平方和SSR) 最小:, 根据极值原理可推导出b0和b1的值。
(2) 可转化为线性回归的曲线回归模型。在实际中, 常会遇到更为复杂的回归问题, 而不仅仅是简单的一元线性回归, 但在某些情形下, 可以通过适当的变量转换, 将其化为一元线性回归来处理。
以下是几种常见的可转化为一元线性回归的模型 (其中α, β, σ2是与x无关的未知参数) :
第一种情形:Y=αeβx·ε, lnε~N (0, σ2) , 将本式两边取对数得lnY=lnα+βx+lnε, 令lnY=Y′, lnα=a, β=b, x=x′, lnε=ε′可转化为一元线性模型:Y′=a+bx′+ε′, ε′~N (0, σ2) ;
第二种情形:Y=αxβ·ε, lnε~N (0, σ2) , 将原式两边取对数得lnY=lnα+lnβx+lnε, 令lnY=Y′, lnα=a, β=b, lnx=x′, lnε=ε′, 可转化为一元线性模型:Y′=a+bx′+ε′, ε′~N (0, σ2) ;
第三种情形:Y=α+βh (x) +ε, ε~N (0, σ2) , h (x) 是x的已知函数, 令α=a, β=b, h (x) =x′, 可转化为一元线性模型:Y=a+bx′+ε, ε~N (0, σ2) 。
(3) 多元线性回归模型。与一元线性回归模型类似, 假设自变量为x1, x2, …, xp (p>1) , 对应的样本值记为 (x11, x21, …xp1, y1) , (x12, x22, …, xp2, y2) , …, (x1n, x2n, xpn, yn) 。则多元线性回归模型可表示为:Y=β0+β1x1+β2x2+…+βpxp+ε, ε~N (0, σ2) , 设b0, b1, …, bp是对β0, β1, …, βp的估计, 则在xi处对Y的回归估计为^yi=b0+b1x1i+…+bpxpi。
根据最小二乘法和极值原理可得:
此式为正规方程组, 为了求解的方便, 可将上式写成矩阵的形式, 为此, 引入矩阵:
因此上述方程组可以写成:XTXB=XTY, 其中XT为X的转置矩阵。假设X为可逆且 (XTX) -1存在, 可得
即可得回归方程:
2.2.2 线性回归预测步骤
下面探讨运用二元线性回归方程对目标数据源进行预测的步骤。
二元线性回归分析法, 可以称为一种预测法, 这种方法是指运用影响一个因变量的两个自变量进行回归分析。其关键技术是通过因变量和两个自变量的因果关系进行回归分析技术求解回归方程, 对回归方程进行验证得出预测值[7]。
二元线性回归方程分析预测法的回归方程为:, 此方程式中x1, x2为自变量, 为因变量, 即线性回归分析预测值;b0, b1, b2为待定回归方程参数。在预测模型的检验方法中, 若采用二元线性回归分析预测法, 则比一元线性回归预测要复杂得多。
二元线性回归分析步骤有6步, 分别是经济意义检验、回归标准差检验、相关系数检验、F检验、t检验、预测并确定置信区[8, 下面作简单分析。
(1) 经济意义检验:通过参数的符号来鉴别模型的真实性, 其依据是常规的经济规律, 而对于其他检验则要求根据统计分析的方法来判定数据是否能够通过检验。
(2) 回归标准差检验:回归标准差的计算公式通常为:
在 (8) 式中:yi为因变量第i (i=1, 2, 3, …, n) 期的观察值;为因变量第i期的估计值;n为观察期的个数;k为自由度, 为变量的个数 (包括因变量和自变量) 。
(3) 相关系数检验:这是一种指标检验方式, 由于在多元回归分析中需要计算两个系数:正相关和偏相关系数。所以, 这种系统检验是用于考核各参与变量间存在线性关系的紧密程度。
(4) 显著性检验, 也称F检验, 是用来检验当自变量作为一个整体来进行检验时, 对因变量的影响是否呈显性关系。F检验的计算公式为:
其中:yi为因变量的观察值;n为观察期的个数;k为自由度, 主要是指因变量和自变量的个数。
(5) 回归系统检验, 有些资料上称为t检验, 用于检验某个自变量对因变量的影响程度, 同时这种影响是否是没必要的, 所以要对自变量逐个检验其对因变量的影响。若某个自变量对因变量的影响不明显, 则应当将其从预测模型中去除, 逐步精华回归模型, 甚至可以考虑更换自变量, 其目的是用于提高预测精度。
(6) 预测并确定置信区间。在上述检验都通过以后, 接下来的工作就是将确定的两个自变量的值代入预测模型, 通过模型分析最终得到结果, 将这个结果用于预测分析。
3 结语
基于最小二乘法的决策支持系统建设, 主要是依据最小二乘与线性回归分析模型的有机结合, 用来对线性关系进行的最佳直线拟合, 通过模型的参数估计和显著性检验对其线性关系进行分析评价。本文介绍了传统的Web技术系统结构, 分析了其中存在的问题, 然后介绍了一种新的决策支持系统中应用到的关键技术, 重点探讨了最小二乘法以及线性回归方法, 并对二元线性回归方程预测的步骤作了详细阐述。
参考文献
[1]陈文伟.决策支持系统及其开发[M].北京:清华大学出版社, 2004.
[2]张新香.综合数据仓库的新型决策支持系统[J].现代计算机, 2004 (2) :65-66.
[3]姚艳雪.基于数据挖掘的进销存决策支持系统的研究与设计[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学, 2011.
[4]孙凤林.偏最小二乘回归法非线性建模及其递推算法的研究[D].广州:华南理工大学, 2010.
[5]贾小勇, 徐传胜, 白欣.最小二乘法的创立及其思想方法[J].西北大学学报:自然科学版, 2006, 6 (3) :507-510.
[6]陆健.最小二乘法及其应用[J].中国西部科技, 2007 (12) :19-21.
[7]邵鸿翔.线性回归方法在数据挖掘中的应用和改进[J].统计与决策, 2012 (14) :76-80.
最小的种子 篇11
就jiù我wǒ们men所suǒ知zhī，芝zhī麻mɑ种zhǒnɡ子zi已yǐ经jīnɡ很hěn小xiǎo了le，一yí粒lì芝zhī麻mɑ种zhǒnɡ子zi仅jǐn重zhònɡ0.003克kè，而ér一yí粒lì四sì季jì海hǎi棠tánɡ的de种zhǒnɡ子zi竟jìnɡ然rán只zhǐ有yǒu芝zhī麻mɑ种zhǒnɡ子zi的de千qiān分fēn之zhī一yī重zhònɡ。不bú要yào以yǐ为wéi四sì季jì海hǎi棠tánɡ的de种zhǒnɡ子zi是shì最zuì小xiǎo的de种zhǒnɡ子zi，因yīn为wèi还hái有yǒu比bǐ四sì季jì海hǎi棠tánɡ种zhǒnɡ子zi更ɡènɡ小xiǎo的de种zhǒnɡ子zi，它tā就jiù是shì斑bān叶yè兰lán的de种zhǒnɡ子zi。斑bān叶yè兰lán的de种zhǒnɡ子zi甚shèn至zhì跟ɡēn灰huī尘chén一yí样yànɡ细xì小xiǎo，只zhǐ要yào我wǒ们men呼hū一yì口kǒu气qì，它tā便biàn会huì飞fēi得de无wú影yǐnɡ无wú踪zōnɡ。到dào目mù前qián为wéi止zhǐ，我wǒ们men还hái没méi有yǒu发fā现xiàn哪nǎ种zhǒnɡ植zhí物wù的de种zhǒnɡ子zi比bǐ它tā更ɡènɡ小xiǎo。其qí实shí，兰lán科kē的de其qí他tā植zhí物wù，包bāo括kuò墨mò兰lán、春chūn兰lán等děnɡ的de种zhǒnɡ子zi，也yě都dōu是shì非fēi常chánɡ小xiǎo的de。
nlc202309090306
单片机最小系统的教学研究与设计 篇12
关键词：单片机,最小系统,工作原理
单片机是一门相对比较枯燥的学科, 尤其是关于单片机的理论学习, 学生的单片机理论知识相对匮乏。根据多年的单片机教学工作, 发现学生在单片机学习的动手能力方面有所提高, 通过做实验激发了学生学习单片机的兴趣, 这表明我们的教学环节出现了问题, 理论教学和实践教学没有很好地结合起来, 要解决这个问题, 首先先给学生介绍单片机的基本结构, 然后应该紧紧围绕单片机的最小系统, 给学生设计有针对性的实验教学, 能够让学生真正理解单片机工作的方式及原理。
1 单片机的概念、最小系统的基本组成及各部件功能
定义:单片机 (Single-Chip-Microcomputer) 又称单片微处理器, 其基本结构是将微型计算机的基本功能部件:中央处理器 (CPU) 、程序存储器、数据存储器、输入/输出接口、定时/计数器、中断系统等全部集成在一个半导体芯片上。以8051单片机为例, 单片机要想工作, 除了单片机本身以外, 还必须外接电源、复位电路、振荡电路;如图1所示:
通过对单片机内部结构的认知, 将单片机和外部电源、振荡电路、复位电路等进行连接, 就构成了单片机的最小工作系统, 其各部件功能如下:
1.1 电源
MCS—51系列单片机接+5V电压, 保障单片机的正常运行。其中Vcc (40引脚) 接+5V电源正端, Vss (20引脚) :接地, 40号引脚、20号引脚合称为电源引脚。
1.2 振荡电路
单片机的工作电路为时序电路, 所以必须接震荡电路才能使其工作。单片机是按照时间的先后顺序来进行工作的, 单片机在执行内部编程指令时, 通常将一条指令分解为若干分解指令操作, 这些分解指令所对应的脉冲信号 (也叫激励信号) 在时间上的先后次序称为计算机的时序。介绍几个常用时序电路的单位:时钟周期:也称振荡周期, 为单片机提供定时信号的振荡源的周期, 它是最小的时序单位, 频率越高, 单片机工作速度也就越快。状态周期:8051单片机中, 把一个时钟周期定义为一个节拍, 两个节拍定义为一个状态周期, 也就是2个振荡周期为1个状态周期, 用S来表示。机器周期:1个机器周期包含12个振荡周期 (12个时钟周期或12个节拍) , 共6个状态周期, 习惯用S1、S2、S3、S4、S5、S6表示。例如:外接晶振为6MHz时, MCS—51单片机的4个时序单位的具体值为:振荡周期 (1个节拍) =1/6μs;状态周期 (2个节拍) =1/3μs;机器周期 (12个节拍) =2μs;指令周期=2~8μs。
单片机的时钟/激励产生有两种方式:一种是内部时钟/激励方式;一种是外部时钟/激励方式, 采用内部时钟/激励方式时, 单片机内部的高增益反相放大器, 连接片内时钟振荡电路的输入端XTAL1 (19引脚) 和片内振荡电路的输出端XTAL2 (18号引脚) , 外接作为反馈元件的片外晶振 (呈感性) , 与电容组成的并联谐振回路共同构成自激振荡器, 向内部时钟电路提供振荡时钟/脉冲激励。振荡器的频率主要取决于晶体本身的振荡频率, 一般晶体范围在1.2~12MHz之间, 电容C1、C2范围在5~30p F之间, 电容大小对振荡频率影响很小, 可起频率微调作用。
1.3 复位方式与复位初始值
单片机复位:通过某种操作方式, 将单片机内各寄存器的值变为初始状态 (初始值) 。MCS—51单片机要想完成复位, 需要在时钟电路工作以后, 在RST/VPD端持续给出2个机器周期的高电平, 就可以完成复位操作 (复位正脉冲宽度一般大于10ms) 。复位分为上电自动复位和外部手动复位两种方式。MCS—51单片机复位后, 单片机内各寄存器初始值如表1所示。
2 通过单片机最小系统的连接, 熟悉单片机
输入/输出接口, 主要包括P0、P1、P2及P3口 (按照引脚排序) 1) (1脚~8脚) P1口:1脚~8脚对应P1.0~P1.7, 统称为P1口, 可作为准双向I/O接口使用。2) (10脚~17脚) P3口:10脚~17脚对应P3.0~P3.7, 统称为P3口。3) (21脚~28脚) P2口:21脚~28脚对应P2.0~P2.7, 统称为P2口, 一般可作为准双向I/O接口。4) (32脚~39脚) P0口:39脚~32脚对应P0.0~P0.7, 统称为P0口。
3 利用单片机最小系统开发试验, 加深对单片机工作原理的学习
设计单片机控制发光二极管的循环闪烁实验:1) 编写源程序
2) 保存、编译, 调试运行程序。3) 将单片机P1口和发光二极管对应连接, 运行, 发光二极管出现循环闪烁的效果。
4 结论
通过制作单片机最小工作系统, 结合实验课程的设计, 使学生容易掌握单片机工作原理, 同时培养学生学习单片机的兴趣, 提高教学效果。
参考文献
[1]吴叶兰, 黄伟平, 一种基于USB总线的单片机最小系统设计[J].中国现代教育装, 2009.