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摘要:水闸泄水时部分势能转为动能,流速增大,因此水闸的冲刷现象是常见的,而抑制这种冲刷的计算则成为一个普遍且严重的问题,闸下有害冲刷原因是多方面的,有的是设计不当,有的是运用管理不善,本文以实例就对消能设计条件、跃前水深、跃后水深、下游水深,以及他们之间相互关系从设计角度以及运用管理以及对下游河床的监管等进行论述。
关键词:消力池;设计条件;公式;海漫;临界水深
水流过闸后,在消力池内产生水跃,使闸下急流转变为缓流,通过水跃消耗的能量Ej与跃前断面的能量Ei之比,称为水跃消能率。跃前断面的弗汝德数愈大,则消能率愈高。当Fr1在1O一40间,则Ej/Ei为28%一59%,低水头的水闸,由于Fr1较小,故水闸的消能率一般较低。针对消能工设计条件及下游水深hs,对消力池及海漫的影响作些探讨。
一、水闸消能工控制条件及消能不利原因
依据一些水闸的实际运行工况及消能工破坏实例分析,水闸消能工设计的控制条件,往往不一定是以泄放设计洪水时为最不利工况,而且,不同类型的水闸的消能设计条件也不相同,故在消能工的设计中,除需要考虑上下游水位、过闸流量、闸门启闭的组合程序等因素外,还必须做大量的分析工作,以确定消能工设计的最不利组合,设计中切不可简单地加以假定。笔者通过对一些消力池水力状况恶劣的水闸的观察分析,总结出消力池计算深度过深或形成不了淹没水跃,消能率较低的主要原因为:
(一)由于受上游洪水流量和下游潮位不断变化的影响,过闸水流的水位、流量及流速均在不断变化,设计者计算时未能加以一一分析,而是简单地定了一个上下游水位;
(二)下游水位很低时,未能结合对下游水面曲线的分析,考虑对闸门的开度、启闭顺序进行控制或设置多级消力池;
(三)未能结合设置一些消力墩等辅助消能工,促使水跃的发生。
二、 在不同下游水位情况下的消能防冲设计
(一)下游水深hs
消力池出口处水深应按宽顶堰自由出流公式计算。根据一定的闸下排出流量,即可按此式计算出H0,并扣去行进流速水头(在未求得正确的池末端水深前,此值可用δHc”代替),这样,即可求出消力池末端水深,此值与Hc”对比,即为淹没系数δ,要求δ值在1.05-1。1之间。如果不合,可以调整消力池开挖深度,使之基本吻合。
以上的计算仅表示池内水深已经淹没。急流动能亦有所消减,但是水流出池后,仍又能对下游海漫造成很大冲刷,严重影响闸室安全。所以还需计算水面下降曲线,使水流出池后能与下游水面平稳连接,进一步消除急流动能。由于海漫一般都设计成1:1O或1:20的陡坡,并在其前设置>5m的水平调整段,理论上一般认为在平坡与陡坡交界处的水深为hk。因而,可根据已知的Qmax及hk值,向下推算海漫水面曲线。这是一条标准的M2型降水曲线,愈向下水深愈小,最后接近正常水深h0,流速变缓。
(二)下游水深hk
下游水深对出流没有影响,故池内淹没情况仍可按宽顶堰自由出流公式计算。对于水平调整后的水深可按hs计算,由于愈向下流速愈小,对海漫的冲刷亦愈小。但对于海漫末端的防冲槽,由于关系到河道的冲刷安全,必需精心设计和施工。
(三)下游水深hs>0.8Ho
消力池出口为淹没流。由于下游水位抬高,消力池出口处的水深亦相应增加,因而在保证相同淹没系数情况下。消力池可以开挖得稍浅一些。
三、 实例介绍
为进一步分析消能防冲设施,以实例进行细致探讨,设定某闸为2×4m,上游水位3.40m,下游水位1.5m,该闸底板高程1.0 m,初步拟定的消能防冲结构见图。
(一)求过闸流量Q
按宽顶堰自由出流公式计算:参数选取e(侧收缩系数)=O.95,Ho≈H=2.4m,B=8m,m=O.385(当槛高P=0时)
求得:Q=O.95×O.385×8×4.429×2.41.5= 48.18 m3/s
(二)求第1共轭水深hc和第2共轭水深hc”
E0=hc+q2/2gφ2hc2,假定消力池池深l.2m,则池底高程-O.2m,故E0=3.40+O.2=3.60m
出口处B=2×4+1=9m,单宽流量q=48.18/9=5.353m2/s
φ=O.95,g=9.81(常数),把以上数字代入公式,通过试算可求出hc=O.754 m,再把 代入求hc”的公式中,得hc”= 2.432 m
(三)求消力池出口的水深
先求hk
B=9+2×l7×tg8o=13.78 m,q=48.18/13.78=3.496 m2/s,hk=(q2/g)1/3
计算求得hk=1.076m
由于下游水深为O.5m
H0=(q/(2g)1/em )2/3,e为侧收缩系数o.95,m=O.385,q=3.496
计算求得H0==1.67m
扣去行进流速水头v02/2g=3.4962/19.62×(2.432×1.05)2=0.096m,
则得实际堰顶水深Hl=H0-v02/2g=1.67-0.096=1.574m
淹没系数δ=(1.574+1.2)/2.432=1.141>1.05淹没。
根据以上计算,淹没系数略大于1.1,因此水跃已被淹没,十分安全。再检验当消力池出口水位为2.574m时,是否会影响闸下的出流,只需把这一水位换算成闸门出口处的水深即可。换算水深Hs=2.574—1.0=1.574 m,则Hs/H=1.574/2.4=0.656<0.8O,故不会影响闸门下的出流。
(四)与下游水位的连接问题
通过5m的调整段,与坡度为1:10的海漫陡坡连接,陡坡起端的临界水深hk为:
hk=(q2/g)1/3=(3.4962/9.81)1/3=1.076m
此处的流速V=48.18/1.076×13.78 =3.249 m/s。由于海漫为1:10的陡坡,则愈向下流速愈大,最后水深到达与陡坡相适应的正常水位H0,然后再向下推出Bl型降水曲线。当推出的水位到达下游水位时,可不再推求。根据以上计算原则,可以求出在海漫始端V=3.249 m/s;在距始端1.0 m处,v=3.914m/s,在距始端7.45 m处,Vmax均=5.469 m/s(与下游水位齐平),以后水深逐渐加大,流速亦逐步减小。通过计算可知,海漫上可发生最大流速Vmax均=5.469 m/s,已明显大于干砌块石的允许流速,故必须把海漫全段和调整段改为混凝土预制块砌筑(厚O.2一O.3 m),其允许流速V≥6m/s,属于安全。
(五)其它导致冲刷严重,消能不利的因素
1、操作规程不健全,闸门操作不当:多数工程闸门操作规程都只是套用通用的均匀、同步、对称开关,以及中间、两边的先后等内容,没有根据具体工程的上下游水位、流量和河道水流形态、地质条件定出具体的操作方案。
2、过量、无序采挖河砂:采砂未经规划或许可,未能实现有效的采砂管理,普遍存在偷采、超采河砂现象,特别是水闸下游河道过量挖砂,造成闸下水位降低,水闸泄水时发生流量与水位失衡,这已成为水闸下游冲刷破坏的主要原因。所以应特别加强对水闸下游一定范围内采砂活动的管理、监督。
四、结语
水闸消能防冲历来是十分重要的研究课题,特别是在粉砂地基上建闸,更需认真对待,使建成后的水闸都能安全运行,发挥出最大的效益。并且要根据不同的工程情况,多进行现场调查,以设计出最优最安全的工程。
(一)求过闸流量Q
按宽顶堰自由出流公式计算:参数选取e(侧收缩系数)=O.95,Ho≈H=2.4m,B=8m,m=O.385(当槛高P=0时)
求得:Q=O.95×O.385×8×4.429×2.41.5= 48.18 m3/s
(二)求第1共轭水深hc和第2共轭水深hc”
E0=hc+q2/2gφ2hc2,假定消力池池深l.2m,则池底高程-O.2m,故E0=3.40+O.2=3.60m
出口处B=2×4+1=9m,单宽流量q=48.18/9=5.353m2/s
φ=O.95,g=9.81(常数),把以上数字代入公式,通过试算可求出hc=O.754 m,再把 代入求hc”的公式中,得hc”= 2.432 m
(三)求消力池出口的水深
先求hk
B=9+2×l7×tg8o=13.78 m,q=48.18/13.78=3.496 m2/s,hk=(q2/g)1/3
计算求得hk=1.076m
由于下游水深为O.5m
H0=(q/(2g)1/em )2/3,e为侧收缩系数o.95,m=O.385,q=3.496
计算求得H0==1.67m
扣去行进流速水头v02/2g=3.4962/19.62×(2.432×1.05)2=0.096m,
则得实际堰顶水深Hl=H0-v02/2g=1.67-0.096=1.574m
淹没系数δ=(1.574+1.2)/2.432=1.141>1.05淹没。
根据以上计算,淹没系数略大于1.1,因此水跃已被淹没,十分安全。再检验当消力池出口水位为2.574m时,是否会影响闸下的出流,只需把这一水位换算成闸门出口处的水深即可。换算水深Hs=2.574—1.0=1.574 m,则Hs/H=1.574/2.4=0.656<0.8O,故不会影响闸门下的出流。
(四)与下游水位的连接问题
通过5m的调整段,与坡度为1:10的海漫陡坡连接,陡坡起端的临界水深hk为:
hk=(q2/g)1/3=(3.4962/9.81)1/3=1.076m
此处的流速V=48.18/1.076×13.78 =3.249 m/s。由于海漫为1:10的陡坡,则愈向下流速愈大,最后水深到达与陡坡相适应的正常水位H0,然后再向下推出Bl型降水曲线。当推出的水位到达下游水位时,可不再推求。根据以上计算原则,可以求出在海漫始端V=3.249 m/s;在距始端1.0 m处,v=3.914m/s,在距始端7.45 m处,Vmax均=5.469 m/s(与下游水位齐平),以后水深逐渐加大,流速亦逐步减小。通过计算可知,海漫上可发生最大流速Vmax均=5.469 m/s,已明显大于干砌块石的允许流速,故必须把海漫全段和调整段改为混凝土预制块砌筑(厚O.2一O.3 m),其允许流速V≥6m/s,属于安全。
(五)其它导致冲刷严重,消能不利的因素
1、操作规程不健全,闸门操作不当:多数工程闸门操作规程都只是套用通用的均匀、同步、对称开关,以及中间、两边的先后等内容,没有根据具体工程的上下游水位、流量和河道水流形态、地质条件定出具体的操作方案。
2、过量、无序采挖河砂:采砂未经规划或许可,未能实现有效的采砂管理,普遍存在偷采、超采河砂现象,特别是水闸下游河道过量挖砂,造成闸下水位降低,水闸泄水时发生流量与水位失衡,这已成为水闸下游冲刷破坏的主要原因。所以应特别加强对水闸下游一定范围内采砂活动的管理、监督。
四、结语
水闸消能防冲历来是十分重要的研究课题,特别是在粉砂地基上建闸,更需认真对待,使建成后的水闸都能安全运行,发挥出最大的效益。并且要根据不同的工程情况,多进行现场调查,以设计出最优最安全的工程。
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开敞式水闸和涵洞式水闸。
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摘要:水闸在水利工程建筑中是十分常见的,当闸门关闭,可以拦洪、挡潮、蓄水抬高上游水位,以满足上游取水或通航的需要。开启闸门,可以泄洪、排涝、冲沙、取水或根据下游用水的需要调节流量。水闸多建于河道、渠系、水库、湖泊及滨海地区。本文对水闸的功用及组成做了详细的分析,为水利工作提供参考。
关键词:水闸进水闸海漫
控制水位、调节流量的低水头水工建筑物,是农田水利中龙头工程,常与堤坝、船闸、鱼道、水站、抽水站等建筑物组成水利枢纽,以满足防洪、排洪、航运、灌溉以及发电水利工程的需要。
2.1 按水闸所承担任务分 节制闸。调节水位,控制流量。枯水期借以抬高水位,以利取水和上游航运,洪水期用以控制流量。渠系建筑物中节制闸一般建于支渠分水口的下游,用以抬高水位,满足支渠引水需要。
进水闸:建在河道、湖泊的岸边或渠道,用来引水灌溉、发电或其他用水需要。灌溉渠系中建于干渠以下渠道首的进水闸,作用上把上一级渠道的水分下一级渠道,分水闸、斗门、农门排水闸建在江河沿岸排水渠出口处,外河上涨时,关闸门防水洪水倒灌,避免洪灾。当外河水位退落时,开闸排水防止涝灾。具有双面挡水的作用。挡潮闸建在河流入流的河口地段,以防止海水倒灌。抬高内河水位,满足蓄淡灌溉。退潮排涝。有通航孔,还可平潮时通潮。具有双向挡水作用——挡潮闸、排水闸分洪闸:常建于河道的一侧,用来将超过下游河道安全洪量的洪水泄入预定的湖泊、洼地,即使消减洪峰,保证下游河道安全。
开敞式水闸和涵洞式水闸。
3.1 上游连接段作用 将上游来水平顺地引进闸室,同时起防冲、防渗、挡土等作用。
3.2 上游连接段组成 上游翼墙:引导水流平顺进闸。
铺盖:起防渗作用,并要起防冲作用。
护坡、护底:保护河岸和河床不受冲刷。
上游防冲槽:保护护岸头部,防止河床冲刷而护底方向发展。
3.3 下游连接段 包括消力池、海漫、下游防冲槽、下游翼墙及护坡等(使水流经有效消能后平顺流出闸室,与下游河床段连接)。
消力池:紧接闸室布置,具有形成水跃和保护水跃范围内河床允许受冲刷作用,是消能的主要措施。
海漫:布置在消力池后面,继续消除余能,调整流速分布,用块石砌成。
防冲槽:海漫的末端防冲措施,防止海漫后河床冲刷向上游发展。
下游翼墙:水流均匀扩散,并保护两岸免受冲刷。
护坡:布海漫和防冲槽范围内,一般用块石。
3.4 闸室段 是水闸主体,包括底板、闸墩、闸门、胸墙、岸墙、工作桥和交通桥。
底板:闸室基础,承受闸室全部荷载,较均匀地将荷载传给地基并利用底板与地基图摩擦来维持闸室稳定,还有防冲、防渗作用。
闸墩:分割闸孔、支撑闸门和桥梁。
工作桥:供安装启闭机和工作人员操作机器之用。
岸墙:闸室与河岸的连接结构,主要以挡土,并且有侧向防渗作用。
节制闸或泄洪闸闸址宜选择在河道顺直、河势相对稳定的河段,经技术经济比较后可以选择在弯曲河段裁弯取直的新开河道上。进水闸、分水闸或分洪闸闸址宜选择在河岸基本稳定的顺直河段或弯道凹岸顶点稍偏下游处,但分洪闸闸址不宜选择在险工堤段和被保护的重要城镇下游堤段。排水闸或泄洪闸闸址宜选择在地势低洼、出水畅通处,排水闸闸址宜选择在靠近重要涝区和容泄区的老堤堤线上。挡潮闸闸址宜选择在岸线和岸坡稳定的潮汐河口附近,且闸址泓滩中淤变化较小、上游河道有足够的蓄水容积地点。
出闸流速较大,紊动强烈。上游水位差较小。岀流形式随闸门开启程序变化。
波状水跃的产生:淹没水跃没有发生或水跃淹没过大。岀流扩散下均匀,产生折冲水流。上下游水位差较小,形成波状水跃,消能效率低。
基本消能方式:底流消能为主,有消力池,海漫,防冲槽等部分组成。其形式可根据水流情况,地形条件,施工能力消能效果等选用。
波状水跃的防止措施:总体布置时,尽量使用上游渠道有一段较的顺直段,确保来水顺均匀;控制下游翼墙的扩散角,扩散角宜7~12,使水流均匀扩散;制定合理的闸的开启程序,注意均匀起步,间隙对称开启原则,力避开启,关闭时大起大落和多孔闸部分闸孔泄流的运用方式。
水平防渗设备:齿墙,板墙和防渗墙等排水体与反滤层,主要目的是为改善排水为了继续降压,并将渗流安全的导向下游。
板桩的作用:铺盖前端或室底板上游端时,降低压力,设在闸室底板下游侧的矩板主要为减小出口处的渗压力。
闸室结构布置:包括底板,闸墩,胸墙,闸门,工作桥和交通桥等部分
闸墩作用:分隔闸孔,支承闸及上部结构胸墙作用,减少闸的高度,减轻立门重和降低对启闭机重量的要求工作桥的作用:设置启闭机和管理人员操作启闭之用
水闸和河岸或堤,坝等连接时,必须设置连接建筑,包括:上,下游翼墙和便墩,有时还有防渗刺墙,其作用:
(1)挡住两侧填土,维持土坝及两岸的稳定。
(2)当水闸泄水或引水时,上游冀墙用于引导水流平顺进闸,下游冀墙使出闸水流均匀扩散,减少冲刷。
(3)保持两岸或土坝边坡不受过闸水流的冲刷。
(4)控制通过闸身两侧的渗流,防止与其相连的岸坡或土坝产生渗透变形。
(5)在软弱地基上设有独立岸墙时,可以减少地基沉降对闸身应力的影响。
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MIDI音乐是Windows下的一种合成音乐,由于它通过记错的方式来记录一段音乐,因此与wave音乐相比,它可以极大地减少存储容量。
今天读文网小编要与大家分享的是:基于PLD技术的MIDI音乐播放控制系统设计相关论文。具体内容如下,欢迎参考阅读:
基于PLD技术的MIDI音乐播放控制系统设计
系统的设计是依据MIDI音乐基本原理,结合PLD技术,采用ALTERA公司的可编程逻辑器件CPLDEPM240T100C5作为控制单元来实现。系统的核心是运用VHDL语言进行编程,在CPLD内部设计出音调发生器、音乐编码器、彩灯闪烁控制三个模块。外围可配时钟、彩灯、开关、扬声器等设备,从而实现音乐选择控制播放、彩灯随音乐节奏闪烁变化等功能的PLD应用系统。
如图1所示,是系统组成的原理框图。其核心模块为CPLD芯片,内部有音调发生器、音乐编码器和彩灯闪烁控制器三个模块。音乐编码器内储存着预先设定的歌曲编码,通过改变音乐选择开关的状态可以决定当前要播放哪首音乐。音乐编码器控制着音调发生器和彩灯闪烁控制器,每当音乐节奏时钟送给音乐编码器一个时钟脉冲时,音乐编码器就当前要播放的音符的编码送给音调发生器和彩灯闪烁控制器。音调发生器根据编码对应的分频系数将基准时钟分频,得到当前要播放的音符所对应频率的脉冲,再用这个脉冲去激励扬声器,就可以得到这个音符的声音。彩灯闪烁控制器根据编码将当前要播放的音符对应的彩灯亮灭状态发送给彩灯。核心部分CPLD利用VHDL语言来完成,其他部分通过外围电路实现。
图1 系统组成原理框图
MIDI音乐是Windows下的一种合成音乐,由于它通过记错的方式来记录一段音乐,因此与wave音乐相比,它可以极大地减少存储容量。MIDI音乐的基本原理为:组成乐曲的每一个音符的频率值及持续的时间是乐曲能连续演奏的两个基本数据,因此只要控制输出到扬声器的激励信号频率的高低和每一个频率信号的持续时间,就可以使扬声器发生连续的乐曲。如图2所示,为CPLD内部芯片设计原理图。
图2 CPLD芯片设计原理图
3.1 音乐编码器模块设计
此模块包括节拍控制电路和音符产生电路。节拍控制电路以乐曲中最短音符的节拍为基准,产生乐曲所需要的全部节拍。将1/16音符设置为计数器的一个数,对应的1/4音符则是四个计数。在设计中为了让歌曲循环播放,计数器设定计满自动清零计数的功能,只要不断电,不关开关,歌曲就可以自动循环播放。
3.2 音调发生模块设计
此模块包括预置数产生电路和频率发生器。预置数产生电路采用查找表形式,按照音符的频率要求产生相应的预置数。根据可变模值计数器的设计原理及音符的分频系数,可算出乐曲中各音符的预置数。
频率发生器由可变模值计数器实现。由于系数要求产生出的信号频率较高,因此选用4MHz高频率脉冲作为可变模值计数器的计数脉冲,而为了减少输出的偶次谐波分量,最后输出到扬声器的波形应为应为对称方波,因此在到达扬声器之前,有一个2分频的分频器。
3.3 彩灯闪烁控制模块设计
彩灯闪烁控制电路主要是控制灯的亮和灭,此电路输出高低电平信号,就可以直接驱动发光二极管。在彩模块,设计为不同音符,对应不同的亮灭,这样,当音乐演奏起来的时候,随着音符的变化,彩灯也因为不同的音符闪烁起来。
3.4 开关选择模块设计
采用case语句,对外部电路输入的一个音符串进行判断,芯片内部处理这个字符串,从而判断选择的是哪首歌曲的播放。
3.5 顶层模块设计
采用VHDL语言进行顶层模块设计,如图3,将上述所提到的所有模块,利用component语句进行集合,然后利用管脚映射的方法,将所有输入输出连接在一起,这样就设计出了一个完整的MIDI音乐播放芯片,只需要再接入外围电路即可进行演示。
图3 顶层模块原理图
将各设计模块在 Quartus II 软件平台上进行仿真调试校验,设计系统顶层模块的仿真波形图如图4所示。
图4 顶层模块的仿真波形图
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直升机控制器的性能指标满足要在一定时间内将前进和上升轴移动到任意一个指定位置,时间一般应控制在10秒以内。此外,直升机控制器的软件必须支持其它一些操作模式。
今天读文网小编要与大家分享的是:回路硬件仿真技术在直升机控制系统中的应用相关论文。具体内容如下,欢迎参考阅读:
回路硬件仿真技术在直升机控制系统中的应用
软、硬件的并行开发方法可以加快设计进程,但在系统整合时常常出现很多问题,而硬件回路仿真能有效解决这些问题,采用该技术可以在开发周期初完成嵌入式软件仿真。本文以HIL技术在实验性动态直升机系统用嵌入式控制软件中的应用为例阐述该技术的应用特点和方法。align=RIGHT VSPACE=12 HSPACE=12 ALT="图1:直升机前视图和侧视图。">
设计工程师一直在努力缩短新产品开发周期,而软硬件并行开发就是一种比较好的方法。通常这种方法需要多个独立的软硬件开发小组参与,这些小组的工作相互间独立、并行地进行。当原型硬件和嵌入式代码的主要部分实现后,就可以在系统整合阶段将硬件与软件合并起来并开始测试工作。
在系统整合时经常会发生严重的问题,有些问题甚至会导致软件或硬件的重新设计。在问题成堆发生、成本持续升高或计划拖延太久的情况下,有可能中断设计项目,有时甚至不得不取消项目。因此,人们需要找到更好的方法来解决这些问题。
回路硬件(hardware-in-the-loop,HIL)仿真被证明是一种有效的解决方法。该技术能确保在开发周期早期就完成嵌入式软件的测试。到系统整合阶段开始时,嵌入式软件测试就要比传统方法做得更彻底更全面。这样可以及早地发现问题,因此降低了解决问题的成本。
本文所要讨论的就是采用了HIL仿真的一个嵌入式软件开发项目。该项目的目标是开发和测试实验性动态“直升机”系统用的嵌入式控制软件。有了HIL仿真后,人们无需使用除嵌入式处理器及其I/O接口外的任何硬件就能完成该控制器软件的设计和测试。
随后的实际系统硬件与运行新软件的嵌入式控制器的连接首次便获得成功。在硬件、软件整合阶段唯一要做的额外工作是对一些控制器参数的少量调整,这是由于实际系统硬件与其仿真模型之间毕竟存在差异。
本项目需要开发适合Quanser 3自由度(3DOF)直升机的控制器软件。这是一个桌面电磁系统,内含由两个独立电子马达控制的3个旋转轴,每个轴驱动一个推进器。图1是直升机系统及其运动轴的框图。align=RIGHT VSPACE=12 HSPACE=12 ALT="图2:直升机控制系统。">
假设倾斜轴的倾角接近零度,在对两个马达施加相同的高电压后直升机会垂直向上攀升。对两个马达施加不同的电压会使直升机绕倾斜轴旋转。为了使直升机向前移动,首先需要将直升机倾斜到一个非零角度,然后对两个马达同时施加适当的电压来产生向前的推力。
如图2所示,系统采用的控制计算机具有3个位置编码器输入信号、两个马达电压输出信号,以及用于模式选择与操纵杆控制的用户输入信号。控制计算机通过专门设计的接口卡接收位置编码器输入信号,同时产生模拟输出电压,并通过数模转换器(DAC)驱动那两个马达。为了提供足够大的马达工作电流,DAC的输出需要连接到随后的功率放大器进行放大。
位置编码器会随时监测每个轴的运动,这些编码器通过光学原理感知旋转运动并产生数字化的角度位置数值。位置编码器将以每360°4096个步距,或0.08789°的量化步距分辨率对这些数值进行量化。每个编码器的输出信号由两个TTL电平组成,即Phase A和Phase B,当对应轴反转时输出信号就在这两个高低电平之间来回切换。根据这两个信号之间的相位差可以判断每个轴的运动方向,如图3所示。脉冲频率正比于每个轴的旋转速率。
直升机控制器的性能指标满足要在一定时间内将前进和上升轴移动到任意一个指定位置,时间一般应控制在10秒以内。此外,直升机控制器的软件必须支持其它一些操作模式。
全套控制器操作模式包括:
关闭模式:align=RIGHT VSPACE=12 HSPACE=12 ALT="图3:位置编码器输出信号。">
控制器软件以关闭模式启动,此时两个马达上的电压为零。一旦系统离开这个模式,就只能从空(Null)模式再次进入该模式。当从空模式进入关闭模式时,需要控制上升轴缓慢地下降到桌面正上方,然后将马达电压设置为零。
当从关闭模式转变到该模式时,首选要给马达上电,并控制所有轴到零位置。如果从其它模式转变到空模式,那么只需要将所有轴控制到零位置。零位置是指倾斜轴和前进轴在系统启动位置,而推进组件被抬举到上升方向的水平位置,如图1所示。
在10秒时间间隔内为前进和上升轴位移命令产生预定义范围内的一个新随机值,然后由控制器软件将直升机移动到相应的位置。
在这种模式下,由操纵杆产生控制器所需的上升和水平行进命令。通过操纵杆的前后动作控制上升位置,通过左右动作来控制水平位置。控制器通过移动直升机来跟随命令所指定位置。
在手动模式下,操纵杆直接产生马达驱动用的电压和与电压差。操纵杆前后动作控制两个马达电压的和,左右运动控制两个马达电压的差。在这种模式下系统特别难以控制,如果任何轴的运动超过了某个位置限制,控制器就会自动切换到空模式。通常,在进入该模式后的几秒钟内可能产生违反限制的问题。
在确定系统功能和性能要求后,可以进行控制器软件的开发和测试。而仿真技术的应用可以加快直升机控制器软件的开发和测试速度。
为了对嵌入式软件进行HIL仿真测试,需要使用嵌入式处理器及其附属I/O器件。对于许多嵌入式系统来说,这只是整个系统的一小部分,可以在早期开发阶段实现组合。可以创建一个直升机硬件及其与外部环境交互的仿真,并通过控制器的I/O接口把这个仿真与嵌入式控制器连接起来。嵌入式控制器和直升机仿真就如同实际系统一样工作。
在复杂的嵌入式产品开发早期,经常需要仿真一个完整系统在预期环境中的运行。这种利用动态系统仿真工具,如Simulink开发的仿真系统通常不是实时的,但可以作为HIL仿真的基础。某些时候需要对这些仿真系统中包含的模型进行简化和优化,使之适合实时仿真使用。不过在本项目中不需要修改这些模型。
复杂系统仿真需要用到许多高级的数学算法,但可以采用专门的软件工具来简化任务:Simulink是MATLAB的一个附件,它可以用来提供以框图为主的图形环境下的动态系统仿真。用Simulink进行仿真的方法是先把“调色板”上的模块拖到绘画区域,然后用代表信号流向的直线把这些模块连接起来。图4就是直升机项目中采用的位置编码模型的Simulink框图,该模型把以弧度表示的角度位置作为其输入信号,并产生Phase A和Phase B信号作为其输出。另外,它还输出指示信号,用来指示相应轴到达零位置的时刻。直升机位置编码器不会产生指示信号输出,因此不使用该Simulink模型的输出。
Stateflow是Simulink的一个附件,用以实现有限状态机模型。在这个直升机项目中,Stateflow模型用来实现直升机模式选择逻辑。
Real-Time Workshop根据Simulink框图产生C代码,其它工具需要使用这些代码来达成编译与执行目标。在本项目中,其它工具包括Real-Time Windows Target和xPC Target。
Real-Time Windows Target允许仿真的编译与执行作为PC机Windows系统中的一个实时进程,能与Windows操作系统同时运行。在本项目中,Real-Time Windows Target执行的是HIL系统仿真,所用主机正是开发和控制直升机软件的计算机。align=RIGHT VSPACE=12 HSPACE=12 ALT="图5:直升机和控制器模型。">
xPC Target允许在PC机上执行仿真,此时PC机的功能如同专门的实时控制器。xPC Target还提供实时的多任务内核供只有有限硬件资源的嵌入式处理器使用。xPC Target在本项目中用来在一台独立PC上产生和执行直升机控制器用的实时代码,此时该PC机就用作“嵌入式”控制器。
控制器软件开发的第一步是实现对整个直升机控制器系统的仿真,图5给出了仿真的顶层框图。其中两个较大的方框分别表示直升机系统本身和数字控制器,两个较小的带有“操纵杆”和“模式命令”标签的方框向控制器提供用户输入信号。图5中的“直升机”框图包含有直升机动态行为的Simulink模型,如图6所示。从图6可以看到,该模型采用了转移函数、求和函数和积分器等多个Simulink模块。带“有限运动”标签的模块包含有一个受限于向下靠近桌面方向的上升轴运动模型。当被仿真的直升机碰到桌面时,所有3个运动轴的速度都被置为零,因此非常接近实际直升机的行为。从靠近右边的3个量化器可以看出位置编码器的量化效果。
“有限运动”模块代表一个子系统。子系统模块允许在仿真开发期间通过分层图集(hierarchical sets of diagrams)来控制复杂性。子系统间可以进行任意多层的嵌套,类似于函数的嵌套调用。
图5“控制器”子系统的详细内容见图7。对3个轴角度测量值的量化结果成为控制器的3个基本输入信号,控制器输出的是两个马达的驱动电压。图7中的主要模块有:驱动直升机到指定位置的“自动驾驶”模块,在不同操作模式下产生前进和上升位移命令的“命令发生器”模块,实现用于选择不同直升机操作模式的有限状态机的“模式控制”模块。
“模式控制”模块内所含的状态流程框图如图8所示。该框图包含了系统启动时对操纵杆进行校正的逻辑、用户控制下的模式改变、当违反位置限值时自动切换到空模式,以及系统关闭的控制。
图5所示的“控制器”模块内部提供了嵌入式软件的完整实现方法。常见的方法是将嵌入式软件开发当作一个独立过程,该过程将仿真作为可执行的软件要求描述来使用。然而,更有效的方法是将仿真中的控制器实现作为“源代码”,供嵌入式软件使用。
在本项目中,可以把图5的“控制器”模块挎贝到新的Simulink项目中,并向框图中添加相应的I/O器件模块。然后,再调用Real-Time Workshop创建C代码,经过编译后下载到"嵌入式”PC控制器。到此就完成了嵌入式软件的开发工作。
有了直升机和控制器的非实时性Simulink仿真基础后可以着手HIL仿真开发了。首先需要创建一个新的Simulink项目,再把图5中带“直升机”标签的模块挎贝进来。这种仿真建立了直升机动态模型,并包括了相应的I/O器件接口。Real-Time Windows Target支持多种I/O器件。HIL仿真所需的I/O要求包括两个ADC输入(用于接收控制器发出的马达命令电压)和6个TTL数字输出(为3个仿真位置编码器分别提供Phase A和Phase B信号)。
本项目中将运行Windows的台式PC作为主机系统,因此需要使用满足上述条件并且具有PCMCIA接口形式的I/O器件。National Instruments公司的DAQCard-1200能够满足这些要求,并提供一根带状电缆用于连接计算机内的接口卡和独立的连接器模块。
直升机仿真以固定的帧速率运行,其仿真Phase A和Phase B信号的TTL输出则一个仿真帧更新一次。由于位置编码器信号的脉冲速率正比于运动轴的角速度,因此仿真帧速率可以限制能准确再现的最大角速度。
如果采用这种方法对位置编码器信号进行建模,那么当Phase A和Phase B信号隔帧交替时就能产生最高的仿真角速度。这时根据等式1就能得出仿真更新间隔h(秒)条件下最大的角速度值wmax(度/秒):
从直升机行为的数字仿真结果可以明显看出,倾斜轴具有最大的峰值角速度,但很少出现超过100°/秒的情况。理想情况下h应不小于一定值,这样HIL仿真就不会占用计算机太大的计算资源。综合考虑这些要求,h的最佳值应是500us,此时更新速度是每秒2000帧,最大的仿真角速度是175.8°/秒,该速度已经远远超过最大的角速度期望值。
每秒2000帧的直升机仿真更新速度已经大大超出对直升机进行动态精确建模的速度要求,因此没有必要再用高阶积分算法来获取更精确的结果。相对简单的二阶积分算法可以获得较好的精度,此次仿真选用的就是Simulink“ode-2”梯形积分算法。与采用更加复杂的高阶积分算法相比,这种算法能使仿真具有更高的效率。
为了在目标PC上下载并运行嵌入式软件,需要用串行电缆连接主机与目标计算机,并从软盘启动目标系统内核。根据控制器的Simulink框图,接下来就可以下载运行嵌入式控制器用的软件。在将目标系统的I/O器件与DAQCard-1200的相应端子连接起来后,可以在主机的Real-Time Windows Target中运行直升机的Simulink仿真。最后根据Simulink框图将命令发送给嵌入式控制器,从而启动控制器工作,完成仿真直升机的“飞行”。
在HIL仿真工作模式下可以详细检查嵌入式软件的各个方面,从而可以发现并解决设计与实现中的很多问题。所有这些检测工作期间无需变动任何实际的硬件。在这轮HIL仿真测试结束后,我们就可以得到经过全面测试的嵌入式应用软件,接下来与实际硬件的快速整合成功的可能性就非常大。
在嵌入式软件完成HIL测试前我们有意避免嵌入式软件与实际直升机硬件一起运行,主要原因是为了体现HIL仿真的意义,以及减少硬件损坏的风险。在完成HIL测试后,可以把电缆从DAQCard-1200上拔下来并连接到直升机硬件上,接着给系统上电并把直升机控制到“空模式”位置,然后使之进入随机模式,此时直升机会每隔10秒飞到随机产生的前进和上升位置。虽然在响应命令时的摆动和过冲要比HIL仿真时大一些,不过就这第一次试验来说还是相当成功的。
为了能在所有操作模式下都能取得令人满意的系统性能,有必要对控制器增益进行一些调整。HIL仿真并不能完全匹配实际系统的行为,这是因为直升机仿真实际上在某些方面作了简化处理,在仿真中使用的系统集合属性并不完全符合实际系统属性。
进行仿真开发时通常都会作出一定程度的简化处理,事实上人们不可能对影响实际系统行为的所有因素实现完美的建模。最简单的方法是尽量减少仿真与实际系统间的差异,并适当调整嵌入式软件所需的参数。
HIL仿真为本项目的开发过程提供了极大的便利,整个嵌入式应用在首次与系统硬件结合运行前就得到了真实环境下的全面测试,因此有效地避免了硬件损坏的风险,而且更容易识别和解决与嵌入式软件有关的问题。整合过程也显得相当简捷,只是对少许参数作了重新调整。如果将未经测试的大型嵌入式软件直接与硬件连接运行,那么相对来说这样的任务就要艰巨得多,通常还会出现一些与整合本身有关的问题。
本项目充分体现了HIL仿真在开发复杂嵌入式系统软件中的价值。HIL仿真技术能够在开发早期阶段对嵌入式软件作出全面测试,因此降低了将未经测试软件运行于昂贵的原型硬件上所具有的风险。与传统开发方法相比,正确利用HIL仿真技术能够在更短的时间内开发出更高质量的产品。
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现场总线是顺应智能现场仪表而发展起来的一种开放型的数字通信技术,其发展的初衷是用数字通信代替一对一的I/O连接方式,把数字通信网络延伸到工业过程现场。根据IEC和美国仪表协会ISA的定义,现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络,它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通信。以下是今天读文网小编要与大家分享的:现场总线控制系统的构成与特点相关论文。内容仅供参考,希望能帮助到大家!
现场总线控制系统的构成与特点全文如下:
现场总线的技术基础是一种全数字化、双向、多站的通信系统,是应用于各种计算机控制领域的工业总线,因现场总线潜在着巨大的商机,世界范围内的各大公司投入相当大的人力、物力、财力来进行开发研究。当今现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域,由于现场总线技术的不断创新,过程控制系统由第四代的DCS发展至今的FCS(Fieldbus Control System)系统,已被称为第五代过程控制系统。而FCS和DCS的真正区别在于其现场总线技术。
现场总线技术以数字信号取代模拟信号,在3C(Computer计算机、Control控制、Commcenication通信)技术的基础上,大量现场检测与控制信息就地采集、就地处理、就地使用,许多控制功能从控制室移至现场设备。由于国际上各大公司在现场总线技术这一领域的竞争,仍未形成一个统一的标准,目前,在现场总线网络互联都是遵守OSI参考模型。 现场总线控制系统是从八十年代中期发展起来的。经历了十几年的时间,现场总线控制技术已经被广泛应用于汽车、造纸、纺织、烟草、机械、石油化工、电力、楼宇自控等各个控制领域。现场总线控制技术由于其巨大的技术优势,被认为是工业控制发展的必然趋势,将逐步取代传统的PLC点对点接线的控制方法。
2.1.有源产品 有源产品可以产生通讯信号、响应信号、调整信号或者兼而有之。
有源产品包括以下部件:
2.1.1节点(Node);总线上可以编址的设备。
2.1.2总线模块(Bus Modulea);任何形式的现场节点,可以使用端子或接插件连接传感器、阀门、按钮等各种现场装置。
2.1.3网关(Gateway);一种特殊的节点,用于两面种不同的总线之间的信号和数据变换。
2.1.4放大器;一种用于实时(加强)信号,以精确复制原始信号。连接同一总线的两部分,解决通讯信号在通讯线上由于电气损耗而造成的衰减。当信号变弱而不变形时可以使用放大器。
2.1.5中继器(Repeater);用于加强信号,产生不变形的新信号。连接同一总线的两端,当信号变弱或变形时可以使用中继器。
2.1.6.桥(Bgridge);有两类桥。一种是用于连接同一种协议,不同传输速度的两个段。另一种是一种智能的中继器,当通讯的源地址和目的地址位于不同总线段时,用于重复两个段间的数据。桥必须被编程设定地址和相关的段。当桥读地址时,要有几个位的等待时间。桥可以应用于设备级总线,但应用并不普遍。
2.1.7路由器(Router);用于广域网的高等级桥。这类产品很少应用于设备级总线。
2.1.8有源多端口分接器(Active hub)多端口中继器或放大器,以增加总线的分支能力。
2.1.9接口卡、接口模块(Interface card,interface module);指网关的常用术语,作为PLC或PC到设备及总线的接口。
2.2无源总线产品 无源总线产品包括:
2.2.1T型分支(Tee);用于产生总线上的一路分支。
2.2.2无源多端口分接器(Passive hub);多端口T型分支。
2.2.3终端电阻(Terminating Resistor);安装在总线的始端和末端的电阻,用于稳定和调整信号。
2.2.4总线电缆(Busline);连接节点,传送数据的各种电缆。
国际电工协会(IEC)的SP50委员会对现场总线有以下三点要求:同一数据链路上过程控制单元(PCU)、 PLC等与数字1/ O设备互连;现场总线控制器可对总线上的多个操作站、传感器及执行机构等进行数据存取;通信媒体安装费用较低。现场总线是一种串行的数字数据通讯链路,它沟通了生产过程领域的基本控制设备(即现场级设备)与更高层次自动控制领域的自动化控制设备(即车间级设备)之间的联系。现场总线控制系统主要包括一些实际应用的设备,如PLC、扫描器、电源、输入输出站、终端电阻等。其它系统也可以包括变频器、智能仪表、人机界面等。
系统中的主控器(Host)可以是PLC或PC,通过总线接口对整个系统进行管理和控制。其总线接口,有时可以称为扫描器。可以是分别的卡件,也可以集成于PLC中。总线接口作为网络管理器和作为主控器到总线的网关,管理来自总线节点的信息报告,并且转换为主控器能够读懂的某种数据格式传送到主控器。总线接口的缺省地址通常设为"0"电源,是网络上每个节点传输和接收信息所必须的。通常输入通道与内部芯片所用电源为同一个电源,习惯称为总线电源。而输出通道使用独立的电源,称为辅助电源。
系统中的输入输出节点虽然有许多不同的类型,但在应用中最常用的是24V直流的2线、3线传感器或机械触点。该节点具有IP67的防护等级,有防水、防尘、抗振动等特性,适合于直接安装在现场。另一个节点是端子式节点,独立的输入/输出端子块安装在DIN导轨上,并连接着一个总线耦合器。该总线直流耦合器是连接总线的网关。这种类型的节点是开放式的结构,其防护等级为IP20,它必须安装在机箱中。端子式输入/输出系统包含有许多种开关量与模拟量输入/输出模块,以及串行通讯、高速计数与监控模块。端子式输入/输出系统可以独立使用也可以结合使用。
而节点地址连接一个辅助电源,该电源用于驱动电磁阀和其他的电器设备。通过将辅助电器与总线电源分开可以极大地降低在总线信号中的噪音。另外大部分总线节点可以诊断出电器设备中的短路状态并且报告给主控器,即使发生短路也不会影响整个系统的通讯。普通传感器等现场装置可以通过输入输出模块连接到现场总线系统工程中,也可以单独装入总线通讯接口,连接到总线系统中。 总线电缆和终端电阻。总线电缆一般分为主干缆和分支电缆。各种总线协议对于总线电缆的长度都有所规定,不同的通讯波特率,对应不同的总线电缆长度。同时,分支电缆的长度也是有所限制的。 网络的最后部分是终端电阻。在一些总线系统中。这个终端电阻只是连接到两数据线的简单电阻。它是用来吸收网络信号传输过程中的剩余能量。
3.1现场总线特点
与传统的PLC点对点的控制方法相比,现场总线控制系统具有无可比拟的优势。其特点包括:
3.1.1.具有较高的性能价格比。系统综合成本及一次性安装费用减少40%。由于导线、连接附件的大幅度的减少。使原来的几百根,甚至几千根控制电缆减少到一根总线电缆,从而也使接线端子、电缆桥架等附件大幅度的减少。所以设计、安装、调试、维护的费用大幅度地减少,维护和改造的停工时间减少60%。原来繁琐的原理图、布线图设计变得简单易行;标准接插件快速、简便的安装,使人力、物力大量的减少;强大 的故障诊断能力,使系统的调试和维护工作量大幅减少。
3.1.2.系统性能大幅度的提高,使控制系统的档次跨越了一个台阶,可靠的数据传输,快速的数据响应,强大的抗干扰能力。许多总线在通讯介质、信息检验、信息纠错、重复地址检测等方面都有严格的规定,从而确保总线通讯快速、完全可靠的进行。
3.1.3系统具有强大的自动诊断、故障显示功能。诊断包括总线节点的通讯故障、电源故障,以及现场装置和连接件的断路、短路故障,从而迅速地发现系统的各种故障位置和状态。
3.1.4采用数字信号通讯,有效提高系统的测量和控制精度。各种开关量、模拟量信号就近转变为数字信号,避免了信号的衰减和变形。
3.1.5总线节点具有IP67的防护等级,具有防水、防尘、抗振动的特性。可以直接安装于工业设备上,大量减少了现场接线箱,使系统可靠性提高。 3.1.6本质安全型总线。更加适合直接安装于石油、化工等危险防爆场所,减少系统发生危险的可能性。
3.2拓扑结构
网络的拓扑结构主要有总线拓扑和自由拓扑两种结构:
3.2.1.总线式拓扑结构:总线式拓扑结构如图1所示:所有站点不需要经交换设备,可直接连接到传媒体上(即总线),即所有站点共享一条公共的传输媒体,任何一个站点都能在此媒体上发送传播,并能被所有站点接收,因为所有站点共享一条公共传输媒体,所有在某一时刻只能有一个站点能够发送,与其他站点的发送相竞争,故由载波监听多路访问/冲突检测的媒体访问控制器来控制。总线拓扑是由一条主干线和若干条分支线及两个总线(bus)终端匹配器。
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全球移动通信系统Global System for Mobile Communication就是众所周知的GSM,是当前应用最为广泛的移动电话标准。全球超过200个国家和地区超过10亿人正在使用GSM电话。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:一种基于GSM网络的通用短信息控制系统设计修改论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
一种基于GSM网络的通用短信息控制系统设计全文如下:
[摘 要]文章分析了基于GSM网络的通用短信息控制系统工作的基本原理,简介了该系统中应用的主要技术,阐述了基于GSM网络的短信息控制系统的基本组成,并提出了该系统的硬件和软件设计方法,最后,对该系统的工程应用作了评价和讨论。
[关键词]GSM;短信息;控制
GSM的英文全称是Global System for Mobile Communications,其中文含义是“全球移动通信系统”。GSM数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标准化委员会设计,并在蜂窝系统的基础上发展而成。我国1994年开始建设GSM网,目前全国GSM用户约有1.6亿。而作为GSM服务中一项重要的远程业务,SMS(Short Message Severs)能够在移动用户及外部系统(比如电子邮件、页面调度以及声音邮件系统)之间传送包括文字与数字的短信息。其独特的快捷性,方便性,易用性,已经使其在诸如E-Mail、娱乐,GPS定位等领域得到了越来越广泛的应用。目前已经有许多厂商开发了具有单独短信息收发功能的功能模块,GSM短信息收发功能模块的广泛应用,为GSM短信息在自动控制领域的应用注入了新的活力。
本设计选用YK-2 GSM短信模块和上位机构成基于GSM网络的通用短信息控制系统,以利用手机终端收发短信息实现对被控对象的远程控制。
系统采取经典的单通道开环控制结构,选用IBM-PC作为上位机,YK-2 GSM短信模块通过RS232口与上位机进行硬件连接,分析接收的短信息和生成发送短信息的工作由事先在上位机上编制好的软件实现,从而实现系统的运行,系统工作原理结构图如下:
图1 基于GSM网络的短信息控制系统基本结构
3.1 YK-2 GSM短信模块简介
YK-2 GSM模块是目前比较常用的GSM短信息收发模块,其高达 1条/6秒的发送速度,对中文70汉字,英文160字符短信息的支持,以及对GSM双频1800MHZ和单频900MHZ网络的适应能力,使其具有良好的通用性和移植性。YK-2 GSM模块支持硬件RS232接口,能够方便与PC上位机通讯。
3.2 短信息收发控件Smscom.ocx简介
Smscom.ocx是目前IBM-PC机常用的短信息收发ActiveX控件,可以在Visual Basic等可视化开发工具中直接调用。它采用串口或者红外端口作为短信息的输出通道,支持包括Nokia、Siemens、Motorol等a在内支持GSM0705短信息收发协议的手机终端。对部分基于GSM网络的调制借条器也有很好的支持。支持PDU短信息模式,具有初始化InitDevice、发送短信息SendSms、查询事件GetEvent、接收信息SmsEvent和发送完成OnEvent等基本事件。
4.1 K-2 GSM模块与上位机连接硬件实现
YK-2 GSM模块采用DB-9的连接器与上位机连接,结合RS-232C的各根数据线和MAX232芯片各个引脚的定义, 模块的TXD和RXD端通过MAX232分别与上位机的TXD和RXD端直接连接,组成最简单的通讯电路。同时考虑到现场干扰等情况,可以采取滤波电容灯抗干扰措施。
4.2 YK-2 GSM模块与上位机连接软件实现
软件开发工具选用Windows下的可视化开发工具Visual Basic,软件一方面接收移动终端发送过来的短信息,加以分析,输出控制信号到被控对象,另一方面将从检测与转换设备收过来控制结果的信息整理,发送到移动终端。软件基本原理如下:
SMS接口
SMS应用软件
GSM设备
软件的关键代码如下:
Private Sub Init_Click()
Dim ret As Integer
ret = Smscom1.InitDevice(3, 19200, 0) ‘初始化设备
If ret = 0 Then MsgBox “YK-2 GSM模块初始化成功!”
End Sub
Private Sub Send_Click()
Dim ret As Integer
ret = Smscom1.SendMsg(“13852035375”, “水位”) ’发送
If ret = 0 Then MsgBox “YK-2 GSM模块正在发送信息,请等待!”
End Sub
Private Sub Close_Click()
Smscom1.CloseDevice ’关闭设备
MsgBox “YK-2 GSM模块已经被关闭!”
End Sub
’事件通知
Private Sub Smscom1_SmsEvent(ByVal nID As Integer, ByVal szPhone As String, ByVal szText As String, ByVal szTime As String)
EventID.Text = nID
Select Case nID
Case 1 ’发送成功
MsgBox “信息发送成功!”
Case 2’发送失败
MsgBox “信息发送失败!”
Case 3 ’接收到信息
MsgBox“接收到信息”
Phone.Text = szPhone ’Phone
Message.Text = szText ’Text
Time.Text = szTime’Time
Case 4’保留
MsgBox “空信息!”
Case 5’出错
MsgBox “信息出错!”
Case Else
MsgBox “”
End Select
End Sub
基于GSM网络的通用短信息控制系统由于结构简单、价格低廉、通用性、实用性强,能够直接或者在稍作改造后用于诸如:工厂、煤矿等需要远程自动控制的场合。该基于GSM网络的通用短信息控制系统能够在提高经济效益,减少工作人员劳动强度方面起到了较大的作用,能使需要该系统的工矿自动化水平提高,具有一定的社会和经济意义。
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Spring的形成,最初来自Rod Jahnson所著的一本很有影响力的书籍《Expert One-on-One J2EE Design and Development》,就是在这本书中第一次出现了Spring的一些核心思想,该书出版于2002年。另外一本书《Expert One-on-One J2EE Development without EJB》,更进一步阐述了在不使用EJB开发J2EE企业级应用的一些设计思想和具体的做法。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:实现基于Spring框架应用的权限控制系统相关论文,内容仅供参考,欢迎阅读!
摘 要 :Spring框架是一个优秀的多层J2EE系统框架,Spring本身没有提供对系统的安全性支持。Acegi是基于Spring IOC 和 AOP机制实现的一个安全框架。本文探讨了Acegi安全框架中各部件之间的交互,并通过扩展Acegi数据库设计来实现基于Spring框架的应用的安全控制方法。
关键词:Spring ;Acegi ;认证; 授权
近年来,随着Internet技术的迅猛发展,计算机网络已深入到了人们的工作、学习和日常生活中,于是,怎样构建安全的web应用也成为了当前最热门的话题。Spring是一个基于IoC(Inversion of Control)和AOP(Aspect Oriented Programming)的构架多层J2EE应用系统的框架。Spring框架正在以其优良的特性吸引了越来越多的开发人员的关注,并在大量的系统开发中被使用。然而,现有的Spring框架本身并没有提供对系统安全性的支持,本文通过介绍一种可用于Spring框架中的安全框架Acegi,并对在Spring框架中使用Acegi实现安全用户认证和资源授权控制进行了较深入的研究和扩展,同时给出了可行的解决方案。
1、spring 框架
Spring框架是由Open Source开发的一个优秀的多层J2EE系统框架,它为企业级应用提供了一个非常轻量级的解决方案,大大地降低了应用开发的难度与复杂度,提高了开发的速度。
Spring框架的核心是IoC和AOP。IoC是一种设计模式,即IoC模式。IoC模式进一步降低了类之间的耦合度,并且改变了传统的对象的创建方法,实现了一种配置式的对象管理方式,Spring框架中由IoC容器负责配置性的对象的管理。IoC模式极大的提高了系统开发与维护的灵活性。
AOP是一种编程模式,它是从系统的横切面关注问题。传统的面向对象编程OOP主要从系统的垂直切面对问题进行关注,对于系统的横切面关注很少,或者说很难关注,这样当考虑到系统的安全性、日志、事务以及其他企业级服务时,OOP就无能为力了,只能在所有相关类中加入类似的系统服务级的代码。AOP为解决系统级服务问题提供了一种很好的方法。AOP将系统服务分解成方面看待,并为类提供一种声明式系统服务方式。Java类不需要知道日志服务的存在也不需要考虑相关的代码。所以,用AOP编写的应用程序是松耦合的,代码的复用性就提高了。
2、Acegi 安全框架
借助于Spring框架,开发者能够快速构建结构良好的WEB应用,但现有的Spring框架本身没有提供安全相关的解决方案。同样来自于Open Source 社区的Acegi安全框架为实现基于Spring框架的WEB应用的安全控制提供了一个很好的解决方案。Acegi本身就是利用Spring提供的IoC和AOP机制实现的一个安全框架,它将安全性服务作为J2EE平台中的系统级服务,以AOP Aspect形式发布。所以借助于Acegi安全框架,开发者能够在Spring使能应用中采用声明式方式实现安全控制。
Acegi安全框架主要由安全管理对象、拦截器以及安全控制管理组件组成。安全管理对象是系统可以进行安全控制的实体,Acegi框架主要支持方法和URL请求两类安全管理对象;拦截器是Acegi中的重要部件,用来实现安全控制请求的拦截,针对不同的安全管理对象的安全控制请求使用不同的拦截器进行拦截;安全控制管理部件是实际实现各种安全控制的组件,对被拦截器拦截的请求进行安全管理与控制,主要组件包括实现用户身份认证的AuthenticationManager、实现用户授权的AccessDecisionManager 以及实现角色转换的RunAsManager。安全管理对象、拦截器以及安全控制管理组件三者关系如图1所示。
1、分析系统安全性需求
首先,需要明确进行安全控制的对象,可为业务方法和URL资源。
其次,需要进一步明确,系统身份认证资料和资源授权信息的数据持久化形式。
2、Acegi安全系统数据库设计
在Acegi框架中支持多种安全信息的持久化方式,可以在配置文件中配置或存放在关系数据库。由于在实际应用中,需求是经常发生变化的。所以,在配置文件中配置是满足不了实际应用需求的。然而,Acegi本身对权限表的设计非常简单,users表{username,password,enabled} 和authorities表{username,authority},这样简单的设计肯定无法适用复杂的权限需求。为了解决权限管理的复杂性,在这里引入了role(角色)的概念,使得用户和权限分离,一个用户拥有多个角色,一个角色拥有多个相应的权限,这样就更灵活地支持安全策略。
同时,为了更好地配合Acegi安全框架,还引入resource(资源)的概念,资源可分为URL和FUNCTION(方法)两种,一个权限可以对应多个资源。具体的数据库设计见图2。
3、认证管理器,授权管理器的配置
实现系统的安全控制,首先需要对系统的安全管理器和授权管理器进行配置,系统进行认证和授权需要获取安全信息,Acegi本身提供了对认证信息的获取机制,在实现认证与授权过程中,系统将主动根据配制信息和相应的信息解释安全信息的读取。图3给出了一个将用户安全信息存储在数据库中的认证管理器的配置示意图。
对应于图示的XML配置文件的代码如下:
由于URL资源请求安全拦截是借助于过滤器进行的。因此首先要配置Acegi Servlet过滤器。过滤器类似于AOP Around装备,实现在web资源调用前后进行的一些操作6种过滤器,他们依次构成Servlet过滤器链,依次处理客户请求。需要注意的是过滤器配置的顺序是不能交换的,当不需要使用某个过滤器时,可直接将其删除和注释。过滤器在web.xml中配置形式为授权管理器的配置方法与认证管理器的配置基本类似,这里不再讨论。
4、安全请求拦截器的配置
以上配置完成后,就需要配置安全拦截器。不同的安全管理对象需要使用不同的安全拦截器。对于方法级的安全认证需要使用的拦截器为MethodSecurityInterceptor,而应用于URL资源的安全拦截器为FilterSecurityInterceptor 。其中,MethodSecurityInterceptor拦截器是借助于Spring Aop实现的,而FilterSecurityInterceptor拦截器是借助于Servlet Filter 实现的。本文以URL资源请求的安全拦截器为例说明配置情况。
在spring applicationContext.xml文件中的配置形式为
以上代码是SecurityEnforcementFilter的配置,该过滤器对用户是否有权访问web资源作出最后的决定。其它的过滤器的配置类同。
配置完过滤器后,需要对拦截器FilterSecurityInterceptor进行配置,
objectDefinitionSource属性定义了那些受保护的URL资源,其中引用了一个本地对象filterObjectDefinitionSource。filterObjectDefinitionSource类从数据库中读取需要保护的URL安全信息,它扩展了PathBasedFilterInvocationDefinition Map类。
同样,实现了另外一个methodObjectDefinitionSource类从数据库中读取需要保护的FUNCTION资源,它扩展了MethodDefinitionMap类。限于篇幅,在这里就不列出具体实现的源代码。
由于Spring在越来越多的项目中的应用,因此基于Spring应用的安全控制系统的研究就显得非常重要。Acegi提供了对Spring应用安全的支持,然而 Acegi本身提供的实例并不能满足大规模的复杂的权限需求,本文通过扩展Acegi的数据库设计即可满足复杂的权限需求。然而,怎样将Acegi应用到非Spring的系统中,还有待进一步研究。
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电镀就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程,是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止金属氧化(如锈蚀),提高耐磨性、导电性、反光性、抗腐蚀性(硫酸铜等)及增进美观等作用。不少硬币的外层亦为电镀。以下是读文网小编为大家精心准备的:PLC与变频器在电镀生产线控制系统改造中的应用分析相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
河源某电镀厂为承接大量ABS塑料电镀(挂镀方式)加工,决定新建ABS塑料电镀自动生产线。为充分利用工厂现有资源,尽量减少工厂的投入成本,决定将现有仓库改造为ABS塑料电镀自动生产车间,改造项目中包括仓库现有一台单梁悬挂起重机(0.5t)。根据单梁悬挂起重机的工作特点和ABS塑料电镀生产工艺流程,经笔者反复思考,在保留点动功能的前提下,决定应用三菱PLC和变频器将单梁悬挂起重机改造成为ABS塑料电镀专用行车。
1.1主电路分析
该起重机共由4台异步电动机拖动,吊钩升降由一台电动机M1拖动,为防止电动机突然断电导致重物自行坠落或下放重物时下降过快而造成事故,电动葫芦具有电磁离合器制动装置和再生发电制动控制功能。电动小车移动机构由一台电动机M2拖动,大车移动由两台电动机M3、M4拖动。M3、M4两台电动机规格相同,两台电动机定子绕组接在同一电源上,但三相电源的相序相反,使两台电动机的转向相反,以保证大车的两侧滚轮驱动运动方向一致。
1.2控制电路分析
控制电路的电源由控制变压器TC输出36V 电压供电,吊钩的上下升降由SB1、SB2控制,电动小车运行由SB3、SB4控制,大车运行由SB5、SB6控制,电动小车两侧限位开关为SQ12、SQ13,大车两端限位开关为SQ15、SQ16及换相联锁线路。
根据ABS塑料电镀生产工艺流程,该电镀生产线有除油槽、亲水槽、粗化槽等18个槽位(槽位代号按顺序分别为1号~18号),全线总长约40m,而仓库车间长约25m,因此需将电镀槽按工艺顺序分两边均匀分布,即分2条电镀生产线,但必须首尾相连按工艺进行电镀。
在电镀生产线的左侧上挂点(原位装货点),由工人将待电镀零件装入挂篮,挂到起重机吊钩上,并发出启动信号,起重机吊钩上升并按工艺流程要求在需要停留的槽位停止、下降、停留、上升。如此完成电镀工艺规定的每一道工序,直至第2条电镀生产线的末端下挂点(卸货点)卸下电镀好的零件,根据需要自动返回原位,重新装货发出启动信号进入下一轮电镀加工循环。
为实现ABS塑料电镀生产工艺,并保留地面点动(上、下、左、右、前、后)操作功能,作如下改进:
(1)选用可编程控制器(PLC)实现对起重机的自动运行控制。
(2)为实现快速搬运和准确制动停车,减小起重机停车的冲击和挂篮的摇晃,采用变频器对电动葫芦电机、小车电机、大车电机进行调速控制。
(3)为控制起重机对上、下挂点和18个槽位进行准确定位,在大车导轨上的对应位置加装定位开关SQ0、SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7、SQ8、SQ9;在小车导轨上两侧对应位置加装定位开关SQ10、SQ11。考虑起重机主要工作在自动循环状态,其定位开关的工作频率高、可靠性及精度要求也较高,因此以上定位开关均选用LXJ0型接近开关(直流24V),由PLC内部电源24V提供。
(4)为实现地面点动和电镀自动循环的切换、急停、停止、启动等功能,在原有悬挂式按钮盒按钮的基础上加装一块控制板,其中,SB9为点动或自动循环切换按钮(复合自锁按钮),SB10为紧急停车按钮,SB11为起重机启动按钮,SB12为停止按钮。原悬挂式按钮盒按钮均随大、小车移动,加装控制板固定安装在上挂点附近,以方便工人操作。
(5)电动葫芦下方需要加装2个重锤限位器。SQ14控制上升高度,SQ17控制下降高度,下降高度应根据电镀槽液位高度来确定。
(6)为清楚起重机工作状态,增加了电源、越位报警、手动、自动状态指示灯。它们分别是HL1、HL2、HL3、HL4。
(7)由于起重机改造后处于长时间工作状态,在主线路中加装热继电器。
(8)原控制电气线路主电路中有6个接触器,现只保留3个接触器。
(9)考虑变频器和电机之间的连线比较长,可能导致变频器过电流跳闸,漏电流增加,电流显示精度变差等,因此布线时应尽可能让两者间不超过50m,确实超出的,则选用输出电路滤波器(OFL滤波器);同时,因PLC输出端接有感性负载(接触器线圈),将会影响PLC正常工作,为提高PLC控制系统的抗干扰能力,在负载两端并联RC吸收电路(交流负载)。
4.1可编程控制器型号选择
根据电镀工艺和硬件改造方案,确定了输入、输出端口的数量,并考虑经济性,满足使用要求,决定选用FX0N-60MR型号的日本三菱可编程控制器,其有36个输入点和24个输出点,满足了控制电气线路改造的需求。
4.2变频器型号选择
电动葫芦、小车、大车的运行由一个变频器实现控制,由于电动葫芦起重电机功率最大(0.8kW),因此所选变频器只要能满足电动葫芦电机,则大车、小车均能满足。已知起重电机型号为ZD21-4,额定功率0.8kW,额定电流2.2A。
4.2.1选用变频器的功率
变频器的容量PCN由下式确定:PCN ≥kPM/ηcosφ .其中:k为电流波形的修正系数,一般取1.05;PM为负载所要求的电机轴输出功率,PM为0.8;cosφ为电机的功率因数,约为0.75;η为电机的效率,约为0.85。将相关参数代入上式,计算得PCN ≥1.31kW .再由公式ICN ≥kIM(ICN为变频器的额定电流,IM为电机工频电源时的电流,IM为2.2)可知ICN≥2.31A。
4.2.2变频器类型的选择和型号确定
该起重机是恒转矩负载,为了实现恒转矩,适当加大容量。由于该变频器安装在配电箱内,因此选用防护式,不带选用件。综合以上情况,确定选用高性能矢量三菱变频器,型号为:FR-A740-1.5K-CHT。
4.3变频器主要参数设定
Pr.79设为3(外部组合操作模式);Pr.10设为18Hz(制动动作频率);Pr.4设为90Hz(高速);Pr.5设为40Hz(中速);Pr.6设为20Hz(低速)。
4.4软件编写
本程序主要采用步进指令、基本指令、特殊软元件进行编程,将自动循环和地面手动操纵分为两条通道,由SB9(X30)为选择条件,如不作选择,则程序默认为自动循环状态,否则进入地面手动操纵状态。现将起重机进入自动循环工作状态程序进行说明。
(1)自动循环:按下启动按钮SB11(X32),此时不论电动小车和大车处于任何位置(空载状态),大车先将以90Hz(快速)返回至上挂点(原位),而后小车也以90Hz(快速)定位到上挂点(原位),此时接近开关SQ0、SQ10发出信号,大车、小车电机通过变频器被先后制动停移,吊钩开始快速下降,下降至设定高度时,下降定位开关SQ17发出信号,吊钩停止下降等待挂篮上挂。如上挂完成,工人按启动按钮SB11,则吊钩以90Hz(快速)提起挂篮上升运行。上升至设定高度时,上升开关SQ14发出信号,吊钩停止上升并制动,防止挂篮自行坠落。定时器延时3s后,PLC向大车2个电机发出信号,大车以90Hz(快速)向除油槽(1号槽)方向移动,运行6s后以40Hz(中速)运行3s,再以20Hz(低速)运行2s,待除油槽接近开关SQ1发出信号,大车停止右移,准确定位后,吊钩快速下降至SQ17,开始6min的除油,除油完毕后吊钩快速上升至开关SQ14,吊钩在除油槽上方停10s,让镀件表面镀液流回到电镀槽中,定时时间一到,大车又快速向亲水槽(2号槽)方向移动,然后再经2次减速后定位到亲水槽;
以此类推,直到完成活化槽(9号槽)工序后大车不再向右移动,此时第1条生产线9个槽电镀工序完成。接着由小车以90Hz快速向清洗槽(10号槽)横向移动,运行15s后以中速运行3s,再以低速运行2s至SQ11制动定位至清洗槽,完成清洗槽工序后,大车往反方向运行,直至大车运行到第2条生产线的第18个清洗槽时,ABS塑料电镀工序全部完成,大车继续快速返回至下挂点,待SQ0发出信号,大车被制动停移,吊钩快速下降至设定点,等待工人取下挂篮。取下挂篮后,如果是单次循环或电镀任务完成,则按停止SB12,此时吊钩快速上升至SQ14后,小车快速横向移动至SQ10,起重机停靠在上挂点并停止工作,原位待命。如果是多次循环,则按启动SB11,此时吊钩不再上升,小车直接快速横向移动至SQ10回到上挂点(原位)等待第2批零件挂篮上挂。
(2)停止:在自动循环状态时,在电镀过程中,如出现一般性质异常情况可按停止按钮SB12,起重机将停止运行,待问题处理完毕后,按启动按钮SB11将继续运行。
(3)急停:在自动循环状态时,遇紧急情况时,按SB10能禁止所有输出(应用M8034)。
(4)六档点动控制功能:按点动或自动切换按钮SB9时,电动葫芦、大车、小车处于行走范围内任何位置均可以实现点动控制功能,此时手动指示灯亮。
(5)来电或恢复供电指示功能:通电指示由Y04驱动,Y04通过特殊继电器M8000的常开触点联接,在PLC开机后,使Y04线圈被驱动,指示灯亮。
(6)越位报警功能:起重机运行时,当吊钩上升过程因重锤限位器失效,断火限位器SQ20将发挥作用,切断电动葫芦电机电源,或者当大车、小车移动时,只要碰到限位开关SQ12、SQ13、SQ15、SQ16,起重机则停止工作,报警灯亮。
该起重机经多次调试和运行,各项功能均满足生产需求,系统性能稳定可靠,操作灵活方便,抗干扰能力强。特别是在运行中避免了急刹车所造成的振动和吊钩的晃动,实现了高效运行准确停车等功能。应用PLC、变频技术对单梁悬挂起重机改造成ABS塑料电镀自动生产线专用行车,不仅解决了企业实际生产中的困难,为企业提高生产效率和经济效益,还能为同类技术升级改造提供借鉴和参考。
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中国修建水闸的历史悠久。关闭闸门,可以拦洪、挡潮、蓄水抬高上游水位,以满足上游取水或通航的需要。开启闸门,可以泄洪、排涝、冲沙、取水或根据下游用水的需要调节流量。水闸在水利工程中的应用十分广泛,多建于河道、 渠系、水库、湖泊及滨海地区。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:浅谈水利施工中水闸施工的管理措施相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
水利施工中的水闸施工存在着固有的高难度、高危险性和高技术要求等特点,因此在实际施工建设过程当中一方面是非常容易出安全事故,另一方面是容易给水利工程本身带来难以解决和处理的问题,严重时候甚至会危害人民的财产和生命安全,基于上述一系列原因,水利施工管理工作的重要性就不言而喻了。如果能够对水闸施工质量进行良好控制和管理的话,首先就是能够在相当大程度上提升水闸工程的寿命和安全性,相应的也会保障水闸的后续运行更加稳定和安全,这样一种提升和优化对于我们国家水利工程建设是非常有积极意义的。除此之外,处理好水利施工管理工作还能够有效避免不必要民事纠纷的产生,事实上,科学的水利工程建设也是我们国家以民为本执政理念的体现,也就意味着水利工程的良好建设在一定程度上还有利于政府方针的执行和民族凝聚力的提升。
水闸施工过程当中影响工程质量的因素一般来说包括以下四个方面,下文当中先对问题进行简要描述,然后再针对问题给出较为详尽的解决措施。首要问题就是水闸施工前期准备工作不足,这样一种不足有可能是经验不足造成,也有可能是工作人员责任感不到位所导致,总之这样一种前期准备工作不足已经成为了较为普遍的状况,企业关心质量和效益,但是对于各类施工管理规定认识不到位、对图纸设计工作以及现场勘查不到位以及对工程建设管理工作的不到位,最终导致事与愿违。其次就是施工进行过程当中责任不明确以及工作人员本身安全意识和质量意识淡薄的问题,总觉得这么大的工程和自己无关,最后就是制度建设不全的问题。
水利施工中水闸施工的管理措施主要包括以下四个方面:一是扎实细致的前期准备工作,二是施工过程当中明确的责任制度,三是要致力于提高工作人员本身的安全意识,四是要建立健全并执行相关方面的要求和制度。
对于任何一种类型的工程建设而言,开工之前的充分准备工作都是十分必要的,良好的准备工作不仅能够保证后续施工过程的良好进行,更是能够有效避免工期过紧甚至是工期不够等一系列不良问题的出现与发生。具体执行和实现则可以通过以下两个方面入手:一是在准备工作阶段严格审核施工企业上交的技术方案、管理规定和质量保证体系等,通过对施工企业资质的考察以及对施工企业人员配置的了解来从源头上控制风险。另一方面就是要对可能出现的问题进行实现预测和预防,并相应制定出解决方案来,基于此尽可能避免问题出现与发生以后措手不及来不及正确处置。
水闸施工过程漫长而复杂,因此在执行和实践过程当中会涉及到方方面面人员以及企业的联系,在这样一种复杂的状况之下,责任到人的体制建设就显得必不可少了,但是在体系建设与执行环节当中一定要把握住重点:
一是工程项目人员的责任到人制度,工程项目人员直接参与工作建设,在第一线对工程质量进行控制与把握,因此其责任标准的落实与检查就显得格外重要,对于工程本身而言也是意义重大;在此基础之上还需要进一步完善工程小组责任制,相对于是对责任到人制度的升华和优化,通过工程小组来对项目的具体环节或者是方面进行控制与负责,涉及工程小范围内的方方面面,这样一方面方便工作人员相互之间的监督与管理,同时还能够在较大程度上提升工作的效率和质量。
当然,任何一项工作最终都是要落实到人,因此人员本身的安全意识同样非常关键,甚至是对工程质量起着直接的决定性作用。为提高工作人员的安全意识,通常需要做到以下几个点:第一点就是要做好宣传工作,这是前提和基础,通过广泛而全面的宣传工作来保证员工内心深处对于安全就有准确而深刻的认识,让员工认识到经济效益之上还有安全,安全是实现经济效益最大化的必要条件。
第二就是要在施工现场内设立醒目的安全指示牌,这一点对于水利工程更是格外重要,通过时时刻刻的现场提醒来尽可能的保证工作人员高度的警觉性和安全意识。第三就是要提升人员自身的自我保护能力以及问题出现后的应急能力,这对于员工个人的安全指数提升同样非常有意义。
再次就是管理制度的建立与完善,上述多种管理措施与方法是能够起到非常良好的效果,但是最为显著的不足就是作用面太过分散,想要全员提高安全意识,做好管理工作,归根结底还是需要通过清楚严格的管理制度来实现,通常来说,和员工奖惩激励机制结合起来能够获得最佳的效果。此处结合三个具体的方面来进行说明:
一是为了保证工程质量,首先就要保证工作团队的高质高效,也只有作风良好、责任性强的团队才会严格按照安全质量标准来展开工作。除了在最初进行工作人员选择时需要把好关以外,还需要不断的对员工进行培训和教育,保证员工的持续进步和发展。再者就是要严格管理好现场工作人员,尽可能的保证设计工作者与施工管理工作者之间良好而畅通的沟通,这样一方面是能够更好的在施工过程当中体现设计者的意图,另一方面对于工程整体质量的提高无疑也是非常有帮助的。
最后就是对工程物资的管理,尤其是像水利工程这样的大型基础工程建设,都会涉及到大量工程物资的采购与管理,一方面是需要通过对施工现场物资原材料的有条理存放来避免物资被窃或者是发生浪费,除此之外也能够尽可能的保证物资存放不对工程建设本身产生障碍。企业还需要定期对施工过程当中所使用的机械进行检查和维护,这一点对于水闸施工而言尤为重要。
结语:水利施工中水闸施工较之于普通的工程建设而言是存在着较多特殊点的,包括施工环境、施工难度以及施工技术要求等,这样一些固有的特殊性使得一些比较小的失误也可能导致水闸施工的大问题出现,因此在管理工作进行过程当中一定要关注和重视各种细节,保持责任心,尽可能的促进水利工程水闸施工的顺利和完善进行,保证工程质量,就是保住企业效益、保住社会效益以及人们的生命财产安全。
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智能交通控制系统是一个基于现代电子信息技术面向交通运输、车辆控制的服务系统。它的突出特点是以信息的收集、处理、发布、交换、分析、利用为主线,为交通参与者提供多样性的服务。说白了就是利用高科技使传统的交通模式变得更加智能化,更加安全、节能、高效率。以下是读文网小编为大家精心准备的:浅谈RFID下的智能交通控制系统功能模块的电路设计相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
随着城市汽车数量的急剧增加,城市交通拥堵日趋严重,如何快速、准确地采集各种交通数据,合理进行交通诱导,有效缓解城市交通压力,已经成为交通工程领域亟待解决的关键问题。针对上述问题,文章设计了一种基于高频RFID(Radio Frequency Identification)的车辆位置数据采集系统,构建出智能交通控制系统功能模块的电路设计方案。
RFID 技术,即射频识别技术,是一种不需要实际物理接触即可自动完成目标识别的高新技术,具有可靠性高、数据存储量大、抗干扰能力强、响应速度快、标签内容可读写及高性价比等诸多优点,近年来被广泛应用于物流、运输、工业生产和智能交通等领域。该系统的研究与实现将能很好地完善城市交通信息感知体系,有着很显著的社会效益和经济效益。
(1)路侧设备安装简单、部署范围广,不会有应用“死角”的存在;(2) 车载设备只有一张电子标签,不会涉及车辆改装等复杂问题;(3)可以实现车辆定位、车速测量、交通状态判别等多种功能;(4)具有谷歌地图显示、表格显示、文本显示等多样化显示功能;(5)设备成本低、经济效益好。
一个标准的射频识别系统主要由应答器(电子标签或射频卡),阅读器(读写器)和对应的应用系统三部分组成。
2.1 电源模块
控制器主板可使用12/5V 两套供电电源,但AT91RM9200 多工作于3.3V,因而,其他的器件在也应为3.3V。电源系统的变换开关为AC/DC 型,功率为10 瓦,其电压输入在156VCA 至265VCA 之间,开关电源输出+12V、+5V,其他电源电压则通过三端稳压芯片产生,其中,+5V 电源通过两个三端可调稳压芯片LT1085 产生+1.8V和+3.3V,从而为ARM 处理器及相应的外围电路供电。LT1085 芯片通过选择两个合适的电阻能够输出的电压范围为1.2V 至15V,例如+3.3V=1.25V×(1+R322/R323)。
2.2 RTC 模块
在通讯、干线或者区域协调控制中,交通的控制器还要通过对等的时间点进行同步,为了能够确保时间的同步,需要设计RTC 对时间进行校对。RTC 既能够提供可以进行编程的实时时钟,还能够在断电之后立刻启动备用电源。
2.3 复位电路
AT91RM9200 处理器有NRST 以及NTRST 复位信号,这两种复位信号中,前者用于系统的复位,而后者则用于JTAG/ICE 复位,能够对处理器中的ICE TAP 控制器初始化,从而使得连硬件仿真器在进行初期调试时更为便捷。在所有时间段,复位信号仅仅有一个有效的,都能够让ARM 处理复位并且将复位向量指向的地址处开始执行程序。
2.4 功率驱动电路
功率驱动电路用以进行大功率交通信号灯的驱动,采用了固态继电器(SSR)。额定电流以及额定电压分别为5A 以及400VAC。固态继电器的驱动是直流+5V。外部的C208、R313 组成浪涌吸收电路可用来保护固态继电器不受损害。相比于双向可控性,功率驱动电路集成程度更好,稳定性更好,但相应的优点也使得其造价较高,相对而言,价格更为昂贵。
2.5 射频信息采集模块
无线射频识别(RF1D)交通监管技术是未来实时交通信息采集主要的发展方向,在本设计中,在实时采集交通流量中充分运用射频识别。
相比于传统的采集方法,该方法能够持续获取相应的数据,并能够准确直接反应出实际交通量,无线射频识别能够对车辆进行实时追踪,并将所获取的交通数据以互联网为媒介传输到交通控制中心,而交通控制中心能够将所获取的交通数据进行总结分析得出当前的交通状况,并将相应交通状况通知给行驶在路上的司机,通过电子地图实时显示交通状况,进而引导交通,缓解交通堵塞。
该技术的运用能够在对交通流不影响的前提下进行交通数据的采集,这也大大优化了交通状况。通过射频识别进行交通数据采集的工作原理为:阅读器和应答器以电磁波作为媒介,进行能量的传输与数据通讯。
在整个工作过程中,读卡器首先通过天线传输加密数据载波信号到RFID 汽车标签,之后标签的发射天线工作域被激活,同时将加密的载有目标识别码的高频加密载波信号通过某种调制方式经卡内高频发射模块发射出去,接收天线接收到射频卡发来的载波信号,在读卡器进行处理之后,提取出相应的目标识别码,并将识别码传输到计算机中,从而完成了预设的系统功能和自动识别。
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塔台或称控制塔,是一种设置于机场中的航空运输管制设施,用来监看以及控制飞机起降的地方。世界上大部分的机场都设有塔台,或是使用命令频率,只有少数最忙碌的机场拥有需要设置塔台的航班流量,但也有些机场会在特别活动期间(例如奥旭寇旭航空秀[1])暂时启用塔台。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:关于机场塔台指挥控制系统的设计分析相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
机场塔台发挥着十分重要的作用,可以有效对空指挥引导本机场区域内飞行和本场起飞着陆的飞机,在航空兵作战指挥系统中,占据着十分重要的位置。其中,指挥控制系统的设计效果会直接影响到机场塔台对空指挥引导能力,希望引起人们足够的重视。在战争情况下,敌人最容易攻击的部位就是机场塔台指挥系统。通过调查发现,在如今的航空兵机场塔台指挥系统中,还有诸多的环节需要强化,需要进一步的提高指挥自动化水平,将塔台指挥控制系统的作用给更好的发挥出来。
一是系统组成及功能:系统包括诸多的组成部分,如塔台指挥控制系统、网络管理系统、视频监控系统以及内部通信系统和定位系统等,都是必不可少的内容。指挥控制系统,包括超短波设备组块、短波设备模块以及语音数字化处理等,将嵌入式模块结构给应用了过来,借助于总线技术管理,连接着录音、录时和录像关系,网络管理系统管理着这些分系统。
中央处理器、网络设备以及管理控制软件系统等构成了网络管理系统,它的作用是统一管理塔台指挥控制系统的软硬件,在网络形式方面,主要是结合了局域网和广域网。航管雷达信息、进场雷达信息以及数据传输与接口系统等共同组成了航管及进场、引导雷达系统,在数据信息的传递中,借助于有线、无线以及网络等多种方式来首先,网络管理系统对其统一管理。
飞行终端信息、飞行后勤保障信息、飞行机务信息等组成了飞行信息系统,通过数据系统来连接接口系统,网络管理系统来对其统一管理。有线电缆、卫星通信、微波接力、局域网和广域网等构成了数据传输和接口系统,在协议标准方面,主要采用的是静态路由,它的管理系统是网络管理系统。中国论文网视频监控系统主要包括一些硬件设施,如摄像机、解码器以及显示器等都是其重要的组成部分,连接着录音、录时和录像管理系统,网络管理系统对其统一管理。视频监控系统的主要作用是处理、记录和评判三线视频图像,也可以直接引入于飞行后勤保障系统。
录音录时录像管理系统包括诸多的组成设备,这些设备的功能主要是记录数据、存储数据以及数字化处理语音图像等,时钟设备以及刻录设备也是其非常重要的组成部分。录音录时录像管理系统连接着内部通信系统、视频监控系统和塔台指挥控制系统,依然由网络管理系统进行管理。数字式双DVD光盘驱动器是本系统所具备的,可以扩容到32信道,网络重放功能是其具备的,可以在光盘中实时储存,可以同时进行实时监听、记录和重放功能,话音和摘机功能是录音启动方式。
在内部通信系统方面,主要包括有线调度电话和无线集群调度电话,连接着录音、录时和录像管理系统,中国论文网代写论文网络管理系统对其统一管理。有线调度电话将G.712和G.732协议给应用过来,数字程控调度功能是其所具备的,相较于数字集群调度电话,无线集群调度电话的接口功能是相同的。供电系统则包括电源和地线等组成部分,主要作用是将能源提供给整个系统。
二是系统管理与控制系统。
本软件系统包括两级菜单,网络管理信息、塔台指挥信息、供电系统信息以及定位信息和飞行信息等构成了一级菜单,二级菜单包括三组内容,如超短波塔台总线管理、短波塔台总线管理、进场雷达信息、其他雷达信息以及飞行参数信息、飞行终端信息和飞行机务信息等等。
三是通信软件设计: 我们借助于Visual C++的Mscomm控件,控制中心的PC机就可以有效控制串口,以便对调制解调器进行控制。我们对Mscomm的属性进行了解和掌握之后,就可以有效的编制通信软件。
在程序的初始化阶段内设置参数,将初始化串口和Modem作为重点,涉及到诸多方面的内容,如对通信端口合理选择、对串口波特率科学设置,将串口打开以及将初始化命令输入于Modem等,接着就是拨号,也就是向终端呼叫。如果成功呼叫,就说明已经建立了通信链路,那么和终端的正常通信就可以实现。
综上所述,过去的塔台指挥控制系统在应用实践中,逐渐暴露出来了诸多的问题和不足,影响到塔台指挥控制系统作用的发挥。本文所设计的新型塔台指挥控制系统,可以计算机管理塔台设备,模块化管理总线,维护监控工作可以远程实现,并且还可以自动录入进场雷达以及引导雷达等相关信息,融合数据信息,实时传输和显示飞行参数等,这样将塔台指挥控制系统的作用给充分发挥了出来,航空兵的指挥水平也得到了较大程度的提高。
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火箭发动机是喷气发动机的一种,将推进剂贮箱或运载工具内的反应物(推进剂)变成高速射流,由于牛顿第三运动定律而产生推力。火箭发动机可用于航天器推进,也可用于导弹等在大气层内飞行。大部分火箭发动机都是内燃机,也有非燃烧形式的发动机。大部分发动机靠排出高温高速燃气来获得推力,固体或液体推进剂(由氧化剂和燃料组成)在燃烧室中高压(10-200 bar)燃烧产生燃气。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:浅析火箭发动机壳体衬层固化的温度控制系统相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
【摘要】:衬层介于火箭发动机推进剂与壳体之间,是由一层黏弹性物质经固化后形成的,起界面粘接作用。在固化的过程中温度对衬层性能的影响较为关键。针对加热时温度的均匀性、加热速率控制的准确性以及固化设备结构复杂性等问题,提出了旋转固化热风循环的加热方式,设计了以PLC为基础的火箭发动机壳体衬层固化温度控制系统,并编制了控制流程与程序。
【关键词】: 衬层 旋转固化 PLC 火箭发动机壳体
火箭发动机壳体衬层初始状态是一种高黏度流体,固化后将推进剂牢固地粘接到绝热层或发动机壳体上,其主要功能是粘接和缓冲应力,兼有隔热和限燃的作用。固化过程中要求温度控制准确、加热均匀。目前常用的烘干设备有两种:一种是蒸汽或电加热的烘箱,该加热器一般采用镍铬丝电阻器件,并将加热器设置于烘箱的底部,这种结构的烘箱温度在竖直方向上呈梯度分布,极不均匀;另一种是将风机安装在烘箱的侧壁上,通过风机工作将外部热源的热量通入到箱体内,以此来烘干箱体内的物品,所以加热温度比较均匀,但并未采用循环风,会造成热能的浪费且烘干室内温度不稳定。
面对大体积火箭发动机壳体衬层固化的复杂性及对温度控制要求较高等问题,综合热风循环、间接加热方式及旋转固化的优点,提出了将旋转固化技术与热风循环相结合的新型加热方式。即将烘干设备设计成热风循环系统,通过风机将加热箱内的热风吹到烘干箱体内,经热交换后再将烘干箱体内的气体送回到加热箱内,同时对火箭壳体进行旋转,以达到均匀加热的目的。考虑衬层固化过程中对温度控制的复杂性,采用高精度的温度传感器实时监测加热温度,运用PLC对火箭发动机壳体衬层旋转固化的热风循环控制系统进行设计,实现对固化设备的远程自动控制。
涂层材料喷涂于火箭发动机壳体完毕后,在较低的转速下实施烘干以达到涂层材料与热风接触均匀的目的。空气作为热量载体在加热室中受热后经送风管道送入烘干室,然后与衬层材料接触产生对流热交换。通过对流换热的方式将热量传递给工件涂层,使涂层材料固化形成衬层。完成对流热交换的空气经过带有风机的回风管路送回到加热室内再次进行加热,形成循环回路,为烘干室提供了稳定的加热环境。整个热风输送采用下送上回方式进行循环,即送风管设置在烘干室底部工件的下部,回风管设置在烘干室上部空余空间,由于热空气上升冷空气下降,涂层上下温度分布比较均匀且整体的温度恒定。
衬层固化的热循环系统主要由空气加热室、输风管路和烘干室组成。烘干室是整个设备的关键部件,主要用于大尺寸的两组火箭壳体涂层固化。烘干室室体的主要作用是将室内环境与室外环境隔绝,防止烘干室内的热量向外界流失且具有一定的承载能力。烘干室内部设立两组支座,要求支座具有旋转工件功能且速度可控;室体采用矩形框架基本形式,即由框架和护壁构成箱式封闭空间结构。
箱体框架骨架采用12#方管,内外壁采用A3碳钢冷扎板,在内、外壁之间填充100mm厚酚醛保温板。加热室用来加热烘干室内的循环空气,使进入烘干室的混合气体保持在一定的工作温度范围内。热源选用金属管式加热器,加热器交错均布于循环风机前的回风段内室体侧壁上。加热室框架采用矩形框架基本形式,内、外壁均采用3mm 厚的A3碳钢冷扎板,保温材料选150mm 厚的酚醛保温板。输风管路均采用SUS430不锈钢无缝钢管,管路采用保温措施,空气动力装置选用耐高温的DZ500调速离心风机。
火箭发动机壳体衬层旋转固化设备的烘干系统采用上、下位机进行控制。控制量主要有开关输出量和模拟输入量两类。计算机编制好控制程序后通过通讯接口RS-485传输到PLC 中,PLC执行程序运行输出数字控制信号后通过D/A输出模拟信号,模拟信号通过变频调速器改变电流、电压,最后实现对执行元件的即时控制;
同时温度传感器和风速传感器将采集的信号通过变送器后放大,放大的信号经过A/D 转换器后变成数字信号反馈给PLC,PLC程序作出判断并进行下一个程序循环。由于温度控制的复杂性,PLC选用三菱的FX2N-32MR作为基本控制单元,PC与PLC之间采用RS-458进行通讯。对温度和风速信号采集分别采用一体化温度传感器SBWZ-2480/44si 和一体化风速传感器AV104H-2-10-10-T-30-1,显示仪表采用单输入通道数字式智能仪表XST/A-H3VTT0A2B5S0V0。控制柜与现场执行元件通过控制电缆连接以实现远程控制。
3.1控制系统的程序设计
衬层旋转固化设备的加热保温系统控制较复杂,本文运用模块化设计思想,采用“化整为零”的方法,将控制程序分为公用程序、手动程序及自动程序3部分。
分别编出这些程序后,再“积零为整”,用子程序调用指令调用手动程序和自动程序。系统运行时首先执行公用程序,当选择手动工作方式时(X020接通)跳至手动程序执行,当选择自动工作方式时(X021或X022接通)跳至自动程序执行,系统实行自动控制并完成操作。
3.2温度控制系统的控制流程
程序初始化后,火箭发动机壳体开始旋转并启动风机,利用风速传感器对烘箱内风速信号进行采集,通过对风速信号分析进行PID运算,判断出风机是否正常工作。若风机不正常工作,重新进行调试,再次启动风机。待风机能够正常工作后,启动常开组电加热管进行加热,采用温度传感器对各测量点进行数据采集,经温度PID运算,控制调节电加热管以实现对温度的调节。涂层完全固化后关闭常开组电加热管,关闭风机,待烘干室降到一定温度时,开启烘干室换装下一组壳体,关闭烘干室门,进行下一个循环。
通过对衬层旋转固化的加热与保温控制系统的研究,提出了旋转固化热风循环的加热方式,选择了以PLC为基础的控制系统,并完成了对控制系统的硬件设计以及程序编制。采用上位机控制系统实现了自动化和远程控制的设计理念,使操作系统更智能化、人性化。
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信息集成 (集成平台) 是指系统中各子系统和用户的信息采用统一的标准,规范和编码,实现全系统信息共享,进而可实现相关用户软件间的交互和有序工作。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:浅谈信息集成在航天运输控制系统中的应用研究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
在航天领域,随着SpaceX 等私人航天企业的涌入,包括Ariane 和ULA 在内的多家航天机构均纷纷感到了竞争的压力,开始研究如何快速、可靠和低成本地实现火箭的发射服务。为了应对挑战,航天运输系统应认真考虑使用性问题,尤其长征系列火箭还未能真正参与国际市场竞争,使我们长期对这方面的需求不再敏感甚至认为没有需要。同时,火箭竞争力往往用运载能力等总体指标来衡量,对于其他分系统能发挥的作用,讨论得甚少。本文将重点探讨信息技术的发展给航天运输控制系统(包括地面测发控系统)带来的机遇与挑战。
目前,信息技术对航天控制的影响,更多聚焦于多传感器的信息融合以及多处理器的并行处理等领域,这体现了信息技术的两个特点:信息量大大增加,信息处理的能力以及需求也大大增加,但信息技术的作用不仅限于此。应该看到,信息技术是基础技术,当基础技术的能力得到了提升,我们同样要回归到基础去重新认识现有的设计,去源头寻找解决新问题的新途径。例如,过去由于处理能力不足而简化或省略的功能是否需要补充完善,总体的风险是否需要进行调整等。
在进行运载火箭控制系统设计时,首先进行系统方案设计,其重点是确定飞行的轨迹并评估精度;在此基础上,按照系统从大到小进行任务划分,例如,首先确定飞行系统与地面测发控系统的任务界面;其次,针对飞行系统中的电气系统,明确控制分系统与测量分系统之间的任务界面;针对控制分系统,再进一步划分设备的组成及其内部软硬件的分工。
未来空间运输系统的任务将更加复杂,对其自主控制能力的要求也更高,总体、控制、动力等多学科融合的趋势愈来愈强,单纯依靠某一个系统的优化设计空间已越来越窄。因此,考虑到未来自主控制以及“快速、可靠、经济”地进出空间的需求,本文分析了信息集成技术在上述设计流程中能够发挥的作用,提出了四个“一体化”的设计理念,即:
1)利用箭上计算装置的计算能力,完成在线自主轨迹规划,实现“制导与弹道设计的一体化”,增强自主控制的能力和适应性;
2)借助于箭上系统的信息处理能力,进行自检测(Built in Test,BIT),实现“BIT 与地面测试系统的一体化”,重新规划飞行系统和地面测发控系统的任务分工,从而达到快速发射和精简技术保障人员的目的;
3)充分发挥箭上智能单机的处理能力,实现“控制与测量系统的一体化”,减少单一功能的设备,并采用平台化的设计理念,避免重复开发,进而降低成本,提高产品成熟度和可靠性;
4)设计通用的软硬件一体化开发平台,实现“模型驱动的软硬件设计一体化”,为方案论证和选型提供统一建模与仿真的环境,确保设计一次成功,避免方案性反复。
由于信息技术的发展,传统的功能领域得以延伸,并且可以集成其他功能;而第四项一体化则为方案设计的早期验证提供了“量化”分析的条件。
1. 1 轨迹优化中的间接法与直接法
传统上制导与弹道分属两个设计领域,弹道设计是离线的静态优化,而制导控制则是在线的动态优化。许多设计约束由弹道设计来保证,制导仅完成与入轨精度相关的终端约束的控制。但是,随着闭路制导技术的应用,制导系统会实时规划满足终端约束的轨迹,有可能偏离标准弹道,从而导致弹道设计中的隐式约束无法得到满足;如果在制导控制中加上这些约束,传统的设计方法有可能得不到合适的解析解。
飞行器轨迹优化问题实际上是一种带有状态约束和控制约束的最优控制问题。解决这类问题,间接法和直接法是最常用的两类方法。间接法基于极大值原理推导最优控制的一阶必要条件,它们构成了求解最优轨迹的Hamiltonian 边值问题,由于不对性能指标函数直接寻优,因此该方法称为间接法。当前的大多数实时轨迹优化方法都对动力学方程进行了不同程度的降阶处理,仅针对某种具体的问题有效。这种应用存在以下不足:1) 约束条件不同,算法会体现很大差异,很难有一个通用的解决方案或框架;2)许多情况下难以得到表达完美的解析解,这时往往要对模型进行简化;3) 即使如此,许多复杂约束还是难以解决,只能对约束条件进行精简,其代价往往由总体承担转嫁到有效载荷。
直接法比间接法出现更早,采用参数化方法将连续空间的最优控制问题求解转化为一个非线性规划(NLP)问题,通过数值求解该非线性规划问题来获得最优轨迹。在计算机技术迅速发展的近30年,直接法有了较快的发展,并且开始应用于航天领域。这些方法的不同体现在对连续最优控制问题的转换、离散化等方面,文献还概述了一些很有应用前景的方法,如伪谱法,滚动时域优化法等,尤其是离散控制变量和状态变量的伪谱法,备受关注。该方法成功应用到国际空间站的调姿优化,但对于大气层内飞行段,其实时性尚未得到验证。
在国内,从多级固体火箭上升段到高超声速飞行器再入段,伪谱法在离线轨迹优化中得到了普遍应用。为提高效率,常采用与直接法结合或串行分段优化的策略,设计一条优化轨迹的时间从数分钟至数秒,并具有了应用于在线制导的潜力。而文献提出的收敛深度控制策略,可将特定条件下的优化时间缩短至100 ms 以内,这为在线优化提供了条件。
如果能进一步提高直接法的计算效能,采用统一的建模方式,实时地解算各种过程约束或终端约束、等式约束或不等式约束,则制导控制与弹道设计就能实现一体化。这不仅是自主飞行控制的需求,也是技术发展的必然。
联立法在过程控制领域应用广泛,国内也开始尝试将这项技术应用到航天运输系统的设计。运载火箭飞行全过程是多阶段、非线性、变动力学模型,以某型火箭为例,其设计约束包括如下部分:
1)入轨精度要求;
2)入轨姿态要求;
3)控制变量的变化率要求( 如全程角速度限制);
4)分离前控制变量保持不变的要求;
5)残骸落点位置的要求;
6)攻角的要求。
传统上只有第1 项约束是制导系统直接控制的,如果同时考虑其他约束,则难以推导出解析表达式,因此其他约束均隐含在标准弹道中。但若在自主控制下偏离标准弹道,上述约束条件就可能都无法满足,这使得制导系统的自主性以及应对突发事件的适应能力均有不足,这也是一体化设计所要解决的问题,即自主的轨迹规划要能满足所有约束。需要重点解决多阶段非线性系统的动态优化、复杂约束动态系统联立优化等技术难题,并对系统模型进行适应性的重构。
1. 2 联立法的解题框架
将火箭运动模型以及各种约束条件按时域划分有限元,并用插值多项式对各变量进行逼近。然后计算Jacobian 矩阵,并将其结果与离散模型送至非线性规化求解器( Nonlinear Programming,NLP)。NLP 对联立的方程进行求解,将计算结果返回离散模型,计算残差。若残差满足要求,则本次轨迹规划成功,将离散的最优解插值成最优控制曲线;如果残差不满足要求,NLP 将进行搜索方向的计算,更新各变量,并再次求解,这一过程反复迭代。
目前,提高计算效率的主要研究方向为以下几个方面:
1)通过自适应移动有限元方法确定合适的有限元个数;
2)通过初值发生技术选择变量的初值;
3)采用多阶段动态联立优化方法( 而非分段串行优化方法)解决质量突变以及推力非线性变化的情况;
4)通过收敛深度控制提高运算速度;
5)合理选择残差避免不收敛的情况。
算法的优化、计算速度的提升以及并行处理技术的发展,都将促进这项技术的应用。从中可以看出,模型离散化与具体飞行的任务需求相关,其他工作均可以由计算装置自动完成,从而提供了一种通用的解题框架。该技术的突破,将为此类问题的实时动态求解开辟新的技术途径,其应用也不仅仅局限于航天运输系统。
2. 1 现状分析
简化测发控操作,减少发射准备时间,精简现场保障人员;同时提高测试覆盖性,缩短天地差异性,加强设备通用性,这些看似矛盾的需求,是当前对测发控系统的新要求。渐进式改进已难以大幅提升性能,必须从源头重新规划,即将箭上控制系统的设计与测试发控的需求结合起来统筹考虑。在这方面,日本Epsilon 固体小运载火箭甚至提出了移动发射控制的概念,通过网络可以在世界的任何一个地方利用一台便携式计算机方便地检查和控制火箭发射,主要实现流程控制;而火箭发射准备阶段的测试以及故障诊断、重构等工作全部由箭上系统来自主实现,并将是否满足发射条件传送至地面供控制中心人员决策。而国内的研究更多着眼于传统地面设备的整合,实现地面设备的统一化设计和型号之间的共享,对如何利用箭上系统的自检测功能来简化地面测试还少有论及。
结合我国的实际情况,虽然利用箭上设备BIT功能实现自检测(数据采集) 被认为是可行的,但将数据的分析、故障的诊断以及是否满足发射条件的决策仍交由地面指挥控制中心来完成,是箭、地任务分工较为合理的一种方案,目前已进入了应用研究阶段。
2. 2 总线窃听与箭地高速测试总线
与Epsilon 的方案相比,箭上设备只负责数据的采集,这样减轻了箭上产品的负担;箭地之间设计大容量的高速测试总线(High-speed Measurement Bus,HMB),按传输速率≮20Mbps、通信距离≮200 米设计,基于HMB 的数据采样称作“总线窃听”技术,以区别于1553B 总线等的“总线监听”技术。
考虑到箭载计算机是火箭控制系统的主控设备,对其机内数据总线的检测相当于获取了与计算机相关的所有输入(对应各种传感器)和输出(对应各种控制指令) 信号,因此将数据监测点设置在箭载计算机的机内总线端;同时为避免对飞行软件的影响,这些检测应全部自动实现并将数据通过HMB下传至测发控系统(自动窃听并发送)。为便于箭、地主动的收发通讯,设计单独的用户邮箱。
HMB 将在箭、地系统之间建立统一的接口,在活动发射平台的前端设备间配置一台通讯终端,通过该终端利用网络通讯,可以将数据传送至指挥控制中心的数据处理终端或后方系统设计单位。为保证通讯的可靠,应适应并接两个或多个通讯终端的情况。
2. 3 自动判读与闭环测试
借助于HMB,首先可以实现“基于模型和数据驱动的自动判读”。地面能够直接“窃听”到飞行控制软件的输入信号及产生的控制信号;其他总线站点的信号封装成遥测量,由箭机作为总线控制器转发给遥测系统时,地面通过对总线接口的监测也能获取这些数据,于是地面系统可以据此采用相同的算法(模型)进行箭上控制过程的同步推算,并将计算结果与箭上设备进行对比,这就是“基于模型”和“数据驱动”的含义。理论上二者的处理结果除计算误差外应基本一致。当然地面与箭上的开发小组应不同,采用类似于多版本的经验来消除共因失效。这种分析是自动且近似“实时”的,并且对测试用例不敏感:当用例改变,即箭上各种控制器的输入条件改变时,箭上与地面系统的计算结果也都发生改变;但只要二者一致,说明系统工作正常,并不需要提前准备固定的判据。这种分析技术为闭环测试提供了便利,以控制系统总检查测试为例。
可以看出这种测试是闭环的。地面仿真计算机通过HMB 获取发动机摆角信息,仿真箭体的运动,并将解算后的速度、位置和姿态转换为惯性测量设备的信号,通过箭地邮箱反馈至箭载计算机中,形成闭环反馈控制系统。这种将被控系统的模型与电气系统匹配性测试集成在一起的方案,称作“系统在回路”的综合试验方案,结合了电气系统测试和仿真试验二者的优点。例如,在地面仿真软件中设置不同的干扰状态,从而产生不同的测试用例(但并没有改变硬件的状态),增大了测试的覆盖性;而通过前文介绍的智能判读技术,数据的分析全部自动进行。更主要的是,这种测试可以在总装厂、发射现场实施,从而大大提高在这些场合测试的有效性和覆盖性。
通过上述任务的重新分配,由此可以梳理出新型测发控系统的特点:
1)箭地之间的连接除供电信号外,其余将以标准化的数字总线为主,这简化并且规范了接口关系,易于型号间通用。
2)地面测试的工作性质已转变为数据分析,“测试与发射控制系统”将转型为“发射控制系统”,重点是流程控制。
3)测试数据的分析采用与箭上设备同样的模型,将专家事后分析数据的过程实时化、智能化,减少了控制中心或后方单位的技术保障人员;具备对不同测试用例的“自适应性”,创造了闭环测试的条件,在简化操作和测试的同时增强了地面测试把关的力度。
3. 1 现状分析
控制与测量系统是火箭电气系统的两个主要组成部分。为避免共因失效,测量系统一般独立于被测系统之外。但随着电气产品整体可靠性和成熟度的提升以及各种冗余技术和BIT 技术的使用,这种独立的系统设计方案显得过于复杂,主要体现在以下方面:
1)控制系统产品的可靠性、环境适应性、地面试验考核的力度均得到很大提升;
2)控制系统采用各种高性能的处理器,不仅具备BIT 的能力,且在采样精度、采样频率、数据处理等方面已超过遥测系统数据采集单元;
3)控制系统普遍采取冗余设计,并基本解决了“单故障点”问题,使得BIT 测试具备了冗余能力,提高了BIT 测试的可靠性。
国外火箭也意识到了这一点,例如法宇航在“Avionic-X”项目中,提出两个系统一体化的初步设想,以“飞行控制单元1”为例,包含有控制与测量各自的数据处理模块(类似于计算机)、卫星导航(GNSS)模块、惯性测量模块以及共用的供电模块等,并开始借鉴航空系统中的“集成模块电子系统”架构。
国内也较早地开展了航天电气产品模块化、集成化的应用研究,提出通用信息化的集成框架,但尚未考虑分系统间的集成。在综合分析可靠性、成本双重因素下,测量分系统中的相关功能,尤其是用于对控制系统信号进行采样、编码、传输的各种数据采集单元,具备了与控制分系统一体化设计的条件。
3. 2 模块化/组合化/集成化设计
控制与测量功能的集成并非简单组合,需要电气系统从顶层进行规划,按照“模块化/组合化/集成化”(以下简称“三化”) 的思想进行设计,并要兼顾地面测试的需求。
从新一代运载火箭控制系统的研制看,随着数字化技术的应用,控制系统智能单机( 指含有CPU的单机)的配置均基本相同,均含有标准化总线接口、处理器、存储器、时钟、FPGA、电源模块、总线协议芯片等,不同之处都集中在I /O 接口上,例如,伺服控制要采用放大器接口,时序和阀门控制要采用大功率的开关量接口,推力调节则主要是脉宽调制控制和脉冲量接口,等等。因此,上述“三化”设计的思路是,在基本配置均相同的前提下,通过配置不同的I /O 接口,实现各自特定的功能,从而避免重复开发、CPU 种类繁多等不利于资源共享、成熟度提高和降低成本的开发模式,这就需要对各种基本模块和接口模块进行合理规划。
含有处理器的设备主要有箭载计算机、各级(类)控制器以及各类惯性测量设备,这些设备都可以采用“三化”的设计,从而形成不同的集成控制单元。
每个集成控制单元除完成控制以及自身的自检测功能外,还可以兼顾“周边”相关非智能设备信号的检测,如各种传感器信号、配电信号等,其思想是尽可能多地发挥处理器的“富裕”能力,减少单一功能的单机。集成控制单元采用平台化设计,通过基本模块和I /O 模块组成各类具体产品。其中基本模块为CPU 模块、供电模块和BIT 模块,而其他典型I /O 模块包括:GNSS、惯性测量模块、开关量输入/输出接口(DI /DO)、放大器接口、各种总线接口和检测模块等。
集成控制单元的体系结构还应能适应下述不同需求:1)整机级冗余设计:如计算机、各级控制器的设计;2)系统级冗余设计:如多惯组冗余,每套惯组内采用单模方案;3) 多机并行处理设计;4) 非冗余设计:如检控器等。如果设计平台考虑周到,还可以兼顾无CPU 状态的设计,如综合配电器等。
在这种一体化设计中,不再需要针对控制系统的各种数据采集单元,测量信息将主要由总线监视器获取,飞行软件承担“飞行控制”与“数据管理”两个主要的、优先级不同的任务,这可以在操作系统的支持下完成。此外,操作系统或软件中间件还可以屏蔽软件对不同硬件配置的依赖,从而增强软件的重用性。
4. 1 现状分析
当具体到设备功能的划分以及集成控制单元的设计时,传统上称作“系统综合设计”。一般参照原有的型号进行设计,或者技术发展带来设备功能增强后,体积、功耗降低,可以将多台设备组合成一台。
在绝大部分情况下,上述两种方法应用得很好。但其不足是没有将系统方案( 算法) 的设计与硬件载体紧密关联起来,当在地面计算机上完成算法设计后,需要向性能相对受限的嵌入式目标系统转化,这样的转化过程存在风险。由于最终设计的可行性需要硬件、软件的原型产品才能进行验证,因此,在方案论证过程中不同方案选优就没有一个可以量化的评估值,难以实现“从定性到定量综合集成”的跨越。
随着电子技术的发展,硬件与软件的一体化设计已逐渐成为可能,在航天领域,也开始采用“模型驱动工程”(Model-Driven Engineering,MDE)方法开展设计,而国内随着自主知识产权CPU的突破,为本项技术研究创造了条件。
4. 2 软硬件一体化设计
MDE 在航天控制上的应用。在该方法中,控制系统的“算法设计”、“软件开发”、“硬件开发”这三个“V”字型开发模型被有机集成在一起,系统方案设计中的算法将首先转化为可以在仿真器上运行的软件代码,然后该代码与硬件设计一并集成到硬件模型中进行协同仿真,从而具备了在没有硬件载体且针对目标硬件的设计仿真能力。
系统综合设计离不开设计平台,该平台必须能为系统设计人员迅速搭建原型模型并进行验证,这也是广义上的“定量综合集成”的基础。
设计平台为具体产品的软硬件分工创造便利条件,可以首先选择一个方案,若不满足要求则进行调整,因为此阶段调整成本较低。为校验算法的可行性,需选择某个处理器IP 核,并用原型法设计出应用软件,然后集成在一起仿真校验。应用软件( 包括飞行控制软件、嵌入式操作系统等) 首先编译成该CPU 的目标码,由指令集仿真器( Instruction SetSimulator,ISS) 进行调用。ISS 是一个虚拟微处理器,它将目标码进行解码和执行,对外通过处理器总线功能模型与硬件仿真器进行交互。总线功能模型实现从指令级到周期级的转换,产生总线周期的序列,并实现总线接口功能,驱动这些信号进入硬件仿真环境;同时对总线周期响应进行取样,并传送回软件环境,从而实现软硬件协同仿真。
采用联立法解决真空段多约束条件已取得一定成果,研究对象正向全过程(包含大气段) 动态轨迹规划等方面扩展,重点解决实时性问题。以新一代中型运载火箭为契机,基本实现了BIT 与地面测试的一体化设计,利用HMB 以及总线“窃听”技术,地面系统已经能够实现与箭上设备的同步解算和分析,在提高效率、节省人员等方面取得了显著效果。
对于控制与测量系统一体化设计而言,航天综合电子技术是其关键技术,将涉及新型电气系统架构的划分以及高速总线(系统级、背板级) 互联技术。软硬件的一体化设计得益于电子工业水平的提升,但仍需要更多具有自主知识产权的嵌入式处理器IP核,才能提供更多的设计选择。
信息技术的发展,提供重新审视控制技术应用现状以及发展方向的机会。无论是更强的计算能力、更高的集成度、还是更加先进的建模与仿真技术,在改变技术、产品的同时,也会改变研发模式,其影响将更为深远,也将促进信息技术与航天控制技术真正意义上的融合。
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航空火力控制系统是由控制飞机火力的方向、密度、时机和持续时间的机载设备构成的系统。它的基本功能为:引导飞机到达目标区和沿最佳航线接近目标;搜索、识别、跟踪目标;测量目标和载机的运动参数,进行火力控制计算;控制武器的发射方式、数量和装定引信;对需要载机制导的武器进行发射后的制导。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:航空火力指挥控制系统的分析相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
信息技术的发展推动现代战争正在由以平台为中心的机械化战争向以网络为中心的信息化战争转变。网络中心战的核心是整合资源,实现信息共享、统一指挥、联合作战。当前,综合航电火控系统可以解决单架飞机内部信息流通互联,无法实现飞机之间的信息共享,难以充分发挥整体作战、编队作战效能。为适应网络中心战要求,提升空中作战能力,必须将火力控制与指挥控制融为一体,研发适应网络信息环境的航空火力指挥控制系统。
航空火力指挥控制系统是在包含了飞机的本机参数、武器系统、目标传感系统和态势传感系统在内的机内网络系统基础之上,增加了和飞机外的信息网的连接,可进一步提高信息共享水平,增强态势感知能力,加快指挥决策速度,加强作战协同程度,增强响应能力、杀伤能力和生存能力。本文基于航空火力指挥控制系统的概念,进行系统需求分析,研究了系统结构以及系统作战和指挥流程,指出了系统实现所需的关键技术。
航空火力指挥控制系统定义如下:根据作战任务、敌我态势及载机武器配置,辅助制定作战方案,将载机引导至作战空域,探测、识别、截获、跟踪目标,引导载机以一定方向、时机、密度和持续时间控制武器弹药投射并完成制导弹药中末制导交班,判定作战效果,在作战过程中产生、传输、处理、显示、控制、记录载机火力控制与指挥控制信息的设备或装置。
信息化战争中,编队战斗指挥随着战斗环境的变化而瞬息万变,战斗行动指挥最大的特点是实时性,需要将武器火力的控制与制导和指导战斗行动及协调战斗组合并与控制飞行机动能力融合一体。只有使系统具备强大的信息处理能力、辅助决策能力和协调控制能力,才能更有利于多机协同作战,实现整体作战的目标,才能发挥机载武器的最佳作战效能,保障网络中心战条件下空战体系作战指挥的高效和稳定。航空火力指挥控制系统的作战能力需求有以下几方面。
2.1信息处理能力
网络中心战环境下,战场空间向多领域延伸,呈现立体化、多层次化,是陆、海、空、天、电磁高度一体化的多维综合战场。航空火力指挥控制系统将从三方面获取信息:
1)接收来自广域网的指挥部和预警机所传达的上级命令与战场态势数据;
2)接收来自局域网的机间数据链相互传来的目标与威胁数据及战斗预案;
3)接收本机雷达、红外等传感系统所获取的目标与威胁数据以及本机电子战设备侦察监视的威胁定位数据和告警级别。
航空火力指挥控制系统作为飞行员与作战环境发生联系的中介和桥梁,必须具备全维信息融合处理能力,最大限度地减小情报信息的复杂性,放大决策信息对指挥对象的控制力,使决策这一作战指挥的核心职能达到科学、高效。
2.2辅助决策能力
当今信息化战争,作战发起突然、阶段转化迅速、样式更迭频繁、战场节奏加快,作战双方都将力求速战速决。对飞行员(特别是长机飞行员)能力提出了极为苛刻的要求:
1)海量的传感与通信信息虽带来“眼观四处,耳听八方”的效益,但“信息爆炸”的灾难使飞行员往往无从下手。
2)超视距作战中机载传感器所体现的目标相对本机的作战意图与特征不明显,使飞行员很难做出敌我战术态势与攻击决策的判定;
3)在超视距多目标攻击时,要求飞行员在瞬息万变的空战中准确完成武器对目标的匹配,又要确保飞机的安全和武器的引导。为减轻飞行员消化数据的工作负担,集中注意力处理关键任务,及时掌握战斗态势变化,就要解决航空火力指挥控制系统中闭合控制回路的飞行员环节,这样一种随机、非线性、不确定性的决策与控制问题。因此,航空火力指挥控制系统必须具备辅助决策能力。
2.3动态构建能力
空战中,飞行编队的战斗环境和战斗条件与战斗力在不断改变,在战斗现场需要适时更新组织框架与指挥方式,进行指挥权限转移,发挥该飞行编队的潜力与优势。航空火力指挥控制系统不再是飞机的简单组合,而是在作战区域内每架飞机所组成的网络体系,系统在作战过程中并非每时每刻所有飞机都参与作战,而是根据作战任务的需要以及各节点的状态临时组成有效集合体,称其为虚拟组织(VO)。系统中的任意一架飞机都能够根据作战需要和战场态势的变化,随时加入/退出VO,并且当VO中的节点失效时,能够自动重建。因此每架飞机必须具有战斗编队的指挥及综合能力,适应长机与僚机和指挥与被指挥的角色转换。
体系结构是一个系统的基本框架,它规定了系统的组成原则、组成部分以及各部分之间的关系和实现这些关系的方式。体系结构支持系统全生命周期内的活动,有助于系统从最初的概念直到最后退役的开发、运用和维护,是复杂大系统设计中不可缺少的内容。下面对航空火力指挥控制系统的功能结构和物理结构进行设计。
3.1功能结构
根据网络中心战原理,航空火力指挥控制系统体系结构按照功能分为三层逻辑网结构:信息获取网、指挥控制网和火力控制网。三层逻辑网建立在数据链网络基础之上。
3.1.1信息获取网
3.1.4高速通信网
高速通信网包括广域网/局域网内的数据链和飞机内部的总线通信。其功能是在各功能节点之间提供高速率、低延时和低误码率的通信链路,实现了系统各个功能节点之间的互连通性,为系统各功能节点之间信息的交互提供了可靠保障。
3.2组成结构
基于航空火力指挥控制系统的作战方式,将传统作战中物理、地理上紧密耦合的各个功能系统分解为独立的作战节点,利用高速通信网络将作战区域的作战节点连接成一个有机的整体。
显控处理机主要任务是进行信息融合,评估战场态势,进行威胁排序,辅助生成作战预案,完成目标分配和火力分配,通过飞行员控制操作,产生显示、控制、告警,实现人机交互。
任务计算机主要功能是解算系统的任务数据,进行导航计算,并计算编队内导弹航路、发射时间和控制武器发射。
数据链设备完成飞机与外界的通信,主要接收上级作战指令和友机状态等信息,向编队内友机发送目标分配和火力分配结果,以及导弹航路数据等信息。
外挂物管理分系统主要功能是管理外挂物配置,管理和存储武器投放程序,激活武器,控制制导信号等。
雷达分系统主要完成目标的探测与跟踪任务。吊舱设备完成对导弹的制导和引导。
4系统指挥层次、指挥体制和指挥方式
4.1指挥层次
航空火力指挥控制一般有三种指挥层次。
1)联合编队。联合编队指挥员下辖三个以内编队指挥员以及本编队内三架僚机,每个编队指挥员还下辖三架僚机。即大队级(16架机)。
2)独立编队。编队指挥员指挥本编队内的三架僚机。即中队级(4架机)。
3)双机编队。即长僚机编队。
以常见的独立编队为例分析长僚机各自承担的任务。长机指挥员在飞行作战中要对从自身飞机和僚机那里获取态势信息进行分析,并在长僚机间进行目标分配和火力分配,确定联合攻击与协同作战方法,其显示器上有编队内所有飞机及携带武器的信息。僚机将自动在本编队内交换所有的态势信息和指挥指令,其显示器上均有编队飞机与攻击目标的标志,并有联合攻击与协同作战指示,以及长僚转换的指示。
4.2指挥体制
指挥体制描述的是“谁指挥谁”的问题,其实质是系统中各节点的交流、使用信息的关系。信息化战争中的飞行编队作战,不断有飞机加入或者退出网络,指挥权也有可能随着战场态势的变化而不断变化。传统的树状层次式指挥结构,主要是上下之间的纵向联系,缺乏同一层次内的横向联系,指挥关系固定、僵化,很难适应瞬息万变的战场态势和网络化作战的需要。当系统的指挥中心(长机)遭到破坏时,系统将无法运行,因此,系统的适应性很差。
在飞行编队作战中,信息的交流可能在任意两架飞机之间进行,也可能在任意的飞机或者武器之间进行。此外,当有飞机加入或者退出网络时,要能够根据变化的情况重组指挥结构。因此,航空火力指挥控制系统的指挥体制应为“动态网络型结构”。
在飞行编队作战中,要根据作战需要和战场态势对飞机制定优先级,优先级高的飞机担负区域指挥(长机)任务。在动态网络结构的支持下,系统的指挥关系在整个作战过程中不是固定不变的。每架飞机都可以根据需要成为编队指挥中心(长机),其余飞机作为僚机受长机的指挥,同时也作为长机的备份,当长机出现问题或者退出战斗时,选取其中一个僚机作为指挥中心。每架飞机在授权的情况下,可以对任意一架飞机进行指挥。
4.3指挥方式
指挥方式解决的是“怎么指挥”的问题。指挥方式按照指挥职责和权力的不同分配为标准,典型的指挥方式分为两种:指令性指挥和指导性指挥。
· 指令性指挥方式,即长机直接指挥控制编队内所有的武器节点。僚机的火控系统只负责传达命令,权力高度集中于长机,其任务繁重,指挥周期长,但利于统一指挥和调度。
· 指导性指挥方式,即长机可以将部分指挥权下放给僚机,给僚机分配任务,由僚机负责指挥完成,长机只需要监控僚机的任务完成情况,并进行适当的干预。
网络中心战环境下,指挥权力需要根据战场态势的发展变化作出迅速的调整,进行重新分配,提高权力的运行效率,以此满足网络化作战的要求。因此,应该将指令性指挥方式和指导性指挥方式相融合,并加以改进,使得指挥权在作战过程根据情况收放自如,动态分配,称其为“动态分权式”指挥方式,这样才能很好地与“动态层次式结构”指挥体制相匹配。
根据系统指挥方式的不同,系统的作战指挥也应分为长机决策式(指令性指挥方式)和长机决策僚机辅助决策式(指导性指挥方式)
5.1长机决策式作战指挥过程
以双机编队为例,长机决策式编队作战信息流程可描述如下。
1)当接到作战命令后,飞机编队进入战区后,编队内通过数据链形成局域网。雷达开机搜索识别目标,并通过数据链与僚机/指挥所/预警机给出的雷达信息进行融合处理,形成统一的信息场。
2)长机根据敌我双方兵力情况及我机态势,判断战场态势,为下一步作战方案的产生提供依据。
3)根据目标类型、属性、位置、火力的重要程度,以及飞行编队的武器配置、状态等因素,对敌方目标机型威胁程度排序。
4)系统辅助生成作战预案,进行目标分配与火力分配,并将分配结果通报给僚机。
5)长机对编队内所有导弹进行航路规划,并将导弹航路信息及发射时间通报僚机。
6)在约定的时间发射导弹。
7)飞行编队实时监控作战效果,僚机将情况汇报给长机。
8)若达到编队作战效果,或编队失去作战能力,则战斗结束,返航。
9)若还有未杀伤的目标重新进入雷达搜索区域或上级给出新任务,则返回2)。
5.2长机决策僚机辅助决策式作战指挥过程以双机编队为例,长机决策僚机辅助决策式编队作战信息流程可描述如下。
1)当接到作战命令后,飞机编队进入战区后,编队内通过数据链形成局域网。雷达开机搜索识别目标,并通过数据链与僚机/指挥所/预警机给出的雷达信息进行融合处理,形成统一的信息场。
2)长机根据敌我双方兵力情况及我机态势,判断战场态势,为下一步作战方案的产生提供依据。
3)根据目标类型、属性、位置、火力的重要程度,以及飞行编队的武器配置、状态等因素,对敌方目标机型威胁程度排序。
4)系统辅助生成作战预案,进行目标分配与火力分配,将分配结果通报给僚机;规划编队内所有导弹的攻击角度,将结果分配给相应的僚机;根据飞行状态和敌我位置关系约定导弹到达时间,并通报僚机。
5)长僚机依据到达时间和攻击角度分别对所携带的导弹进行航路规划,僚机导弹航路信息反馈给长机。
6)长机作出统一的攻击决策,在约定的时间发射导弹。
7)飞行编队实时监控作战效果,僚机将情况汇报给长机。
8)若达到编队作战效果,或编队失去作战能力,则战斗结束,返航。
9)若还有未杀伤的目标重新进入雷达搜索区域或上级给出新任务,则返回2)。
6.1信息融合技术
信息融合是一种多层次、多方面的处理过程,包括对多源信息进行检测、相关、组合和估计,从而提高状态和身份估计的精度,以对战场态势和威胁的重要程度进行适时完整的评价。网络中心战体系中,单纯依靠单机自己的传感与认知能力和所带的资源及武器进行战斗是极少数的特定任务下的特殊行动。因此需要根据作战任务,进行多雷达组网,获取更准确的空情信息。
由于雷达精度不同、体制不同、探测距离误差、复杂空情等的影响,导致目标航迹不一致或不连续平滑,必须进行信息融合。信息融合技术是利用计算理论和方法,将网内每个雷达测量得到的目标航迹,传送到组网数据处理中心进行互联、相关、估计等处理,得到融合后的航迹,以便获得准确的目标状态、及时的战场态势和威胁估计。
6.2目标分配技术
目标分配辅助决策是将确定的作战指挥程序与目标分配原则在指挥控制系统中实现,形成以自动生成战斗方案并对武器系统实施指挥控制为主、人工干预为辅的战斗程序。目标分配能在激烈复杂的战争环境中,减少人工决策的差错,提高指挥效率。目标分配是为了充分发挥各火力单元的整体优势,将空中目标在给定的约束条件下分配到不同火力单元的一系列决策过程,它是一个动态的、多因素优化分析的决策过程。
在目标达到分配终线之前,对该目标的分配决策将一直进行,而且分配预案将随着目标飞行诸元参数、各火力单元的战技指标和射击准备状况进行动态调整。基于航空火力指挥控制系统的飞行编队作战模式中,导弹的发射都由长机控制完成,其目标分配和火力分配仅仅需要考虑目标、武器与系统之间的关系。网络化作战模式下的动态目标分配模型及其算法将是飞行编队目标分配问题的焦点。
6.3作战效能评估技术
要有效提高航空火力指挥控制系统的作战能力,对其作战效能进行评估是一项重要的基础工作。作战效能指在预定或规定的作战使用环境以及所考虑的组织、战略、战术、生存能力和威胁等条件,由代表性的人员使用该装备完成规定作战任务的能力。这里的作战任务应覆盖航空武器系统装备在实际作战中可能承担的各种主要作战任务,并涉及整个作战过程。
作战效能评估需要在接近真实的仿真平台上,在特定的环境下通过大量的计算机模拟获得系统的使用效能。航空火力指挥控制系统带来了飞行编队指挥方式的变化,因此作战效能评估的指标体系也必然随之变化,所以作战效能评估研究应以指标体系的建立和确定指标权重为重点。
本文研究了航空火力指挥控制系统的系统需求、系统结构、指挥体制、指挥方式、作战过程以及系统实现的关键技术。本文的研究对构建航空火力指挥控制系统具有理论指导意义,可为飞行作战编队实现网络化、一体化提供参考。同时如何将本文提出的航空火力指挥控制系统应用于实践,相应的技术问题还需要进一步研究。系统建设的具体问题也有待在实践中逐步丰富和完善。
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计算机控制是指用数字计算机对动态系统进行的控制,在生产中得到了广泛的应用。下面是读文网小编为大家整理的计算机控制系统论文,供大家参考。
1课程教学中的问题
《计算机控制技术》这门课程在不同高校的课程设置有很大的不同。有的高校侧重于以计算机为主线,着重讨论直接数字控制系统、以及现场总线控制系统等计算机控制系统。有的高校侧重于硬件系统的设计和仿真,而对软件却是一带而过。有的高校针对的是计算机控制技术的数学描述及控制算法。应该说各个高校在教材的选取和教学环节的进行中都有自己的独到之处,但是对于针对本校学生的实际情况,这些是远远不够的。在经历了若干个环节的教学和实践中,我对计算机控制技术这门课程的教学改革的方法和实践有自己的一些认识。
2课程教学改革的方法和实践
2.1教学环节突出侧重点
针对本校学生的实际水平,在教学环节中突出侧重点。由于本课程的第一部分主要涉及计算机控制的基础知识、数学模型及控制原理和分析方法。这一部分内容在前期的自动控制原理、复变函数中都有所讲述,那么在本课程的学习中主要是针对课程内容进行复习和总结,而不作为重点内容进行讲授。而第二部分中,讲述的是计算机控制技术的算法和应用以及系统仿真的算法。该部分是众多学科实践与应用的理论支撑,包括了经典控制算法如PID控制算法及其改进等,复杂控制算法如最少拍控制及达林算法等以及数字滤波等数据处理方法,同时包括了系统仿真算法。这一部分作为重点内容讲授。而第三部分是控制系统的MATLAB仿真和SIMULINK仿真。该部分需要学生动手实践来完成,实际应用也很广泛,在讲授中同样以举例的方式让学生能亲身体会到软件方面的使用。
2.2教学与教材有机结合
针对《计算机控制技术》这门课程的特点,现有的高校教材可谓是形形色色,各有各的特点,那么如何使学生更好的学习课程内容而又不依赖于教材呢?或者说如何使学生更好的理解教材内容而更深入的学习课程知识呢?这就要求将教学与教材有机的结合起来。针对本校学生特点,不能拘泥于一本教材来学习本课程,因此,在教学过程中,第一部分内容也就是前期的计算机控制技术基础知识和数学模型等内容,主要针对学生现有教材以及自动控制原理等教材进行讲解,第二部分内容主要是计算机控制技术的算法和应用以及系统仿真的算法。该部分的内容想对比较难,计算量大,因此既应用现有教材,还参考于海生等编著的《计算机控制技术》以及汤楠等编著的《计算机控制技术》等教材,针对算法的部分,结合不同教材的例题,使学生更好的理解算法的来源。第三部分即控制系统的MATLAB仿真和SIMULINK仿真,该部分更多的需要学生自己动手操作,那么在上课的过程中针对例题给学生通过多媒体演示的方法,引入知识点来提高学生学习的积极性。
2.3有效利用实验环节
《计算机控制技术》这门课程不但有独立的理论和方法,而且有相当强的实践性和应用性。因此,要学好这门课程,必须有效的充分的利用实验环节。本门课程安排在第六学期开设,该课程的实验的设置充分结合课堂内容,考虑以实际应用为主,主要安排了数字滤波器、数字PID控制算法、最小拍控制、大林控制算法等等。并为了提高学生的学习兴趣以及拓展学生的知识面,还安排了选做的步进电机控制、温度控制系统等现实中广泛应用的实验环节。
2.4重视教学中的考核方式
考核是评价学生学习、了解教师教学效果的一个重要杠杆。而仅仅通过期末考试的方法来对学生进行考核的话,有可能使学生平时不注重学习,期末搞突击,考后知识还给老师。我们把考核分为了4种:
①课堂作业。每次作业计10分,按照作业次数折合成满分10分的平时成绩。
②课堂表现。针对学生的课堂状态以及回答问题的正确率和积极性,计10分平时成绩。
③实验环节。针对各个实验中学生的预习情况、实验过程中的参与情况,实验结果的准确度来评价,满分计10分。
④期末考试。期末考试成绩折合成70%,再加上以上3项的成绩即为学生的总体考核成绩。这样分配更加合理,也充分调动了学生的积极性。
3结语
我在从事《计算机控制技术》这门课程的教学过程中,也深深的被该课程的魅力所吸引,同时也深感学生是蕴藏着极大的学习热情和潜能的,关键是要靠教师去挖掘。通过我对该课程的教学改革的一些方法进行了实践后,学生对该课程的掌握和实际应用能力均有了很大的提高,并且在课堂中,也明显感觉学生有了活力和动力。那么在今后的教学中,我将投入更大的精力在该课程的教学改革中,希望能用我的微薄之力使该课程的教学能更上一层楼。
1.设施的优点及功能
有所区别,中继器的功能在于传输两个节点之间的物理层的相关信息,数据等;网桥,其作用在于将两个不同的局域网连接起来;交换机,其运转的位置在于数据链路层,具有操作方便、性能良好且成本低;集线器,在网络信息输送的过程中作为输送媒介的中央节点;路由器,转发各个局域网之间传输的数据包;网关,可以连接协议出入较大的两台计算机。
2.网络控制技术类型
2.1以太网
纵观现在的计算机控制技术,以太网已经成为了应用最为广泛的技术,其在商用计算机和过程控制范围内中高档信息的管理和通讯中占主导地位,并正在进一步向工业现场渗透。其具有适应性极强及技术先进的显著特点,该特点也是其得到广泛应用的重要因素,具体优势可以总结为一下几点
:①适应性极强 适用于各种类型的计算机,并没有现场总线的标准,因此适用性极强;
②成本较低 想较其他的控制技术,及成本需要的设备、原理、使用流程等均较为简单,成本低;
③资源丰富硬件资源丰富是以太网的重要优势之一;
④传输速度快 其对于数据的处理及传输速度快,提高了资源的共享及信息交流的效率;
⑤开发潜力大 其具有上述多种优势,在许多领域成为了主流技术,还可以延伸到许多其他领域,开发潜力大,具有持续发展的意义
3.现场总线技术
现场总线技术一般应用于生产过程中及微机化测量控制仪器或设施中,其能够构成数字化及开放式的信息传输系统。该技术的主要作用在最终完成控制、信息传输以及计算机技术的各项功能国际电工协会对于八种现场总线的标准进行了确认,如以太网、基金会现场总线FF等。其利用现场总线技术,控制测量设施能够转变成网络节点,使处于不同位置的设备形成一个完整网络系统,并将信息共享,共同作用,互相协作维持正常的功能运转。该技术的基本特点有几下几点:
①微处理器为中心 该总线将现场的设备全部连接起来,统一控制;
②实时性、抗干扰能力强 该技术在数据传送上采用基带传输方式,速度快,且传输过程不受其他因素的影响;
③功能独立性 各个功能板块相对独立,不受其他功能的影响,提高了可靠性,在一种功能失效后,不影响其他功能的正常运行,在维护上也较为方便;
④各个网络之间联系紧密 其开放式的网络结构能够达到同层的网络相互连接及接入信息管理网络;
⑤兼容性良好 在通信协议一致的条件下,不同型号、不同供应商出产的设备也能够进行统一组合及控制,兼容性及可操作性较强
4.现代控制网络情况
总体来看,现场总线技术具有较多显著的优势,包括可靠性强、稳定性好、技术较为成熟、实用性及兼容性良好的特点,但是由于自身的性质限制,也存在许多固有的缺陷,包括信息传输慢,效率较低;总线标准繁杂,如果总线标准不一致时,设备的连接控制存在较大的障碍;而以太网刚好与之相反,其数据传输速度快、兼容性好,不受型号、标准等因素的影响,但是可靠性不佳,且存在某些不稳定因素,因此,没有在现场设备控制方面得到广泛的应用,但是,对以太网技术进行改造后,其潜力的巨大的。基于上述情况,一般企业信息化网络是把以太网及现场总线技术配合使用,将二者都优势进行互补,扬长避短,使之的功能得到最大优化。
该应用形式的基本结构为现场设备层、过程控制层、信息处理层。现场控制层的作用在于传输现场各个设备之间测量和控制的相关数据信息。过程控制层在功能为完成现场的各类信息向实时数据库的输入过程。信息处理层是整个控制网络的核心,主要由以太网组成,其功能为传输各类数据信息,包括企业的各类方案、销售计划、财务报表等。
5.总结
计算机技术深入的发展,互联网的普及,该类信息技术给人们的生活带来了巨大的变化,是人们的生活逐步简单化、高效化、智能化。计算机数据通信技术的应用逐渐覆盖到了生活工作的各个方面,使人们的生活更加方便,如手机电视;人们沟通更加顺畅,如视频通话;生活更加丰富多彩,如数字电视等,涵盖范围广阔。按照现在的形势分析,其今后会与网络联系更加密切,对于社会信息化的转变有着十分重要的积极意义。
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