自循环系统范文（精选12篇）
自循环系统 第1篇
当前城市建筑密度越来越大, 相对应的就是绿化用地面积越来越少, 同时建筑的形体趋于纵向发展, 建造高层超高层是未来建筑发展的必然趋势。随之而来的问题是建筑运行产生的超额热量使得城市呼吸系统功能紊乱、自我修复功能降低, 温室效应、热岛效应等一系列环境问题应接不暇, 已经严重违背我国推崇的可持续发展战略的初衷。
建筑业已经成为我国的支柱产业之一, 每年有将近20亿平方米的新增建筑物, 几乎达到全球新增建筑总量的二分之一。我们日常生活中消耗的总能源的30%是来自于建筑, 并且以每年百分之一的速度持续上涨。作为发展中国家, 我国建筑行业的发展一直在恶性循环:投入高、耗能高、污染高、效率低。据统计资料显示, 包括建筑施工、建筑设备以及建筑材料的生产、建筑运行在内的整个项目生命周期内会消耗地球2/5的水资源、1/2的能源、1/2的物质资源。所以建筑节能刻不容缓, 这是建立资源节约型社会的必然选择。
要想从鳞次栉比的钢筋混凝土大厦中夺取绿化面积, 最有效的方式就是充分利用现有资源进行垂直绿化。尤其是高层建筑, 它的特点是纵向面积远超过它的占地面积, 所以垂直绿化是实现绿色建筑的有效途径之一, 是承担缓解城市热岛效应的主力军, 它同时具备节能、环保两大功能, 符合国家倡导的建筑节能和发展可持续建筑的理念。
通过文献阅读发现, 国内外对于垂直绿化研究的侧重点不同, 国外垂直绿化起步早, 发展迅速, 现阶段的研究主要集中在垂直绿化的生态效益、经济效益和社会效益上, 并且有许多支持性的数据、分析模型。而国内垂直绿化起步晚、发展不成熟, 主要研究方向为植物资源的选择、技术的探索以及可行性分析等, 其中描述性的文字比较多, 缺乏确切地论证参数。所以目前垂直绿化在我国的发展存在很多制约因素:植物种类单一、技术跟不上导致的成本偏高、监管机制不健全和宣传力度不够等。但是研究表明, 垂直绿化是未来城市发展的必然选择, 符合我国的发展行情, 将会有很大的发展空间和研究价值。
本文主将从资源循环利用的角度结合新型的垂直绿化技术对住宅进行设计, 从建筑的全寿命周期出发, 建立一个封闭的物质能源自循环系统。
2. 垂直绿化综述
2.1 垂直绿化的概念
到目前为止, 垂直绿化的概念一直处于模糊不清的状态, 没有一个确切的定义, 还处于不断地完善和发展中。从字面意义上来理解, 就是在立面上实施绿化, 刚开始是在墙面、桥梁、护栏等地进行绿化, 随后, 阳台上的花盆绿化、中庭绿化和屋顶绿化也被纳入垂直绿化的范畴。所以大多数垂直绿化定义等同于立体绿化, 泛指用攀缘植物或者其他植物来装饰墙面、阳台、屋顶、棚架的一种绿化形式, 以达到美化和维护生态的目的。
2.2 垂直绿化的意义
2.2.1 节约能源
为了应对城市人口急剧上升, 建筑密集度和高度都在随之增长, 土地绿化面积被逐步侵蚀。理查德.罗杰斯在compact city中指出, 解决城市建筑快速增长, 实现建筑可持续发展的必然选择是:发展高密度紧凑型的城市形态。而硬化的水泥比土壤和植被的吸热能力强的多, 这也是导致城市热岛效应形成的主要原因之一。建筑的垂直绿化可以向建筑立面索求空间来增加绿量, 实现绿化效果。植物通过蒸腾作用可以降低建筑表面的温度, 减少制冷负荷, 进而减少大气中的热气排放量。以炎热的夏季气温来说, 垂直绿化墙面是普通墙面吸收太阳辐射量的2/3, 植物覆盖层里面和周边20cm内的微环境温度降低0.3-4.6摄氏度, 相对湿度提高4.1-9.7个百分点。Katia Perini等人, 利用净现值 (NVP) 、内部收益率 (NPV) 和投资回收期 (PBP) 三个经济参数对垂直绿化墙体的经济效益进行了分析, 分析结果表明:垂直绿化体系是符合经济可持续发展的。
2.2.2 减少噪音
城市不仅人口密度大、建筑密集而且交通拥挤。危害城市居民的除了空气污染, 还有噪音污染。利用植物降噪既有经济性又有美学价值。当然仅仅一株植物肯定达不到降噪的效果, 但是如果以植物墙这种群落的形式出现, 效果就显而易见了。它虽然不能完全阻隔噪音, 但错综交叠的植物茎叶却可以大量吸收与偏转噪音。当声波触及植物表面时, 会被消耗掉一部分的能量, 部分声波会消散;叶子表面的茸毛和很多的小气孔有着和吸声纤维板一样的作用。这些都会起到降低噪音的效果。
2.2.3 美化生活环境
生硬的建筑物被绿色的植物外衣包裹后, 整个线条都变得柔和起来, 被赋予了一定的动态美。我国可以用于垂直绿化的植物资源十分丰富, 每种植物都会有不一样的形态、颜色和质感, 而且会随着季节的变化而展现不一样的美。把它们用于垂直绿化无论是触觉、嗅觉, 还是视觉、听觉都会感到愉悦, 让人们对大自然伸手可及, 仿佛身临其境, 在一定程度上也给予建筑物更多的使用价值。对于一些特殊的商业建筑, 同样可以通过垂直绿化来打造个性的外观, 以此提高建筑品质, 吸引更多的顾客, 提升其商业价值。
2.3 垂直绿化在住宅建筑中的主要应用形式
2.3.1 墙面垂直绿化
墙面垂直绿化是最常见的垂直绿化方式, 也是增加绿化面积最有效的途径之一。在植物选材方面主要是采用一些生存能力和攀缘能力都比较强的藤本植物。另外也要根据当地的气候、植物的生长环境以及墙体的材料等选择与之相适应的植物和绿化方式。如果外立面是泥土或是砖石这类粗糙的材料, 就可以选用常见的爬山虎、地锦或凌霄这类枝条粗大生命力顽强的攀缘植物;如果外立面是玻璃幕墙、瓷砖或大理石类质地光滑的材料, 就需要选择吸附能力强、枝叶茂密的植物, 比如常春藤、络石藤以及蔷薇等等, 或者采用铁丝、尼龙绳之类的牵引物, 给植物一定的附着力;对于质地光滑的墙面我们还可以采用种植槽式, 整个种植系统就会被划分为一个个小的种植单元, 每个种植单元会包含植物生长所需的养分、灌溉构造, 通过灌溉系统的循环把它们联系在一起;对建筑立面美化要求程度高、墙体承重有限制的建筑, 可以采用预制墙面式, 首先要在墙面设置支撑框架, 框架表面多采用毛毡、无纺布作为盛放容器, 必须选用轻质介质, 所以通常利用无土栽培技术, 并配有自动化的灌溉系统。
2.3.2 阳台绿化
阳台既属于室外空间也属于室内空间, 所以阳台绿化既可以点缀整座建筑, 又可以将大自然引入室内。阳台环境的特点是日照时间长、空气流动性大以及种植面积小, 所以对后期的养护管理和物种的选择上通常局限性比较大。阳台绿化形式一般有三种:
第一种是充分利用阳台栏杆的可依附性和植物的攀缘特性, 既可以从下往上缠绕形成绿色的屏障, 又可以选择从上往下缠绕形成绿色的垂帘, 常用的植物有牵牛花、蔷薇以及紫藤萝等;
第二种是最普遍也是最常见的绿化方式, 利用垂吊或放置盆栽的方式打造阳台花园, 常用的植物种类有绿萝、吊兰、草莓、蔷薇、薄荷以及菊花等。
最后一种适合面积稍微大一点的阳台, 采用搭设花棚进行牵引的模式, 可选的植物有葡萄、丝瓜和紫藤萝, 这种模式在炎热的夏季遮荫降暑效果显著, 而且种植的农作物和水果还具有食用价值。
2.3.3 屋顶绿化
屋顶被称作建筑的第五立面, 屋顶绿化可以直接弥补建筑物所占用的绿化面积。作为屋顶, 它具有高度上的优越性:阳光充足、受人为因素干扰小, 可以选作较为理想的生态资源保护地。通过绿色植物的蒸腾作用和介质层的蒸发作用, 既起到降低顶层楼板温度的作用, 又增加了周围空气的湿度。据研究表明:夏季一天24小时内, 太阳辐射的99.1%的热量会被屋顶吸收, 其余的0.9%用于热对流。如果屋顶采用佛甲草进行绿化后, 58.4%的热量会被植物的蒸腾和土壤的蒸发作用消耗;30.9%的热量用于树冠和大气之间的净长波交换消耗;9.5%的热量被植物净光合作用消耗, 最后只剩下1.2%的热量储存于植物和土壤中, 或转移到下面的房间内。大多数屋面的损坏是因为两种原因导致:一是温差骤变导致的“热胀冷缩”, 二是雨水侵蚀导致的渗漏。据调查, 裸露的屋面酷暑与寒冬的最大温差可达80摄氏度, 很容易造成屋面结构的破坏, 产生裂缝。绿化屋面上的植被可以隔绝太阳的直接辐射, 缩小温差, 减轻屋面结构的热胀冷缩, 同时防止了屋面雨水的渗漏, 可增加2-3倍的屋面防水层的使用寿命, 进而整个建筑的使用寿命可以增加10到15年, 也就间接降低了建筑的运营成本。由于构造承重的要求, 住宅屋顶比较适合简单的绿化方式, 简单式主要是针对之前没有做绿化设计承载力较弱的屋面。植物的最佳选择应该属矮小、耐寒、耐旱、耐贫瘠的景天科植物, 比如佛甲草、长寿花、大叶落地生根、大叶莲花掌、红缘莲花掌、燕子掌、翡翠景天、玉米石等。这类植物养护方便, 不需要专门的灌溉系统, 仅仅雨水就可以提供足够的水分, 属于落地生根存活率很高的植物。所以屋顶绿化不仅投资小而且收益高、见效快。当今地球水资源日趋紧张, 雨水的循环利用就显得尤为重要。当雨水被植物、土壤吸收利用后, 在通过蒸腾、蒸发作用回到大气中, 这样就形成了一个最原始的城市雨水的自循环利用系统。
3. 住宅资源的循环利用
住宅资源的循环利用是以住宅的整个生命周期为研究对象, 以耐久性、资源循环、降低能耗和有效利用能源为目的, 并要求使其有效地发挥整体功能。而生产原材料阶段、建造阶段、运营阶段以及拆卸和废弃物处理阶段构成了一个住宅项目的完整寿命期。所以我们的目标是在全寿命期内把资源循环、建筑节能和建筑的耐久性联系起来。首先资源的循环包括两个方面:
(1) 预测整个寿命期内所需资源的投入量和拆除后废弃物的排放量, 分析废料产生的原因, 依据资源能源减少排放、循环利用原则, 把原材料和废料联系起来, 组成一个基础能源循环系统。
首先在设计阶段就要考虑到后面的拆除阶段、废弃物处理阶段的资源回收利用。可持续住宅既要符合基本的稳固性框架结构, 又要使其内部构造具有一定的可变性, 适应由于家庭生活阶段的变化或者是家居设备功能的提升而引起改造需求, 这种设计在很大程度上增加了建筑的使用价值。另外尽量使用那些容易拆除和被改造的构件和可以被直接使用或者加工后可再次利用的材料。最后要把垂直绿化与建筑的设计同步进行, 为避免爬山虎类攀缘植物侵蚀墙体, 笔者设计了一种可以用于建筑外墙, 自身附带容器的新型空心砖 (图1) 。空心砖墙里面可以配备垂直绿化所需的自动化灌溉系统, 灌溉所需的水资源可以是生活废水、厨余垃圾处理后的中水、雨水等的回收利用。建筑外墙包裹的绿色外衣给予整个建筑以生命的活力, 不仅夏天可以隔热降温, 冬天也起到一定保温作用, 既满足美观的要求, 又满足节能的需要。
(2) 在建筑运营阶段利用垂直绿化技术、中水处理技术、热能转换技术以及发酵技术等处理生活垃圾、生活废水和雨水, 创建带有自循环系统的绿色生态住宅, 如图2所示。
4、可用于垂直绿化的循环资源
传统住宅楼的生活用水是由城市供水管网统一供应。全国一半以上的城市没有完善的污水处理系统, 采用的也是所有污水一并排放统一处理的传统模式, 而且没有进行雨污分流, 经常造成一遇大雨下水道堵塞、内涝。有些地区甚至没有污水处理系统, 直接将不经处理的污水排入河流湖泊。
而笔者设计的这个垂直绿化节能环保住宅, 摒弃了传统建筑的不足, 实施3管供水 (即饮用水、清洁用水以及灌溉用水) 分开供应分开处理。如表1所示, 普通家庭用水结构中, 每人每天饮用水、洗刷用水总共占69.8%, 这些废水如果直接排掉很浪费, 完全可以通过中水处理系统, 达到一定的清洁标准后, 一部分送入清洁用水管作为非饮用水被用于厕所用水、拖地用水, 一部分送入灌溉管道用于住宅的垂直绿化用水。还有一项比重比较大的生活用水, 就是厕所用水, 占总用水量的25.9%, 大部分城市生活污水都是统一排入污水管网混合处理, 人粪尿和洗涤污水混合排放引起发酵, 导致污水中有机物含量少, 洗涤剂含量多, 即使排入沼气池发酵, 农用价值也非常低。所以最好在外墙专门设置排粪管道, 把厕所废水专门排入小区沼气池集中发酵处理, 既可以为垂直绿化和小区绿化提供养分, 也可以为建筑物提供燃烧能源。
除了上述两种需要被处理的污水, 还有两种废水可以被直接利用, 一是空调的冷凝水, 另一是雨水。一般情况下, 一匹的空调在制冷过程中, 每2小时就可以排一升冷凝水。空调冷凝水属于中性水, 如果集中收集起来会是很好的水资源, 直接用来灌溉有利于植物生长。在造价方面, 住宅小区的人口密度相对较大, 所以水处理系统的投资就相对比较小。例如:北京万国城Moma采用的中水循环利用系统、雨水收集系统和直饮水系统, 只使得建筑整体投资多出10元/m2, 而其带来的经济效益确是不可估量的。
除了生活废水, 生活垃圾也可以被循环利用。如图表2所示:生活垃圾构成为厨余垃圾占56%, 废纸类占16%, 塑料类占8%, 竹木类占8%, 织物占3%。其中占比例最大的厨余垃圾是急需被回收利用的废物资源, 其特点是含水率高、有机物及油脂含量高, 极易腐败。而传统厨余垃圾处理方式多为填埋, 这种方式不仅严重污染水土资源, 而且危害人类健康。所以要改良传统技术, 采用高温灭菌、固液分离和干燥压缩等技术, 完全可以百分之百重新利用。如图3所示, 厨余垃圾经过高温灭菌、固液分离后残余的液体再通过厌氧发酵可变为液态有机肥料, 剩余的固体再通过生物发酵又可变为非常优质的蛋白质饲料, 这些都可以作为植物养分的供给原料。
5、结束语
住宅垂直绿化自循环系统的建立, 既符合运行过程节能的要求又符合资源循环利用的要求, 更与国家提倡的绿色建筑、可持续建筑和节能建筑相吻合。植物一向有着太阳能量过滤器的功能, 垂直绿化对于建筑物的热工性能以及城市整体环境, 无论是在夏季还是冬季都有着重要的作用。给建筑物穿上绿色的外衣并不是一个新鲜的提议, 只是一直没有被环境建设部门重视与执行。其中一方面的原因是后期养护成本偏高, 所以本文提倡利用住宅自循环系统, 供给植物水分和养分, 降低运营成本的同时节约能源, 美化环境。当然本文提及的循环系统只是一个框架性的构思, 真正的实施必然要涉及一系列的技术问题, 在此作为引玉之砖, 希望引起有关专家学者在此方面的深入研究, 为建设生态城市共同努力。
摘要：随着国民经济和城市建设的飞速发展, 建筑物密度已呈现高速增长的趋势。建筑物的高能耗和资源浪费亦成为了不可回避的问题。与此同时, 种植植物的平面面积在不断减少, 人们需要为植物的发展寻找新的空间, 垂直绿化应运而生。垂直绿化的诞生和发展不仅解决了平面绿化面积越来越少的问题, 还为建筑物的高能耗和资源浪费问题提供了有效的解决途径。建筑物排出的日常资源可被植物利用吸收, 而植物本身的存在又能降低建筑物的能耗, 构成有效的循环系统, 达到节能的目的, 可谓双赢。垂直绿化正符合如今我国特色社会主义可持续发展的战略方针。本文在明确垂直绿化的必要性的基础上, 阐述了住宅垂直绿化自循环系统, 从建筑的全寿命周期来考虑资源的循环再利用。
关键词：垂直绿化,资源循环利用,建筑节能
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外科系统三级医院自评表[推荐] 第2篇
3.1.2.1 查对制度：诊疗活动中（标本采集、给药、输血或血制品、发放 特殊饮食等）身份确认的制度、方法和核对程序49。诊疗过程中至少两种身份识别方式（姓名、年龄、出生年月、病历号、床号），熟悉制度及流程（各科抽2名医生、护士），科室对督查结果要有改进措施及具体实施50
3.1.3.1 科室间转接患者身份识别的制度、流程，腕带（重点病人，重点 科室）主要在手术室与科室之间（应知晓）查具体落实，问病人家属。科室对督查结果要有反馈，改进措施。51 3.1.4.1 腕带制度，查重点部门、重点环节落实情况。科室对督查结果有 分析和改进措施。3.2.1.1 医务人员间有效通过制度、规范，对模糊不清、有疑问的医嘱有 明确的澄清流程（查病区制度、规范、流程）52查门诊、住院病历和处方。对督查有反馈分析和改进措施。
3.2.2.1 口头临时医嘱护理人员的复嘱完整确认，双人核查，及时补记。（查病区制度、流程，医生和护士对其知晓度，有对督查、分析、改进）53
3.2.3.1 3.6.1.1 3.6.2.1 “危急值”或其他重要检查结果：现场演示53 危急值报告制度与工作流程（抽2人对制度与流程的知晓度），接获危急值报告人员完整、准确记录患者识别信息、危急值内容、报告者信息、按流程复核，复述无误后向经治医师或值班医师报告，并做好记录，医师接获后及时追踪、处理并记录（查病区流程、制度，现场资料的完整、规范、准确、报告、处置、反馈。接收报告者、处置者的复核、签名及时间。科室有总结、分析、完善制度、工作流程。医护各2人对制度、流程的知晓度，查执行率100%）61科室有对督查的反馈分析和改进措施。
3.3.1.1 围手术管理制度，当日和次日手术病历各科各2份查程序（在完 成各项检查、病情和风险评估、履行知情同意告知后方下手术医嘱）术前准备制度落实，有对督查的反馈分析和改进措施。54 3.3.2.1 手术部位标识的相关制度与流程（查2科）。标记方法、颜色、实施者及患者参与有规定（查当日和次日手术每科各2人，对双侧、多重结构、多平面部位手术侧有无规范统一的标志，病人进入手术室前是否已标记手术部位，执行率100%）有对督查的反馈、分析和改进措施。55 3.3.3.1 手术安全核对与手术风险评估制度与流程。（手术室抽查当日手 术每科1～2人，核查“三步安全核查”：麻醉前三方按《手术安全核查表》依
次核对患者身份（姓名、性别、年龄、病案号）、手术方式、知情同意情况、手术部位标识、麻醉安全检查、皮肤是否完整、术野皮肤准备、术前备血情况、假体、体内植入物、影像学资料等内容；第二步手术开始前三方共同核对患者身份、手术方式、手术部位与标记、风险预警，手术物品准备情况由手术室护士向手术医师和麻醉师报告；第三步患者离开手术室前，三方共同核对患者身份、实际手术方式、术中用药输血的核查，清点手术用物，确认标本，检查皮肤完整性，动静脉通路、引流管，确认患者去向等内容。查手术安全核对表、手术风险评估10份病历，执行率100%）56有上级的督查、反馈、改进措施。准备切皮前，手术医师、麻醉师、巡回护士共同遵照“手术风险评估”制度规定的流程，再次核对患者身份、手术部位、手术名称、麻醉分级等内容。56有督查反馈、分析及改进措施 3.4.1.1 职能部门对科室的督查、总结、反馈和改进，暗访，抽2名看在接
触不同病人时，是否洗手术或消毒，57 3.4.2.1 手卫生：，抽查10人看六步洗手法，有督查结果的反馈、分析和 改进措施。57 3.5.1.1 麻醉药品、精神药品、放射药品、医疗用毒性药品等管理制度（抽 查5人知晓度），存放、标识和贮存。职能部门的督导、检查、总结、反馈、改进措施（科室是否要有）？查科室存放、贮存、标识。58 3.5.1.2 高浓度电解质、化学药物，存放、标识和贮存，包装相似、听似、看似、多规、多剂型药物的警示标识，职能部门督查、总结、反馈、改进，查科室是否统一警示标识。59
3.5.2.1 处方、医嘱转抄、执行核对程序（护理）静脉药调配与使用操作 规范，输液反应应急预案。药物不良反应的上报登记。职能部门督导总结、反馈、改进措施？ 3.9.1.1 医疗安全（不良）事件报告制度与流程（查病区），要有培训，抽2人查不良事件报告制度知晓度，不良事件与不良反应的区别，报告程序，要有对不良事件的分析、处理和整改措施。63 3.9.2.1 有激励机制，而非惩罚制度，严格执行《重大医疗过失行为和医疗
事故报告制度》（要有制度和规定）3.9.3.1 医院安全信息分析，定期对重大不安全事件原因分析，要有改进措 施64 3.10.1.1 患者参与医疗安全2病区健康教育、供患者选择的诊疗方案（查 2病区内各2患者或亲属对诊疗方案选择）鼓励患者参与医疗安全活动。要有职能部门的检查、总结、反馈和整改措施65 3.10.2.1 查各种知情同意实施与流程的执行情况，尤其是手术、介入、药 物治疗或输液前有具体措施与流程，要有职能部门的检查、总结、反馈和整 改措施654.1.1.2 抽8人对质量安全管理的认识68
4.1.1.3 科室质控小组（科主任、护士长、住院总、质控医师、感染监控医 师和监控护士组成），科室质量与安全管理工作计划、制度的实施和落实，每月一次检查，召开会议分析，提出整改意见并在全科通报，有指标的改进和提高。要有工作记录和文字材料68 4.2.1.2 医疗质量关键环节（危急重患者管理、围手术期管理、输血与药物 管理、有创诊疗操作）的管理标准与措施符合诊疗规范与管理要求70？主管部门的定期检查、分析、反馈、改进措施 4.2.2.2 医疗质量管理制度，特别是14项核心制度。要有培训，检查病案、现场提问，阅读材料查14项核心制度的落实情况，查10人对核心制度的知晓度。科室每季度不少于一次对制度执行情况的检查、记录、整改意见，措施到位，效果明显。71 4.2.2.3 技术操作规范和临床诊疗指南（科室培训资料，执行情况检查记 录与整改措施）对指南及进进行补充72 4.2.3.1 抽20人考三基（三基培训各专业，各岗位、不同层次的培训、考核，培训计划、时间、重点、教师。要有专人负责。培训记录、签到、试卷及成绩表。）72 4.2.4.1 医疗风险管理方案（包括识别、评估、分析、处理和监控），管理 制度、流程、预案或规范以及落实的原始记录。医疗不良事件报告制度以及报告记录。医疗风险预警制度及预警通告记录。有执行情况的检查、反馈、记录及改进措施。73 4.2.4.2 针对患者安全目标建立相应的安全管理制度，有对员工的培训与考 核（查医护人员对安全目标相关知识的知晓率）“患者安全目标”，管理制度、培训，查临床科室患者安全目标在日常工作中的落实情况，考员工安全服务意识、安全警示标示和安全服务设施。主管部门检查、分析、反馈、改进。考患者安全目标相关知识，知晓率90% 4.2.4.3 科室防范医疗风险培训、教育（根据本部门特点，培训计划，时间，内容，签到。包括医疗风险防范的工作制度、流程、规范、预案，案例分析。培训内容要知晓）查签到名单，抽医护人员对培训内容的知晓率74 4.2.5.2 科室质量管理小组接受质量管理教育培训记录（计划、内容、签到），询问相关质量管理技能，活动记录，案例说明持续改进。医院培训抽查8人进行了解PDCA 75 4.2.6.1 科室质量与安全教育培训，有记录。4.3.1.2三新项目开展应有伦理委员会讨论审核（报告、讨论、签字、对病 人的告知）77新技术新项目准入制度、管理审批程序79 4.3.3.1 医疗技术风险预警机制，医疗技术风险处置、损害处置预案。查2 人对医疗技术风险处置与损害处置预案，流程的知晓度79 4.3.5.1 手术、麻醉、介入、腔镜诊疗技术资格许可授权制度，审批程序。需要授权高风险诊疗技术项目的目录，根据监管情况，定期更新，资料的动态管理 4.3.5.2 有诊疗技术资格许可授权考评组织，资格授权诊疗项目的考评与复 评标准，申请资格授权，有复评、取降低操作权利的规定，科室授权管理完整资料（考评认定，分级管理，主管部门审批）查5份高风险手术人员的资质81
4.3.6.1 技术项目完成当年资料，单项
5例。81 4.4.1.1 临床路径与单病种质量管理委员会和指导评价小组、相关制度，科室有实施小组、工作职责、活动记录。临床路径入径率不低于50%。有临床路径文本，82 4.4.2.1 临床路径文本、病种，入径患者应履行知情同意的相关制度与程 序，有培训考核。对本岗位临床路径工作流程知晓率。至少完成在4人以上，查病历及管理日志。83有实施效果评价，修订文本，优化路径。调整病种。4.4.4.1 临床路径与单病种质量管理监测：平均住院日、诊疗效果、30日 内再入院率、再手术率、并发症。查每季度的统计、分析及改进意见，查50份病历，要有持续改进84 4.4.5.1 对病种疗效、费用及成本进行统计、分析、评估，每季度汇总分析 并提出整改措施，有专人负责。及时上报。4.5.1.1 患者病情评估管理制度、操作规范与程序（包括评估的重点范围、评估人及资质、评估标准与内容、时限要求、记录文件格式）。首次病程录及上级医师第一次查房应有病情评估，记录时间、签名者资质。要有培训。查5份病历，诊疗方案是否与病情评估的结果一致。主要是查病历，对患者的病情评估质量有提高86 4.5.2.1 临床诊疗指南、疾病诊疗规范、药物临床应用指南。检查10份病 历，临床检查、诊断、治疗、药物、植入类器械是否符合规定。要有培训，查重点病种质量持续改进，诊疗行为进一步规范，医疗质量持续改进。86 4.5.2.2 查20份病历：临床各项检查是否有适应症（检验、腔镜检查、影 像检查、功能检查、电生理、病理）。有创检查知情同意，根据检查、诊断结果对诊疗计划的调整，重要的检查、诊断阳性与阴性结果的分析与评价意见。有对大型检查阳性率分析评价，有改进（CT、MR、DR、DSA）87 4.5.2.3
抗菌药物使用的相关制度。抗菌药物使用是否符合《抗菌药物临 床应用指导原则》，分级分线管理。三级处方权管理，87 4.5.2.4 胃肠外营养药物应用规范 有主管部门监管记录、分析、反馈、整 改。4.5.2.5激素类药物与血液制剂的使用指南或规范；病历中应有评价用药情 况的记录，使用是否规范。主管部门监管反馈。88 4.5.2.6化疗等特殊药物的使用指南或规范，病历中规范、正确使用，对可 能发生的不良反应有处置预案。主管部门监管反馈记录。89 4.5.3.1“三级查房”制度，科室分诊疗小组管理。治疗组长对危急症症病 人应在24小时内完成查房，并提出诊疗意见。各级各类人员岗位职责及技能要求，查科室工作安排。科室要有检查，分析，体现持续改进90 4.5.3.2 检查50份病历：首次病程录有病情评估，制定适宜的诊疗方案（检 查、治疗、护理计划等）。病程录和医嘱应根据检查结果分析，调整诊疗方案，并分析原因和背景。诊疗方案及其它重大变更由高级职称负责评价与核准签字，诊疗方案及时与患者沟通，出院时做好出院指导。诊疗计划中有多种措施并落实。有科室质控小组监督管理记录。91 4.5.4.1会诊制度与流程：会诊医师资质与责任、时限、记录书写要求、会 诊的必要性。查病历看落实，重症或疑难应多学科联合会诊。职能部门的监
管，相关科室沟通、及时性、有效性等整改。91 4.5.5.1诊疗指南：现场考医生掌握情况。及时更新，培训，查对落实落实 情况的追踪、评价，体现改进。（同20、4.5.2.1）93 4.5.6.1出院指导与随访工作管理制度和要求，现场考医师和责任护士出院 指导（用药、营养、康复训练，生活、工作注意事项）。随访与指导流程及随访资料，查出院记录中进一步治疗方案的合理性，要有多种随访形式。有随访记录，有主管部门检查、评价，改进措施 4.5.6.2出院病历看出院小结内容的完整性，与住院记录的一致性，出院告 知，询问当天出院病人告知情况。主管部门总结、评价、改进。94 4.5.7.1科室质控小级名单，质量与安全管理小组工作职责、工作计划、工 作记录、定期手术质量评价。科室的各项规章制度、岗位职责、技术规范、操作规程、诊疗规范。质量与安全管理培训与教育记录。科室的自查、评估、分析、整改资料，科室管理有序，资料完整，水平不断提高，主管部门的反馈及整改。手术并发症预防措施与控制指标（见手术管理12，4.6.7.1）为科室质量与安全管理、评价的重点内容，有科室培训与教育。（同2、4.1.1.3；4.6.8.1）95，106 4.5.7.2医院对科室有明确的质量与安全指标：住院重点疾病的总例数、2 周1月内再住院、非预期手术例数；患者安全类指标；单病种质量监测指标；合理用药监测指标；医院感染控制监测指标。有科室检查记录、分析、改进。95 4.5.7.3病历书写规范（岗前培训，熟知相关内容，质控活动有记录，有主 管部门检查反馈、改进）96 4.5.7.4；对缩短平均住院日有要求，有缩短平均住院日的措施（预约检查、院内会诊、检查结果、手术前），作为临床路径的指标。4.5.7.5医院对超过30天的进行管理评价的明确规定，作大查房重点，病历 中有评价和分析记录。有主管部门定期分析、评价97 4.6.1.1 手术医师资格分级授权管理制度与程序，落实到每一位手术医师（科室分级管理档案，医师对分级管理的知晓度）。动态管理（晋升、纠纷）。看病历是否符合。99 4.6.1.2 手术医师能力评价与再授权制度与程序，落实查科室档案材料，查医师的知晓度。4.6.2.1 病情评估制度，术前讨论制度，术前讨论：病情评估的重点范围，手术风险评估、术前准备、临床诊断、拟施手术方式、手术风险及利弊，是否需要分次完成等。2～3类手术治疗组讨论，4类以上和危重、致残、新手术、特殊手术全科讨论。疑难复杂在全科讨论的前提下可申请全院会诊讨论。查科室术前讨论规范、完整、质量持续改进100 4.6.2.2 查病历：为手术患者制定手术治疗计划或方案，包括术前诊断、拟 施手术、可能出现的问题与对策。等在病历中详细记录，要有职能部门的督查、分析、反馈整改，有改进。101 4.6.3.1 患者术前的知情同意：制度、程序。术前充分说明手术指征、风 险、利弊、高值耗材的使用与选择、可能并发症及其他可选择的方案。肿瘤手术应以病理作手术方式的依据。术中冰冻为调整手术方式的依据。应充分说明血及血制品使用的必要性、风险、利弊及其他选择办法，签“输血治疗同意书”，明确输血次数。知情同意是医生先签，查病历及患者及近亲属的
知情情况。102
4.6.4.1 重大（包括急诊）手术报告审批管理制度与流程，需要审批手术目 录，4位不同级别医师的知晓度，必要是主管部门参加术前讨论。102 4.6.4.2 急诊手术管理制度与流程，4个不同级别医师的知晓度。急诊手术 绿色通道保障措施和多部门协调机制，查病历。103 4.6.5.1 手术预防性抗菌药物临床应用管理制度、规范，4个不同级别医师 知晓度。1类手术（手术时间≤2小时）切口预防性抗菌药使用率≤30%。查50份病历。103 4.6.6.1 手术记录24小时内完成，由主刀写，特殊情况下一助写，主刀签 字。参加手术医师在手术后即时写成术后病程记录，4个不同级别医师知晓度。查病历。4.6.6.2 手术后病理学检查的规定与流程，病理报告与术中冰冻检查及术 后诊断不一致时，有追踪与讨论的规定与程序，结果有记录。肿瘤手术切除组织送检率100%。查病历。105 4.6.7.1 手术后患者管理制度与流程：手术后医嘱由手术医师或其委托的医 师开具；术后生命指标记录在病历中；术后适当时间，根据术后病情再评估，拟定术后康复、再手术或放化疗方案；特殊治疗、抗菌药物、麻醉镇痛药品按国家规定执行。查病历，4个不同级别医师知晓度。105 4.6.7.2 并发症：4个不同级别医师对并发症的知晓度，查病历3～4类手 术并发症的预防措施到位，高危手术患者有风险评估、有预防“深静脉栓塞”、“肺栓塞”的常规与措施。科室要有重大手术并发症的分析，改进，对督查的反馈和整改措施。术后并发症降低。106 4.6.8.1 质量与安全管理 小组规章制度、岗位职责和相关技术规范、操作 规程、诊疗规范、工作计划、工作记录，定期手术质量评价。手术并发症的预防措施与指标，科室要有培训。定期自查、评估、分析、有整改措施，有对主管部门督查 反馈。体现改进。4.6.8.2手术科室质量与安全指标（医院对科室有明确的），建立手术质量 管理的数据库，建本：住院重点手术总例数、死亡例数、术后非计划重返再次手术例数；手术后并发症例数；手术后感染例数（按手术风险评估表要求分类）；围手术期预防性抗菌药物使用，单病种过程质量管理的病种。定期分析手术质量与安全指标的变化趋势，衡量本科室的手术治疗能力与质量水平。有改进措施，质量与安全指标呈正向变化的趋势。107 4.6.8.3“非计划再次手术”管理制度，流程；此为手术科室质量评价的重 要指标，为对手术医师资格评价、再授权的重要依据，主管部门的监测、分析、反馈、整改。108 其他 4.10.2.3，4.10.4.1传染病上报：注意门诊病历、工作日志、登记本、上报表。
查医务人员的知晓137，139 4.19.1.1，4.19.1.3，4.19.3.1，4.19.3.2，4.19.4.3，4.19.6.2，4.19.7.1，4.19.7.2 输血制度知晓，流程落实；输血适应症，医师向患者、近亲属或委托人说明使用血及血制品的必要性，有输血记录：包括输血原因、种类、血型、数量、过程观察，有无反应；有不同输短暂方式的选择与记录，输血治疗后病程记录有效果评价描述。手术输血者其手术记录、麻醉记录、护理记录、术后记
浅谈汽车故障及其自诊断系统 第3篇
故障现象是指汽车在运行状态中(或汽车停驶但发动机在工作状态中)，驾乘人员或维修人员通过人的视觉、听觉、触觉或使用检测仪器看到的、听到的、感觉到的及仪器显示出的一些信息。
故障代码(简称故障码)是汽车控制电脑(Ecu)的自诊断系统对检测出的故障点所记录下的相应编码(数字或字母)。
故障自诊断模块检测的对象是电控汽车上的各科-传感器。故障自诊断模块共用汽车电子控制系统的信号输入电路，在汽车运行过程中检测上述三种对象的输入信息，当某一信号超出了预设的范围值，并且这一现象在一定的时间内不会消失，故障自渗断模块便判断为这一信号对应的电路或元件出现故障。并把这一故障以代码的形式存入内部存储器，同时点亮仪表盘上的故障指示灯。针对三种监控对象产生的故障，故障自诊断模块采取不同的应急措施：
a，当某一传感器或电路产生故障后，其信号就不能再作为汽车的控制参数，为了维护汽车的运行，故障自诊断模块便从其程序存储器重调出预先设定的经验值，作为该电路的应急输入参数，保证汽车可以继续工作：
b，当电子控制系统自身产生故障时，故障自诊断模块便触发备用控制回路对汽车进行应急的简单控制，使汽车可以开到修理厂进行维修，这种应急功能就叫做故障运行，又称“跛行”功能：
C，当某一执行元件出现可能导致其他元件损坏或严重后果的故障时，为了安全起见，故障自诊断模块会采取一定的安全措施，自动停止某些功能的执行，这种功能称为故障保险。如：当点火器出现故障，故障自诊断模块就会切断燃油喷射系统电源，使喷油嘴停止喷油，防止未燃烧混合气体进入排气系统引起爆炸。
输入到微处理器的电平信号，在正常状态下有一定的范围，如果此范围以外的信号被输入时，ECU就会诊断出该信号系统处于异常状态。例如：发动机冷却水温信号系统规定正常状态时，传感器的电压为0.08-4.8v(-50-+139)，超出这一范围即被诊断为异常。如果微机本身发生故障则由设有紧急监控定时器(WDT)的时限电路加以控制：如果出现程序异常，则定期进行的时限电路的设置停止工作，以便采用微机再设置的故障检测方法。
当微机工作正常时，通过诊断用程序检测输入信号的异常情况，再根据检测结果分为轻度故障、引起功能下降的故障以及重大故障等。并且将故障按重要性分类，预先编辑在程序中。当微机本身发生故障时，通过WDT进行重大故障分类。
当检测故障时，在存储器中存储故障部位的代码，一般情况下，即使点火开关处于断开位置，微机和存储部分的电源也保持接通状态而不致使存储的内容丢失。只有在断开蓄电池电源或拔掉保险丝时，由于切断了微机的电源，存储器内的故障代码才会被自动清除。
在汽车运行过程中如果发生故障，为了不妨碍正常行驶，由微机进行控制，利用预编程序中的代用值(标准值)进行计算以保持基本的行驶性能，待停车后再由车主或维修人员进行相应的检修。检测输入、逻辑运算及控制、程序及数据存储器、备用控制回路、信息和数据驱动输出等构成了故障自诊断模块。
通常不同厂家不同型号的汽车所采用的自诊断接头形式有所差异，文后图为标准OBD—II诊断座。
根据OBD-II的要求，诊断执行指令根据监测系统及故障的严重程度等因素将故障代码DTC分成不同的类型。不同的类型对设定的代码也有不同的要求，而诊断执行指令仅在出现与排放有关的DTC时使用发动机故障灯MIL点亮。DTC被分成四大类，有A、B、C、D类。
A类：在首次行程进行诊断的监测，并向诊断执行指令报告“监测到故障”，将DTC存储并且点亮MIL灯。
B类：在第二次连续的行程中运行与排放水平有关的诊断检测，并向诊断指令报告“检测到故障”，将DTC存储而且使MIL点亮。在首次检测到故障后，B类故障码将进入到准备之中，此后B类故障码处于警戒状态中，或准备存储一个历史代码。假如这个故障再次发生，则使MIL点亮；反之，一个通过的监测将解除系统对B类DTC的警戒状态。
C类：在首次行程中运行与非排放有关的诊断检测，同时向诊断执行指令报告“检测到故障”，在存储DTC的同时使车辆维修灯点亮。
D类：在首次行程中运行与非排放有关的诊断检测，并向诊断执行指令报告“检测到故障”，D类将存储DTC而不点亮MIL灯，这些故障代码DTC将对车辆的维修诊断非常有益，特别当遇到驾车者指出某些性能的下降而MIL并没有被点亮。
数控机床自诊断及自修复系统探讨 第4篇
数控机床是一种机电一体化产品, 是技术密集型和知识密集型的结合体, 将电力电子、自动控制、电机、计算机以及加工工艺集于一体, 在机加工领域充分展现了特有的高精度、高效率、高适应性的特点。其前期设计报警和自诊功能的完善性, 后期运行的稳定性和可靠性, 直接影响数控机床使用过程中体现的经济效益。一旦数控机床出现故障, 即使是小小的故障, 如果不能及时准确地分析判断出故障的原因并对故障进行诊断和修复, 将给正常生产带来很大影响。由于数控机床涉及多个学科, 对技术人员的要求很高, 并且在故障诊断、状态监测方面存在复杂性、多样性和多变性的客观环境因素制约, 因此故障的及时诊断与维修难度较大。在数控机床出现故障时, 快速诊断和维修十分必要, 有必要充分利用数控系统的报警信息和自诊断功能, 灵活应用常规处理方法, 快速准确有效地解决故障问题。
1 数控机床报警信息以及自诊断功能
1.1 数控机床系统故障的基本概念
数控机床在运行过程中, 若突然丧失了规定的功能, 则称之为数控机床系统故障。若系统故障是因外部硬件如CNC系统的检测元件、液压系统、气动系统出现损伤引起的, 属于硬故障。若系统故障是由于操作不当、调整处理失误或者程序编制错误引起的, 则为软件故障。
1.2 数控机床的报警功能
数控系统完善的报警功能信息界面, 是评价数控机床整机性能的一个重要指标。当数控机床运行中突然出现故障时, 应立即在相对应的故障处提示报警信息。在目前广泛通用的Fanuc、Siemens、KND、华中等系统中, 一方面外设较多硬件报警装置, 另一方面内置完整的编程和参数监控管理报警程序, 用来反映系统中最常见和最可能的故障情况, 如超行程报警、管路流量监控报警、缺油或气欠压报警、安全防护报警、刀库运作报警、误操作报警、伺服系统报警、设定错误报警等。根据报警窗口显示的故障信息, 及时采取对应的措施, 修复和排除发生的数控系统故障, 保障整个数控工程的运行完整, 减少因故障带来的经济损失。
数控机床的报警表现方式主要以操作台屏幕窗口提示信息, 因为通过人机界面可直接将报警信息详细描述出来, 除此之外通常在一些硬件单元同步提示, 如Fanuc系统的伺服放大器和Siemens系统的611驱动模块都自带7段LED, I/O输入输出通讯部件的发光二极管, 末端检测开关等。在出现故障报警时, 同时通过指示灯或者数码管来显示不同的状态, 我们可以根据这些报警信息, 快速查阅随机说明书, 来定位处理故障。
1.3 数控机床的自诊断功能
一般情况下, 在数控系统的软件中都装有诊断程序, 有些情况下还会在系统内设置备用模块。被诊断的部件或装置会在软件运行中被写入测试码, 根据系统观察到的校验码与事先已知的测试码相比较, 确定对应故障类型, 通过程序对比观察结果来确定故障原因。系统开机后, 自诊断功能会自动诊断整个硬件系统, 在运行或输入加工程序过程中, 一旦检测到某一模块发生故障, 则系统自动进入自诊断状态, 进行故障检测, 并定位和发出故障报警信息。诊断结果立即在人机界面上显示故障内容及部位, 同时发生故障的故障板上的指示灯也会被点亮。技术人员可根据机床自诊断提供的各种状态的地址和诊断数据结果, 定位故障原因进行处理, 对于更高级的系统则会自动寻找备用模块或者保存数据, 进行自我快速更换模块或者恢复数据。
另外, 在维护检修中, 我们经常可以人为调取system系统功能下的波形诊断画面, postion操作坐标状态下的伺服轴的负载表监控窗口, 共同辅助诊断伺服电机性能和传动机构效率。如我单位沈阳第一机床厂CW61100B改造数控机床, 只要执行GO快速定位指令就会出现直流母线过电压报警, 通过波形监测 (如图1) 就可以直观推测产生原因, 造成GO定位瞬间 (加/减速时) 伺服放大器报警可能:伺服电机异常、机床导轨磨损拉伤、丝杠座轴承损坏卡阻、丝杠预紧太紧、防尘圈破损、丝母座磨损。
2 数控机床的自修复系统运用
2.1 数控机床的自修复范围
在长期的现场数控机床维护工作中, 我发现数控机床都有强大的自修复功能, 尤其应用于软件故障, 并对硬故障有引向判断作用。目前的数控系统都可外接存储设备, 定期做好数据备份可快速恢复因参数、变量、程序出错造成的故障停机。从Faunc系统开机引导的Boot System备份数据恢复, 或者进入系统后的选择性数据恢复, 到Siemens系统的调试模式下的保存数据启动, 还有KND系统开机选择取盘操作等都可以迅速恢复到前次正常运行状况。但倘若恢复后仍有故障, 那就肯定是硬故障, 此时可通过操作界面直接监控梯形图或者查看接口状态, 帮助指导技术人员确定硬故障。
2.2 数控机床的自修复步骤
在进行数控机床故障诊断维修时, 一般情况下, 首先需要了解现场故障产生前数控机床各组件的运行状态, 记录下报警信息;接着在位置画面查看当前运行的模式及内容, 在偏置/设定界面查看故障发生时选择的刀具、设置的参数;再尝试复位或重启, 若可消除报警则必须再用空载图形监视运行一遍看轨迹, 通过走刀轮廓自我判断运行是否正常、语句是否变动或者刀具设置是否恰当;当复位或者重启无效, 就需根据报警信息和故障指示灯的状态进行具体、准确的分析, 若故障位置明显就直接解决, 但若在分析把握不准的时候就可以结合恢复前次备份状态来进行排除判断。
2.3 Fanuc系统故障诊断与排除实例
沈阳机床集团GTC10080A数控立式车床, 采用FANUC Series Oi-TD系统, 带刀库, 在加工过程中突然出现SV436软过热继电器 (OVC) 报警, 窗口描述为数字伺服软件检测到软发热保护 (OVC) 。进行复位不能消除, 重新上电启动复位正常, 但是自动运转开始后立刀架刚微动就又重复该报警, 再次重启复位正常, 用手动手摇柄缓慢进给, 也是一微动就再次该报警, 报警都不能复位消除。查阅FANUC AC SERVO MOTOR Alpha is/Alpha i series维修说明书, 根据第96页描述 (1) 确认电机是否震动导致产生过大的电流。 (2) 电机动力线连接是否正确。 (3) 确认过载保护参数 (OVC) 是否正确。鉴于故障前运行正常直接排除接线问题, 再检查电机安装牢固排除震动, 那是否参数设置过小, 直接在编辑模式下进入系统对CNC参数进行恢复, 报警依旧在。这时可以判断为硬故障造成, 由于X向左右移动均正常, 想到对比判断, 进入操作监控画面, 手摇微动查看伺服负载图表, 发现Z轴负载满, 断定传动故障, 怀疑伺服电机抱闸所致, 检查电机中部动态制动器四孔航插, 三相中发现有一线断, 焊接恢复正常。
2.4 Siemens系统故障诊断与排除实例
德国产Niles-Simmons SG-803/2数控斜切入式车轴成型磨床, 采用SIEMENS 840D系统, 五轴, 在投产运行过程中, 多次出现因供电突然中断, 导致重新上电启动后出现27000轴没回参考点和300950轴驱动没回参考点, 重新查设很麻烦, 但用系统自带用户协议, 从保存数据恢复非常快捷。
青海重型机床厂C8011B车轮车床, SIEMENS 802S系统, 出现700000报警, MD14510[16]&[26]~[30]&MD14512[0]~[7]错误, 显然是数据丢失, 通过设置口令进入诊断界面, 在机床数据下普通数据逐个搜索并键入数值, 在调试下数据存储, 重启后700000报警消失, 但又出现新问题程序丢失了, 通过winpcin再重新覆盖程序, 恢复运行。
3 结语
数控机床是典型的机电一体化产品, 对数控机床故障诊断与维修的要求严格。当数控系统故障发生后, 迫切需要对数控系统发生的故障迅速进行诊断并采取相应的措施消除故障使其恢复正常。利用Fanuc系统和Siemens系统具有代表性的疑难故障案例, 采用合理的诊断维修步骤, 运用正确的诊断技术和操作方法, 确定诊断对象、查找故障原因并最终排除故障, 充分提高数控机床的利用率。希望通过本文的探讨, 能帮助提高利用数控系统的报警信息和自诊断功能, 以及系统的常规处理方法和快速恢复技巧, 实现对数控机床故障的快速准确诊断与故障维修, 为数控故障诊断与维护提供更加良好的基础。
参考文献
通信天线电子自稳系统设计论文 第5篇
为了解决舰艇纵横摇对通信天线的影响，设计出了一种通信天线电子自稳系统，并介绍了系统的电子自稳原理，给出了通信天线相位值的计算过程和电子自稳过程。
0 引 言
舰艇在海面上因受到风浪的作用而产生摇摆运动，为了保证舰载通信天线的高增益，舰载通信天线的波束俯仰方向很窄，舰载通信天线随同舰艇摇摆， 就会使舰载天线增益急剧下降，严重影响通信质量，因安装于舰艇平台。
通信设备在设计与使用过程中， 必须考虑舰艇纵横摇的影响，并进行天线波束稳定，这是舰用设备与岸基设备的显著差别之一。对这种影响的分析、研究已运用于雷达、电子战设备的设计和应用中[1-3]。
舰艇通信天线波束的稳定方法大致分为机械稳定、电子稳定两种。传统的机械稳定平台结构复杂、造价昂贵且易出故障，故目前的通用做法是取消笨重的机械平台，在通信天线的俯仰和方位轴上进行电子补偿来稳定天线的波束。
1 原 理
通信天线在零度仰角(水平面)附近的辐射特性，对于处于远场的，不论是海上还是空中对象的通信效果，都具有非常重要的意义。为了尽可能大的服务空域覆盖，通常需要天线垂直面的方向图在水平面附近上半空间具有尽可能大的辐射强度，同时，为了减少由海面反射造成的多径干涉效应，又需要尽量减少水平面附近下半空间的辐射强度。
因此，天线的垂直方向图在水平面附近，应该具有尽可能大的场强斜率，以满足这个方向图的要求。然而过于陡峭的场强斜率，会对舰船载体的摇摆很敏感，即舰船向某侧倾斜时，其相反方向上原本指向水平面以下的`。
很低场强的方向图将指向空中，造成相应覆盖区域场强大幅度下降，从而大大缩短了有效覆盖的作用距离，使远场通信对象无法有效通信。
舰艇在风速3～4级的海况下，最大摇摆幅度将达到±15?左右。在这种情况下射向水平面以下的部分射频场强较强，并通过海面形成反射波，它与直射波将发生多径信号叠加。
由于海水的良好导电性，反射波衰减很小，其幅度与直射波幅度具有较大可比拟性，因此对直射波形成较强的多径干涉现象。
使海面附近上半空间的直射波与反射波合成方向图随仰角变化形成一系列栅瓣-零陷分布，将会造成远场通信对象通信概率的下降。
电子稳定技术就是根据大地坐标系(静坐标系)与天线阵面坐标系(动坐标系)之间的关系，波控控制单元在计算移相器的移相值前，对天线阵面坐标系下的俯仰角、方位角进行补偿，这就涉及多个坐标系变换问题。
本通信系统采用电子自稳来稳定波束，天线电子自稳系统由角传感器、波束控制单元、相控阵天线组成，通信天线自稳系统组成框图如图1所示。
该通信天线电子自稳系统是一种基于相控阵原理的电子稳定天线，舰船摇摆时，天线内置的倾角传感器量化摇摆矢量，并通过处理器转换成相位变化信号来控制天线各辐射单元的相位。
从而改变天线不同方位上辐射波束的俯仰指向，综合形成相对于海平面平稳的方向图，实现对作用空域的稳定连续覆盖，其核心是相位值的计算。
2 相位值计算过程
相位计算是根据大地坐标系(静坐标系)与天线阵面坐标系(动坐标系)之间的关系，把摇摆角度转换成天线阵面坐标系下的俯仰角与方位角的相位补偿。
这就涉及多个坐标系变换问题，角传感器为波束控制单元提供的舰船姿态角信息主要有横摇角、纵摇角、航向角，其符号及方向规定如下：
(1)H-航向角，舰船首尾线在水平面投影相对正北的转角，顺时针为正。
(2)P-纵摇角，舰船首尾线相对水平面的转角，舰首抬起为正。
(3)R-横摇角，绕舰船首尾线相对水平面的转角，左弦抬起为正。
(4)A-倾斜角，天线阵面所在的x， y平面向后倾斜的角度。(一般天线安装好为固定值)。
2.1 航向角的坐标转换
航向角的坐标转换(x轴指向地理北，y轴指向地理西，z轴铅垂向上，轴xyz构成右手直角坐标系) 。图2所示的航向角变化图表示航向角沿坐标轴Z旋转H角，地理坐标M(x，y，z)到新甲板坐标M1(x1，y1，z1)，即(x，y，z)→(x1，y1，z1)。
通过如上一系列推导，把船的摇摆角换算成对应天线波控数据表存入波束控制单元，实际工作时调天线波控数据表来实时控制天线波束。
3 天线电子自稳过程
角传感器感应到舰船摇摆角度值，角传感器把船摇摆角度值实时发送给波束控制单元，波束控制单元根据船摇摆角调用天线波控数据表，天线根据天线波控数据表来实时控制天线波束以补偿舰船摇摆。
4 结 语
自适应学习系统中基于情绪感知的 第6篇
摘 要：本文针对自适应学习系统与学生之间缺乏的双向情感交流问题，提出了一种基于情绪感知的学生模型，便于系统能更有效地为学生提供个性化学习服务。通过表情识别技术感知学生的情绪，建立动态的学习风格和实时的情绪状态以及实时的学习动机。该模型可以为学习系统提供更准确的学生状态描述，便于系统更精确、更及时地调整教学方案和策略，实现学生和学习系统之间的双向情感交流，使学生取得更好的学习效果。
关键词：自适应学习系统；学生模型；学习风格；情绪状态；学习动机
中图分类号：G40-05 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2015）19-0085-04
一、引言
学生模型是现实世界中学生在计算机系统中的抽象表示，记录着学生的个体特征，而学习系统在一定程度上充当着教师的角色。一个好的学生模型是一面“镜子”，它能照出学生的学习状态、行为路径和思维过程。学生模型中特征的完整性、表征的准确性直接关系到学习系统能否为学生提供与之相适合的学习策略、学习内容和学习资源等，进而关系到学生个性化学习的实现与否。[1]但是从现有的学生模型来看，还很少考虑学生的情感因素在学习过程中的作用，这将导致学生在学习过程中缺乏情感支持。学生与系统之间没有情感的双向交流，这已经成为制约自适应学习效果的一个关键因素。本文在此背景下，提出一种基于情绪感知的学生模型。
二、传统学生模型研究现状
关于学生模型，国内外学者对此都做了很多研究。国内西南大学博士陈仕品和浙江大学张剑平教授提出了一种基于认知状态和学习风格的学生模型（CS- LS 学生模型）。[2]有的研究者提出了认知型学习者模型。[1]国外学者从知识水平的角度，认为对学习者知识状态的表示模型主要有铅版模型、覆盖模型、基于约束的模型等。[3]有的学者依据学生的个性特征来建立学生模型，例如学习风格和学习偏好等个性特征。[4]
传统学生模型已经为学习系统提供了较准确的学生状态描述，但是还存在三方面问题亟待解决。第一，学生模型只刻画了学生个性化的学习水平、认知能力和学习风格等，却未涉及学生的情感。情感是人适应生存的心理工具，是心理活动的组织者，也是人际通讯交流的重要手段。心理学的研究表明：情绪情感能促进或阻止工作记忆、推理操作和问题解决。同时，表情和情绪是紧密相连的， 前者是后者的外在表现，后者是前者的内在体验，在大部分情况下，知道二者中的一方，可以反推另一方。[5]学习表情是学习情绪的外在表现，它可以从一定程度上反映学生的学习情绪，而学习情绪会对学生的学习活动产生一定的影响。比如，学生在学习过程中，对于自己喜欢的内容会通过高兴的表情体现出积极的情绪，否则会通过厌恶的表情体现出消极的情绪。因此，在学习过程中及时了解学生的情绪，并针对负面情绪进行调控、干预，可以改善学习效果。根据教育心理学的建构主义学习理论的人本主义学习理念，学生是学习活动的主体。在自适应学习环境中缺乏学生与教师面对面的交流，建立一个精确的、个性化的，并能够支持情绪教学功能的学生模型更显得必要。第二，传统学生模型中的学习风格预测大多是采用量表和问卷方式，这些方式所获取的行为特征信息大量来自被测者的主观判断，不能准确地表征学生学习偏好。学生的学习风格在学习过程中是会发生改变的，它是一个动态的因素。通过对学生学习风格动态预测，学习系统给学生推送合适的学习资源和学习方式，让他们在学习过程中感觉到自然舒适，可以激发和维持学习动机，提高其学习效率。[6]第三，传统学生模型中只把学习动机划分为非认知属性，是一个静态信息，在具体操作中用关系型数据进行描述，而没有对学习动机进行动态分析。教育心理学认为，情绪与学习动机之间有着密切的关系。情绪是人行为的一部分，对人类的理性思维和决策能力具有重大的影响，能够激发心理活动和行为的动机，情绪影响学习动机的产生。[7]
近年来表情识别技术的发展，为学习系统中学生模型情绪监控功能的实现提供了有效的技术支持。通过摄像头动态地捕捉学生的面部表情图像，运用表情识别技术对获取的表情信息进行分析，进行表情计算，为学习系统对学生提供个性化服务给予支持。本文通过表情识别技术实现情绪的感知，通过对监控到的表情信息进行分析，完成动态学习风格的预测和实时情绪的标记，以及实时学习动机的判断，动态更新学生模型的数据。
三、学生模型的设计
1.学生模型构建
为了解决学习系统与学生之间缺乏双向情感交流的问题，本文在CS-LS学生模型[2]基础上，建立了一个基于情绪感知的学生模型，如图1所示。学生模型在传统的学生模型基础上加了两个部分，即情绪状态和学习动机。在自适应学习系统中，学生模型是表征学生的基本信息，根据自适应教学系统的目标，针对系统的需求对所需信息进行分析与描述。系统可通过学生模型了解学生的个体属性，从而提供适合学生个性化差异的教学。其中，该学生模型中的学习风格又与传统的学生模型中的学习风格有区别，它以动态形式出现在学生模型中。情绪状态反映的是学生在学习过程中的心理状态。学习动机是指直接推动学生进行学习的一种内部动力。
基于情绪感知的学生模型所描述的学生个体特征分静态与动态两种信息。其中学生基本信息是静态的，认知水平、学习风格、情绪状态、学习动机是动态的。基于情绪感知的学生模型的初始化主要针对静态属性进行初始化，而动态属性采用系统预设值进行初始化，并在学习过程中进行动态更新。学生基本信息是通过学生注册系统时获取的，学生在第一次进入系统时必须提交基本信息，如姓名、年龄、专业、性别等。学习过程中，系统通过跟踪学习进程和判断学习情绪来计算学生的认知水平、学习风格、情绪状态和学习动机，从而动态地更新学生模型。该学生模型中认知水平的动态更新与传统学生模型相同，故不再重复分析。本文主要针对学习风格、情绪状态和学习动机因素的动态更新进行分析。
2.动态学习风格预测
学习风格预测采用量表和表情识别相结合的方式。以Felder-Silverman量表为基础设计多媒体测试题对学习风格进行初始化，进而在学习活动中通过观察学生对所呈现的学习材料类型的表情，分析学生的心理状态，推测其对当前的学习方案满意与否。[8]如果学生对教学内容和呈现方式比较满意，会表现出高兴等积极情绪，说明该学习方案符合其学习风格；反之，如果学生表现出厌烦等消极情绪特征，说明学习方案不符合其学习风格，需对学习风格模型进行修改。在这样反复学习与调整的过程中，最终获得较为准确的学生学习风格。
Felder-Silverman将学习风格分为四个维度：感觉型-直觉型、活跃型-沉思型、视觉型-言语型、序列型-综合型。[9]其中，感觉型学生喜欢学习具体事物；直觉型学生喜欢抽象的学习资料，喜欢具有挑战性、创新性的知识；活跃型学生喜欢积极做事、合作学习；沉思型学生喜欢思考问题，自主学习；视觉型学生喜欢从图片、视频等获取知识；言语型学生喜欢从书本、交谈中获取信息；序列型学生喜欢小步子学习；综合型学生喜欢大步子学习。学习系统在获取到学生的初始学习风格后，对应地为学生呈现教学内容以及教学方案。例如偏好感觉型学习风格的学生，学习系统为其提供具体和实际的材料内容，如果学生在学习过程中出现高兴等积极表情，适当增加学生所对应的学习风格分类的权值，即暂时不需要修改；反之，如果学生在学习过程中出现了厌恶等消极情绪，系统就需要调整教学内容以及教学方案，直到学生对呈现的教学内容材料满意为止。此时，适当减少所对应的学习风格分类的权值，当该权值低于一定阈值时修改学习风格。随着学生学习进程的推进，其所属学习风格分类趋于稳定。
3.实时的情绪状态计算
学习模型中的情绪状态，反映了学生在某一时间的心情、情绪，对学生的学习过程具有重要的影响。当学生对课程内容理解或者感兴趣时，他会通过高兴的表情体现出积极的情绪；反之，则会通过厌恶表情体现出消极的情绪。
学习系统监控学生在完成学习内容过程中的表情，获取学生的情绪状态。如果学生在学习过程中出现了高兴的表情，说明学生的情绪状态是积极的，他在学习过程中没有遇到困难，学习系统应给予学生适当的表扬；如果学生在学习过程中出现了惊奇、悲伤、愤怒、恐惧、厌恶的表情，说明他在学习过程中遇到了困难，学生的情绪处于一种消极状态，学习系统应该给予学生鼓励并适当降低内容难度。
情绪指数是情绪的一种数值化描述，情绪指数=期望实现值/内心期望值。在学习系统中，可表示为：
情绪指数=学习效果值/期望学习效果值（1）
其中，学习效果值是动态的，可以对应为学习过程中的测试或练习成绩和阅读速度等；期望学习效果值是常量，可以对应为学生的认知水平和历史成绩。公式（1）存在局限性，因为它无法预测学生的内心期望值，所以期望学习效果值只能由客观数据计算得来，难免偏颇。采用表情分析的方法可以从另一个角度获取对学生情绪的把握，本文用表情来计算情绪指数。复杂的人脸表情通常被分为六种最基本的类型，即高兴、惊奇、悲伤、愤怒、恐惧和厌恶。[10]在表情获取时分别赋值0～1，六种表情的积极情绪权重系数分别为10，-1，-5，-5，-5，-5。归一化情绪指数用E表示，通过公式（2）计算：
E=（2）
其中，wi表示第i种表情的积极情绪权重系数，ei表示第i种表情的取值，Expressionmin和Expressionmax分别表示w·e的最小值和最大值。
公式（2）完全采用表情信息来计算情绪指数，较好地体现了学生的内心期望，但缺少客观的学习成绩评价。公式（1）和公式（2）是互补的，将公式（1）做归一化处理，再与公式（2）取平均值，作为最终的学习情绪指数计算公式。
学习系统根据情绪指数来判断学生的学习情绪，结合学生的学习效果，有针对性地调整学习内容和方法，为学生提供指导和帮助，实时保证学生的情绪处于一个适当的状态范围内。
4.实时的学习动机计算
学习动机是激发个体进行学习活动，维持已引起的学习活动，并驱使行为朝向一定学习目标的内在过程或内部心理状态。教育实践和教育心理学实验都表明，学习动机推动着学习活动，能激发学生的学习兴趣。学习动机指数是学习动机的一种数值化描述。
情绪稳定性与学习动机之间呈显著正相关。[11]两者之间的显著正相关表明，学习动机太强或者太弱，都会导致学生出现情绪的不稳定。情绪不稳定可以用情绪变化率来表达，因此，可以说学习动机与情绪变化率呈负相关。积极的情绪能鼓舞人的斗志，在理智的调节下，会引发超乎寻常的动力；[12]相反，消极的情绪则会消磨人的意志，使人变得颓废。前述的情绪指数是积极情绪指数，与学习动机呈正相关。学习动机指数用M表示，通过公式（3）计算：
M=（3）
其中，Et是当前时间点的情绪指数，Et-1是前一时间点的情绪指数。
耶克斯—多德森定律（The Yerks_Dodson Law）[13]表明解决问题的效率与动机强度之间的函数关系，效率随动机强度发生倒U型曲线变化。动机的最佳水平随任务性质的不同而不同；任务较易，最佳动机强度较高；任务难度中等，最佳动机强度也适中；任务越困难，最佳动机强度越低。如图2所示。
根据耶克斯—多德森定律，结合当前学习内容，系统可以判断任务与动机指数的适应程度，从而实现动态的调整。系统既可以根据学习动机强度调整任务的难度，也可以根据任务的难度调节学生的情绪，从而调节学习动机强度。
四、结束语
能否实时感知学生的情绪，对自适应学习系统来说，关系到学生状态的描述是否准确。通过情绪计算改善学生模型的描述能力，可以解决自适应学习系统与学生之间存在的双向情感缺失问题。相对于传统学生模型来说，本文建立的学生模型优点在于，学习风格、情绪状态和学习动机因素都是基于表情识别技术计算的，学习系统动态、实时地获取这些信息。学习系统可以根据学生模型中对学生的状态描述，及时地进行适当干预，有效地弥补学习系统和学生之间缺少情感交流的问题。在真实的世界中，人的表情是多种多样的，且有些表情很难分辨，本文学生模型里对学习风格、情绪状态和学习动机的计算还是粗略的，在表情分类、权重分配等方面存在不足。未来可以将更多的表情加入到学习风格、情绪状态和学习动机的计算中，使系统更准确地感知学生的状态。
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自适应智能语音报站系统 第7篇
公共交通是城市的重要基础设施,它的发展会带动城市的发展。公共交通具有低耗能、低成本、高效率等优点。近年来随着环境污染日益严重,公共交通已成为越来越多市民绿色出行的首选。
目前,虽然在一些大城市的公交车上已经使用了GPS定位系统来实现自动报站,但因其造价昂贵难以普及,所以很多乡镇大多还是采取人工报站,这种报站方式会加大司机的劳动强度,而且易出现错报。所以针对目前常见公交报站系统所存在的基本缺陷,鉴于传统公交车应用系统的不足之处结合公交车辆的使用特点及实际营运环境,设计了一种由单片机控制的低成本的公交车应用的智能化语音报站系统。
2 研究目的及意义
随着社会的迅猛发展和城市化的不断加快,人们对于出行的需求将会越来越大。我国是一个人口数量大、人口流动性强的国家。由于大量的人口向城市聚集,使得城市的规模越来越大。很多人居住地与工作的地方有一定的距离,公交车就变成了人们出行的首选。特别是这些年以来政府提倡绿色出行,公交车作为一种最大众的出行交通工具就更加地受到了人们的青睐。
但目前公交车仅仅具有报站名的功能,并且音量大小需要人工调节。众所周知,公交车内环境是不断变化的,可能在某一时段或者某一路段很安静,而在另一个时段或者路段比较嘈杂,而这种环境的变化往往是不可预知的。如果司机在安静的时候设置合适的音量,那么在嘈杂时段就会因为声音太小,致使乘客根本听不清报站声音;如果在嘈杂时段设置合适的音量,那么在安静时段就会因为声音较大,带来噪声污染,使乘客感到不适。
本设计所研究的“自适应智能语音报站系统”就是基于这种需求研发的一种装置。它能根据车内环境自适应的调整音量大小,以满足各种环境的需要。
3 设计思想
控制设备应实现高度自动化,才能减少不必要的操作负担,所以本设计不在车载系统内安装任何操作类按钮,车辆启动后系统自动上电开始工作。同时还应保证系统软硬件的通用性,本设计的硬软件系统是通用的,它的特殊性体现在一张SD卡的内容上,更换线路时只需要更换SD卡即可。本设计不采用GPRS作为传输介质,因为这样增加设备成本和运行成本。
项目采用麦克对现场语音进行实时采集,对麦克产生的电信号进行处理,得到短时平均能量估计值,将处理结果用来表示声音的能量大小,并将数值大小分别通过显示屏进行实时显示,同时还可通过串口将采集数据实时上传电脑以便智能化对数据进行分析,实现自学习功能。在对语音进行抽样计算分析之后,即可确定语音能量所属范围以及所对应的播报声音大小,之后便可通过语音模块对预先存储的报站语音进行播放。这样就实现了自适应智能化语音报站。
4 系统的基本结构
本系统主要由控制模块和语音模块两部分组成。控制模块包括STC89C52和PCF8591芯片。语音模块采用WM8978芯片。本系统在公交车到站的前1-2s时,通过MIC采集当前车内环境噪声,将噪声信号经过放大、滤波,A/D转换变为数字信号,存入STC89C52中计算其平均能量。将噪声能量与设定好的阈值进行比较,然后根据比较结果改变参数调节报站声音大小,通过扬声器播放报站信息。如图1。
5 硬件系统
5.1 噪声采集装置
当MIC采集到模拟语音信号,将其转换成微弱的电信号,再经音频前置放大器和带通滤波器滤波后,由模数转换器A/D转换成数字信号存储在存储器中,以备计算。
5.2 A/D转换
A/D转换部分采用PCF8591芯片,它是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit的CMOS数据获取器件。它具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I2C总线接口。PCF8591的3个地址引脚A0,A1和A2可用于硬件地址编程,允许在同个I2C总线上接入8个PCF8591器件,而无需额外的硬件。在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向I2C总线以串行的方式进行传输。
5.3 STC89C52芯片
STC89C52是一种低功耗、高性能的CMOS8位可编程Flash存储器。它具有传统51单片机的加强版,具有传统51单片机所不具备的功能。它拥有8位CPU和可编程Flash,可以为很多嵌入式控制应用系统提供灵活有效的解决方案使。
5.4 语音模块
本设计采用的播放模块是欧盛推出的一款全功能音频处理器WM8978。它带有一个HI-FI级数字信号处理内核,支持增强3D硬件环绕音效,以及5频段的硬件均衡器,可以有效改善音质;并有一个可编程的陷波滤波器,用于去除屏幕开、切换等噪音,功能强大,性能良好。WM8978的控制通过I2S接口(即数字音频接口)同MCU进行音频数据传输,通过两线(MODE=0,即IIC接口)或三线(MODE=1)接口进行配置。
6 软件实现
本设计选用KEIL公司研发的u Vision集成开发环境作为主机程序设计的编译器。系统软件部分采用C语言编写,C语言是一种结构化语言,它层次清晰,便于模块化的方式组织程序,易于调试和维护,语言简洁、紧凑、使用方便灵活。其次,它丰富的运算和数据类型,便于实现各类复杂的数据解耦。并且其效率高,可移植性强,因此,是软件开发的首选编程语言。
系统供电后,程序进行初始,储单元内容擦除、片内各个模块完成设置、端口设定为等初始化工作。之后运行主程序。采集到一段时间的噪声电平后估算出平均值,即噪声平均能量值。根据平均能量值的大小选择合适的播放参数进行播放。同时打开3s定时中断,让当前的控制状态保持3s。如果3s内有更大的噪声出现,马上切换到新的状态再保持3s;如果没有更大噪声出现,则一直保持到报站结束。如图2所示。
6.1 语音信号短时能量估计
分析处理语音信号是设计的前提,在处理信号之前为防止混叠干扰先进行预滤波,短时能量分析是将语音流分为一段一段来分析,每一段称为一帧。因为语音信号具有时变特性,是一个非平稳的过程。但当我们将一帧取值非常小时,在短时内语音的基本特性将保持平稳。即我们所说的语音信号的短时平稳性。应用语音信号的这一特点,我们可以对语音信号进行短时能量分析。
其中En表示短时能量,应用该公式可以反映出语音的短时平均能量能量随时间缓慢变化的规律。
6.2 噪声的滤除
播放的语音信号对于外界我们想要采集的声音来说就是相对噪声,而这种相对噪声会对我们的播报语音音量产生反馈干扰,这是我们不希望的,所以我们要将播报的语音从采集的语音信息中滤除,这就需要我们设计一款滤波器。由于声音的随机性使得完全滤除变得不可能,但是由于想要滤除的语音信号是我们存储在SD卡的报站语音,所以提前可知,这使得滤波器的设计变得简单化。我们只需要设计一种函数,可将一段时间内采集信号中的已知语音信号滤除即可,便可得到我们想要的外界实时环境噪声情况。
7 结束语
本课题研究的公交车语音报站系统结构简单,功能完备,通过公交车到站前一段时间检测车内噪声大小调节播站音量大小。并且还可以拓展其他功能,例如,当有老人乘车时会自动提示乘客给老人让座,大大减小公交车司机的工作量,这种报站系统不单单运用在公交车上,还可以用在地铁上,火车上,电梯中以及具有语音播报功能的电子设备中。因此,本系统具有可发展性和广阔的市场前景。
参考文献
[1]赵林惠.单片机应用技术[M].北京:科学出版社,2008.
[2]周国雄,许明情.城市公交车自动报站系统设计及其应用[J].装备制造技术,2007(04):109-111.
自循环系统 第8篇
关键词：自适应技术,电力系统,继电保护,工作原理
电力系统是我国经济发展的命脉, 在保证电力系统正常运行的基础上, 实现其高效率运行是加快我国经济发展的重要方式之一。在电力系统的运行中, 会出现各种各样的故障, 而继电保护系统在一定程度上保证了电力系统的正常运行。但因工作量较大, 继电保护系统不适合人力操作。而自适应技术具有新型的智能结构, 能适应电力系统继电保护复杂的运行环境。以下就自适应系统的关键技术进行探讨和分析。
1 自适应技术的工作原理
自适应继电保护在20世纪90年代就已成为电力系统各方面工作人员研究的大方向之一。自适应技术在工作条件改变时具有自动适应和目标优化等功能, 而电力系统的继电保护缺少自主化调节功能。因此, 自适应技术与继电保护的结合是顺理成章的。具体而言, 电力系统需要一个可以随时随地进行故障排除的机械化技术, 从而保证电力系统的正常运行。自适应系统的关键技术包括排查故障、自主修复故障、借助系统的量化技术和人工智能技术修复故障。
自适应电力系统是通过机械化自主排查和应急反映来保证继电保护正常运行的, 而变电站是实现自适应电力系统的基础设施。只有使自主电力系统掌握继电保护每一个环节的具体信息, 才能使自适应系统快速地找出、修复电力系统继电保护中存在的电流方面的故障。
2 自适应技术的实际应用
自适应技术在电力系统的各个环节中都有所体现, 本文从以下4个方面论述。
2.1 自适应电流速断保护
电力系统继电保护主要通过有选择性地切断故障电源, 来保证其他不存在故障的电源正常运行, 这是电力系统继电保护中非常重要的一点。此外, 需要迅速地对电力系统进行维护, 维护速度也是评判一个自适应系统能否保证机电系统平稳运行的重要环节。自适应技术发现故障的速度越快, 则继电保护的可靠性就越高。目前, 电力系统以网络技术为核心, 需要自适应电流速断在两次隔离的状态下切断故障电源线, 从而保证整个电网的稳定运行。经济的高速发展带动了技术的进步, 越来越复杂的电力系统已经给自适应系统的运行带来了一定的阻碍。如果电力系统的电流超过了高压输电线中的电流, 则会自动开启速断保护, 这是自适应技术的关键所在。因此, 自适应电流速断保护是相关研究人员今后主要的研究方向。
2.2 自适应过电流保护
当电流超过预定的最大值后, 自适应系统会自主地进行电流保护, 主要包括电流的过载保护。电力系统的继电保护是有一定限度的, 超过这个限度就会开启自适应系统进行短路保护。这种保护针对的是大电流的瞬时动作。此外, 还有一种保护是为了应对因元件过热而导致的电力系统失灵, 即对过载元件的保护, 称为过载保护。对于其他因电流而引发的故障, 自适应技术也能够灵活应对, 这是自适应技术的独特优势。如果电源发生故障, 则仍能启动一级防护系统进行电流速断保护并切断电源, 从而确保电力系统继电保护的运行质量。
2.3 自适应纵联保护
所谓“纵联保护”, 是指电力系统继电保护中最重要的保护方式之一。该保护在日常电力系统的保护工作中非常常见, 主要依靠电力系统中的纵连装置对过载或因速率而引发的故障进行切断或维护。自适应纵联保护的载体是自适应过载保护器和电流速断保护器。一般而言, 电力系统中的设备均由纵连装置连接在一起, 包括对隔离故障线路的工作都是由纵联保护系统处理的。一旦电力系统内部发生电流故障, 则纵连装置会紧急打开纵联保护系统, 保证电力系统继电保护的正常运行。
2.4 自适应自动重合闸
自适应自动重合闸主要用来解决电力系统运行中的跳闸问题。由于电力系统的运行需要保持较高的整体稳定性, 因此, 继电保护的跳闸是相关设计人员应重视的一个方面。恢复电力系统的运行依靠的是高压输电线的电流方向保护, 虽然该保护还存在一定的问题, 但其已成为了今后研究工作的方向之一。
3 结束语
目前, 自适应继电保护技术还存在许多问题, 这是研究人员不应该忽视的一点。同时, 自适应技术的优越性在电力系统的继电保护方面显露无遗。本文分析了自适应系统的关键技术在电力系统继电保护工作中的应用, 验证了自适应系统对电力系统继电保护的重要性。作为我国建设的重要环节之一, 能源的利用与自适应系统是分不开的, 这也是今后相关研究工作的方向之一。
参考文献
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混合交通自适应控制系统 第9篇
关键词：平面交叉口,混合交通,实时信息采集,自适应控制
1 绪论
1.1 课题背景
混合交通是一种客观存在的现象。在我国, 混合交通所指的是自行车、行人、机动车组成的交通混合体。目前在路段上划分有机动车道、非机动车道和人行道, 通过“各行其道”的管理方法基本能维护路段上交通运行秩序, 但交叉路口上的交通混行仍然是一个亟待解决的问题。在国内常常能看到在有信号控制的交叉路口上非机动车和行人闯红灯、与机动车抢道等现象, 这种大面积实际存在的混合交通大大减小了交叉路口机动车道 (或非机动车道和人行道) 的有效行驶宽度, 减少了机动车在交叉路口的有效通行时间, 使得交通信号系统的配时与实时路口交通状况不适应, 严重地影响了道路交通秩序, 降低了道路通行能力, 增加了道路交通管理难度, 给我国交通规划、设计、管理、控制及组织提出了更为严峻的挑战。为尽可能保障出行者具有“公平通行权”, 需要建立完善的法律制度和运用适当的交通管理技术手段。
1.2 国外研究现状
19世纪中期, 国外的交通信号控制技术开始发展。1868年, 英国在伦敦Westminster地区安装了世界上第一台交通信号灯, 揭开了城市交通信号灯控制的序幕, 人类的交通从此结束了无序的历史。1918年, 美国在盐湖城建成了第一个使主干线上各个信号灯基于“绿波思想”同步运作的互联信号系统。1926年, 英国在沃尔佛·汉普顿第一次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号, 标志着城市交通自动控制的开始。随着科技的不断发展, 新一代城市交通系统控制技术也在向着更为高效率、智能化、人性化的方向发展。如英国交通与道路研究所 (TRRL) 提出的TRANSYT系统、澳大利亚的SCAT系统、英国的SCOOT系统、日本的STREAM系统、德国的MOTION系统等是其中先进的代表。
国内研究和应用城市交通控制系统的工作起步较晚。20世纪80年代以来, 国家一方面进行以改善城市市中心交通为核心的UTSM (urban traffic system manage) 技术研究;另一方面采取引进与开发相结合的方针, 建立了一些城市道路交通控制系统。HT-UTCS系统是我国自行研制开发的第一个实时自适应城市交通控制系统, 是“七五”和“八五”国家重点攻关项目成果, 获得国家科技进步三等奖。在投入使用的10年内, 系统应用软件、设备做了五次重大改进。现该系统的软件和设备均已定型, 并推广使用。
交通控制技术是改善城市道路交通问题的重要手段, 广泛地用于控制行人、非机动车和机动车交通流。但现在国内关于交通控制理论与技术的大部分研究与应用, 尚局限在根据机动车运行特征设置信号配时要素 (周期、绿信比、相位差) 方面, 且信号控制周期的时间太单一。而关于非机动车和行人交通流控制问题的研究较少涉及, 常简单地笼统地将其归入机动车交通流的管理之中, 从而客观上造成了交叉口处不同类别的交通流在同一时间互相穿行, 彼此干扰严重的现象, 既影响了交通运行效率, 又不利于交通安全。
1.3 研究目的及意义
混合交通控制技术的研究在中国具有很重要的意义。机动车的行为一般可分为自由行驶、跟驰、加/减速、超车等少数几种方式, 且大多数车辆保持在固定的车道内行驶。因此, 许多车辆运动模型被提出并成为微观交通仿真的理论基础。然而, 非机动车和行人因自身体积小, 运行速度低, 行动灵活, 因此行走路线、加速减速和超越等行为特性变化率大, 给建模研究造成困难。目前, 与计算机技术、通信技术和视频监控等现代技术相结合的智能交通数字系统发展迅速, 以图像理解为基础的图像视频交通控制系统进入实际应用领域, 为解决混合交通智能控制管理提供了一个新的思路。
1.4 课题研究的内容
本课题简单说来就是利用视频图像技术, 通过“按需”布设和采集交通流数据, 可以做到几乎不受地理位置, 检测范围和检测参数的限制来实时采集和更新交通流量来对交通信号控制系统进行实时自适应优化控制。具体地说, 可以分3步:①混合交通流特性分析及模型建立;②实时配时。通过检测路口各个方向的实时车流量, 车速以及路口的机动车、非机动车和行人的排队长度, 并结合已经嵌入的混合交通流模型, 利用嵌入式微处理器的运算实时制定科学合理的配时方案, 从而实现对混合交通的自适应控制。这样避免一面绿灯空放, 另一面长长的车龙在等红灯的尴尬局面, 极大程度地提高绿灯时间的利用率, 减少交通拥堵;③控制红灯延时闪烁。我们通过进行红灯延时闪烁, 按照实时对机动车和非机动、行人数据采集检测情况, 来控制红灯延时闪烁的时间, 给予路间行人和非机动车在红灯亮后有安全通过的时间缓冲, 这样可以避免红灯方向滞留在马路中间的非机动车、行人与绿灯直行方向上的车辆发生冲突, 造成交通滞留和不安全的隐患。
2 混合交通流特性分析及模型建立
2.1 车辆到达交叉口处车流运行的特征模型
车辆到达在某种程度上具有随机性, 通常用来描述这种随机性的统计分布规律有两种:
一种是以概率论中描述可数事件的离散分布为工具, 考察在一段固定长度的事件或距离内到达路口的交通体数量的流动性。另一种是以概率论中描述事件之间时间间隔的连续分布为工具, 研究事件发生的间隔时间或距离统计分布特性。
车辆在一定时间间隔内到达的车辆数是随机的, 可用负二项分布来描述这类随机变量的统计规律。负二项分布的适用条件是到达量波动的车流, 如从很近的上流信号交叉口驶来的车流, 若计数间隔较短, 则所得车辆到达数具有较大的方差, 从而服从负二项分布。
基本公式为:
undefined (1)
undefined=1, 2, 3… (2)
Pk为在计时数间隔t内到达k辆车的概率λ, β为分布的参数, 取正;
λ为车辆平均到达率 (辆/秒) ;
t为每个计时数间隔持续的时间 (秒) ;
分布的均值M和方差D分别为:
undefined
式中, undefined
2.2 信号交叉口行人的到达规律
对一定时间间隔到达交叉口的行人量有很大的随机性、离散性, 假设服从负二项分布
P (X) =Cundefined·Pβ· (1-P) x (3)
P (x) :一定时间间隔内到达x个人的概率;
X:到达的行人数;
undefined
β为模型参数
undefined
m:样本均值;S:样本方差。
2.3 信号交叉口自行车特性分布
自行车到达分布:对一定时间间隔到达交叉口自行车车流有很大的随机性、离散性, 假设服从负二项分布:
P (x) =Cundefined·Pβ· (1-P) X (4)
P (x) :一定时间间隔内到达x辆自行车的概率;
x:到达的自行车数;
p、β:模型参数;
undefined
m:样本均值;
S:样本方差。
2.4 自行车排队特性
自行车排队密度是随进口道宽度增加而线性减少:
βb=0.886-0.069w
βb:进口自行车的停车宽度;
ω:进口道路宽度;
自行车启动时间—距离模型;
分析自行车启动以后行驶距离和时间的关系, 可以把时距模型表示为分段函数形式:
undefined
(5)
L (t) :启动后行驶的距离;
t:自行车启动时间;
自行车膨胀特性;
由于膨胀现象, 容易出现绿灯初先行驶车停车线的自行车流挤占机动车道的现象, 对机动车流产生较大的横向影响:
undefined
kp:膨胀系数;
undefined:自行车启动膨胀后单车占用道路的横向宽度;
do:自行车在静态停车时单车占道横向宽度, 一般取0.8m。
2.5 信号交叉口行人释放的速度
通过测量行人通过交叉口内一定距离的时间, 计算出信号交叉口行人的释放速度。
undefined
undefined:交叉口行人过街的平均速度, 由经验得undefined一般取1.14m/s;
undefined
P:行人过街平均速度;
b:人行横道的长度;
Pundefined:交叉口机动车车辆车头时距临界空挡时间的概率;
B:人行横道的宽度;
undefineda:机动车交叉口行驶的平均速度, 取15km/h;
undefinedha:交叉口人行横道处机动车的平均车头时距;
qundefined:交叉口一个信号周期内人行横道上机动车通过的车辆数;
ql 、qr:人行横道处左转 (右转) 机动车流量;
C:交叉口一个信号周期。
3 混合交通流交通信息采集
3.1 实时信息视频采集技术
视频采集技术:图像视频交通控制系统是以计算机为中心, 数字视频图像处理技术为基础, 利用图像数据压缩的国际标准, 综合利用图像传感器、计算机网络和人工智能等技术的一种新型的监测控制系统。它的基本原理是首先通过视频监控系统, 对道路交通进行图像采集, 将输入的模拟图像进行数字化处理, 变换成计算机可以处理的数字图像信号, 接着进行分析得到车流量、平均车速、占有率等数据信息。
3.2 行人视频采集
行人检测大致可分为立体视觉、轮廓检测、模型匹配、人体模型、步态识别。检测运动行人的技术以运动行人为检测对象, 利用单目摄像机摄取检测场景的现场图像, 从视频图像中检测, 识别分析其行为并实现跟踪。
需要提取行人的参数包括:轮廓大小, 运动轨迹, 运动速度, 运动方向, 以便理解其行为, 快速可靠的完成行人跟踪。
3.3 机动车和非机动车视频采集
交通流中机动车和非机动车图像的采集主要是通过视频监控系统完成的。其硬件设备主要由摄像机控制平台、视频图像采集硬件设备和计算机处理平台组成。摄像机控制平台可控制摄像机的移动, 以监控道路情况。视频图像采集硬件设备可以分为两部分:第一部分是视频摄像机, 第二部分是图像采集卡。系统通过一台摄像机摄取道路场景中车辆运动的视频图像并进行参数标定, 然后使用图像采集卡把数字视频图像信号读取到计算机内存。
3.4 采集数据的修正处理
在图像采集过程中, 由于外部和内部的干扰, 噪声的产生不可避免, 从而使图像的质量下降, 图像中车辆的特征信息模糊, 给接下来的分析带来困难:由于光照亮度、摄像机曝光不足等原因, 图像可能会出现对比度不足的现象, 也会影响到各种参数的准确检测。所以, 在进行图像分析之前, 进行相应的平滑滤波去噪, 强对比度对图像进行处理, 然后利用先验知识检测运动行人, 重点在于运动行人的特征提取, 获得相关的运动信息, 实现目标的匹配和识别, 最后根据视频图像相关帧的信息, 获得行人的运动轨迹、运动状态, 完成运动轨迹预测和行人连续跟踪。
行人检测:运动行人图像→序列→帧差发处理→运动行人分割→运动行人初步判断→行人定位状态判断→检测结果输出。
行人跟踪:行人检测结果→目标特征提取→建立匹配模板→行人位置预测→模板匹配→行人跟踪结果。
对采集的图像进行预处理后, 需要进行的是图像分析, 是以视频图像为分析对象, 通过对设定区域的图像进行分析, 可以得到交通信息, 主要包括机动车和非机动车流量、平均车速、占有率、行人数量, 排队长度等数据。
4 混合交通自适应控制系统
4.1 系统整体设计
本设计是一款基于嵌入式微处理器的自适应交通信号机。该嵌入式系统又称实时操作系统, 是以应用为中心, 以交通信息技术为基础, 软件、硬件可裁剪, 向控制中心实时提供多种道路信息和数据采集参数信息, 接收控制中心的控制命令, 并能够独立执行一些复杂的算法, 可以根据交通流量实时变化来调整路口信号灯时间。该系统对功能、性能、可靠性、成本、功耗、体积等有严格的要求, 既要满足混合交通系统对信号机智能化、多功能的要求, 又要最大化信号机的性价比, 以达到使信号机在交通系统中成为收集与处理交通流量数据、通信联网以及区域协调的设计目标。本文设计的信号机控制板具有控制参数输入、控制状态输出、控制参数保存、灯态输出控制、交通流信息实时检测与历史数据存储、多种灯态控制方案与算法模型存储、支持以太网及与手持终端设备通信等基本功能。
混合交通自适应控制系统组成可分为:系统支撑硬件、嵌入式处理器、嵌入式操作系统、应用软件系统四大部分。
该控制系统是集软、硬件为一体可独立工作的“单元”, 以软件运行的方式对数字信号进行灵活处理, 具有稳定、自制、高实时性等特征。
系统整体框架如图1所示:
嵌入式Linux系统软件平台:混合交通自适应控制信号机运用嵌入式Linux系统, 该系统起源于芬兰一个名为Linus Toivalds的业余爱好者。嵌入式Linux系统是目前最流行的开放源代码的操作系统, 可以同时运行多个任务, 如信号灯控制、通信、多元参数检测等, 对多任务进行合理的调度;另外, 信号机接收和处理的信息、数据庞大, 尤其是需要大量保存历史数据供信号灯控制模型计算和中心查询使用, 单靠表或数组来管理是复杂而效率低下的, 因此文件管理也是必不可少的一项功能。嵌入式Linux系统采用微内核体系结构, 这使得核心小巧而可靠, 易于ROM固化, 并可模块化扩展;支持多种文件系统, 如EXT2、VFAT、NTFS等;内核直接提供完善的网络支持。这就大大节省了产品开发时间, 剩下的主要移植工作就是根据信号机的硬件功能编写或者修改自适应混合交通优化配时的驱动程序, 并在编码内核时选择需要的功能。
4.2 工作流程
(1) 实时信息采集。
检测器:视频检测器。
检测对象:行人、非机动车、机动车。
检测地点:平面交叉口每个路口行车道非机动车道与人行道。
(2) 数据处理:
交叉路口现状图像信息输入, 图形信息处理, 数据提取、转换成交通控制参数。
(3) 混合流交通信息预测:
利用系统预测模块, 综合运用交通动力学及模糊逻辑算法对以下内容进行预测:车速预测, 车流量预测, 网络密度预测, 路口行人密度预测, 路口行人移动速度预测, 路口非机动车密度预测, 非机动车移动速度预测, 非机动车、行人移动方向预测, 混合交通路口通行能力预测。
(4) 模型匹配:
将检测参数与预测参数和模型库中的模型 (数据预处理模型, 融合算法模型, 数据预测模型, 数据挖掘模型, 模型匹配模型) 进行匹配, 得到相位配时所需要的参数。
(5) 计算相位方案:
通过模型匹配所获得的参数 (计算饱和流量, 计算必要显示率, 计算交叉口饱和度, 计算各相位全部红灯时间, 计算各相位全部绿灯时间, 计算各相位全部黄灯时间, 计算周期长, 计算绿信比) 进一步计算得到各相位的配时方案。
(6) 交通信息参数调整:
根据检测参数带入优化模型进行实时调整优化, 初步确定信号方案。
(7) 配时方案生成:
通过配时方案的评价, 对信号方案进一步修正, 确定精确的配时方案。
(8) 执行配时方案:
信号机显示最终配时方案。
4.3 混合交通平面交叉口交通信号配时
我们将非机动车交通流 (自行车、行人) 作为信号配时的计算因子之一, 考虑保障混合交通流通行权条件下的交叉口信号配时方法。由于自行车、行人高峰时间相对集中且短暂, 因此在高峰时段应在交叉口配时的关键因素中考虑非机动车流的特性。
设计中作为配时方案的改进, 我们利用红灯延时自适应性闪烁, 通过马路中摄像机对马路上非机动流的信息采集, 来控制红灯闪烁的时间, 来清空前一相位中交叉口内残余的非机动车流的时间, 此方法从理论上保证非机动车群体的安全, 同时也可以减少交叉口机非混合的拥堵。
4.4 红灯自适应延时
现在国内大部分城市的平面交叉口较常见的一现象是, 随同同向机动车绿灯信号过街的行人, 在信号末期过街时, 往往刚跨出人行道, 机动车绿灯信号便切换成绿灯信号, 且在行人过街途中转换成红灯信号, 此时相交道路的车辆启动, 行人被阻于毫无安全保障的过街横道上, 等候穿越机动车流空当, 或者乘机动车启动之机, 挡住启动车辆强行穿越。显然, 这样既容易发生交通事故, 又严重地影响了交叉口的交通秩序, 降低了交叉口的通行能力 (见图2) 。
相位变换时混合交通流交叉状态:相位变换时大多数二相位控制信号可能存在的冲突情况 (假定南北向处于绿灯末期) 绿灯末期进入交叉口的车辆与相交道路绿灯初出发的车辆和行人可能产生冲突, 车辆与车辆的冲突点为C点, 车辆与行人的冲突点为D点, 绿灯末期走出人行道缘石的行人与相交道路绿初出发的车辆可能产生冲突, 冲突点为E点。C、D、E各点也就是最不利的冲突点。
针对此类冲突点, 可以采用红灯自适应延时的方法来解决问题。
基本原理:利用视频技术实时监测道路中间人行马路上行人、非机动车的行驶状况, 并采集信号。当马路上没有行人或非机动车时视频就采集不到信号, 红灯就不延时闪烁, 当马路上有行人、非机动车时就有信号被采集, 来控制红灯延时闪烁的时间。利用此信号控制红灯延时闪烁的时间, 来清空前一相位中交叉口内残余的非机动车流量的时间, 对保证行人、非机动车的安全很重要。
5 混合交通自适应控制系统的试验
5.1 试验方案设计
首先利用PARAMICS软件建立一个如图3所示单交叉口, 其车道数、红绿灯数、视频检测器位置等参数在PARAMICS中选择。选用图2中c) 所示的六相位控制。由于PARAMICS软件中没有设置自行车道, 在这里我们利用靠近路边的那个直行车道作为自行车道, 让这个直行车道与右转车道共用一个相位信号。在编制仿真程序时, 车流量可以从PARAMICS中选择。车辆延误可由PARAMICS给出, 需用到机动车、行人、非机动车三个模型形成的模块, fis文件和模型匹配模块。PARAMICS的应用程序接口需用C++/C语言, 所以我们先编制了C语言与MATLAB的接口程序。通过这个接口来调用这四个文件。将自适应控制与定时控制在不同交通流量条件下分别进行仿真, 并对结果进行数据统计分析。
5.2 试验结果及数据分析
(1) 交通流量低时, 取交通流量为360辆/小时, 仿真结果见图3、图4。
(2) 交通流量中等时, 取交通流量为900辆/小时, 仿真结果见图5、图6。
(3) 交通流量高时, 取交通流量为1400辆/小时, 仿真结果见图7、图8。
(4) 机动车辆平均延误统计见图9。
从以上两种结果图和统计图中可以看出, 当交通量中等时, 自适应控制明显优于定时控制方法, 车辆平均延误减少约15%;当交通流较大时, 由于交叉口的容量限制, 自适应控制效果略有降低。当交通流量高时, 此时交通比较拥挤, 定时控制每个车道都出现了排队, 自适应控制只有部分车道暂时出现排队, 经过信号灯调整后排队可消失。
由此可见, 本文所提出的自适应控制方法能够根据交通量来自适应的调整交通信号, 尽量减少拥堵和车辆排队长度, 使交通控制达到了很好的控制效果。而定时控制不能做到。再一次证明了本系统的优越性。
然而由于仿真软件所限, 仿真试验没有过多的涉及行人交通。
6 结论
交通是城市经济活动的命脉, 对城市经济发展、人民生活水平的提高起着十分重要的作用。加强对城市道路网的智能管理与优化控制是解决城市交通问题的一个重要途径。交通拥挤首先反映在交叉口, 如何赋予交叉口控制方式一些新的策略, 使之能对于大量行人, 机动车和非机动车混行的交叉口进行有效的控制, 最大限度地减少延误、提高其通行能力及交通安全, 对解决我国目前城市交通问题有着非常现实的意义。
由于城市交通系统是一种非线性的、时变的、滞后的大系统, 采用传统的控制方法很难得到满意的效果, 所以本文采用根据交通流变化实时控制的自适应交叉口信号控制系统, 经试验证明具有很好效果, 具有很高的实用价值。
总的说来, 这个系统取得以下效果:
(1) 利用视频采集技术能够更加准确的采集交通流实时信息来反映交通状况, 为合理的交通控制提供准确的参数参考。
(2) 通过自适应技术, 能够根据变化的交通流合理的配置出控制时间, 提高交叉路口的通行效率。
(3) 采用红灯延时更好的保障行人和非机动车的过街安全性。
(4) 考虑到了行人和非机动车的交通流特性, 使交通控制趋于人性化。
然而, 本系统还存在以下缺陷:
(1) 模型建立简单, 具有局限性, 行人和非机动车流的特征具有非线性和不确定性, 很难准确地表达, 因此模型还有待提高。
(2) 由于实验条件有限, 我们的设计还只能停留在设想和理论的层面, 没有进行模拟实验来对实时自适应控制系统模型进行相关的验证, 并且实际情况复杂, 仍有很多地方需要改进。
湿帘风机自降温系统设计 第10篇
在我国, 夏季绝大多数地区温度偏高。对于各种高温、闷热、空气污浊、粉尘较大的工作车间, 可以通过水帘墙通风降温改善其环境, 使室温迅速降到30度以下, 从而营造舒适环境, 提高生产和工作效率。但是这种降温方式仍然存在调节的局限性, 例如, 对于不同的温度要求不能准确的进行调控, 必须人为进行监控与调节。我们以此为出发点, 大胆的进行改进与创新, 考虑加入一些自动检测与控制装置, 完善该系统的功能, 使其更加智能化与人性化。
2 项目设计方案
2.1 工作原理
降温主体采用新一代高分子材料与空间交联技术而成的湿帘, 这种化学材料蒸发比表面大, 借助负压风机促进空气流通, 使空气在流经湿帘时通过加速水的蒸发而带走热量达到降温的效果。此外, 主体内部装有温度传感器, 可进行温度实时监测, 并通过单片机对温度传感器数据的分析处理来控制电磁阀和负压风机的运行与中断, 实现智能降温控温。通过温度传感器还能针对不同的温度区间进行设置, 命令电磁阀的工作区间, 实现智能的温度调控, 达到所需要的温度。这种系统相比于原有的单一湿帘降温系统, 能够循环利用水资源, 智能化降温。同时功耗所用的电由太阳能电池板获得, 进一步实现了节能降温。
2.2 系统结构设计
2.2.1 降温部分
采用湿帘, 一种特殊的化学材质, 当有水从内部流过, 其自身独特的角度设计可以增大蒸发面积, 利于水分蒸发, 未蒸发完的水则通过管道循环到蓄水池。利用负压风机, 使室内外产生负压差, 有利于空气流动, 加速水分蒸发, 带走热量。湿帘与风机在空间内安装位置相对, 可保证降温速率达到最大。
2.2.2 自动控制部分
1) 通过单片机控制电磁继电器的开启, 从而控制电磁阀和负压风机的开启, 最终控制水流的通过。
2) 利用DS18B20温度传感器实时检测空间温度, 并显示于液晶屏幕上。当温度超过设定温度时, 电磁继电器吸合, 电磁阀开启, 负压风机开启, 水通过水管流过湿帘, 蒸发降温;当温度降到设定温度时, 利用温度传感器检测到的温度信号, 完成降温并保持, 使整个系统工作处于动态平衡。
3) 进行温度的分级调节控制, 程序预先设定分级温度参数值, 根据实际温度智能降温。
2.2.3 自动循环供水部分
蓄水池中的水经湿帘上部水管流经湿帘, 未蒸发的水经下方水槽流入废水净化箱, 并经由抽水泵将水抽至蓄水箱, 从而实现水的循环利用。
3 项目特色
3.1 结构特色实用性强
系统以单片机为控制核心, 以湿帘和风机为主要降温设备, 整体结构简单, 设备价格低廉, 易维护。利用水分蒸发来吸热, 与传统用空调降温的方式相比, 它的安装成本是空调的五分之一。对于养殖场、温室和大型封闭厂房应用湿帘降温会更方便, 也更节能。可根据具体应用的地点做相应的设计, 调节风速, 十分灵活。
3.2 系统的可控性更好
使用单片机控制降温, 针对不同的需要可以设定对应的预设温度, 当传感器测出室温高于设定值时, 整个降温系统将开始工作, 使室内温度迅速达到预设值, 然后停止。这种控制设施使温度能稳定在适合的范围内。应用单片机还可以显示不同时刻的室内温度、室外温度。单片机控制精度高, 程序可修改, 有很大的适用范围。
3.3 通风透气
在养殖场和其他容易产生热气、废气和异味的地方, 使用水帘和风机配合让室内空气流动性大大增强, 在实现降温的同时也能实现通风换气, 使室内空气保持新鲜;水帘和风机配合使用, 使水不断蒸发, 会产生大量的负氧离子, 能调节情绪、缓解疲劳。这是一般空调难以实现的, 另外湿帘系统会使室内的湿度增大, 对北方干燥的环境有更好的改善作用。
3.4 高效节能清洁可循环
湿帘降温系统依靠水分蒸发带走热量, 水是一种清洁可反复利用的物质, 而空调中的氟利昂是会导致臭氧空洞的, 且需要不断添加。系统运行需要消耗的电能只是空调消耗的十分之一, 但降温效果并不亚于空调, 而且它更适合人员密度大的地方。应用于厂房厨房等地时, 空调需要的完全密封的环境很难实现, 而水帘和风机却可实现对这些地方的较快降温, 并让温度稳定一定的值。
3.5 安装特点
风机和水帘的选择需要根据实际需要设计, 水帘根据需要嵌在墙体内或装在室内, 风机的位置在水帘对角上。系统简单, 适应性强, 可灵活应用于各种场合, 且不占用很大空间。
4 创新点及展望
(1) 向市场方向完善实物, 使这套降温装置系统化, 将设计方案进行推广, 提高针对工厂的实用性和可行性, 使这种自降温系统早日批量化生产, 适用于大型生产车间。
(2) 优化降温自动控制算法, 使降温更加智能化。
(3) 完善供水循环系统的设计, 提高水的利用率。
摘要：炎热夏季, 在工厂等大型车间中, 由于机器运转和空气不流通等因素会使空间处于较高温度, 影响生产效率, 提供合适温度是确保生产正常进行的必要条件。为此, 我们设计了该套湿帘风机自降温系统。此系统优化了湿帘的使用, 使其降温过程更加人性化、智能化、充分体现了节能减排的理念。
关键词：湿帘,风机,降温
参考文献
[1]赵淑梅, 山口智治, 周清, 李保明, 马承伟.现代温室湿帘风机温系统的研究[J].2007, 09, 01.
[2]武宁.湿帘-风机降温控制系统[J].2007, 04, 01.
[3]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京:清华大学出版社, 1996.
[4]郭天祥.51单片机C语言教程[M].电子工业出版社, 2009, 12.
自循环系统 第11篇
【关键词】无人飞行器 自适应控制 设计 实验
无人飞行器是目前较为先进的无人侦查设备之一，具有较好的机动性，体重较轻，能够高速飞行，适合未来战场上的侦查工作。目前世界上的飞行器主要以无人旋翼飞行器为主，其根据螺旋桨的个数或螺旋桨轴的个数进行分类，可以实现高难度的空中动作，如翻滚、直停、侧飞、垂直升降等，在继承直升机等机型优点的基础上，加入了一些更加先进的技术。
一、自适应飞行控制律的设计
（一）模型逆
自适应控制系统最早是被应用在航天航空领域，提出这一理念是因为当飞行设备在外部环境下进行飞行的过程中会遇到各类外界因素的影响。这些因素都会影响飞行装置的稳定性，对飞行器的飞行高度和速度造成一定的影响。目前想要获得无人旋翼飞行器的精确公式还有一定困难，通常情况下均是采用经验对相关数据进行估计，或实验中所得出的平均参数，因此这类计算方法存在一定的误差性。其误差可以用：来进行表示。其代表飞行器系统的实际动态情况和预估动态情况之间的差异，这种误差可以通过控制器逆误差来进行补偿。
（二）模型逆误差动态特性
以三轴无人飞行器为例，其控制回路的设计模型一般上是用二阶稳定模型来进行表示，其指令向量的公式为：。而飞行器在飞行过程中所收到的角加速度影响向量的公式则为：，用来表示神经网络中计算数据所需要的输出量，以此来对模型的逆差进行补偿。
由上图中可以看出，在对控制无人飞行器姿态的系统进行设计时，其模型逆控制器输出值的伪控制量一般利用：来表示，其中来表示，是模型的跟踪误差。代表无人飞行器控制器的输出，可以用来抵消模型所产生的误差。当无人飞行器控制器的输出量能够完全抵消掉误差，则上述公式即转化为无固定控制量的方程，其动态误差呈现收敛性，并且矩阵A对其起到了决定性的影响作用。如果可以有效保证、的正确性，则就会使无人飞行器整体系统趋于稳定，其所产生的误差就会缩小，并且误差趋势也会有所收敛。
（三）模型逆误差神经网络补償
神经网络是自适应系统中比较重要的组成部分，其使得自适应系统具备了自学习和自适应属性，因此，这一组成部分可以有效帮助整个系统对模型带来的误差进行补偿。以但隐层神经网络为例，以具体构成图如下：
在这一系统中，其隐含的层节点激活函数一般是以S型函数进行表达的，其具体可列为：。而输出层节点则与隐含层节点存在不同的表达方式，其主要是以线性函数进行表单，具体可以列为：
。其中代表输入层的节点数，代表隐含层的节点数，而则代表输出层的节点数，代表输入层的偏置量，而则表示隐含层的偏置量，表示隐含层的阈值，而则表示输出层的阈值。其中和均不能是负数。
为了保证系统在实际操作阶段不出现较大波动的变化，稳定操作量的输出，可以对神经网络输出值进行有效地计算，其是以增加高增益鲁棒项为标准的，具体为：，其中，。
（四）神经网络权系数自主学习的算法
神经网络的在线学习能力也是整个系统自适应的一种表现，其主要是由于非线性函数使得该系统能够无限接近自主学习特性。所有的参考模型信号有界，而神经网络的权系数计算公式则可以表示为：
二、无人旋翼飞行器控制系统实验
在控制系统设计并安装完毕后，需要对整个系统进行实际操作测试，如果条件允许的情况下可以先制作出样机进行测试；而如果条件不允许的情况下则可以利用Simulink工具对其进行仿真模拟测试。主要测试的项目包括无人旋翼飞行器的水平垂直升降的稳定性和控制器对其的操作性能，还要验证飞行器在飞行过程中悬停、侧飞、翻滚、复位等动作的稳定性和控制性的可操作性。利用计算机程序对飞行器飞行轨迹进行计算，分析其飞行姿态和动作轨迹是否能够与控制器保持一致。
无人旋翼飞行器是目前较为先进的飞行技术，其打破了传统飞行器设计理念，结合目前最为先进的科学技术，对未来飞行设备的发展有着巨大的影响。
参考文献：
【1】夏青元，徐锦法.变转速共轴旋翼载荷建模及实验验证[J].实验力学，2012.
微弱振动信号自适应采集系统设计 第12篇
关键词：数据采集,数字信号处理,自适应放大,振幅检测
0 引 言
在机械结构的振动过程中,许多微弱信号包含机械运动的丰富特征信息,如故障特征信息等,有必要提取出来加以分析。而在微弱信号提取过程中,有时信号非常微弱,极易受到外界的干扰而淹没于强噪声之中,有时被测信号振幅变化范围又很大,给信号采集带来很大困难[1]。放大电路本身的噪声性能和频率特性也将影响到信号的提取精度[2]。对振动信号的采集及处理,通常是用普通的数据采集系统去采集,然后用数字信号处理的方法来提取数据的特征信息。但是,一些由采集系统的不足对信息造成的损失,是后期的数字信号处理无法补偿的。振动信号的检测是机械系统状态监测和早期故障诊断的关键,机械系统早期故障引起的异常振动信号有时都很微弱而且持续时间短,信噪比低,容易淹没于背景噪声中。这对信号检测技术提出了很高的要求[3,4,5]。针对此情况,本文考虑设计一个微弱振动信号自适应采集系统,能够根据被测信号的振幅实时地调节放大器的增益,从而检测出微弱振动信号。
1 系统框图与结构原理
系统的总体结构如图1所示,主要包括DSP芯片TMS320F2812、数据采集预处理电路、数据存储器、JTAG仿真接口及与计算机的通信接口。其中数据采集预处理电路共有四路,每一路包括前置放大器、抗混叠滤波电路、程控放大电路和电压抬升与保护电路。
在结构设计中,设计了四路预处理通道,以提高系统的稳定性和快速性。考虑到采集对象是微弱信号,在每路程控放大器前设计了低噪声前置放大器,且每一路程控放大器的增益控制信号直接来自DSP。程控放大器之前设有抗混叠低通滤波器以滤去信号中混有的高频噪声,减小了噪声对信号的影响,在每一路中也设置一个抬压与保护电路,使输入的信号电压稳定在0～3 V之间。
2 硬件电路设计
微弱信号采集系统硬件电路由信号调理电路和数据采集处理模块两部分组成,信号调理电路主要是消除共模干扰,对微弱小信号进行放大、滤波、电压抬升、信号传输;主要由测量放大器、多重反馈型5阶巴特沃斯低通滤波器、程控放大器、电压抬升电路和保护电路构成。数据采集处理模块主要有DSP芯片TMS320F2812、数据存储和传输模块构成,完成对四路模拟输入信号的采样、过采样处理、信号振幅的计算、数字滤波和数据的传输。
2.1 前置放大器的设计
本数据采集系统的对象为微弱信号,需要用前置放大器进行放大。由于测量放大器具有输入阻抗高、输出阻抗低、抗共模干扰能力强、低温漂、低失调电压和高稳定增益等特点,在微弱信号的检测系统中广泛用作前置放大器。
本数据采集系统采用AD公司的高性能运放AD620作为测量放大器,AD620是一种只用一个外部电阻就能设置放大倍数为1～1 000的低功耗/高精度仪表放大器。AD620具有很好的直流特性和交流特性,最大输入失调电压漂移为1 μV,其共模抑制比大于93 dB。在1 kHz处输入电压噪声为9 nV/Hz。在0.1～10 Hz范围内输入电压噪声的峰-峰值为0.28 μV,输入电流噪声为0.1 pA/Hz。G=1时,它的增益带宽为120 kHz,建立时间为15 μs。因此AD620的性能满足该数据采集系统的要求。
2.2 程控放大电路设计
2.2.1 DSP芯片的性能特征
TMS320F2812芯片是美国德州仪器(Texas Instruments)公司研制的数字信号处理器,它是一个定点运算、集成度高、高性能的DSP芯片,特别适用于有大批量数据处理的测控场合[6,7]。其主要特点有:采用高性能静态CMOS技术,能在一个周期内完成32*32位的乘法累加运算,时钟频率最高可达150 MHz。片内具有128 KB的16位FLASH存储器,8 KB的16位SARAM,2个事件管理器EVA和EVB,3个32位的CPU定时器。16通道的12位模数转换器(ADC)含两路采样保持器,可实现双通道同步采样,最小转换时间为80 ns。含2个通用异步串口(SCI),2个多通道缓冲串口(McBSP),56个独立配置的通用多功能I/O(GPIO)。
2.2.2 DAC0832芯片的性能特征
DAC0832是AD公司生产的高精度、低功耗、8位数模转换器,能完成数字量输入到模拟量(电流)输出的转换。DAC0832具有数字输入锁存的功能。DAC0832的互补输出端Iout1,Iout2均为电流信号,且之和为常数。其主要参数如下:分辨率为8位,转换时间为1 μs,参考电压为-10～+10 V,供电电源为+5～+15 V,逻辑电平输入与TTL兼容。DAC0832具有两级锁存器,第一级锁存器称为输入寄存器,它的允许锁存信号为ILE,第二级锁存器称为DAC寄存器。
2.2.3 程控放大电路的组成
程控放大电路由DAC0832芯片、高精度放大器LM357和反馈电阻组成,受TMS320F2812芯片的控制信号、片选信号控制,如图2所示。DAC0832用作程控放大器,是把DAC0832的参考电压端接输入信号,数字信号输入端接TMS320F2812芯片的控制信号,互补输出端Iout1和Iout2引脚分别接放大器LM357的反向输入端和同向输入端。DAC0832的互补输出端Iout1、Iout2均为电流信号,需外接一个放大器实现电流信号到电压信号转换。T型电阻网络的电阻是10 KΩ,接一个阻值为2.55 MΩ反馈电阻Rf,就构成一个程控放大器。用该程控放大电路可以实现增益为:20,21,22,…,28-1,从而扩大了被测信号的范围。
其中:8号引脚Uref是模拟电压输入端,接前置放大器的输出端;
2.3 滤波电路设计
有源滤波器不仅体积小,而且输出阻抗和截止频率fC无关,能够前、后级之间相互独立的设计。巴特沃斯低通滤波器具有通频带比较平坦,且下降快等优点。在该系统的滤波器设计中,采用多重反馈型5阶巴特沃斯低通滤波器。
2.4 电压抬升与保护电路设计
电压抬升电路由一个OP放大器和一个1.5 V的抬压基准构成。OP放大器的同相输入端接一个稳定的1.5 V基准电压,反相输入端接信号输入端,放大器的增益设置为1,这就实现输入信号的电压反相,且抬压1.5 V。保护电路由一个3 V的稳压管和二极管组成,保证经过电路的电压在0～3 V范围内。
3 算法设计与软件流程实现
TMS320F2812芯片的A/D转换器每次可以采集16路信号,而该采集系统仅有四路输入信号,可以实现简单的过采样,提高采集数据的精度。首先对采集到的信号进行过采样处理,然后计算采集到的信号的幅值,并与设定值做比较以判断调节程控放大器与否,同时把采集到的数据除以其对应的放大增益和进行数字滤波,结果存放在数组中,数组中的数据通过异步串口SCI向上位PC机传输。
3.1 信号幅值检测的算法
在程控放大器的设计中,对被测信号振幅的检测至关重要,它是实现程控放大的关键。以往的程控放大器,多数是根据被测信号的幅值来调节程控放大器的放大倍数,此方法比较合适于直流信号的检测。交流信号的幅值是变化的,若根据被测信号的幅值调节程控放大器的增益,需要时刻改变程控放大器的增益,这将浪费CPU的很多资源,影响了A/D转换的速度,限制了被测信号的范围,因器件程序的计算和器件的延时也会给测量结果带来很大的误差,不适合做高频信号的采集,而且很难满足实时性要求。一般信号的振幅是基本不变或者变化很慢,若根据信号的振幅调节程控放大器的增益,就不需要时刻调节放大器的增益,从而节约CPU的资源,减小采集带来的误差,提高采集数据的准确度。
信号幅值的检测是利用正交锁相型放大器的原理实现的[2],如图3所示。被测信号为x(t),参考信号为r(t)。
图3中,x(t)=Xcos(ωt+θ),r(t)=R(ωt),r(t)′=(ωt+90°)。
I′=x(t)*r(t)=
0.5XRcos θ+0.5XRcos(2ωt+θ) (1)
Q′=x(t)*r′(t)=0.5XRcos(θ-90°)+
0.5XRcos(2ωt+θ+90°) (2)
经过低通滤波器后,把交流分量去掉,得到:
根据上式,可以得到振幅X表达式为:
在数据采集实验中,通过简单的计算可以得到信号的振幅,并与设定的数值区间做比较,根据比较的结果来调节DAC0832的增益,从而实现放大器根据被测信号的振幅来调节自身的增益,实现信号的自适应放大。
3.2 系统软件实现
DSP2812的编程工具有C语言和汇编语言两种。采用C语言编程,代码可读性、可移植性强,无需详细了解DSP的硬件就可以上手编程,降低了编程难度。一般应用于实时性要求不是特别高的场合。对于高速实时应用,采用C语言和汇编语言混合编程的方法,能把C语言的优点和汇编语言的高效率有机结合起来。系统流程图如图4所示。
程序算法描述如下:
Step 1:开始;
Step 2:系统初始化I2;
Step 3:A/D转换;
Step 4:数据处理;
Step 5:数据滤波;
Step 6:计算信号振幅;
Step 7:是否调节程控放大器,如不需要跳转到Step 3;
Step 8:调节程控放大器增益;
Step 9:跳转到Step 3;
Step 10:结束。
4 实验结果与分析
4.1 采集系统实时仿真
信号采集系统设计完成后,对采集系统的性能进行检验。以振幅为0.00 001 V、频率为100 Hz的正弦信号作为待采集的信号,如图5(a)所示,并混有白噪声作为采集系统的输入信号,输入信号的波形如图5(b)所示。经过放大、滤波及电压抬升之后的信号波形如图5(c)所示。在DSP里对采集到的信号进行处理,把采集到的信号数据还原为采集前的情况,如图5(d)所示。
有图5(c)可见采集到的信号电压均在0～3 V之间,适合DSP的如入范围,实现了根据信号振幅对信号进行程控的目的。图5(d)是经过简单处理后得到的信号的波形,可以计算出被采集信号的频率为100 Hz、振幅约为10-5 V。与图5(b)相比恢复后的信号噪声小了很多,基本和原始信号图5(a)给出的波形相同。由实验结果可知,该系统达到了设计的目标,满足实验的需要。
4.2 实验比较
在实验中,用实验室的动态信号测试分析系统(江苏东华测试有限公司的DH5935N)和本文设计的微弱振动信号自适应采集系统同时对试件进行振动信号采集和处理,采样频率为12 800 Hz。图6(a)和图6(b)为由实验室采集系统得到数据信号的波形图和频谱图,图6(c)和图6(d)为由本文设计的采集系统的波形图和频谱图。可以看出本文设计的系统不仅具有自适应调节放大器增益的功能,还具有高速度、低噪声、无失真的特性。
5 结 语
(1) 所设计的系统能根据被测信号的振幅自动调节放大器的增益,从而自适应地完成对不同幅值振动信号的测量和处理,降低了数据采集过程中程控放大器增益的频率,节约了CPU开销。
(2) 系统采用TMS320F2812DSP芯片作为核心处理器,DAC0832作为被测信号的振幅控制器,实现了自适应放大器增益的自适应调整,实现检测信号电压不低于1 μV,扩大了被测信号的幅值范围。
(3) 具有体积小、低功耗、可靠性高和扩展性强等优点。
参考文献
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