金融市场具有的功能

金融市场具有的功能

金融市场具有的功能 篇1

衍生金融工具有哪些?衍生金融工具市场

衍生金融工具市场

衍生金融工具又称派生金融工具，是指在基础金融资产或原生金融资产(如外汇、股票、债券等金融资产)交易基础上所派生出来的金融期货、金融期权、利率期货、利率期权、股票指数期货(权)以及互换业务的合约，这些合约统称为衍生金融工具;;衍生金融工具价值取决于赖以存在的基础金融资产价格及其变化。衍生金融工具市场就是衍生金融工具的交易场所，也即以衍生金融工具作为交易对象的市常

概念

衍生金融工具市场的概念：

特征

衍生金融工具市场的特征：

1、衍生金融工具市场将原形金融资产的买卖变为期货合约，将买卖某种金融资产履约或不履约的选择性，变为可进行交易的商品;因此，衍生金融工具市场交易的对象是合约，而非合约所载明的标的物。

2、衍生金融工具市场进行交易的各衍生金融工具的价格受其产生基础的原形金融资产现货市场价格所制约，如股票指数的变化影响着股票价格指数期货的价格。因为衍生金融工具市场是在原型金融资产现货市场基础上派生出来的市常

3、衍生金融工具出市场的运作机制具有高财务性杠杆性质的特点，即交易者必须交付一定比率的保证金或保险费进入市场，而交易的合约价值数十倍于保证金或保险费。进入市场的交易者借此“以少搏多”，用较低的成本进行汇率与利润风险的管理。由于汇率与利率波动频繁，也为投机者获得投机利润提供了方便。

类型

衍生金融工具市场的类型：

从总体上讲，以衍生金融工具市场作为交易对象的市场有两种类型：

1、有形市场即在有形的交易所内进行的场内交易;

金融市场具有的功能 篇2

在动态页式管理过程中,当物理内存中没有空闲页面时,需要通过页面置换算法把当前在内存中的页面与当前访问的页进行置换。一个好的置换算法应该充分考虑到整个访问序列的缺页率,以及是否会发生Belady(异常)现象[3]。传统的置换算法有先进先出(FIFO)置换算法,最近最久未使用页面(LRU)置换算法等,其中FIFO置换算法因为没有考虑程序执行的动态执行特征,有时会产生Belady现象,LRU置换算法往往要花费巨大的系统开销。

1 提出观点

本文根据页面存储管理的置换算法,提出一个相对具有诊断功能的置换算法(以下简称CD置换算法)。这里的诊断功能是指诊断被换出的页面在未来一段时间内不再被换入,如果有多个页面诊断在未来一段时间内都不被换入的话,那么应该根据页面影响因子最小被淘汰的原则进行置换。通过实验证明,这种具有诊断功能的置换算法能够降低缺页率,同时也能够降低产生Beledy(异常)现象的概率。

2 相关理论与概念

2.1 页面访问序列

程序或数据在虚拟空间中以页的方式进行存储,某进程访问该程序以页为单位进行,对页的访问次序叫页面访问序列。可以用以下数学抽象[2]。

设N={1,2,3,…,n}表示程序或数据在虚拟空间中划分的页数目,设M={1,2,3…,m}

表示内存当前空闲页面数,页面置换应满足{M0)的页面访问序列,设Xi表示序列的第i(i

例如:n=5,则页面访问序列W1={1,2,2,3,2,4,5,4,3,5,2,4}为长度为12的有效页面访问序列。

2.2 页影响因子(PIF)

某进程P访问某页的影响因子定义为访问该页的次数与页面访问序列长度的比值。即PIF[i]=Ni/K。(其中PIF[i]表示第i个页的影响因子,Ni表示第i个页被访问的次数)。

2.3 缺页(LP)

把虚拟空间中的页装入内存地址中建立映射关系,称为地址映射。把某页X与内存页面建立了地址映射关系,则当进程访问该页X时,直接访问内存地址,反之如果要访问该页X,而X没有与内存建立地址映射关系,则表示缺页[1]。

缺页率(LPP)指缺页次数(设为L)在访问页数K中的百分比。记LLP=L/K*100%。

2.4 Belady(异常)现象

在采用FIFO算法进行页面置换时,在正常情况下,如果提供的页面数更多,缺页次数会相对的减少,反之,如果出现页面数增加,缺页次数增加的这种异常现象称为Belady现象[1]。

2.5 页面置换算法流程图

当物理内存中没有空闲页面时,需要通过页面置换算法把当前在内存中的页面与当前访问的页进行置换[4]。置换算法的程序流程图1如下。

3 实验与算法设计

3.1 实验条件

为了更好的描述实验及算法,将涉及到的变量按上述进行定义。在实验当中,本文将未来的一段时间定义为访问M-1个页的时间(其中M为内在提供页面数)。为了充分反映实验结果,设计两个实验,分别叙述如下。

实验1:将采用最常用的FIFO和LRU置换算法。算法实现可参考文献[2]。

实验2:本文提出具有论断功能的实验。具体为设计K=10,N=5,M={2,3,4}的实验,计算缺页率及分析Belady(异常)现象。

以上实验1做为实验2结果的对比实验。

设置两个数组PAGE和PIF。其中PAGE长度为M-1,保存未来某一段时间内要访问的页号,本文实验算法在处理PAGE数组时,如果PAGE数组个数少于M-1(即待访问页数少于M-1个)时,将不足的个数以0代替; PIF数组长度为N,保存每个页的影响因子。

3.2 置换原则及访问序列模拟方式

以上是页3置换之前的状态,从表1可得当前内存装入页1,页5和页2。如果要访问页3,则表现为缺页,因此要调用置换算法。如果经过计算PIF=[0.1,0.3,0.1,0.1,0.4]。此时PAGE=[4,5]。则页5,和页4在未来一段时间内将被再将访问,因此页3只能和页1或页2进行置换。根据PIF[1](0.1)

实验中访问序列的模拟方式[5]:根据实验条件可知访问序列的样本空间大小为510,通过随机产生方式产生100个样本序列。

4 实验结果与分析

4.1 实验结果

以下是针对随机产生的访问序列W1的实验结果。

W1={1,2,3,4,1,2,5,1,2,3} ,M={2,3,4},此时PIF=[0.3,0.3,0.2,0.1,0.1]。

4.2 实验分析

从表4,表5,表6的数据分析得到如下统计结果。

实验产生100个长度为K=10的访问序列,得出如下统计结果。

由表7,图2,和图3的实验结果可得出,CD置换算法较优于FIFO和LRU置换算法,缺页数相对降低,产生Belady(异常)现象的次数也相对的减少。从整体上看,同一算法不同的M值,得出的结果是M值越大,平均缺页次数减少,这符合一般的正常现象,同样也说明本实验设计较合理。虽然图3显示有一定数量的访问序列产生了Belady(异常)现象,但经比较CD置换算法也能够相对减少产年Belady(异常)现象的概率。

5 实验总结

本文在传统的置换算法中,提出具有诊断功能的置换算法,目的是降低置换次数,减少产生Belady(异常)现象的概率。在算法中涉及到PAGE数组,它是一个变化的数组,每一次的页面访问都会改变PAGE的值,在系统中,可以通过寄存器的方式实现。因此在现实系统中,本文所提供的算法虽然能够达到预期目的,但会增加系统的开销。PIF在算法实现过程中是一个静态的数组,也就是给定了访问序列,则PIF的值将不再变化。在执行某进程中,往往很难判断某页的访问次数,或者说要有很大的成本才能判断访问序列[6]。本文在没有考虑这些因素的影响下,将算法做为一个独立的单元进行考虑研究。希望能够对其他研究者有所帮助。

参考文献

[1]张尧学,史美林,张高.计算机操作系统教程[M].3版.北京:清华大学出版社,2006:129-132.

[2]彭青松,丁祥武.一种改进的自适应页面置换算法[J].计算机应用与软件,2011(2):67-70.

[3]张玲玲,高林娥.FIFO页面置换算法的实现以及异常问题的讨论[J].科技情报开发与经济,2010,20(13):98-100.

[4]张春红.浅谈页面置换算法之LRU算法[J].廊坊师范学院学报.2006,22(4):76-78.

[5]蒋飞虎.动态自适应页面置换算法[D].南京:东南大学,2006.

具有特异功能的水泥 篇3

透光水泥

在2010年的上海世博会上，意大利馆半透明的建筑十分引人注目。当走进这座奇妙的建筑物时，可以看到整面墙就像个巨大的窗户，光线透过不同玻璃质地的透明混凝土照射进来，参观者仿佛置身于大自然中。光线在这里不再是阳光明媚或者阴云密布的单一模式，从一个区域到另一个区域，不同质地的“透明水泥”可以感受着不同的室外温度，做出不同的反应，使场馆在一天内可连续不断地变换出不同光影，营造出梦幻的色彩效果。通过改变水泥中各种成分的比例，还能达到不同透明度的渐变。同时，展馆内外的人们也可以透过“透明水泥”互相看见，了解室内外情况。在这种用“透明水泥”建筑的房屋里，人们既可实现室内的温暖自在，又可享受自然的阳光。

 乍一看，“透明水泥”和正常水泥的外观没有什么区别，可是如果近距离观察，就能发现“透明水泥”中分布着无数宽度为2~3毫米的小孔，这种小孔具有特定的结构，可在不破坏建筑物整体结构的前提下，使光线渗透进来，减少室内灯光使用量，从而节省能源。

 “透明水泥”最早是由匈牙利建筑师阿隆·罗索尼奇发明的，当时的“透明水泥”的原理是把光导玻璃纤维混入混凝土中，加入一种特殊的化学添加剂，使“透明水泥”像传统水泥一样坚固。瑞典曾用这种透明混凝土薄片砖制作人行道，白天它看起来与普通人行道地砖没区别，但晚上可以被埋设在下面的灯照亮。最近，意大利水泥集团研究人员发现将一种特殊树脂融合到水泥中，可研制出一种更便宜、视觉更广、“捕光”能力更强效的“透明水泥”，克服了原产品很难在工业上应用的问题。采用这种树脂“透明水泥”来制造混凝土预制件，不仅在建造工程时很容易进行，而且在建设和实用阶段更不易碎，强度更高。

“透明水泥”这种新型材料有很好的应用前景，如果将这种透明混凝土进一步优化，比如，将透明体制成不同的颜色、在透明体内加上LED灯等，可适用于展馆、娱乐场所、仿古建筑甚至家具台面等。

“抗烟雾”水泥

人类在改造自然、发展生产的同时，也得到自然界的“报复”， 严重污染的环境已经成为生产力发展的障碍，并严重威胁自然界生态平衡和人类的健康。当前，一场“环保风暴”在全球兴起，水泥家族也参与其中。意大利水泥集团经过10年时间的研发，一种高科技的环保水泥已经投入批量生产并应用。该公司已投入1000万欧元资金（不包括设备等），获得9项发明专利，研制出了一种“抗烟雾”水泥。在这种水泥里，添加了一种含钛的光催化活性物质，当水泥表面的二氧化钛与空气中的污染物接触时，光便激活这种化学反应，促使二氧化钛与空气中的污染物结合。据称，这种建筑材料可有效地降低城市中40%以上的污染物，最大吸收量可达到75%。

自愈水泥

混凝土裂缝是混凝土结构的严重病害。水泥建筑的裂纹司空见惯，裂缝可发展成具有破坏性的贯穿裂缝和深层裂缝，它们会破坏建筑结构的整体性，改变混凝土的受力条件，从而使局部甚至整体结构发生破坏，严重影响建筑物的质量和安全性。因此，消除和防治早期裂缝，是一个非常重要的问题。现在，一种自愈水泥的诞生将可以解决此问题。

自愈水泥是在水泥中掺入一些粘性流体，它被包裹在一些多孔纤维内，一旦水泥出现裂缝，纤维外包装破裂，放出混合的粘性液体填补裂缝。这种水泥还有另外一种作用，可以防止钢筋腐蚀、生锈。在自愈水泥中含有一种防护性药剂，用含有这种药剂的水泥将钢筋包起来，可防止建筑物中钢筋腐蚀，延长建筑物的寿命。在重点工程中应用这种水泥的价值更大，可以防止水泥微小裂缝带来的更大灾害性断裂，提高建筑物的安全系数。

导电水泥

电磁辐射污染现已成为继空气污染、水污染、噪音污染之后的第四大公害,并呈日趋恶化之势,是潜伏在人们身边的隐形杀手。为此,许多国家已相继制定了有关防范电磁辐射污染的法规,把电磁辐射的防护纳入了法治范畴。国外的一家钢筋水泥研究所发明了一种廉价而通用的屏蔽材料炭水泥。为了使水泥能导电，在水泥中添加了有导电性能的无烟煤或焦炭粉末。用这种水泥建造楼房，使楼房本身就成为一个屏障，并且比金属屏障更加安全可靠。导电水泥,在防电磁波辐射、抗电磁干扰方面发挥了作用。据中国计量科学院测试表明，北京一家公司研制开发的导电水泥,可在20MHz～1500MHz频率范围内,使电磁波的衰减量达到80%～95.3%。日本科研人员最近发明了一种新的制造导电水泥方法，将水泥成分封在一个玻璃管中，并沿着钛分子排列，经过1100℃的高温加热、再降温之后，水泥中的晶体结构就呈现规则排列，于是就能像金属一样进行导电。

导电水泥在电磁波辐射防护方面具有广泛的推广应用价值，可用于需要防范电磁波辐射危害的各个领域,如微波站、通讯站、雷达站、机场、变电站、计算机房、住宅等各种工业及民用场所。此外，电流通过时导电水泥即会发热,而且这种发热极其安全，不会引起燃烧，这一性能可以应用在很多方面。例如，可以用导电水泥建造热交换器、干燥室、人行道和楼梯,以及建造带有暖墙和暖地的住房等。此外，还设想把导电水泥加热器用在洗衣机、熨衣机、熨斗和其他加热器具中，特别是可以建造不结冰的机场跑道。机场积雪是一个大问题，不仅影响航班，也容易发生事故。若在机场跑道内铺设一层导电水泥(采用安全电压)，使其表面温度保持在10℃～15℃左右,冬季自动融雪、化冰,则可挽回因积雪、冰冻延误航班正常起降而造成的经济损失。水泥实现导电后，如果把水泥切成薄薄的一层膜，那它就近乎是透明的了。有了这种新产品之后，应用范围将进一步扩大，因为这种导电水泥价格便宜，绿色环保，很有可能成为平板电视机中某些稀有金属的绝佳替代品。

水泥真不愧是一种多才多艺的新型建筑材料。随着技术的发展，将会出现更多具有特异功能的水泥，这将使人类的生活更加绚丽多彩。

具有多台链功能的测距设备实现 篇4

1 系统工作原理

距离测量是根据二次雷达工作原理,机载设备以20～24 Hz速率发射询问脉冲对信号,地面信标接收到询问脉冲信号后,经过一个固定延迟,在向机载设备发射应答脉冲对信号。机载设备接收到信标发射信号后,经过识别选择出对自己的测距应答脉冲,并测量出询问脉冲与应答脉冲之间的时间间隔。利用这个间隔,计算出机载设备与信标台之间的实际距离。

测距设备通过信号处理单元发出的收发控制信号控制设备的收发状态;当收发控制信号使得设备处于接收状态时,由天线接收到的射频信号经过收发开关进入接收单元,射频信号在接收单元中经过滤波、放大、混频后,以中频信号的方式送至信号处理单元,信号处理单元对中频信号进行高速A/D采样,将采样后的数据在FPGA中进行滤波、峰值检波、50%检波、译码,将译码信号送入DSP完成距离回答脉冲的提取,并且计算出距离数据;当收发控制信号使得设备处于发射状态时,由信号处理单元产生的询问信号在发射单元中经波型形成、功率放大、功率合成,最后将符合发射要求的大功率信号由天线发射出去。

2 主要信号形式以及信号特性

测距信号是地面信标台不断通过天线向其周围空间发射电磁波信号,经机载设备接收并解调后输出的测距中频信号,它由有一定规律脉冲对组成,内含有相应的距离等信息。测距中频信号包括地面台址的识别信号、地面台的距离应答信号以及随机填充脉冲。

3 测距设备的主要工作原理

3.1 测距设备的组成

LDME-2测距设备包括收发讯机和天线两个部分,收发讯机是测距设备的主要部分,完成设备的主要功能,由发射单元、接收单元、信号处理单元和电源单元组成。测距设备组成框图如图1所示。

3.2 设备工作原理

测距设备通过信号处理单元发出的控制信号控制设备的收发状态;当收发控制信号使设备处于接收状态时,由天线接收到的射频信号经过收发开关进入接收单元,射频信号在接收单元中经过滤波、放大、混频后,以中频信号的方式送至信号处理单元,信号处理单元对中频信号进行高速A/D采样,并将采样后的数据进行滤波和译码,从译码信号中提取距离回答脉冲,并且计算出距离数据;当收发控制信号使得设备处于发射状态时,由信号处理单元产生的询问信号在发射单元中经波型形成、功率放大、功率合成,最后将符合发射要求的大功率信号由天线发射出去。

3.3 噪声过滤控制过程

先对采样到的一定幅度以上中频脉冲计数,如超过9 000个/秒,即输出噪音电平信号到噪音AGC控制,使中频信号中噪声幅度<1 V;同时通过脉宽鉴别电路,识别视频信号脉冲宽度,过滤掉<1.6 μs、>6.4 μs的脉冲,即噪声和强干扰,输出经50%脉冲幅度检波的矩形脉冲进行译码。

3.4 询问方式

由于测距设备在功能上要求能工作于单波道和频率扫描两种工作方式。信号处理单元通过接收控制命令控制设备的工作方式,当设备工作于单波道工作方式时,设备的工作方式与普通测距器大致相同;当设备工作于频率扫描方式时,对询问频率以及询问方式进行了调整,各地面台询问脉冲时序如图2所示。

针对5个地面测距台进行轮流询问,测距设备在每个地面台上连续工作的时间约为20 ms,每次改变工作波道后,等待一段时间进行硬件通道频率切换来完成产生控制VGC电压采集到标准地面测距信号,在捕捉到标准的地面台信号后,信息处理单元转入正常的测距程序。在测距程序中,当在搜索模式下,20 ms时间内对所工作的地面台进行两次询问,当在跟踪模式下,20 ms时间内对所工作的地面台进行一次询问,根据发出的询问信号捕捉到不同地面台的回答信号,完成多个地面台的测距功能。对于每个地面台的询问频率在跟踪模式下10对/s,搜索模式下20对/s。对于多个地面台,收发讯机发出的询问频率是单个地面的整数倍。

当某个地面台处于搜索模式时,每100 ms对其进行两次询问,产生两次回答,以16次询问为参考,经过800 ms后,当回答概率满足要求,就可对这个地面台进行锁定,收发讯机转入距离跟踪模式,从而送出该地面台的距离信息。

3.5 识别信号

当设备工作于频率扫描方式时,由于通道的频繁切换,在一个波道上连续停留时间较短,无法接收到完整的识别信号,因此通过软件的处理得到相应地面台的识别信号。当频率扫描到某一地面台时,对该地面台的随机脉冲进行鉴别、采样,接收完成后对采样所得的信号进行整形,得到标准的识别控制信号,从而输出该地面台的识别台址。由于地面台询问脉冲间隔为100 ms,识别信号中一个“点”的时间是125 ms,“划”的时间是375 ms,“点”、“划”之间的随机填充间隔是125 ms,所以对于每一个“点”、“划”以及他们的间隔都可以采集到,这样就能够保证经过整形后得到正确的识别信息。

3.6 接收信号

天线接收到的射频信号经过发射单元送入接收单元中,信号经限幅器、定向耦合器后进入放大滤波电路,然后与频率源混频得中频,经中频滤波放大电路、进入对数放大电路和VGC放大电路。经过上述接收通道,-90～-10 dB的射频输入信号最后可变为±3 dB的中频信号送至信号处理单元进行处理,接收原理框图3如下。

3.7 发射信号

发射单元通过对内部频率源的放大和隔离产生功率放大器需要的激励信号。脉冲调制器根据信号处理单元提供的含有测距信息的询问脉冲信号,进入钟形脉冲形成电路,钟形脉冲形成电路中对询问脉冲信号进行整形、钟形脉冲提取以及数模转换,然后进行放大,形成50 V的钟形脉冲。功率放大器中利用脉冲调制器产生的脉冲调制信号,对射频激励信号进行调制放大。功率放大器采用分级放大,前级使用脉冲调制,后级使用钟形脉冲调制,产生满足要求的具有钟形脉冲波形的射频调制脉冲功率信号,发射原理框图4如下。

4 硬件电路方案

测距设备的信号处理单元是整个设备控制、数字信号处理以及距离解算的核心,使用先进的数字信号处理器和大规模可编程器件来相互配合完成信号处理单元的功能。需要完成总线的通讯,送出接收单元需要的调谐电压、控制电压、程控衰减器和滤波器的控制信号等,形成控制频合的赋能、时钟等数据,处理接收单元送来的中频信号,计算距离值,产生识别信号,处理封闭信号以及完成自检等功能。测距设备的发射单元用于发射询问脉冲,以完成测距功能。发射分机主要由脉冲调制器和功率放大器部分组成。由于测距设备增加了多台链工作方式,对接收分机通道切换时间提出了更高的要求,测距设备的接收单元主要包括限幅器、耦合器、滤波电路、频率源、滤波放大电路、对数放大电路和VGC放大电路。

5 结束语

测距系统中的机载设备利用地面信标台的回答信号测量距离,为飞机提供航路距离信息。提出了利用分时工作改进的测距设备,可以进行利用多台链测距方法进行定位和导航计算,这便于对地面台进行导航测距是比较方便的。

参考文献

[1]郭堃.基于PXA270嵌入式开发板GPS定位系统的设计[J].电子科技,2010,23(12):56-58.

[2]冯刚,江雷.基于无线局域网的矿下定位卡设计与实现[J].电子科技,2010,23(9):54-57,71.

[3]杨继,陈乃刚.虚拟现实硬件平台上的多机通讯[J].计算机仿真,2003(6):77-78,64.

[4]郑小东,王晓洁,王素立.空间球形物体自动定位方法研究[J].现代电子技术,2005(17):87-89.

金融市场具有的功能 篇5

关键词：电梯 担架功能 土建方案 轿厢

随着城市化的进程，高层建筑越来越多，大众对可以容纳担架的电梯需求越来越强烈。针对这种情况，从2012年8月1日开始实施的《住宅设计规范》规定，总层数在12层及以上的住宅，每栋楼设计电梯不应少于两台，且其中一台要可以容纳担架。不过，该规定对于担架的尺寸和担架电梯的尺寸都没有具体的标准。在实际的情况中，由于该标准的发表时间尚短，开发商为了节省建筑成本，也为了做小公摊面积，有些电梯井道还是按照一般客梯的井道建设，其安装的电梯不具备实质的担架功能。另外，当老电梯被淘汰更新时，原来的井道也大多不能满足一般担架梯的井道要求，等等。为了解决这些问题，在本文中，笔者介绍了一种特殊的电梯，它具有担架梯功能，同时可以安装于一般的客梯井道之中。

1 电梯担架功能的实现方法

在中高层建筑的乘客电梯中，其额定载重以1000kg居多，本文就以1000kg载重为例，介绍这种新型担架电梯。对于一般的担架电梯，由于担架的形状为长条形，故轿厢也需设计成长条形。以1000kg额定载重的担架电梯为例，其轿厢尺寸一般为1100mm×2100mm，井道大小一般为2200mm×2500mm，可以容纳一台长度不超过2000mm的担架进入。对于一般的1000kg客梯，其轿厢内空一般为1600mm×1400mm，井道的大小一般为2200mm×2200mm。无论是轿厢的深度，还是井道的深度，都不足以容纳担架的进入。但是，在轿厢的对角线方向上，内空的最大长度则超过2100mm，这就提供了在这个方向上放入担架的可能。

2 电梯的土建方案设计

根据上文所述，笔者对这种方式进行了验证，如图1所示。验证使用的简易担架宽度为520mm，长度为1850mm（我国平均身高为169～175cm），轿厢的宽深为1600mm×1400mm。

图1

由试验验证得知，在一般的电梯轿厢内，沿对角线放入担架时，担架的一端超出了轿壁。也就是说，客梯轿厢实际上也不能容纳一台担架。但是，在井道的左上角，还有大量的空间未使用。如果将轿厢空间在这个位置上进行延伸，就能提供更大的空间以容纳担架，如图2所示。

将轿厢内空加大图示的三角空间后，就能完全容纳一台长度1850mm的担架。

图2

3 轿厢面积计算

当担架使用的时候，即活动壁延伸到极限位置时轿厢面积最大，所以只考虑面积最大时候的极限面积计算。如图3为开壁轿厢面积计算简图，将轿厢面积分为三个部分来计算，即门楣小矩形部分、中间大矩形部分和后部三角形部分。

图3 开壁轿厢面积计算简图

S=e×jj+B×f+（D×H）/2+0.12×0.037

=0.08×0.9+1.6×1.45+（0.6×0.23）/2+0.005

=2.466m2

查GB 7588-2003轿厢最大有效面积要求，额定载重1000kg的轿厢最大有效面积为2.40m2，本设计已经超过这个数值，属于轿厢面积超标。

为了适应轿厢设计的改变，GB 7588-2003对轿厢最大有效面积的增加允许5%的浮动。

2.466<2.4x1.05=2.52m2（符合要求）

4 轿厢机械结构

4.1 延伸机构。与一般客梯相比，这种新型电梯最大的区别在于角上的延伸机构。如图4是活动轿壁处于关闭的时候，即延伸机构不延展情况下的局部示意图。1是后中壁，2是旋转铰链，3是活动壁1，4是滑块，5是活动壁2，两个滑块相对于活动壁2对称的安装在活动壁2的上下方，且处于同一竖直平面，6是旋转铰链，7是左后壁。整个延伸机构可以设计成整个轿厢高度的整体、上面一部分、下面一部分或者中间的一部分。图4所示的关闭状态和标准客梯的轿厢状态一样，只有使用担架的情况下打开延展机构，整个轿厢才处于异型状态。提供如图3所示的一个多余的延伸空间。

图4 延伸机构示意图

图4中1和7处于固定状态，和其他轿壁、轿底以及轿顶连接成一个整体；活动轿壁1和后中壁通过2旋转铰链连接，使得活动轿壁1在水平面以图4所示的点为旋转中心在一定角度范围内旋转。同理活动壁2和左后壁通过6旋转铰链连接，使得活动壁2以图4所示旋转点为旋转中心在一定范围内旋转。5活动壁2和4滑块连接为一个整体，滑块圆形端头插入活动壁1的滑槽内，通过推动活动壁2带动活动壁1来回旋转。

4.2 担架救援及恢复。如图5为活动壁2的门锁机构示意图。

图5 门锁机构示意图

1为活动壁2主体，2为门锁拉杆，3是门锁转臂，4为门锁插销，5为门封板，6为插销限位块，7为滑块杆，8为圆形滑块。

在电梯正常使用情况下，通过弹簧将门锁插销顶在图中所示位置，卡在组合轿顶和组合轿底的销孔内，将活动门卡紧。担架救援时，由物业工作人员持三角钥匙插入锁孔，顺时针旋转门锁转臂，带动插销滑动使得弹簧处于压缩状态，插销退出销孔。此时推动活动壁至极限位置，松开三角锁，插销由弹簧自动顶入开壁的限位孔中，将整个延伸机构卡紧。此时担架救援的准备工作完毕，可将载有病人的担架移入轿厢内，运输病人到所需的楼层。

担架使用完成后，还是由物业工作人员用三角钥匙将延伸机构复位，方法相同。带门锁插销退出限位孔后，拉动活动壁上的把手，待活动壁运行到关闭极限时，松开三角锁，机构自动锁紧。

5 结语

金融市场具有的功能 篇6

关键词语音识别；HMM；SPCE061A；ZigBee；CC2430

中图分类号TP文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)042-0108-03

语音识别技术是近年来十分热门的一个研究方向，被广泛应用于智能家居、工业控制、医疗卫生、家电、汽车等多个领域；无线网络控制系统组网灵活、使用便利、具有移动性等优势，已成为网路化测控系统研究的一个热点。本文把语音识别和无线网络控制系统结合起来，实现远距离的无线语音控制。本文通过对硬件，软件，语音算法和最终测试四个方面的介绍，概述了整个系统的搭建测试过程。

1系统硬件设计

本系统硬件结构可分为主节点、从节点，图1为总体硬件结构图。其中主节点由基于凌阳SPCE061A的语音识别模块和基于CC2430的ZigBee无线通信模块组成，从节点则由ZigBee通信模块与被控对象组成。语音识别模块实现对语音命令的识别，并将识别结果通过SPI发送至ZigBee模块；ZigBee模块根据不同的语音指令，发送指令到相应的的ZigBee从节点，控制相应的被控对象。本系统所采用的网络拓扑结构为星型，即一个主节点与多个从节点采用星型方式连接。

图1系统硬件结构

1）语音识别模块。语音识别模块主要以SPCE061A为核心，实现对语音信号进行采集和处理，以及输出识别结果。其中，SPCE061A是凌阳公司推出的一款性价比非常高的16位DSP，它的u'nSP指令系统还提供具有较高运算速度的16位×16位的乘法运算指令和内积运算指令，为其应用增添了DSP功能，在复杂的数字信号处理方面非常便利，而且比专用的DSP芯片便宜得多，因此，以μ’nSPTM为核心的SPCE061A微控制器是适用于数字语音识别应用领域产品的一种最经济的选择。

2）ZigBee通信模块。本系统中的无线部分包含一个发送节点（FFD）和多个接收节点（RFD），并自组建成星型网络。节点的基本硬件构架是ZigBee射频电路。ZigBee射频电路则以CC2430为核心。CC2430是TI公司推出的一款2.4GHz射频收发器，其MAC层和物理层协议都符合IEEE802.15.4标准，CC2430可通过4线SPI总线设置芯片的工作模式并实现读/写缓存数据、读/写状态寄存器等。语音识别模块的识别结果通过SPI总线与ZigBee射频电路相连。不同的语音指令传输到CC2430中，经分析将指令通过FFD传送给不同的RFD。

3）继电器控制模块。因为本实验所用到的CC2430的输出电压只有3.3V，为了控制直接接在220V上的被控对象，需要一个继电器，由于继电器线圈需要流过较大的电流（约50mA）才能使继电器吸合，一般的集成电路不能提供这样大的电流，因此必须加上驱动电路，实现低电压，低电流控制高电压，高电流。

2系统软件设计

本系统的软件设计为利用SPCE061A实现语音识别过程及利用CC2430实现无线传输协议。最终实现无线远距离语音识别，并可以独立运行。

2.1语音信号处理

语音识别模块采用SPCE061A芯片进行软件开发，以实现语音的识别、交互和控制功能。系统软件设计是在凌阳科技公司提供的集成开发环境IDE下进行的，它集程序的编辑、编译、链接、调试和仿真等功能为一体，使程序的设计工作更加方便、高效。本系统对代码进行了必要的整合和优化，以使其达到系统设计要求，整合后的整体软件流程如图2。

图2整体流程图

2.2ZigBee节点软件设计

ZigBee节点上的软件负责完成接收由语音识别模块发送的控制命令，并将命令无线传送到RFD节点，RFD节点通过解析数据帧中的地址码来判断是否接收。如果是则接收数据包，解析命令并产生相应的控制动作，送出信号给相应的被控对象。由于CC2430芯片提供了802.15.4的物理层和MAC层功能，我们只需完成如下工作：①上层协议。使用成熟的协议栈：Z-Sack。②用户程序。利用Microchip提供的API函数实现了Zigbee的全部功能。

3语音识别算法的设计与实现

3.1语音识别概述

语音识别的一般方法是预先对语音信号提取特征参数形成模板，然后将待识别的语音经特征提取后逐一与参考模式库中的各个模板按某种原则进行比较，来找出最相像的参考模板所对应的发音，其一般过程如图3所示。

图3语音识别系统的一般结构

系统中包括预处理、特征提取、模板库、模式匹配和后处理五大部分。针对本系统特点与实际需要，在进行语音处理的过程中，采用线性预测分析来进行语音特征参数提取、采用隐马尔科夫算法（HMM）法来进行语音识别。

3.2线性预测分析

线性预测的目的即是用过去的状态来预测现在或将来的某一状态。在随机信号谱分析中常把一个时间序列模型化为白噪声序列通过一个数字滤波器H(z)的输出。在一般情况下，取滤波器的全极点形式（Auto Regressive）AR 模型，即：

其中系数为ak，G即为模型参数。

当输入信号u(n)为零均值的随机信号时，系统的输出s(n)与输入之间的关系可以用相关函数或功率谱来表示：

RSS(z)=H(z)H(z-1)Ruu(z)

式中RSS(z)和Ruu(z)分别为信号的输出与输入的自相关序列的Z变换。在信号模型中，u(n)为零均值，方差为σ2u的白噪声序列，其自相关：

Ruu(z)=σ2uδ(n)

所以有：Rss(z)=H(z)H(z-1)Ruu(z)=Rss(z)=H(z)H(z-1)σ2u

写成功率谱的形式为：λ=(π,A,B)

上式假设σ2=1，这表明，信号s(n)的功率谱，完全可以由滤波器的幅度频率响应来决定，从这个意义上讲，系统H(z)确实可以用来模型化信号是s(n)。由此得出结论：在语音分析中，求出预测滤波器H(z)的参数，便可以将其用在语音识别与分类中。这种线性系统在离散时域可以表示成：

其中输入为e(n)（高斯白噪声），输出为x(n)，即在高斯白噪声的激励下，该系统输出为指定的语音信号。设定预测误差：

其中：

p为阶数，ak滤波器系数。当利用预测x(n+r)时，即求出使E最

小的情况下的{ak}。当时，可

以写成如下形式：（分别取n=1，2，…，L-1+p）

n=1

n=p

n=L-1-r

图4原始一帧语音信号的时域及256点频域图形

通过频域波形观察可以看出该预测误差滤波器基本上可以模拟出原语音信号。从而证实了线性预测系数的有效性。

图5通过训练得到的预测误差滤波器的频域模型

图6随机白噪声预测的原语音信号的时域及频域波形

3.3HMM语音识别算法

HMM可分为两部分，①Markov链，由π，A描述，其产生的输出为状态序列；②随机过程B，产生的输出是观测序列。T为观测时间长度。如图7所示。

图7HMM的组成示意图

1）HMM参数。HMM是状态隐藏的马尔可夫（Markov）数学模型．HMM包含一定数量的状态，每个状态会产生一个观察分布。其状态由两套概率分布描述：状态转移分布和观察量分布。除此之外，HMM的第三个概率分布是隐藏状态的初始分布，因此，HMM模型包含以下参数：

①隐藏状态集θ={θ1,θ2,…θN}，N为状态数，t时刻HMM所处的状态为θ的元素，即qi∈θ；

②状态转移概率分布A={aij}，其中aij=P[qt+1=θj]，1≤i，1≤j；

③观察量集合V={V1,V2,…VM}，M为每个状态中可观察量的数量，t时刻的观察值Ot∈V；

④观察值概率分布B={bj(k)}，其中 bj(k)=P[Oi=Vk|qt=θj]，1≤j≤N，1≤K≤M；

⑤初始状态概率分布π={πi}，其中πi=P[qi=θi]，表示各个状态在初始时刻发生的概率1≤i≤N以上是HMM的基本参数，在建模之前需根据识别类型确定常数N和M 的值，本方案选N=6，M=4。因此，HMM通常用三个参数的集合λ=(π,A,B)表示。

2）语音特征提取。本文语音信号采用8 kHz采样率，再通过预加重、分帧，最后将每帧语音转换成用20阶Mel倒谱系数表示的特征矢量，然后采用LBG算法将语音特征矢量转换为观察值序列θ={θ1,θ2,…θM}。

3）HMM模型训练。HMM模型训练的目的，就是在已知观察值序列Ο和初始模型λ=(π,A,B)的条件下，用迭代法估计HMM的参数值λ（包括π,A,B），使P（Ο | λ）收敛于一个最大的稳定值，具体算法为：

①前向概率；

②后向概率；

③观察值概率分布B的估计：

，

；

④状态转移概率分布A的估计：

，

；

⑤初始状态概率分布的估计：。

由上述公式每迭代一次，求得一组新参数，和，得到一个

新的模型，总有，重复该过程，逐步

改进模型参数，直到不再明显增大，此时的即为所求的模

型。模型训练结束后，将结果存储在HMM参数库中以备识别时调用。

4）HMM语音识别。以训练过程得到的HMM参数库为基础，再采用Viterbi 算法进行识别，待识别的语音信号转换为观察值序列后，按Viterbi算法与HMM参数库中的模型逐个进行匹配，Viterbi评分最高的亦即输出概率P(O|λ)最大的作为识别结果。

4系统测试与分析

4.1语音识别测试

无线智能开关控制主要针对小词汇量、特定人和特定的环境，本系统可以实现实时在线的模板训练。针对系统的特点，语音识别正确率的测试分别对“开始”、“开灯”、“关灯”三个孤立词进行测试。并控制灯光的开关，测试结果如表1所示。

4.2ZigBee通信模块测试

1）最远传输距离测试。测试条件：接收灵敏度为-94dBm，发送功率为0dBm（1mW），发射频率为2.4GHz。

测试结果：无线通信传输距离最远为70米。

结果分析：通信距离主要受几个因素影响：接收灵敏度，发射功率灵敏度，工作频率和传输损耗。

2）有障碍测试。有障碍的测试受障碍的环境条件影响较大，且与摆放位置有关系。在实验室中进行测试，相隔三堵墙直线传送距离约为20米。

3）系统功耗测试。分别对主节点和从节点在正常运行和休眠状态时进行测试。测试结果如表2所示。

结果分析：若采用1000mAh电池，则主节点可连续工作约40小时，待机约5000小时；从节点可连续工作约111小时，待机约5000小时。

通过分别对系统语音识别率以及ZigBee通信性能作了详细的测试，测试结果表明该系统完全可以达到实用目的。

5结语

本文提出基于SPCE061A单片机语音识别系统的设计方案，采用ZigBee芯片作为通信模块处理器，并完成了两大模块的相关硬件和软件的设计。设计中，以语音语言学和数字信号处理以及ZigBee无线传感器技术为基础，涉及多学科领域。语音处理技术是系统设计的关键所在，重点阐述语音信号特征参数的提取方法以及语音识别的算法等。经测试，本系统语音识别率达到93%以上，具有较强的应用价值。

基金项目：江西省教育厅2010年科技项目（GJJ10480）。

参考文献

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[3]王和顺,邓成中,黄惟公.基于SPCE061A的语音识别系统的研究[J].计算机工程与设计,2004.

[4]高守玮,吴灿阳.ZigBee技术实践教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2009.

[5]蔡莲红,黄德智,等.现代语音技术基础与应用[M].北京:清华大学出版社,2003.

[6]俞铁城.语音识别的发展现状[J].通信世界,2005.

[7]杨行峻,迟惠生.语音数字信号处理[M].电子工业出版社,1995.

[8]张焱,张杰,黄志同.语音识别中动态时间规整和隐马尔可夫统一模型[J]据采集与处理,1997,03.

[9]Rabiner L,A tutorial on hidden Markov models and selected applications in speech recognition,Proc,of IEEE,77(2)257-286,1989.

作者简介

李佳（1985—），男，在读硕士研究生，主要研究方向：网络化控制。

何鹏举（1961—），男，教授，硕士生导师，主要研究方向：网络化测控传感器技术。

金融市场具有的功能 篇7

在煤矿安全监测监控系统中, 为了实现对管道气体流量和管道负压等的监测, 压力检测是非常关键和必要的[1,2,3]。目前, 采用4-20m A电流信号传输在煤矿中应用具有很大优势, 电流信号抗干扰能力强, 能够远距离传输。因此, 文中采用了以1210为测压传感头、XTR105为信号调理电路, 设计了多通道压力测量系统, 同时为了方便其他传感器信号的传输, 设计中还加入了分站功能, 可以从外部引入频率信号, 对信号进行处理后显示并向上位机传输。该设计具有功能强, 电路设计简单, 成本低, 可靠性高, 易于实现的多种优点。

1 1210压力传感器和XTR105特性简介

权衡设计要求、成本、开发难易程度等各种因素, 最后选取美国MEAS的1210压力传感器作为压力探头, 选用XTR105实现电压电流信号转换。本设计中需要测量三种压力信号, 分别为:0~10k Pa的差压信号, -100~0k Pa的负压信号, 0~200k Pa的绝压信号。为此选用了三种1210传感器, 分别为:1210A-002D-3S, 1210A-015D-3S, 1210A-030A-3S。

XTR105是一片拥有两路精确电流源的4~20m A双线电流转换器, 它为测量放大器和单片集成电路上的电流输出电路提供完整的电流激励[4]。

2 系统设计

在参考了1210和XTR105数据手册的基础上[5,8], 借助典型电路, 综合设计要求, 讨论并设计了带有电源反电压保护的基于XTR105的变送电路, 及由LPC1227控制AD7705进行A/D转换与液晶显示的多通道压力测量系统。因此, 整个电路可分成测量变送电路、A/D转换电路、频率输入隔离电路、数据通信电路、单片机控制电路和显示电路6个模块。系统结构图如图1所示。

2.1 测量变送模块

系统中测量变送模块有三个, 电路基本一致。文中仅列出差压部分电路如图2所示, 该模块主要功能是将压力信号转换为4~20m A电流信号。压力传感器首先将采集到的压力信号转换为0~100m V的电压信号, 然后通过运放AD8572将该电压信号放大, 输入到XTR105将该电压信号转换为电流信号。为了达到精度要求在XTR105外围电路中接入了三极管TIP3055, 以将外部电源电流与消耗严格地分开, 从而降低XTR105的内部功耗及发热, 减少热漂移以提高电路性能[6,7]。该模块正常工作之前需要进行调零和进行放大倍数的调整。在差压为零时调整变阻器R33的阻值大小, 使OUT输出为4m A;调整输入差压为10k Pa时, 调整变阻器R20的阻值大小, 使OUT输出为20m A。绝压和负压的调整与差压调整类似, 此处不进行详述。调整之后系统就会根据压力值的不同而输出4~20m A电流信号。

(1) 本设计的变送模块4~20m A电流输出主要由R33调0电阻和R20调满度电阻决定, 输入输出关系如下式:

Io=4m A+VIN (40/R20)

式中VIN为VIN+和VIN-两端的输入电压。R20为XTR105的接入电阻。

(2) Rz调零电阻:本设计RZ=R33+R35, 通过测量它与压力传感器之间的电位差进行调零, RZ为压力传感器下限电阻值大小, 调节RZ使XTR105在常温下, 压力传感器在压力为零时输出4m A。经测量此电阻值约为80。

(3) RZ调满度电阻:本设计RZ=R20, 该电阻是用来设置增益, 根据压力传感器的数值大小设置器件的放大增益。计算得出的值约为70欧姆。

(4) D1, D2, D3, D4为二极管, 可避免电源反接而造成的破坏, 反接时会产生1.4V的电压而对电路起到保护作用。C7, C11, C12起到消噪作用[8,9,10]。

2.2 A/D转换与控制模块

本设计采用LPC1227作为主控芯片, 采用16位AD芯片AD7705。由于AD7705只有两个通道所以在设计时还需要占用主控芯片本身的1个AD转换通道, AD转换的具体分配为, 10k Pa的差压占用AD7705的通道1, 管道负压占用AD7705的通道2.本设计对绝压的精度要求不是特别高, 所以绝压占用了主控芯片的1路AD。本设计把A/D转换处理得到的数据, 由LPC1227控制最终在液晶屏上显示三个压力值。AD7705与主控制芯片LPC1227的连接图如图3所示。

针对本设计中遇到问题, 在使用AD7705时需要注意以下几个问题[11,12,13]。

(1) 时序注意要点:数字接口迷失的时候可以通过ADIN输入持续32个脉冲周期 (DCLK) 以上的高电平将复位AD7705的数字接口, 复位之后要等待500us以上才能访问AD7705芯片, 否则AD7705会出现端口迷失。

(2) 初始化:如果AD7705复位引脚直连VCC, 最好在初始化程序中加入初始化序列, 不然ready信号不会输出。

(3) 输入范围:如果AD7705采集单端信号, 则输入必须在0到VDD之间, 而不可以超出或为负, 如果一个输入为负, 则另一个输入会有灌入电流的现象, 芯片无法正常运行。

(4) 布局布线:数字地与模拟地的隔离, 走线和走线长短一定要保证, 否则容易出现转换结果的偏差。

2.3 显示电路

显示电路有PCF8566液晶驱动模块和LCD屏组成, 主控芯片通过I2C总线形式控制液晶驱动模块, 来实现数据的显示功能。电路如图4所示。

2.4 频率输入及隔离电路

外部频率输入电路如图5所示。频率输入范围200-1000Hz, 峰峰值8V。输入的频率信号通过光耦隔离后传给主控芯片, 通过主控芯片的捕获功能来实现频率信号的采集。

2.5 数据通信电路

主控芯片与上位机的数据交换通过RS485总线来实现。电平转换芯片采用MAX3082.具体电路如图6所示。

3 实验结果分析

3.1 压力数据采集测试

本实验采用如图4所示的压力产生装置, 产生不同的负压和绝压;利用图5产生微差压。负压表量程为-0.1~0MPa, 精度等级为0.25级;正压表量程为0~0.25MPa, 精度等级为0.5;差压表量程为0~40k Pa, 精度等级为0.25级。通过本系统测量压力值。实验结果如表1所示。由表1可以得出, 该测量系统的误差在±1% (F.S) 以内, 精度较高, 可以适用于精度要求高测量不同类型压力的场合。

3.2 频率数据采集测试

本文采用数字信号发生器来模拟频率信号, 产生200-1000Hz的方波, 输入到系统中, 分别模拟0-10%的瓦斯浓度和0-1000ppm的一氧化碳浓度。由测量结果可以看出浓度数据的精度在±1% (F.S) 以内, 精度符合设计要求。

4 结论

金融市场具有的功能 篇8

超导磁悬浮系统高速悬浮运行中, 希望使用无接触网集电系统从地面为车载电源供电, 考虑到轻便洁净, 车上发电或电池供电也需要使用无接触网集电系统。

另一方面, 地面和转向架间的电动悬挂 (称为一系悬挂) , 其固有阻尼极小或理论上为负, 所以对如何提高其阻尼性能进行了许多研究[1]。只是为了增加阻尼而在超导磁体和接地线圈的极窄空隙中新装一个线圈是不现实的, 所以在实际的试验车上没有这样做。车体和转向架间安装了减振器 (二系悬挂) , 因此, 转向架的振动很小。但在一系悬挂共振频率下, 无法获得上述减振效果, 所以期望一系悬挂能够得以进一步改进。

为满足上述要求, 利用悬浮线圈感应电流产生的谐波磁场, 开发出一种无接触感应集电系统[2]。该系统除具有集电功能外, 其优越性还体现在通过控制发电机集电线圈流过的电流, 就能使转向架和地面间产生电磁力。根据转向架的运动控制电流, 就可以把上述电磁力用作阻尼力, 从而使一系悬挂具有控制功能, 增加了一系悬挂阻尼力, 提高了乘坐舒适度[3]。实现集电电流控制的方法有两种, 一种是控制集电电路的功率因数 (称为“电抗电流法”) , 另一种是控制其零相电流 (1) (称为“零相电流法”[4]) 。后者能产生更大的电磁力, 但在开发过程中要注意很多问题, 例如, 集电线圈的形状和布置[5], 以及变流器的控制方法等。已经对试验车辆进行了试验[6], 并确定了其基本集电性能。最近对试验车辆试用零相电流法, 确定了其集电能力和抑制转向架振动的效果。本文将介绍使用零相电流法的集电系统, 并给出试验车辆的试验结果。

2 使用零相电流法的集电系统简介

2.1 原理

该系统的基本配置见图1。在超导磁悬浮系统中, 超导磁体 (SCM) 不仅用作线性同步电动机的磁场线圈, 而且在运行过程中还用作电动悬挂 (悬浮和导向) 的磁极。在垂向悬挂系统 (悬浮系统) 中, 感应电流流过“8”字形的线圈。由于悬浮线圈沿车辆运行方向连续布置, 所以悬浮电流产生的磁场与SCM极作用到SCM的节距相同, 从而车辆能够悬浮起来 (参见本文中的τ) 。由于悬浮线圈采用集中绕组方式, 所以悬浮电流造成的磁场伴有谐波。如果悬浮线圈有τ/3节距, 主谐波将有τ/5节距 (第五空间谐波) , 车上则保留第六次谐波 (运行速度为500 km/h时约为309 Hz) 。如果把“8”字形线圈 (发电机线圈) 布置在SCM表面, 电压则由第五空间和第六次谐波磁场产生。采用直流变换提高功率因数, 就可得到电力。

注: (1) 通常平衡的三相电流, 其各相 (U、V和W相) 电流之和等于0, 本文中的“零相电流”是指感应集电线圈中各相电流之和, 其数值不为零, 恰恰是用它产生阻尼力。

集电线圈的布置见图2。图2 (a) 为电抗电流法, 以常规谐波节距 (4/3τ) 布置线圈;图2 (b) 为零相电流法, 将封闭式集电线圈布置在各SC线圈内, 并根据各SC线圈的极反向布置。此外, 使用不同规格的U相和V相 (W相) 线圈, 以获得几乎平衡的3相感应电压。其次, 假如使用单相和3相脉宽调制 (PWM) 变流器, 同相的电流通过各线圈便产生基本节距 (τ) 磁场。悬浮线圈中磁场感应出基本节距的电流, SCM和悬浮线圈间便产生新的电磁力。根据转向架的振动来控制这种电磁力, 便可以使振动得以控制。

2.2 试验设备

图3为实际运行试验所用的零相电流式线性发电机系统, 表1给出了试验设备的主要技术参数, 图4为装在转向架上的发电机线圈。虽然原打算将发电机线圈装在转向架两侧, 但这次试验运行时仅将其布置在一侧。发电机线圈和PWM变流器用6根3相电缆连接。采用瞬时电流控制将3相交流电转换为直流电供给车上荷载 (SCM制冷机、空调机、控制装置供电、服务设备等) 。根据车上荷载所需的总电量, 所设计的试验设备其输出功率为25 kW (最大为30 kW) 。试验设备各部件的主要特点如下:

(1) SCM:仍使用以前试验 (电抗电流式线性发电机试验) 中所使用的SCM。将某些部件如外部容器凹角进行处理, 以降低涡流对外部容器因屏蔽效应所产生的压降, 抑制集电线圈交流电阻的增加。

(2) 发电机线圈:发电机线圈及其附件必须承受SCM附近高电流密度所产生的高电磁力, 及500 km/h 运行速度所产生的风压, 但质量又必须尽可能轻。根据结构分析, 优化了纤维增强塑料 (FRP) 线圈盘的形状和螺栓附件的布置。

(3) PWM变流器:为保证某些防范措施能同时起作用, 如发电机线圈高电抗的高功率因数控制、振动控制中的零相电流控制等, 研制了新的PWM变流器, 这种变流器既可以进行瞬间集电电流控制 (功率因数控制) , 也可以进行零相电流控制。

(4) 阻尼控制装置:在进行振动控制时, 需要能根据转向架振动计算出实时零相电流控制值的设备。为此, 研制了阻尼控制设备, 该设备根据安装在转向架上几个部位的振动加速度计所传出的信号, 计算出零相电流控制值。为了方便, 一种基本控制计算单元也一起集成到变流器中。

2.3 控制方法概述

(1) 瞬时电流控制:

每一相的等效电路见图5。集电电路 (交流侧) 包含大电抗和二极管桥式整流电路等, 故不能产生足够电力。为提高功率因数, 实施了使用PWM变流器的瞬时电流控制法。基本示意图 (只是U相) 见图6。iu、iv和iw是测定的单相集电电流, 从而可以确定高功率因数集电所需的电压。从基本瞬时电流控制方程便可确定PWM变流器的输出电压。

undefined

式 (1) 中, Eci、Rci、Lci、ω (i=u, v, w) 是各相变流器电压、变流器等效电阻、变流器等效电抗和角频率的控制值。另外, 为控制集电而增加了用比例积分 (PI) 补偿器控制Rci的电力控制模块。

(2) 零相电流控制:

产生电磁力的零相电流是根据i*c控制值, 由PI控制逻辑进行控制的。

图7为零相电流控制的电压示意图。

变流器的最终电压由图6和图7计算出的两个电压之和决定。如上所述, 集电方式和零相电流控制是相互独立的, 所以对两者可单独进行控制。

(3) 作用力控制:

可用多种方法进行振动控制, 如采用以产生电磁力作为库仑摩擦力 (力的绝对值保持不变, 但其符号是根据振动速度而确定的) 的开关控制法。转向架的实际垂向加速度在阻尼控制设备中进行积分计算, 即首先计算出振动速度, 直流量和任何高频成分都通过带通滤波器滤掉, 指令要求最大零相电流Imax产生阻尼力, 力的方向与转向架速度方向相反。假定转向架速度为v, 加以控制的零相电流i*0给定如下:

undefined

将此输入图7所示的示意图中。此外, 还对其他控制逻辑, 如用与摩擦力成正比的力控制和限定频率范围的控制等进行了试验。

3 车辆试验的验证

3.1 试验概况

利用逆变器由悬浮线圈模拟磁场谐波的现场试验完成之后, 又进行了如下试验:

(1) 测试感应电压:在PWM变流器侧开启集电电路的情况下, 测试了不同运行情况下发电机线圈的感应电压[8]。分析了车体的气动力, 以及对导轨中车辆位置的影响 (如因车辆转向架横向振动所造成的感应电压的波动) 。

(2) 集电能力试验:在变流器输出连接到车上供电系统的情况下, 确认了在不同运行条件下的集电特性及其运用稳定性。

(3) 振动控制试验:在集电模式情况下进行了振动控制试验。在试验中, 根据车辆振动情况, 将零相电流同步添加到集电电流中。确定了处于控制作用下的车辆和转向架动力学特性, 以及集电能力。

3.2 试验结果

3.2.1 感应电压

图8给出了测试和计算的满载感应电压。利用三维有限元法 (FEM) 进行磁场分析并计算感应电压[8], 分析过程中, 考虑了涡流表面效应对外部容器的影响及气动力对车辆的影响。对感应电压的绝对值而言, 各相的计算平均值和测试平均值吻合得很好, 但各相的计算值有大幅度的不均衡, 相反, 测试值的不均衡却很小 (低于4%) 。相位不均衡约为123°±1°, 测试值和计算值完全一致。图9给出了感应电压的矢量, 可以推知为接近对称的3相电压。

由于零相电流式线性发电机设备中的发电机线圈如图2所示进行不规则布置, 故担心这会产生有害影响。对感应电压进行了傅立叶分析, 结果见图10。由图10可知, 第二和第三谐波相当高, 但包含比最多在5%以内, 从而可以确定没有问题。

3.2.2 集电能力

在确定集电能力所进行的试验过程中, 试验设备的各种特性见图11。开始时, 车辆以电中性位置运行而不能得到足够的感应电压, 但转换到悬浮模式后, 就产生了高感应电压。将集电的起始速度调到200 km/h, 在同样的速度下开始实施将功率因数保持在1的控制。由于速度的增加, 感应电压也随之增大, 但当车辆达到300 km/h的速度和25 kW的目标集电值后, 降低集电电流以保持稳定的功率。即使在车辆进出弯道、气动力扰动大的情况下, 集电始终保持稳定值。当速度降低时, 集电模式在200 km/h时结束。在试验过程中发现, 发电机线圈和SCM没有非正常的振动或发热, 确认了设计和安装的有效性。

有效满荷载的集电特性见图12。可见在速度稍稍超过300 km/h时就达到了25 kW的集电目标值。低速时, 虽然计算功率与测试功率不同, 但还比较吻合。

图13给出了变流器效率和集电电路的功率因数与速度的关系。在350 km/h时, 变流器效率下降到85%, 这是集电电路峰值电流下的最低效率值。另一方面, 在高于450 km/h时, 效率又上升到90%以上。至于功率因数, 在任何速度下都达到0.99以上。

3.2.3 振动控制

对使用零相电流控制的振动控制, 在试验运行过程中检验了PI控制系统的响应特性。增益-频率和相位-频率特性见图14。由图14可知, 在20 Hz以内, 增益均约为100%。关于相位特性, 随着频率的增加, 产生均为1°/Hz的滞后。从而确认在全尺车辆系统中, 零相电流控制对控制转向架振动是有效的 (一系悬挂固有频率约为4 Hz～6 Hz) 。在同步集电和振动控制情况下的几种波形见图15, 其中, 最高零相电流调为100 A。结果不仅显示零相电流的良好响应特性, 而且确认了其保持稳定集电 (25 kW) 的能力。图16给出了一个使转向架振动得以衰减的例子, 垂向加速度是以正则加速度谱 (没有振动控制) 的形式给出的。可见, 实施振动控制时, 在4 Hz～6 Hz范围内振动幅值得以降低。上述结果说明这种振动控制方法对EDS磁悬浮的一系悬挂响应频率有极大影响, 在上述频率范围内, 转向架振动可降低到1/5左右。

4 结论

开发了具有集电和磁性阻尼功能的零相电流式线性发电机, 可作为超导磁悬浮系统车上供电系统的一种重要替代产品。为检验系统的实用性, 制作了车上试验设备, 并进行了实际运行试验, 取得了下列成果:

(1) 所测感应电压的绝对值与计算值较为吻合。

(2) 关于感应电压的不均衡和谐波, 幅值不均衡、相位不均衡的谐波比值都在5%以内, 没有遇到问题。

(3) 有实际感应电压和车上荷载的系统, 变流器功能良好, 功率因数1 (高于0.99) 控制和零相电流控制反应良好。

(4) 在有效满荷载工况下, 在稍稍超过300 km/h的速度时, 就能达到25 kW的集电目标。

(5) 该系统即使在同时使用集电和振动控制功能时, 也能获得稳定的集电值。

(6) 使用振动控制功能后, 转向架垂向振动约降低至1/5。在一系悬挂固有频率附近有极大的阻尼作用 (磁悬浮系统) 。

零相电流式线性发电机系统作为车上供电系统, 其适用性和作为一系悬挂阻尼控制设备的实用性都得到了验证。

参考文献

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