第一篇：太行山典型小流域潜流动态变化研究
太行山典型小流域潜流动态变化研究
摘要：为了科学地对太行山区地下水环境进行综合评价，本试验采用了“翻斗式”自计量水技术，对该区普遍存在的裂隙潜流的动态变化过程进行新监测。根据监测的数据分析了该区潜流的日动态变化过程和水文年动态变化过程，分析结果说明造成这种动态变化的根本原因是太阳净辐射的变化，直接原因是植物的蒸散作用；同时，降雨对潜流的年内变化也有着直接的影响。
关键词：典型小流域 潜流 动态变化
太行山地下水环境概况
太行山区主要以花岗片麻岩为主，另有少量的石灰岩区，其中花岗片麻岩区基岩裂隙一般比较发育。由于地质构造、岩性、地貌的不同、造成山区地下水的资源量在时空分布与存在形式上均有较大差异，山区地下水按其不同的存在形式，可分为裂隙水、孔隙水及岩溶水。其中裂隙水主要以裂隙岩体非饱和流的形式存在于花岗片麻岩区的基岩裂缝中，孔隙水主要以潜流的形式存在于山间河谷区的砂砾石层中，而岩溶水主要以承压的形式存在于石灰岩区的溶洞中。从蓄水构造的角度讲，3种形式的地下水均需要不漏水的基底、较大的集水面积和能蓄水的含水层。在花岗片麻岩区一般由于基岩裂隙发育比较广泛，因此裂隙水较普遍；但由于缺乏良好的能够蓄水的含水层，从而造成裂隙水的水量较小，同时这也是造成山区裂隙水资源利用率较低的一个重要原因。但作为山区唯一而宝贵的水资源，始终是当地人民生存与发展必不可少的资源之一。
典型小流域基本概况
典型小流域位于中科院太行山山地生态试验站的西侧，东经114°15′58″，北纬37°52′44″，典型小流域属花岗片麻岩山地，流域面积0.02625km2，植被是20年生的人工刺槐疏林。坡面坡度在25%～35%之间的占90%左右，平均坡长为65m，阴坡面上的土层厚度在20～30cm之间的占50%左右，而阳坡面上的土层厚度在0～5cm之间的占90%左右；主沟为人工水平台地，土层厚度在1.0m左右，东西走向。典型小流域基岩裂隙比较发育，多年平均地表径流系数较小，而浅层地下潜流在全年的绝大部分时间都存在。典型小流域潜流属于裂隙岩体非饱和渗流，其实质是“水在由局部饱和区域构成的连通渗流路径中的流动”。
截潜工程及量测系统
为了研究潜流的动态变化规律及充分利用有限的水资源，在典型小流域的出口处修建了截流沟和集水池，截流沟和集水池之间用管道连接，同时为了能让截流沟所截出的水全部及时的流入蓄水池，管道的首部紧挨着截流沟的底部，并以5%的坡度铺设管道。
由于潜水流量较小，一般在1001/h以下，常用量水设备与方法（水表、堰流法）均不能较准确对潜流进行长期连续监测。经过长期不断研究与探索，在受数字（自计）雨量计的启发的基础上，大胆地将日本千叶大学教授新滕静夫自行研制的“翻斗式”自计量水系统用于小流域潜流的监测中，从监测手段上避开了通过测定水位来求得流量的传统方法，从而避免了水温对水位测定所带来的影响。该系统主要由“翻斗式”量水器和事件记录仪（或数据采集器）组成；在起初使用事件记录仪（HOBO）的过程中，由于其内存有限（一般为2000次或8000次），只能连续监测2d左右，不能满足监测需要，同时所带来的工作量也较大，后经进一步研究，最后将数据采集器（CR10X）与“翻斗式”量水器有机的结合在一起，便使“翻斗式”自计量水系统达到了比较完备的阶段。
潜流动态变化
4.1潜流日变化
潜流日变化在不同的季节具有不同的变化情况。在夏季，日变化比较明显；在冬季，日变化比较平缓；而春季和秋季的日变化介于冬夏之间。典型小流域2000年夏季（六月下旬）和冬季（12月下旬）典型3d的潜流变化情况。可以看出，在夏季，潜流的日变化有一个共同的特点，即在每天早晨6：00前后，潜水流量达到最大，之后将一直减小，直至下午18：00左右，降低到最低点，早晚潜水流量之比约为1.2∶1；从3d的整体情况看，潜水流量是呈减小趋势，以每天的最大值计，3d时间流量减少了21.21/h.根据以上分析，潜流动态日变化可用一句话来概括，即“夜间（18：00～6：00）逐渐增大、白天（6：00～18：00）逐渐减小的类似正弦曲线的变化趋势”；
在冬季，潜流的日变化比较平缓，且无类似正弦曲线的变化趋势；而在春季和秋季，潜流的日变化情况介于冬夏之间，春季和秋季的日变化较夏季不同之处主要在于，白天潜水流量减小的阶段有所缩短，即早上开始下降的时间有所后移，而傍晚开始上升的时间有所提前。
4.2 潜流的年内变化
典型小流域1999年6月至2000年6月的一个水文年内，潜水流量的动态变化曲线。可以看出，①典型小流域潜水流量在一个水文年间的变化较大，以2月份所测得的流量最大（62.41/h），以6月份所测得的流量最小（11.041/h）。②在一个水文年内，随着雨季的到来，潜水流量开始增长，但这种增长较降雨稍有滞后，且极不稳定，这种增长将一直持续到第二年的2月份，而后又逐渐下降至6月份。③在潜流增长阶段的前期（6～11月）由于强烈的植被蒸散，潜流增长比较缓慢，有时还表现出忽升忽降的现象；在后期（12～2月）由于植被的蒸散较前期大大减小，从而潜流的增长比较快。④在潜流下降阶段，同样由于植被蒸散情况的不同，在前期（2～4月）潜流下降较缓慢，而在后期（4-6月）潜流下降较快。
潜流动态变化结果分析
典型小流域浅层地下潜流的补给源主要是天然降雨，并且主要是当年和前一年的降雨，或着说就是当年（以水文年计）的降雨；排泄方式主要有植物的蒸腾失水和沟口的流出失水两种。影响潜层地下潜流的因素很多，其变化受天文、气象、水文、地质、生物等多方面的自然因素和人为活动的影响。
5.1降雨对潜流变化的影响
降雨作为典型小流域浅层地下潜流的主要补给源，它直接影响着潜流的变化，特别是在雨季来临前，由于春旱和强烈的大气蒸发力作用，经常导致潜水的断流，而后又随着雨季的来临骤然增加，恢复潜流。但如果不是连续降雨或阴天，潜流会很快下降至某一数值。然后再以较平缓的趋势变化。
1999年雨季来临前后，典型3d的潜水流量的日变化情况。由1999年6月16日和1999年7月12日2d的变化情况可以看出，在前期土壤含水量较小的情况下，一场53.9mm的降雨，对潜流几乎没有什么影响，依然持续雨季前的下降趋势。
由1999年7月12日和1999年7月13日2d的变化情况可以看出，在刚刚降雨53.9mm左右的基础上，再降雨86.2mm，潜流有了明显的变化，由1999年7月12日的平均流量5.41/h，骤然增大到1999年7月13日的平均流量56.481/h，将近增大了10倍。6月下旬至7月中间的降雨情况。其中6月28日至7月11日共降雨53.9mm，7月12日降雨86.2mm.5.2 植物蒸散对潜流变化的影响
从力学角度分析，潜流在竖直方向上主要受重力和植物的蒸腾牵引力作用。其中在某一确定的地点，重力加速度g是不随时间变化的，因此重力也不随时间而变化；从测定林地水分蒸散的波文比-能量平衡法角度讲，植物的蒸腾牵引力所需要的能量是由太阳净辐射的分量—潜热通量提供的，而不论是太阳净辐射，还是潜热通量均存在明显的日变化。因此，太阳净辐射是造成潜流日变化的根本原因，而植物的蒸散作用是造成潜流日变化的直接原因。为了说明植物蒸散对潜流的影响，在此利用波文比自动观测系统所测得的数据进行植物日蒸散速率的分析。
典型流域2000年第222d（8月10日）的日蒸散速率变化情况，可以看出，蒸散速率在早晨7：00前后出现正负拐点，其后呈逐渐增大的趋势，直到中午前；蒸散速率（E）以0.35mm/h的高速率在中午前后徘徊近4h后，在下午3：00左右开始下降，并且在傍晚7：00左右转负；从整体情况看，可将日蒸散速率变化情况分为3个阶段：0～7点，该阶段处于缓慢凝结阶段：7～19点，该阶段处于蒸发阶段：19～24点，该阶段处于快速（较0～7点）凝结阶段。典型流域2000年第222d（8月10日）的径流通量变化情况，径流通量（R）是指在单位时间内从流域出口流出的水量与流域面积的比，它是根据测得的有关数据计算来的，主要是用来说明大小不同的流域之间潜水流量的不同变化情况，也就是使不同流域间的潜水流量具有可比性。根据变化情况，同样可将全天24h的变化分为3个阶段：0～7点，该阶段径流通量呈缓慢增长趋势；7～18点，该阶段径流通量呈下降趋势；18～24点，该阶段径流通量呈快速增长趋势。
三阶段相互对比可以看出，典型小流域第二阶段径流通量的下降与植物蒸散所造成的大量失水有着直接的关系。这还可以通过植物蒸散速率E与流域径流通量R的相关关系曲线得到进一步说明。给出了上午6～11点和下午14～19点两个阶段E与R的关系曲线，可以看出，上午6～11点之间，典型小流域的径流通量R是随着植物蒸散速率E的增大而减小的，两者呈负的极相关关系（R2=0.78）；可以看出，在下午14～19点之间，典型小流域的径流通量R是随着植物蒸散速率E的减小而减小的，两者呈正的极相关关系（R2=0.8035）。
通过以上分析，我们可以这样推理潜流的日变化情况：在清晨的日出前后，太阳净辐射由负转正，植物的蒸腾牵引力在潜水层—植物根系活动的岩土层—植物体—大气之间形成一定的水势差，在该水势差的作用下，水分沿潜水层—植物根系活动的岩土层—植物体—大气的方向由潜水层不断地向大气中扩散，潜水层的水头开始下降，从而使得潜水因重力作用而流向流域出口的分量减少，因此潜水的径流通量开始下降。之后，随着太阳净辐射的不断增加，植物的蒸腾牵引力及蒸散速率也不断增加，从而使得水分沿潜水层—植物根系活动的岩土层—植物体—大气的方向扩散的速率也不断增加，潜水层的水头加速下降，因此潜水的径流通量呈加速下降趋势。而午后，随着太阳净辐射的不断减少，植物的蒸腾牵引力及蒸散速率也不断降低，这降低了潜水层—植物根系活动的岩土层—植物体—大气之间的水势差，从而使得水分沿潜水层—植物根系活动的岩土层—植物体—大气的方向扩散的速率也不断降低，潜水层的水头减速下降，因此潜水的径流通量呈减速下降趋势，这种作用一直持续到太阳净辐射由正转负的傍晚时刻。同时由于太阳净辐射及植物的蒸腾牵引力对下层土壤中水分的影响存在相对滞后的现象，使得潜水层—植物根系活动的岩土层之间仍保持较高的水势差，从而出现了水分在潜水层—植物根系活动的岩土层之间的运移速率大于在植物根系活动的岩土层—植物体—大气之间的运移速率的现象，其结果是有“相对过多的水分”储存在了植物根系活动的岩土层中，也正是这种“相对过多的水分”使得潜水流量在夜间的前半夜比后半夜增加较快。
小结与讨论
（1）本文从技术创新的角度，首次利用先进的“翻斗式”自计量水系统对典型小流域的浅层地下潜流进行了连续监测，“翻斗式”自计量水系统的工作原理是，经管道流出潜水通过翻斗式量水器的受水口进入其中的一个“翻斗室”；当水达到一定量后，翻斗会自动翻转，同时潜流会注入另一个“翻斗室”。翻斗每翻转一次，安装在两个“翻斗室”中间外侧部位的机械脉冲发生器就会工作一次，即产生一个脉冲，并通过导线传输到数据采集器中，而数据采集器（CR10X）每隔一定时间就将这段时间内收到的脉冲总个数记录下来。这样，“翻斗式”自计量水系统便以直接监测流量的方式完成了潜流过程的测定。（2）测定结果发现，潜流的日变化在不同的季节具有不同的变化情况；在夏季，日变化比较明显，且存在“白天逐渐减小，夜间逐渐增大”的类似正弦曲线的变化趋势；在冬季，日变化比较平缓，而在春季和秋季，潜流的日变化情况介于冬夏之间。潜流在一个水文年内的变化存在单峰现象，峰值出现在2月份。（3）通过对测定结果和相关影响因子的分析，得出太阳净辐射是造成潜流日变化及年内变化的根本原因，而植物的蒸散作用是造成潜流日变化及年内变化的直接原因；同时降雨对潜流的年内变化也有着直接的影响。（4）本文为进一步研究山地水分循环过程取得了一定的进展，特别是在流量的监测手段上，具有新的发展和创新，同时对进一步研究山区雨水资源的高效利用提供了一些基础性数据。（5）由于本文监测对象的流域面积仅有0.026km2，因此本问题还需继续深入研究。
参 考 文 献：
[1] 叶自桐，韩冰，杨金忠，等。岩石裂隙毛管压力-饱和度关系曲线的实验研究[J].水科学进展，1998，9（2）：112-117
[2] 韩冰，叶自桐，周创兵。裂隙岩体饱和/非饱和渗流机理初步研究[J].水科学进展，1999，10（4）：375-381
[3] 朱珍德，孙钧。裂隙岩体非稳态渗流场与损伤场耦合分析模型[J].水文地质工程地质，1999，26（2）：35-41
[4] 武选民。干旱半干旱地区水文地质研究现状[J].水文地质工程地质，1999，26（4）41-46
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第二篇：喜马拉雅山北坡典型高山流域水文过程与气候变化研究（本站推荐）
喜马拉雅山北坡典型高山流域水文过程与气候变化研究
摘要：全球变暖的大环境下，作为淡水最大储存的冰川日益退缩，以冰川融水补给为主的河流直接受到影响，尤其在中国等亚洲地区。这类河流在我国主要分布在西部地区，冰川水资源是下游，尤其是干旱与半干旱区人民赖以生存和社会经济可持续发展的生命线。喜马拉雅山是我国以及印度、东南亚很多河流的发源地，由于冰雪融水占很大比重，所以对气候变化比较敏感；同时这个区域广泛分布着岛状多年冻土，冻土对径流过程也有着不可忽视的影响，但在我国喜马拉雅山一侧冰川冻土水文对气候变化响应的研究却很少。本文选取我国喜马拉雅山一侧唯一具有长期水文气象观测资料的卡鲁雄曲为典型区域，通过Mann-Kendall趋势检验法，Sen坡度估计以及相关统计分析方法，分析了近20年河流水情，并与气候特征结合来探讨径流变化的原因，所得结果对研究青藏高原水文气象过程与我国东南亚乃至全球的天气、气候变化都有一定的指导意义。（1）卡鲁雄曲流域近40年平均气温以0.38℃/10a的趋势上升，高于西藏年均温0.26℃/10a的增长率，更是明显高于同期全国气温增长率（0.40℃/100a）和全球气温增长率（0.3~0.6℃/100a），且极端最高温都出现在20世纪90年代。后十年气温（1994~2003年）比前十年（1983~1993年）升高0.5℃。（2）径流对气候变化的响应最灵敏（一年有8个月的增加趋势通过α=0.05的显著性检验），尤其是秋冬季的径流（α=0.01）。后10年与前10年比较，径流量增加了26%；不同月份径流增加强度不同，10~2月增加了44%，7~9月增加了27%，3~6月增加了24%。（3）受冰川消融和季风降水的影响，不同月份的径流受到的影响因素不同；但存在共性，即气温对径流起着积极主导作用，而降水对径流的影响则具有不确定性；根据已有资料建立了消融期（4~10月）置信度超过95%的径流与气候要素的统计方程，可进行未来情景预测。并采用未来不同气候情景（α=0.02℃/a或α=0.052℃/a），根据已建立的统计方程，得出2050年和2100年可能的径流变化，发现5月和10月的径流增加最多。（4）非消融期（11~3月）径流有不同程度的涨幅，突变发生在1990年左右。1月份增加最明显，后10年比前10年增加了67%。遥相关分析表明1月份径流与7~12月径流有通过95%显著性检验的相关性，前期月份共同作用使径流变化更显著，这是冻土区所特有的。（5）SRM在卡鲁雄曲流域的模拟结果比较理想，说明SRM融雪径流模型在冰川区域同样适用；并且通过情景预测，在气温上升1℃的情况下，模拟的径流没有明显提前，但流域径流量整体明显增大。
Abstract：The Karuxung catchment is a typical area and unique with a long term observations in the Tibet-Himalayas since 1983.The altitude of the basin varies widely from about 4,550 m to 7,200 m.Owing to high elevation, the alpine permafrost covers about 60% of the drainage area, which limit line is 5,100 m, above which underlay permafrost and below is seasonally frozen ground.Water supply of the Karuxung watershed is mainly from melt water and rainfall;therefore climate warming and precipitation increasing both have positive impacts to runoff.Mann-Kendall trend analysis, the Sen’s slope estimate and correlation analysis were employed to analyze data from Wengguo hydrometric station and Langkazi meteorological station.The results indicated that runoff, air temperature, precipitation and evaporation all have pictured significantly upward trends.Of which runoff change was the most sensitive to climate change, especially during fall and winter.It was concluded that a great number of trends were observed than were expected to occur by chance.In recent 20 years, the annual mean temperature has increased dramatically with a speed of 0.34℃ every 10 years, which was higher than the speed of Tibet region which was 0.26℃ every 10 year, and the extremely high temperature all appeared in the 1990s.For the air temperature, it in the pre-10 years was higher with 0.5℃ than that of the post-10 years, whereas the runoff has increased 26%.Different periods have different growth extent, it during October to February has increased 44%, July to September has increased 27%, and March to June has increased 24%.During ablation period, the runoff change was affected mostly by climate change from April to June, whereas the runoff was affected by air temperature and precipitation jointly when monsoon came, and the precipitation influenced the runoff with uncertainty.During non-ablation period, runoff change was more obviously as it was influenced by former months;the key supply was baseflow.The results indicated that the runoff in cold season all have figured out significantly increasing extents, of which runoff change in January was the greatest about 67%.Furthermore, the runoff in January had close correlations with the runoff from July to December at a significance level of 95%.Therefore, the runoff change in cold season was caused by the former months jointly, which was a characteristic of the permafrost effect.SRM was applied to the Karuxung watershed, and showed a very good result.In a warmer scenario with 1℃ increased daily air temperature, the runoff peak did not move forward, but the mount was enlarged.
第三篇：美国上市公司典型财务舞弊案例研究（小编推荐）
美国上市公司典型财务舞弊案例研究
一、财务舞弊与美国上市公司如影随形
作为世界上财务监管最为完善的国家，美国一直都是世界各国学习的榜样。但安然、世通等世纪丑闻发生后，世界开始用全新的眼光审视美国的上市公司。事实上，美国上市公司在财务上傲手脚并非从安然才开始的，美国上市公司的舞弊丑闻在华尔街算不上新闻，只是这些舞弊事件在影响上逊于安然、世通等巨无霸公司，所以没有引起媒体的广泛关注。在安然事件前，美国投资者对美国上市公司的财务数据一直持保留态度，因为华尔街频频爆出财务舞弊丑闻。以下撷取美国上市公司近10年中的几个典型舞弊案例。
二、美国上市公司典型舞弊案及特征
（一）从存货做文章
存货项目因其种类繁多并且具有流动性强、计价方法多样的特点，所以存货高估构成资产计价舞弊的主要部分。美国法尔莫公司利用存货舞弊的手法比较典型。法尔莫公司是位于美国俄亥俄州的一家连锁药店。法尔莫的发展速度远超同行，在十几年的发展历程中，法尔莫从一家药店发展到全国300余家药店。但这一切辉煌都是建立在通过存货资产造假来制造虚假利润的基础上，法尔莫公司的舞弊行为最终导致了破产。
法尔莫公司的创始人莫纳斯是一个雄心勃勃的人。为了把他的小店扩展到全国，他实施的策略是通过提供大比例折扣来销售商品。莫纳斯把并不盈利且未经审计的药店报表拿来后，用笔为其加上并不存在的存货和利润，这种夸张的造假让他在一年之内骗得了足够收购8家药店的资金。
在长达10年的过程中，莫纳斯精心设计、如法炮制，制造了至少5亿美元的虚假利润。法尔莫公司的财务总监对于低于成本出售商品的扩张方式提出质疑，但是莫纳斯坚持认为只要公司发展得足够大就可以掩盖住一切。所以，在多年中，法尔莫公司都保持了两套账簿，一套应付外部审计，一套反映真实情况。
法尔莫公司的财务魔术师们造假手法是：他们先将所有的损失归入一个所谓的“水桶账户”，然后再将该账户的金额通过虚增存货的方式重新分配到公司的数百家成员药店中。他们仿造购货发票、制造增加存货并减少销售成本的虚假记账凭证、确认购货却不同时确认负债、多计或加倍计算存货的数量。
财务部门之所以可以隐瞒存货短缺是因为注册会计师只对300家药店中的4家进行了存货监盘，而且他们会提前数月通知法尔莫公司他们将检查哪些药店。管理人员随之将那4家药店堆满实物存货，而把那些虚增的部分分配到其余的296家药店。如果不进行会计造假，法尔莫公司实际早已破产。
审计机构为他们的不够谨慎付出了沉重的代价。这项审计失败使会计师事务所在民事诉讼中损失了3亿美元。而对于法尔奠公司来说，不可避免是一场牢狱之灾。财务总监被判33个月的监禁，莫纳斯本人则被判入狱5年。
（二）利用并购机会操纵“准备”科目
泰科公司始创于1960年，1973年，泰科在纽约证交所上市。泰科的经营机构遍布100多个国家，雇佣了26万员工，2003年营业额超过300亿美元。
从1999起的三年时间里，泰科兼并了数百家公司，并购价格将近300亿美元。对于这些收购兼并，泰科采用购买法予以反映。按照美国公认会计原则（gaap）的规定，采用购买法时，被兼并企业在购买日后实现的利润才可与购买方的利润合并。同样，被兼并企业在购买日前发生的损失，也不需要纳入购买方的合并范围。基于这一规定，泰科开始玩起了一个个“财务游戏”。被泰科兼并的公司都有一个共同特点：被兼并公司合并前的盈利状况往往出现异常的大幅下降，而在合并后盈利状况迅速好转。其实，这些被兼并公司合并完成前后盈利异常波动主要是各种“准备”科目的贡献：合并前对各类费用和减值准备过度计提，合并后逐步释放出各类准备。这样的弄虚作假行为被泰科的高管人员美其名日“财务工程”。
以泰科并购amp公司为例，泰科于1998年底开始对amp公司进行收购，收购于1999年初完成。amp公司1998年的第四季度息税前利润为8500万美元，可是到了1999年第一季度（合并完成的前一季度），却突然下降为－1200万美元，而到了1999年第二季度（合并完成后的第一个季度），又迅速增至24500万美元。利润大幅增长的原因就在于1999年第一季度计提了巨额的存货减值准备，提前“释放”了本应属于1999年第二季度的销售成本。
舞弊事件曝光后，泰科的首席执行官被逮捕，将面临多年的牢狱之灾。另外，泰科撤换了60多名高管人员，包括首席财务官、法律总顾问、财务总监以及人力资源总监等等，此外泰科还撤换了整个董事会。
（三）模糊资本性资产和费用性支出的界限
美国废品管理公司是世界上最大的垃圾处理公司，由狄恩l班特若克和韦恩？休真格于1968年创立，1971年在纽约证券交易所上市。该公司营业收入从1971年的1600万美元增长到1991年的75000万美元，平均年收入增长率为36%。其快速成长的法宝之一是在资产摊销上的“保守”，模糊资本性资产和费用性支出的界限，以制造虚拟资产。
自1989年起，废品管理公司通过所谓的“净账面价值法”，将部分已经建成并交付使用垃圾掩埋场的利息费用继续资本化。审计机构发现这一问题后，要求废品管理公司予以更正。废品管理公司承诺从1994年1月1日起予以更正，但到了1994年管理当局发现，如果采用审计机构提出的资本化方法，废品管理公司每年都得报告约2500万美元的利息费用，这意味着1989至1994年期间，不恰当的资本化利息费用累计已经高达1.5亿美元。废品管理公司决定从1995年开始采用符合审计机构要求的资本化方法，但事实上，废品管理公司不仅在对外报送的财务报表中没有披露这些内幕，而且直至1997年仍在运用“净账面价值法”，继续将本应计人期间费用的利息费用资本化为在建工程或固定资产。
其他不适当的资本化处理方法还包括将系统开发费用、管理费用、财产保险费用资本化。而且，资本化后的系统开发费用和财产保险费用又被武断地按照特别“经久耐用”的假设摊销，如对公司的两大系统按照10至20年摊销，财产保险费则一律按15年期限摊销。审计机构在1991年及随后年份再三地将上述摊销分录列为审计调整分录，并要求废品管理公司考虑技术发展造成系统贬值等因素，尽早冲销这些“虚拟资产”，但废品管理公司每年都拒绝调整。
事后调查表明，1992～1996年期间，废品管理公司累计将1.92亿美元的利息费用资本化，在夸大了利润总额的同时，也高估了在建工程和固定资产的价值。
（四）虚构收入
斯克鲁西是美国理疗业的灵魂人物。他创造性地提出将理疗从医院中独立出来运作的诊所运营模式。从上世纪90年代至2002年，南方保健在全球拥有了1229家诊所，成为全美最大的保健服务商。
从1997年开始，发展走入瓶颈的南方保健开始对会计账目进行造假，操纵经营利润和资产负债表。在斯克鲁西的领导下，南方保健的高管人员每个季度末都要开会，商讨会计造假事宜，他们亲切地称这种独特的会议为“家庭会议”，与会者被尊称为“家庭成员”。经过调查，南方保健的造假手法开始浮出水面。南方保健使用的最主要的造假手段是一种称为“契约调整”的手法。
“契约调整”是一个收入备抵账户，用于估算南方保健向病人投保的医疗保险机构开出的账单与医疗保险机构预计将支付的账款之间的差额，营业收入总额减去“契约调整”的借方余额，作为营业收入净额反映在南方保健的收益表上。由于“契约调整”是一个需要大量估计和判断的账户，南方保健便利用这一特点，通过毫无根据地贷记“契约调整”账户，虚增收入。为了不使虚增的收入露出破绽，南方保健又专门设立了对应的“ap汇总”账户，用以记录与“契约调整”相对应的资产增加额。在5年中，南方保健通过凭空贷记“契约调整”的手法，虚构了近25亿美元的利润总额，虚构金额为实际利润的247倍；虚增资产总额15亿美元。为掩饰会计造假，南方保健动员了几乎整个高管层，共同对付外部审计机构。南方保健的会计人员对审计机构审查各个报表科目所用的“重要性水平”了如指掌，并千方百计将造假金额化整为零，确保造假金额不超过外部审计机构确定的“警戒线”。
（五）利用会计截期
美国女王真空吸尘器公司是一家上市公司，以生产耐用的吸尘器著称，唐希兰先生是该吸尘器公司的首席执行官。当初为了获取该公司的控股权，希兰先生不惜抵押了其所有的私人资产，以获得巨额借款用于购买女王公司的股票。不懂吸尘器行业的希兰及其管理小组武断地认定开发新一代真空吸尘器才是大幅提高利润的最佳途径。
为了筹措新生产线的资金，希兰先生授意财务经理去人为地夸大几个季度的利润从而使股票价格上涨，再用股价上涨抛售部分股票的方法产生资金。财务经理选择了在销售和费用的截期上玩花样。他指示销售经理将期后的销售发票提前到会计结束前开，嘱咐仓库将货物的发运提前，并同时编造大量的非法分录以掩盖造假举动。此外，他还将积存的商品发运他处，视之为销售记入销售收入；将未付的帐单锁在橱柜里不确认负债。希兰通过他的方案得到了急需的现金流。由于公司从未在期后冲销虚假的销售，审计人员并未发现该公司的造假行为。
新一代的真空吸尘器销售业绩飚升，利润飞涨。然而好景不长，不久消费者们发现吸尘器的质量存在严重问题并要求退货，其幕后原因是希兰贪婪地追求利润以至于强吸尘器原先坚实的金属部分替换成了塑料装配，从而导致产品不耐热。于是，最初的利润转变为狂怒的抱怨声，仓库开始没有空间存放退回的产品。后来，公司不得不租用了较远的仓库存放退回的产品并销毁所有反应退货的记录，以此来蒙蔽审计人员。由于产品的口碑极差，公司的名声一落千丈，销售严重滑坡。巨额的销售退回和销售额的锐减给希兰和财务经理带了极大的压力，面对索要额外信息的审计人员，他们最终在律师的建议下主动认罪。
女王公司的舞弊行为使投资者和债权人遭受了4000万美元的损失，公司也宣布倒闭。
此外，希兰先生也被判一年有期徒刑并附带数百万的赔偿。
（六）滥用重大性概念
美国在线从2000年第四季度起，广告收入逆转，比1999年同期下降了7%，美国在线内部文件表明美国在线2000面临着失去1.08亿美元在线广告收入的风险，而整个2001年将失去1.4亿美元的在线广告收入，对这些情况，美国在线并未披露。美国在线利用“重大性”概念打起了擦边球，本质上也属于恶意舞弊。美国在线声明没有披露的理由是“这些收入只占全部营业收入约3%的比例，因此没有必要批露”。
重大性概念很容易被一些公司滥用。所谓“重大性”，有时标准是很难掌握的，但有一个标准就是“不能欺骗和误导投资者，不能让投资者基于此作出错误判断”。如美国在线没有披露广告收入的下降，尽管只占全部收入的一小部分，但已经影响了投资者对于美国在线的预期。
三、美国上市公司舞弊案之启示
从美国上市公司众多舞弊案例可以看出，美国虽然属于各项机制相对健全国家，但仍然不能完全防范上市公司的舞弊，一方面因为舞弊手法的高明和隐蔽，另一方面还由于现代会计核算的复杂性为舞弊的发生提供了空间。我国德隆舞弊案也属于高技术含量的舞弊犯罪，其舞弊手法运用了关联企业担保、交易等复杂方式。外部审计机构在千头万绪的账目中很难理出头绪，有时很容易被企业的一面之词所蒙蔽。
无论是国外还是国内的上市公司，舞弊的动机概莫能外的都是出于股价和利益的诱惑。舞弊的动因主要有目标激进、盲目扩张、上市保壳和圈钱谋利等。如果企业在发展过程中习惯确立不切实际的目标，在无法实现时便会倾向采取操纵财务报告，粉饰财务指标的方式来“实现目标”。所以，企业的发展要循序渐进，多在经营“业务”上下功夫，少在经营“财务”上花心思，通过财务舞弊寻找发展“捷径”找到的只能是一条最远的路。
第四篇：实验一 典型环节的模拟研究
实验一典型环节的模拟研究
一、实验目的
1.熟悉THBDC-1型控制理论实验平台及“THBDC-1”软件的使用； 2.熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；
3.测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。
二、实验设备
1.THBDC-1型控制理论实验平台；
2.PC机一台(含“THBDC-1”软件)、USB数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB接口线；
三、实验内容
1.设计并组建各典型环节的模拟电路；
2.测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响；
四、实验原理
自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析十分有益。
本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，其原理框图 如图1-1所示。图中Z1和Z2表示由R、C构成的复数阻抗。
1.比例（P）环节
比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化。图1-1 它的传递函数与方框图分别为：
U(S)G(S)OK
Ui(S)
2.积分（I）环节图1-2
积分环节的输出量与其输入量对时间的积分成正比。它的传递函数与方框图分别为：
U(S)1 G(s)OUi(S)Ts
设Ui(S)为一单位阶跃信号，当积分系数为T时的响应曲线如图1-3所示。
图1-3
当Ui(S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K时的响应曲线如图1-2所示。3.比例积分(PI)环节
比例积分环节的传递函数与方框图分别为：
G(s)UO(S)R2CS1R21R21(1)Ui(S)R1CSR1R1CSR1R2CS其中T=R2C，K=R2/R1
设Ui(S)为一单位阶跃信号，图1-4示出了比例系数(K)为
1、积分系数为T时的PI输出响应曲线。
图1-4 4.比例微分(PD)环节
比例微分环节的传递函数与方框图分别为：
G(s)K(1TS)R2(1R1CS)其中KR2/R1,TDR1C R1
设Ui(S)为一单位阶跃信号，图1-5示出了比例系数(K)为
2、微分系数为TD时PD的输出响应曲线。
图1-5
5.比例积分微分(PID)环节
比例积分微分(PID)环节的传递函数与方框图分别为：
1G(s)KpTDS
TIS其中KpR1C1R2C2，TIR1C2，TDR2C1
R1C2(R2C2S1)(R1C1S1)
R1C2SRCR1C1122R2C1S
R1C2R1C2S设Ui(S)为一单位阶跃信号，图1-6示出了比例系数(K)为
1、微分系数为TD、积分系数为TI时PID的输出。
图1-6 6.惯性环节
惯性环节的传递函数与方框图分别为：
G(s)UO(S)KUi(S)TS1当Ui(S)输入端输入一个单位阶跃信号，且放大系数(K)为
1、时间常数为T时响应曲 线如图1-7所示。
图1-7
五、实验步骤
1.比例（P）环节
根据比例环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元(U12、U6)设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。
R2R0R0uiR1-++-++uo图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。
电路中的参数取：R1=100K，R2=100K时，比例系数K=1。电路中的参数取：R1=100K，R2=200K时，比例系数K=2。
当ui为一单位阶跃信号时，用“THBDC-1”软件观测(选择“通道1-2”，其中通道AD1接电路的输出uO；通道AD2接电路的输入ui)并记录相应K值时的实验曲线，并与理论值进行比较。
另外R2还可使用可变电位器，以实现比例系数为任意设定值。
注：①实验中注意“锁零按钮”和“阶跃按键”的使用，实验时应先弹出“锁零按钮”，然后按下“阶跃按键”。具体请参考附录“硬件的组成及使用”相关部分。
②为了更好的观测实验曲线，实验时可适当调节软件上的分频系数(一般调至刻度2)和选择“”按钮(时基自动)，以下实验相同。
2.积分（I）环节
根据积分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元(U12、U6)设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。
图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。
电路中的参数取：R=100K，C=10uF(T=RC=100K×10uF=1)时，积分时间常数T=1S； 电路中的参数取：R=100K，C=1uF(T=RC=100K×1uF=0.1)时，积分时间常数T=0.1S； 当ui为单位阶跃信号时，用“THBDC-1”软件观测并记录相应T值时的输出响应曲线，并与理论值进行比较。
注：由于实验电路中有积分环节，实验前一定要用“锁零单元”对积分电容进行锁零。3.比例积分(PI)环节
根据比例积分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元(U12、U6)设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。
图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。
电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=10uF(K= R2/ R1=1,T=R2C=100K×10uF=1S)时，比例系数K=
1、积分时间常数T=1S；
电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=1uF(K= R2/ R1=1,T=R2C=100K×1uF=0.1S)时，比例系数K=
1、积分时间常数T=0.1S。
注：通过改变R2、R1、C的值可改变比例积分环节的放大系数K和积分时间常数T。当ui为单位阶跃信号时，用“THBDC-1”软件观测并记录不同K及T值时的实验曲线，并与理论值进行比较。
4.比例微分(PD)环节
根据比例微分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元(U12、U6)设计并组建其模拟电路，如下图所示。
图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。
电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=1uF(K= R2/ R1=1,T=R1C=100K×1uF=0.1S)时，比例系数K=
1、微分时间常数T=0.1S；
电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=10uF(K= R2/ R1=1,T=R1C=100K×10uF=1S)时，比例系数K=
1、微分时间常数T=1S；
当ui为一单位阶跃信号时，用“THBDC-1”软件观测(选择“通道3-4”，其中通道AD
3CR0R0uiR-++-++uo接电路的输出uO；通道AD4接电路的输入ui)并记录不同K及T值时的实验曲线，并与理论值进行比较。
注：在本实验中“THBDC-1”软件的采集频率设置为150K，采样通道最好选择“通道3-4(有跟随器，带负载能力较强)”
5.比例积分微分(PID)环节
根据比例积分微分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元(U12、U6)设计并组建其相应的模拟电路，如下图
图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。
电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C1=1uF、C2=1uF(K=(R1 C1+ R2 C2)/ R1 C2=2,TI=R1C2=100K×1uF=0.1S，TD=R2C1=100K×1uF=0.1S)时，比例系数K=
2、积分时间常数TI =0.1S、微分时间常数TD =0.1S；
电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C1=1uF、C2=10uF(K=(R1 C1+ R2 C2)/ R1 C2=1.1,TI=R1C2=100K×10uF=1S，TD=R2C1=100K×1uF=0.1S)时，比例系数K=1.1、积分时间常数TI =1S、微分时间常数TD =0.1S；
当ui为一单位阶跃信号时，用“THBDC-1”软件观测(选择“通道3-4”，其中通道AD3接电路的输出uO；通道AD4接电路的输入ui)并记录不同K、TI、TD值时的实验曲线，并与理论值进行比较。
注：在本实验中“THBDC-1”软件的采集频率设置为150K，采样通道最好选择“通道3-4(有跟随器，带负载能力较强)”
6.惯性环节
根据惯性环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元(U12、U6)设计并组建其相应的模拟电路，如下图所示。
图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。
电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=10uF(K= R2/ R1=1,T=R2C=100K×10uF=1)时，比例系数K=
1、时间常数T=1S。
电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=1uF(K= R2/ R1=1,T=R2C=100K×1uF=0.1)时，比例系数K=
1、时间常数T=0.1S。
通过改变R2、R1、C的值可改变惯性环节的放大系数K和时间常数T。
当ui为一单位阶跃信号时，用“THBDC-1”软件观测并记录不同K及T值时的实验曲线，并与理论值进行比较。
7.根据实验时存储的波形及记录的实验数据完成实验报告。
六、实验报告要求
所示。1.画出各典型环节的实验电路图，并注明参数。2.写出各典型环节的传递函数。
3.根据测得的典型环节单位阶跃响应曲线，分析参数变化对动态特性的影响。
七、实验思考题
1.用运放模拟典型环节时，其传递函数是在什么假设条件下近似导出的？
2.积分环节和惯性环节主要差别是什么？在什么条件下，惯性环节可以近似地视为积分环节？而又在什么条件下，惯性环节可以近似地视为比例环节？
3.在积分环节和惯性环节实验中，如何根据单位阶跃响应曲线的波形，确定积分环节和惯性环节的时间常数？
4.为什么实验中实际曲线与理论曲线有一定误差？
5、为什么PD实验在稳定状态时曲线有小范围的振荡？
实验二二阶系统的时域响应
一、实验目的
1.通过实验了解参数(阻尼比)、n(阻尼自然频率)的变化对二阶系统动态性能的影响； 2.掌握二阶系统动态性能的测试方法。
二、实验设备 同实验一。
三、实验内容
=1和>1三种情况下的单位阶跃响应曲线； 1.观测二阶系统的阻尼比分别在0<<1，2.调节二阶系统的开环增益K，使系统的阻尼比1，测量此时系统的超调量%、2调节时间ts(Δ= ±0.05)；
3.为一定时，观测系统在不同n时的响应曲线。
四、实验原理
1.二阶系统的瞬态响应
用二阶常微分方程描述的系统，称为二阶系统，其标准形式的闭环传递函数为
2nC(S)
(2.1)22R(S)S2nSn2闭环特征方程：S22nn0
其解S1,2nn1，针对不同的值，特征根会出现下列三种情况： 1）0<<1（欠阻尼），S1,2njn122
此时，系统的单位阶跃响应呈振荡衰减形式，其曲线如图2-1的(a)所示。它的数学表达式为：
C(t)1112entSin(dt)2式中dn1，tg112。
2）1（临界阻尼）S1,2n
此时，系统的单位阶跃响应是一条单调上升的指数曲线，如图2-1中的(b)所示。3）1（过阻尼），S1,2nn1
此时系统有二个相异实根，它的单位阶跃响应曲线如图2-1的(c)所示。
(a)欠阻尼(0<<1)(b)临界阻尼(1)
(c)过阻尼(1)
图2-1 二阶系统的动态响应曲线
虽然当=1或>1时，系统的阶跃响应无超调产生，但这种响应的动态过程太缓慢，故控制工程上常采用欠阻尼的二阶系统，一般取=0.6~0.7，此时系统的动态响应过程不仅快速，而且超调量也小。
2.二阶系统的典型结构
典型的二阶系统结构方框图如图2-2，模拟电路图如图2-3所示。
图2-2 二阶系统的方框图
图2-3 二阶系统的模拟电路图（电路参考单元为：U7、U9、U11、U6）
图2-3中最后一个单元为反相器。由图2-3可得其开环传递函数为：
G(s)RXkK，其中：K1，k1(T1RXC，T2RC)
RS(T1S1)T2KT1其闭环传递函数为：W(S)
1KS2ST1T1与式2.1相比较，可得
nk111，T1T2RC2T2R k1T12RX
五、实验步骤
根据图2-3，选择实验台上的通用电路单元设计并组建模拟电路。1.n值一定时，图2-3中取C=1uF，R=100K(此时n10)，Rx阻值可调范围为0～470K。系统输入一单位阶跃信号，在下列几种情况下，用“THBDC-1”软件观测并记录不同值时的实验曲线。
1）当可调电位器RX=250K时，=0.2，系统处于欠阻尼状态； 2）若可调电位器RX=70.7K时，=0.707，系统处于欠阻尼状态； 3）若可调电位器RX=50K时，=1，系统处于临界阻尼状态； 4）若可调电位器RX=25K时，=2，系统处于过阻尼状态。
2.值一定时，图2-4中取R=100K，RX=250K(此时=0.2)。系统输入一单位阶跃信号，在下列几种情况下，用“THBDC-1”软件观测并记录不同n值时的实验曲线。
1）若取C=10uF时，n1；
2）若取C=0.1uF（将U7、U9电路单元改为U10、U13）时，n100。
注：由于实验电路中有积分环节，实验前一定要用“锁零单元”对积分电容进行锁零。
六、实验报告要求
1.画出二阶系统线性定常系统的实验电路，并写出闭环传递函数，表明电路中的各参数； 2.根据测得系统的单位阶跃响应曲线，分析开环增益K和时间常数T对系统的动态性能的影响。
七、实验思考题
1.如果阶跃输入信号的幅值过大，会在实验中产生什么后果？ 2.在电路模拟系统中，如何实现负反馈和单位负反馈？ 3.为什么本实验中二阶系统对阶跃输入信号的稳态误差为零？
实验三高阶系统的瞬态响应和稳定性分析（设计性实验）
一、实验目的
1.通过实验，进一步理解线性系统的稳定性仅取决于系统本身的结构和参数，它与外作用及初始条件均无关的特性；
2.研究系统的开环增益K或其它参数的变化对闭环系统稳定性的影响。
二、实验设备 同实验一。
三、实验内容
观测三阶系统的开环增益K为不同数值时的阶跃响应曲线； 研究三阶系统的稳定性。
四、实验原理
三阶及三阶以上的系统统称为高阶系统。一个高阶系统的瞬态响应是由一阶和二阶系统的瞬态响应组成。控制系统能投入实际应用必须首先满足稳定的要求。线性系统稳定的充要条件是其特征方程式的根全部位于S平面的左方。应用劳斯判据就可以判别闭环特征方程式的根在S平面上的具体分布，从而确定系统是否稳定。
本实验是研究一个三阶系统的稳定性与其参数Ｋ对系统性能的关系。三阶系统的方框图和模拟电路图如图3-
1、图3-2所示。
图3-1 三阶系统的方框图
图3-2 三阶系统的模拟电路图（电路参考单元为：U7、U8、U9、U11、U6）
图3-1对应的系统开环传递函数为：
G(s)K
S(T1S1)(T2S1)S(0.1S1)(0.5S1)K1K2，K11，K2K1K2式中=1s，T10.1S，T20.5S，K510（其中待定电阻RxRX的单位为KΩ），改变Rx的阻值，可改变系统的放大系数K。由开环传递函数得到系统的特征方程为
S312S220S20K0
由劳斯判据得
0 系统稳定 a)不稳定 b)临界 c)稳定 图3-3三阶系统在不同放大系数的单位阶跃响应曲线 五、实验步骤 请自行提出实验步骤，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路。（K值可参考取5，12，20等）。完成实验报告，结合实验提出相应思考题。 K＝12 系统临界稳定 K>12 系统不稳定 其三种状态的不同响应曲线如图3-3的a)、b)、c)所示。实验四线性定常系统稳态误差的研究 一、实验目的 1.通过本实验，理解系统的跟踪误差与其结构、参数与输入信号的形式、幅值大小之间的关系； 2.研究系统的开环增益K对稳态误差的影响。 二、实验设备 同实验一。 三、实验内容 1.观测0型二阶系统的单位阶跃响应和单位斜坡响应，并实测它们的稳态误差； 2.观测I型二阶系统的单位阶跃响应和单位斜坡响应，并实测它们的稳态误差； 3.观测II型二阶系统的单位斜坡响应和单位抛物坡，并实测它们的稳态误差。 四、实验原理 通常控制系统的方框图如图4-1所示。其中G(S)为系统前向通道的传递函数，H(S)为其反馈通道的传递函数。 图4-1 由图4-1求得 E(S)1R(S) 1G(S)H(S) （4.1） 由上式可知，系统的误差E(S)不仅与其结构和参数有关，而且也与输入信号R(S)的形式和大小有关。如果系统稳定，且误差的终值存在，则可用下列的终值定理求取系统的稳态误差： esslimSE(S) s0 （4.2） 本实验就是研究系统的稳态误差与上述因素间的关系。下面叙述0型、I型、II型系统对三种不同输入信号所产生的稳态误差ess。 1．0型二阶系统 设0型二阶系统的方框图如图4-2所示。根据式（4.2），可以计算出该系统对阶跃和斜坡输入时的稳态误差： 图4-2 0型二阶系统的1）单位阶跃输入（R(S)方框图 1）sesslimSS0(10.2S)(10.1S)11 (10.2S)(10.1S)2S32）单位斜坡输入（R(S)1）s2esslimSS0(10.2S)(10.1S)12 (10.2S)(10.1S)2S上述结果表明0型系统只能跟踪阶跃输入，但有稳态误差存在，其计算公式为： essR0，其中KplimG(S)H(S)，R0为阶跃信号的幅值。 S01KP其理论曲线如图4-3(a)和图4-3(b)所示。 图4-3(a) 图4-3(b)2．I型二阶系统 设图4-4为I型二阶系统的方框图。 图4-4 1）单位阶跃输入 1S(10.1S)1E(S)R(S) 1G(S)S(10.1S)10SesslimSS0S(10.1S)10 S(10.1S)10S2）单位斜坡输入 esslimSS0S(10.1S)120.1 S(10.1S)10S这表明I型系统的输出信号完全能跟踪阶跃输入信号，在稳态时其误差为零。对于单位斜坡信号输入，该系统的输出也能跟踪输入信号的变化，且在稳态时两者的速度相等（即uruo1），但有位置误差存在，其值为..VO，其中KVlimSG(S)H(S)，VO为斜坡 S0KV信号对时间的变化率。其理论曲线如图4-5(a)和图4-5(b)所示。 图4-5(a) 图4-5(b)3．II型二阶系统 设图4-6为II型二阶系统的方框图。 图4-6 II型二阶系统的方框图 同理可证明这种类型的系统输出均无稳态误差地跟踪单位阶跃输入和单位斜坡输入。 当输入信号r(t)121t，即R(S)3时，其稳态误差为： 2SS21esslimS230.1 S0S10(10.47s)S当单位抛物波输入时II型二阶系统的理论稳态偏差曲线如图4-7所示。 图4-7 II型二阶系统的抛物波稳态误差响应曲线 五、实验步骤 1.0型二阶系统 根据0型二阶系统的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。 图4-8 0型二阶系统模拟电路图（电路参考单元为：U7、U9、U11、U6） 当输入ur为一单位阶跃信号时，用上位软件观测图中e点并记录其实验曲线，并与理论偏差值进行比较。 当输入ur为一单位斜坡信号时，用上位软件观测图中e点并记录其实验曲线，并与理论偏差值进行比较。 注：单位斜坡信号的产生最好通过一个积分环节(时间常数为1S)和一个反相器完成。2.Ｉ型二阶系统 根据I型二阶系统的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。 图4-9 Ｉ型二阶系统模拟电路图（电路参考单元为：U7、U9、U11、U6）当输入ur为一单位阶跃信号时，用上位软件观测图中e点并记录其实验曲线，并与理论偏差值进行比较。 当输入ur为一单位斜坡信号时，用上位软件观测图中e点并记录其实验曲线，并与理论偏差值进行比较。 3.II型二阶系统 根据II型二阶系统的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建相应的模拟电路，如下图所示。 图4-10 II型二阶系统模拟电路图（电路参考单元为：U7、U9、U10、U11、U6）当输入ur为一单位斜坡(或单位阶跃)信号时，用上位软件观测图中e点并记录其实验曲线，并与理论偏差值进行比较。 当输入ur为一单位单位抛物波信号时，用上位软件观测图中e点并记录其实验曲线，并与理论偏差值进行比较。 注：①单位抛物波信号的产生最好通过两个积分环节(时间常数均为1S)来构造。②本实验中不主张用示波器直接测量给定信号与响应信号的曲线，因它们在时间上有一定的响应误差； ③在实验中为了提高偏差e的响应带宽，可在二阶系统中的第一个积分环节并一个510K的普通电阻。 六、实验报告要求 1.画出0型二阶系统的方框图和模拟电路图，并由实验测得系统在单位阶跃和单位斜坡信号输入时的稳态误差。 2.画出Ⅰ型二阶系统的方框图和模拟电路图，并由实验测得系统在单位阶跃和单位斜坡信号输入时的稳态误差。 3.画出Ⅱ型二阶系统的方框图和模拟电路图，并由实验测得系统在单位斜坡和单位抛物线函数作用下的稳态误差。 4.观察由改变输入阶跃信号的幅值，斜坡信号的速度，对二阶系统稳态误差的影响。并分析其产生的原因。 七、实验思考题 1.为什么0型系统不能跟踪斜坡输入信号？ 2.为什么0型系统在阶跃信号输入时一定有误差存在，决定误差的因素有哪些？ 3.为使系统的稳态误差减小，系统的开环增益应取大些还是小些？ 4.解释系统的动态性能和稳态精度对开环增益K的要求是相矛盾的，在控制工程中应如何解决这对矛盾？ 生产实习课程论文 基于典型相关分析和小波变换的眼电伪迹去除研究 学 院（系）： 电子信息与电气工程学部 专 业： 生物医学工程 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 邱天爽 完 成 日 期： 2013.07.20 目 录 绪论........................................................................................................................................1 1.1 脑电信号处理的意义...............................................................................................1 1.2 去除眼电伪迹方法的进展.......................................................................................1 1.2.1 早期的人工处理............................................................................................1 1.2.2 现代的相关去噪算法....................................................................................1 1.3 wCCA算法的提出...................................................................................................2 2 wCCA算法..........................................................................................................................2 2.1 基于典型相关分析的盲源分离方法.......................................................................2 2.2 小波阈值去噪...........................................................................................................3 2.3 基于 wCCA 的盲源分离方法去除眼电伪迹........................................................3 3 程序说明................................................................................................................................4 3.1 算法流程图...............................................................................................................4 3.2 相关matlab函数......................................................................................................4 3.3 相关参数描述...........................................................................................................4 4 实验结果分析......................................................................................................................6 4.1 仿真结果...................................................................................................................6 4.2 数据比较分析...........................................................................................................7 结 论..................................................................................................错误！未定义书签。 -II-基于典型相关分析和小波变换的眼电伪迹去除研究 绪论 1.1 脑电信号处理的意义 脑电活动首次于1924年被德国精神教授测量并定名为EEG。EEG信号作为一种直接反应大脑内部状态的生物电信号，其中蕴含了大量的心理、生理和病理信息。目前被广泛运用于神经心理学、大脑意识及认知、脑部疾病的诊治、脑机接口等诸多研究领域中。 与EEG信号研究紧密关系的另一种典型技术为脑机接口技术BCI，BCI可以完全不依赖于外围神经核肌肉的参与，直接实现人与计算机之间或外部环境之间的通信。BCI一般可以分为以自发脑电信号的BCI系统和使用命令的转换算法。BCI系统可以使有运动障碍的人通过EEG信号来与外界进行交流。提高BCI系统有效性的另一个重要手段就是提高采集到的微弱的EEG信号的信噪比。脑电信号一般通过放置于大脑头皮的电极进行采集，但是实际采集到的脑电信号非常微弱，只有微伏极。由于脑电信号是一种易变的非平稳信号，其在采集过程当中，会不可避免地混入非脑神经组织产生的各种伪迹信号，如眼电（眨眼或眼动），它的幅度比脑电信号大好几倍，所以如何对脑电信号进行预处理、去除各种伪迹成分，并从中提取出有效的脑电信号成分，是各国研究者关注的重要问题，具有重大的理论和实践意义。 1.2 去除眼电伪迹方法的进展 1.2.1 早期的人工处理 在早期，意思和研究者通过实验控制来处理无关的电生理伪迹成分，比如让患者和被试者避免或者减少眨眼、眼动、吞咽以及四肢运动等，这样会添加附加的实验任务，并且不易于控制，如当患者或被试者为儿童时，比较难以控制，因而会影响实验效果。 一般情况下，EEG信号伪迹去除的通用方法是去除含有伪迹成分的EEG信号【片断。比如，识别眼电伪迹（主要包括眨眼和眼动伪迹），通常通过检测眼电导联记录的电平超过一定的固定阈值，其他的伪迹成分或干扰的检测可以通过人工标记并去除，去除含有伪迹成分的EEG片断必然会引起有效的EEG信号成分的大量损失。比如识别人物当中的眨眼可能就是识别任务的一种反应，若剔除就可能导致重要信息的丢失，另外，对于一些病人来说，剔除被污染的脑电数据就意味着病情的漏诊。 1.2.2 现代的相关去噪算法 自适应滤波法。自适应滤波器可以自动调节参数，在设计时无需任何关于信号和噪声的先验统计知识，在信号和噪声的先验知识未知的情况下，可以采用自适应滤波方法来去除噪声。 –1– 基于典型相关分析和小波变换的眼电伪迹去除研究 小波变换方法是20世纪80年代中期发展起来的一种时域分析方法。传统的傅里叶分析方法在处理平稳信号方面具有显著优势，经过其变换的信号具有最大的频率分辨率，但是不具备时空定位信息，而小波变换由于其窗口可以根据频率分辨率的高低的而进行自适应调节，从而具有多分辨特性，小波变换在低频部分具有较高的频率分辨率和较低时间分辨率。而在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率，这种多尺度特性适合于分析生物医学信号等非平稳信号。 盲源分离是信号处理领域一个新的研究热点，它尝试在源信号和传输系统特性均未知的情况下对混合信号进行分离。盲源分离法将伪迹成分和EEG信号分解成不同的源信号成分，通过将与伪迹有关的源信号成分置零，可以得到去除伪迹后的信号。盲源分离问题可以采用许多不同的算法以及原则来估计源信号成分，通常采用基于二阶统计量和高阶统计量的方法来实现盲源分离。 1.3 wCCA算法的提出 针对脑电信号中眼电伪迹去除尚存在的问题，提出一种基于典型相关分析与小波变换的(wavelet-enhanced canonical correlation analysis, wCCA)自动去除眼电伪迹的算法。 首先，充分利用脑电信号和眼电伪迹的空间分布特征，将基于典型相关分析的盲源分离算法以一种全新的方式应用于混合信号中，从而保证典型相关分析分解得到的第一个典型相关变量（即左右脑区之间的最公共成分），就是与眼电伪迹相关的分量。其次为了恢复泄漏在该伪迹分量中的脑电成分，对伪迹分量进行小波阈值去噪，仅将小波系数高于某一阈值的分量置零。与其他三种基于盲源分离去除眼电伪迹的方法相比较，该方法在有效地自动去除眼电伪迹的同时，很好地保留了潜在的脑电信号。wCCA算法 2.1 基于典型相关分析的盲源分离方法 讨论相关关系常用的一种方法是讨论第一组每个变量和第二组中每个变量的相关，得到pq个相关系数，用这些相关系数反映两组变量的关系。但这样做是不够的，既繁琐，又抓不住要领。另外一种方法类似于主分量分析，对每组变量做一个线性组合，称其为这组变量的综合变量，然后研究两组综合变量的相关，通过少数几个综合变量来反映两组变量的相关性质，这样可以抓住它们的主要关系，而且又简明。因此典型相关分析揭示了两组变量之间的内在关系，更深刻的反映了这两组随机变量之间的线性相关情况。综合变量对间的相关强弱程度不同，就形成了不同的典型相关对.在实际中，往往只需重点研究相关关系较大的几对典型变量，因为它们反映了两组变量间相互关系的绝大部分信息。这就是典型相关分析的主要思想。 –2– 基于典型相关分析和小波变换的眼电伪迹去除研究 假设X和Y是两组观测信号。典型相关分析寻找X和Y的线性组合,即： u wx...wxwTXx11xkkxvwy1y1...wykykwTyY使得产生的新变量u和v之间的相关程度最大。 2.2 小波阈值去噪 典型相关分析分解出的伪迹分量中还含有少量的高频脑电成分，若将该分量完全置零可能会造成感兴趣脑电成分的损失，故需要进一步恢复泄漏在伪迹分量中的脑电成分。小波阈值去噪是同时基于时空域和频率的去噪方法。经过CCA 分解得到的伪迹分量中，眼电成分的能量在小波域集中在一些大的小波系数中，而脑电成分的能量却分布于整个小波域内。因此经过小波分解后，伪迹成分的小波系数幅值要大于脑电成分的小波系数幅值。对伪迹分量进行小波阈值去噪，将小波系数高于某一阈值的分量置零，这样可以把大部分脑电成分对应的小波系数保留，而将伪迹成分系数置零。 2.3 基于 wCCA 的盲源分离方法去除眼电伪迹 由电极采集到的脑电信号是由不同来源的脑电和伪迹叠加而成的。不同的脑电信号在头皮上分布的区域是不同的，不同脑区采集到的脑电信号是不同的。另一方面，由于大脑是电的良导体，眼电信号从前额处后向传播，遍历整个头部。充分利用脑电信号和眼电伪迹空间分布特点的不同，本文将CCA 算法以一种全新的方式应用于混合信号中，令X(t)为左侧脑区的脑电信号，Y(t)为右侧脑区的脑电信号。同时将垂直眼电信号分别加入到X(t)和Y(t)中，来提高得到的第一个典型相关变量中伪迹成分的百分比。CCA 分解得到的第一对典型相关变量之间的相关性最大，故该分量可以认为是X(t)和Y(t)之间最公共成分，即左右脑区之间最公共成分。而该成分是由与伪迹相关及少量高频脑电成分构成的。借助于这种方式的CCA，巧妙的回避了基于盲源分离方法中面临的伪迹成分人工识别的问题。当然若将该伪迹分量全部置零再重构的话，会造成其中脑电成分的损失。为此，可利用小波阈值去噪来去除该伪迹分量中眼电成分，保留脑电成分。 –3– 基于典型相关分析和小波变换的眼电伪迹去除研究 程序说明 3.1 算法流程图 3.2 相关matlab函数 本程序主要用的的函数有waverec 小波重构函数、wavedec小波分解函数、appcoef 低频分量（尺度系数）提取函数、detcoef高频分量（小波系数）提取函数 3.3 相关参数描述 X1--------------------------将FP1、F3、C3、O1、垂直眼电信号组合作为一路5×1000 Y1------------------------将FP2、F4、C4、O2、垂直眼电信号组合作为一路5×1000 A、B----------------------分别为X1与Y1每一行的均值为5×1的矩阵 X、Y-----------------------经中心化处理的X1和Y1信号 WX、Wy----------------------由CAA算法处理得到的特征向量 u1、v1----------------------由典型相关向量得到的典型相关变量 C1、C2、L1、L2--------------由小波分解得到的小波解向量和相应的记录长度 cA5 c1A5--------------------u v 的尺度系数（由函数appcoef得到的低频分量） –4– 基于典型相关分析和小波变换的眼电伪迹去除研究 cD1、cD2、cD3、cD4、cD5、c1D1、c1D2、c1D3、c1D4、c1D5----------------------------由detcoef得到的u、v各层小波系数 k1~k6、p1~p6----------------各个低频阈值和高频阈值 U、V-----------------------经小波重构得到的信号 x1、y1-----------------------别对两路信号中的第一行处理后得到的信号 –5– 基于典型相关分析和小波变换的眼电伪迹去除研究 实验结果分析 4.1 仿真结果 FP1与FP2两路信号的处理前后结果对比图 5000-***0FP1电极处处理前信号10005000-***0FP2电极处处理前信号1000500500wCCA0-***0FP1电极处处理后信号1000wCCA0-***0FP2电极处处理后信号1000 F3与F4两路信号的处理前后结果对比图 5000-5000500F3电极处处理前信号10005000-5000500F4电极处处理前信号1000500500wCCA0-5000 wCCA500F3电极处处理后信号10000-5000500F4电极处处理后信号1000 –6– 基于典型相关分析和小波变换的眼电伪迹去除研究 C3与C4两路信号的处理前后结果对比图 5000-***0C3电极处处理前信号10005000-***0C4电极处处理前信号1000500wCCA500wCCA0-***0C3电极处处理后信号10000-***0C4电极处处理后信号1000 O1与O2两路信号的处理前后结果对比图 50050000-***0O1电极处处理前信号1000-***0O2电极处处理前信号1000500500wCCA0wCCA0200400600800O1电极处处理后信号10000-500-***0O2电极处处理后信号1000 4.2 数据比较分析 由实验结果截图可以看出，本次的实验程序基本上解决了脑电信号中眼电伪迹的去除工作，不同部位电极处的信噪比不同，可知不同部位的去除效果不一样，这可能和眼电传到不同部位的时间和距离有关，与眼电的空间分布特性和传输有关，FP1与FP2处的处理效果不是很好，主要和前额两处电极受眼电干扰大的原因有关，O1和O2处受眼电影响较小，这点由图可以看出来，可能是因为这两点和眼电产生部位的距离有关，从图中看不出来对这两个部位的处理效果，但是实验处理前后的数据是有变化的，所以说即使不能肉眼观察出来这两处的处理效果，但是实验数据能说明该算法还是对这两点起到了去伪迹的效果。 –7– 基于典型相关分析和小波变换的眼电伪迹去除研究 反思与讨论 在评价眼电伪迹去除效果的时候，需要综合考虑两个方面的目标：（1）考虑眼电伪迹去除的干净程度，即是否将眼电伪迹去除彻底；（2）考虑脑电信号的损失程度，即是否在去除眼电伪迹的同时也破坏了感兴趣的脑电信号。这样才能科学地评价一个伪迹去除算法的好坏。我们在这方面的研究与比较还有所欠缺 参考文献 典型相关分析算法理论及其在模式分类中的应用：西安电子科技大学 赵峰 2005.01 基于典型相关分析和小波变换的眼电伪迹去除：大连理工大学 邱天爽 实时脑电信号眼电伪差去除方法的研究：西安交通大学学报 2004.12 基于脑电的脑_机接口_关键技术和应用前景：电子科技大学学报 2009.05 《MATLAB 小波分析》---机械工程出版社 脑电信号中眼电伪迹去除方法研究：电子科技大学 刘铁军 2008.12 –8–第五篇：基于典型相关分析和小波变换的眼电伪迹去除研究
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