第一篇:球杆系统稳定性分析实习报告
球杆系统稳定性分析实习报告
实验地点:自动化专业实验室
实验日期:
小组成员:
指导教师:
2013-7.8—2013.7.20
目录
一、球杆系统简述
二、球杆系统数学模型
三、球杆系统在Simulink 下的模型建立
四、控制器设计和仿真
1.P控制
2.PD控制
3.PID控制
4.根轨迹控制
5.频率响应法控制
一、系统简述
球杆系统(Ball & Beam)是为自动控制原理等基础控制课程的教学实验而设计的实验设备。该系统涵盖了许多经典的和现代的设计方法。这个系统有一个非常重要的性质——它是开环不稳定的。不稳定系统的控制问题成了大多数控制系统需要克服的难点,有必要在实验室中研究。但是由于绝大多数的不稳定控制系统都是非常危险的,因此成了实验室研究的主要障碍。而球杆系统就是解决这种矛盾的最好的实验工具,它简单、安全并且具备了一个非稳定系统所具有的重要的动态特性。
整个装置由球杆执行系统、控制器和直流电源等部分组成。该系统对控制系统设计来说是一种理想的实验模型。正是由于系统的结构相对简单,因此比较容易理解该模型的控制过程。
球杆执行系统(如图1 所示)由一根V 型轨道和一个不锈钢球组成。V 型槽轨道一侧为不锈钢杆,另一侧为直线位移电阻器。当球在轨道上滚动时,通过测量不锈钢杆上输出电压可测得球在轨道上的位置。V 型槽轨道的一端固定,而另一端则由直流电机(DC motor)的经过两级齿轮减速,再通过固定在大齿轮上的连杆带动进行上下往复运动。V 型槽轨道与水平线的夹角可通过测量大齿轮转动角度和简单的几何计算获得。这样,通过设计一个反馈控制系统调节直流电机的转动,就可以控制小球在轨道上的位置。
GBB1004 型球杆系统由三大部分组成:IPM100 智能驱动器、球杆装置和控制计算机。
图1 球杆系统执行机构原理图
在一长约0.4 米的轨道上放置一不锈钢球,轨道的一侧为不锈钢杆,另一侧为直线位移传感器,当球在轨道上滚动时,通过测量不锈钢杆上输出的电压信号可获得球在轨道上的位置x。电机转动带动齿轮系驱动杠杆臂Lever Arm 转动,轨道Beam 随杠杆臂 4 的转动与水平方向也有一偏角α,球的重力分量会使它沿着轨道滚动,设计一个控制系统通过调节伺服角度θ使得不锈钢球在Beam 上的位置能被控制。
此系统为一个单输入(电机转角θ)、单输出(小球位置)系统,输入量θ利用伺服电机自带角度编码器来测量,输出量x 由轨道上电位器的电压信号来获得。系统组成框图如下:
计算机IPM100智能伺服驱动伺服电机球杆装置电机编码直线位移传感
图2 球杆系统组成原理图
系统包括计算机、IPM100 智能伺服驱动器、球杆本体和光电码盘、线性传感器几大部分,组成了一个闭环系统。光电码盘将杠杆臂与水平方向的夹角、角速度信号反馈给IPM100 智能伺服驱动器,小球的位移、速度信号由直线位移传感器反馈。智能伺服控制器可以通过RS232 接口和计算机通讯,利用鼠标或键盘可以输入小球的控制位置和控制参数,通过控制决策计算输出(电机转动方向、转动速度、加速度等),并由IPM100 智能伺服驱动器来实现该控制决策,产生相应的控制量,使电机转动,带动杠杆臂运动,使球的位置得到控制。控制程序流程图:
从键盘或鼠标键入小球位置xd是否在轨道范围否重新键入新的数据读出运动控制卡检测到的小球的当前位置x-+是xdx控制器反馈回运动控制驱动控制杆,带动横梁转动一个角度,以使球稳定在所要控制的位置
二、球杆系统的数学模型传递函数
由前面分析,得到球杆系统从齿轮角度θ(s)和小球位置(R(s))的传递函数:
R(s)θ(s)mgd1Js2L(2m)R
状态空间方程
线性化的系统方程还可以用状态空间方程来表示。我们将小球的位置(r)和 速度(r的一阶导数)作为变量,将齿轮角度θ作为输入,状态方程如下所示:
001rmgdrθ 00rJrL(m)2R在本实验中,我们不用角度θ,而是用α的二阶导数来控制小球位置,这本质上就是控制横梁的转矩。状态方程变为:
0r0rα0α0100mgr000Jr0u 2mRα00011α000rry1000
αα三、球杆系统在Simulink 下的模型建立
在Simulink 下可以很方便、形象的建立系统的模型,以下是建立系统模型的步骤:
i.在Simulink 环境下新建一个模型窗口;
ii.插入两个Linear block 库中的积分模块和一个输出模块; iii.连接并标识各个模块如下图所示
图1-3 Matlab 仿真模型图1 iv.按式(2-1)添加一个非线性函数计算
r,其中u[1],u[2],u[3],u[4]分别代表r, d/dt(r), α , d/dt(α)。
(-1/0.0112+0.028)*(0.028*(-9.8)*sin(u[3])-
0.028*u[1]*(u[4]^2))图1-4 Matlab 仿真模型图2
Matlab 仿真模型图3 v.添加一个乘积模块,并把r 和d/dt(r)信号引入到乘积模块。
Matlab 仿真模型图4 vi.计算α 并引入乘积模块
Matlab 仿真模型图5 vii.将以上建立的球杆系统模型封装成“Ball and Beam Model”
Matlab 仿真模型图6
viii.添加一个阶跃信号和一个显示模块,观察系统的开环响应。
Matlab 仿真模型图7
Matlab 仿真结果图8 ix.添加一个控制器如下图所示,运行仿真观察结果。
Matlab 仿真模型图9
四、控制器设计和仿真
1.P 控制
P 控制分析对于具有比例控制作用的控制器,控制器的输出u(t)与误差作用信号e(t)之间的关系为:
u(t)Kpe(t)
或者表示成拉普拉斯变换量的形式如下:
U(s)E(s)Kp 式中Kp 称为比例增益。控制系统如下图所示:
xd+eP控制器球杆系统x-
单位负反馈系统的闭环传递函数为:
x(s)c(s)s2c 是一个二阶系统 在matlab下进行阶跃响应分析: Matlab下的 m程序如下: m = 0.11;R = 0.015;g =-9.8;L = 0.40;
d = 0.04;J = 0.4*m*R^2;K =(m*g*d)/(L*(J/R^2+m));%simplifies input num = [-K];den = [1 0 0];plant=tf(num,den)kp = 3;sys_cl=feedback(kp* plant,1)%建立闭环系统 step(0.25*sys_cl)%阶跃响应
P 控制下阶跃响应
可以看出,添加P控制器后,系统并不能稳定。改变Kp 的值后,系统还是不稳定的,可以看出,对于一个惯性系统,在P控制器作用下,系统会保持一个等幅振荡。1)在MATLAB Simulink环境下运行演示程序
2)将控制器设置为P控制器。
3)设置目标位置为200mm 4)用手指将小球拨动到100mm的地方。5)松开小球,系统将对小球的位置进行平衡。
6)改变并观察其响应,实验结果如下,比较实验结果和仿真结果的区别。(建议参数不要设置过大)实验结果: Kp=6.525;
Kp=5.115
从结构可以看出,系统实际输出和matlab 仿真结果很相似,但是由于参数不一样,系统忽略了很多次要因素,而在实际系统中,这些因素又在起作用,所以有时候振幅会收敛(阻力),有时候发散(比例系数过大,并有迟延环节作用).2.PD控制
PD 控制器的控制作用可以由下列方程定义:
u(t)Kpe(t)KpTd其传递函数为:
de(t)dtU(s)Kp(1Tds)E(s)式中Kp 为比例增益,而Td称为微分时间常数,Kp,Td都可以调节,微分控制作用也称为速率控制,它是控制器输出中与作用误差信号变化率成比例的一部分,微分时间Td是速率控制作用超前于比例控制作用效果的时间间隔,微分控制作用
具有预测的优点,但是它也具有缺点,因为它放大了噪声信号,并且还可能在执行器中造成饱和效应。
微分控制作用不能单独使用,因为它仅仅在瞬态过程中才是有效的。控制系统如下图所示: xd+-ePD控制器球杆系统x
图3-1 球杆系统PD控制器原理图
可以得到单位负反馈系统的闭环传递函数为:
c(1Tds)x(s)2(s)sTdsc
在matlab 下仿真: 其中Kp=8.45; Kd=6.48;
可以看出,惯性系统在PD 控制下是一个减幅振荡输出,系统可以稳定。通过改变控制器的参数,可以调整系统的响应速度、稳定时间和超调等。(增加Kd可以降低超调量,减少调节时间。增加Kp可以减少调节时间,但也增大了超调量。)实验结果:
Kp=10.5; Kd=6.5
Kp=8.45 Kd=6.48 16
在PD控制器的作用下,系统可以很快的平衡,但是稳态误差比较大
3.PID 控制 传递函数为:
U(s)1Kp(1Tds)E(s)Tis式中Kp 为比例增益,T i为积分时间,T d为微分时间。控制系统如下图所示:
xd+-ePID控制器球杆系统x
图4-1 球杆系统PID 控制器原理图
可以得到单位负反馈系统的闭环传递函数为:
Tscs1/Tix(s)3d2(s)sTdscs1/Ti
仿真结果 :
PID 控制下阶跃响应
实验结果
Kp=10.92;Ki=1.12;Kd=10.38
Kp= 11.35; Ki = 1.00 ; Kd=10.30 18
改变PID 参数进行实验,比较理论和实际实验结果的区别,分析各参数和性能指标的关系,明显的减少了系统的稳态误差,基本上满足了设计要求,对于这个特定的控制问题,不需要积分控制就可以稳定系统,但是,对于一个控制系统,往往会有很多的控制器设计方法,可以尝试不同的控制参数,直到得到满意的控制效果。对于不同的球杆系统,由于摩擦阻力和别的不确定因素,在相同的参数控制下,系统的响应可能不一样。
4.根轨迹算法控制
根轨迹的主要思想就是通过分析系统的开环零极点位置,来分析闭环系统的特性,通过增加极点或零点的方法(校正器),根轨迹以及闭环系统的响应都将发生改变。开环传递函数为:
R(s)(s)mgd1Js2L(2m)R
设计标准:
稳定时间小于 3 秒 超调量小于 5% 带有控制器的闭环系统框图如下所示:
xd+-e控制器球杆系统x
运行m文件得到如下根轨迹:
可以看到系统在原点有两个极点沿虚轴伸向无穷远处。MATLAB仿真
1)在MATLAB Simulink中打开仿真的M文件,双击如下图的“Root Locus M File“ 2)打开M文件界面
3)点击““运行程序(在运行仿真后,将MATLAB的路径改为如下的” Current Directory ”路径,以便实时控制程序可以顺
利运行。4)运行结果如下
改变控制器参数
5.频率响应法控制
频率响应法的主要思想是根据开环传递函数的Bode图,给系统添加一个控制器,改变开环系统的Bode图,从而改变闭环系统的响应,使其达到期望的性能。
建立以下m文件并在matlab command窗口运行:
m = 0.11;R = 0.015;g =-9.8;L = 0.4;d = 0.04;J = 2*m*R^2/5;K =(m*g*d)/(L*(J/R^2+m));%simplifies input num = [-K];den = [1 0 0];plant=tf(num,den);bode(plant)
运行结果如下
从图上可以看出相位裕度是0。0 相位裕度意味着系统是不稳定的。我们要使用超前补偿控制器来增加相位裕度。
相位超前控制器
相位超前补偿器具有如下形式:
G(s)K(1Ts1Ts)
仿真步骤如下:
设置控制器的参数为刚才的仿真结果,运行程序,得到如下的结果:
五、实验总结及体会
这次实训是自主完成的一个实验,虽然说过程比较繁琐,但是当发现理论与实际结合的如此完美的时候,兴趣和成就感就再一次被培养。
通过这次球杆实验使我对控制系统有了更深刻更直观的认识,了解到控制系统在实际生活特别是自动化生产中有着重要的作用。日常生活中的水温控制,驾驶系统,以至于点点滴滴都会应用到反馈系统的理论。
一个控制系统往往会有很多的控制器设计方法,根轨迹、PID、Bode图等。在实验中,不管用什么方法都需要反复尝试不同的控制参数,直到得到满意的控制效果。本实验也让我对PID控制的认识有了深化,但PID的调节过程比较繁琐,需要不断的尝试各种参数,发现其中规律,并最终寻找到最合适的系统参数。在实验中,发现图像中存在很多瑕疵,可见系统总要受到外界环境的影响,在实际系统的设计中,有时候需要考虑各种外界干扰的存在,尽可能减少它们的作用。
第二篇:OA办公系统的稳定性分析
OA办公系统的稳定性分析
OA办公系统的稳定性分析转自:
一般用户关注最多的是的功能,其实像OA办公系统的性能、安全性、稳定性、扩展性也是非常重要的,一个运行稳定的OA办公系统不仅能够提升用户体验,同时能够大大降低系统维护的时间和成本,增强使用者对OA办公系统的信心。
1、OA办公系统出错率
系统出错分为逻辑运算错误和程序执行错误,逻辑运算错误包括数据输入和输出错误,如:数据提交或保存,数据显示内容和结果错误;程序执行错误是指程序执行异常,系统死循环,不能显示正常的界面等。
2、系统死机和系统的崩溃
系统运行一段时间后不能继续访问和运行,如:cpu占用率100%,内存消耗导致溢出等。
3、性能稳定
A、并发用户的增多,导致系统不能访问、频繁出错、系统访问响应时间非常长
B、OA系统使用越长,积累的数据量越多,设计不合理的OA系统将会出现运行速度非常慢的现象。
4、运行环境的异常导致运行不稳定
OA办公系统运行环境的异常包括,硬件服务器损坏、网络中断或不稳定、系统软件(操作系统、数据库等)问题、以及系统受到病毒和其他的攻击等。
5、良好的技术架构和系统设计是OA办公系统运行稳定的核心保障
一个拥有良好架构和设计的系统,在实现OA办公系统功能的同时,兼顾了系统的性能、扩展性和安全性等其他方面。
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第三篇:地基稳定性分析
建筑地基的稳定性分析和评价
《岩土工程勘察规范》(GB 50021-2001)(2009年版)4.1.11第3款规定应“分析和评价地基的稳定性„„”,由于该部分内容在规范中较分散,各位同行在岩土工程勘察报告编写时,往往感到无从下笔,现归纳如下,供参考,不当之处望不吝赐教。
一、地基稳定性
地基稳定性是指主要受力层的岩土体在外部荷载作用下沉降变形、深层滑动等对工程建设安全稳定的影响程度,避免由此地基产生过大的变形、侧向破坏、滑移造成地基破坏从而影响正常使用。按照(GB 50021-2001)(2009年版)14.1.3、14.1.4规定,岩土体的变形、强度和稳定应在定性分析的基础上进行定量分析。评价地基稳定性问题时按承载力极限状态计算,评价岩土体的变形时按正常使用极限状态的要求进行验算。
二、地基稳定性分析评价内容
影响地基稳定性的因素,主要的是场地的岩土工程条件、地质环境条件、建(构)筑物特征等。一般情况下,需要对经常受水平力或倾覆力矩的高层建筑、高耸结构、高压线塔、锚拉基础、挡墙、水坝、堤坝和桥台等建(构)筑物进行地基稳定性评价。
通常情况下,涉及到主要的内容有:(1)岩土工程条件包括组成地基的岩、土物理力学性质,地层结构。特别是有特殊性岩土,隐伏的破碎或断裂带,地下水渗流等特殊情况;(2)地质环境条件包括是否建造在斜坡上、边坡附近、山区地基上,建(构)筑物与不良地质作用、特殊地貌的关联度和可能引起地基破坏失稳的各种自然因素或组合。如岩溶、滑坡、崩塌、采空区、地面沉降、地震液化、震陷、活动断裂、岸边河流冲刷等。按照《岩土工程勘察规范》(GB 50021-2001)(2009年版)、《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72-2004)和《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)规定,对山东地区该问题常见的几种情况罗列如下:
1、地基承载力计算与验算
验算地基稳定性实质上就是验算地基极限承载能力是否满足要求。应严格按照《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011)5.2和《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ 72-2004)8.2.6~8等条款执行。
2、变形验算
建筑物的地基变形计算值,不应大于建筑物地基允许变形值。在勘察阶段往往建筑物特征参数不明确,一味要求勘察报告中能有准确的结论也勉为其难,但在岩土工程勘察报告中应提供符合规范要求的岩土变形参数,供上部结构计算条件具备时按照(GB 50007-2011)5.3、(JGJ 72-2004)8.2.9~12和《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2002)有关条款计算。
3、基础埋置深度的确定
对高层建筑和高耸构筑物基础的埋置深度,应满足地基承载力、变形和稳定性要求。位于岩石地基上的高层建筑,其基础埋深应满足抗滑稳定性要求。天然地基上的箱形或或筏形基础埋置深度不宜小于1/15H;桩箱或桩筏基础不宜小于1/18H,H为建筑物高度。
4、位于稳定土坡坡顶上的建筑
应根据建(构)筑物基础形式,按照(GB 50007-2011)5.4.1~2有关规定确定基础距坡顶边缘的距离和基础埋深。需要时,还应按照《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330-2002)5.1~3有关规定验算坡体的稳定性。验算方法对均质土可采用圆弧滑动条分法,发育软弱结构面、软弱夹层及层状膨胀岩土时,应按最不利的滑动面验算。当坡体中分布膨胀岩土时应考虑坡体含水量变化的影响;具有胀缩裂缝和地裂缝的膨胀土边坡,应进行沿裂缝滑动的验算。
5、受水平力作用的建(构)筑物
①山区应防止平整场地时大挖大填引起滑坡;
②岸边工程应考虑冲刷、因建筑物兴建及堆载引起地基失稳。
6、土岩组合地基
该类地基下卧基岩面为单向倾斜时,应描述岩面坡度、基底下的土层厚度、岩土界面上是否存在软弱层(如泥化带)。
7、岩石地基
①地基基础设计等级为甲、乙级的建筑物,同一建筑物的地基存在坚硬程度不同,两种或多种岩体变形模量差异达2倍及2倍以上,应进行地基变形验算;
②地基主要受力层深度内存在软弱下卧岩层时,应考虑软弱下卧岩层的影响进行地基稳定性验算; ③当基础附近有临空面时,应验算向临空面倾覆和滑移稳定性。
岩土工程勘察报告中,应提供岩层产状、岩石坚硬程度、岩体完整程度、岩体基本质量等级,以及软弱结构面特征等。
8、软弱地基
首先,应判定地基产生失稳和不均匀变形的可能性;当工程位于池塘、河岸、边坡附近时,应验算其稳定性。其次,其承载力特征值应根据室内试验、原位测试、当地经验结合地层物理力学特征和建(构)筑物特征以及施工方法和程序等多因素综合确定。该类地基应按照(GB 50007-2011)第7章和《软土地区岩土工程勘察规程》(JGJ 83-2011)7.2~4有关规定分析评价其稳定性;抗震设防烈度等于或大于7度的厚层软土分布区,应按照(JGJ 83-2011)第6章判别软土震陷的可能性和估算震陷量。
9、存在液化土层的地基
地面下存在饱和砂土和饱和粉土时,除6度外,应进行液化判别。按照(GB 50011-2010)4.3.3~6规定进行。
10、岩溶和土洞
在碳酸盐岩为主的可溶性岩石地区,当存在岩溶(溶洞、溶蚀裂隙等)、土洞等现象时,应考虑其对地基稳定的影响。按照(GB 50021-2001)5.1.10~12和《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011)6.6的规定分析评价地基稳定性。
11、填土
当地基主要受力层中有填土分布时,如填土底面的天然坡度大于20%时,应验算其稳定性。
12、桩土复合地基
对需验算复合地基稳定性的工程,提供桩间土、桩身的抗剪强度。
13、桩基
①应选择较硬土层作为桩端持力层。
②嵌岩桩深度应综合荷载、上覆土层、基岩、桩径、桩长诸因素确定;
③嵌岩灌注桩桩端以下3倍桩径且不小于5m范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布,且桩底应力扩散范围内应无临空面。
④当基桩持力层为倾斜地层,基岩面凹凸不平或岩土中有洞穴时,应评价桩基的稳定性,并提出处理措施的建议。
14、箱形基础
箱形基础地基的破坏形式,除地基内饱和松砂在地震液化和局部软弱夹层侧向的问题外,它的破坏形式主要表现在偏心时水平荷载下的整体倾斜或倾覆。
一般情况下,该类基础形式均匀地基同时满足以下条件时,可不进行地基稳定性分析评价: ①基础边缘最大压力不超过地基承载力特征值20%;
②在抗震设防区,考虑了瞬时作用的地震力,同时基础埋置深度不小于1/10H; ③偏心距小于或等于1/6b。
特殊条件下,应根据地基岩土条件和地质环境条件进行分析评价。
15、地下水的影响
当场地内地下水位升降时,应考虑可能引起地基土的回弹、附加沉降和附加的托浮力对地基的影响;对软质岩石、强风化岩石、残积土、湿陷土、膨胀岩土和盐渍土,应评价地下水的聚集和散失所产生的软化、崩解、湿陷、胀缩和潜蚀的有害作用。
四、地基稳定性验算方法
1、地基整体稳定性验算方法
在竖向和水平荷载共同作用下,当不能确定最危险滑动面时,对于均匀地基,一般采用极限平衡理论的圆弧滑动条分法。应满足下式要求:
MR/MS≥FS
MR——抗滑力矩(kN•m)MS——滑动力矩(kN•m)
FS——抗滑稳定安全系数。当滑动面为圆弧时,取1.2;当滑动面为平面时取1.3。
2、抗水平滑动验算
对于承受较大水平推力、地基可能发生侧向滑动的建(构)筑物,应满足下式要求: E/H≥FS
E——水平抗力(kN)
H——作用于基础底面的水平推力(kN)
FS——抗滑稳定安全系数。当滑动面为圆弧时,取1.2~1.3。
目前国际上关于刚性桩复合地基支承路堤的稳定分析方法是英国加筋土及加筋填土规范(《Code of practice for strengthened/reinforced soils and other fills》BS8006:1995)[107]对于桩-网支承路堤的整体稳定性提出了建议方法,即仍采用传统的复合地基稳定分析方法进行计算,当桩体和加筋垫层存在时,将滑动面经过的桩的作用按下法考虑,如图1-12所示,即将滑动面以下桩的竖向承载力作为阻滑力作用在滑动面上,而不是考虑桩体截面的抗剪强度,对于加筋垫层考虑其最大张拉力提供抗滑贡献,具体计算模式见图1-12。采用传统的复合地基稳定分析方法计算时,通常采用有效应力参数,并考虑孔隙水压力,但如果进行短期稳定分析,则应采用不排水条件下的参数。为保证路堤的整体稳定性,需要满足如下条件:
MDMRSMRPMRR
式中,MD为土体滑动力矩;MRS为土体抗滑力矩;MRP为桩体提供的抗滑力矩;MRR为加筋垫层提供的抗滑力矩。
其中土体滑动力矩MD为:
MD[(Wibiwsi)sini]Rd
土体抗滑力矩MRS为:
MRS[{cibiseci((Wibiwsi)cosiuibiseci)tancvi}]Rd
桩体提供的抗滑力矩MRP为:
MRPFPiXPi
加筋垫层提供的抗滑力矩MRR为:
MRRTYi
式中,Wi为条块i的自重;bi为条块i的宽度;i为条块i的切线与水平线的夹角;ci为条块i的粘聚力;cvi为条块i的内摩擦角;ui为作用在条块i的平均孔隙压力;wsi为路堤顶面的均布荷载;Rd为圆弧滑动面的半径;FPi为第i根桩的竖向承载力,这里取滑动面与桩相交处桩的轴力;Ti为加筋垫层的最大张拉力;XPi为第i根桩到滑动中心的水平距离;Y为加筋垫层到滑动中心的竖向距离。
圆弧滑动中心XP2XiXP1荷载ws路堤Y土条i填土Wibi桩体加筋体桩帽Rd圆弧滑动面α地基土体FP1FP2
第四篇:电压稳定性分析
电压稳定性分析
目录 电压稳定基本概念 2 电压稳定分析方法的分类 3 潮流雅可比矩阵奇异法 4 电压稳定研究方向展望 5 改善电压稳定的技术 6 结论 7 参考文献
电压稳定性是指系统维持电压的能力.当负荷导纳增大时,负荷功率亦随之增大,并且功率和电压都是可控的.电压崩溃是指由于电压不稳定导致系统内大面积、大幅度的电压下降的过程。压稳定性分析则是对这一过程进行理论分析,使得这个过程变得可以认为控制。
随着负荷需求的不断增长和电源点越来越远离负荷中心,我国电力系统正在向远距离、大容量、超高压输电方式发展。同时由于电力市场的引入带来的经济性及可能出现的环境保护等方面的压力,迫使电力系统运行状态正逐渐趋近于极限状态,电网的稳定性问题将变得日益突出。
电力系统的稳定性问题是多种多样的,其中机电方面的稳定问题可以简化为:(1)单机——无穷大系统(纯功角稳定问题):
(2)单机通过阻抗接在“静态”负荷上(纯电压稳定问题)。
在实际电力系统中,上述两个问题可能同时存在或相继发生。功角稳定问题现在从理论和数学分析上都已完全解决了。相反,电压稳定问题的发生机理现在仍不完全清楚,更不用说可以被广泛接受的分析工具了。近年来,由于电压崩溃恶性事故的相继发生,如1983年12月27日瑞典电网、1987年法国西部电网、1987年7月23日日本东京电网等,运行和研究单位都逐渐关注电压大幅下降前,母线角度及电网频率都相对稳定,显然经典的功角稳定性已不适于上述事故的分析。在这些电网事故发生前,由于母线电压角度、电网频率甚至电压幅值都相对稳定,常规的报警装置没有发挥作用,其中1987年的日本东京电网事故过程长达20分钟,可是运行人员并没有采取手动切换负荷等安全措施来阻止电压崩溃事故的发生,这也说明了进行电压稳定性研究的重要性。
具体到安徽电网的实际分析,我们认为导致电压稳定破坏事故可能有以下两个问题:1.在淮北电厂及淮北二电厂小开机方式下,淮北通过系统联络线受进较大潮流,若发生淮北母线故障等大扰动,使淮北电网同时失去大量发电出力及与系统的联络线;2.江北小开机大负荷方式下,若发生洛河电厂Ⅰ母线故障,使江北电网同时失去洛河电厂#5联变及洛河电厂#1机。我们使用了BPA程序对以上问题进行了经典的功角稳定仿真计算,发现功角的震荡和电压的剧烈下降是同时发生的,到底是电压崩溃造成的功角失步还是失步造成的电压崩溃呢,若是电压崩溃事故,那么现有的预防稳定破坏事故措施都是针对于功角稳定破坏事故的,并不适应于电压稳定破坏事故。显然我们迫切需要了解电压稳定问题的机理,掌握电压稳定分析的工具,同时采取相应的预防措施。为此,我们对众多关于电压稳定问题的研究成果进行了调研,通过分析和总结,希望能够对电压稳定问题有一个比较清晰的概念,得到适合实际应用的工具。 电压稳定基本概念
电压稳定性这一概念对于电力系统运行人员并不陌生。在低压配电系统中,电压稳定破坏这一现象早已被发现。但直到近些年,这一现象才在高压输电系统中发现,并越来越被重视起来。
现在,一般认为电压稳定破坏事故是这样发生的:当出现扰动、负荷增大使电压下降至运行人员及自动装置无法控制时,系统就会进入电压不稳定的状态,电压的下降时间可能只需要几秒钟,也可能长达几十分钟。在电压下降过程中,以下几个方面有着重要影响:
(1)有载调压变压器的动作将使低压配电网的电压上升,高压输电网的电压下降,民用有功、无功负荷将逐渐回升,导致一次侧的高压输电网电压进一步下降,一次系统中的线路充电功率和电容器的无功补偿均将减少,同时一次网络中的无功损耗将增加,因此,一次侧电压进一步下降。如此循环下去,有载调压变压器将处于或接近极限运行位置。
(2)工业负荷主要是感应电动机负荷对于电压变化非常敏感,在电压起初的下降过程中,它随着电压的下降而下降,但当电压进一步下降时,由于转差的增大而使电流增大,因而电动机漏抗中消耗的无功功率急剧增大,当电动机因不稳定而停止转动时,将吸收大量无功功率。这时由于级联效应,会有更多的电动机停转,最终将出现大范围的电压崩溃事故。
(3)发电机励磁调节器在电压下降过程中,将增加无功出力,帮助维持电压。然而当无功负荷超过发电机的容量时,电厂的运行人员、发电机的过励保护、过流保护等自动装置将降低励磁,减少无功出力,使无功缺额增大,迫使远方发电机承担起维持电压的任务,致使一次网络中的无功损耗增加,电压进一步下降。
(4)电压问题如同线路过负荷一样容易造成级联停运。当重载线路的受端电压下降时,施加在送瑞系统上的无功功率可能是受端所收到的无功功率的许多倍。
如果电压不停地衰减下去,电压崩溃事故就会发生。因为这一过程持续时间在几秒到几十分钟的范围内,所以有些文献根据这一过程的持续时间将电压稳定问题划分为暂态电压稳定(时间从零秒到大约10秒钟)、经典电压稳定(时间从1分钟到5分钟)、长期电压不稳定(包含20到30分钟的电压恶化)。
2电压稳定问题的研究历程
电压稳定的研究最早可追溯到40年代,但直到1978年法国大电网的灾难性电压崩溃事故前,这一课题并没有得到电力系统的广泛注意。从70年代末期以来,人们对电压稳定进行了大量研究。过去十年中,有两次大规模的调查活动进一步强调了电压稳定问题的重要意义。一项是IEEE电压稳定专题工作组于1988年进行的,目的是确定在工业中,这一问题存在的范围。另一项由EDF主持的研究,发现全球有20次重大故障可以归咎于电压稳定问题。
过去很长一段时间内,在电压稳定问题的研究上一直存在着争论,这就是:电压稳定问题究竟是静态的还是动态的,相应的分析方法也就分为基于潮流方程性质的静态方法和基于微分方程性质的动态方法。近年来,随着研究工作的进一步深入,用静态方法研究电压稳定遇到了越来越多的困难,计算结果与实际事故相比较,也难以令人信服。现在,人们普遍认为电压稳定问题是一个动态问题,应该用基于微分方程的动态分析方法加以解决。鉴于这种情况,国际大电网会议(CIGRE)于1993年提出专题报告,从动态角度严格定义了电压稳定问题,在此基础上将其分为小干扰电压稳定性、暂态电压稳定性和长期电压稳定性。 3 电压稳定分析方法的分类
结合国外电网的经验和我省电网的实际,我们认为对电压稳定问题的分析要解决以下三个问题:
a.当前系统离电压崩溃点的距离即电压稳定裕度是多少?
b.电压崩溃发生时,影响电压稳定的关键因素是什么,电压薄弱点在哪儿,哪些区域是电压不稳定的? c.在大扰动发生后,当前稳定的系统是否有可能发生电压崩溃事故?
确定一个电压稳定程序是否符合要求,要根据以上要求进行判断。虽然电压稳定静态分析方法从原理上讲并不严格,所得结果也令人难以信服,但有着计算简单,不需要较难获得的元件动态模型等优点。目前的实用化电压稳定分析程序基本采用了静态分析方法,其中P-V曲线法、灵敏度分析法、潮流多解法、雅可比矩阵奇异法使用较广泛,下面我们将详细介绍这四种方法。
(1)P-V曲线法
这是一种基于物理概念的计算分析。给定系统基态潮流计算结果,逐步增加系统负荷,求出系统各运行点,利用负荷特性,从而得到反映负荷实际吸收功率与节点电压关系的一系列(P,V)点,将这些相连便可得到P-V曲线。与功角曲线相似,这条曲线的拐点处被认为是电压稳定的分界点,拐点右侧高电压区,被认为是电压稳定点,拐点左侧低电压区被认为是电压不稳定点。当前系统运行点距离拐点的距离远近反映了系统的电压稳定裕度。然而,在考虑了系统元件的特性后,这一判据的正确与否值得进一步研究,例如电网技术1998年第九期中刊出的《电力系统动态元件特性对于电压稳定性的影响》一文中指出,负荷电压静特性、发电机励磁系统稳态增益对于电压稳定极限点的影响巨大。在某些情况下,系统有可能在P-V曲线的右侧高电压区就已失稳,也有可能直到P-V曲线的左侧低电压区仍能保持电压稳定。利用P-V曲线拐点判断电压稳定性造成的误差究竟是偏保守还是偏冒进难以估算。
(2)灵敏度分析法
给定基态潮流计算结果,通过增加有功、无功负荷来获得电压幅值和电压角度的变化量。所有受控变量的敏感度由电压幅值和电压角度的敏感度得到,受控变量包括受限的无功源、受限的联络线传输功率、变压器分接头的变化等。通过对受控变量的敏感度指标进行排序,得出与电压下降密切相关的无功源、联络线等强相关变量集,同时得出电压下降最大的节点集称为弱节点集。
灵敏度分析方法可以应用于电压稳定的在线监控,其中强相关变量集说明了当前系统中影响电压稳定的关键因素,如哪些发电机的停运、联络线的检修对电压稳定至关重要。而弱节点集说明了哪些区域是电压不稳定,系统最可能首先在这些区域内失稳,要对这些弱节点进行监控,同时考虑增加对这些节点的无功补偿。
(3)潮流多解法
潮流解的非唯一性的提法首先在1975年由KLOS和KERNER发表的专著《thenon-uniquenessofloadflowsolution》中提出,文中提出潮流的解往往是成对出现的,解的个数随着负荷水平的加重而减少,当系统接近极限运行状态时,将只存在两个解。在所有这些解中,只有一个解是和电力系统的实际运行状态相对应的,称为“可运行”的解。其余的解对应于电力系统的不稳定运行点,在电压稳定分析中,这些不稳定的解叫做“低电压解”。但是也有文献指出,在重负荷情况下,潮流方程的解由高电压解转移到低电压解这一跳跃现象,并未在动态仿真中出现过,更不曾在实际运行状态中观察到,潮流多解仅仅是潮流方程非线性的数学结果,各解稳定与否不取决于解的本身,而取决于电力系统各元件的动态特性,例如如果考虑负荷等元件的动态特性而认为是恒阻抗负荷时,高、低电压解将都是稳定的解。
目前潮流多解研究的主要意义在于为计算系统的极限运行状态提供一种简单方法,多解的个数及多解之间的距离是反映系统接近极限运行状态的指标。
电压稳定性分析电压稳定研究方向展望
综合各有关电压稳定问题的研究成果,结合实际电网运行的需要,以下几方面还需进一步研究,这些方面的研究可以使我们更好地理解电压失稳现象,并有可能象功角暂态稳定理论一样提供电压失稳的判据,最终得到电压动态稳定分析的实用化程序。(1)元件动态模型的建立
尽管有关电压稳定问题的文献很多,但是电压失稳特别是在动态、非线性方面的机理还不十分清楚。非线性动态理论为解决这方面的问题提供了适合的数学工具,元件动态特性的建模越来越受到重视。元件的动态特性包括发电机、负荷、OLTC有载调压器等等,其中负荷模型的完善最为重要。对于发电机来说,已有研究成果严格证明了系统是否发生非周期电压失稳与发电机调节系统的结构和时间常数无关,只取决与它的稳态增益《电力系统动态元件特性对于电压稳定性的影响》一文更进一步证明了对于发电机来说,系统电压稳定极限与原动机及其调速系统的稳态增益无关,只与励磁系统的稳态增益有关。(2)在线电压稳定监控
电压稳定监控程序应帮助调度员根据当前或未来一段时间内可能出现的运行状态,迅速、准确地做出判断,诸如当前系统是否可能发生电压崩溃等等,从而正确采取预防措施,因此非常需要在线电压稳定监控指标及其相应的程序。目前,国内电力系统在这一方面也开展了相当多的研究,例如天津大学利用局部L指标,对电力系统在线电压稳定局部监控做了相关研究,提出了只对弱节点集即系统内负荷关键点实施监控的方案。(3)数字仿真技术
属于时域仿真分析法,能够很好地反映电压崩溃的全过程,但是无法提供敏感度和稳定域度的信息。同时模拟过程需要占用大量的CPU时间,对硬件要求很高,对结果的分析需要消耗大量的人工。为了能准确、快速的得出结果,可能需要发展一种应用专家系统或神经网络等技术的专门的分析方法。改善电压稳定的技术
前面已经通过分析得出了在电压崩溃过程中的一些关键因素,从而可以定性地给出一些防止电压崩溃的技术手段。(1)使用串联和并联电容器
对于110-35kV的架空线路,如线路长度很长、负荷变化范围很大,可在线路上串联电容器。使用串联电容器可以有效地减小线路电抗,从而降低无功网损。线路可以从送端向无功短缺的受端送更多的无功,从而减小线路级联效应对电压稳定的负作用。虽然过多使用并联电容器可能是导致电压不稳定的部分原因,但适当使用并联电容器可在发电机中留出“旋转无功储备”,这部分旋转无功储备对保持电压稳定起着积极的作用。(2)使用SVC静止无功补偿器
SVC的使用可以有效的控制电压和防止电压崩溃。(3)使用低电压切负荷装置
过重的负荷是导致电压崩溃的直接原因,根据一次侧电压的下降切除受端系统的部分负荷,对于防止电压崩溃非常有效。(4)发电机的控制
根据灵敏度分析,可以指出系统中哪些发电机的停运使电压下降最明显,只要有可能,就应该投入这些发电机,以提供电压支持。发电机励磁系统受限是导致电压崩溃的重要原因,因此要进一步定义无功过负荷的能力,训练运行人员使用它,并重新整定保护装置以便不再阻碍无功过负荷的使用。在无功短缺地区,应当选用额定功率因数为0.85或0.8的低功率因数发电机。(5)有载调压变压器OLTC的控制
根据电压稳定在线监控,如果当前系统的电压稳定域度较小,那么为防止电压崩溃现象的发生,调度员在电压持续降低时,应当停止上调有载调压变压器低压侧的分接头,而采用手动切负荷的方法来恢复电压。结论
(1)现有的电压稳定分析程序大多基于静态电压稳定分析,可以解决前面提出的第一、第二两个问题,即给出当前系统运行状态的电压稳定裕度,指出系统中影响电压崩溃的关键因素和可能首先发生电压崩溃的区域等。需要指出的是,现在普遍认为,用静态分析方法得出的结果,难以令人信服,需要接受动态机理的检验。要解决前面提出的第三个问题即大扰动下系统是否发生电压崩溃,需要采取动态的电压稳定分析方法,现在这方面还处于研究过程,缺乏实用化程序。
(2)要进行动态的电压稳定分析方法,首先要建立系统的动态元件模型。因此下一阶段的工作重点在于建模,具体包括发电机励磁系统的稳态增益、OLTC的动作、负荷模型等,其中负荷动态模型的建立是关键。同时要进一步研究发电机无功过负荷能力,以便尽可能的利用发电机和励磁机的过负荷能力来推迟电压崩溃。
(3)在现阶段缺乏可靠的元件动态模型及电压稳定分析程序的时候,我们对于可能发生电压崩溃的地区如淮北乃至整个江北220kV电网,装设了18套低电压切负荷自动装置,其中安庆变装设在110kV母线上。在洛河电厂装设的220kVⅠ母线跳闸远切负荷装置对于防止江北大受电方式下,可能导致的电压崩溃事故有着重要作用。同时我们还在进一步研究淮北电网的稳定问题,包括功角稳定和可能出现的电压稳定问题。参考文献
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第五篇:人力资源稳定性与流动性分析
人力资源稳定性与流动性分析 摘要
当今时代,人力资源已经成为社会的第一大资源,人才尤其显得非常重要,是企业赖以生存和发展的不可或缺的因素。因而各大高校相继开设人力资源管理等课程,可知,人力资源管理是全球化、市场化、信息化的知识主宰,是一种优势战略资源。企业要想在激烈的市场竞争中赢得最后的胜利,首先必须获得人才,特别是高端科技人才,具有创新思想,发挥优势作用,保持企业长远发展,从而能够留得住人才,确保人力资源的稳定性。人力资源流动指人才在不同国家、不同地域、不同企业之间的流动,包括人力资源的流入与流出,通过这种相互流动,可以促进企业的高效率。本文通过对人力资源的稳定性与流动性的分析,来探讨企业为何在保证人力资源稳定
性的前提下,又要保持一定的流动性。
The present era, human resources have become the largest resources, personnel, especially it is very important, is the enterprise survival and development of the essential factors.Major colleges and universities which have set up human resource management courses, we can see, human resources management of globalization, marketization, and the knowledge master of information is a strategic resource advantage.Enterprises in the fierce market competition to win the final victory, we must first obtain personnel, especially high-end talents, innovative ideas, to play a dominant role, maintaining long-term development, which can retain personnel, to ensure that human resources stability.Human resource flows that personnel in different countries, different regions, the flow between different enterprises, including the inflow and outflow of human resources, through this mutual flow, can promote business efficiency.In this paper, the stability of human resources and liquidity analysis, to probe why the human resources in ensuring the stability of the premise, but also to maintain a certain mobility.第一章绪论
人类社会的不断发展,世界经济进入高速发展的知识经济时代,世界各地联系日益紧密,全球经济一体化形成,高新技术产业发展迅猛,各企业竞争加剧,其核心在于人才的竞争。人力资源是第一资源,人才资源是企业生存和发展的的重要资源,企业如何在竞争中技压群雄,关键在吸引人才、留得住人才、培养人才、用好人才,发挥最大作用,因此人力资源已经成为企业经济增长的决定性因素和企业提高竞争力的关键战略性资源,企业的人力资源稳定性和流动性就显得特别重要。第二章企业人力资源相关概念 2.1 资源的含义
从财富的创造角度来看,资源是指为了创造物质财富而投入生产过程的一切要素。土地、劳动、资本是构成资源的三要素。可以看出,人力资源是财富创造中一项不可或缺的重要资源。2.2 人力资源的概念
人力资源是指在一定区域内的人口总体所具有的劳动能力的总和,或是具有智力劳动和体力劳动的能力的总和。具体到一个组织,人力资源就是组织所拥有的能达成其组织目标的人的能力的总和。因此一个企业存在人力资源的目的就是实现企业目标。2.3人力资源流动性概述
人力资源流动是人力资源的流出、流入和在组织内流动所发生的人力资源变动,它影响到一个组织人力资源的有效配置。影响人力资源流动的因素有很多,其主要影响因素有环境、职业、个人因素等。第三章企业人力资源稳定性与流动性分析 3.1一个企业保持人力资源稳定的重要性 如果一个企业员工流失,将会给企业带来哪些损失呢?设想如果离开的员工技术操作是其他人难以替代的,会给企业产生极大破坏作用,某些正在进行的业务或项目不得不中止。某些重要岗位如研发、营销的员工可能造成技术外流。由此可见企业人力资源稳定的重要性。3.2 影响企业人力资源流动的宏观因素 企业和员工都是社会人,社会环境的影响渗透在每一个地方。一个国家的总体经济状况对员工流动行为具有相当大的影响,如经济发展水平、就业与失业水平、通货膨胀等因素尤其是值得关注的经济因素。在不同的经济发展时期,不同的地域,甚至于不同层次的人力资源体系内,员工流动率会有所不同,其流动的形态也是不断发生变化的。但是不必担心,因为流动才是正常的,不流动反而是不正常的,关键是要用长远眼光来看事情。3.3 企业人力资源流动必要性的理论分析 所谓人力资源的流动与周转,是指企业内部由于员工的各种离职与新进所发生的人力资源变动。人力资源流动率则为一定时期内某种人力资源变动(离职和新进)与员工总数的比率,是一个综合性的概念。它是考察企业组织与员工队伍是否稳定的重要指标。为了实现企业人员队伍的整体优化,不断改善人员结构和人员素质,实行人员的合理流动是完全必要的,对人才尤其如此。3.4 企业人力资源流动的好处
人力资源流动会给企业绩效带来负面影响,但保持一定的人力资源流动率,还会给企业带来一定的正面影响,如给企业注新鲜血液,给企业带来新观点和新技术,也可使企业原有人员加强竞争意识,从而提高企业的绩效。3.5企业如何应对人力资源流动
企业保持一定的员工流动性是正常的,正所谓“流水不腐,户枢不蠹”。
企业里的员工流动可以分为自然流动和非自然流动两大类。自然流动一般包括因员工生老病死而产生的流动,因职务晋升等内部人员调动而产生的流动等等。而非自然流动,则又可以分为主动流失和被动流失。主动流失主要包括因员工技能不佳、绩效低下等原因主动将其辞退而产生的流动;被动流失则包括因竞争对手挖人,或员工本人职业转型等所导致的流失。
对于企业来说,员工是其企业战略技能的持有者,员工素质的高低往往成为制约企业竞争优势能否得以充分发挥的关键因素。随着内外部环境发生变化,企业对战略技能的要求,对员工素质的要求也随之有所变化,所以,企业就需要不断地对员工结构进行调整,以满足战略发展的需要。这样,保持合理的员工流动,就成为企业不断更新战略技能、提高员工素质的重要手段之一。第四章人才流动 4.1 人才流动的特点
4.1.1企业之间的人才竞争趋向高层化。
具体表现在以下几点:一是对高级管理人才的争夺上。一些企业为了自身的发展,千方百计地搜寻自身所需的高级管理人才,特别是高级经理人;而高级管理人才也在寻找“自己的企业”。所以,越来越多的企业高层管理人才,特别是企业高级经理人大量流失。二是对高级技术人才的争夺上。根据调查显示,每年中关村有近200名人才被挖走,其中大部分是在国内经过长期培养有着丰富经验的高级技术或管理人才;从1999到2001年三年间,从西北地区流出的科技人员就超过了3.5万人,而且多数为高级专业技术人才。三是对著名大学的优秀毕业生的争夺。北京大学、清华大学一些著名大学的学生有的还没毕业就被外企相中,据调查显示,清华和北大涉及高科技专业的毕业生每年70%以上选择去美国工作;陕西2002年的4600多名硕士研究生中80%以上外流。4.1.2人才对企业的要求也更具现实性。
人才对企业的要求不但是要有足以能够发挥才能的成长空间和良好的学习环境、工作氛围,而且还要具有较优厚的物质待遇。据调查分析,企业跳槽的人才中有17.2%的人“选择有发展前途的公司”;16.17%为了“诱人的薪资和福利”;15.95%为“自己有升职和发展的机会”。在对重庆市IT行业从业人员跳槽的原因的调查分析显示:有9%的人是出于对自己的前途考虑,有13%的人是对就职公司的经营、管理制度不满,而有78%的人则是对现在的薪金待遇不满意。人才对企业的要求越来越高,越来越现实。4.1.3人才流动更频繁。
我国人才流动频率明显加快。据一项来自广告业的抽样调查显示,广告业的从业人员平均跳槽时间为1年;广告业管理人员平均跳槽时间为2年;广告设计策划人员平均跳槽时间为1.5年。另据抽样调查显示,成都地区人才平均跳槽时间也只有2年-2.5年。
人才流动的这些新特征对企业人力资源管理体制提出了新的要求和挑战。企业要想在急剧变动的现代市场经济的竞争中不断取胜,就必须在掌握现代市场经济条件下人力资源流动特征的基础上,对该时代企业人力资源管理制度进行深入分析研究,争取有新的突破。4.2正确的人才流动观点
人才流动不能简单地看成就是各个国家或地区之间的人才流动。在经济全球化的时代背景下,企业应提升总的人才竞争力,应提升企业管理水平,变革企业管理机制。在新一轮人才流动的浪潮中,中国的人才市场正在融入国际人才市场之中,过去基于所有制特色的人才流动,在走向一个真正基于市场供需矛盾的人才流动的市场。要相信流动是正常的,不流动才是不正常的,关键是要以新的眼光,从长远的角度来看待问题。第五章总结 5.1 人才分析
在人才竞争十分激烈的今天,在人力已成为资本的今天,人才管理需要新的理念,企业再也无法像水库般将人才储存起来,当人才愈来愈像河流一样自由流动的时候,企业人力资源管理的重点,已经不在于要不要人才流动,而是如何管理人才流动的速度与方向,综合各方面因素,形成企业健康的人才流动文化。5.2 结论
企业在保证人力资源稳定性的情况下,又要保持一定的流动性,这样企业才能实现经济又快又好发展。参考文献