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第1篇：控制系統理論范文

關鍵詞：CDMA；H∞Э刂評礪郟灰糯算法；SINR

中圖分類號：TN958 文獻標識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)11-060-03オ

The Filter Design in Wireless Communication System by H∞ Control Theory

LI Chong,LI Ding,YAO Jun

(Communication and Electronic Information Research Institute,Harbin Institute of Technology,Harbin,150001,China)オ

Abstract：In the system of wireless communication,it is significant to minimize the worse-case variance of the received SINR caused by channel fading,MAI,AWGN and so forth.Firstly,this paper depicts the model of CDMA.Then,a loop filter is designed by H∞ control theory.Genetic Algorithm (GA) is adopted to solve the proposed loop filter.To confirm the performance of the designed filter,a simulation result is given in the end.

Keywords：CDMA;H∞control theory;genetic algorithm;SINR

在無線通信系統中，CDMA技術受到越來越多的關注，功率控制也隨之成為熱點問題。其主要思想就是通過控制調整每個移動通信單位的發射功率，從而減小通信單位之間的干擾(MAI)和信道衰落，達到一定的通信質量。在過去的十多年里，許多學者對功率控制問題做了較深入的研究，例如Ariyavisitakul等，他們提出了固定步長和可變步長的功率控制機制[1]。

在功率控制系統中主要存在兩個問題：功率控制回路中的時間延遲干擾和信道中不可確定的外界干擾，如信道衰落，MAI，非線性環境干擾等。針對如何解決以上兩個問題，很多方法已經被提了出來，如Smith Predictor 在通信系統中的應用可以比較理想地解決回路時間延遲干擾[2]。本文提出了一種基于H∞Э刂評礪鄣姆椒ǎ在無線通信系統中設計出一個回路濾波器，從而克服不確定外界干擾對功率控制的影響。

1 功率控制回路模型

本文中的CDMA功率控制閉環回路模型如圖1所示[3,4]。其中接收機由4個部分組成：SINR測量電路，SINR比較器，回路濾波器，編碼器。SINR測量電路對接收到的SINR進行測量并給出測量值y(k)。該測量值會受到測量算法的影響，例如計算復雜度，測量時長等。在實際的通信系統中，會引入SINR測量誤差nm(k)。SINR的測量值之后會和目標SINR值t(k)比較，并得到差值e(k)，即e(k)=t(k)-y(k)。之后e(k)被送到F(z)中，并計算出功率更新控制值u(k)，即u(k)=F(z)e(k)。u(k)隨后進入編碼器。在編碼環節，會產生量化噪聲q(k)。量化后得到的信號(k)，即(k)=u(k)+q(k)，被發送到信道中并受到反饋噪聲nf(k)的干擾。發射機主要由3部分組成：譯碼器，功率放大器，功率限制器。則由發射機發射的信號X(k)為:

И

X(k)=X(k-1)+(k-1)+nf(k-1)[JY](1)

И

發射信號X(k)通過上行信道傳給接收機，并受到MAI m(k)，加性高斯白噪聲(AWGN)nc(k)和信道衰落f(k)的影響。其中，干擾MAI m(k)是受到前一次的發射功率X(k)的影響。由于發射信號X(k)是變化的，所以m(k)б彩遣晃榷ǖ摹＊

圖1 功率控制系統模型

2 H∞Щ羋仿瞬ㄆ韉納杓篇

2.1 CDMA通信系統模型的簡化

為了方便濾波器設計的說明，本文假設:

2.2 濾波器設計

設將要設計的回路濾波器為:

И

F(z)=c0+c1z-1+c2z-21+d1z-1+d2z-2[JY](4)

И

根據圖2所示的回路系統框圖，SINR跟蹤誤差:

在此，標記干擾w1(k)和w2(k)的功率譜分別為φw1(w)和φw2(w)。Ц據公式(5)，可得到其頻譜公式:

φe(w)=G1(ejw)2φw1(w)+G2(ejw)2φw2(w)[JY](7)

И

則SINR跟蹤誤差e(k)У姆講釵:

σ2e[WB]=12π∫+π-πG1(ejw)2φw1(w)dw+

[DW] 12π∫+π-πG2(ejw)2φw2(w)dw[JY](8)

И

在實際的CDMA通信系統中，w1(k)和w2(k)的功率譜是不確定也是不可知的，所以像基于傳統理想濾波器如Kalman濾波器就得不到理想的應用。這便類似于極小極大H∞最優化問題。對于穩定的有理方程C(z)，其無窮范數定義為[5]:

И

C(z)錨supw∈\[-π,π\]C(ejw)[JY](9)

И

則SINR跟蹤誤差的方差上限值為:

對于式(13)，很難得到滿足條件的關于c0,c1,c2,d1,d2У慕馕黿猓而且可能會在求解過程中出現局部極小值。所以，為了獲得全局最優解，本文采用遺傳算法[6]來對┦(12)求解。

3 仿 真

3.1 遺傳算法求解

在仿真試驗中，遺傳算法中的參數設定如下：

N=40B=15 bGen=100

其中N是參與該算法的總體，B為用來代表每個欲求系數(c0,c1,c2,d1,d2)的二元符號序列的長度，Gen為該算法中遺傳的遺傳代數。求解結果如表1所示。

表1 H∞回路濾波器設計結果及權重ρУ撓跋於泉

3.2 回路濾波器抗干擾效果仿真分析

在該仿真中，本文采用Monte Carlo仿真，仿真50次。其中，目標SINR t(k)設為8 dB，反饋信道BER Pb設為10-3。在單個手機通信系統中干擾MAI可以近似地看作常數。信道干擾用標準差從0.5~2 dB的高斯白噪聲仿真。仿真結果如圖3所示。

圖3 抗干擾效果仿真比較

由仿真結果可以看出，加有本設計的回路濾波器的通信系統比原來的系統有更好的抗噪聲干擾性能，特別是在信道噪聲的干擾較大時，其效果更加明顯。

4 結 語

本文描述了CDMA系統的簡化結構。通過H∞控制理論，設計出了該無線通信系統的回路濾波器，并分析了[CM(22*2]其在抗信道干擾中的作用。由于在本文中沒有考慮回路[CM)][LL]時間延遲對功率控制造成的影響，且通過遺傳算法求解設計的H∞回路濾波器，故該設計濾波器的思想不僅可以應用在CDMA通信系統中，在TDMA，FDMA，地域和衛星通信中也可以得到一定應用。

參 考 文 獻

［1］Ariyavisitakul S,Chang L F.Signal and Interference Statistics of a CDMA System with Feedback Power Control\[J\].IEEE mun.,1993,41:1 626-1 634.

［2］Lee B K,Chen H W,Chen B S.Power Control of Cellular Radio Systems via Robust Smith Prediction Filter\[J\].IEEE Trans.Wireless Commun.,2004,3(1):1 822-1 831.

［3］Su H J,Geraniotis E.Adaptive Closed-loop Power Control with Quantized Feedback and Loop Filtering\[J\].IEEE Trans.Wireless Commun.,2002(1):76-86.

［4］Gunnarsson F,Gustafsson F,Blom J.Dynamical Effects of Time Delays and Time Delay Compensation in Power Controlled DS-CDMA\[J\].IEEE Sel.Areas Commun.,2001,19(1):141-151.

［5］Francis B A.A Course in H∞Control Theory\[M\].Berlin,Germany: Springer-Verlag,1987.

［6］Chen B S,Lee B K,Peng S C.Maximum Likelihood Parameter Estimation of F-ARIMA Processes Using the Genetic Algorithm in the Frequency Domain\[J\].IEEE Trans.Signal Processing,2002,50:2 208-2 220.

作者簡介

李 崇 男，1985年出生，本科。研究方向為無線通信系統，信號識別。

李 鼎 男，1985年出生，本科。研究方向為寬帶多媒體衛星的糾錯編碼與星上交換，低軌衛星的信道特性與模型。

第2篇：控制系統理論范文

冰蓄冷中央空調是將電網夜間谷荷多余電力以冰的冷量形式儲存起來，在白天用電高峰時將冰融化提供空調服務。由于我國大部分地區夜間電價比白天低得多，所以采用冰儲冷中央空調能大大減少用戶的運行費用。

冰蓄冷中央空調系統配置的設備比常規空調系統要增加一些，自動化程度要求較高，但它能自動實現在滿足建筑物全天空調要求的條件下將每天所蓄的能量全部用完，最大限度地節省運行費用。

2控制系統結構

控制系統由下位機（現場控制工作站）與上位機（中央管理工作站）組成，下位機采用可編程序控制器（PLC）與觸摸屏，上位機采用工業級計算機與打印機，系統配置必要的附件如通信設備接口、網卡、調制解調器等，實現蓄冷系統的參數化與全自動智能化運行。

下位機和觸摸屏在現場可以進行系統控制、參數設置和數據顯示。上位機進行遠程管理和打印，它包含下位機和觸摸屏的所有功能。整個系統以下位機的工業級可編程序控制器為核心，實現自動化控制。控制設備與器件包括：傳感檢測元件、電動閥、變頻器等。

2.1下位機系統（區域工作站）

2.1.1TP21觸摸屏

采用TP27彩色觸摸屏作為操作面板，完全取代常規的開關按鈕、指示燈等器件，使控制柜面談得更整潔。并且，TP27觸摸屏在現場可實現狀態顯示、系統設置、模式選擇、參數設置、故障記錄、負荷記錄、時間日期、實時數據顯示、負荷曲線與報表統計等功能，中文操作界面直觀友好。

2.1.2SIEMENS可編程序控制器

SIMATICS7-300系列PLC適用于各行各業、各種場合中的檢測、監測及控制的自動化，其強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網絡皆能實現復雜控制功能。

該產品具有光電隔離，高電磁兼容；具有很高的工業適用性，允許的環境溫度達60℃；具有很強的抗干擾、抗振動與抗沖擊性能，因此在嚴酷的工作環境中得到了廣泛的應用。

自由通訊口方式也是S7-300型PLC的一個很有特色的功能，它使S7-300型PLC可以與任何通訊協議公開的其它設備、控制器進行通訊，即S7-300型PLC可以由用戶自己定義通訊協議（例ASCII協議），波特率為1.5Mbit/s（可調整）。因此使可通訊的范圍大大增加，使控制系統配置更加靈活、方便。任何具有串行接口的外設，例如：打印機或條形碼閱讀器、變頻器、調制解調器（Modem）、上位PC機等都可連接使用。用戶可通過編程來編制通訊協議、交換數據（例如：ASCII碼字符），具有RS232接口的設備也可用PC/PPI電纜連接起來進行自由通訊方式通訊。

當上位機脫機時，在下位機控制下，整個系統能正常運行。

2.2上位機系統（中央管理工作站）

2.2.1上位機

上位機即圖文控制中心，主要由PC機和激光打印機組成，采用SIMATICWINCC軟件平臺，采用全中文操作界面，人機對話友好。管理人員和操作者，可以通過觀察PC機所顯示的各種信息來了解當前和以往整個冰蓄冷自控系統的運行情況和所有參數，并且通過鼠標進行設備管理和執行打印任務。

2.2.2WINCC軟件平臺

WINCC軟件在自動化領域中可用于所有的操作員控制和監控任務。可將過程控制中發生的事件清楚地顯示出來，可顯示當前狀態并按順序記錄，所記錄的數據可以全部顯示或選擇簡要形式顯示，可連續或按要求編輯，并可輸出打印報表和趨勢圖。

WINCC能夠在控制過程中危急情況的初發階段進行報告，發出的信號既可以在屏幕上顯示出來，也可以用聲音表現出來。它支持用在線幫助和操作指南來消除故障。某一WINCC工作站可專門用于過程控制以使那些重要的過程信息不被屏蔽。軟件輔助操作策略保證過程不被非法訪問，并提供用于工業環境中的無錯操作。

WINCC是MICRSOFTWINDOWS98或WINDOWSNT4.0操作系統下，在PC機上運行的面向對象的一流32位應用軟件，通過OLE和ODBC視窗標準機制，作為理想的通訊伙伴進入WINDOWS世界，因此WINCC可容易地結合到全公司的數據處理系統中。

3冰蓄冷系統的控制

3.1控制目的、范圍及主要受控設備

蓄冷控制系統控制目的：通過對制冷主機、儲冰裝置、板式熱交換器、系統水泵、冷卻塔、系統管路調節閥進行控制，調整儲冰系統各應用工況的運行模式，在最經濟的情況下給末端提供一穩定的供水溫度。同時，提高系統的自動化水平，提高系統的管理效率和降低管理勞動強度。

控制范圍包括整個冰蓄冷系統的參數狀態顯示、設備狀態及控制，主要控制設備有：雙工況主機、電動閥、冷卻塔、冷卻水泵、蓄冰裝置、初級乙二醇泵、板式換熱器、次級乙二醇泵等。

3.2控制功能

控制功能包括整個冰蓄冷系統穩定、經濟運行所需的功能。

3.2.1工況轉換功能

根據季節和機器運行情況，自控系統具備以下工況轉換功能：

a）雙工況主機制冰同時供冷模式；b）雙工況主機單獨制冰模式；c）主機與蓄冰裝置聯合供冷模式；d）融冰單獨供冷模式；e）主機單獨供冷模式。

3.2.2工況的啟停、顯示和故障報警功能

控制系統按編排的時間順序，結合負荷預測軟件，控制制冷主機及設備的啟停數量及監視各設備之工作狀況與運行參數，如：

-制冷主機啟停、狀態及故障報警；-制冷主機運行參數；-制冷主機缺水保護；-制冷主機供/回水溫度、壓力遙測和顯示；-冷凍水泵啟停、狀態及故障報警；-乙二醇泵啟停、狀態及故障報警；-冷卻水泵啟停、狀態及故障報警；-壓差旁通管的壓差測量與顯示；-冷卻塔風機啟停、狀態及故障報警；

-冷卻塔供/回水溫度控制與顯示；-供/回水溫度、壓差遙測控制與顯示；-板式換熱器側進出口溫度控制與顯示；-蓄冰裝置進、出口溫度遙測控制與顯示；-冷凍水回水流量控制與顯示；-電動閥開關、調節與閥位控制與顯示；-室外溫濕度遙測控制與顯示；-蓄冰量測量與顯示；-末端冷負荷控制。

3.2.3數據的記錄和打印功能

控制系統對一些需要的監測點進行整年趨勢記錄，控制系統可將整年的負荷情況（包括每天的最大負荷和全日總負荷）和設備運轉時間以表格和圖表記錄下來，供使用者使用。所有監測點和計算的數據均能自動定時打印。

3.2.4手動/自動轉換功能

控制系統配置靈活的手動/自動轉換功能。

3.2.5優化控制功能

根據室外溫度、天氣預報、天氣走勢、歷史記錄等數據自動選擇主機優先或融冰優先。在滿足末端負荷的前提下，每天使用完儲存的冷量，盡量少地運行主機。充分發揮冰儲冷系統優勢，節約運行費用。

3.2.6全自動運行功能

系統可脫離上位機工作，根據時間表自動進行制冰和控制系統運行、工況轉換、對系統故障進行自動診斷，并向遠方報警。觸摸屏顯示系統運行狀態、流程、各節點參數、運行記錄、報警記錄等。

3.2.7節假日設定功能

系統可根據時間表自動運行，同時也可預先設置節假日，控制儲冰量和儲冰時間，使系統在節假日時對不需要供應空調的場所停止供冷。

3.2.8下位機操作功能

下位機彩色觸摸屏操作界面見圖1.

下位機操作功能如下：

a）人機對話。操作人員可通過觸摸面板進行人機對話，操作界面完全中文化，具有提示、幫助、參數設置、密匙設置、故障查詢、歷史記錄等功能。

b）系統設置。包括操作口令設置、運行設置、運行時間表設置、記錄溢出處理、自動/手動/測試選擇、節假日設置、系統參數設置（包括各節點溫度、壓力，各介質的流量，儲冰量，制冰速率，融冰速率，閥門開度，末端負荷等。）

c）故障記錄、運行記錄、歷史記錄等。

3.3遠程監控

控制系統通過電話線或寬帶網，與專家系統連接，對系統進行運行監控、參數修改、數據采集等，使系統不斷完善和軟件版本升級，讓用戶得到更好的服務。遠程監控的目的是用戶可以通過PSTN（公共交換傳輸網）對冷凍站進行異地遠程監控。同時也可以實現遠程調試、遠程適時監控和在線維護等，從而大大減輕工程人員的工作強度，降低工程成本。

3.4系統擴展控制

控制系統設計界面友好，PLC和觸摸屏均可擴展，內容可擴展、參數也可修改，通過485通訊接口或通信協議實現BAS與冰儲冷自控系統一體化，節約投資、方便管理。系統集中控制，減少了動力柜占地面積，又使動力柜型號統一、式樣相同、大小一致。系統擴展控制如下：

a）污水泵自動控制；b）風、排風控制；c）活水泵穩壓控制；d）防水泵定時運行、檢測、報警；e）淋水泵穩壓控制；f）筑物夜間輪廓照明自動控制；g）低配計量、開關狀態檢測、報警。

第3篇：控制系統理論范文

關鍵詞：工業控制；系統信息安全；監控管理

中圖分類號：TP273

工業控制系統（Industrial Control Systems， ICS）是由各種自動化控制組件和實時數據采集、監測的過程控制組件共同構成。其組件包括數據采集與監控系統（SCADA）、分布式控制系統（DCS）、可編程邏輯控制器（PLC）、遠程終端（RTU）、智能電子設備（IED），以及確保各組件通信的接口技術[1]。

從國家安全上看，工控系統是國家關鍵基礎設施的重要支撐，自2010年“震網”病毒事件以來，世界各國均逐漸重視工控系統信息安全問題。一是以美國為首的西方發達國家極力提升對工控系統的攻防能力，美國近年來成立網絡戰司令部，《網絡空間國際戰略》和《網絡空間行動戰略》，將對其關鍵基礎設施的網絡攻擊作為視作戰爭行為，同時不斷通過演習來提高信息安全防護能力。二是針對工控系統開發的網絡武器曾出不窮，近年來在中東地區肆虐的“Duqu”、“火焰”、“震網”等病毒程序，實現了對工控系統探知、潛伏再到攻擊的系列動作，對相關工控系統安全造成了嚴重危害。三是我國工控系統信息安全保障意識還很薄弱，由于我國工控系統學科及其安全研究起步較晚，各工控系統設計規劃、管理、使用者更多關注系統本身的功能安全，對信息安全問題相對忽視。

本文根據目前工業控制系統信息安全實際情況，并結合現有信息安全管理模式，提出通過監控管理的建設，統一部署、精心組織、周密安排、結合實際達到對工業控制系統信息安全的縱深監管控制與問題解決，保證工業控制系統的安全平穩運行。

1 工業控制系統信息安全分析

工控系統信息安全作為近年來新提出的問題，與傳統的IT系統信息安全存在明顯的差異。一是可靠性設計要求較高，工控系統必須具備耐腐蝕、防塵、防水等功能，以利于至少10年的長期使用。二是對系統可用性的關注點不同，工控系統對于網絡帶寬、信息處理量要求不高，但對系統響應時間的要求一般在5-10ms，不允許關鍵信息的延遲和處理延誤。三是執行的標準、協議顯著不同，雖然現在采用通用通信協議的工業以太網和設備得到廣泛應用，但是其系統底層的組態、監控和控制軟件仍為專用系統開發，采用專有協議進行通信。四是很難滿足傳統IT系統的部分安全管理要求，如系統變更和補丁，工控系統在采取行動時更為謹慎，甚至在其生命周期內不采取任何更改和升級措施。

隨著網絡技術的發展，ICS可以從多個層面與第三方系統進行互聯互通，同時也能夠支持各類網絡協議。目前大多采用基于TCP（UDP）/IP協議的以太網通信技術與企業管理層的信息平臺進行互聯，使用的接口標準為OPC等開放接口。開放性一方面能夠為用戶帶來實用、便捷等好處，但另一方面由此帶來的各種安全漏洞數量和類型也會大幅增加。對于一個控制網絡系統，能夠產生安全漏洞的因素是多方面的。

1.1 操作系統漏洞

工業控制系統中最常見的操作系統，如Microsoft Windows 操作系統[2]，自從Windows系統的之日起，就都在不停的漏洞補丁，為保證過程控制系統相對的獨立性，而通常這類系統在系統運行后，運維人員不會也不敢輕易對Windows平臺打任何補丁程序，而且即使操作系統打了補丁，這些操作系統也沒有經過制造商測試，存在安全運行風險。但是，系統不及時打補丁就會存在被攻擊的漏洞，即使是一些常見病毒也會感染系統，甚至可能造成Windows平臺乃至控制網絡的癱瘓。

1.2 應用軟件漏洞

應用軟件由于自身功能的特殊性，開發單位技術能力和技術水平參差不齊，導致對其的防護很難進行統一以防范各式各樣的攻擊行為；另外當應用軟件面向網絡應用時，就必須開放其應用端口，自然也給攻擊者留下了通道。一旦黑客攻擊者知道這些開放的端口號，利用工業自動化軟件存在的漏洞信息，直接獲取工業控制設備的控制權，那產生的危害簡直難以想象。

1.3 安全策略和管理制度漏洞

一味追求可用性、方便性而犧牲安全，并且缺乏一整套完整有效的安全策略與管理流程，是很多工業控制系統存在的普遍現象，也給工業控制系統信息安全帶來了一定的威脅。例如用戶口令選擇不慎，或將自己的賬號隨意轉借他人或與別人共享，移動存儲介質包括筆記本電腦、U盤等設備的共享使用等等。

2 工業控制系統信息安全監控管理的建設

當前，美國、歐盟都從國家戰略的層面在開展各方面的工作，積極研究工業控制系統信息安全的應對策略，我國也在政策層面和研究層面在積極開展工作，但我國工業控制系統信息安全工作起步晚，總體上技術研究尚屬起步階段，管理制度不健全，相關標準規范不完善，技術防護措施不到位，安全防護能力和應急處理能力不高，這些問題都威脅著工業生產安全和社會正常運作[3]，而當務之急應先從工業控制系統信息安全監控方面著手進行管理。

2.1 加強組織領導，落實工作責任、加強溝通配合

為更好的完成工業控制系統信息安全監控管理工作，促進管理水平的提高，宜由各地職能部門或行業主管機構協調成立監控管理組織，制訂了工作制度和崗位職責，明確工作范圍和內容，加強溝通配合，做好組織保障工作。

2.2 統一協調、部署和指導

監控管理組織宜根據本地區或行業的基本情況，劃定監控范圍，制定年度監控管理計劃，積極協調各工業控制系統的運營單位積極參與監控工作，各運營單位應對年度監控管理計劃提出適應性意見，通過評審后，修訂完善監控管理計劃。監控管理組織應根據監控管理計劃并結合工業控制技術現狀，統一部署日常監控工作，明確工作的流程，對時間計劃、工作環節和工作內容，對運營單位給出相應的指導意見和建議。

2.3 堅持自檢為主，抽查為輔

鼓勵各運營單位結合自身情況長期開展工業控制系統信息安全自檢工作，并結合實際情況在內部研發風險解決方案。組織具有相應資質的信息安全技術支撐機構進行現場抽查工作，在抽查工作進行前，需組織專家對技術實施方法、質量、進度等多方面進行會談研究，統一部署，確保從管理、技術等多方面為其提供指導。

2.4 加強信息報送工作

為保證自檢工作常態化實施，及時了解掌握自檢單位的實際情況，及時溝通和交流信息，可建立了“自檢工作進展報送制度”，要求各自檢單位將工作進展情況定期上報至監控管理部門。

2.5 明確技術支撐機構和人員

通過技術手段對工業控制系統進行安全性測試是了解系統安全狀況的一種重要方法，只有明確技術支撐機構和人員，根據工業控制系統關鍵設備信息安全規范和技術標準對關鍵設備進行安全測評，檢測安全漏洞，評估安全風險，并且對測評工作中發現的安全漏洞給出詳細的解決方案。

工業控制系統信息安全不是一個單純的技術問題，而是一個從意識培養開始，涉及到管理、流程、架構、技術、產品等各方面的系統工程，需要工業控制系統的管理方、運營方、集成商與組件供應商的共同參與，協同工作，而目前工業控制系統出現的各類信息安全問題已迫在眉睫，本文針對現階段信息安全管理較弱的情況，適時提出了工業控制系統信息安全監控管理，從組織機構、措施、人員等多方面全方位地保障工業控制系統信息安全。

參考文獻：

[1]明旭，殷國強.淺談工業控制系統信息安全[J].信息安全與技術，2013（2）：27.

[2]彭杰，劉力.工業控制系統信息安全性分析[J].自動化儀表，2012（12）：38.

第4篇：控制系統理論范文

關鎮詞：電力系統穩定；安全穩定控制系統；安全自動裝置；設計原則

中圖分類號： TM712 文獻標識碼： A 文章編號

一、引言

隨著電力行業的迅速發展，大機組、超長線路不斷增加，電網的規模也隨之不斷擴大。本文參照相關標準并結合國內外經驗基礎上，對電力系統安全穩定控制系統設計中宜遵守的有關原則進行探討。

二、電力系統安全穩定計算分析原則

1、穩定計算擾動等級

根據《電力系統安全穩定導則》，電力系統穩定標準可分為以下幾級：A級，保持穩定運行和電網的正常供電（單一故障）；B級，保持穩定運行，但允許損失負荷（單一嚴重故障）；C級，當系統不能保持穩定運行時，必須防止系統崩潰，并盡量減少負荷損失（多重嚴重故障);D級，在滿足規定條件下，允許局部系統作短時間的非同步運行。根據穩定標準分類所確定的穩定計算擾動等級，宜按如下原則分級：I級單一輕微故障(單回聯絡線發生單相瞬時故障，或者單一電壓等級多回聯絡線中的一回線發生單相永久性故障)。I級單一嚴重故障(相間短路故障，含三相短路)。I級三相短路后斷路器單相拒動等多重故障造成兩個以上元件跳閘。

2、穩定計算運行方式

1）電力系統接線方式

(1)正常接線方式

(2)檢修接線方式。由于所研究斷面至少有一個電網元件在切除狀態，從而明顯地減小了該斷面的穩定功率傳輸極限。

2）電力系統潮流方式

(l)正常潮流方式。

(2)加重潮流方式。是指在特殊情況下發電機組超額定出力按最大允許值發電或在低谷負荷下為不失水資源水電超發等非常規加重所研究斷面傳輸潮流方式。

3、主要計算內容

以合理配置安全自動裝置為計算目的，應重點計算所研究電力系統或某個斷面正常接線正常潮流方式下發生Ⅱ、Ⅲ級擾動或加重潮流方式下及檢修接線正常潮流方式下發生Ⅰ、Ⅱ級擾動情況下系統的穩定水平，確定相應控制措施。

當系統不能保持穩定運行時，找出異步運行的相關斷面，以區域內功率相對平衡等為原則，確定分區解列點。

4、穩定計算結果分析

在穩定計算結果基礎上，考慮計算采用基礎信息的不完全性、計算誤差及裝置誤差等因素，留有一定裕度后，給出綜合分析穩定結論。

三、對安全穩定控制系統的基本要求

對安全穩定控制系統的基本的要求包括以下幾方面：

1可靠性

可靠性是指裝置該動作時動作(信賴性)，不該動作時不動作(安全性)。該動作時不動作為拒動，不該動作時動作為誤動。

安全穩定控制系統與繼電保護裝置相比更強調可靠性要求，繼電保護的可靠性被破壞的后果只造成一個元件誤動或拒動，而安全穩定控制系統拒動將會破壞系統穩定，誤動造成局部系統負荷或機組損失，后果嚴重，在可靠性要求中，必須強調安全性。

2有效性

對于安全穩定控制系統的控制有效性要求，可分為兩個方面。其一是指在系統發生較大擾動，為保證系統的安全穩定運行而控制局部機組出力或負荷時，所給出的控制量要滿足穩定要求。裝置動作后，如果控制量不足，系統仍處于失穩狀態，起不到穩定控制的作用或作用很小。其二是指控制對象的選擇問題，如快速減出力的控制對象可能有幾個機組或電廠時，應尋求有效性高的對象加以控制。

3選擇性

安全穩定控制系統是分層分區控制的。安全穩定控制裝置保護對象的界面雖不像繼電保護那么明確，但也有一定范圍。遠距離送電發電廠的穩定控制裝置的主要保護范圍為電廠出線，最多延伸到下一級出線故障后的穩定控制。而網間的穩定問題則需由網間裝置來完成，必要時，其控制措施的執行可通過發電廠的裝置來實現。因此，安全穩定控制系統須保證協調控制，滿足選擇性要求。

4適應性

為滿足不同時期電力系統發展要求及不同控制要求，裝置宜有一定適應性。裝置的軟、硬件按功能宜做到模塊化、系列化。

四、安全穩定控制系統的構成原則

1、安全穩定控制裝置的配置及構成

（1）在正常接線及正常潮流方式下，電力系統發生Ⅱ、Ⅲ級擾動，或正常接線加重潮流方式及檢修接線正常潮流方式下，電力系統發生Ⅰ、Ⅱ級擾動，僅靠系統一次網架不能達到A級系統穩定標準時，應配置安全穩定控制裝置。當電力系統發生相應擾動，采取相應控制措施，宜使之達到B級穩定標準。

（2）裝置按雙重配置考慮。由單一裝置中三取二等起動邏輯控制實現安全穩定控制可靠性中的安全性；通過雙重冗余配置達到可靠性中的信賴性要求。

（3）安全穩定控制裝置可以按集中控制式或就地控制式構成。應盡量采取就地控制的裝置，以減少對通道的依賴性。

（4）強調裝置在滿足其主要功能要求下，盡量簡化。一些后備功能(如振蕩解列等)不要與安全穩定控制裝置主保護合在一起，以免使安全穩定控制裝置本身過分復雜又達不到冗余后備控制的目的。裝置構成要簡化的另一個重要原因是易做到模塊化、規范化，縮短生產周期。

2、自動消除異步裝置

自動消除異步運行，是一種非常重要的穩定控制措施。在研究區域內，為任一可能異步運行的斷面配置相應的振蕩解列裝置，可將兩個同步運行的部分解列而實現自動消除異步運行。在較重要的斷面，宜配置雙重自動消除異步運行裝置，主裝置作用于解列，后備裝置作為主裝置后備，帶延時作用于解列。

3、自動限制頻率升高/降低裝置

自動限制頻率升高/降低裝置應覆蓋任何獨立運行地區(包括整個電力系統)，亦包括那些由于異步方式而被自動控制解列出來的系統。通過限制頻率降低/升高裝置的動作來進行切負荷/切機控制，以實現限制缺額/過剩系統頻率降低/升高。此二類裝置一般為分散配置，同類配置間可實現互為備用方式。

4、自動限制電壓降低/升高裝置自動限制電壓降低/升高裝置，是防止事故后電力系統某些節點的電壓降低/升高到不允許值可能導致出現電壓崩潰/設備損壞。此類裝置根據專門計算結果確定具體配置。

5、自動限制設備過載裝置自動限制設備過載裝置在允許時間內限制電氣設備超過允許的過電流值。假如電流沒有超過可手控時間(如20min)及以上的允許值，可不裝設自動限制設備過載裝置。目前我國尚沒有設備過電流與允許時間關系的有關規定，僅能參照國外有關經驗數據。自動限制設備過載裝置可按被監視的電流及其持續時間以階梯式實現對發電廠減出力或切負荷等控制。

五、安全穩定控制系統的應用

南瑞繼保公司生產的RCS-992A系列穩控裝置采用了模塊化、主從式結構，整套系統由多個相對獨立的模塊組合而成。系統由主機RCS-992A從機RCS990A，通信復接裝置MUX-22A、MUX-64B和MUX-2M等共同構成。主站、子站和執行站裝置的硬件結構基本一致，只是當穩控系統較大時，主站需擴展通信接口，而子站用于與主站和執行站的通信接口較少，執行站可能只需要一個通信接口用于與主站或子站通信。每個站均由一套主機和數套從機構成，需要時還有信號復接設備。

子站主機負責與其他站的裝置通信、接收本站從機采集的數據和判別結果、實施穩定控制策略，從機負責數據采集、計算，判別線路（主變、機組）是否運行、及判別線路（主變、機組、母線）是否跳閘及故障形式等，并執行主機下發的命令；從機同時需要進行與系統運行方式無關的穩定控制功能的實施，如變壓器或線路的過負荷判別等。

某地區聯變過載遠切負荷穩控系統由A、B、C、D、E變電站的穩控裝置通過通訊通道連接而成。該穩定控制系統A站為主站，其他站均為遠方切負荷執行站。各站間采用2M光纖通信，A站裝置系統由500kV向220kV送電時主編過載三輪動作，向其他4個站發送切負荷命令，E站作為第三輪次遠切負荷子站。

六、結束語

安全穩定控制系統是提高電網輸送能力、保證電網安全穩定運行的重要手段。要達到其目的必須有相關的標準、原則制約；確定符合我國電力系統實際情況的安全穩定控制系統設計原則已是當務之急。本文提出的有關原則，能起到應有的作用。

參考文獻：

第5篇：控制系統理論范文

    關鍵詞:電算化;會計信息系統;內部控制

    隨著科學技術的發展,電子計算機數據處理技術在會計領域得到了廣泛的應用,會計已經從原有的記賬、報賬向著經營管理領域的深度和廣度發展,對企業的內部控制產生了深遠的影響,提高了企業的運營管理效率。但是,由于計算機技術自身的問題以及會計人員業務水平和個人素質等原因,會計信息系統的應用也存在著許多問題。因此,必須加強會計電算化系統的內部控制以保證財務實行電算化后的系統正常、安全、有效的運行。

    一、會計電算化系統內部控制的變化

    (一)內部控制的組織形式發生了變化,控制范圍擴大在傳統的手工會計工作環境下,內部控制的原則是:職務相分離,職權不相容,不同的工作人員在各自確定的工作領域內工作,各司其職,各級主管依照相應的制度進行嚴格的監督。在電算化會計環境下,授權控制是最主要的組織原則。工作人員利用授權程序所提供的文件和口令,獲得相應的權利,在會計電算化系統里處理授權范圍內的業務。內部控制的形式已經由原來的制度控制轉變為制度控制和程序軟件控制。這就意味著在新的會計工作環境下,加強財務軟件的系統權限控制、口令管理程序控制、修改程序控制、網絡系統權限控制等工作成為內部控制的又一項重要的工作。

    (二)內部控制的數據處理方式發生了變化

    在傳統手工會計工作環境下,科目匯總表、資產負債表、借貸試算平衡以及相關的財務報表分析均需要進行人工匯總計算,使得財務人員的工作量很大,同時也容易造成數據上的計算錯誤。在電算化會計環境下,只需錄入原始數據或通過外部系統轉入機制憑證并在計算機財務軟件的指導下進行會計分錄,通過憑證的審核、修改、確認由計算機自動完成打印輸出,科目匯總、借貸平衡等工作均由計算機自動完成,同時可以根據需要生成會計報表。(如圖:1)大大降低了財務人員的工作量,也避免了計算加總等工作出現的錯誤。

    (三)數據記錄方式和保存介質的變化帶動內部控制的變化

    手工會計方式下,數據記錄主要依靠工作人員的手工記錄,出現記錄錯誤的可能性加大,而且同一類數據可能會重復多次記錄。數據保存介質是“紙”介質,保存這些介質需要占用很大的空間,還需進行放火、防水、防潮、防盜等工作。在電算化會計工作環境下,數據保存介質是“磁盤”,磁性介質。磁性介質的采用節約了數據的保存空間,也使數據的存取方便了許多,同時通過數據拷貝、轉入等方法避免了手工記錄中出現重復記錄的現象。磁性介質的保存除了需要紙介質保存所需的部分工作外,還要進行防病毒、防磁化等工作。由于磁盤存在著物理易損性,需要對磁盤進行備份工作。

    二、會計信息系統內部控制存在的問題

    會計電算化系統環境下的內部控制是內部會計控制的特殊形式,隨著計算機的發展特別是網絡技術的發展會計電算化系統將向著更加深廣的方向發展,將給企業的財務管理和經營管理帶來新的機遇。會計電算化系統取代傳統的手工會計系統將是一種趨勢。但會計電算化系統在我國還是新生事物,與傳統的手工會計系統相比還存在著許多問題,具體表現在以下幾個方面:

    (一)職務相分離,職權不相容原則的重要性下降傳統手工會計信息處理的一條重要原則就是職務相分離,職權不相容原則。電算化后,這一原則的重要性下降甚至得不到遵循。由于系統操作的高度集中,許多崗位可以合并,許多手續合并到計算機統一執行,會計工作人員大大減少,從而使一些不相容的職務得不到分離,降低了工作人員相互牽制的效力。如,有些會計人員既從事數據的輸入、輸出工作,又負責數據的報送,這樣就增加了他們在未批準的情況下直接對使用中的數據和程序進行修改、復制或刪除等操作的可能性,從而使會計數據的準確性及安全性受到威脅,也增大了作假舞弊的可能性。

    (二)會計電算化系統授權存在安全隱患

    傳統手工會計授權下,對于每一項業務的每個環節都有相應工作人員的簽名或印章。簽名或印章的訪寫、仿造具有一定的難度。會計電算化系統授權方式是口令授權,口令授權存在于計算機系統內部。口令對于稍懂計算機操作知識的人來說根本算不上什么秘密,因為可以繞過財務軟件的相關控制措施,通過打開計算機財務數據庫進入財務報表等系統,則所有的財務秘密均可見。同時,業務人員可以利用特殊的文件或口令,獲得某種權利或運行特定程序進行業務處理,從而給企業造成經濟損失。例如:收買公司業務人員,通過非法取得他人口令,開出銷售提單;非法核銷客戶應收賬款及相關資料;掌握公司顧客訂單密碼,開出假訂單,騙走公司產品等。口令一旦被竊取,很難發現。

    (三)會計電算化系統數據執行主體和保存介質存在安全隱患

    會計電算化系統數據執行主體是計算機。計算機系統由硬件和軟件構成。由于硬件系統存在物理易損性,一旦硬件系統出現故障或因停電等其它非人為原因,將導致數據不能被處理,會計工作不能進行。數據處理的準確、高效主要依賴于財務軟件的質量和性能。一旦軟件質量出現問題將會影響到數據處理的準確和速度。一旦程序中出現嚴重的病毒,將會嚴重危害系統的安全,若不能及時排除病毒很有可能擴大損失。會計數據主要保存在計算機的磁盤或者外在軟盤、光盤中,一旦磁介質由于受熱、受潮、折損等原因出現損壞,保存的會計數據將會丟失,如果沒有相關備份的話,將給會計電算化系統造成嚴重的損失,嚴重的影響到企業的會計工作。磁性介質以磁信號存儲信息,如果數據被人為惡意修改不會留下任何痕跡。

    (四)網絡環境下會計電算化系統的內部控制出現新的問題

    網絡環境是一個開放的環境,在這個環境下,任何信息在理論上都有可能被訪問到。會計電算化系統下,會計信息通過物理通信線路傳輸存在著很大的安全隱患。例如:網絡信息來源的多樣性,有可能導致審計線索的紊亂;網絡信息很有可能在傳輸過程中被非法攔截或者被人為篡改;網絡中存在的病毒和網絡“黑客”的侵襲都可能給網絡環境下的會計電算化系統帶來危害。

    (五) 會計電算化系統下差錯的重復性和蔓延性

    傳統手工會計系統下,由于數據處理環節相對分散,一個環節數據出現錯誤,下一個環節還可以發現并更正。但是,會計電算化系統數據處理集中化、自動化,數據可以轉入、拷貝,因此一個業務的數據錯誤往往會重復出現幾次,從一個環節蔓延至其它環節,導致整個系統數據失真,使得錯誤的嚴重性加大。例如:在錄入原始會計數據期間,錄入的錯誤數據就會再次用到會計科目匯總的過程中,影響到會計科目匯總的結果,導致科目匯總數據的錯誤。在進行經濟指標分析時,又可能會再次使用到錯誤的科目匯總數據。從而,因一個數據的錯誤而導致一連串系統的錯誤,從而影響到整個會計信息系統的數據失真。

    三、加強和完善會計電算化系統內部控制的若干對策

    會計電算化系統的內部控制是內部審計工作的一部分,也是企業經營管理的重要環節,內部控制的好壞成敗將決定著企業經營管理的得失成敗。世界上凡是經營管理成果出眾的企業,一定擁有出色一流的電算化會計信息內部控制系統。在我國,會計電算化系統尚處于初級階段,加強和完善會計電算化系統將是十分重要和必要的。

    (一)加強和完善會計電算化系統的內部控制制度

    1.加強會計電算化系統業務人員組織控制

    在會計電算化系統環境下,要對手工系統環境下的結構做出調整,對各類會計崗位進行重新的劃分,在授權過程中運用內部審計,按照權、責、利相結合原則建立崗位責任制。對財務軟件的開發人員、維護人員和會計業務操作員、出納員進行合理的崗位分工。形成三類工作崗位:系統設計與維護崗位、賬務處理崗位和專業核算崗位,堅持不相容崗位相分離原則。

    2.加強會計電算化系統操作和維護控制

第6篇：控制系統理論范文

福建省農業科學院中以示范農場位于福州市晉安區新店鎮埔檔村，于2013年10月引進以色列設備及技術，建成3500耐以上的玻璃溫室大棚，建成投人使用1年來運行良好。現將該玻璃溫室大棚的自動化控制系統設計，及其應用于無土基質設施栽培的管理經驗總結如下。

1自動化控制玻璃溫室大棚系統設計

1.1玻璃溫室大棚自動化控制系統設計系統材料和結構

玻璃溫室是以透明玻璃為覆蓋材料的溫室，透光率一般為60%一70%。溫室的骨架為鍍鋅鋼管，門窗框架、屋脊為鋁合金輕型鋼材，肩高約8ma大棚管理系統采用JPK-013型自動化控制系統。開啟電腦，輸入用戶名及密碼，在桌面點擊海峽農業示范園控制系統圖標，點擊特殊菜單，點擊登錄“開”，彈出對話框，再次輸人另外一個用戶名及密碼，就可進行參數操作設計。設計結束后，下拉特殊菜單，點擊退出“關”。把目標溫度設計為300C，降溫需求百分比為10%。

1.2系統功能及操作設計方案

1.2.1夏、秋季的操作設計方案根據南方夏、秋季需要降溫的要求設計操作方案。

1.2.2冬、春季的操作設計方案根據南方冬、春季的氣候特點設計保溫操作方案。

2玻璃溫室大棚自動化控制系統設計管理要點

2.1水肥機一體化系統管理

水肥機由以色列Galcon公司提供。操作步驟:電腦開機一桌面一點擊Client系統一點擊Mixero

2.2分區設計管理

2.2.1水肥機一體化分區管理將整個溫室分成6個水肥灌溉區域，即與電腦連接的6個水閥所控制的灌溉區域為一個獨立的單元。區域布置見圖to水肥機裝肥料母液的肥料桶共7個桶，A,B液各3個桶，另外1個酸液桶，分為3個組別，酸液桶共用。針對不同作物，每組的肥料母液可以有所區別。A桶(Fert.1)和B桶(Fert.2)吸量都設為5.0L/m3，酸液(Fert.3)吸量設為3.5I}/m3。1區、2區種植瑞豐番茄，2014年5月31日移植;3區種植金玉滿堂番茄，4區種植串串紅鈴番茄，3區、4區均為5月22日移植。從移植到7月2日每天灌溉1次，清晨5:00開始滴灌，時間為10mino7月2日開始增加為4次，每次3min。因為3區、4區結果多，植株細弱，7月6日再增加1次，即3區、4區結果期每天灌溉5次，每次3mino5區、6區分別種植金石王1號和金玉滿堂番茄，2013年11月9日移植，前期灌溉同3區、4區，因結果盛期需肥水較多，增至每天7次(表3)。

2.2.2各區域的項目編號綁定及灌溉時間表(Irri-gationProgramNo.)設計各區域的電腦識別代碼及灌溉時間表設計見表30

2.3灌溉時間等數據的設計及修改

在Mixer的圖案里，點擊IrrigationProgramNo.，在左上角白色框格里輸入所要修改或設定的項目編號(ProgramNo.)，回車，再在左上角白色框格的左邊，點擊鎖匙(解鎖)，選擇要修改的數據，輸人要修改的數據，全部修改完畢，再次點擊解鎖，點擊確定(sure)完成修改。其他項目的修改過程同樣。

2.4所需EC,pH值的修改及其感應器校準

點擊FertilizationPrograms，在肥料項目號7,8,9欄目內修改各種植區所需的灌溉水肥的EC,pH值。2014年種植番茄，1,2,3,4區的EC值設置為1.5ms/cm,爪6區盛果期設置為2.0ms/cm;pH值都設置為5.7。當發現水肥機上的EC,pH值有偏差時，要用標準液來進行校準。

2.5洗鹽

點擊右上角IrrigationPrograms進人操作界面，點擊ProgramSettings進入灌水數據界面。程序號(Prog.No)要選擇灌溉肥料沒用過的空白號。優先權(PrioritySetup)選擇low。灌溉間隔天數(Irri.Cycledays)選擇1d，時間單位(Irri.Unit)為min;灌水量(Quantity)為持續灌水60min，肥料(Fert.Prog)填寫0。開始(StartTime)寫0:O1，結束寫23;59;各區的間隔灌溉時間(Duratior)寫250min(洗鹽1輪60x4為240min，其間休息10min。這就是洗鹽1d的循環模式。

2.6過濾器清洗

每個肥料母液桶下面都有1個過濾器，選擇在沒有灌溉的時間段里，關閉水肥母液桶的開關，把過濾器小心擰開，用清水沖洗過濾片，干凈為止。然后在灌溉之前裝回，打開水肥開關。水肥機后面也有1個過濾器。

2.7混合桶溢水問題的解決

灌溉是邊混合水肥邊進行灌溉，如果遇到突然停電，等來電時，電腦不知道混合桶的水肥該往哪個區走。因此，當看到混合桶溢水時，應立即手工把混合桶里的水肥舀出1/2。

3小結

第7篇：控制系統理論范文

【關鍵詞】飛行運行品質監控；監控系統；超限事件

1 現代飛行運行品質監控系統現狀

飛行運行品質監控（FOQA）是一種主動性地預防和減少飛行事故的航空安全管理技術手段，其主要目的是監控和評估飛行運行品質。該系統通過收集和分析日常飛行中飛行數據，提高飛行機組的操縱品質、改進標準操作程序、完善飛行訓練大綱[1]。飛行運行品質監控的價值在于通過監測飛行參數超限情況，盡早地識別出不符合標準的操作、存在缺陷的程序、航空器性能的衰減、空中交通管制系統的不完善等安全隱患，為改進措施的制定及實施提供數據和信息支持。

目前，各航空公司根據自身需求形成了以安全管理專業人員、資深飛行員、機務維修人員以及飛行品質監控工程技術人員為主的飛行品質監控隊伍體系，建立了公司層面的飛行品質監控系統，從QAR數據采集、超限事件分析和驗證、信息使用和管理等方面建立了規范化的工作程序。中國是世界上第一個由政府規定開展飛行品質監控的國家，也是唯一一個航空公司必須向管理當局提交飛行數據監控結果的國家[2]。

現代飛行運行品質監控系統至少包括三個專用系統[3]：機載數據采集和記錄系統、地面數據處理和分析系統、數據管理分析系統。其過程是在飛機日常運行過程中由機載數據記錄和采集系統記錄采集飛行數據，飛機落地后由維護人員拆換儲存介質，再交由譯碼部門進行譯碼分析，數據處理分析與評估，提出改進措施指導下次運行。該過程形成一個閉環管理系統，對于以后批次飛機可以提高飛行機組的操縱品質、改進標準操作程序，對飛行運行品質和航空安全起到管理監督作用，一定程度上減少了超限事件[4-5]的發生，降低了飛行事故征候和事故發生的風險。

目前飛行運行品質監控系統的特點是基于當次飛行進行事后分析，對當次飛行任務沒有實際監控作用，故在此提出新一代飛行運行品質監控系統理論模型，用以最大化地減少超限事件，降低事故征候和事故發生的風險，提高運行品質，保證運行安全。

2 新一代飛行運行品質監控系統理論模型

2.1 新一代FOQA理論模型的基本特征分析

新一代FOQA理論模型由日常運行、飛行運行品質監控系統、監控信息數據庫、飛行品質監控小組、飛行機組五個要素組成。該理論模型的五個要素之間的關系主要包括以下四個方面：

第一，飛行運行品質監控系統記錄日常運行中根據飛機操作活動劃分的階段，包括飛行前、開車、滑出、起飛、初始爬升、爬升、巡航、下降、進近、最終進近、著陸和滑入等，并將所記錄的數據，進行采集、處理、分析。

第二，飛行運行品質監控系統將所記錄的數據和處理分析結果發送至監控信息數據庫。監控信息數據庫將所接收的信息完整地保存下來，以便航空公司按月向負責合格證管理的民航地區管理局飛行標準部門報告其通過飛行運行品質監控得到的統計數據和趨勢分析。

第三，飛行運行品質監控系統將所處理分析結果發送至飛行品質監控小組，供飛行品質監控小組了解和監督飛機運行情況。

第四，飛行機組可以隨時查看飛行運行品質監控系統所處理分析結果，了解運行情況，一旦有超限事件發生飛行機組能夠及時作出修正，避免出現連環超限事件。

該模型中飛行運行品質監控系統是將現有數據采集和記錄系統、數據處理和分析系統、數據管理分析系統集合在一起，即三者融為一體安裝在飛機上，實時記錄采集數據并處理分析，得出飛行結果，再通過數據鏈通信方式將處理分析結果發送至飛行品質監控小組和監控信息數據庫。

2.2 新一代FOQA理論模型的創新之處

2.2.1 一體性、實時性、高效性

飛行運行品質監控系統集數據采集和記錄系統、數據處理和分析系統、數據管理分析系統為一體安裝在飛機上實時記錄采集數據并處理分析，得出飛行結果。所得結果一方面可直接被飛行機組實時查看，了解飛行情況，提高情境意識。另一方面將處理分析結果發送至飛行品質監控小組，以便飛行品質監控小組實時了解和監督飛行運行，具有實時性和高效性。

2.2.2 三重閉環管理

該系統可以實現飛行數據的實時記錄及處理分析，包括以下三方面：

第一，處理結果可以被飛行機組所查看。飛行機組可以實時了解自己的飛行結果，保持較好情境意識。若有超限事件該系統將會提示警告，使飛行機組作出修正，避免連環超限事件發生。

第二，處理結果發送至飛行品質監控小組。飛行品質監控小組可以實時了解飛行機組的飛行狀況，對飛行機組起到監督和指導作用。

第三，處理結果發送監控信息數據庫。飛行品質監控小組可以根據監控信息對飛行標準程序制定和實施改進措施，并監控改進措施的實施效果。

該系統的五個要素相互結合，形成一個三重閉環系統，可以對不良天氣和人為差錯提供一個實時的監督和反饋，從而提高飛行機組的操縱品質，減少監管人員的工作負荷，最大化地減少超限事件的發生，降低事故征候和事故發生的風險，保證運行安全。

3 總結與展望

3.1 完善法規規章

第一，制定規章對飛行運行品質監控數據進行管理。制定相應法規規章保護數據不得用于約束和懲罰，僅用于安全目的，免遭濫用，保證機組人員的信息不泄露。

第二，制定規章約束飛行機組和飛行品質監控小組的權利。任何人不得以任何名義擅自修改，刪除飛行運行品質監控數據，保護航空公司的合法利益。

3.2 加快實施飛行運行品質監控工作

航空運營人要認真落實民航局“兩個100%”（100%安裝 QAR，對所有飛行活動進行100%的監控）的要求，遵守民航局制定的規章制度，加快實施飛行運行品質監控工作。

各航空公司應建立一支飛行運行品質監控監控小組，包括安全管理專業人員、資深飛行員、空管員、簽派員、機務維修人員、航空心理學專家以及飛行運行品質監控工程技術人員等。該小組成員必須政治過硬，專業嫻熟、作風嚴謹；定期參加相應培訓工作，尤其是飛行運行品質監控工程技術人員，對該系統的工作原理必須精通；定期對該系統全面檢查，并對其可靠性做出評估。

3.3 創建飛行運行品質監控信息共享平臺

建立飛行運行品質監控信息共享平臺[6]，例如，創建飛行運行品質監控協會、創建飛行運行品質監控論壇、廣泛開展國際交流與合作等，航空公司可以通過該平臺共享部分飛行運行品質監控信息，擴大飛行運行品質監控信息應用的廣度和深度。實施全行業性的飛行運行品質監控統計分析，可以使航空公司與民航局實現信息共享，以彌補單個或少數航空公司監控機型和監測數據量的不足，同時有利于局方對行業安全隱患的監測和相關解決方案的制定。

3.4 提高系統可靠性

該系統應該配合飛行機組自愿報告信息和地面數據處理分析系統一起對比使用，充分利用信息資源，逐步完善和提高該系統的可靠性。

【參考文獻】

[1]苗凌云，俞力玲，等.公務機飛行運行品質監控[J].中國民用航空，2013，12 （Vol. 167）.

[2]U.S.General Accounting Office.U.S. effort to implement flight operational quality assurance program[J].Flight Safety Digest， 1998， 17（9）： 20-25.

[3]咨詢通告.飛行運行品質監控（FOQA）實施與管理[R].AC-121/135-FS-2012-45.

[4]馬麗莎.基行運行品質監控的飛行訓練支持系統設計[D].天津：中國民航大學，2008.

第8篇：控制系統理論范文

為了提高勝利油田采油設備工作狀態參數的實時綜合測試和控制水平，保證油井高產量、高效率生產，及時發現并處理設備可能存在的隱患或發生的故障，并對盜油等行為進行及時的監測和制止，必須實施采油的自動監控和管理。同時，在勝利油田采油設備中，以游梁式磕頭采油機應用最為普遍，數量也最多。但傳統的磕頭機普遍存在著起動沖擊大，運行耗電多，效率低下等諸多問題，加之油井情況復雜，斷桿、燒電機等現象經常發生，對電動機沒有可靠的保護功能，設備維修量大，急需對現有的采油機設備進行改造。為此，我們利用泓格的I－7188EXD以及I-7000模塊對大沙莊的12臺采油設備采用了分布式變頻采油控制方式，其應用效果十分明顯。

2工作原理

2.1恒速采油的弊端和變頻采油的必要性

作為采油設備，其運動為反復地上下提升，一個沖程提升一次，其動力來自于電動機帶動的兩個重量相當大的鋼質滑塊，當滑塊提升時，類似于杠桿的作用，將采油機桿送入井中，滑塊下降時，采油桿提出帶油至井口，由于電機轉速一定，在滑塊下降過程中，負荷減輕，電機拖動產生的能量勢必進入再生發電狀態，造成主回路母線電壓升高，頻繁的高壓沖擊會損壞電機，對電動機沒有可靠的保護功能，一旦電機損害，造成生產效率降低、維護量加大，極不利于抽油設備的節能降耗，給企業帶來了較大的經濟損失。

假如采用變頻調速技術，效果則完全不一樣:根據電機理論可知，其轉速公式為:n=60f×(1-s)/p其中:P—電動機的極對數;s—轉差率;f—供電電源的頻率;n—電動機的轉速，可看出，電機轉速與頻率近似成正比，改變頻率即可以平滑地調節電機轉速，而對于變頻器而言，其頻率的調節范圍是很寬的，可在0～400Hz之間任意調節，因此電機轉速即可以在較寬的范圍內調節。同時變頻調速器具有低速軟啟動，轉速可以平滑地大范圍調節，對電動機保護功能齊全，如短路、過載、過壓、欠壓及失速等，可有效地保護電機及機械設備，保證設備在安全的電壓下工作，具有運行平穩、可靠，提高功效等諸多優點，是采油設備改造的理想方案。在本系統中為防止采油滑塊提升時對其軸承及繞組的影響，防止電機過分磨損及過熱，最高頻率設在50Hz。

2.2系統架構

根據上述分析的變頻控制原理，控制系統必須有控制器以及相應的控制模塊，由于抽油設備均在野外工作，基本上處于“無人看管”的工作狀態，采用工控機等之類的控制器顯然是不合理的，而泓格的嵌入式網絡控制器I－7188EX具有PC的一切控制功能，只要將其安裝在防雨、防電等場合，便可工作，同時利于現場安裝，滿足設計要求。為此，圍繞I-7188EX控制器，必須有相應的功能模塊與之配合才能完成控制任務，為此我們選用了I-7024模擬量輸出模塊，讓其輸出的模擬信號作為變頻器的輸入控制信號，I-7060作為相應控制開關的控制模塊、I-7017實時采集輸油管路的流量，控制系統的架構圖見圖1所示。

由于下莊采油隊有12臺抽油機，為便于“集中管理、分布式控制”，在小隊的控制室安裝有一臺監視控制計算機，主要用來管理I-7188EX，并且實時記錄流量、工作日志、設備運行的健康狀態。由于小隊的控制室遠離采油廠的采油統計中心，因此，巡視人員將定期攜帶移動式筆記本電腦通過HUB與控制計算機采用TCP/IP協議下載控制計算機的記錄參數，然后回采油統計中心將各個采油分隊的記錄參數匯總，統計，達到了對采油設備工作狀態參數的綜合測試以及管理的目的。在圖1所示的架構圖中，I－7188EX與I－7000模塊采用RS－485通信、I－7188EX與控制計算機采用TCP/IP通過HUB相連并通信。從而實現了分級控制、分級管理，利于維護、安裝、移動和拆卸。是一種比較的采油設備控制系統。

2.3采油變頻調節過程

變頻采油是當滑塊下降過程時，經I-7188EX邏輯判定,將控制信號通過I-7024送至變頻器，調節變頻器的輸出頻率，讓滑塊根據井口真空度以及電機所帶負荷變速下降，當采油滑塊提升時，為防止油錘現象的產生，采油泵的啟停將采用聯動方式，即三臺油泵共一個出口閥門。變頻聯動方式有變頻泵固定方式和變頻泵循環方式。變頻泵固定方式最多可以控制7臺泵,可選擇“先開先關”和“先開后關”兩種水泵關閉順序;變頻泵循環方式最多可以控制4臺泵，系統以“先開先關”的順序關泵。本系統采用變頻泵循環方式，這樣，將3口油井的采油泵采用變頻聯動方式采油，不僅降低了能耗，保護了電機，更為重要是使輸油管路的壓強恒定，流量恒速，利于計量與管理。

2.4效益分析

在開采前期，由于儲油量大，供液足，為提高功效，我們采用提高轉速的方式，讓變頻器運行至65Hz，頻率提高了1/3，其綜合采油率可比工頻情況下多采油20%，工效提高了1.2倍，當中期時我們讓變頻器運行至50Hz，變頻器運行在工頻情況，其采油量恢復正常狀態，由于采用多種控制技術，使采油量在短時間內有較大幅度的提升，同時，維修量大幅度降低，利于設備的節能降耗，降低了采油工的勞動強度，提高了工作效率，并且控制系統可以重復使用，方便拆卸和安裝，系統的投入深受勝利油田采油廠的喜愛。

3所選模塊特性

3.1I－7188EX

I-7188EX為一具有PC功能的嵌入式網絡控制器，也可以說是網絡協議轉換器，它有256KBFLASH，256KBSRAM，2KBEEPROM，31BNVSRAM，內置時實時鐘，看門狗定時器、內置MiniOS7操作系統、含有與NE-2000兼容的10BASE-T網絡控制器、支持TCP/IP協議。它具有獨特的雙看門狗安全設計，即軟件看門狗和硬件看門狗組成，萬一主控計算機死機，所有的輸出模塊就進入預設的安全狀態，符合工業的安全要求，使用方便，可大幅增加系統安全性。

3.2I-7017的特性

l8路模擬輸入;

l14bit分辨率;

l采用差分輸入方式和－10～10V輸入范圍以提高的功模干擾能力;

l8通道掃描模式;

l隔離電壓:3000VDC，提高了系統的抗干擾能力。

3.3模擬輸出模塊I-7024

為了使采油泵平穩起停、保護控制系統，采用了變頻調速技術對其進行控制，利用I－7024的模擬輸出信號，給變頻器提供0～10V的控制信號，使變頻器的輸出信號變為0～50Hz達到變速的目的。由于I－7024采用了光電隔離方式，從而保護了控制系統，避免了電機的反電勢容易使控制系統死鎖的現象發生。

4軟件設計

由于I-7188EX嵌入式控制器配有MiNiOS7嵌入式操作系統.，因此I-7188控制器可編程獨立運行，與ROM－DOS相比，MiNiOS7更適于嵌入式應用。I-7188現地單元控制模塊的控制程序，采用TC2.0編寫，調用了I-7000相應的庫函數，主要有模塊初始化模塊、定時采集模塊、數據通信模塊、邏輯輸出模塊(控制開關等的控制)等，這一部分編程比較簡單，泓格提供了許多類似的例程，可以直接通用，極大地降低了開發時間。

控制計算機上安裝有Windows2000，以及MicrosoftSQL6.5，便于建立起數據庫，備移動筆記本電腦瀏覽器下載歷史數據。上位機采用了組態王工控軟件，并利用了泓格公司提供的I-7188的OPC服務器直接與I-7188EX采用TCP協議通信，進一步簡化了編程工作。

5結束語

目前，油田在穩產的同時，如何節能降耗，并對鉆井設備進行科學管理，提高勝利油田采油設備工作狀態參數的實時綜合測試和控制水平，保證油井高產量、高效率生產，及時發現并處理設備可能存在的隱患或發生的故障，并對盜油等行為進行及時的監測和制止，是目前石油采集單位需要解決的問題，本系統解決了其利用控制系統對鉆井設備合理控制，并進行科學管理，對解決油田目前面臨的問題具有一定的參考價值。泓格公司提供的I-7188EX以及I-7000系列模塊在極其惡劣的采油現場能穩定地運行，且故障率極低。說明其品質是可靠的，重要是其產品具有雙重的Watchdog以及運行可靠的MiniOS7嵌入式操作系統，極大提高了系統的可靠性以及運行的穩定性，系統的投入運行，不僅提高了采油量，并且提高了采油廠對抽油設備的管理水平，是一件一舉多得的好事情，取得了一定的經濟效益。

參考文獻

[1]I-7188EXhandbook，2000.

第9篇：控制系統理論范文

[關鍵詞]自動控制理論；系統分析；反饋；課程建設

[中圖分類號]G642.0　[文獻標識碼]A　[文章編號]1005-4634(2012)03-0047-03

0　引言

深化教學改革，提高教學質量，強化素質教育是當前高等學校教改的重要主題，而更重要的是教育思維模式的更新與變革。

所謂“教有法無定法”，但每位肩負“傳道、授業、解惑”職責的教師都希望收到事半功倍的效果。在專業課自動控制理論多年的教學工作中，筆者也在不斷理解社會發展變革對其的新要求，調整具體的授課思路與方法，摸索新的教學策略。本文將控制理論恰當地應用到自動控制理論教學之中，采取反饋控制手段，在教學實踐中，有效地提高教學質量。

1　課程特點及控制系統結構

自動控制理論課程是電氣類、機電類專業的一門理論性很強的專業基礎課，在學生培養過程中占有重要的地位，一般都在大學三年級第一學期或第二學期開設。這門課有其自身的特點，如知識系統連接較為緊密、計算性強、作圖方法多；課程中知識點多且抽象，而且對數學基礎要求較高，涉及到的數學知識包括高等數學、線性代數、積分變換、復變函數等；與工程實際聯系較為緊密。在教學中必須要遵循由淺入深、從易到難的規律，對先修課程應有一定程度的理解，并在此基礎上以系統的、整體的觀念實施教學。

控制系統按照有無反饋可分為開環系統和閉環系統。開環系統輸出量對系統的控制量不產生影響，即信息單向流動；而閉環系統中，不僅存在著輸入對輸出的前向控制作用，輸出同時對輸入產生反向的影響，即在系統中，信息形成雙向閉合回路。反饋控制是一切閉合系統自動控制的精要所在，任何系統只有根據反饋信息才能比較、糾正和調整它發出的控制量，從而實現對被控對象的有效控制，達到預期的目的。

在教學過程中，教師與學生之間的“教”與“學”的過程顯然不能用單向信息傳遞來描述，否則授課與教育的過程變成了被動的接受過程。而一直強調的互動與調研正是信息的雙向交流，也就是反饋控制的應用。如何正確地應用反饋控制理論，合理地設置反饋環節和控制環節，以提高課堂效率、提升教學質量，正是要討論的問題。

2　課程建設中的系統結構分析與對策

下面結合控制系統的一般分析與設計過程和自動控制理論的教學實踐來分析教學的各個環節，運用控制理論制定對策，指導教學過程。

2.1　被控對象分析和目標制定

控制系統設計首先是要掌握被控對象的特點，抓住主要矛盾，進而制定明確而又實際的控制目標。過低的目標失去了控制調節的意義，過高的目標又會增加控制成本。作為授課教師，面對的研究對象是自動控制理論課程和學生(稱為基本被控對象)，目標是合理地利用課上及課余時間讓學生在短時間內掌握基礎知識，提高應用能力；而作為教學管理者，其研究對象是包括教師和基本控制對象在內的廣義被控對象，目標是排除多方面干擾的影響，適應社會發展的需要，合理利用教學資源，培養具有較強競爭力的學生，同時打造具有鮮明特色的專業課程。

由于課程開設在公共基礎課之后，大多學生在先修課程中習慣了定量化、精確化的分析方法，而疏于用物理概念進行系統定性分析，特別是如何針對實際系統存在的問題，采取相應的分析和設計更是他們在學習方法上的薄弱之處。自動控制理論課程定性分析與圖示解釋較多，在傳統的教學過程中，一般都是按照教材的自然順序按部就班地進行講解，并且課堂授課中，教師需在黑板上做大量的數學分析推導，繪制大量的曲線，因此課堂教學往往是索然無味的公式推導、定理證明和手工繪圖。在實驗教學環節中驗證型實驗多，設計型實驗少，甚至存在“一鍵式”實驗，這樣難以鍛煉學生的設計能力，對于學生自學能力的培養、設計能力的開發都存在著極大的阻礙作用。

對授課具體內容而言，自動控制理論主要研究的負反饋系統，包括系統的分析和設計兩大方面，理論知識學習的目的是系統設計，而系統分析是設計的基礎。分析與設計都是圍繞穩定性、快速性和準確性三方面展開。分析方法主要是時域分析法、根軌跡法和頻域分析法，分別從時域、復域、頻域等不同的角度分析同一個控制系統，但最終歸結于時域性能分析。

由此就清楚地勾勒出研究對象的輪廓，在這個基本輪廓之下展開教學，根據課程、學生及教師的特點，抓住了課程的關鍵，用統一的思想將課程內容融會貫通，教、學、輔聯成一體，有助于學生加深對學習目的的認識，掌握知識體系，提高學習效率，同時也有利于管理者從整體上把握課程建設。這正是控制理論系繞性觀點的體現。

2.2　反饋環節設置

反饋是控制理論的基礎和精要所在，任何系統只有通過反饋信息，與預先設計的目標進行比較，利用二者形成的偏差不斷調整，才能產生有效的控制，形成一個信息傳遞的閉合回路。沒有反饋信息的非閉合回路或者反饋信息過于粗糙甚至錯誤的閉環系統，都不可能實現預期控制。

在教學實踐中，反饋監測點的設置和反饋信息的提取與處理應遵循點面結合的原則，即既要考慮與多個控制目標(學生培養、教師隊伍、課程建設)相關的評價指標的設計，又要兼顧評價、反饋量提取的可行性，同時要重點關注制約控制效果的關鍵點，并在反饋信息綜合中加以不同權重。對于反饋信息的獲取主要通過3個方面，如圖1所示，并形成三環反饋控制，及時調整教學中出現的各種偏頗。

內環反饋信息來源于課堂教學。教師在充分備課、清晰講解的基礎上，加強和學生的互動與交流，收集學生對該課程的反饋信息，及時對課程教學進行調整。課堂學生反應最能直接地體現教學效果，可以通過觀察學生的目光、給出適當的提問、采取啟發式與聯想式講解、提供一定的討論和練習等不同方式來收集學生的反饋信息。根據控制理論，內環反饋控制對于系統的調節最為直接，因此授課教師應采取多種手段，激發學生的學習興趣和參與意識，給學生創造一個相對輕松的心理環境，以便更多地獲取真實反饋信息，使課堂信息由單向傳遞變成雙向傳遞，形成閉環調節，提高課堂效率。中環反饋信息來源于學生定期的網上評教和教學督導意見。發揮網絡平臺作用，通過設置學生信息反饋平臺和網上評教系統，鼓勵學生將自己在學習過程中遇到的問題、對各個教學環節的意見和建議反饋給教研室或者教師本人。同時結合教學督導的意見，對授課過程加以優化。外環反饋信息來源于最終的考試成績以及課程結束后的教學研討。盡管考試成績不能說明一切問題，但通過考試過程及試卷分析，可以發現學生在學習該課程中存在的共性問題；通過教學形勢分析和教學方法研討可以掌握社會知識需求，同時達到取長補短的目的。

2.3　干擾分析

控制系統中，干擾不可避免，并且直接影響控制效果，因此干擾抑制問題是控制系統分析的一個重要內容。在控制理論中通常可以采用預測和補償的方法削弱其對輸出的影響。在這里，需首先分析干擾及不確定因素的產生。在該系統中，人(教師、學生、管理者)是主要的系統組成部分，個人的差異性，必然導致信息傳遞過程中的不確定性。如，學生基礎知識、教師知識結構與研究興趣、反饋信息的客觀表現、管理決策的執行差異等等都是客觀存在且隨機變化的。應重點關注整體的不確定，并做好相應的“補償”準備。首先了解學生預備知識的掌握情況，是否需要補償。課程中涉及到的數學知識很多，如積分變換、拉普拉斯變換、復變函數等等，但所需知識點相對較孤立，因此可以利用較短時間進行“突擊培訓”。實踐證明，適當的“基礎知識補償法”對于課程重點、難點的講解具有良好的輔助作用，教師和學生都減輕了壓力；其次是課堂干擾補償。課堂上的互動是必要的，既可以調節課堂氣氛，又有利于信息的雙向溝通。但不能以點帶面，讓片面的反饋信息占據主導地位。課堂上提問式講解，教師總是希望得到正確的回應，但不可將個別回應作為學生全面掌握知識的反饋信息。因此要剔除這種期待已久的“特殊喜訊”，注意觀察大部分學生的反應和課堂情緒，排除干擾；第三是排除評價干擾。來自學生、督導、同行等方面的評價是系統中重要的反饋信息，為避免個別的不公正評價，需設置信息過濾機制，過濾掉帶個人感情成分的“奇異值”，對來自不同方面的反饋信息加權處理。當然這個過程應以學生反饋信息為主，其他方面反饋為輔；最后是執行干擾補償。在一個完整的教學計劃執行過程中，教師是策劃者和執行者。但教師水平、教學經驗甚至責任心的差異，都可視為一種干擾，都可能影響教學效果。因此適當的教學示范課、教學基本功訓練、定期的教研組討論、教學方法交流都是必要的補償方法。

2.4　控制調節制定

控制調節主要考慮兩方面：一是教師的作用，二是教學管理者的作用。

教師方面。強調信息的雙向流動，要達到學生掌握教師傳授的知識、方法這一目的，因此教師應該成為駕馭課堂、掌控知識的角色。授課教師要精心設計每堂課，特別是緒論的講解。作為控制論的入門課程，必須要讓學生在首次接觸課程的同時，將一個異常開闊的視野展示在他們面前，而不是讓其產生這僅僅是公式推導、純粹理論堆積的錯覺，進而刺激學生求知、探索的興趣和激情。鮮活生動的應用實例，具體的視頻展示是沖擊和震撼學生這種發散思維的最好手段。需要摒棄傳統教學中發展歷史的簡單羅列，取而代之的是聲情并茂的圖文、視頻展示，既融入了大量專業信息，又激發學生的興趣，取得了事半功倍的效果。此外，通過適當的教學經驗交流、教學方法討論，使每位任課教師在熟知教學內容的基礎上，培養教師運用適當方法，調控課堂氣氛，激發學生熱情的課堂應變能力。

管理者方面。教學管理者除關心教學效果外，更要關心如何打造一門精品課程，如何培養一支精干隊伍。因此其調控行為相對要宏觀，在控制理論課程建設過程中，主要從以下幾方面著手調控。

1)教學實驗環境改善。作為重要輔助手段的實驗教學在課程建設中作用不容忽視，除了更新實驗設備之外，更注重實驗內容的更新。通過增加開放性實驗、設計型實驗、自主開發型實驗，開闊學生視野，鍛煉實踐能力。

2)教學計劃適時調整。盡管目前學時壓縮是個大的趨勢，控制理論課程同樣受到影響，但對于基礎內容、經典方法的學時不能壓縮。通過更新教學內容、編寫適合自己專業的特色教材，合理使用多媒體教學手段，使教師和學生在教與學的過程中都做到得心應手。

3)建立一定的獎懲激勵機制。結合學生評教、教學督導及教研室評價，對課程綜合打分，并對教學成績突出的教師給予一定的物質和精神獎勵措施，激發教師的教學投入熱情，營造積極向上的競爭氣氛。

3　結束語

在多年自動控制理論教學實踐中，筆者對“控制理論”學以致用，在充分分析課程特點、考察教學過程的基礎上，利用控制理論基本思想，發揮專業優勢，分別針對目標制定、反饋設置、干擾抑制、控制手段等方面找到教學活動的對應環節，摸索出適合電類、機電類專業學生學習的教學方法。同時，對其他課程體系建設具有一定的借鑒作用。

參考文獻

[1]程杉.運用控制論原理提高高校課堂教學質量[J].中國勞動關系學院學報，2008，22(2)：114-116.

[2]郭小勤，張敏.自控原理實驗教學改革與實踐[J].高等理科教育，2008，(4)：98-100.