時間：2023-03-22 17:44:01
引言：易發(fā)表網(wǎng)憑借豐富的文秘實踐，為您精心挑選了九篇控制技術(shù)論文范例。如需獲取更多原創(chuàng)內(nèi)容，可隨時聯(lián)系我們的客服老師。
在一些定位精度或動態(tài)響應(yīng)要求比較高的機電一體化產(chǎn)品中，交流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，其中數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)更符合數(shù)字化控制模式的潮流，而且調(diào)試、使用十分簡單，因而被受青睞。這種伺服系統(tǒng)的驅(qū)動器采用了先進的數(shù)字信號處理器（DigitalSignalProcessor,DSP），可以對電機軸后端部的光電編碼器進行位置采樣，在驅(qū)動器和電機之間構(gòu)成位置和速度的閉環(huán)控制系統(tǒng)，并充分發(fā)揮DSP的高速運算能力，自動完成整個伺服系統(tǒng)的增益調(diào)節(jié)，甚至可以跟蹤負載變化，實時調(diào)節(jié)系統(tǒng)增益；有的驅(qū)動器還具有快速傅立葉變換（FFT）的功能，測算出設(shè)備的機械共振點，并通過陷波濾波方式消除機械共振。
一般情況下，這種數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)大多工作在半閉環(huán)的控制方式，即伺服電機上的編碼器反饋既作速度環(huán)，也作位置環(huán)。這種控制方式對于傳動鏈上的間隙及誤差不能克服或補償。為了獲得更高的控制精度，應(yīng)在最終的運動部分安裝高精度的檢測元件（如：光柵尺、光電編碼器等），即實現(xiàn)全閉環(huán)控制。比較傳統(tǒng)的全閉環(huán)控制方法是：伺服系統(tǒng)只接受速度指令，完成速度環(huán)的控制，位置環(huán)的控制由上位控制器來完成（大多數(shù)全閉環(huán)的機床數(shù)控系統(tǒng)就是這樣）。這樣大大增加了上位控制器的難度，也限制了伺服系統(tǒng)的推廣。目前，國外已出現(xiàn)了一種更完善、可以實現(xiàn)更高精度的全閉環(huán)數(shù)字式伺服系統(tǒng)，使得高精度自動化設(shè)備的實現(xiàn)更為容易。其控制原理如圖1所示。
該系統(tǒng)克服了上述半閉環(huán)控制系統(tǒng)的缺陷，伺服驅(qū)動器可以直接采樣裝在最后一級機械運動部件上的位置反饋元件(如光柵尺、磁柵尺、旋轉(zhuǎn)編碼器等)，作為位置環(huán)，而電機上的編碼器反饋此時僅作為速度環(huán)。這樣伺服系統(tǒng)就可以消除機械傳動上存在的間隙（如齒輪間隙、絲杠間隙等），補償機械傳動件的制造誤差（如絲杠螺距誤差等），實現(xiàn)真正的全閉環(huán)位置控制功能，獲得較高的定位精度。而且這種全閉環(huán)控制均由伺服驅(qū)動器來完成，無需增加上位控制器的負擔(dān)，因而越來越多的行業(yè)在其自動化設(shè)備的改造和研制中，開始采用這種伺服系統(tǒng)。
2直線電機驅(qū)動技術(shù)
直線電機在機床進給伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用，近幾年來已在世界機床行業(yè)得到重視，并在西歐工業(yè)發(fā)達地區(qū)掀起"直線電機熱"。
在機床進給系統(tǒng)中，采用直線電動機直接驅(qū)動與原旋轉(zhuǎn)電機傳動的最大區(qū)別是取消了從電機到工作臺（拖板）之間的機械傳動環(huán)節(jié)，把機床進給傳動鏈的長度縮短為零，因而這種傳動方式又被稱為"零傳動"。正是由于這種"零傳動"方式，帶來了原旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動方式無法達到的性能指標和優(yōu)點。
1.高速響應(yīng)由于系統(tǒng)中直接取消了一些響應(yīng)時間常數(shù)較大的機械傳動件（如絲杠等），使整個閉環(huán)控制系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)性能大大提高，反應(yīng)異常靈敏快捷。
2.精度直線驅(qū)動系統(tǒng)取消了由于絲杠等機械機構(gòu)產(chǎn)生的傳動間隙和誤差，減少了插補運動時因傳動系統(tǒng)滯后帶來的跟蹤誤差。通過直線位置檢測反饋控制，即可大大提高機床的定位精度。
3.動剛度高由于"直接驅(qū)動"，避免了啟動、變速和換向時因中間傳動環(huán)節(jié)的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運動滯后現(xiàn)象，同時也提高了其傳動剛度。
4.速度快、加減速過程短由于直線電動機最早主要用于磁懸浮列車（時速可達500Km/h），所以用在機床進給驅(qū)動中，要滿足其超高速切削的最大進個速度（要求達60～100M/min或更高）當(dāng)然是沒有問題的。也由于上述"零傳動"的高速響應(yīng)性，使其加減速過程大大縮短。以實現(xiàn)起動時瞬間達到高速，高速運行時又能瞬間準停。可獲得較高的加速度，一般可達2～10g（g=9.8m/s2），而滾珠絲杠傳動的最大加速度一般只有0.1～0.5g。
5.行程長度不受限制在導(dǎo)軌上通過串聯(lián)直線電機，就可以無限延長其行程長度。
6.運動動安靜、噪音低由于取消了傳動絲杠等部件的機械摩擦，且導(dǎo)軌又可采用滾動導(dǎo)軌或磁墊懸浮導(dǎo)軌（無機械接觸），其運動時噪音將大大降低。
7.效率高由于無中間傳動環(huán)節(jié)，消除了機械摩擦?xí)r的能量損耗，傳動效率大大提高。
直線傳動電機的發(fā)展也越來越快，在運動控制行業(yè)中倍受重視。在國外工業(yè)運動控制相對發(fā)達的國家已開始推廣使用相應(yīng)的產(chǎn)品，其中美國科爾摩根公司（Kollmorgen）的PLATINNMDDL系列直線電機和SERVOSTARCD系列數(shù)字伺服放大器構(gòu)成一種典型的直線永磁伺服系統(tǒng)，它能提供很高的動態(tài)響應(yīng)速度和加速度、極高的剛度、較高的定位精度和平滑的無差運動；德國西門子公司、日本三井精機公司、臺灣上銀科技公司等也開始在其產(chǎn)品中應(yīng)用直線電機。
3可編程計算機控制器技術(shù)
自20世紀60年代末美國第一臺可編程序控制器（ProgrammingLogicalController，PLC）問世以來，PLC控制技術(shù)已走過了30年的發(fā)展歷程，尤其是隨著近代計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，它已在軟硬件技術(shù)方面遠遠走出了當(dāng)初的"順序控制"的雛形階段。可編程計算機控制器（PCC）就是代表這一發(fā)展趨勢的新一代可編程控制器。
與傳統(tǒng)的PLC相比較，PCC最大的特點在于它類似于大型計算機的分時多任務(wù)操作系統(tǒng)和多樣化的應(yīng)用軟件的設(shè)計。傳統(tǒng)的PLC大多采用單任務(wù)的時鐘掃描或監(jiān)控程序來處理程序本身的邏輯運算指令和外部的I/O通道的狀態(tài)采集與刷新。這樣處理方式直接導(dǎo)致了PLC的"控制速度"依賴于應(yīng)用程序的大小，這一結(jié)果無疑是同I/O通道中高實時性的控制要求相違背的。PCC的系統(tǒng)軟件完美地解決了這一問題，它采用分時多任務(wù)機制構(gòu)筑其應(yīng)用軟件的運行平臺，這樣應(yīng)用程序的運行周期則與程序長短無關(guān)，而是由操作系統(tǒng)的循環(huán)周期決定。由此，它將應(yīng)用程序的掃描周期同外部的控制周期區(qū)別開來，滿足了實時控制的要求。當(dāng)然，這種控制周期可以在CPU運算能力允許的前提下，按照用戶的實際要求，任意修改。
基于這樣的操作系統(tǒng)，PCC的應(yīng)用程序由多任務(wù)模塊構(gòu)成，給工程項目應(yīng)用軟件的開發(fā)帶來很大的便利。因為這樣可以方便地按照控制項目中各部分不同的功能要求，如運動控制、數(shù)據(jù)采集、報警、PID調(diào)節(jié)運算、通信控制等，分別編制出控制程序模塊（任務(wù)），這些模塊既獨立運行，數(shù)據(jù)間又保持一定的相互關(guān)聯(lián)，這些模塊經(jīng)過分步驟的獨立編制和調(diào)試之后，可一同下載至PCC的CPU中，在多任務(wù)操作系統(tǒng)的調(diào)度管理下并行運行，共同實現(xiàn)項目的控制要求。
PCC在工業(yè)控制中強大的功能優(yōu)勢，體現(xiàn)了可編程控制器與工業(yè)控制計算機及DCS（分布式工業(yè)控制系統(tǒng)）技術(shù)互相融合的發(fā)展潮流，雖然這還是一項較為年輕的技術(shù)，但在其越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域中，它正日益顯示出不可低估的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
4運動控制卡
運動控制卡是一種基于工業(yè)PC機、用于各種運動控制場合（包括位移、速度、加速度等）的上位控制單元。它的出現(xiàn)主要是因為：（1）為了滿足新型數(shù)控系統(tǒng)的標準化、柔性、開放性等要求；（2）在各種工業(yè)設(shè)備（如包裝機械、印刷機械等）、國防裝備（如跟蹤定位系統(tǒng)等）、智能醫(yī)療裝置等設(shè)備的自動化控制系統(tǒng)研制和改造中，急需一個運動控制模塊的硬件平臺；（3）PC機在各種工業(yè)現(xiàn)場的廣泛應(yīng)用，也促使配備相應(yīng)的控制卡以充分發(fā)揮PC機的強大功能。
運動控制卡通常采用專業(yè)運動控制芯片或高速DSP作為運動控制核心，大多用于控制步進電機或伺服電機。一般地，運動控制卡與PC機構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu)：PC機負責(zé)人機交互界面的管理和控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控等方面的工作（例如鍵盤和鼠標的管理、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、運動軌跡規(guī)劃、控制指令的發(fā)送、外部信號的監(jiān)控等等）；控制卡完成運動控制的所有細節(jié)（包括脈沖和方向信號的輸出、自動升降速的處理、原點和限位等信號的檢測等等）。運動控制卡都配有開放的函數(shù)庫供用戶在DOS或Windows系統(tǒng)平臺下自行開發(fā)、構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)。因而這種結(jié)構(gòu)開放的運動控制卡能夠廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)中設(shè)備自動化的各個領(lǐng)域。
這種運動控制模式在國外自動化設(shè)備的控制系統(tǒng)中比較流行，運動控制卡也形成了一個獨立的專門行業(yè)，具有代表性的產(chǎn)品有美國的PMAC、PARKER等運動控制卡。在國內(nèi)相應(yīng)的產(chǎn)品也已出現(xiàn)，如成都步進機電有限公司的DMC300系列卡已成功地應(yīng)用于數(shù)控打孔機、汽車部件性能試驗臺等多種自動化設(shè)備上。
5結(jié)束語
計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的快速發(fā)展，推動著工業(yè)運動控制技術(shù)不斷進步，出現(xiàn)了諸如全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)、直線電機驅(qū)動技術(shù)、可編程計算機控制器、運動控制卡等許多先進的實用技術(shù)，為開發(fā)和制造工業(yè)自動化設(shè)備提供了高效率的手段。這也必將促使我國的機電一體化技術(shù)水平不斷提高。
當(dāng)前，電廠集控運行模式主要表現(xiàn)為三種模式，分別為分級階梯控制模式、分散控制模式與綜合控制模式。其中分級階梯控制模式屬于一種階梯型分層結(jié)構(gòu)，分級階梯控制模式是將整個系統(tǒng)所執(zhí)行的監(jiān)控層次與控制層次劃分為若干層次，通過層級實現(xiàn)相應(yīng)工作，其控制模式下，將管理模式進行階梯化與等級化，能夠提高集控運行集約化管理，有助于提高電廠集控管理效率。分散控制模式與傳統(tǒng)集控管理系統(tǒng)存在著較大差異，其屬于一種分散化的集控模式，在具體的操作環(huán)節(jié)中，對運行超負荷、運行風(fēng)險等進行分散化管理操作，其控制模式有助于避免系統(tǒng)操作出現(xiàn)事故問題，降低事故影響范圍。集中控制模式，即通訊傳輸控制模式，屬于電廠集控運行控制模式中的重要內(nèi)容，建立于現(xiàn)代通訊技術(shù)基礎(chǔ)之上，對電廠設(shè)備運行控制中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進行分析處理，該控制模式安全穩(wěn)定運行的條件較多，主要包括電廠運行模式數(shù)據(jù)管理與處理、遠程網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)與計算機技術(shù)等。信息技術(shù)屬于集中控制模式運行的前提性條件，多元化系統(tǒng)接口裝置的發(fā)展與應(yīng)用，為保障集中控制模式運行質(zhì)量提供了可靠支撐。
2電廠集控運行控制模式應(yīng)用的核心技術(shù)
電廠集控運行控制模式依托集控運行技術(shù)來實現(xiàn)，即為DCS系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)作為一種綜合性控制系統(tǒng)，其在提高電廠設(shè)備自動化水平，實現(xiàn)能源節(jié)約保障系統(tǒng)運行安全等方面發(fā)揮著重要作用。電廠自身設(shè)備具備一定的自動化水平是應(yīng)用集控運行技術(shù)的重要基礎(chǔ)。當(dāng)前，在電廠工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，采取集控運行技術(shù)取代傳統(tǒng)的單獨控制技術(shù)，能夠更好發(fā)揮集控運行技術(shù)的自動化與集成化優(yōu)勢。電廠集控運行核心技術(shù)為生產(chǎn)線管控技術(shù)，生產(chǎn)線管控技術(shù)的應(yīng)用，能夠通過借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與計算機技術(shù)，實現(xiàn)對電廠生產(chǎn)線中所進行的生產(chǎn)作業(yè)執(zhí)行管理與控制操作，從而大幅提高了電廠作業(yè)自動化水平。采取4C技術(shù)可以實現(xiàn)對大中型生產(chǎn)線進行實時監(jiān)督與管理控制，能夠有效預(yù)防電廠設(shè)備運行安全事故發(fā)生，對集控運行中獲取的信息及數(shù)據(jù)進行合理分析，加強集控運行優(yōu)化操作，從而在提高電廠生產(chǎn)作業(yè)效率的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)電廠集控運行控制的經(jīng)濟性與有效性。
3提高電廠集控運行模式管理科學(xué)性以保障其運行效益
為切實保障電廠集控運行控制模式及應(yīng)用效益，要求不斷革新信息技術(shù)，通過深化信息技術(shù)提高集控系統(tǒng)運行可靠性，提高信號集中控制能力，降低工作人員負擔(dān)并提高工作效率；不斷加強工作人員專業(yè)素養(yǎng)，切實掌握集控運行控制模式操作技術(shù)，優(yōu)化資源及技術(shù)配置，提高工作專業(yè)水平；高度重視操作細節(jié)，加強電廠集控運行控制系統(tǒng)硬件與軟件維護，確保整個系統(tǒng)運行的安全性與可靠性。
4結(jié)語
焙燒控制系統(tǒng)應(yīng)用的控制技術(shù)
1邊火道控制技術(shù)
由于邊火道側(cè)墻密封問題易造成漏風(fēng)、溫度低和邊火道揮發(fā)分析出量少的特點，預(yù)熱區(qū)溫度不易控制，在控制模塊中，提供邊火道溫度單獨設(shè)定的方法，通過提高邊火道的溫度設(shè)定，解決預(yù)熱區(qū)邊火道溫度低的問題。在焙燒實際操作時，如果高溫爐室采用遠程控制火道設(shè)定溫度為1200℃，邊火道增加30℃偏移值即設(shè)定為1230℃，這樣可使高溫爐室各個料箱的水平溫差控制在5℃以內(nèi)；處于揮發(fā)階段的爐室，邊火道加15℃的偏移值時，各料箱的水平溫差最小。
2料箱溫差控制技術(shù)
制品在焙燒過程中能否均勻升溫，直接影響了制品品質(zhì)、能耗、產(chǎn)能及爐口設(shè)備壽命，是焙燒控制的重要目標。公司環(huán)式爐料箱深度為6600mm，是國內(nèi)最深的爐型。縮小前后溫差與上下溫差是面臨的難題。通過優(yōu)化燃燒器、負壓控制、燃燒架上下游功率控制及燃燒架各火道的均衡控制等一系列技術(shù)，使得火道及料箱上下、左右、前后溫差在要求的范圍內(nèi)。為了縮小火道的上下溫差，加強了對各火道負壓的調(diào)整。通過排煙架的蝶閥控制，各火道負壓控制在-100~-130Pa，零壓控制在-10~0Pa，現(xiàn)在火道上下溫差由以前的50℃縮小到30℃以內(nèi)，保證溫度場均勻分布和產(chǎn)品均勻受熱，保證了上層和下層產(chǎn)品的均質(zhì)性。為了縮小爐室的前后溫差，在自動控制時，采取調(diào)節(jié)上下游功率的方法，根據(jù)實際情況，控制好上下游給氣量，從而達到縮小前后溫差的目的。手動控制時，采用只點下游燒嘴的方法，根據(jù)實際溫度情況，控制好給氣量，掌握好升溫速度。通過采取這些措施，目前環(huán)式爐的前后溫差已經(jīng)由以前的100℃左右縮小到50℃以內(nèi)。
3火道負壓綜合控制技術(shù)
通過系統(tǒng)運行在許可的負壓范圍內(nèi)，實現(xiàn)焙燒區(qū)和預(yù)熱區(qū)火道溫度的自動控制，使其保持跟蹤對應(yīng)區(qū)域的溫度設(shè)定曲線變化，從而保證各爐室實際溫度曲線滿足焙燒工藝的要求。上述所有控制都與火道負壓綜合控制相關(guān)，彼此互相影響，互相牽制，由于是在同一條火道中，因此必須對負壓進行綜合控制。在中控室管理機上設(shè)置優(yōu)化控制軟件，通過模糊控制，多變量最優(yōu)控制等先進控制方法，對負壓進行綜合控制，以達到最優(yōu)效果。
4預(yù)熱爐室溫度控制技術(shù)
在炭電極焙燒運行過程中，預(yù)熱爐室只靠高溫爐室和揮發(fā)爐室的余熱，無法滿足正常的升溫需求，造成焙燒時間長，生產(chǎn)效率低。根據(jù)這一問題，利用輔助燃燒架提前加熱的方法，提高預(yù)熱的升溫速度。投產(chǎn)時，工藝設(shè)定產(chǎn)品溫度達到230℃后停止加熱，出現(xiàn)了部分廢品，因火道局部溫度高導(dǎo)致上部保溫料過燒氧化嚴重。根據(jù)這些問題，采取逐步降低提前加熱溫度的方法，經(jīng)過多次試驗，最終降低到180℃的預(yù)熱溫度。目前，揮發(fā)前期升溫速度得到了有效控制，杜絕了上部保溫料氧化現(xiàn)象，而且還降低了天然氣消耗。
5焙燒爐數(shù)學(xué)模型技術(shù)
通過大量的實驗及數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，焙燒爐的升溫曲線對于炭電極的質(zhì)量有著重要的影響，但對于6600mm深的火道來說，燃燒裝置僅用少量熱電偶來測量溫度，不能全面反映溫度場分布狀況。因此通過對焙燒爐火道溫度進行測試，了解火道內(nèi)其他各點的溫度數(shù)據(jù)，對于保證炭電極的質(zhì)量、爐體的使用壽命及天然氣的能耗有重要的影響。針對不同的電極規(guī)格、不同的質(zhì)量要求進行了認真的摸索與試驗，現(xiàn)在已經(jīng)取得了大量成熟的數(shù)據(jù)，并建立了焙燒爐溫度場、揮發(fā)分析出、煙氣排放、熱平衡及制品焙燒過程等一系列數(shù)學(xué)模型。
【關(guān)鍵詞】EPB電子駐車應(yīng)用
一、EPB與傳統(tǒng)手制動相比的優(yōu)點
1.1EPB系統(tǒng)可以在發(fā)動機熄火后自動施加駐車制動。駐車方便、可靠，可防止意外的釋放（比如小孩、偷盜等）。
1.2不同駕駛員的力量大小有別，手駐車制動桿的駐車制動可能由此對制動力的實際作用不同。而對于EPB，制動力量是固定的，不會因人而異，出現(xiàn)偏差。
1.3可在緊急狀態(tài)下組委行車制動用。
二、EPB的功能
2.1基本功能：通過按鈕實現(xiàn)傳統(tǒng)手剎的靜態(tài)駐車和靜態(tài)釋放功能。
2.2動態(tài)功能：行車時，若不踩踏板剎車，通過EPB按鈕，一樣也可以實現(xiàn)制動功能。
2.3“熄火控制”模式：當(dāng)汽車拔鑰匙熄火時，自動啟用駐車制動，發(fā)動機不打火駐車不能解除。
2.4開車釋放功能：當(dāng)駕駛員開車時，踩油門，掛擋后自動解除駐車。
2.5啟動約束：點火關(guān)閉，釋放約束模式（保護兒童），不用操作制動踏板，即可釋放約束模式。
2.6緊急釋放功能：當(dāng)電子駐車沒電需要解除駐車時，可用專門的釋放工具釋放駐車。
三、拉線式EPB的組成及各部件的作用
3.1拉線。拉線和傳統(tǒng)的駐車系統(tǒng)中拉線所起的作用完全一樣，就是把力從EPB總成傳遞到駐車制動器上實現(xiàn)駐車功能。拉線式EPB有單拉線和雙拉線兩種。
單、雙拉線有各自的優(yōu)點和缺點。相比較起來雙拉線有較大的拉線效率，拉線行程短，但布置沒單拉線靈活，產(chǎn)生相同的拉力，控制器需要加載的力大。工作時，雙拉線EPB控制器同時帶動兩根拉線運動，帶動制動器駐車，而單拉線時，EPB控制器是只帶動了一根拉線，然后通過拉索平衡器此拉線帶動后面的兩根拉線駐車。
單拉線式樣的EPB，一根拉線帶動兩根拉線的原理為：第一根拉線的芯線在控制器的帶動下產(chǎn)生移動，其帶動拉線向右移動，然后因為第一根拉線受力彎曲，第一根拉線通過固定在其拉線護套上面的平衡器帶動拉線1向左移動，從而實現(xiàn)了一根拉線帶動兩根拉線移動的目的。
3.2按鈕。通過按或者拉按鈕控制EPB駐車和解除駐車，按鈕上有背景燈，提醒駕駛者是否已工作。
3.3緊急工具。在EPB因斷電不工作時，實現(xiàn)駐車解除功能。
3.4電機。EPB工作時的動力來源，由其來帶動齒輪機構(gòu)工作實現(xiàn)駐車。（有人僅靠電子駐車紙面意思可能會擔(dān)心駐車后，出現(xiàn)沒電的情況怎么辦？實際上電子駐車只是靠電觸發(fā)齒輪機構(gòu)工作，最終使車長時間駐車的還是機械機構(gòu)，并且國家法規(guī)中也明確要求，駐車要用可靠的機械機構(gòu)來完成）。
3.5齒輪機構(gòu)。不同廠家EPB的此部分機構(gòu)的工作原理不一定相同但其作用是一樣的。都是力的傳遞機構(gòu)，把力由電機齒輪的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成拉線方向上力。其齒輪結(jié)構(gòu)的工作原理如右圖電機帶動拉線所在的外齒輪機構(gòu)和內(nèi)齒輪機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，因為旋轉(zhuǎn)方向相反，帶動連接在內(nèi)外齒輪機構(gòu)的拉線運動，實現(xiàn)駐車。
3.6ECU和傳感器。ECU用來控制EPB對外的信息交流和反饋。傳感器用來感應(yīng)拉力的大小。
四、EPB總成的工作原理和其功能的實現(xiàn)原理
4.1EPB總成的工作原理。拉線式EPB工作原理為：通過開關(guān)給ECU一個通斷信號，EPB的ECU控制電機進行旋轉(zhuǎn)，然后由內(nèi)部的齒輪機構(gòu)把此力輸出到拉線上，由拉線帶動制動器進行駐車。
4.2EPB各功能的實現(xiàn)原理
（1）基本功能。最基本的功能，靜態(tài)釋放和靜態(tài)駐車功能，通過按鈕駐車和解除駐車此工作原理簡單，也就是上面的EPB工作原理。
（2）EPB賣點之一的動態(tài)功能。當(dāng)車在行車狀態(tài)，速度大于12km/h,若按下EPB按鈕，ECU指揮馬達帶動拉線駐車，當(dāng)車輪要抱死，有滑移的傾向時，ECU通過CAN得到這個信號后，會使拉線力減小，以便不使車輪抱死，如此循環(huán)，直至車停下為止。雖然EPB有此功能，但各個EPB廠家，并不推薦客戶把EPB當(dāng)作行車制動器使用，并且還明確要求客戶，此功能只能在常規(guī)制動器失效或不可使用踏板的緊急情況下才能使用，這是因為在行車中，駐車制動器啟動后，那么就把制動力全部加在后輪，對后制動器的損害是很大的。
（3）“熄火控制”模式。發(fā)動機熄火后，通過CAN把此信息傳遞給ECU，ECU指揮EPB駐車。
（4）EPB的另一賣點功能：開車釋放功能。要實現(xiàn)該功能，則EBP系統(tǒng)需要知道駕駛員是否希望車輛開始行駛。對自動擋車輛來說，EPB可以通過變速器信息及油門信息了解車輛狀態(tài)。然后ECU指揮EPB釋放駐車。而對手動擋車輛來說，原有的配置所能提供的信息無法確認駕駛員的期望。為了實現(xiàn)該功能，需要在車輛上加裝檔位傳感器及離合器傳感器。
（5）緊急釋放功能。用專門開發(fā)的緊急釋放工具來實現(xiàn)此功能。工具的工作原理為，用專門開發(fā)的EPB工具，先插入緊急工具孔，然后旋轉(zhuǎn)，使齒輪旋轉(zhuǎn)帶動渦桿移動，解除駐車。有時為了使解除駐車方便，或者不便于使用剛性的緊急釋放工具，也可以使用易曲工具，實現(xiàn)過程為：把緊急釋放工具由剛性改成可彎曲的易曲工具，然后根據(jù)EPB的布置位置，設(shè)計合理的導(dǎo)向管，設(shè)計導(dǎo)向管的原則為將來在使用工具時比較方便，不需要拆卸其它零件，或者鉆到車下。導(dǎo)向管一端，另一端固定死在電子駐車工具孔上，使用時，取出緊急工具，把工具從導(dǎo)向管端插入，順著導(dǎo)向管，把工具連接到電子駐車上，然后轉(zhuǎn)動工具搖把，即可釋放駐車。在開發(fā)易曲工具中需要注意的是：1.工具的易曲長度不能太長否則會因工具彎曲端過長而使傳遞到電子駐車的力矩解除不了駐車。2.導(dǎo)向管扭曲的幅度不能過于大，否則工具在通過導(dǎo)管時的難度就很大，甚至通不過導(dǎo)管。
五、拉線式EPB的布置
5.1EPB的布置
EPB的布置需要注意以下幾點：
（1）若EPB布置在車身下，要設(shè)計合理的支架，力求把EPB包起來，防止車底下高速飛起的石子打在EPB殼體上。（2）注意保證EPB周圍的溫度不能過高，要在其工作溫度范圍內(nèi)。（3）注意選擇合理的緩沖墊來起到防震的效果。（4)EPB位置的選擇，要考慮到將來緊急工具使用的方便性。
5.2拉線的布置
拉線的布置需要注意以下幾點：
（1）拉線之間的間隙要求，需要滿足一定要求。（2）單拉線式。EPB是由一根拉線帶動后面兩根拉線來實現(xiàn)駐車的，為了實現(xiàn)一根拉線帶動二根拉線，所以布置時一定要保證第一根拉線的末端是可移動的，不能在此處做支架給其固定死。
六、結(jié)論
EPB是近來研究的重要成果之一。它替代了手駐車制動，用電子按鈕實現(xiàn)停車制動，且節(jié)省了車廂內(nèi)部的空間。符合現(xiàn)在消費者們希望在車內(nèi)安裝更多的基本配置和功能的這個趨勢。因此設(shè)計小巧的EPB倍受青睞。目前電子駐車在國外已應(yīng)用的比較普遍。在不久的將來電子駐車也會頻頻裝配在中國的汽車上。
參考文獻：
舒華，姚國平.汽車電子控制技術(shù).北京．人民交通出版社，2002.
董輝.汽車用傳感器.北京：理工大學(xué)出版社，1998.
隨著電氣工程系統(tǒng)科技水平的不斷提高，尤其是各種智能化電氣設(shè)備的廣泛應(yīng)用，更是對控制技術(shù)提出了較高的要求，現(xiàn)代化的控制技術(shù)應(yīng)當(dāng)滿足電氣工程系統(tǒng)的如下要求：
（1）能夠快捷高效的對電氣系統(tǒng)設(shè)備完成控制。現(xiàn)代化的控制技術(shù)以數(shù)字信息作為載體對電氣工程系統(tǒng)設(shè)備操作指令，必須確保對于不同設(shè)備不同指令的精準，各種失誤操作指令的概率必須極低。此外，現(xiàn)代化的控制技術(shù)還應(yīng)當(dāng)具有較好的信息數(shù)據(jù)交互功能，能夠及時的向控制中心進行數(shù)據(jù)信息的反饋，進而確保控制的準確性。
（2）可以實現(xiàn)對電氣工程系統(tǒng)設(shè)備的全面監(jiān)控。由于很多電氣工程系統(tǒng)設(shè)備都是全天候運行，因此電氣控制系統(tǒng)同樣必須能夠?qū)崿F(xiàn)24h的全面監(jiān)控，并可以準確的完成電氣工程系統(tǒng)設(shè)備故障地點的診斷。此外，現(xiàn)代化的控制技術(shù)還應(yīng)該依靠信息采集、信息處理以及指令反饋流程，形成全面的監(jiān)控管理，確保電氣工程系統(tǒng)能實時處于控制之下。
（3）具有較高的安全性。電氣工程系統(tǒng)由于容易受到外部環(huán)境、系統(tǒng)設(shè)備故障以及管理人員操作失誤的影響，很有可能造成電氣工程系統(tǒng)故障，甚至出現(xiàn)系統(tǒng)運行安全事故。因此控制系統(tǒng)應(yīng)該具有較好的安全性，重點可以對電氣工程系統(tǒng)的運行異常情況進行及時準確的動作處理，避免由于控制操作造成安全事故問題的發(fā)生。
2、電氣工程中現(xiàn)代化的控制技術(shù)應(yīng)用措施分析
（1）建立完善的電氣工程系統(tǒng)控制構(gòu)架。在電氣工程控制系統(tǒng)構(gòu)建之前，首先必須明確需要控制系統(tǒng)處理電氣工程的哪些問題，要求控制系統(tǒng)需要具備何種功能，同時控制系統(tǒng)需要具備哪些管理層次。一般在電氣工程控制系統(tǒng)中，需要設(shè)置數(shù)據(jù)管理模塊、運行監(jiān)控模塊、電氣工程管理模塊、電氣工程設(shè)施養(yǎng)護模塊、工作人員維護操作模塊等幾項子系統(tǒng)組成。
（2）合理的選用電氣工程控制系統(tǒng)設(shè)備。控制系統(tǒng)設(shè)備是整個現(xiàn)代控制技術(shù)實現(xiàn)的重要基礎(chǔ)保障，這也是控制系統(tǒng)效率與安全性的基礎(chǔ)。現(xiàn)階段在電氣工程控制系統(tǒng)中主要分為作業(yè)類、信息收集傳遞類以及控制處理類等三類設(shè)備。其中作業(yè)設(shè)備主要是進行各種電氣工程操作的動作，主要是控制電氣開關(guān)、換閘以及變壓穩(wěn)壓等電氣工程設(shè)備。信息收集類設(shè)備主要是只對電氣工程系統(tǒng)運行過程進行監(jiān)控的設(shè)備，主要包括電子信號轉(zhuǎn)換器、系統(tǒng)運行監(jiān)控以及網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)施等一系列的設(shè)備，控制類的設(shè)備則主要包括處理器與控制終端等，在設(shè)備的選擇上應(yīng)該盡可能的選擇各種智能化與高效化的控制設(shè)備。
（3）電氣工程控制系統(tǒng)的環(huán)境管理。對電氣工程系統(tǒng)設(shè)備的運行環(huán)境進行監(jiān)控，也是現(xiàn)代控制技術(shù)管理的重要內(nèi)容。對電氣工程系統(tǒng)設(shè)施進行監(jiān)控的主要目的是為了準確的掌握電氣工程系統(tǒng)設(shè)備運行的電壓穩(wěn)定性、電流、溫度以及濕度等外部環(huán)境狀況，同時如果電氣工程系統(tǒng)運行環(huán)境不適宜時，啟動空調(diào)、除濕、穩(wěn)壓等設(shè)備，確保電氣工程系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定。
3、現(xiàn)代控制技術(shù)應(yīng)用發(fā)展趨勢
（1）智能化控制技術(shù)。電氣系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)步入到了電氣工程自動化的階段，實現(xiàn)電氣工程自動化的關(guān)鍵要素就是要實現(xiàn)對電氣工程系統(tǒng)的智能化控制，因此在目前現(xiàn)代控制技術(shù)中最主要的內(nèi)容就是對電氣工程系統(tǒng)的智能化控制。智能化的控制系統(tǒng)主要是通過采用智能化控制技術(shù)來實現(xiàn)電氣工程系統(tǒng)控制的高效、自主、遠程操作。電氣工程系統(tǒng)智能化在電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)十分的廣泛，例如當(dāng)前電氣系統(tǒng)中有關(guān)于系統(tǒng)開關(guān)量以及模擬量等各項數(shù)據(jù)的動態(tài)實時采集以及反饋處理，都是通過智能化進行控制。此外，在電氣系統(tǒng)工程中對于電氣工程系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)測、對于故障的分析診斷以及緊急處理方面，都已經(jīng)廣泛的應(yīng)用了智能化的控制技術(shù)。
（2）電氣系統(tǒng)模糊控制技術(shù)。電氣系統(tǒng)模糊控制技術(shù)主要是采用現(xiàn)代控制理論作為基礎(chǔ)，通過結(jié)合自適應(yīng)控制技術(shù)、人工智能技術(shù)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)控制。在電氣工程系統(tǒng)控制中采用模糊控制技術(shù)，主要是針對無法準確的確定數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜控制系統(tǒng)，通過在控制規(guī)則上設(shè)置具有一定模糊條件，來彌補電氣工程控制系統(tǒng)中的一些非線性以及不確定因素的運行控制手段。模糊控制技術(shù)是一種以模糊數(shù)學(xué)、模糊語言以及模糊規(guī)則形成理論基礎(chǔ)的自動控制系統(tǒng)，通過采用計算機控制技術(shù)形成控制與反饋的具有閉環(huán)結(jié)構(gòu)特點的現(xiàn)代數(shù)字控制系統(tǒng)，對于不確定系統(tǒng)的控制非常實用。
（3）非線性控制技術(shù)。當(dāng)前在電氣工程系統(tǒng)控制中，線性控制理論技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但是由于線形控制技術(shù)主要是基于電氣工程設(shè)備運行中局部的穩(wěn)定性來進行數(shù)學(xué)模型的簡化設(shè)計，在線性控制理論中并未充分的考慮到電氣工程設(shè)備的非線性因素，因此在電氣工程系統(tǒng)中引入非線性分析與控制方法則可以有效的解決這些問題。非線性控制系統(tǒng)的控制方式主要有兩種，一種是將非線性系統(tǒng)的某一鄰域做反饋線性化的處理，同時利用微分幾何理論等現(xiàn)代控制理論進行反饋顯性化。另一種則是直接的將變結(jié)構(gòu)方法、魯棒控制或者是智能控制等非線性控制理論進行實際的工程應(yīng)用。
4、結(jié)語
關(guān)鍵詞列車自動控制,無線通信的列車控制,互聯(lián)互通
基于通信的列車控制(Communication2BasedTrainControl,簡為CBTC)系統(tǒng)采用先進的通信、計算機技術(shù),對列車實現(xiàn)連續(xù)控制。它擺脫了軌道電路對列車占用的判別方式,突破了固定閉塞的局限性,可以實現(xiàn)移動閉塞。本文將從列車控制技術(shù)的發(fā)展著手,探討無線CBTC的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢及對于實現(xiàn)互聯(lián)互通和項目設(shè)備國產(chǎn)化的優(yōu)越性,并對其在國內(nèi)的應(yīng)用前景提出了看法。
1列車控制技術(shù)的發(fā)展和CBTC
列車自動控制(ATC)系統(tǒng)的發(fā)展依賴于市場的需求以及各種新興的技術(shù)基礎(chǔ)。過去25年中微處理器的發(fā)展以及過去5年中移動通信的發(fā)展,對ATC技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了重要的影響。微處理器的件為基礎(chǔ)的系統(tǒng)的演變,而移動通信技術(shù)的發(fā)展也將極大影響ATC系統(tǒng)發(fā)展的進程(見圖1)[2]。
圖1列車控制技術(shù)的發(fā)展
無線CBTC采用無線通信系統(tǒng),通過開放的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了列車與軌旁設(shè)備實時雙向通信,信息量大,并通過采用基于IP標準的列車控制結(jié)構(gòu),可以在實現(xiàn)列車控制的同時附加其它功能(如安全報警、員工管理及乘客信息等)。
目前國際上諸如Alcatel,Alstom,Siemens,Bombardier和Westinghouse等信號供應(yīng)商。均開發(fā)出了各自的CBTC系統(tǒng)并在全球得到了廣泛的應(yīng)用。
2無線CBTC與互聯(lián)互通
2.1無線CBTC的技術(shù)與經(jīng)濟優(yōu)勢
由于無線CBTC可采用移動閉塞的制式,列車能以較小的間隔運行,可使運營商實現(xiàn)“小編組,高密度”的運營模式,這使系統(tǒng)可在同樣滿足客運需求的基礎(chǔ)上,縮短旅客的候車時間,縮小站臺長度和候車空間,降低基建投資;同時,由于系統(tǒng)核心通過軟件實現(xiàn),使其在硬件數(shù)量上大大減少,因而可以降低維修費用,從而降低系統(tǒng)生命周期成本。
2.2采用無線CBTC可實現(xiàn)互聯(lián)互通
在城市軌道交通領(lǐng)域,互聯(lián)互通指的是接口間的列車控制的安全標準、導(dǎo)軌的模型化以及列車控制信息傳遞協(xié)議等。因此,要達到真正的互聯(lián)互通,就必須重新設(shè)計系統(tǒng)接口[3]。由于無線CBTC的各控制子系統(tǒng)間的邏輯接口均通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)實現(xiàn),數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采用開放式的國際標準后,子系統(tǒng)間的接口也可實現(xiàn)標準化;而通過采用序列號、循環(huán)冗余校驗等方法進行對安全關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的保護和接入防護,可有效保證開放數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全,因此采用無線CBTC將會有利于實現(xiàn)互聯(lián)互通。
在對既有的點式列車自動防護(ATP)傳輸系統(tǒng)或編碼數(shù)字軌道電路的改造中,采用無線CBTC對其車載設(shè)備和軌旁設(shè)備進行一定的改造后(主要是增加網(wǎng)絡(luò)接口和無線控制子系統(tǒng)),可實現(xiàn)既有信號系統(tǒng)與無線CBTC的疊加,從而達到既有線路與新的無線CBTC線路的互聯(lián)互通。
通過模塊化的結(jié)構(gòu)、強有力的接口設(shè)計和事件描述,無線CBTC強調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用層和開發(fā)層的獨立性,而強調(diào)應(yīng)用層之間的接口標準。采取開放式的國際標準可以使國內(nèi)廠商從系統(tǒng)部分元件的國產(chǎn)化著手(如通信系統(tǒng)等),逐步實現(xiàn)整個系統(tǒng)的國產(chǎn)化。
2.3國外的互聯(lián)互通項目
2.3.1歐洲的城市軌道交通管理系統(tǒng)UGTMS
城市軌道交通管理系統(tǒng)(UrbanGuidedTransportManagementSystem,簡為UGTMS)[4]是由歐洲委員會于2000年提出的一個研究項目,旨在歐洲范圍內(nèi)建立一個城市軌道交通領(lǐng)域內(nèi)的共同標準和規(guī)則,以提高公共交通系統(tǒng)的使用效率和安全,降低系統(tǒng)和社會成本,并使交通系統(tǒng)更加靈活以滿足運營商的需要。項目的參與者來自于運營商、系統(tǒng)供應(yīng)商和科研院校。研究范圍包括:信號與聯(lián)鎖、列車控制、列車管理系統(tǒng)、供電監(jiān)控及維護輔助系統(tǒng)等。UGTMS的目標是定義一個完全開放系統(tǒng)的功能、系統(tǒng)要求及接口的規(guī)范。
UGTMS分三個階段進行:第一個階段的主要任務(wù)是回顧和評價歐洲鐵路運輸管理系統(tǒng)(ERTMS)的功能需求規(guī)格書,進行ERTMS以及柏林、倫敦、馬德里、紐約和巴黎的先進項目與UGTMS的基準比較(Benchmarking),定義UGTMS的功能需求規(guī)格書(FRS)。第二個階段將完成FRS,建立系統(tǒng)需求規(guī)范書(SRS),建立功能接口標準I/F形式/安裝/功能接口規(guī)范書(FORMFitFunctionalInterfaceSpecifications,簡為FFFIS)。第三個階段將進行實際規(guī)模的示范線試驗。
與UGTMS同時進行的還有國際電聯(lián)IEC(In2ternationalElectro2technicalCommission)的標準化項目IECWG40,旨在建立城市軌道交通線路、線網(wǎng)的交通控制,以及管理系統(tǒng)的功能、系統(tǒng)和接口規(guī)范。共有7個國家(法、中、加、日、德、意、美)及15個運營商和供應(yīng)商參與這個標準化項目。
2.3.2巴黎公共運輸局(RATP)的地鐵13號線
經(jīng)過公開招標,RATP選擇了阿爾卡特的6530SeltracS30作為地鐵13號線的解決方案。該技術(shù)將使列車的運行間隔從現(xiàn)有的105s縮至90s。它采用無線數(shù)據(jù)通信,通過虛擬閉塞方式來提高線路通過能力。系統(tǒng)可實現(xiàn)列車自動運行(ATO)和列車自動防護(ATP)功能。此外,設(shè)計上的模塊化使系統(tǒng)可實現(xiàn)線路的混合模式運行,并預(yù)留了向無人駕駛模式發(fā)展的空間。為了不影響線路的正常運營,升級改造工作均在晚間進行。阿爾卡特的系統(tǒng)可以疊加在現(xiàn)有的系統(tǒng)之上,因此可以順利完成系統(tǒng)的升級改造。13號線將于2005年完成現(xiàn)場測試。
對于互聯(lián)互通的接口標準,RATP采用開放的國際標準而不是由某個企業(yè)作為”領(lǐng)跑者”制定。據(jù)悉,巴黎3、5號線的信號系統(tǒng)升級也已開始公開招標,并且這次招標是將系統(tǒng)的車載部分、軌旁部分和通信系統(tǒng)部分分成了5個合同包分別進行招標,其中車載2個,軌旁2個,通信系統(tǒng)1個。
2.3.3紐約地鐵(NYCT)的Canarsie線
在Canarsie項目一期中,NYCT要求3個供應(yīng)商在一個信號改造區(qū)段示范其CBTC技術(shù)。經(jīng)過示范,NYCT認為CBTC是最適合改造其信號系統(tǒng)并實現(xiàn)互聯(lián)互通的方案,并選擇了一家供應(yīng)商(Siemens)作為項目“領(lǐng)跑者”和另外兩家供應(yīng)商(Alcatel,Alstom)作為“跟隨者”。在項目二期,CBTC將被安裝并作為NYCT的CBTC技術(shù)的標準。按照安裝合同,“領(lǐng)跑者”必須提供詳細的互聯(lián)互通的接口規(guī)范以便兩個“跟隨者”能按照規(guī)范生產(chǎn)兼容產(chǎn)品并進行示范試驗。
對于互聯(lián)互通的氣隙接口標準,紐紐地鐵采用了由“領(lǐng)跑者”制定的非開放的標準,Alcatel決定購買其通信設(shè)備,而Alstom決定開發(fā)兼容產(chǎn)品。
3在中國城市軌道交通的應(yīng)用
3.1在武漢和廣州的應(yīng)用
2002年5月,武漢輕軌率先一步,決定使用阿爾卡特公司的SeltracS40系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用移動閉塞技術(shù),能夠?qū)嵤┛煽康牧熊囎詣颖O(jiān)控(ATS)并能使4節(jié)編組列車以80km/h的最高速度在高架雙線上安全運行。系統(tǒng)通過指揮中心的主電腦控制列車運行,可實現(xiàn)無人駕駛、定點停車和無人自動折返,但為了安全需要仍配備了司機。系統(tǒng)采用車載信號系統(tǒng),另外仍安裝軌旁信號機以作應(yīng)急用。此外,系統(tǒng)還設(shè)有一套“功能后退模式”,以確保在極罕見的情況下系統(tǒng)發(fā)生了影響正常運營的故障時運營不會中斷。其首期工程將在2004年投入運營。
2003年5月,廣州地鐵3號線也決定采用SeltracS40作為其列車控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可使列車行駛速度高達120km/h,并大大縮短行車間隔,從而大幅度提高運營效率。該線將在2006年投入運營。
3.2在上海的應(yīng)用前景
隨著通信及計算機技術(shù)的不斷發(fā)展,采用無線CBTC作為新的列車控制技術(shù)或替代原有的信號系統(tǒng)已經(jīng)成為國際上大多運營商的共識。
上海目前的5條軌道交通線路采取了4種不同的信息制式,互不兼容。按照市委和市政府“站高一點,看遠一點,想深一步”的精神,考慮到上海市軌道交通即將形成網(wǎng)絡(luò)的前景,對新建線路信號系統(tǒng)的規(guī)范化以及對既有信號系統(tǒng)的升級改造以實現(xiàn)全網(wǎng)的互聯(lián)互通已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急[5]。因此,在選擇ATC系統(tǒng)技術(shù)與制式時,必須充分考慮以下幾點:
第一,有利于實現(xiàn)不同線路間的互聯(lián)互通,應(yīng)采取開放式的國際標準而非某一家供應(yīng)商的標準;
第二,積極吸取國內(nèi)外的經(jīng)驗教訓(xùn),開放市場,鼓勵競爭,減少備件品種,防止壟斷,減少培訓(xùn),降低系統(tǒng)的生命周期成本,實現(xiàn)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展;
第三,對于新建線路,必須充分考慮成本-效益比,以及為將來的系統(tǒng)升級預(yù)留空間;
第四,對既有線路的升級改造,必須考慮既有系統(tǒng)的充分利用和近期實施的可能性,分步實施,逐步升級。
無線CBTC具有卓越的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢,同時由于采取了開放的國際標準,使系統(tǒng)有可能實現(xiàn)互聯(lián)互通,并有利于實現(xiàn)項目設(shè)備國產(chǎn)化,因此無線CBTC在國內(nèi)的應(yīng)用前景是十分廣泛的。
參考文獻
1黃鐘.上海城市軌道交通ATC系統(tǒng)的發(fā)展策略.城市軌道交通研
究,2003(1):6
2AlcatelTSD.Seltrac移動閉塞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能.2003
3PeterLudikar.Takingalogicalapproachoffersinteroperabilitybene2fits.RailwayGazatteInternational.June2002:307
《計算機控制技術(shù)》這門課程在不同高校的課程設(shè)置有很大的不同。有的高校側(cè)重于以計算機為主線，著重討論直接數(shù)字控制系統(tǒng)、以及現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)等計算機控制系統(tǒng)。有的高校側(cè)重于硬件系統(tǒng)的設(shè)計和仿真，而對軟件卻是一帶而過。有的高校針對的是計算機控制技術(shù)的數(shù)學(xué)描述及控制算法。應(yīng)該說各個高校在教材的選取和教學(xué)環(huán)節(jié)的進行中都有自己的獨到之處，但是對于針對本校學(xué)生的實際情況，這些是遠遠不夠的。在經(jīng)歷了若干個環(huán)節(jié)的教學(xué)和實踐中，我對計算機控制技術(shù)這門課程的教學(xué)改革的方法和實踐有自己的一些認識。
2課程教學(xué)改革的方法和實踐
2.1教學(xué)環(huán)節(jié)突出側(cè)重點
針對本校學(xué)生的實際水平，在教學(xué)環(huán)節(jié)中突出側(cè)重點。由于本課程的第一部分主要涉及計算機控制的基礎(chǔ)知識、數(shù)學(xué)模型及控制原理和分析方法。這一部分內(nèi)容在前期的自動控制原理、復(fù)變函數(shù)中都有所講述，那么在本課程的學(xué)習(xí)中主要是針對課程內(nèi)容進行復(fù)習(xí)和總結(jié)，而不作為重點內(nèi)容進行講授。而第二部分中，講述的是計算機控制技術(shù)的算法和應(yīng)用以及系統(tǒng)仿真的算法。該部分是眾多學(xué)科實踐與應(yīng)用的理論支撐，包括了經(jīng)典控制算法如PID控制算法及其改進等，復(fù)雜控制算法如最少拍控制及達林算法等以及數(shù)字濾波等數(shù)據(jù)處理方法，同時包括了系統(tǒng)仿真算法。這一部分作為重點內(nèi)容講授。而第三部分是控制系統(tǒng)的MATLAB仿真和SIMULINK仿真。該部分需要學(xué)生動手實踐來完成，實際應(yīng)用也很廣泛，在講授中同樣以舉例的方式讓學(xué)生能親身體會到軟件方面的使用。
2.2教學(xué)與教材有機結(jié)合
針對《計算機控制技術(shù)》這門課程的特點，現(xiàn)有的高校教材可謂是形形，各有各的特點，那么如何使學(xué)生更好的學(xué)習(xí)課程內(nèi)容而又不依賴于教材呢？或者說如何使學(xué)生更好的理解教材內(nèi)容而更深入的學(xué)習(xí)課程知識呢？這就要求將教學(xué)與教材有機的結(jié)合起來。針對本校學(xué)生特點，不能拘泥于一本教材來學(xué)習(xí)本課程，因此，在教學(xué)過程中，第一部分內(nèi)容也就是前期的計算機控制技術(shù)基礎(chǔ)知識和數(shù)學(xué)模型等內(nèi)容，主要針對學(xué)生現(xiàn)有教材以及自動控制原理等教材進行講解，第二部分內(nèi)容主要是計算機控制技術(shù)的算法和應(yīng)用以及系統(tǒng)仿真的算法。該部分的內(nèi)容想對比較難，計算量大，因此既應(yīng)用現(xiàn)有教材，還參考于海生等編著的《計算機控制技術(shù)》以及湯楠等編著的《計算機控制技術(shù)》等教材，針對算法的部分，結(jié)合不同教材的例題，使學(xué)生更好的理解算法的來源。第三部分即控制系統(tǒng)的MATLAB仿真和SIMULINK仿真，該部分更多的需要學(xué)生自己動手操作，那么在上課的過程中針對例題給學(xué)生通過多媒體演示的方法，引入知識點來提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
2.3有效利用實驗環(huán)節(jié)
《計算機控制技術(shù)》這門課程不但有獨立的理論和方法，而且有相當(dāng)強的實踐性和應(yīng)用性。因此，要學(xué)好這門課程，必須有效的充分的利用實驗環(huán)節(jié)。本門課程安排在第六學(xué)期開設(shè)，該課程的實驗的設(shè)置充分結(jié)合課堂內(nèi)容，考慮以實際應(yīng)用為主，主要安排了數(shù)字濾波器、數(shù)字PID控制算法、最小拍控制、大林控制算法等等。并為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及拓展學(xué)生的知識面，還安排了選做的步進電機控制、溫度控制系統(tǒng)等現(xiàn)實中廣泛應(yīng)用的實驗環(huán)節(jié)。
2.4重視教學(xué)中的考核方式
考核是評價學(xué)生學(xué)習(xí)、了解教師教學(xué)效果的一個重要杠桿。而僅僅通過期末考試的方法來對學(xué)生進行考核的話，有可能使學(xué)生平時不注重學(xué)習(xí)，期末搞突擊，考后知識還給老師。我們把考核分為了4種：
①課堂作業(yè)。每次作業(yè)計10分，按照作業(yè)次數(shù)折合成滿分10分的平時成績。
②課堂表現(xiàn)。針對學(xué)生的課堂狀態(tài)以及回答問題的正確率和積極性，計10分平時成績。
③實驗環(huán)節(jié)。針對各個實驗中學(xué)生的預(yù)習(xí)情況、實驗過程中的參與情況，實驗結(jié)果的準確度來評價，滿分計10分。
④期末考試。期末考試成績折合成70%，再加上以上3項的成績即為學(xué)生的總體考核成績。這樣分配更加合理，也充分調(diào)動了學(xué)生的積極性。
3結(jié)語
不斷升級的系統(tǒng)、不斷革新?lián)Q代的電氣設(shè)備，給電氣工程功能設(shè)置提供了多種可能，但同時，也為現(xiàn)代控制技術(shù)的應(yīng)用提出了更多服務(wù)要求，其中最為突出的幾方面內(nèi)容有：
（一）能高效、準確控制電氣工程現(xiàn)代控制技術(shù)以數(shù)字信息為載體，所以通常利用發(fā)送數(shù)字、代碼、信息的方式指令，來完成控制操作。為確保多個指令能夠第一時間發(fā)送出去、準確傳送到指定功能模塊、正確指導(dǎo)系統(tǒng)工作，系統(tǒng)必須設(shè)置獨立、且具備抗干擾能力的信息交流中心，依靠其交互功能，實現(xiàn)信息的生成、傳播、控制與管理。
（二）能全面監(jiān)控電氣工程運行狀態(tài)大多數(shù)電氣工程的裝置和設(shè)備都是全天候運行的，長時間工作，勢必會導(dǎo)致運行故障的發(fā)生，為此，現(xiàn)代控制技術(shù)還要擔(dān)負起監(jiān)控電氣工程運行狀態(tài)的責(zé)任，24小時監(jiān)督工程內(nèi)各系統(tǒng)設(shè)備的運行狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)故障，應(yīng)立即報警信息，同時，指明故障位置、故障源、故障影響，以及相關(guān)故障資料。工作人員接收到信息后，可第一時間做出反映，修復(fù)系統(tǒng)、設(shè)備，使電氣工程盡快恢復(fù)運行。
（三）具有較高的安全性對于電氣工程而言，“安全”是生產(chǎn)不可忽視的重要原則之一，因此，為避免內(nèi)、外部環(huán)境因素給電氣工程造成運行障礙和影響，現(xiàn)代控制技術(shù)不但要具備監(jiān)控能力，還要擁有較強的自清自查能力，可獨立清除、控制安全隱患。同時，現(xiàn)代控制技術(shù)還應(yīng)針對電氣工程眾多管理項目，設(shè)置單元模塊（如：運行監(jiān)控模塊、電氣工程設(shè)施養(yǎng)護模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、工作人員維護操作模塊、電子工程管理模塊等），通過層層過濾的方式，提高技術(shù)應(yīng)用的安全性。只有這樣，現(xiàn)代控制技術(shù)才能為電氣工程提供安全、可靠的運行環(huán)境。
二、現(xiàn)代控制技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用
（一）幫助電氣工程創(chuàng)建完整的控制系統(tǒng)眾所周知，電氣工程由多個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，要想讓這些單元結(jié)構(gòu)能夠獨立、連續(xù)的完成工作，現(xiàn)代控制技術(shù)應(yīng)承擔(dān)選擇功能、設(shè)置功能、計劃功能、解釋功能等多種責(zé)任。首先，在各功能模塊上設(shè)置監(jiān)控器，監(jiān)測它們的操作行為、運行狀態(tài)，并以數(shù)據(jù)的形式記錄，轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)庫中，如此，控制技術(shù)既可以依靠“復(fù)制數(shù)據(jù)”找出控制方式，又能隨時檢索系統(tǒng)運行信息，查找故障問題；其次，創(chuàng)建中樞系統(tǒng)、裝置、設(shè)備的聯(lián)動控制機制，以“作業(yè)任務(wù)”的形式分配任務(wù)，以便于系統(tǒng)可以同步、集中處理重要“運行信息”，不耽誤電氣工程正常工作；最后，因為電氣工程系統(tǒng)、裝置、設(shè)備的運行功能復(fù)雜、多樣，所以要想正確下達指令，明確指令內(nèi)容要求相對困難，利用現(xiàn)代控制技術(shù)，可將許多復(fù)雜的指令編撰成“編碼”，由翻譯器統(tǒng)一處理，如此一來，不僅方便了操作，電氣工程控制管理效率、水平也會大大提升。
（二）科學(xué)選擇控制系統(tǒng)設(shè)備計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，給電氣工程控制管理提供了多個便利條件、多種選擇可能，所以，作為控制管理的中樞，現(xiàn)代控制技術(shù)必須慎重選擇控制系統(tǒng)設(shè)備，使其與電氣工程形成配合，達到最佳管理效果。一方面，控制系統(tǒng)設(shè)備要具備信息分類、收集、檢索、處理功能，將復(fù)雜、且數(shù)目龐大的電氣工程數(shù)據(jù)集中整合到數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)管理、控制需要，高效檢索、準確處理、順利傳遞出去；另一方面，控制系統(tǒng)設(shè)備還應(yīng)具備信息翻譯、解釋、轉(zhuǎn)換能力，因為電氣工程中的裝置、設(shè)備不可能使用統(tǒng)一的編碼、指令形式，所以如果兩個運行系統(tǒng)、裝置的指令信息代碼不同，控制設(shè)備應(yīng)能夠兼容分辨，做出正確的處理和判斷，完成智能化、自動化控制。
（三）加強電氣工程內(nèi)、外部環(huán)境管理電氣工程內(nèi)、外部工作環(huán)境的監(jiān)測工作是其安全生產(chǎn)工作的重中之重，所以，現(xiàn)代控制技術(shù)管理工作的重要內(nèi)容便是環(huán)境監(jiān)測、管理，主要內(nèi)容包括：監(jiān)控電氣工程電流、溫度、濕度、電壓、電功率等基礎(chǔ)運行指標數(shù)據(jù)，如發(fā)現(xiàn)階段時間內(nèi)這些指標數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大波動變化，會立即發(fā)出報警信號；管理、控制電氣工程內(nèi)其他非主要工作設(shè)備的運行狀態(tài)，比如啟動空調(diào)、除濕設(shè)備、穩(wěn)壓設(shè)備、變壓設(shè)備、變頻設(shè)備等。
三、現(xiàn)代控制技術(shù)應(yīng)用發(fā)展趨勢
未來幾年，電氣工程將走上“自動化”發(fā)展道路，并逐步引入“智能化控制”系統(tǒng)，實現(xiàn)電力、電能的高效化、安全化生產(chǎn)。由此可見，現(xiàn)代控制技術(shù)會向“智能化控制技術(shù)”、“模糊控制技術(shù)”、“非線性技術(shù)”領(lǐng)域發(fā)展。因為，智能設(shè)備是實現(xiàn)自動生產(chǎn)的必要保證和唯一手段，所以無論是電氣工程的生產(chǎn)管理過程，還是信息傳遞過程，能夠獨立、自主、準確完成控制行為的智能設(shè)備必然會走上電氣工程發(fā)展的歷史舞臺，成為技術(shù)發(fā)展的主力軍。此外，針對電氣工程無法在模糊條件下落實控制手段這一問題，模糊控制技術(shù)也為其提供了很好的解決方法，通過采用計算機控制技術(shù)形成控制與反饋的具有閉環(huán)結(jié)構(gòu)特點的現(xiàn)代數(shù)字控制系統(tǒng)，其應(yīng)用價值更高。非線性控制技術(shù)的研發(fā)，主要依賴于線性控制理論發(fā)展，為向電氣工程提供穩(wěn)定、簡約的控制系統(tǒng)，非線性控制技術(shù)將電氣工程中的非線性系統(tǒng)的某一鄰域做反饋線性化的處理，同時利用微分幾何理論等現(xiàn)代控制理論進行反饋，如此，顯性化數(shù)據(jù)便可正確、完整的呈現(xiàn)給控制管理者，幫助其做出科學(xué)、合理的控制決策。
關(guān)鍵詞：自動變頻；節(jié)能節(jié)水；灌溉系統(tǒng)；研究
目前全球淡水資源日趨緊張，在我國有很多地方農(nóng)田和生活用水緊張的情況相當(dāng)嚴重，有的已出現(xiàn)斷水現(xiàn)象，因此節(jié)水問題已成為全社會共同關(guān)注的嚴重問題。
早在1997年，在桐鄉(xiāng)市政府支持下，經(jīng)市水利勘測設(shè)計所設(shè)計并在河山含村示范區(qū)等地建成低壓地下管道灌溉試點工程，由于田間用水量變化大，為了解決水量流量的實時調(diào)控，泵站的出水池新建了高大的蓄水池，蓄水池內(nèi)安裝了液位控制器，串接于電機控制柜的控制回路中，初步解決了用水量、出水量的實時調(diào)控。“液位自動控制節(jié)水灌溉系統(tǒng)”于1998年獲浙江省水利廳科技進步三等獎，2004年獲浙江省水利廳優(yōu)秀工程設(shè)計獎。2005年秋，桐鄉(xiāng)市水利局在石門鎮(zhèn)民豐村明渠灌溉的廟橋浜泵站試用手動變頻調(diào)速控制水泵運行，取得較好地效果，受到當(dāng)?shù)厝罕姷母叨荣澴u。
一、“自控變頻節(jié)能節(jié)水灌溉系統(tǒng)”的總體設(shè)計
一是引入變頻調(diào)速技術(shù)、壓力傳感技術(shù)、可編程控制技術(shù)于農(nóng)田灌溉。由變頻器、壓力變送器、壓力顯示器、可編程控制器、可編程時控器、相序保護器和空氣開關(guān)、斷路器、交流接觸器、時間繼電器、熱繼電器、按鈕、指示燈、儀表等電器集成(均為國產(chǎn))的智能型自動控制柜“自控變頻節(jié)能控制柜”，作為“自控變頻節(jié)能節(jié)水灌溉系統(tǒng)”的指揮中心，能根據(jù)田間用水量的變化，自動變頻調(diào)速調(diào)節(jié)水泵出水量，自動進行工頻變頻切換和單泵雙泵切換，自動按設(shè)定時間開機停機。在泵站建設(shè)中，針對平原水網(wǎng)地區(qū)泵站規(guī)模較小的特點，采用了涵洞式引水道、豎井式水泵室，使引水道和水泵井四周的土壓力相互平衡，比傳統(tǒng)的開敞式引水道有限地節(jié)省了工程量，減少了土方開挖和回填土，方便了施工。
二是將“液位自動控制節(jié)水灌溉”中的高蓄水池，改為較小的地下壓力水池，建在泵房地面之下。既節(jié)省了工程量，又減少了耕地占用。水池壁上預(yù)埋安裝壓力變送器和水位觀察管的鍍鋅鋼管，水池邊上設(shè)置調(diào)壓溢流管。選用專門為本地區(qū)低壓管道灌溉研制且不需要加引水、適于自動開機的HDB系列導(dǎo)葉式混流泵。用UPVC雙壁波紋管作為地下管道，用鋼筋混凝土預(yù)制接頭，施工方便，漏水少，管壁糙率小。干管和部份支管的進口處安裝蝶閥控制，部份渠尾設(shè)置調(diào)壓管。用專利產(chǎn)品、工程塑料制造的FN-150(100)農(nóng)田灌溉節(jié)水閥作為田間放水閥，使用壽命長，不需維修，可做到滴水不漏。一只放水閥控制面積約5畝左右。
二、關(guān)鍵設(shè)備“自控變頻節(jié)能控制柜”的原理和工作過程
田間用水量的信息，通過管網(wǎng)壓力的變化，傳遞到壓力水池中，壓力水池中安裝的壓力變送器，把壓力信號變成電模擬量，輸入變頻器控制回路，變頻器根據(jù)輸入的模擬量，自動將連接水泵電機的主回路的交流電頻率變化，使管網(wǎng)壓力不斷向設(shè)定的“控制壓力”接近，達到恒壓供水。從而使水泵根據(jù)田間用水量自動調(diào)節(jié)供水量，達到節(jié)水節(jié)能目的。一個泵站安裝兩臺水泵，為了節(jié)省投資，采用一臺變頻器控制兩臺電機，由于田間用水量的變化涉及到單泵供水或雙泵供水，需單泵雙泵切換和工頻變頻切換，用可編程控制器設(shè)定條件進行控制，還要設(shè)置“最高壓力”、“最低壓力”等參數(shù)。
控制柜的電路，有變頻器-電機主回路和控制回路兩大部份，控制回路有壓力變送顯示電路、可編程控制器外接電路、可編程時控器外接電路、變頻器外接電路、交流接觸器互鎖電路、手動控制電路、電機工況顯示電路、直流電源外接電路等，另外還設(shè)置了相序保護器、熱繼電器等。
控制柜的工作過程，以一臺變頻器控制兩臺電機的控制柜為例。首先合上電源空氣開關(guān)，接通電源，按照“自控變頻節(jié)能控制柜使用維護簡要說明”在變頻器控制面板上設(shè)置好“控制壓力”，在壓力顯示器上設(shè)置好“最低壓力”、“最高壓力”，在可編程時控器上設(shè)置好開機停機時間(或在時間繼電器上設(shè)置好停機時間)，把“功能轉(zhuǎn)換旋鈕”旋到“自動”，然后即可正常工作。其工作過程為：
當(dāng)?shù)竭_時控器設(shè)定的開機時間，如果壓力變送器檢測到的壓力低于“最低壓力”，1號機組(兩臺機組中功率較大的一臺)首先變頻軟起動，可見壓力顯示器中數(shù)值逐漸上升，水位觀察管中水柱同步上升，如此時田間用水量不多，一臺水泵水量已夠，則壓力上升到“控制壓力”以上，變頻器即自動降頻，壓力降低到“控制壓力”以下，變頻器即自動升頻，使水泵保持恒壓供水，田間用水量的變化反映在水泵轉(zhuǎn)速的變化上。
如果田間用水量逐漸增加，1號機組的出水量不夠了，此時盡管電機以最大頻率即50Hz運行，但壓力顯示器中數(shù)值還是逐漸下降，待下降到設(shè)定的加泵壓力即“最低壓力時”，控制柜等待五分鐘，如果不是特殊的波動造成，五分鐘的壓力都低于最低壓力，此時才將1號機組自動轉(zhuǎn)為工頻運行，將2號機組自動變頻軟起動，可見壓力顯示器中數(shù)值逐漸上升，如此時兩臺水泵供水量已夠田間用水，則壓力上升到“控制壓力”后，即保持恒壓供水，田間用水量的變化反映在2號機組轉(zhuǎn)速的變化上。如果田間用水量繼續(xù)上升，兩臺水泵的供水量也不夠了，盡管兩臺水泵都以最高頻率50Hz運行，供水壓力還是逐步下降，此時，應(yīng)關(guān)閉或調(diào)小部份節(jié)水閥，用水量減少到二兩臺水泵供水量以下，供水壓力就會恢復(fù)到設(shè)定的“控制壓力”。
如果田間用水量逐步減少，管道和壓力水池中的壓力會稍微上升，正在變頻運行的2號機組轉(zhuǎn)速隨即降低，水泵出水減少，以保持恒壓供水。如果田間用水量進一步減少，小于1號機組的出水量，但仍大于2號機組出水量，當(dāng)供水壓力超過設(shè)定的“最高壓力”，這時首先將正在工頻運行的1號機組自動停機，然后自動將正在變頻運行的2號機組轉(zhuǎn)成工頻運行，再自動變頻軟起動1號機組。如果田間用水量進一步減少，小于2號機組的出水量，這時即使1號機組頻率和轉(zhuǎn)速降到最低，水池壓力還是超過“最高壓力”，則正在工頻運行的2號機組自動停機。如果田間用水量再進一步減少到接近于零，則1號機組以最低頻率(設(shè)置為15HZ)運行，使管道壓力保持一定數(shù)值，以備田間可以隨時用水。
可編程時控器到達設(shè)定停機時間，正在變頻運行的1號機組變頻軟停機。也可以將“功能轉(zhuǎn)換旋鈕”從“自動”轉(zhuǎn)向“停止”。如果按下“緊急停車按鈕”，任何情況之下，兩臺機組都會立即停機。
三、該系統(tǒng)的改進意見
任何技術(shù)都是在不斷改進的，“自控變頻節(jié)能節(jié)水灌溉系統(tǒng)”也是在綜合許多先進技術(shù)的基礎(chǔ)上改進的，今后也將隨著技術(shù)的發(fā)和進步不斷改進。經(jīng)過一個灌溉季節(jié)的實踐，筆者認為應(yīng)對系統(tǒng)做如下改進：
一是對于只有一臺水泵的泵站，可以利用變頻器內(nèi)置簡易PLC編程控制，可降低控制柜造價。
二是對于只有一臺水泵的泵站，可以取消壓力水池，以進一步降低泵站造價，逆止閥、調(diào)壓管仍舊保留。對于兩臺或兩臺以上水泵的泵站，壓力水池還是需要的。
三是針對現(xiàn)有泵站管理人員文化程度偏低的現(xiàn)象，建議今后選配泵站管理人員時，最好文化程度能在初中以上，便于熟練掌握控制柜各種功能的應(yīng)用，最大限度地發(fā)揮先進設(shè)備的功能。
