动态控制器（共12篇）
动态控制器 篇1
动力定位系统是一种目前广泛地应用于船舶及海上浮式作业平台的高新控制技术, 它具有不受水的深度影响, 定位准确快速等特点[1]。随着船舶控制系统快速发展, 应用范围也越来越广, 配备动态定位系统的船舶越来越多, 而动态定位与轨迹跟踪的控制功能是动态定位系统的核心技术, 以下以耙吸挖泥船为例, 基于耙吸挖泥船的动态定位与动态跟踪系统轨迹跟踪要求, 对此控制技术进行以下研究。
1 耙吸挖泥船动态定位轨迹跟踪技术研究
1.1 引言
在耙吸挖泥船疏浚工作时, 动力定位系统中, 要求沿着有一个预设的航道航行, 为了轨迹控制的方便操作, 可以假设轨迹是由许多点连接而成的, 这样挖泥船的轨迹控制可以转换为直线和转向两个部分, 以下就从这两个方面来分析研究其轨迹控制。为了达到挖泥船轨迹控制功能这个主题, 采用了点线的方法, 就是把轨迹转换为一系列给定位置的点, 因此轨迹定位控制问题就转化为了定点的控制问题。
1.2 直线段轨迹控制策略
定点计算是直线段轨迹控制中最为关键的问题, 通过对挖泥船的运行速度和给定的预设一条轨迹来说明定点的计算问题。
1.2.1 计算轨迹起始点
轨迹控制就是把给定轨迹分解成一组点, 所以首先寻找起始点位置。如图1所示的一条轨迹, 起点和终点坐标分别为 (x1, y1) 和 (x2, y2) , 当船的位置不是恰好在起始点时, 就像图中A, B和C这样时就不能采用统一的方法来确定其起始点。
在此以从挖泥船向轨迹做垂线的方法来确定起始点的。如图2所示, 垂足 (x4, y4) 即为挖泥船运动的起始点。
两点可以确定一条直线, 由此得到轨迹的直线方程:
令x1≠x2, y1≠y2, 得轨迹的斜率为:
由此得到一个过点 (x3, y3) 的航迹垂线斜率为:
综上可以得到垂线直线方程:
当y2=y1和x2=x1时, 即斜率为0的情况, 计算出此时垂线为y=y3, 把它们带入 (1-4) 式可得同样结果, 所以 (1-4) 式可作为垂线的一般表达式。
联立 (1-1) 和 (1-4) 可得垂线与轨迹线交点垂足坐标:
式中:a=x2-x1
b=y2-y1
1.2.2 定点位置计算公式
确定了起始点, 就可以计算出轨迹上的一系列定位点。设轨迹的有向线段方向为θ, 其给定的速度为V, 采样时间为Ts, 可以得到定位点的计算公式:
通过上面的公式可以得到船舶定位点的一系列坐标, 通过这些定位点就可以达到航迹控制的目的, 接下来需要进行轨迹判断。
1.2.3 轨迹判断
如图3所示, 通过上边几式, 可以得到终点垂线方程:
由此可得距离d为:
这样可以根据d的正负来判断挖泥船其实位置是否过了轨迹终点, 可以正确得出挖泥船与给定航迹的关系:
d>0时, 挖泥船在终点前;
d=0时, 挖泥船在终点垂线上;
d<0时, 挖泥船在终点后。
根据上面的推到研究, 得出只有在d>0时航迹可用, 否则无效。
1.3 转向段轨迹控制
在转向段的处理策略, 让挖泥船以圆弧的平稳的切换到另一条轨迹, 这个和两条轨迹相切的圆弧可以根据航迹线的转弯半径和给定速度来确定。
此策略的圆弧如图4所示, 第一条轨迹线方向角为θ1, 和第二条轨迹线方向角为θ2, 它们的夹角即为回转的角度Φ=|θ1-θ2|, 若θ1-θ2>0, 向左转, 否则向右转。由图中所示的回转半径R, 可以得到L=R*tan (Φ/2) , 并由此可以计算出点D的坐标 (x5, y5) , 同理可以求的点E的坐标 (x6, y6) 。根据上面求得的点D的坐标和第一条轨迹的方向角θ1, 可以得出回转圆弧的圆心O的坐标 (x7, y7) 。假设挖泥船的给定速度为V, 回转率为r=V/R。
由上述分析, 可以得到定位点的计算公式:
式中:αn=an-1+r*Ts*dir, 其中dir为转弯的方向, 向左转为负, 向右转为正。
通过上述公式及计算, 可以得到转向的定位点, 当挖泥船转过Φ的角度后, 转弯结束, 完成转弯轨迹的控制。
2 轨迹控制器设计
2.1 引言
PID控制器是广泛运用于工业中的反馈控制器, 其工作原理是被控变量的实际值, 与期望值相比较, 用这个偏差来纠正系统的响应, 执行调节控制。
模糊控制是指利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法, 对于复杂的、变量太多的系统, 利用各种方法来简化系统动态, 以达成控制的目的控制方法。
2.2 数字PID控制算法
2.2.1 PID的线性控制原理
很多控制过程是非线性或时变的, 通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统, 这样就使PID控制器变成一种线性控制器, 它根据给定值r (t) 与实际输出值c (t) 构成的控制偏差:
PID的控制规律为:
其传递函数形式为:
式中:Kp是比例系数, Ti是积分系数, Td是积分时间常数
2.2.2 增量式PID算法的改进
(1) 位置式PID控制算法
计算机是通过采样控制的, 其控制量只能根据采样时的差量来计算, 因此需要对积分和微分项进行离散化处理, 以一系列的采样时刻点代表连续时间, 以和式代替积分, 以增量代替微分。
(2) 增量式PID控制算法
所谓增量式PID是指数字控制器的输出只是控制量的增量, 当控制系统的执行机构中只需要控制量的增量时, 能推算出提供增量的PID控制算式。采用增量式算法时, 计算机输出的控制增量对应的是本次执行机构位置的增量。
由以上叙述可知, 位置式和增量式两种控制算法并没有本质上的区别, 它们的计算全由计算机承担, 或者一部分由其它部件去完成。增量式控制虽然只是算法上作了一点改进, 却带来了不少优点:a.由于计算机的输出增量, 所以误动作时影响小。b.手动/自动切换时冲击小, 便于实现无扰动切换。c.算式中不需要累加。控制增量的确定仅与最近k次的采样值有关, 所以较容易通过加权处理而获得比较好的控制效果。但增量式控制也有其不足之处:积分截断效应大, 有静态误差;溢出的影大。
2.3 模糊控制
模糊逻辑系统是用模糊概念所描述的系统, 它研究模糊命题。一般情况下, 它由模糊化, 知识库, 模糊推理和逆模糊化四部分组成[2]。图5表示了这四部分的关系, 模糊化将论域U上的x映射为U上的模糊集合A。论域U={x}的任一元素, 通过隶属度函数u (x) 的大小表征x属于模糊集合A的程度;逆模糊化将论域V上的模糊集合B映射为V上的确定值Y;模糊推理是根据知识库中的模糊推理知识, 将模糊集合A推理出模糊集合B。
模糊逻辑从L查德教授创始至今之所以得到迅速的发展, 因为它具有以下优点[3,4]:
(1) 在设计系统时, 只需要有不精确的数学模型或不需要研究对象的数学模型, 依据专家知识或者操作人员的操作经验和操作数据, 即可以进行模糊推理。
(2) 它提供了一种描述专家知识的模糊“IF-THEN”规则的一般化模式。
(3) 由工业过程的认知性出发, 较容易建立语言变量规则。
(4) 模糊化、模糊推理和逆模糊化的选择有很大的自由度, 因此, 当用模糊逻辑系统解决某些特殊问题时, 可通过学习的方法选出优化后的模糊逻辑系统, 有效地利用数据和语一言两类信息。
2.4 模糊PID参数自整定控制器原理
通过将模糊控制 (Fuzzy) 与PID控制结合在一起, 在实际过程中得到了比传统的PID控制方法具有更多优点的模糊控制。
模糊自整定PID参数控制就是一种在常规PID控制的基础上, 应用Fuzzy集合理论建立参数Kp, Ki, Kd, 同偏差e, 偏差变化ec间的关系, 并根据不同的e, ec在线自整定参数Kp, Ki, Kd, 的Fuzzy控制器, 其结构图如图6所示。
一般情况下, 在不同的|e|和|ec|下, 被控参数Kp, Ki, Kd的自整定要求可归纳为:
(1) 当|e|较大时, 取较大的Kp与较小的Kd, 使系统具有较好的跟踪性能, 同时为避免出现较大的超调, 应对积分作用加以限制, 通常取Ki=0。
(2) 当|e|处于中等大小时, 为使系统响应超调较小, Kp取小些。该情况下, Kd的取值对系统响应影响较大, Ki的取值要适当;
(3) 当|e|较小时, 为使系统具有较好的稳定性, Kp与Ki均应取大些, 同时为避免系统在设定值附近出现振荡, 即|ec|较小, Kd取中等大小, |ec|较大, Kd取小值。
实践证明, Fuzzy在线自校正PID参数控制器的设计方案是可行的, 它在改善被控过程的动态、稳态性能与提高抗干扰能力以及对参数时变的适应能力等方面均优于常规PID调节器。
2.5 轨迹保持控制器设计
动力定位系统主要控制船舶在水平面内三自由度的运动:纵向、横向和艏向运动, 而这三个方向的运动, 通常经过三个独立的控制器分别进行控制。
基于模糊PID参数自整定的位置控制器
在耙吸挖泥船轨迹保持中, 采用模糊PID参数自整定方法设计纵向和横向控制器能满足参数变化和工作条件的变化, 在随机的环境中可以在线调整PID控制的参数, 纵向和横向的模糊PID参数自整定控制器结构如图6所示。
由结构图可以看出, 模糊控制器根据偏差及偏差变化修正PID控制器的Kp和Kd。控制算法的基本步骤如下:
(1) 根据采样值计算偏差e和偏差变化ec。
在纵向和横向控制器中, 控制器输入分别为纵向偏差和横向偏差, 输出分别为纵向力和横向力。假定给定位置坐标为 (x0, y0) , 测量位置坐标为 (x, y) , 测量的艏向为Ψ, 则转换公式为:
又由于位置给定值是不断变化的, 由微分先行PID控制算法的思想, 可以得到偏差变化ec的公式为:
(2) 把偏差e和偏差变化ec模糊化, 进行模糊推理, 然后解模糊得到△Kp, △Ki和△Kd。
模糊控制器的输入为偏差e和偏差变化ec, 输出为△Kp和△Kd。由于偏差e和偏差变化ec的符号对输出的影响是相同的, 这里把模糊控制器的输入改为|e|和|ec|。设输入变量|e|和|ec|语言变量的论域均取“负大、负中、负小、零、正小、正中、正大”七种, 其隶属函数均为三角函数。
2.6 模糊PID控制器的仿真
在Matlab中以耙吸挖泥船为仿真对象, 通过fuzzy工具箱, 对其进行动力定位系统控制算法的simulink仿真。在不同风速, 水流, 风向以及有效波高的环境下, 相关输出关系、曲线及计算结果如图7-图10所示。
在水况及挖泥船的参数为:在密度ρ=1.025t/m3条件下, 吃水d=5.5m, 排水量V=19171.1m3时 (不考虑三个方向的耦合) :
其PID参数:KP=1.08KN/m, KI=0.0064KN/m·s, KD=120.96KN·s/m
其PID参数:
由以上数据可以看出, 通过Fuzzy模块, 在模糊控制系统仿真框图中加入PID控制器, 调用了相应的模糊推理规则, 对所设计的基于模糊的PID控制系统进行仿真。在仿真过程中可根据系统仿真或实际的控制结果调整输入、输出的隶属度函数, 一直调整到理想的控制效果为止。以上数据表明设计的轨迹控制性能是可行的。
此时耙吸挖泥船纵向和横向的轨迹控制器如图11所示。
艏向控制器如图12所示。
3结束语
(1) 将船舶轨迹分为直线段和转向段两个部分研究分析了耙吸挖泥船动态定位航迹跟踪策略。
(2) 用模糊PID算法设计了耙吸挖泥船的轨迹跟踪器, 并对设计的轨迹跟踪器进行轨迹跟踪的仿真。仿真结果表明设计的模糊PID控制器具有较好的控制效果。
参考文献
[1]Max J Morgan.近海船舶动力定位[M].北京:国防工业出版社, 1984.
[2]李友善, 李军.模糊控制理论及其在过程控制中的应用[M].北京:国防工业出版社, 1993.
[3]闻新, 周露, 李东江, 等.Matlab模糊逻辑工具箱的分析与应用[M].北京:科学出版社, 2001:135-137.
[4]张国良, 曾静, 柯熙政, 等.模糊控制及其Matlab应用[M].西安.西安交通大学出版社, 2002:11.
动态控制器 篇2
关键词：企业；多维动态；成本控制；控制战略
在经济新常态下，各个同行企业间竞争压力不断增加，在不影响产品价格的前提下，增加企业的市场占有率，无非从产品质量与售后服务两方面入手。然而随着原材料、器械设施以及员工工资等的持续上涨，对企业的持续发展构成了巨大挑战。实现企业的成本控制，完善企业的管理体系对于提升产品质量、强化价格优势显得尤为重要。任何企业长久发展必须始终坚持成本控制，因为其是反映该企业商业效益与管理水平高低的直观指标，也是决定产品价格的决定因素。当今企业，无论是国企还是私企，大企业还是中小企业都已进入微利时代，构建良性多维动态的成本控制体系应是企业管理的重中之重，现阶段各企业都应将工作重心置于企业的成本控制上。
一、多维动态成本的概述
所谓“动态”是指依据实际情况对企业项目预算进行灵活调整，依据市场环境实时调整企业项目计划以及财务收支重心。实现对企业进行多维动态的成本控制，即在生产的每个环节都进行科学合理的预核算管理，然后进行成本检测，最终实现成本控制，以保证企业的每项经济活动都在可控范围之内。因此可以说，多维动态成本控制也是企业管控资本的有效手段，是降低企业投资成本的科学方式，在很大程度上可以减少企业不必要的资产损失，也能降低企业的财务投资风险。
二、企业成本控制中现存的问题
现阶段多维动态的成本控制体系并没有成熟的模式，大多数企业均属于探索阶段，因此还存在许多问题，下面列举几条普遍存在的问题。
（一）成本控制的基础信息欠缺，难以制定科学合理的成本预算
目前大多数企业普遍存在的问题是对于企业资本原始数据的会计记录不明确和具体，其中包括有些数据统计难度大而无法提供准确数据，有些数据存在部门交叉因而数据口径不一。以笔者所在的自来水企业来说，这是一间有百年历史的老厂，厂内各净水构筑物、管道、设备很多都因历史原因造成资料不全；又因这些资产多在地下，重新评估难度大，成本高，这就易造成在成本预算或者资产分配过程中，出现重复预算或者预算缺失，因而会导致成本预算的不合理，无法对企业成本进行有效控制。
（二）企业成本控制的基础多以主观经验为主，缺乏数据支持
基于目前成本控制没有科学的模式可以效仿，大多数的企业都是凭借主观经验制定成本预算，没有准确的数据支持，就难以制定出科学合理的成本支出计划，同时也难以衡量各个项目、各个部门的实际资金及资源需求量，因而容易出现“会哭的孩子有奶吃”的现象，造成资源分配不均，甚至会导致企业资源的浪费，使企业资金蒙受不必要的损失。总之企业预算的数据依靠不足，就会大大降低企业成本预算的权威性与执行性，容易造成随意更改与任意执行，不利于企业预算工作的实施，也不利于企业成本控制的实现。
（三）成本控制中各个环节衔接信息利用不当，缺乏部门间信息交流
目前企业职能规划已相当完善，这对于企业发展是有利的，但是各部门间分工明确、职能明确，在一定程度上使企业内部原本统一的数据信息分割开来，造成横向数据信息分散，再加上各部门间相互联系较少，不能实现有效信息的共享与统一，存在“信息孤岛”现象，使得企业信息与业务流程出现脱轨现象。
（四）成本控制中没有设定明确的责任划分
有些企业员工只注重任务量的完成，并不注重完成的效果如何，再加上部分企业尚未建立绩效评价机制，没有一定的奖惩制度，长此以往，造成企业为员工的任务效果买单，容易造成员工的懒散，也不能激发其工作的积极性与创造性，因而对于企业成本来说，增加了企业成本中薪金成本，也造成了一定的人力浪费。有的企业即使注意到这一点，但由于没有明确的责任划分，责任追查也就不能具体到个人，缺乏对资本投入的回报成果承担责任。
三、企业多维动态成本控制战略体系的构建
构建多维动态的成本控制战略体系，需要从不同角度不同方面对企业生产流程进行全方位的考察与评估，从而制定出科学可行的成本预算与执行性较强的成本控制方式。下面从几个维度对企业成本控制的实现提出一些建议。维度1：依据企业管理阶层对企业成本进行全方位把控企业的管理层主要由成本战略层、成本精益层和成本控制层构成。
（一）成本战略层：该层主要侧重于企业资本的集中管理，加强企业的成本战略层管理，有利于企业合理分析企业成本构成与支出动因，从而制定科学的预算框架，同时还有助于对成本预算的科学预测、智能分析以及实时监测。
（二）成本控制层：该层主要侧重于管理企业运营周期的项目部署，贯穿企业成本计划的制定、控制、管理以及考核分析的整个过程。加强成本控制层有利于实现对企业的整体化把控，也能有效促进各个部门、环节的工作业务衔接，从而有利于减少企业的信息缺失现象，充分实现信息共享，提高企业的工作效率。
（三）成本精益层：该层侧重于监督成本的使用情况，并完成对企业的不合理预算的调控。加强成本精益层主要目的是减少预算编制人员的主观经验做法，利用准确的会计数据制定科学的成本预算，从而增强成本控制的可操作性。维度2：依据产品属性的不同构建恰当的成本控制体系产品的属性不同，其成本控制体系也应有所差异。以自来水企业为例，其提供的水产品主要有城市用水、直饮水、瓶装水等。不同的品种，对水的质量要求就不同，质量检测的指标不同，因而资源及成本预算比重也应有所差异。对其实行动态成本控制体系，要求具体细化评估每个产品的生命周期，并加强企业的决策支持和成本控制。维度3：依据控制模式制定控制计划目前自来水企业有总公司、分公司，水厂及附属公司，多维动态成本控制体系要求企业合理评估并分析每个渠道的产品收支状况，依据产品的类型制定适合的成本控制模式，并在此基础上制定合理的成本支出与控制计划，有目的有计划地实行成本控制对于减少企业不必要的损耗与浪费具有重要作用。维度4：分季节调整经营计划有的企业产品具有很强的季节性，例如自来水企业，雨季原水水质差，净水原材料投加量大增；夏季供水量大，加大压力供水电力支出多。多维动态的成本控制应详细记录并评估每个季节的产品成本与效益状况，并结合一定的经验数据，制定出较为合理的预算及业务计划，从而减少产品的不必要库存，降低资源损耗。维度5：依据客户类型制定服务计划不同企业产品针对的目标客户群体不同，对于高端客户群体，其不仅要求产品的质量过硬，售后服务也是企业竞争优势的重要组成部分，因此对于这部分产品要加强售后人员的培训及管理成本；对于自来水企业中直饮水环节，其成本划分则主要在加工处理与质量检测上，直饮水的成分与质量是其市场依赖性的主要决定因素。
四、结束语
在企业实现有效的成本控制并非遥遥无期，一切成本皆可控也并不是无稽之谈，只要合理分析企业的成本构成以及资本动因，对企业预算进行全方位把控，及时发现以及调整项目及部门预算，就有可能实现对企业的成本控制，减少不必要的资源浪费。就目前现状来说，企业要想全方位把控投资成本，不但要加强纵向成本评价机制，还要开展横向业务目标及资源配置的评价机制，这样有利于企业及时发现预算制定的不合理之处，宏观调控生产线的各个环节，并有利于企业联系为统一有机整体。
参考文献：
施工阶段工程造价动态控制研究 篇3
关键词：建筑项目；施工阶段；造价管理；动态控制
一、工程项目造价管理的基本内容
工程项目造价管理的基本内容是合理确定和有效的控制工程项目造价。工程项目造价管理包含着两个方面的内容：其一是投资管理，在建筑项目施工阶段要根据施工情况及施工周期、施工原材料损耗、施工人员安排等综合因素确定施工投资。其二是价格管理，落实在施工阶段，就是通过一定的优化方案来落实或保障施工阶段各个环节中的价格优惠，保障施工阶段各环节中以最低廉的价格获取最大的工程效益。
二、工程项目造价管理的基本原则
在建筑项目中，对工程项目进行造价动态控制其实贯穿于施工各个阶段，在不同的施工阶段，造价动态控制研究的侧重点各不相同，所采用的基本原则也不一样。
1、主动控制
在施工阶段执行工程造价动态控制的原则是主动控制原则。所谓主动控制的原则，就是针对施工阶段的各个主要因素，分别进行有针对性的价格管理，保障该环节的投入在可接受的范围内，以质量控制为核心，尽可能地让价格浮动接近于范围的最低值，以此来实现施工阶段的价格控制。
2、技术与经济相结合
在施工阶段工程造价的管理还有一个非常重要的原则，就是将技术与经济相结合，在分析判断施工阶段的技术投入或者经济投入时，以另外一方为衡量标准。通俗地说，就是在保障经济合理的基础上，来考察不同技术的优劣，尽可能地选择技术优良的施工技术，以保障施工阶段的质量控制。而在技术水平基本一致的情况下，重点考察经济是否合理，是否增加了经济投入，从中选择最优方案。
3、工程监理
在施工阶段进行工程造价的控制，还可以通过设定监理人员来实现人工对工程的监管控制。在施工阶段，监理人员可以全程负责整个阶段的工程造价控制，通过监管、监督、指正、检验等方法来确保施工阶段各个环节或各个步骤的最优投入，这样可以最大限度地保障工程造价的控制，为项目投资商创造更大的经济效益。
三、施工阶段工程造价动态控制分析
工程造价管理工作贯穿于建筑项目的各个阶段，在施工阶段的具体表现，可通过采用造价动态控制的方法来有效地控制成本投入，为企业创造更大的经济价值，也可以保障施工阶段的从优施工。
1、工程造价动态控制的工作原理
在建筑项目施工阶段，可以将施工阶段的整体投资估算出来，作为一种目标值。在建筑项目正式施工后，可以将施工阶段的投入目标费用与实际产生的费用进行一定的比较，若目标值与实际值存在一定的偏差，这说明施工阶段的实际投资超出了预算或者低于预算，一旦确定了偏差值，要对其产生原因进行有效分析，找出问题的根源，并采用果断的方法来实现成本目标。一般来说，工程造价动态控制的工作原理分为以下几个部分。
1.1比较值的不同
在施工阶段中，要通过定期或者不定期方式来进行预算值与投资值的比较，预算值是设计阶段的产物，投资值是施工阶段的实际开销，通过比较可以确定施工费用是否与预算值存在偏差，一般是特指超支。
1.2分析出现偏差的原因及大小
一旦预算值与实际值之间存在偏差，要认真分析产生偏差的原因，并根据偏差的大小，来估测有可能对施工后续阶段的影响程度。
1.3预测施工阶段整体费用
施工阶段的费用是环环相扣的，在某一个环节出现超支的情况，都极有可能对整个施工阶段带来直接的影响。因此在分析偏差后，就可以大致地了解整个施工阶段的费用超支情况及所需费用。
1.4采取措施将偏差尽可能缩小
在施工阶段，经分析找出偏差的原因后，为了将偏差降低到最小值，必须采用一定的措施。在采用措施的时候，要根据施工阶段的具体情况，切勿为了弥补漏洞，从而降低材料的质量或降低施工技术水平，要通过科学有效的措施来减少偏差的存在。
1.5总结经验教训
要对施工阶段的造价偏差进行分析总结，找出症结所在，并同类分析施工其他环节有可能存在的问题，做好问题的预判处理。
2、赢得值法的基本概念及应用分析
赢得值法可以有效地将施工阶段的施工进度与投入成本结合起来，从而有助于工作人员通过简单的中间值来实现进度控制和成本控制的双向保障。赢得值法的运用，有效地提升了成本控制的成效性。
相比偏差纠正法，赢得值法在分析成本与进度偏差方面，效率更快，因为赢得值法是将成本与进度有机结合在一起，实现了偏差分析的同步，一旦在施工某个进度中出现了成本偏差，这类偏差分析法很快就可以分析出偏差的原因，并及时做好修补方法。同时还可以实现偏差的预防性，提前制定预防措施，保障偏差尽可能地少出现或不出现。运用赢得值法，往往可以查找出以下几种类型的偏差。
2.1成本提升工期滞后
在施工阶段中，因材料损耗、技术更新等造成投资超出了实际预期，而往往因材料的补充或者是因技术更新带来的施工空当而拖延了工期。
2.2成本提升工期提前
在施工阶段，可能因采用新的施工工艺，虽然造成了工程成本的增加，但在一定程度上却缩减了工期。
2.3成本缩减但工期拖延
在施工阶段，为了确保成本，实现成本控制目标，因而采用了一些相对低廉的材料或技术，同时实现了施工人员的缩减，这在一定程度上控制了成本，相比预算成本，实际成本可能更小，但在另外一方面，也造成了工期的拖延。
2.4成本节约工期提前
在施工阶段，因及时淘汰了落后的施工技术，采用了相对成熟价格低廉的施工技术，反而在一定程度上实现了成本的节约，同时也使得施工工期得以提前。
相比成本偏差，采用进度偏差法，可以及时有效得将施工阶段的成本与进度有机统一起来，实现施工阶段成本控制与进度控制的双重保障，更好地实现施工阶段工程造价的动态控制。
总结：
施工阶段的造价控制管理是实现建筑项目经济效益的重要保障，在造价控制管理过程中，可以根据实际情况采用不同的造价控制法。
参考文献：
[1]刘艳，孙源，陆惠民，基于工程质量模糊评价的改进挣值法研究[J]；建筑管理现代化；2009年03期；
[2]汪源浩，建设单位工程项目投资控制的实践与思考[J]；四川建筑科学研究；2006年02期；
网络控制系统动态输出反馈控制 篇4
网络控制系统由于具有安装维护简单、高可靠性等优点, 在过去几十年的到了广泛的关注。然而, 将网络引入控制系统中将会带来诸如:丢包、时延等挑战, 这些负面影响将会严重影响系统性能, 因此研究具有丢包和时延的网络控制系统具有重要的意义。
现有文献大都针对具有丢包和时延的网络控制系统状态输出反馈进行了研究[1,2,3,4,5,6]。然而, 在现实世界中, 系统的状态并不是都能量测的。通过采用动态输出反馈控制, 可以获得受控系统的状态。由于动态输出反馈控制器较状态反馈控制具有一般新, 因此受到广泛的关注[7,8,9]。文献[10]研究了具有时变时延的不确定随机系统的全维动态输出反馈控制问题。针对连续时间和离散时间两种切换线性系统, 文献[11]研究了相应的动态输出反馈H∞控制问题。
基于现有文献分析, 对传感器到控制器信道存在时延和丢包, 控制器到执行器信道存在时延的连续时间网络控制系统, 考虑量测输出的非均匀分布特性并引入线性估计方法估计量测输出, 该文研究了相应的动态输出反馈控制器设计问题。
2 问题描述
考虑如下连续时间动态输出反馈网络控制系统
其中, x (t) ∈Rn, u (t) ∈Rp, y (t) ∈Rq, z (t) ∈Rm和ω (t) ∈Rr分别为状态向量、控制输入、量测输出、被控输出和外部扰动, 且ω (t) ∈L2[t0, ∞) ;A, B1, B2, C1, C2, D为具有适当维数的已知定常矩阵。
动态输出反馈控制器为
其中, xc (t) ∈Rn为控制器状态向量, Ac, Bc, Cc为待求实矩阵。
对t∈[tk+τk, tk+1+τk+1) , 针对传感器到控制器信道存在时延和丢包, 控制器到执行器信道存在时延的连续时间网络控制系统, 考虑量测输出到达时刻的非均匀分布特性, 同时引入基于线性估计的量测输出估计方法, 我们可以建立如下增广闭环系统
其中
其中
3 动态输出反馈控制器设计
考虑传感器到控制器信道上的时延和丢包, 控制器到执行器信道上的时延, 本小节给出了闭环系统 (4) 的动态输出反馈控制器的设计问题。
定理给定的正标量ε1, ε2, h, δ, τm, τM, γ, 及标量λˉ∈[0, 1], 若存在对称正定矩阵X, Y, 及矩阵Â, B̂, Ĉ, 使得如下矩阵不等式成立
其中
则 (4) 所示的闭环系统为均方渐近稳定, 且有H∞范数界γ。动态输出反馈控制器 (2) 的参数为
其中S和W为非奇异矩阵且满足SWT=I-XY。
4 数值例子
考虑如下开环不稳定网络控制系统
假定τm=0.05, τM=0.05, h=0.1, ε1=2, ε2=0.6, δ=2, , 相应地, 我们可以得到η=0.55。应用定理给出的控制器设计方法, 可得到系统 (4) 的H∞范数界γ=0.8122。同时, 我们还可得到动态输出反馈控制器增益为
假定系统 (4) 的初始状态为ξ0=[0.2-0.2-0.5 0.3]T, 外部扰动为
传感器到控制器信道上的区间时变时延d (t) 及控制器到执行器信道上的区间时变时延τ (t) 的曲线分别如图1和图2所示。系统的状态响应曲线和被控输出曲线如图3所示, 由图3我们不难验证本文所提出的动态输出反馈控制器设计方法的有效性。
5 结论
针对传感器到控制器信道存在时延和丢包, 控制器到执行器信道存在时延的网络控制系统, 考虑量测输出到达时刻的非均匀分布特性, 并引入线性估计方法, 建立了基于动态输出反馈控制的网络控制系统模型。基于该系统模型, 给出了动态输出反馈控制器设计方法。通过数值例子验证了本文提出方法的有效性。
摘要：考虑传感器到控制器信道上的丢包和时延以及控制器到执行器信道上的时延, 该文研究了连续时间网络控制系统动态输出反馈控制问题。通过考虑量测输出到达时刻的非均匀分布特性并引入线性估计方法估计量测输出, 建立了新的网络控制系统模型。基于新建模型, 给出了动态输出反馈控制器设计准则。最后通过数值例子验证了该文提出了控制器设计方法的有效性。
关键词：网络控制系统,动态输出反馈,线性估计方法,丢包,时延
参考文献
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建筑工程造价的动态管理与控制 篇5
【摘要】在建筑工程中，由于每一环节中受到各种因素的影响比较大，进而会影响工程的造价，导致工程造价增长或降低，所以，需要加强工程造价的动态控制。基于此，文章对建筑工程造价的动态管理与控制进行分析，以期能够提供一个借鉴。
【关键词】建筑工程造价；动态管理；控制措施
1.建筑工程造价动态管理的阐述
1.1建筑工程造价动态管理的概念
建筑工程造价动态管理就是在工程建筑期间对工程的造价进行综合分析，运用变化的观点分析建筑工程造价管理问题，并且根据房屋建筑施工过程中的新变化因素及时纠正已经发生的偏差，保证房屋施工过程中的人力、物力以及财力得到有效的发挥，从而将房屋建筑工程造价控制在合理的范围内。影响工程造价的因素主要包括：价变因素；量变因素以及定额收费的变动。
1.2建筑工程造价动态管理的意义
首先加强对建筑工程造价的动态管理可以及时纠正房屋建筑施工中所暴露出来的各种问题。在房屋建筑施工过程中由于施工周期比较长，经常会因为内外因素的变化而导致一些问题的出现，比如因为设计阶段的考虑不周全而造成工程项目造价上涨，对此需要及时通过造价动态管理采取有效的措施给予解决；其次工程造价动态管理可以有效提高房屋建筑工程的质量与安全。房屋建筑工程的动态造价管理就是利用经济、政治手段解决房屋建筑中所存在的问题，使得房屋建筑的质量更加得到有效的保证。
2.建筑工程造价全过程动态控制存在的问题
建筑工程造价全过程的动态控制，因为其良好的管理性能，在部分建筑企业中已经受到重视，如何落实建筑企业在工程造价全过程的动态控制管理效果，首先需要对建筑工程造价动态控制管理中存在的问题进行解决，只有将造价全过程动态控制管理当中存在的问题深刻解决，才能提升建筑工程动态造价控制管理的水平，对于建筑企业发展起到促进作用。
2.1建筑工程造价控制体制有待加强
当前的工程造价管理还存在体制问题，不能对工程造价全过程动态控制进行有效管理，尤其是一些体制规定存在相互矛盾的状况，严重影响了工程造价全过程的动态控制管理。因为建筑企业的建设区域不仅仅局限在某一地区，而各个地区对于工程建设内容和造价管理的要求不尽相同，存在国家标准、地区标准、行业标准等各种存在差异的标准，给建筑工程的造价控制带来影响，建筑企业在造价实施过程中都会选择利于自己发展的造价控制标准，给建筑行业的沟通交流带来困难。
2.2
工程造价管理的监督机制尚不完善
建筑工程造价全过程动态控制问题，需要良好的监督机制对造价工作的实施效果进行监督，确保建筑企业工程造价全过程动态控制管理工作效果的落实，提升建筑企业的管理水平。在建筑工程实际造价全过程的动态控制管理中，由于监督机制不健全，给建筑企业埋下进行暗箱操作的机会，在一些单位的竞投标中对于工程进行盲目造价，给建筑工程的质量带来隐患，严重影响了建筑市场工程造价管理的建设发展。
2.3工程造价需要市场经济的引导
建筑企业对于工程造价进行全过程动态控制管理，可以更好的实现市场需求，充分满足市场要求，保证建筑企业能借助市场环境快速发展。所以在完成建筑工程造价全过程的动态控制管理工作时，要对市场环境进行全面了解，以市场最终要求为重要指导，更好适应市场的动态要求，完成工程造价全过程的动态控制管理。
3.建筑工程造价的动态管理与控制要点
3.1
招投标阶段的造价控制
实现动态造价管理与控制的第一个环节，就是在工程项目开始之前就将造价管理工作进行有效控制。在实际的招投标过程中，要对于工程量清单进行科学的编制，保证相关合同价格规定准确、合理，符合市场的实际情况。在进行定标决策中，要严格的遵守工程量清单，保证相关招投标工作规范、谨慎。投标单位要严格遵守有关招投标管理制度，并且公平、有序、透明地参与到招投标的过程中，充分的将招投标管理工作的目的进行实现。
3.2
设计阶段的造价控制
在设计阶段，要对于工程的设计方案进行优化选择，提高整个方案的经济性、技术性、可行性与合理性。对于设计的投资类目要进行严格的审核，并且对于一些投资不正常的地方要进行重点讨论，保证整个投资方案的合理。对于市场中一些材料与设备的用途、质量、价格、寿命等进行深入的调查研究，在保证质量需求和施工技术需求的基础上，减少采购成本。对施工工艺方案的选择上，要结合实际工程特点和现场情况，对于施工方案进行严格的筛选，选择成熟和先进的技术方案。整个施工图纸中，需要对于施工现场的各项材料、设备和施工工序需求进行明确的表明，减少施工过程中变更情况的发生。
3.3
施工阶段的造价控制
施工阶段是造价管理控制的重要执行环节，也是提高造价管理控制成效的关键一环。在项目管理的过程中，要对造价费用发生进行明确的职责界定，并且通过不断的宣传，提高各个部门管理人员的造价控制意识，充分落实责任管理制度。在施工组织构建上，要科学有效的进行管理，并且实现动态化的控制。一般来说，建筑工程项目其本身的施工周期较长，施工过程中一些人工、材料、价格等成本都会随着市场情况的变化而改变，因此，要及时的对相关市场价格波动等动态因素进行充分的预测，并且将动态化的管理模式贯穿于整个施工过程中。在施工过程中，要对于一些变更所引起的原因进行详细的分析，并且对变更过程做好审核工作，将一些材料变更、技术变更等问题进行充分的研究，并且将预算价格的变化情况进行汇总处理。对于工程款项出现变更的情况，要进行严格的控制，并且做好各个级别的审核，保证审核流程规范。另外，还要保证现场文明施工，节约资源，严禁浪费。工程现场施工材料费用占整个工程费用中的较大一部分，在施工现场要严格执行材料领用制度，并且宣传节约思想意识。在施工过程中，各项施工行为要严格的依照合同进行开展，并对出现的合同变更进行及时的处理。
3.4
竣工验收阶段的造价控制
竣工验收阶段，施工企业要对结算进行及时的编制，并第一时间做好核对并且提交业主单位。在对于相关合同条款的执行上，要严格按照合同内容进行管理，并且对于控制外费用进行全面、细致的审查。对于一些设计变更要进行严格的核查，并且对变更行为发生的合理性与前因后果调查清楚，并且做好记录与存档。在施工过程中，要对现场实际工程尤其是隐蔽工程进行细致的检查，保证各项环节的造价费用发生都经过审查与核算。竣工验收阶段的造价控制是动态化的造价管理控制的最后一环，也是保障结算准确的关键。只有做好收口工作，才可以保证前期造价管理控制工作的目标最终高质量地完成。
4.强化施工造价动态管理的策略
现阶段，我国在工程造价管理方面出现问题，国家和政府对此都很重视，为提升建筑施工造价管理的水平，需要采取相应的策略。
4.1科学解决动态管理的问题
在设计环节，需要对设计人员加强培训，使得设计人员在成本控制方面强化意识。在建筑施工的过程中，需要结合设计人员图纸，对勘测数据进行完善，与此同时，设计人员应该对多方面的因素进行考察，例如施工的地质结构、气候等因素，完善设计图纸。在图纸设计环节，设计人员需要融合成本管理的理念，进行综合考虑，设计基础不断进行优化，在施工过程中，减少资源的浪费，强化建筑施工的质量。
4.2预测工程造价
结合建筑施工的实际情况，针对施工造价动态管理采用科学的管理方法，考虑价格波动情况，预测工程造价。在进行预算时，需要结合原材料价格，考虑到价格的波动问题，依据施工工期。设计管理人员需要监控建筑工程，对隐蔽的问题及时的分析，避免在施工的过程中会出现偏差，对施工动向做到明确，提升动态管理的水平，强化建设施工的质量。
4.3对操作流程进行严格的控制
在建筑施工的过程中，需要对操作流程进行严格的规范，提升管理的水平。在建设施工过程中，监控施工的过程，建立管理系统。在实际建设中，还需要考虑其他的因素：第一，安装排水；第二，安装电气；第三，安装暖气。工程单位在进行实际控制的过程中，需要对全过程进行控制，对各个安装的过程进行严格的控制。在施工的过程中，施工单位需要对多方面因素进行综合考虑，包括人力以及物资等，对它们强化控制，提升动态管理的水平。
参考文献：
建筑工程造价动态管理与控制探讨 篇6
【关键词】建筑工程造价；动态管理；控制
建筑工程造价的动态管理是一项比较系统的工作，涉及的范围和内容也比较多，在建筑工程时，由于政策、经济等方面的调整和变化，工程造价也需要进行动态化的分析，保证将工程造价控制在合理的范围内，从而使建筑工程顺利进行，保证建筑企业实现良好的经济效益。
一、建筑工程造价动态管理与控制的意义
建筑工程造价是整个建筑工程所花费的费用，工程造价的结果会受到各种因素的影响，例如承包商、设计单位、业主等，所以工程造价也是不断发生变化的额。所以为了避免工程造价的变动对整个工程建设产生不利影响，对建筑工程进行动态化的管理和控制就是十分必要的。建筑工程造价的动态管理与控制就是对各种影响造价变化因素的强化管理，造价的方法与建筑工程的实际情况吻合，能够使建筑工程的造价得到有效地控制，并且提高造价管理和控制的效率，保证建筑工程的进度与质量。[1]建筑工程造价是一项专业性和技术性比较强的工作，将建筑工程的动态管理控制贯穿于整个建筑的始终，能够为建筑企业节约资金，有助于进一步规范建筑市场秩序，使建筑企业实现经济效益的最大化。
二、建筑工程造价动态管理与控制中存在的问题
1、企业自身管理不灵活
建筑企业的产生背景以及发展存在着显著地差异，他们彼此间的竞争也具有一定的不平等性，對企业的成本管理能力。对于一些规模建设比较大的建筑企业来讲，企业内部具有完善且复杂的管理机制，但是灵活性比较差，在造价管理创新方面发展比较缓慢，很难适应现代社会市场的发展需要。[2]
2、监督、管理制度不完善
目前，建筑企业中工程造价管理的相关监督管理制度还不够健全，不能对工程造价管理中的行为进行全面的监督和管理，使其更好满足市场的实际需求。由于监督、管理的相关制度不完善，对建筑过程中的成本消耗等无法进行有力的监管，导致成本消耗过大，影响整个工程的造价。
3、工程造价的主动控制意识不强
当前，建筑工程造价管理工作中，存在着明显的主动控制少，事后被动性的控制工作比较多的情况，企业更多重视大型工程的设计以及竣工结算，忽视预算，导致施工的预算与最后结算相脱离，不仅增加了工作量，也给工程的超额投入提供了可能。
4、工程造价人员素质不高
建筑工程造价管理工作中，工程造价人员的素质能力对造价管理工作的效果有着十分重要的影响，当前，建筑企业工程造价管理中的从业人员素质能力不高，缺乏专业性的教育培训，他们的工程造价管理工作仅仅停留在工程的概预算上，不能对整个工程的造价进行动态化、全方位的管理与控制。
三、建筑工程造价动态管理与控制
1、加强对工程造价动态管理的认识
由于长期受传统建筑管理模式以及观念的影响，我国的建筑工程企业对于造价管理的认识还不足，对工程造价的动态管理更是知之甚少，这也就导致了建筑工程造价管理与控制工作无法得到有效地开展，建筑企业的竞争力以及经济效益受到严重的影响。因此，为了更好的促进建筑企业的发展，实现良好的工程造价管理，建筑企业就必须提高对工程造价动态管理的认识，意识到工程造价的动态管理对于整个工程建筑的重要作用，制定完善的管理和控制体系，保证建筑工程造价管理工作的顺利开展。
2、决策阶段的动态管理
决策阶段是保证工程后续能否顺利进行的前提，工程的决策主要依靠工程的投资预算，工程造价人员对工程开发和建设区域的地质、水文、交通、材料机械价格以及相关的建筑标准进行严格的勘察和分析，根据工程的设计意图，选择合适的建筑工艺，并对整个工程建筑中可能存在的意外进行预测，充分考虑建筑中的动态因素，对整个工程进行全方位、动态的管理，减少决策阶段的失误，为工程建筑提供科学的依据。
3、设计阶段的造价动态管理
设计阶段的动态造价管理对于整个工程的影响是十分巨大的，可以进行限额设计，强化动态造价管理。设计方案是否科学对于整个工程的造价有着重要的影响，因此，为了提高造价的效果，建筑企业的造价管理人员应与设计人员一起，对整个工程进行限额设计。根据工程的投资估算以及设计任务书，对整个工程进行初步的设计，然后根据总预算进行施工图纸的设计，将设计的工程投资限额和工程量划分到不同的工程项目中，对设计进行有效控制，选择合适的施工方案，保证工程造价被控制在一定限额内。限额设计也需要在保证工程质量的基础上进行。[3]
4、施工阶段的造价动态管理
施工阶段是整个工程建筑中最为复杂的阶段，施工阶段的工作对于整个工程的质量和进度都有着十分重要的影响，所以应在不影响工程的正常进度以及质量的基础上，有效地控制成本消耗。当前，市场经济发展迅速，市场上出现了多种多样的建筑产品，价格也更加合理，但是也要对建筑工程所使用的材料设备等进行严格的管理，采购材料时，要对市场上材料的价格、生产厂家的情况、质量等进行细致的调查，根据施工设计，选择物美价廉的材料，并保证适量，避免过度采购造成材料积压或供不应求现象的出现，使工程造价管理与控制工作更加顺利的开展。由于施工是一个动态化的过程，会出现许多不可控制的因素，所以应强化施工人员的变更意识，相关技术管理人员树立造价控制的理念，保证施工阶段的造价管理控制取得良好的效果。
5、竣工阶段造价动态管理
竣工阶段也是工程造价管理控制的关键环节，要对整个工程进行细致的结算和审核，由专业的审计机构对工程的相关结算款项进行审计，并核对工程项目是否与实际的设计需要相符，保证结算过程以及结果的真实、可靠，对于施工中未完成或发生变更的部分，要减少结算款项，避免资金的浪费。[4]
结束语：
工程造价管理在现代工程建筑中发挥着十分重要的作用，建筑企业应高度重视，由于市场环境是不断变化发展的，工程的建设也是一个动态化的过程，所以在工程造价管理工作中，也应实行动态化的管理控制，使整个工程都能够得到科学、合理的造价管理，节约建筑成本，提高建筑企业的经济效益，促进其实现更好的发展。
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企业文化动态控制模型探讨 篇7
要回答这个问题, 通常地, 我们可以用各种理由, 从各个方面求解。事实上, 很多企业在进行文化模型选择时, 多是寻着企业文化建设的步骤、企业核心价值观的提炼、企业标识的设计这样一个思路来展开工作。这种思路往往不能给人以一目了然的结果, 还极易在某个局部或在某个工作阶段层面上绕圈子。我认为, 企业文化建设应当运用自动控制理论的方法, 在技术层面上提出更准确的选择方案, 这样, 我们在选择企业文化建设模型时就会增强决策的科学性。
怎样才能建立起反映实际情况的企业文化建设模型呢?
建立企业文化模型, 首先要把企业文化建设的作用作为建立模型的要素加以关注。企业集团必有战略目标, 而且在集团战略目标层面上必须具有统一性。理论上, 集团内部的一切经营管理活动都应当围绕集团的战略目标来开展。一个企业集团, 其内部除了资产纽带关系外, 还有包括战略目标的联系等多种纽带加以维系。这些纽带构成了企业活动的主要线索。而企业文化的主要作用必定要放在促进企业战略目标的实现这一中心目标上。另外, 还要关注到企业文化建设受着原有的企业文化、战略目标的影响与制约。
控制的目的是让被控对象的性能按照预先设定的指令或是目标完全跟随, 并具有消除外界干扰影响的能力。图1所表示出的闭环反馈, 其意义在于, 通过不断地对比被控对象的输出与希望目标之间的差异, 来调整控制执行, 从而使被控对象更好地跟踪目标。除被控对象外, 其余部分统称为控制装置。为了完成自动控制的任务, 控制装置必须完成测量、比较、执行三大功能。
如果用这一模型来思考企业文化建设, 被控对象自然是企业的文化建设体系。那么被控量是什么呢?我认为, 被控量的选择必须反映被控对象最本质、且应当是可以观测和控制的内容。所以, 被控量必然是企业文化对战略目标的作用。
综合国际国内的企业文化建设模式, 可以将企业文化建设的动态控制模型表述如下 (见图2) :
输入源:企业的原有文化体系 (成型或未成型) 。
干扰源:与本企业实际差别较大企业的文化建设成功案例、原有企业中的不良文化、企业集团构成模式等。
从这一模型可以看出, 企业文化建设是一个动态与静态相统一的过程。从静态上讲, 企业战略目标的长期性及文化建设的复杂性与长期性决定了企业文化建设必然是一个相对稳定的静态过程。但是, 由于企业文化建设处于不断变化的市场之中, 以及企业文化建设要服务于企业短期目标的实现, 这又注定了企业文化建设必然是一个动态的过程。另外, 模型是闭环的, 需要不断地对比企业实际的输出与预定战略目标之间的差异来调整对企业文化建设的策略与执行, 使企业文化建设能快速准确地达到企业战略目标提出的要求。
区域控制偏差的动态内涵 篇8
区域控制偏差(area control error,ACE)不仅是有功功率平衡运行控制中自动发电控制(automatic generation control,AGC)的依据,也是有功功率平衡运行控制性能评价的主要参量[1,2]。
随着互联电网的日趋复杂和设备技术与系统运行管理的不断发展,对ACE的内涵的认识一直在加深。ACE概念被提出之时,系统控制所采用的还是模拟信号,AGC控制水平相对较低,因此,所采用的是其概念的稳定内涵。尽管当时也对其动态内涵进行了探讨[3,4],但被广泛认可和采用的是相关稳定概念[5]。
关于ACE,美国电气和电子工程师协会(IEEE)在1991年所给出的定义是“一个反映控制区域功率供需盈亏的物理量”[6],而北美电力可靠性公司(NERC,其前身是北美电力可靠性委员会)在2014年的企业标准中给出的定义是“考虑了频率偏差系数效应和表计误差校正的平衡机构联络线功率实际值与计划值之间的偏差”[7],二者内涵有所不同。中国的国家电网公司企业标准的定义是“由控制区域当前的负荷、发电功率和频率等因素形成的偏差值,反映区域内发电与负荷的平衡情况”[8],与IEEE的定义内涵较为相近;而南方电网公司则直接给出ACE的计算公式[9],与NERC的内涵表述较为一致。
当前,中国特高压电网交直流混联、节能减排、电力市场化、电网精细化管理等对运行控制性能评价提出了新要求,需要与时俱进[10,11,12]。
1 频率偏差系数与自然频率特性系数间的偏差
ACE是控制区域功率平衡的量度,可作为确定控制区域内功率平衡情况的依据[13],其计算表达式为:
式中:EACE,i为区域i的ACE值;ΔPt,i为区域i的联络线功率(流出为正)偏差,是联络线功率实际值与计划值的差;Δf为系统运行频率偏差,是实际频率与计划频率的差;Bi为区域i的频率偏差系数,是负值。
频率控制相关基本概念和理论见附录A。由附录A中的分析可知,实际运行中,是将B系数设定为一个比系统自然频率特性系数β预期最大值要大的一个值,因此,在通常的运行状态下,|B|要大于|β|,即B与β之间存在偏差。
1.1 影响B与β之间偏差的主客观因素分析
由式(1)可得:
式中:βi为区域i的自然频率特性系数,是负值。
根据附录A中A1.1节的分析,式(2)中的前两项为控制区域i的功率供需间的实际盈余,而最后一项为Bi≠βi时的偏差量。
由式(2)可见,|B|与|β|之间的偏差,即ΔB越大,则所计算出的|EACE,i|与控制区域的实际功率偏差绝对值的差距就越大。因此,考察一个控制区域被分配B系数的大小(绝对值),并不能完全说明调频责任分配的公平与合理,而关键是B与β之间的差距。二者间的差距越小,所计算出来的ACE与被测算控制区域的功率控制偏差就越接近,则一方面,控制区域依据ACE所作出的调节更为精准,控制效率就越高;另一方面,从“自扫门前雪”的角度看,频率调节责任的分配就更为公平合理。
显然,|B|与|β|之间的差额大小既取决于人为确定的B系数,也与由设备性能所客观决定的β系数相关。
如前所述,B系数的确定与分配的规则,一般是由控制区域的上级部门组织各控制区域商议制定,一旦形成即按章行事。由于其是各控制区域间达成的共识,故应该成为大家共同遵守的基本规则。因此,尽管B系数是人为确定,但实际运行中,其应该被视为客观的结果。
至于β系数的大小取决于发电与频敏负荷设备。目前,实际运行中,频敏负荷设备的功频自然特性一般不会改变,发电机组的功频自然特性在其出厂后就已固定,故从这一角度看,β系数应该是一个客观结果。
由于发电机组的调速系统已普遍采用电液控制系统,其控制死区可以随时改变,其控制功能亦可以随时闭锁。因此,控制区域的发电机组无论出于何种原因,均可以随时改变频率一次调节控制参数或闭锁该功能,从而导致整个控制区域的频率响应特性系数发生改变。从这一角度看,β系数应该是一个主观控制的结果。
因此,|B|与|β|之间的差额的大小既取决于客观因素,又与控制区域的主观行为相关,对此,必须全面考虑。
1.2|B|与|β|之间差额与一、二次调节的关系
由于一次调节为强制性的义务,系统不予补偿,出于经济性考虑,发电机组可能会改变频率一次调节控制参数甚至闭锁该功能,以降低运行成本。这将会导致系统整体一次调节能力的持续降低,即|β|减小,|B|与|β|之间的差额加大。
系统整体一次调节能力的降低,一方面,在系统出现较大规模功率失衡时,对频率的大幅度下降不能实施有效拦截,危及系统运行安全;另一方面,或由于增大动作死区造成对小幅频率波动没有响应,或由于功能闭锁导致频率恢复速率过缓,二者均会影响系统的运行频率质量。
尽管|B|与|β|之间差额的加大会增加系统二次调节责任,但一方面,二次调节能力的增加仅会改善出现频率越限后频率恢复至计划值的速率,并不能减小频差(绝对值)的大小;另一方面,|B|与|β|之间差额过大,亦会导致频率调节过度,引起频率振荡,反而会对频率安全不利。
因此,无论是出于系统运行安全考虑,还是为了提高系统运行频率质量,都应该努力提高系统频率响应性能。
闭锁一次调节功能可为发电公司节省控制成本,而相关评价与考核规则的不健全会导致全网一次调节能力的持续降低[14,15]。针对该问题,无论是中国还是北美电网均提出了相应的解决办法和建议,例如,中国提出了发电机组一次调节性能评价方法[16,17];北美研究者建议将频率响应作为单独的备用分类,并设计相应的控制性能评价标准[18],2012年提出了频率响应控制性能评价标准[19]。但由于所利用能量管理系统(EMS)中的秒级采样数据粒度过粗,不能考虑频率最低点,而是利用故障后的稳态频率作为评价的依据,这显然存在问题。
因此,在规划层面,需要提出相关理论以指导和督促电源建设,使得控制区域具有相称的频率一次调节能力;而在运行层面,需要研制更为完善的控制性能评价标准,以规范控制行为使得系统保持充足的一次调节性能。
从有功功率平衡控制的目标来看,整个电网关注的是运行频率质量,可视为整体利益;而控制区域关注的是其运行控制性能评价的结果,可视为局部利益。
作为表示系统整体利益的频率,其波动取决于所有控制区域的控制效果,故所有控制区域都对维护整体利益负有责任。无论出于主观还是客观原因,控制区域可能会采取措施,以尽量降低控制成本,从这一角度而言,整体利益与局部利益存在矛盾。
由于一次调节能力决定β数值的大小,故区域被分配的二次调节责任的份额与其一次调节能力密切相关,即一次调节能力越小,|B|与|β|之间差额越大,则二次调节责任就越大,反之亦然;又由于β数值的大小随着系统运行状态的改变而实时变化,故即使控制区域被分配的B系数固定不变,其被分配的二次调节责任的份额亦是随着系统运行状态而实时变化。
1.3|B|与|β|之间差额在控制区域间的分布
从控制区域个体间|B|与|β|差额大小分布的角度看,可分为各控制区域|B|与|β|差额与相应|B|的比值均相等和不相等这两种情况来讨论。
若各控制区域|B|与|β|差额与相应|B|的比值均相等,则该情形又可分为两种情况。一种是各控制区域机组均按照发电机组申报的运行参数运行。该种情况属于正常情形,所有控制区域的频率响应特性的表现中规中矩,系统整体利益得到保证,控制区域亦应获得好的控制性能评价结果,整体与局部间和谐共赢。另一种是各控制区域均采取措施降低了自身的频率响应特性,且幅度相当,这时,整体利益受损;而所有控制区域采取一些措施,如提高二次调节性能,则可能会取得良好的控制性能评价结果,局部利益得以保证。无论是第1种还是第2种情形,都应该制定适宜的评价标准和考核办法,奖优罚劣,达到整体利益与局部利益的和谐共赢。
若各控制区域|B|与|β|差额与相应|B|的比值不相等,则该情形亦可分为各控制区域机组均按照和不按照发电机组申报的运行参数运行等两种情况。
对于|B|与|β|差额与相应|B|的比值较大的控制区域,无论是不是主观行为,均说明其频率响应特性未达到指定水平,在某种意义上都会造成整体利益受损,而相关控制区域可采取措施取得良好的控制性能评价结果,局部利益得以保证。若为客观结果,则控制区域应采取措施提高自身的频率响应能力,属于规划层面;若为主观行为,则应制定相应的控制性能评价标准,在调度层面督促相关主体改善频率响应控制性能,从而提高系统整体抵御频率失稳的能力。
2 动态ACE及其扩展
2.1 动态自然频率特性系数
根据频敏元件静态自然频率特性系数的定义(见附录A),其数值决定于:一是频率偏差的稳定值,二是频敏设备针对该频率偏差稳定值充分响应稳定后的输出功率变化值。
当出现功率失衡时,频率的下降速率取决于系统的惯性,即系统的转动惯量;而频敏设备稳定响应至输出功率值的动态过程取决于:一是响应功率调节的死区,二是功率输出响应的延迟,三是从开始响应到满额响应的时间过程。
一般而言,频率的下降速率较快,而频敏元件的功率调节速率较慢。可见,若出现一个频率波动,在频差出现瞬间,由于频敏元件还未响应,则系统“感受”到的自然频率响应特性是零。而随着频敏设备的启动并进行输出功率调整,则感受到的是元件频敏特性从零到稳态值的一个动态变化过程。因此,在扰动发生后,β的数值经历了一个变化过程。这一特性可用“动态自然频率特性系数”予以描述。
所谓频敏设备的动态自然频率特性系数,是指频敏设备在频率波动过程中,任意时刻其输出功率变化与该时刻频率频差的比值。
由于早先的设备、采样装备性能和有功功率平衡控制管理水平等不高,采用静态参数即可满足运行控制要求,故静态频率特性系数被使用并沿用至今;随着设备和采样装备性能的不断完善,电网运行精细化管理的不断深化,静态系数已逐渐不能满足要求,需要利用动态参数予以描述。
由于静态参数是稳态参数,故利用一个数值即可较为全面地描述其特性;而动态参数所反映的是功频特性的响应过程,因此,需要一个顺序的数值序列才能对其特性予以全面描述,即动态自然频率响应特性的表述应该是一个时间序列。
2.2 动态ACE时间序列
从静态角度看,ACE是指当系统中一次调节响应充分且平稳后所反映出的控制偏差,因此,其数值仅与系统的二次调节相关,且当Bi=βi时,ACE的数值与控制区域功率控制不平衡的数量相等,即ACE可反映区域真实的控制偏差。
而若从动态角度看,由于频差不断在变化,系统的一次频率调节随之不断响应(系统的一次频率调节的动态过程约为10s[18]),故所表现出的β数值始终处于动态变化中,其数值组成一个依频率波动而随动的时间序列。目前,准确估计系统的自然频率特性系数在技术上存在困难,因此,无论采用何种B系数设置方式,在实际运行中,难以(实际上也无必要)使Bi准确等于βi。结合式(2)可知,ACE的数值不仅与功率不平衡的数值(取决于系统的二次调节)相关,也会随着系统自然特性系数(取决于一次调节性能)的动态变化而不断改变。
二次调节改变控制区域内的功率供需偏差,会导致式(2)中等号右边前两项的数值改变,故ACE数值的变化量与二次调节功率量相等。二次调节从收到调节指令到调节功率至指定数值需要数分钟。在此动态过程中,发电输出功率处于动态变化状态,ACE的数值会随发电输出功率的变化而改变。
在顺序时间节点上的ACE数值所构成的ACE时间序列,被称之为动态ACE时间序列,其蕴含着较为丰富的频率调节手段,包括一次和二次频率调节的综合调节信息。因此,从动态意义上讲,ACE不能被认为是控制区域真正的有功功率平衡偏差,而是可以反映控制效果的一个物理量。
2.3 基于动态参量的有功功率平衡控制性能精细化评价
精细化评价从被评价主体方面,包含频敏控制元件和有功平衡控制区域;从评价功能方面,可分为一次性能和二次性能评价。故精细化评价可依据两种维度来进行组合。
作为预防电网频率失稳的第一道主动控制屏障,若调节速度相对较快的一次频率调节能力持续降低,不仅会导致频率质量大幅度降低,严重时会造成电网解列甚至崩溃,带来巨大损失。因此,有必要对一次调节控制性能单独做出准确的评价,以保证系统运行的安全与稳定。
关于频敏元件控制性能评价的研究,发电机组的一次调节性能[16,17]和二次调节性能的实时调节效能评价[20,21]已被实际应用。而对于控制区域控制性能评价的研究,与元件的控制性能评价相比更为复杂。这是因为,一方面频敏设备一次调节所依据的频差是所在地点的频差采样值,而系统频差的测定,一般是指定系统中的一个点作为频率采样的地点,将该点频率作为系统的频率,由于系统运行频率的空间分布特性[22],二者并不相同。对于单个频敏元件,可通过其出口表计采样;针对控制区域整体的频率特性,由于对所辖所有频敏设备输出功率变化逐个进行采样较为繁琐,且频差具有时空分布特性,故采用集中采集联络线功率,且按照时间顺序,以固定的时间间隔进行采样,故系统“感受到”的是不同类型和不同地点所有频敏设备功率响应的综合。
目前,中国和北美采用的评价标准指标设计中,均是以Δf和ACE等物理量为依据。而以这些各种频率调节手段共同作用结果为依据的评价标准,只能实现这些调节手段控制性能总和的评价。因此,现有标准无法准确地单独评价控制区域的一次与二次频率调节控制性能。
与发电机组评价所依据的是本地频率不同,控制区域评价所依据的是整个系统的运行频率。由于一次控制性能的好坏可影响系统秒级尺度运行品质,故评价时间尺度应是秒至分钟级,需计入频率变化的动态过程,即应考虑故障的位置和严重程度、频敏元件的动作死区设定等因素。另一方面,由于系统频差取决于全网所有频率控制手段的综合调节效果,而控制区域动态ACE的数值又与频差相关,因此,动态ACE时间序列数值亦与其他控制区域的控制行为相关。因此,控制区域的频率一次调节性能评价涉及因素众多,且难以解析,故该问题十分复杂,其标准设计难度极高。
在中国电网中主要节点(如联络线和大部分电厂端口等地点)的同步相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)布点已基本完成,基于该装置的广域测量系统(wide-area measurement system,WAMS)所得到数据采样密度可达20 ms,这为频率一次调节性能评价标准的设计与实施提供了数据保障。
由于二次调节控制性能评价时间尺度较长,为分钟至数十分钟级,故不用考虑频率变化的动态过程,因此其控制性能评价标准的设计也相对简单。
从控制所依据的信号来看,一次调频所依据的是频差,二次调频依据的是控制指令,两种手段也不同。
尽管ACE时间序列中蕴含着较为丰富的一次和二次频率控制信息,但由于一次和二次调节功率混合交织在一起,若依据ACE时间序列进行一、二次控制性能的单独评价,还需更为深入的研究工作。
由于有功功率平衡控制的目的是,通过各种控制手段间的配合来平抑不同时间尺度的功率不平衡波动,故亦可以采用考察不同时间尺度控制效果的评价方式,即短期控制性能评价和中长期控制性能评价,具体如秒至分钟级控制性能评价、分钟至十几分钟级控制性能评价等。
3 结语
在中国电网新形势下,需要更为先进、更有针对性的互联电网有功功率平衡运行控制性能评价标准,而逐步普及的广域测量系统为新标准的设计与实施提供了数据保障。
频率偏差系数与其对应的自然频率特性系数间的偏差,是影响有功功率平衡控制准确性的关键,应该在规划和计划与调度层面给出提高相关控制性能的措施和评价标准,奖优罚劣,以提高电网运行品质。
有功功率平衡控制的精细化评价需要引入自然频率特性系数和ACE的动态内涵;由于蕴含着较为丰富的各类手段调节信息,ACE时间序列可以作为控制性能精细化的依据;但由于包含一次和二次调节等频率调节手段所做出的控制行为,所导致的功率变动混合交织在一起,若依据ACE时间序列进行一次和二次控制性能的单独评价,还需更为深入的研究。
动态控制器 篇9
压电工作台由于其高的定位精度和稳定性,在各种微纳米定位系统中发挥着至关重要的作用[1,2,3]。目前,较多学者致力于提高压电工作台定位的准确性[4,5,6,7,8],而对定位的快速性重视不够[9],这就使得同时要求准确性和快速性的微定位过程较难实现或者达不到要求。以扫描探针显微镜(SPM)对生物细胞或者化学反应过程显微成像为例,如能实现快速准确成像,则可获得更多的过程信息[10],而这一目标的实现首先要求压电工作台能够实现快速准确的动态定位,即在水平方向和竖直方向分别精准跟踪高速率的三角波曲线和复频曲线[11]。
从系统和控制的观点出发,建立准确的压电工作台快速动态定位模型,进而设计相应的控制器是实现其快速准确动态定位的有效途径。文献[12]表明,压电工作台内部压电元件的迟滞特性[13,14]和整个工作台的动态特性[1]是影响其快速动态定位精度的两个主要因素。然而目前常用的压电工作台模型很少将这两个特性有机结合起来,往往仅能体现两个特性之一。鉴于此,本文提出了能够同时体现压电工作台迟滞特性和动态特性的动态迟滞模型,以适应压电工作台快速准确动态定位的要求,在此模型基础上设计了开环控制器。快速动态定位实验验证了该模型的有效性和控制器的性能。
1 压电工作台动态迟滞模型
1.1 压电工作台内部作用机制
图1示出了压电工作台的内部作用机制。其中,压电陶瓷叠堆输入电压与内部张力之间的迟滞非线性关系[12]决定了压电工作台的迟滞特性,且工作台定位行程越大,该特性体现得越显著[13];采用柔性铰链作为导向机构实现了工作台无摩擦和无间隙运动,但同时也使得工作台比单纯压电陶瓷元件表现出更强的动态特性[1,12],且工作台动态定位速度越快,该特性对定位精度的影响越显著。
1.2 动态迟滞模型结构及参数辨识途径
文献[12]指出:当压电工作台的工作频率远小于其谐振频率时,工作台的分布参数模型可以简化为一个质量-弹簧-阻尼系统。
据此,对压电工作台进行受力分析,如图2所示。其中工作台的输入电压V(t)与压电叠堆内部应力Fp(t)之间是迟滞非线性关系为
Fp(t)=H(V(t)) (1)
而工作台的动态特性由压电叠堆和柔性铰链传动机构两部分共同体现,表现为工作台内部的阻尼力Fd(t)与弹力Fs(t)。
由牛顿第二定律得
式中,s(t)、m分别为压电工作台的输出微位移和等效质量;c、k分别为压电工作台的等效阻尼系数和弹性系数。
令
式(2)可表示为
此处,ξ、ωn可视作工作台的阻尼比和自然频率。
式(3)既表征了工作台的动态特性,又体现了工作台输入电压与内部应力之间的迟滞非线性关系,称之为压电工作台的动态迟滞模型结构方程。
工作台动态迟滞模型结构方程的参数辨识可分两部分进行,即迟滞非线性关系H*的参数辨识和动态参数ξ、ωn的辨识。
当工作台慢速动态定位时,其动态特性体现不明显,此时式(3)满足条件
s(t)=H*(V(t)) (4)
因此,可通过工作台慢速动态定位的实验曲线辨识得到输入电压与输出位移之间的迟滞非线性关系H*。
当工作台动态定位行程较小时,迟滞非线性关系H*近似为线性关系,式(3)可简化为
因此,可通过线性系统频率响应辨识法获得工作台的阻尼比ξ、自然频率ωn以及常数b。
1.3 基于PI迟滞算子的动态迟滞模型
式(3)中的迟滞非线性关系H*宜采用具有解析形式的迟滞模型来表征,如PI模型。PI模型是在Preisach模型基础上发展起来的一种迟滞模型,该模型能够准确描述迟滞特性的非局部记忆特性,并较之Preisach模型结构简单,易于求逆运算和在线控制器的设计,近年来逐步得到重视[15,16,17]。鉴于此,本文采用PI算子构成压电工作台的动态迟滞模型。
PI算子由适当数量的阈值不同的加权间隙算子叠加构成。如图3所示的间隙算子I的递归形式数学描述为
y(t)=Ir,w(x(t),y(0))=wmax{x(t)-r,min{x(t)+r,y(t-T)}} (6)
y(0)=wmax{x(0)-r,min{x(0)+r,y(0)}}
式中,x(t)、y(t)分别为间隙算子的输入和输出;r、w分别为间隙算子的阈值和权值;T为采样周期;x(0)、y(0)为间隙算子的初始值,通常为零。
n个阈值不同、权值不同的间隙算子线性叠加即可构成PI迟滞算子,即
在选用PI迟滞算子构成压电工作台动态迟滞模型时,可根据输入电压信号的大小,合理选取其间隙算子的数目及阈值(使得小阈值的间隙算子间隔较小),并采用性能指标
min{∫tH*2(V(t))dt-∫t2H*(V(t))L(V(t))dt+∫tL2(V(t))dt} (8)
优化得到与慢速实验迟滞曲线拟合最佳的间隙算子权值。其中,H*(V(t))为PI模型曲线,L(V(t))为工作台慢速动态定位实验曲线。
2 逆模型开环控制器设计
PI迟滞算子的逆算子仍为一个PI迟滞算子,仅阈值和权值需要作相应的变换。式(7)的逆算子可记为
针对PI迟滞算子易于求逆的特点,对式(3)作如下变换:
令sd(t)为压电工作台参考动态定位轨迹,代入式(10)得到基于PI迟滞算子的动态迟滞逆模型开环控制律
压电工作台快速动态定位开环控制原理如图4所示。
3 实验研究
3.1 实验条件
采用图5所示CHI900B型扫描电化学显微镜的TRITOR100型三维定位压电工作台作为实验对象,阐述动态迟滞模型的具体建模过程,并验证开环控制器的有效性。
该压电工作台在X、Y、Z三个方向的额定参数基本相同:输入电压为-10～150V;最大行程为100μm(±10%);空载谐振频率为500Hz;开环定位分辨率可达0.13nm。采用高性能LVDT测微仪检测工作台的微位移。实验室温度控制在(20±2)℃,湿度控制在40%±5%。
由于CHI900B型扫描电化学显微镜采用宏微两级定位,压电工作台主要负责10μm以下的微定位,因此,本文工作台的定位实验限制在30μm的行程内进行。
3.2 实验建模
以工作台X轴为例进行定位实验。工作台X方向动态迟滞模型的建立分两步进行,首先辨识工作台X方向PI迟滞模型的参数,进而对工作台动态特性参数进行频率响应法辨识。
3.2.1 PI模型参数辨识
对工作台输入图6a所示0～45V慢速(0.05Hz,4.5V/s)振幅衰减的三角波电压,记录工作台的定位数据,形成工作台慢速动态定位实验曲线L(V(t))。另外,图6a还同时绘出了PI模型响应曲线,模型响应值与实验值之间的平均误差为0.075μm,最大误差为0.090μm;图6b直观表现了PI模型迟滞回线对慢速实验迟滞回线的拟合效果。
取20个间隙算子线性叠加构成PI迟滞算子对工作台慢速定位实验曲线进行拟合,由式(8)优化得到表1所示的最佳间隙算子权值。由式(9)得到表2所示的PI迟滞逆模型参数值。
3.2.2 动态参数辨识
采用频率响应法对工作台的动态特性参数辨识时,为避免压电工作台蠕变特性和迟滞特性对动态特性参数辨识精度的影响,将输入正弦波电压的频率限制在1～800Hz之间;同时将工作台的定位行程限制在2μm内, 并在0～30 μm定位行程内线性度较好的16～18μm处进行。以二阶系统
的形式,用MATLAB对实验所得工作台频率响应数据进行曲线拟合。拟合得到比例系数b=0.63,工作台阻尼比ξ=0.43,自然频率ωn=613.4Hz。
根据辨识数据计算工作台的谐振频率
3.2.3 动态迟滞模型实验验证
结合工作台PI迟滞模型和动态特性两部分参数,构成由式(3)表征的压电工作台动态迟滞模型。
为验证动态迟滞模型较PI迟滞模型在压电工作台快速动态定位时的优越性,在30 μm的定位行程上,对工作台输入频率为10Hz、速率为±900V/s的三角波电压,比较两类模型响应曲线与实验曲线之间的差异,结果如图7所示。动态迟滞模型平均误差为0.11μm,最大误差为0.37μm;PI迟滞模型平均误差为1.08μm,最大误差为2.26μm。
由图7b中的模型响应数据与实验数据构成图7d所示的动态迟滞模型迟滞回线与实验迟滞回线。与图6b相比,虽然输入快慢电压信号的波形相同,但图7d却显示出不同的迟滞回线形态,且更接近工作台快速动态定位的实验迟滞回线。
3.3 开环控制器硬件在回路仿真
结合实验建模数据,将基于PI迟滞算子的动态迟滞逆模型开环控制律(式(11))在DS1104智能化单板系统上进行硬件在回路实时仿真研究。为验证该控制律在压电工作台快速动态定位时的效果,将工作台参考运动轨迹设定为如图8a所示的±400μm/s的任意三角波扫描路线,结果表明,控制器的平均跟踪误差为0.12μm,最大误差为0.32μm。另外,图8b给出了基于PI迟滞逆模型的开环控制效果,同样的参考轨迹,平均跟踪误差为1.56μm,最大误差为2.48μm。
4 结论
为实现压电工作台快速准确动态定位,提出了压电工作台的动态迟滞模型,并给出了基于该模型的开环控制律。实验表明,在30μm的定位范围内,压电工作台快速动态定位时,动态迟滞模型较PI迟滞模型在精度上有很大提高;硬件在回路仿真验证了基于PI迟滞算子的动态迟滞逆模型开环控制律的有效性。
动态迟滞模型结构简单,易于与现有的各种解析形式的迟滞模型相结合而变换出多种不同形式;基于PI迟滞算子的动态迟滞逆模型开环控制器省去了构成闭环控制所用的高精度传感器,可降低成本。
摘要：为实现压电工作台快速准确动态定位,建立了其动态定位模型并设计了控制器。通过理论分析提出了能够同时体现压电工作台动态特性和迟滞特性的动态迟滞模型结构方程,并研究了其参数辨识途径,进而给出了采用Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞算子的动态迟滞模型,基于该模型设计了逆模型开环控制器。以扫描电化学显微镜的三维压电工作台为实验对象,阐述了动态迟滞模型的具体建模过程,同时对其开环控制器进行了硬件在回路仿真研究。快速动态定位实验表明,动态迟滞模型的平均误差为0.11μm,逆模型开环控制平均跟踪误差为0.12μm,基本满足压电工作台快速准确动态定位的要求。
动态控制器 篇10
偏振控制器是一种重要的光器件, 在光纤通信和传感领域都有着广泛的应用。在光纤通信系统中, 准确地控制光纤中的偏振态, 关系着系统的稳定性和数据传输的误码率[1]。然而在消偏型光纤陀螺中, 准确测量光的偏振度也是保证光纤陀螺精度的有效措施。因此, 偏振控制器 (PC) 作为一种改变输入光偏振态的光器件是不可缺少的一种偏振控制器件, 在PMD动态补偿、偏振度 (DOP) 测试等方面发挥着重要的作用。
但是在实际运用中, 偏振控制器的半波电压与厂家给出的标称值并不完全一致, 导致了使用的不便。因此在使用时需要有与之配套的驱动电路[2]。但是, 许多厂家并不提供配套的驱动电路, 即使提供, 价格也昂贵, 在实际工程开发中不能达到最佳性价比。因此, 自主研制DPC的驱动电路是很有必要的。
本文以光纤挤压型偏振控制器为研究对象, 运用邦加球图示法分析了其工作原理, 并介绍基于DDS技术和FPGA的动态偏振控制器驱动电路的工作原理、系统结构及软、硬件设计。测试结果表明, 设计实现了驱动电路的预定功能, 生成了4路频率幅值均可调的正弦驱动信号。
1 DPC的工作原理
这里研究的光纤挤压型偏振控制器, 其内部结构如图1所示。它由4个压电陶瓷光纤挤压器 (称为挤压器F1, F2, F3, F4) 组成, 其方位角分别为0°, 45°, 0°, 45°, 各挤压器对应的驱动电压为V1, V2, V3, V4。分别在4个挤压器上加电压信号驱动, 产生相应的压力挤压光纤, 形成线性双折射, 改变入射光波的相位差, 从而实现任意偏振态转换[2]。
由文献[3,4,5]和上述偏振控制器内部结构, 可将挤压器中的四段光纤 (分别称为d1, d2, d3, d4) 看成不同方位角的相位延迟器。
(1) d1, d3可看成方位角为零的相位延迟器, 只改变输入光的相位延迟而不改变其偏振方向[5], 在邦加球上表现为输入偏振态绕S1轴的旋转。
(2) d2, d4可看成方位角为45°的相位延迟器[5], 也即旋光器和相位角为零的相位延迟器的合成, 不仅改变输入光的相位延迟, 也改变其偏振方向, 其偏振态变换在邦加球上表现为绕S2的旋转。
图2为d1, d2, d3, d4对偏振态变换在邦加球上的显示。如图2所示, 在邦加球上, 随所加电压的变化, d1或d3的输出光起始偏振态S绕S1轴顺时针旋转。d2, d4的输出光偏振态S′随所加电压变化在邦加球上绕S2轴逆时针旋转。
由此可知, 只要输入光的偏振态与F1和F2的方向都不垂直, 则输入光的偏振态都可以通过操作至少2个挤压器改变到任意一个偏振态。
2 DPC的驱动电路设计
DPC驱动电路的设计基于DDS技术[6], 系统主要由Xilinx Spartan-3系列FPGA、数/模转换器LTC1668及宽带放大器LT1812组成。
2.1 DDS的基本原理
DDS的基本原理是基于采样定理。将相位累加器输出的相位码通过查表法映射成波形幅度码, 经模/数转换和低通滤波后产生波形[7], 其框图如图3所示。它主要由参考时钟fref、相位累加器、相位寄存器、波形存储器、数模转换器及低通滤波器等部分构成。
DDS工作时, 它将在时钟脉冲的控制下, 对频率控制字F用累加器进行处理, 以得到相应的相位码;然后由相位码寻址波形存储器进行相位码——幅度编码变换后输出不同的幅度编码;再经过数模转换器和低通滤波器处理, 即可得到由频率控制字决定的连续变化的输出波形[8]。
2.2 硬件组成
DPC的驱动电路是基于偏振度测试系统平台 (见图4) 研制的。DPC用于将输入光扰偏后输出, 再经检偏器和探测器将光强信息转化为数字量送入FPGA, FPGA对数据进行处理后再对DPC的驱动电压做出调整并输出, 以达到完全扰偏的目的。
要实现完全扰偏, 也即是让输入偏振态在一定时间内遍历各个偏振态[9]。根据DPC的工作原理及实验尝试, 测试系统使用4路正弦信号同时驱动4个光纤挤压器。根据DPC自身性质[10], 所需提供电压最大值应小于2 V, 正弦波频率应小于2 000 Hz。因此, 驱动电路需要提供4路大于零的正弦波驱动信号, 其峰值应小于2 V, 且正弦波频率各不相等, 均小于2 000 Hz。
驱动电路的硬件结构如图5所示, 4路电压驱动设计均相同。采用16位高精度数/模转换器LTC1668, 将FPGA输出的数据转换为模拟电流, 再经运放LT1812将电流转换为电压。
LTC1668工作在±5 V双极性电压供电情况下, 其参考电压由内部提供, 输出采用单端电流输出模式。宽带放大器LT1812完成电流-电压转换, 最终输出符合要求的正弦信号。
2.3 软件设计
FPGA是驱动电路的控制核心。FPGA接收ADC转换的光强信息数据, 并传送给DSP;再根据DSP计算所得的数据 (即正弦驱动信号的频率f) 判断是否符合要求, 若符合要求则进入DDS子模块, 得到幅度码并发送给LTC1668, 以输出需要的正弦波。FPGA主模块流程图如图6 (a) 所示。
进入DDS子模块后, 由DDS基本原理, 可计算出相位步进n:
式中:fo是输出频率;fref为DDS参考时钟频率, 由FPGA将晶振输入时钟经内部锁相环分频后产生。
由相位步进累加可得到相位码, 再寻址波形存储器即可完成相位——幅度转换, 得到相应的幅度码, 输出给主模块。由于驱动信号为正弦波, 波形存储器直接调用FPGA内部模块sin_cos_lookup_table, 输入与输出数据位宽均为16位。DDS子模块流程图如图6 (b) 所示。
2.4 实验测试结果
实验时设定4路正弦驱动信号V1, V2, V3, V4的频率分别为f1=2 000 Hz, f2=1 000 Hz, f3=1 800 Hz, f4=1 500 Hz。
示波器上观测的波形如图7所示。
波形使用双通道示波器观测, 2通道探头设置为10档。从图7中可以看出, 输出波形较为稳定。如果在FPGA程序内增大sin_cos_lookup_table模块的输入数据位宽, 也即增大采样点数, 可以得到精度更高的输出波形。
3 结 语
动态偏振控制器目前广泛应用于光纤通信和传感领域, 是一种重要的偏振控制器件。分析动态偏振控制器的工作原理, 并以光纤挤压型偏振控制器为研究对象, 设计了基于DDS技术和FPGA的调制电路, 该设计以偏振度测试系统为实验平台。实验测试结果表明, 所设计的调制电路能够输出4路频率可调的正弦信号, 输出信号稳定, 控制灵活, 工作性能可靠。该方法思路简单, 采用Verilog语言设计并调用FPGA内部模块, 设计灵活透明, 且外围电路较为简易, 具有良好的实用性和性价比。
摘要：偏振控制器广泛应用于光纤通信和传感领域, 研制具有高性价比的偏振控制器配套驱动电路是必要的。运用邦加球图示法, 分析光纤挤压型动态偏振控制器 (DPC) 的工作原理。以某种偏振度 (DOP) 测试系统的硬件为实验平台, 介绍基于直接数字频率合成 (DDS) 技术和FPGA的动态偏振控制器驱动电路的工作原理、系统结构及软、硬件设计。实验测试结果表明, 该设计实现了驱动电路的预期目标, 产生了4路具有频率可调, 相位噪声低等优点的正弦驱动信号。该驱动电路与传统实现方式相比, 具有输出信号稳定, 控制灵活, 实用性和性价比高等优点。
关键词：偏振控制器,DDS技术,FPGA,驱动电路
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动态控制器 篇11
关键词：建筑项目；工程造价；动态控制；成本管理
中图分类号：F284 文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）13-0150-03
建筑工程项目具有周期长、投资大的特点，建筑工程项目的工程造价一直被投资者所关注，怎样把建筑工程的工程造价控制在最佳的状态，提高资金的利用率，通过有限的资金投入来获得建筑工程项目的最大经济效益已经成为的建筑项目投资者普遍关注的热点。建筑项目施工阶段是工程造价控制的实施阶段，在施工阶段将建筑工程的设计思想通过实物的形式展示出来，这个阶段的工程造价主要的影响因素比较多，例如，施工材料的价格、施工现场的处理等，因此，有必要对建筑项目施工阶段的工程造价进行动态控制。
施工阶段是建筑物实体形成过程，是人力、物力和财力消耗的主要阶段。施工过程中，工程的实际施工情况与招投标时的工程情况相比，往往会有一些地方发生变更，从而引起工程造价的增减。此阶段控制不好也会使造价大幅提高。应该对建筑项目施工的各个阶段进行实时地跟踪，同时进行有效的控制。收集建筑项目目标的实际值，经过一段时间对建筑项目目标的计划值以及实际值进行比较，如果发现存在偏差，可以采取有效的措施来进行纠正，如果发现最初建筑项目的目标不够科学或者最初建筑项目的目标不能达到，则应该进行及时的
调整。
1建筑工程项目施工阶段工程造价动态控制的基本内涵
建筑工程项目施工阶段工程造价的动态控制主要是指导在建筑项目施工阶段，对建筑项目施工阶段不同的影响因素进行准确地预测，并且认真地进行分析，同时收集大量的数据，从而能够有利于建筑项目工程在施工阶段的设计方案的确定以及施工进度的合理控制，可以考虑建筑项目在施工阶段的实际情况，例如，建筑工程项目施工阶段工人的劳动报酬、材料的价格等，根据这些因素的变化来进行及时的调整，从而能够对建筑项目施工阶段工程造价进行动态的控制。建筑项目施工阶段工程造价的动态控制能够使建筑项目施工阶段的投资控制在计划的范围之内，一方面，能够保证建筑项目施工的质量，另外一方面，还可以优化建筑项目的施工
方案。
2建筑工程项目施工阶段工程造价控制存在的主要问题
第一，建筑项目的合同管理不完善。建筑项目通常情况下具有投资大、周期长的特点，在施工阶段需要材料的种类比较多、对建筑施工质量的要求非常严格、施工的工序也比较复杂，此外建筑项目在施工阶段还要受到地理因素的限制，在施工阶段必须和设计单位、地方政府机构保持较好的联系，这样就使得建筑项目的施工合同内容非常繁多，在建筑项目施工阶段合理管理上存在着如下的问题：建筑项目施工企业的合理管理人员不熟悉合同管理业务，因此使合同内容不完善，导致不必要的经济损失，对企业信誉产生不良影响。由于施工企业合同管理人员缺乏法律意识，因此使合同签订不规范，合同的条款不全面。由于合同管理机制不健全，使建筑项目施工的时间延长，进而使建筑工程项目施工阶段的工程造价增加。
第二，在建筑工程项目的施工阶段，对建筑工程项目造价的有效监理是能够对建筑工程项目的工程造价进行动态控制的重要决定因素，然而，我国对建筑工程项目的监理通常情况下仅仅关注建筑工程的施工质量以及建筑工程施工的周期，而忽略了建筑工程造价的动态控制，对建筑工程施工阶段工程造价的动态控制缺乏清楚的了解。
第三，目前对建筑工程造价的动态控制方法通常情况下是依据目前的相关规定以及工程造价动态控制的基本理论提出来的，这些工程造价控制方法通常情况比较被动，同时不利于建筑工程项目施工阶段工程造价的动态控制。
3建筑项目施工阶段工程造价动态控制的应对措施
3.1加强建筑项目施工阶段的合同管理，尽可能地降低建筑项目的工程索赔
在建筑项目施工阶段进行工程造价动态控制的关键在于对建筑项目工程设计的变更以及施工现场签证进行动态的控制。基于工程量清单报价模式，建筑项目施工企业应该遵循“低价中标，索赔赢利”的原则承包建筑项目的实际工程。对于建筑项目工程业主的工程造价管理人员应该做到以
下几点：
首先，应该做好项目施工前的把关，并且对其进行实时地监控，同时对施工设计的变更进行有效的管理，并且估算出不同变更对工程造价的影响，从功能、经济等层面来决定工程设计有没有必要，使不必要的工程费可以节省下来，从而能够防止投资的失控。
其次，应该进行有效的现场签证管理。现场签证是建筑项目施工阶段必不可少的工作，大部分建筑项目存在比较任意的现场签证，从而使建筑工程结算比较烦琐，并且使业主遭受到了较大的经济损失，许多真实的案例表明了这个问题。现场签证管理，一方面建筑工程技术人员不仅应该坚持“随做随签”，还应该使签证符合量化需求，建筑项目签证单的条款应该明晰；签证的内容应该符合实际情况；签证的内容不应该越过签证所允许的范围。
再次，对施工单位及材料供应商不履行约定义务及时提出反索赔，使成本得到有效控制。本工程项目施工过程造价控制主要体现在：隐蔽工程的签证计量、材料单价的控制、月计量审核、项目变更核算等。
3.2加强材料管理，降低材料成本
材料费在建筑工程中占有很大比重，一般占预算价值的70％左右或直接费用的80％左右。材料用量、材料价格对施工阶段的工程造价影响很大，必须加强材料在预算-计划-采购-签收-领用-使用-监督-回收等各个环节的责任制，落实到人。材料采购同样可以实行招投标的方式，在质量、服务、价格方面反复比较，从中选优。采购时要及时认真地分析材料市场的价格趋势，材料设备进入施工现场要有严格的验收制度，对其数量和质量进行签收，不符合要求的坚决拒签。使用过程中要严格按照施工材料消耗定额和工程进度安排用料，限额领用，并对材料使用量进行监督，防止浪费，合理使用资源。主要材料费用的有效控制使整个施工阶段的造价比较容易控制在承包价内。
3.3严格监管建筑项目设计的变动
在建筑项目的施工阶段，参与项目的任何一方都有可能提出设计的变动，从专业性的角度来看，业主通常情况处于弱势地位。当业主由于改变使用需求而提出了设计变更，业主必须支付由于设计变更而导致的增加的造价，并且要为施工进度的拖延负责。所以，在最初的设计，业主必须进行细致的准备，尽可能地使设计更为合理、准确，进而能够防止在建筑项目施工阶段由于疏忽而导致的设计变动；在不得不进行设计变动的情况下，应该严格遵循设计变更的相关流程，同时建筑项目的设计部门应该绘制变更图，同时经过审核以及会签，此外，承包商应该依据设计变动来报价，报价应该得到确认，并且取得认可后才能根据设计变更图进行接下来的施工。只有这样，业主才能不仅能够心中有数，而且可以防止结算时产生相互扯皮的情况。对于承包商要求的设计变更，业主或者监理机构必须进行非常细致地核查，并且对设计变更后的工程造价进行准确的估算，避免一些承包商开始低价中标，然后通过设计变更的手段增加建筑项目造价的方式。
3.4对建筑项目进度款支付进行全面监管
建筑项目进度款支付对于投资控制具有非常重要的意义，是建筑项目施工质量以及施工进度主要影响因素，工程进度款支付主要是指业主根据建筑项目承包合同的相关规定，把用于购买合格建筑项目产品的款项支付给承包商，是建筑项目结束并结算之前进行工程款支付的重要手段。工程进度款支付的按照监理工程师添写的建筑项目的工程量清单以及建筑项目产品质检的合格证。必须依据设计图纸进行相应的施工，同时经过监理人员的检验后确认合格以后，核算的工程进度款，同时需要由造价工程师进行核查以后，最终由业主进行支付。此外，应该关注抵扣不同的款项，例如，备料款、供料款等，最终依据合同中的付款要求付款。在这个过程中的投资控制同样也是非常关键的，例如，当工程进度款产生超付的情况后，将占用业主的资金，就会使投资效益下降；出现工程进度款拖欠的情况，进而使建筑项目的施工进度以及施工质量下降，使承包商的效益降低，并且导致索赔。所以，应该对工程进度付款进行较好地掌握，从而能够不会导致建筑项目投资不出现失控的现象，从而能够确保建筑项目的施工质量和施工进度。
4结论
建筑项目施工阶段的工程造价控制是整个工程项目造价控制的重要组成部分。政府相关部门和建筑项目的参与机构以及相关专家应该相互协作，对建筑项目的工程造价进行有效地控制，并且能够利用计算机技术提高建筑项目工程造价控制的有
效性。
参考文献
[1]刘美兴．关于加强工程造价动态管理的措施及建议[J]．广东建材，2009，（8）.
[2]梁思德．论施工过程中的工程造价管理[J]．建材技术与应用，2006，21（15）．
作者简介：阮明越（1974-），女，重庆永川人，重庆文理学院建筑工程师，研究方向：工程造价管理。
（责任编辑：叶小坚）
动态控制器 篇12
柔性交流输电系统 (FACTS) 将在未来的智能电网中得到广泛应用。由于FACTS装置一般基于各自目标单独制定控制策略, 因此可能导致同一个FACTS装置的多个控制通道间或不同FACTS装置的控制器通道间产生负的交互影响。这种交互作用会影响到控制器的性能, 甚至可能破坏电力系统的稳定性[1,2,3,4,5]。
目前, 学术界已对多FACTS装置交互影响进行了大量的研究。从FACTS装置分类看, 如多台静止无功补偿器 (SVC) 中的电压控制器间、静止同步补偿器 (STATCOM) 中的交流和直流控制回路之间、SVC和STATCOM控制器间均存在负交互影响[1,2,3,4], 严重时甚至可致系统失稳;从分析方法看, 主要有规范形方法[1]、奇异值分解方法[6]、相对增益矩阵RGA (Relative Gain Array) 方法[7,8,9]等;从研究系统规模看, 文献[3]介绍单机无穷大系统中2个FACTS控制器间的负交互影响, 文献[6]分析了新英格兰系统中同时装设可控串联补偿器 (TCSC) 和SVC时的交互影响, 文献[9]研究了四机两区域系统中2台SVC控制器间的交互影响作用。
RGA方法由Bristol提出, 是分析多变量控制系统交互影响的有效方法, 已被广泛地应用于控制系统的设计[10]。文献[7-9]基于RGA方法定量分析了FACTS装置不同通道之间负交互影响的强烈程度。基于稳态运行点的RGA指标有时会出现错误的交互影响分析[11], 不利于FACTS装置选址、FACTS控制器变量配对、阻尼控制信号选取[12]等研究。于是文献[11, 13]提出用传递函数模型代替稳态增益矩阵的动态RGA (DRGA) 方法;文献[14]提出另一种DRGA分析方法;文献[15]结合RGA和DRGA方法的优点, 基于系统开环传递函数元素的稳态增益矩阵和带宽信息, 提出有效相对增益矩阵 (ERGA) 方法。文献[16]认为ERGA方法中稳态增益和带宽信息的等权重关系也会导致错误的交互影响分析, 从而出现不合适的变量配对, 因此提出有效相对能量矩阵 (EREA) 方法。可见, 稳态增益和动态信息结合的分析方法已成功应用于普通控制器间交互影响判断来进行控制器设计等。但目前FACTS控制器相关研究主要是基于稳态增益, 缺少动态交互影响分析。
本文利用EREA方法分析多机电力系统中SVC和TCSC控制器间负交互影响问题, 并用定量指标评价了新英格兰电力系统中SVC和TCSC控制器在不同电气距离下交互影响的强弱程度。时域仿真验证了本文方法的可行性和有效性, 同时算例也说明RGA方法在判断控制器间交互影响时会存在不足。
1 系统数学模型
以同时装设m1台SVC和m2台TCSC的多机电力系统为例, 其结构简图如图1所示。图中, Gk为发电机;Ugk为发电机端点电压;Igk为注入的电流;Uj为节点电压;k=1, 2, …, n;j=1, 2, …, m1, m1+1, …, m1+2m2。
同步发电机采用三阶实用模型, 并安装一阶静止励磁补偿器。第k台同步发电机的数学模型描述为:
其中, U2tk=U2tdk+U2tqk;Utdk=XqkIqk;Utqk=E′qk-X′dkIdk;各电气量的物理意义及说明详见文献[6]。
TCSC可等效为变化的阻抗XTCSC, 是通过快速、连续地改变所补偿线路的阻抗来控制线路的有功功率, 提高线路的稳定性。图2给出了比例积分 (PI) 型潮流控制器的实现框图。
TCSC控制器的动态特性[6]可以用式 (2) 来描述:
其中, PTCSCref为给定的参考传输功率值;PTCSC为线路上传输的有功功率;KP、KI分别为比例和积分环节系数。
SVC具有良好的动、静态特性, 可以支撑所补偿点的电压, 以控制节点电压接近于常数。图3为SVC电压调节器结构框图。
由上可知SVC控制器的动态表达式[6]为:
其中, BSVC为等效导纳;USVCref为给定参数;USVC为安装SVC的节点电压幅值;KA、TA分别为控制器的增益和时间常数。
同步发电机、励磁系统以及上述2种FACTS装置组成的系统动态过程可以用微分方程组 (4) 描述, 式 (5) 为发电机定子电流方程组, 式 (6) 为系统的输出方程组。
其中, x为状态变量向量, 包含发电机的转子角、转子转速、q轴暂态电压、励磁电压;y为代数变量向量, 包含发电机定子电流;u为控制变量向量, 包含SVC的等效导纳和TCSC的阻抗;Y为输出变量向量, 包含SVC的节点电压和TCSC线路的有功功率。
对式 (4) — (6) 分别进行线性化处理, 消去中间变量Δy, 得到装设多台FACTS装置电力系统的状态空间表达式:
通过式 (7) 可以求出系统的开环传递函数:
系统的传递函数见式 (9) , 其稳态增益矩阵表示为G (0) 。
2 EREA分析方法
2.1 EREA理论介绍
交互影响是研究多变量系统中输入变量对输出变量的影响, 而系统范数能够表达一个系统的输入和输出变量间的相互关系, 故下文利用表示系统脉冲响应能量的2-范数来研究多变量间的交互关系[16]。
一个传递函数的2-范数如式 (10) 所示:
利用一个矩形面积逼近上式的积分环节得:
其中, ωc为传递函数G (jω) 的临界频率, 本文取相角交界频率, 当相角交界频率不存在时, 可取相频特性曲线初次达峰值时所对应的频率值。因为相关频率可反映输入变量到输出变量的响应速度及抵抗其他闭环回路影响的能力, 所以它能体现系统动态性能。
式 (11) 能反映出一个子系统的有效能量, 因此, 传递函数元素的有效能量定义为:
有效能量幅值可以用来判断控制器变量间的交互影响程度, 但是有效能量定义式忽略了G (0) 的符号信息, 因此式 (12) 可以修改为:
因此, 考虑稳态增益和动态信息的有效能量矩阵如式 (14) 所示:
其中, 表示矩阵G (0) 中的每个元素取绝对值;表示2个矩阵对应的元素相乘, 即矩阵的Hadamard乘积。
参考RGA定义方法, EREA如式 (16) 所示:
其中, e*ij表示矩阵E*的元素。可以利用该矩阵元素作为指标来衡量交互影响。
2.2 EREA分析的特点
EREA分析方法的性质如下:
a.RGA的近1规则存在不连续性, 而EREA的近0规则指标可以连续性地表征交互影响的程度;
b.RGA指标值的绝对值远大于0时表示控制器间存在大的负交互影响, 但是接近0时会出现更严重的交互影响, 这样的近1规则不能通过距离1的程度真实地判断交互影响的强烈程度, EREA指标值可以用远离0的程度直观地描述交互影响的程度;
c.RGA只考虑稳态交互影响, EREA分析指标还考虑系统函数的动态信息。
2.3 EREA在交互影响分析中的应用
基于EREA方法分析SVC和TCSC控制器间交互影响的步骤如下:
a.确定电力系统结构, 并根据系统特性为SVC和TCSC装置选择合适的安装位置;
b.建立含SVC和TCSC控制器的电力系统数学模型, 即微分代数方程组;
c.线性化微分代数方程组求出系统的开环传递函数;
d.利用公式分别计算出交互影响指标;
e.改变FACTS装置间电气距离, 分析交互指标的变化, 研究电气距离对控制器间交互影响的作用。
基于MATLAB软件计算定量指标的流程见图4。
3 算例分析
本节研究新英格兰系统 (见图5) [6]中SVC和TCSC控制器间的交互作用情况。在两区域联络线L24上安装一台TCSC, 它可以快速地连续改变线路电抗值以控制线路有功功率;另外一种FACTS装置是SVC, 它的主要功能是维持装设点电压恒定和电网的无功功率平衡。首先将SVC安装于母线15, 对TCSC和SVC控制器依次单独设计, 控制参数整定为:KP=0.7, KI=10, KA=100 (TA=0.05 s) 。
在TCSC和SVC控制器都是闭环运行的情况下, 本文将在2种场景下研究SVC和TCSC装置间电气距离 (即线路阻抗或安装位置) 对其控制器间交互作用的影响。
3.1 场景1
在测试系统中, 选择将SVC安装在不同的母线上。由近到远选择SVC的安装母线, 计算分析指标如表1所示。
因为控制系统为对角控制, 所以取对角元素作为分析指标值。分析表1可知, 随着SVC和TCSC控制器安装距离逐渐变大, 控制器间的交互影响明显减小, 但是RGA指标的近1规则反映得不明显。
时域仿真验证:在0.2 s时, SVC的母线电压 (标幺值) 发生阶跃上升扰动, 如图6所示。当SVC安装在母线16处时, 母线电压发生扰动后会出现强烈振荡, 与大的动态分析指标值相对应, 而RGA指标值不能明显地比较交互影响强烈程度。
系统的RGA频域分析 (见图7, 幅值为标幺值) 显示不同频率下系统控制回路间交互影响的大小。比较整个低频范围, 系统在大概0.5 Hz的位置存在很大的交互影响, 而且2台FACTS控制器安装的地点越近, 交互影响越大。但是不能仅仅根据稳态运行点来判断交互影响的变化情况, 这说明RGA分析方法存在不足, 因此利用动态分析方法来判断交互影响强烈程度是必要的。
3.2 场景2
在测试系统中, 当分别选择在母线16、19和20处安装SVC装置时, 指标计算结果如表2所示。
分析表2:由EREA指标可知随着SVC和TCSC控制器之间的距离 (电气距离) 逐渐变大, 控制器间的交互影响随之减小, 并且能明显、直观地比较出母线16处的交互影响很强烈;但是RGA指标值不能得出动态指标的结论。
当SVC分别安装在母线16、19和20处时, SVC母线电压 (标幺值) 发生阶跃上升扰动, 见图8。可以看出:当安装在母线16处时, 会出现近似的等幅振荡;而安装在母线20处, 虽未能实现平滑的过渡且有稍微的电压波动, 但明显能判断出控制器间的交互影响已很弱, 这与较高的EREA指标值一致。但RGA指标分析认为当SVC安装在母线20处时交互影响最强烈, 所以该方法出现了错误的交互影响分析。
4 结论
研究结果表明:基于稳态增益的RGA交互影响分析存在不足, 而EREA方法可准确分析不同运行状况下SVC和TCSC控制器间交互影响的强烈程度。非线性时域仿真验证了本文方法的可行性和有效性。
摘要：在考虑电力系统传递函数元素的稳态增益和动态特性的影响下, 利用有效相对能量矩阵 (EREA) 的方法分析了2种典型柔性交流输电系统 (FACTS) 控制器间交互影响问题。对多FACTS控制器间的交互影响进行定量分析, 为FACTS控制器的变量配对、选址等研究提供参考。通过含SVC和可控串联补偿器 (TCSC) 装置的新英格兰系统验证了在不同电气距离下交互影响的强弱程度, 并采用时域仿真验证了所提分析方法的可行性和有效性。