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摘要

电力系统安全稳定控制是保障系统可靠运行的重要手段，一直受到广泛重视。现代电力系统规模迅速发展的同时也带来了更多更复杂的安全隐患和稳定问题。研究和应用计算机、通信、电子以及现代控制理论等最新技术和方法，开发和生产各种稳定控制系统及安全自动装置，是电力系统安全运行的迫切要求。

本文立足于系统的稳定控制问题，结合新一代智能型低频低压减载装置的科研项目，研究了相关领域并提出了新的思想，为更深入的研究奠定了基础。

本文首先综述了电力系统安全稳定控制的研究现状，从控制理论及控制措施(装置)两方面概述了国内外的主要研究成果。最后简要介绍了安全稳定控制技术的发展趋势。

电力系统暂态能量函数直接法经过多年的研究，近来已取得重大进展，成为时域分析的重要辅助方法。本文第二章对暂态能量函数的基本理论和方法作了介绍，重点探讨了EEAC法及其在稳定切机控制中的应用。进一步的实用化还需要大量的工作。

多机系统频率动态过程是低频减载方案设计的重要依据，本文在原有线性化扰动模型基础之上，增加了发电机和负荷频率调节效应的影响，并进行了系统仿真研究。同时根据多机模型特点及仿真结果提出了一种基于多机系统的低频减载设计和整定新方案，与传统方案相比，该方案提高了低频减载性能及系统运行方式的适应性。

作为方案的一种实现，本文作者作为主要研制者之一研制开发了新一代微机智能型低频低压减载装置。第四章详细介绍了装置改进的软件测频算法，按功率定值减载的实现方法，软、硬件结构等关键技术措施。最后给出了装置的动模实验结果。

关键词：安全稳定控制低频低压减载暂态能量函数切机控制

一施肥装置监测

报警系统化肥是农业高产和增产的主要投入要素，化肥成本在农业总成本中占了较大的比重。传统的施肥方式是在同一块地中施加同量肥料;但同一地块内，土壤养分含量及土质结构存在着较大差异，若采用传统的平均施肥法，会造成施肥不足或肥量过渡，导致成本提高和环境污染等问题。本文所设计的机型采用变量施肥法及报警系统来实施智能监控施肥，不但效率高，而且可以降低施肥成本。

1控制系统原理

首先将已标定施肥机参数写入控制程序中，作业时操作者有两种模式可选:①自动模式。DGPS信号通过RS232串口读入单片机，提取出中耕机前进速度v和位置坐标数据，网格识别程序可计算出当前机具所在的地块位置;然后查询与该地块对应的决策施肥量Q，并在屏幕上显示当前位置和施肥量。②手动模式。在驾驶室中的触摸屏上手动输入各个网格的施肥量，通过读取地轮触碰开关对应传感器的脉冲信号，可得到机具前进速度v，将地轮的步进电机转动转为由变频脉冲驱动，控制排肥轴转速，从而实现变量施肥。

2无线视频施肥监控

在肥料箱的底端装配超声波肥量监控器，施肥装置的卸肥管口处安装一个无线摄像头，驾驶室配有超声波报警蜂鸣器，当肥料箱肥量过少、肥料装储平面低于超声波收发平面时，通过蜂鸣器报警给驾驶室工作人员进行补充肥料。无线摄像头可将下肥、培土等作业效果以视频的方式呈现在驾驶室显示屏上，便于操作人员对作业效果的进一步监控。考虑到经济成本及操作人员的操作能力，针对南方甘蔗生产具体情况，设计手动和自动控制两种方案，以便蔗农根据情况选用。手动控制方式操作比较简单，在无GPS设备的情况下，可以根据甘蔗地和蔗农的种植经验进行手动变量控制自行决策施肥。此外，在自动模式无法发挥效用(如作业环境恶劣或无法接受到DGPS信号、电子系统故障)等情况下，可以通过手动控制方式完成作业。

3施肥控制系统的设计及实现

施肥参数由施肥控制决策系统软件生成，是实现变量施肥的必要参数。其中，理论施肥量与编程施肥网格是一一对应的。甘蔗施肥过程中，控制系统接收DGPS信号，对应单片机中存储的地块和施肥参数，进行不同蔗地网格的识别，并查询对应的决策施肥量。同时，以单路脉冲的形式输出速度v和施肥量Q，从而实时控制排肥轴转动:当施肥装置的施肥量小于设置的阈值时，重量传感器将信号肥量通过蜂鸣器报警系统传递给工作人员，以方便人工或自动添加肥料。

一、巡航控制系统的发展

1.1发展背景概括随着中国高速公路建设以及汽车工业在我国的不断发展，汽车行业已经由传统的机械装置演变成一个具有复杂技术的系统。与此同时，我国电子技术也在快速发展着。随着科技的革新，我国在步入21世纪以后，智能化为核心的汽车巡航系统目前已经作为高级轿车的主要附加功能设备。

1.2汽车巡航系统技术的概述汽车巡航控制系统，就是我们所说的驾驶员不用对控制加速踏板而使汽车保持稳定行驶的系统，也是全方位检测数据的系统。随着汽车电子技术的发展，目前巡航系统中的主要技术则是通信能力。而在汽车复杂的电控系统中，通常各种信息是可以共享的，其中CAN总线作为实现数据共享和协同工作的工具，主要以灵活性和稳定性以及实时性所被大家广泛应用。

1.3巡航控制系统的主要发展趋势汽车巡航控制系统随着电子技术的发展而不断进行完善，就需要我们的技术也不断进行改变，这样才能更加准确掌握系统检测。总而言之，汽车巡航控制系统的改革我们可以从以下六个方面进行简析：

（1）新型控制理论的应用每辆车行驶状况在很大程度上受发动机的因素影响的。驾驶员只需要更加稳定地控制车速即可。因此，我们要根据原有的传统控制理论对新的控制理论进行改革，便于其更好地应用到汽车行驶上。

（2）联动控制、复合控制我国目前的巡航控制装置大多数是独立式的，为了更好地提高精度和敏感度，就需要利用计算机进行发动机和变速器的控制，以此形成一体化的复合控制模式。

（3）小型化、智能化现在的计算机大多数都是向着智能型模式发展着。

（4）追踪行驶控制现在很多汽车的巡航系统都能够保证汽车稳定行驶，这就需要我们利用加速、减速等开关进行控制，当车辆不便于减速或加速的时候，就会造成驾驶员很大的困扰。因此，为了解决这一问题，就需要利用雷达测定，更加精确距离，目前很多国家的研究者都在对自适应巡航控制系统进行研究。

1系统结构设计及总体方案

拖拉机动力输出轴连接药液泵，开始喷雾前打开与药箱连接的吸水阀门，关闭快速管接头阀门;控制系统经过上电初始化设定好电动调节阀的初始开度，通过触摸屏设定工作模式和亩喷量，并打开与喷头连接的电动阀;拖拉机动力输出轴运转后，药液从药箱通过吸水阀门、过滤器进入药液泵，控制系统通过速度传感器实时采集作业速度，结合设定的亩喷量和采集的喷药压力，计算出理论的流量值，与采集到的实际流量值进行比较;经过PID算法调节电动调节阀的开度，使得实际流量值尽可能与理论流量值一致，从而实现变量喷雾。药箱上安装的超声波液位传感器检测药箱液位高度，通过触摸屏显示实际液位，当液位低于设定的安全值时，触摸屏显示“液位过低”，进行报警。当行驶到地头转弯作业时，控制器根据转向控制传感器的信号，关闭转弯半径内侧的阀门，防止重复喷药。作业过程中，可以点击触摸屏的摄像头按钮切换到摄像头界面来观察喷雾效果。

2硬件电路设计

控制系统硬件结构，包括DSP核心算法单元、电源电路、RS485、RS232、A/D转换电路、开关量输入电路、继电器输出电路，以及传感器、电动阀、电动调节阀电路、触摸屏显示电路。

2．1核心芯片系统设计采用TI公司的TMS320F28335DSP作为核心控制芯片。该芯片内置了浮点运算内核，能够执行复杂的浮点运算，可以节省代码执行时间和存储空间，具有精度高、成本低、功耗小、外设集成度高和数据及程序存储量大等优点。

2．2电源电路TMS320F28335工作时所要求的电压分为两部分:3．3V的Flash电压和1．8V的内核电压。TMS320F28335对电源很敏感，所以选择TI公司的双路低压差电源调整器TPS767D301。TPS767D301带有可单独供电的双路输出:一路固定为3．3V，另一路输出可调。设计中选取R49为20k，R50为12k，而且TPS767D301芯片自身能够产生复位信号，不需要为DSP设置专门的复位芯片。要保证系统可靠的工作还需要有电源管理芯片，选用TI公司的TPS3305－33D来监控系统的3．3V和5V电压。当系统电压降到允许范围以下时，产生复位信号使系统复位，保护系统免受低电压影响。TPS3305－33D同时还具有看门狗功能，看门狗输入信号WDI接DSP的XCLKOUT引脚。

2．3A/D转换电路控制系统需要采集作业过程中的药液温度、压力、流量、液位高度等模拟量，其中的流量、压力转换为数字量后要进行PID运算。为了保证采集到的模拟量的准确性，选用AD公司的AD7606－4芯片完成A/D转换。它是16位、4通道同步采样模数数据采集系统，内置模拟输入箝位保护，采用单电源工作方式，具有片内滤波和高输入阻抗，无需驱动运算放大器和外部双极性电源，电路设计比较简单、方便。

2．4开关量输入电路开关量输入电路。速度传感器输出的脉冲信号经过一阶RC滤波后，进入光电耦合器，经过74HC14取反后输出幅值为5V的脉冲信号。由于TMS320F28335的I/O电压为3．3V，所以输出的脉冲信号经过74LVC4245进行电平转换，转换为3．3V脉冲信号送入DSP的CAP引脚。转向控制传感器输出高低电平信号，经过开关量输入电路转换为3．3V信号后送入DSP的普通I/O口，通过判断I/O口的高低状态来判断转向。

1玉米精播机单体结构及控制原理

1．1样机单体结构

单体样机主要由开沟器、种箱、排种器、步进电机、覆土器、仿形机构和地轮、模拟轮(用来模拟拖拉机前轮，测量机具前进速度)，以及机架和手柄(用来代替拖拉机头，提供前进的动力)等组成。试验时，将磁钢均匀地贴在模拟轮上，开关型霍尔传感器安装在正对磁钢的位置，用以测量播种机的前进速度。另外，为了获得相对准确的机组前进速度，应将尽可能多的磁钢贴在拖拉机前轮上。

1．2控制原理及系统组成控制系统的作业原理

利用霍尔传感器采集拖拉机的行进速度，获得的速度信号经传感器内部电路处理后输送给单片机;单片机根据输入的株距计算处理后得到应输送给步进电机驱动器的脉冲数，从而使步进电机转速与拖拉机前进速度保持一致，以达到均匀排种的目的。该控制系统主要由单片机模块、无线传输模块、人机交流模块及驱动模块等组成。由于单片机具有体积小、质量轻、价格便宜、功耗低、控制功能强及安装方便等优点，故本方案采用了深圳宏晶推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的STC89C52RC单片机，其片内带8kB的ROM和512Byte的RAM，与传统的8051单片机完全兼容。考虑到拖拉机驾驶室和排种装置之间存在一定距离，采用有线传输会使控制线路变得较为复杂。为简化线路和增强系统的抗干扰性，本设计决定采用两个单片机控制单元，一个装在拖拉机驾驶室里边，另一个安装在排种器附近，两个控制模块之间采用NRF24L01+芯片进行信息的传输。主机模块主要完成机组前进速度的采集及人机交流等功能，从机模块主要实现对排种器转速的调节。考虑到播种机作业过程可能需要因维修保养、故障排除等原因而临时停车、地头提升转弯及运输状态等实际情况(在这些条件下显然排种器不能继续转动，否则会导致种子的无效排种，浪费种子)，在单片机控制步进电机时，必须考虑镇压轮是否着地。为了解决此问题，该控制系统在镇压轮的底部安装了一个行程开关接在控制系统电路中，只有当排种装置落下时，开关闭合，控制系统才开始工作。

2系统控制硬件设计

该控制系统主要由机组作业速度检测模块、人机对话模块、电机驱动电路模块及无线传输模块等组成。

2．1机组作业速度检测模块

一工艺流程该系统

每条生产线由立式上料机、高速除磷机、多道被动轧机、主动轧机、辊缝调整、在线质量检测、中频退火、废钢剪切装置、夹送装置、吐丝机、输送辊道、集卷站组成。三条生产线配合地辊运输机、上料机液压站、轧机稀油站、集卷站液压站、卸卷站液压站以及打包机组成系统。热轧光圆盘条通过立式上料机进入高速除磷机去除表面氧化皮，然后进入被动轧机，由主动轧机带动将钢筋压扁，主动轧机将钢筋轧出花纹，通过辊缝调整调节压轧量。轧出花纹的钢筋进中频退火装置对钢筋加热退火，通过废钢剪切装置将不合格的废钢碎断处理，成品钢筋经夹送装置送入吐丝机。吐出的盘圆钢筋经输送辊道冷却后送入集卷站收集，成卷后的钢筋经地辊运输机送至打包机打包，最后经卸卷站送出系统运至仓库。

二控制系统

1系统组网考虑到生产系统的稳定性

以及中频退火干扰等因素，我们选择了市场上技术比较成熟应用较广的西门子系统。生产线CPU采用S7-317-2PN，地辊运输机和各个液压站采用S7-315-2PN，稀油站采用S7-312C+以太网模块，这样所有的设备均能通过以太网连接至中控室交换机，通过中控室工程师站调试设备更改程序，通过操作员站远程操作设备，查询各个设备的工作状态、故障内容等信息。在线测径仪采用天津兆瑞公司的最新产品，通过以太网通信，能够实时显示钢筋的基圆尺寸、纵肋高度等信息，为在线质量检测提供了可靠保证，也为在线质量自动调整提供了前提。所有设备通过工业以太网连接至主操作室交换机，实现实时监控与数据交换。

2生产线主站与远程

IO组态生产线CPU采用S7-317-2PN，按照距离远近将设备分成7个从站，采用ET200S和ET200M的远程IO，所有站通过工业以太网与主站CPU连接，7个从站分别是上料机站、轧机站、飞剪吐丝辊道站、集卷站、中频1站、中频2站和中频3站。在需要操作和监控的地方设置了触摸屏，采用西门子的MP277触摸屏，通过以太网与主站PLC通信。

3主站PLC与变频器

企业是在一定的经济环境中从事经营活动的。当环境变化时，则要求企业对其运行系统进行调整并对其控制系统进行重构。在现代企业制度下，怎样打破传统的思维方式，进行企业流程和成本控制的重构呢？

一、BPR的基本思想与现代企业生产要素重构

（一）BPR的基本思想

BPR即Businessprocessreengineering，业务过程重构之意。源于1993年迈克尔。海默在《企业流程重构—管理革命的宣言》一书。是生产运作系统设计的新思想和新方法。BPR的基本思想是过程导向，即打破传统的思维方式，不再将精力集中在狭义的任务上。突破企业中部门间的界限，将分散的在各功能部门的任务整合成过程流。过程是一组有界的相互之间紧密联系和活动集合，每个活动都有明确的输入和输出。每种输入和输出都是通过特定的转换机构实现的。怎样运用BPR的基本思想，重构现代企业的生产要素呢？

（二）现代企业的生产要素重构

传统的生产要素仅指原材料、机器设备、土地、劳动力等要素，与传统的生产经营环境相适应。而在今天的知识经济条件下的信息时代，在企业生产要素中，科学技术的含量和信息要素显得愈来愈重要。

企业是个生产经营体系。企业为了从事生产或劳务，实现企业的经营目标，就必须具备实现目标的特殊功能，即必须拥有生产某种产品、提供某种劳务需要的人力、物力、财力，以及反映这种要素相互结合运动的各种信息。因此，企业系统主要是由人、财、物、信息、目标等五个要素所组成。（见图1）

（三）现代企业系统是生产要素输入和输出的特定转换机构

摘要从企业实践出发，提出企业在建设自身的物流系统时应综合考虑整个系统的成本，循序渐进寻找适合本企业特点的物流系统。

关键词物流系统成本控制第三方物流

我国全社会物流总成本占GDP的比重，自1998年降到21.4%以来，连续7年在此百分比徘徊，到2004年仍在21.3%的水平。而国外物流发达国家的水平是8%~10%左右。截至目前，我国的物流业仍然处于初级阶段，停留在粗放式经营的层面，质量和效益还不很理想。与此相对，现代物流理念引入我国已有20余年的历史，但物流真正为中国企业所重视，被提升到企业战略管理的高度，第三方物流形成实际意义上的产业，则是在进入21世纪才刚刚开始而已。

当前，国内企业在物流成本的控制上，还处于一种探索阶段，感性的成份居多。提出物流支出费用重要性的“黑大陆”学说，指明人们对物流费用了解十分片面的“物流冰山”理论；阐明物流成本控制是企业利润着眼点的“第三利润源泉”假设；简便易行的物流成本计算法——“物流ABC”计算法等国外科研成果令中国企业眼花缭乱。值得我国企业警醒的是，这些理论学说均是建立在国际化大型企业的调研基础之上。而我国的物流业基本是由50亿美元规模以下的中小型企业组成。国际上已有的先进物流理念如何在我国特有的经济情境中合理应用，成为了一个急待解决的重大的课题。

1物流系统成本

物流系统涵盖了运输、仓储、包装、装卸搬运、配送、流通加工、物流信息等各个环节。站在企业的角度，需要降低的并不是系统中某一个环节的成本，而是从全局出发，控制最终系统成本。要达到这一目的，需对物流整体系统进行调整、改进和优化，以尽可能低的物流成本提供尽可能高的物流服务质量。物流各子系统在自身得到合理优化的基础上相互衔接、相互适应，形成最佳的结构及运行机制，既能充分发挥各子系统的效能，又能使系统的整体效率得以充分体现。最终，确保物流系统有能力根据商品的种类、数量、交货要求、运输条件等，使商品尽可能由产地通过最少的环节，以最经济的路线，按时保质地送到用户手中，以达到降低物流费用、提高经济效益的目的。

提到物流系统，沃尔玛（Wal-Mart）集团是不可不提及的企业。沃尔玛经过44年的经营，在美国已拥有3000多家连锁店，在海外拥有1000家连锁店，员工多达88.5万人，是全球最大的零售企业。它所实行的成本领先战略涵盖了商品购存销流转过程所有环节上的成本和费用控制。该公司现已建立62个配送中心，为全球4000多家连锁店提供配送服务，整个公司销售8万种商品，85%由这些配送中心供应。沃尔玛公司在美国国内共有近3万多个大型集装箱挂车，5500多辆大型货运卡车。每年的运输总量达到77.5亿箱，总行程6.5亿km。配送中心完全实现了自动化，每种商品都标有条码，由十几公里长的传送带传送商品，用激光扫描器和电脑追踪每件商品的储存位置及运送情况。为合理调度如此规模的商品采购、库存、物流和销售管理，沃尔玛公司建立了专门的电脑管理系统、卫星定位系统和电视调度系统，甚至拥有自己的卫星。沃尔玛的物流系统是一个整体系统，一方面能够及时保证货架充足，一方面也会尽力使库存量降到最低。

2整合物流系统的思路

1系统的主要组成与功能

系统由上位机（PC机）和下位机（单片机）两部分组成，硬件结构如图1所示。

上位机（PC机）软件采用可视化编程语言VB6.0开发，使用Mscomm控件完成PC机与单片机的数据通信，传送控制信息、状态信息和焊接参数；并利用VB6.0具有的对各种数据库的操作能力实现焊接的人性化。下位机（单片机）通过串行接口接收PC机发送的命令，启动工作程序，控制6个步进电机（其中x轴两个、y轴1个、z轴两个，旋转θ轴1个），通过丝杠将电机的角位移转换为线位移，带动焊接电极按设计的轨迹运行，并实时向PC机传送当前的运行状态。系统的主要功能有：

①上位机实时监视下位机的工作状态，控制下位机的工作过程；设置下位机的工作参数，接收和发送数据信息、控制信息和状态信息；记录历史芯片的焊接参数。系统在重新上电时，将最新的焊接参数作为本次焊接参数的默认值；进行数据处理并显示数据和工作状态，指导操作过程；

②下位机控制6个步进电机的转动，最终控制焊接电极的移动；控制焊接功率的大小并实现间歇控制；实现焊接电极的微调。

③系统的各焊接轴方向精度不得低于0.1mm。

图1系统硬件结构框图

2系统资源利用及通信机理

1项目建议书阶段的系统控制理论

环境工程设计的项目建议书阶段包含若干个子结构，是一个复杂的系统。如果缺乏系统思维，孤立、片面地理解系统控制理论，将定量分析和定性分析、动态特性和稳态特性等相关内容割裂开来，不能相互联系、相互融合以形成合理认知体系，则不能够全面、联系、突出重点地分析和解决问题。而利用思维树模型可培养系统思维能力，［6］强化系统控制理论在项目建议书阶段的应用，将一项工程所涉及的各个领域和角度清晰的表示出来(以城市污水处理厂为例，如下图1所示)。

2可行性研究阶段的系统控制理论

可行性研究是在项目建议书被批准后，对项目在技术上和经济上是否可行所进行的科学分析和论证。这一阶段包括工程概述、工程方案、工程投资估算及资金筹措、工程近远期结合问题、工程效益分析、工程进度安排、存在问题及建议以及附图附件等内容。在这一系统中，用最优化分析解决问题，即在本系统的运筹中，控制策略要使工程净效益最大，而费用尽可能地小(可视为负效益)。为了尽可能地减少这种负效益，必须在一定的工程规律和条件的约束下，按照最优化原则，结合工程分析考虑工程方案必选优化，对整个工程系统进行科学的管理，不求负效益最小，而只要求负效益尽可能减少。这是由于在环境工程设计中，最优解并不一定是最理想的。［7］

3工程设计阶段的系统控制理论

在此阶段，环境工程设计可分为方案设计、初步设计、施工图设计三个阶段，每个阶段都是一个复杂系统，可将系统控制的重点分别集中在组织系统的输入、转换过程和输出3个阶段，由此形成3种不同的控制类型:前馈控制、同步控制和反馈控制。［8］

3．1前馈控制

前馈控制也称预先控制，是指在整个过程中预先集中于系统输入端的控制，其目的是通过事前考虑各种可能的功能障碍来预测并预防偏差的出现。其在环境工程设计的方案设计阶段起着重要作用，主要体现在以下几方面: