考研倒计时范文第1篇

【关键词】破坏准则；钢筋混凝土结构；抗倒塌

钢筋混凝土结构中存在诸多不确定因素，则结构设计时应全面考虑材料强度、几何尺寸、计算模型、作用效应等，这些均属于随机变量，再详细分析其分项系数，确保整个结构设计具备预期的可靠性。但许多工程事故均与偶然作用荷载量息息相关，本文探讨了基于破坏准则的钢筋混凝土结构抗倒塌，提出了实用性应用措施，对钢筋混凝土结构抗倒塌水平提升有着极大推动作用。

一、结构抗倒塌研究

（一）倒塌模式

通常的倒塌模式是根据最终倒塌模式分类的，包括倾覆倒塌和竖向倒塌这两种，其间倾覆倒塌均是结构抗侧强度，亦或者是刚度退化后而产生的，而这主要是由于二阶效应导致的较大层变形而出现倒塌；且竖向倒塌多是由于结构上的承重构件失灵，这时就出现了倒塌，工程倒塌均具备此类特征。而根据其破坏的过程而言，可将其分为结构整体倒塌与结构连续性倒塌，但是此类结构整体倒塌多不会出现，因此其并不是研究重点；结构连续性倒塌则是结构部分构建破坏，而导致相邻构建失效，最终造成诸多构建被破坏，从而出现与初始触因不相符的大面积坍塌。

（二）结构抗连续倒塌

20世纪就已经开始研究结构康连续倒塌，Baker等学者对框架结构受力性能的影响进行了研究，其间强调炸弹等类武器爆炸而产生的动力效应；再者是1968年的英国Ronan Point 22层装配式结构公寓因为煤气爆炸而出现连续性倒塌，之后，该地点则被称为结构抗连续倒塌，至此，国内外对此进行了全面研究，且1995年的美国，在俄克拉荷马州城市联邦政府工作大楼出现了连续性倒塌，这时就推动了该项研究的进一步发展。

1、试验研究。此项试验研究方式初期是拟动子结构试验，此类结构试验历经多年发展，目前已经发展为足尺振动台试验，之后许多此类研究成果亦被连续发展；再者是其间数值分析技术被快速推动，而加上专用分析程序被快速推广，且此类研究方式已发展为总结灾害经验及其数值分析共同研究。

2、研究对象。此项研究所研究的对象早已产生了极大变化，目前其多适用于各种具体工程的开展，更形成了多自由度体系，且也有学者对填充墙进行了研究，但是现阶段多是研究框架结构，学者研究的重点为：其一，全方位研究抗连续倒塌规范条纹，并严格论证其可行性及其意义，同时亦对抗连续倒塌研究指出了方向；其二，如果研究结构早期被破坏之后，从而出现了倒塌机理；其三，深层研究各种防止结构连续倒塌；其四，全面研究结构物倒塌过程中实现模拟机试验及其验证等方面工作。

3、设计规程。有国家对结构抗倒塌设计条款进行了规定，且大多是概念类的设计，ASCE 7是十分严格的结构抗连续倒塌设计及其相应的规范，其间提出了两种设计方法，包括直接设计法与间接设计法；间接设计严格规定了结构构件最小配筋率，再者是总体性及冗余度等类措施，以各种措施展开抗倒塌设计。

二、结构抗地震倒塌研究

（一）地震破坏机理

结构抗地震倒塌研究的管家问题就是选择何种物理量，以正确表征地震导致的结构破坏，也就是抗震结构破坏准则应处理的问题。结构破坏形式均与施加结构作用和结构特息相关，这时则应全面掌握地震动特性及其结构特性，以便更充分的了解地震破坏。通常地震动特征主要是以振幅、频谱、持时来描述的，而无论是何种组合，均会导致结构破坏且产生不同形式，包括首次超越破坏及累积损伤破坏。

（二）单参数破坏准则

造成结构破坏的地震反应与结构动力特性亦是息息相关的，且相应的破坏准则可承受人们这两个方面的认识水平。静力阶段输进地震动则仅考虑历史地震预计地震最大加速度，这时的设计准则是静力强度准则；反应谱阶段是以反应谱来分析地震动振幅及频谱，且注重结构动力特性方面的影响，不过设计时大都是将地震惯性力当做是静力，这属于等效静力法，其设计准则亦是静力强度准则。

三、抗地震倒塌破坏准则

（一）变形破坏准则

往往地震作用下会导致多层结构出现许多塑性变形，或是该类变形均是发生在薄弱层的，弹塑性变形及弹性变形稳定状态下，规范定义结构塑性变形则多是在反应层中出现形变，再对其形变大小进行严格的判定，而此类判定关系到倒塌破坏。且规范中面对强大地震作用力，其间结构抗震设计时应严格验算弹塑性变形，不过具体倒塌设计时，许多设计人员并未注重此类验算。

（二）结构倒塌破坏准则

结构倒塌破坏准则包括变形及延性准则，亦或者是能量准则及变形-能量双参数准则，还应注重强度与刚度的退化准则。而其间破坏准则定义强调的是构件及结构都出现破坏，构件层次中出现的破坏准则定义的是不利的截面极限状态，通常如果截面呈现为特定极限状态，这时就可以将其判断为构件破坏；结构层次中的破坏准则要全方位定义结构整体性，分析其最易失效组合倒塌破坏临界状态，而这时的结构性能退化是超过其极限状态的，之后则出现倒塌。而现阶段的结构倒塌破坏准则并不严格，相应的破坏准则使用时应分析合理性、唯一性、量化性。

四、结束语

随着生活水平的不断提高，人们更加注重建筑物体的安全性及其质量，而建筑物结构安全性为结构设计的重要内容。本文对结构抗倒塌研究及结构抗地震倒塌研究进行了探讨，对某工程实例进行分析，为钢筋混凝土结构抗倒塌水平提升提供参考依据。

考研倒计时范文第2篇

关键词：抗连续倒塌；非线性静力分析；非线性动力分析

Abstract: In recent years, the frequent occurrence of progressive collapse at home and abroad has gained more and more attention from the structural engineers. It has become an urgent task to analyze the relevant progressive-collapse-resisting performance for improving the structural safety. Most of the current research regarding progressive-collapse-resisting capacity has been focusing on the reinforced- concrete- and steel- frame structures. The progressive collapse capacity is analyzed by four methods. The results on the progressive collapse capacity obtained from the four analysis approaches are compared, and the method appropriate for analyzing the progressive collapse capacity is presented.

Keywords: resisting progressive collapse; nonlinear static analysis; nonlinear dynamic analysis

中图分类号：TU318 文献标识码：A

研究背景及意义

自1968年Ronan Point公寓由于煤气爆炸引起公寓发生连续倒塌事件之后，引起了很多学者对结构倒塌事件的关注，从此一些研究学者在科研研究中开始引进新名词为连续倒塌。经过多次对连续倒塌的定义进行修订，最终将连续倒塌定义为[1]：由于结构局部构件破坏，引起一系列结构构件不成比例的破坏，最后导致结构系统大部分或整体发生倒塌。

近年来，国内外的道路、桥梁工程发生了多次连续倒塌事件，造成了大量的人员伤亡和巨大的经济损失。目前造成连续倒塌事件的发生有很多原因，主要是施工工艺不当、设计不合理、撞击荷载、爆炸荷载、地震荷载、结构材料性能不合格等，这些都具有偶然性，但是却给我们人类带来了巨大的损失。

国内外研究现状

2.1结构连续倒塌相关规范规程

自1995年联邦政府办公楼倒塌、2001年世贸双塔倒塌后，工程界人员开始对结构连续倒塌事件广泛重视，对结构设计标准进行了多次调整及修订。美国编制的GSA2003[1]和DoD2010[2]，它们是目前抗连续倒塌设计较为专业的规范，详细地阐述了如何防止结构连续倒塌设计方法和结构连续倒塌性能分析的流程，能够很好的运用到实际工程中。我国近年来发生多次连续倒塌事件,我国迫切需要对结构连续倒塌性能分析方法和对提高结构抗连续倒塌能力等方面进行研究。在结构倒塌方面,我国起步较晚,目前还未对建筑结构连续倒塌方面相关规范。

将各国有关倒塌规范归结起来，主要有三种结构抗连续倒塌设计方法： 拉结强度设计法、拆除构件法、关键构件法。拉结强度设计法主要是提高结构连续性、延性和冗余度，从而降低结构发生连续倒塌现象的可能性。拆除构件设计方法是指把失效的竖向构件拆除后，在原有竖向荷载作用下结构发生内力重分布现象，剩余结构具有跨越能力从而保证结构不发生大范围的倒塌破坏。关键构件设计方法是通过相应的措施保证关键构件具有足够的强度从而降低结构发生连续倒塌现象的概率。

2.2国外研究现状

目前对国外学者框架结构连续倒塌性能研究主要是考虑柱失效的位置、失效时间、结构布置等。

Mckay等 [3]建立了框架结构有限元分析模型，运用备用路径法分析结构连续倒塌性能，主要是在分析过程中采用荷载增大系数考虑结构动力效应和非线性效应，分析了荷载增大系数大小对连续倒塌性能分析结果的影响。得出采用现有倒塌规范GSA2003中的静力方法比较保守的。

Kim和Park[4]建立了空间钢框架结构有限元分析模型，采用非线性分析方法对结构进行连续倒塌性能研究。在分析过程中主要是通过改变主梁的尺寸，增强结构的延性，从而避免结构发生连续倒塌现象。

Kim等人[5]运用备用路径法对钢框架结构的抗连续倒塌性能进行研究。采用线性静力和非线性动力方法对结构连续倒塌性能分析，得出结论是采用线性静力分析方法对结构连续倒塌性能分析的结果相对保守。Kim等人[6]运用竖向Pushdown分析方法对空间钢框架结构进行抗连续倒塌性能研究，主要研究了结构的层数和跨度对结构连续倒塌性能的影响，得出结构跨度越大，结构越易发生倒塌现象；结构层数相对影响小。Kim等人[7]~ [10]通过采用非线性分析方法对倾斜和扭曲不规则建筑结构、筒体结构、带有斜撑的框架结构进行抗连续倒塌性能研究，得出对结构连续倒塌性能的影响因素。

2.3国内研究现状

目前国内学者主要是按照美国连续倒塌设计规范，对钢框架及钢筋混凝土框架结构进行连续倒塌性能研究。考虑框架柱失效的位置、框架柱失效的时间、结构材料性能等。通过各种分析方法对现有倒塌规范的静力分析方法采用的荷载增大系数验证。

王铁成和刘传卿[11]建立了十层钢框架有限元分析模型，采用动力分析方法对局部构件破坏后的结构进行动力特性研究。得出结论是局部构件失效时间是影响结构连续倒塌性能的主要因素，而结构材料特性影响较小，特别是材料的强化模量。

江晓峰[12]主要研究大跨桁梁结构的连续倒塌性能，基于有限元分析方法研究了结构发生连续倒塌的根本原因，并提供了能够有效提高结构连续倒塌性能的设计方法；基于对程序二次开发精确模拟了结构连续倒塌过程，包括不连续的变形；得到钢屋架结构体系安全性能的评估方法为线性静力方法，并对该方法进行验证。

谢甫哲等人[13]分析框架结构体系连续倒塌性能，主要考虑柱的失效时间和失效位置。给出了采用非线性动力分析方法对结构倒塌性能研究是失效时间的取值；柱失效位置对结构倒塌性能影响较大。

胡晓斌等人[14]建立了多层平面钢框架结构模型，采用线性及非线性静力和非线性动力分析方法对结构连续倒塌性能分析，该分析过程中涉及到三个问题：移除杆件的选择、构件破坏评价准则、结构倒塌评价准则。结果表明非线性动力分析方法对结构连续倒塌性能分析较为准确。

连续倒塌分析过程中关键问题的研究现状

线性及非线性静力分析、线性及非线性动力分析方法，这四种分析方法可以用于结构连续倒塌相关研究，但是准确的分析结果是连续倒塌设计和评估的重要前提。不同的分析方法和偶然荷载对结构连续倒塌性能分析结果是有影响的，主要表现在以下各个方面：1）准确的模拟在偶然碰撞荷载作用下和地震作用下结构的反应，存在的问题是如何对该荷载更准确有效的模拟。2）准确模拟实际工程中的倒塌全过程，存在的问题是如何对结构发生破坏后会出现不连续、大变形阶段的模拟。3）目前我们通常基于构件拆除法对结构进行连续倒塌性能分析，存在的问题是如何准确判断整个结构中的构件那些构件为关键构件。4）研究表明，失效柱的位置不同对结构抗连续倒塌性能影响较大。因此，深入并定量研究不同位置的柱失效对结构抗连续倒塌性能的影响是很有必要的。

总结

本文对连续倒塌研究的现状进行概述，得出以下结论：

目前做有关连续倒塌的研究，主要参考美国的GSA2003与美国DoD2010规范。

目前对框架结构的连续倒塌研究较多，主要是研究不同框架柱失效对结构连续倒塌性能的影响。

参考文献：

GSA2003. Progressive Collapse Analysis and Design Guidelines for New Federal Office Buildings and Major Modernization Projects[S]. U.S. General Service Administration, 2003.

DoD2010. Unified Facilities Criteria: Design of Structure to Resist Progressive Collapse[S]. U.S. Department of Defence, 2005.

A. E. McKay. Alternate Path Method in Progressive Collapse Analysis: Variation of Dynamic and Non-linear Load Increase Factors[M]. ProQuest, 2008.

J. Kim, J. Park. Design of Steel Moment Frames Considering Progressive Collapse [J]. Steel and Composite Structures, 2008, 8(1): 85-98.

考研倒计时范文第3篇

关键词：倒立摆;Backstepping;控制器

中图分类号： TM571文献标识码：A

1引言

倒立摆是控制理论、计算机控制等多个领域的结合,其系统作为一个具有绝对不稳定、高阶次、多变量、强耦合的典型的非线性系统，是检验控制理论和方法的理想模型，本文选择倒立摆系统作为研究对象具有重要的理论意义和应用价值。而对倒立摆系统的研究方法常见有线性理论控制方法[7]，变结构控制和自适应控制方法[8]，智能控制方法[9]，鲁棒控制方法[10]及Backstepping方法[11]。本文主要利用Backstepping方法设计了直线型一级倒立摆系统控制器，相对于其他研究倒立摆系统的控制方法，Backstepp-

ing方法最大的优点是不必对系统进行线性

化，可以直接对系统进行递推性的控制器设计，保留了被控对象中有用的非线性项，使得控制设计更接近实际情况。

2直线型一级倒立摆数学模型建立

在忽略了空气阻力和各种摩擦之后，可将直线型一级倒立摆系统抽象成小车和匀质摆杆组成的系统，如图所示：

图1 一级倒立摆系统的力学示意图

将摆杆视为刚体，则一级倒立摆系统的参数为：小车质量 ，摆杆质量 ，摆杆重心到铰链的长度 ，重力加速度，小车位置，摆杆角度，作用在小车上的驱动力F 。当小车在水平方向运动时，若忽略摩擦力矩的非线性，对小车和摆杆进行水平和垂直方向受力分析 ，如图：

图2 小车和摆杆的受力分析图

其中N和P为小车和摆杆间的相互作用力水平和垂直方向上的分量。分析小车水平方向上的合力，由牛顿运动定律可得：

（1）

由摆杆水平方向的受力分析可得：

(2)

即： (3)

把式子(3)代入(1)式中，就得系统的第一个运动方程：

（4）

对摆杆垂直方向上的合力进行分析并由力矩平衡方程可得：

（5）（6）

合并这两个方程，约去P和N，得到第二个运动方程：（7）

为了后面设计的方便我们对得到的两个方程进行化简和处理可得直线型一级倒立摆系统的数学模型如下：

（8）

在这里可以将倒立摆系统（8）看作是由小车和摆两部分组成的具有两个子系统的组合系统。倒立摆的摆系统控制具有高度非线性，同时考虑到实际设备长度的约束，我们必须限制小车系统的位移。以前大部分研究工作都是通过对倒立摆数学模型中的非线性项进行近似或忽略，从而简化控制器的设计。我们采用基于Lyapunov能量反馈的方法对倒立摆进行起摆控制，这实际上是利用正反馈不断增大摆的能量。针对摆系统，采用Backstepping方法设计非线性控制器，但此时得到的控制器不能实现对小车位移的控制；因此我们结合线性控制理论的极点配置方法获得对小车位移和速度控制的部分控制器；两者结合则得到整个倒立摆系统的一个非线性稳摆控制器。

3控制器设计和闭环系统数值仿真

针对直线型一级倒立摆系统的控制器设计方法很多，包括状态反馈控制、LQR最优控制、模糊控制和PID控制等方法，同时各种方法的相互结合使用来设计倒立摆系统已经称为研究热点。

针对上面的直线型一级倒立摆系统(令)，选取M＝2.0kg， m=8.0kg，l=0.5m，g=9.8m/s^2。我们先考虑摆子系统的动态模型：

（9）

step1 令， 看作是系统:

(10)

的虚拟控制。 现在我们的控制目的就是设计虚拟反馈控制去镇定。为此， 构造Lyapunov函数， 则有。取，为可设计常数，并引入误差变量，则有：

（11）(12)

故若，则，即子系统被镇定，下面镇定。

step 2对应一个二阶系统：

（13）

此时真正的控制出现,这一步主要是镇Z2。

构造函数，则(14)

令

(15)

其中为设计常数，由(15)求得系统的控制输入：

(16)6)代入式(14)则，即，子系统(13)被镇定，所以，

进而，反推之后可得，

即可得系统(9)在控制(16) 作用下被镇定。

而把，

代入(17) 可得系统(9)的控制输入：

（17）

其中的为可设计常数，可以根据实际系统的具体要求进行设计，这一点也是Backstepping方法的特点和优点之一。当取，时相应的控制器：

（18）

我们先对上面得到的非线性系统（8）作近似线性化。考虑摆杆在平衡点（）附近摆动微小，对非线性系统（8）进行局部线性化，即令做近似处理后，就得到倒立摆的线性状态方程：

(19)

式中，，输出，

，，

其中，

用Matlab中的place函数得到反馈矩阵：

(20)

截取部分为的系数，则可得(21)

两者结合可得：

(22)

该控制器可以控制摆杆保持平衡的同时，跟踪小车的位置。

数值仿真及结果分析

在一级倒立摆系统实验平台进行数值仿真，其程序如下:

function dxdt=denglixia(t,x)

a=20-3*cos(x(1))^2;b=3*cos(x(1));

c=294*sin(x(1))-1.5*x(2)^2*sin(2*x(1));

u1=a/b*(100*x(2)+150*x(1)+c/a);u2=-31.62*x(3)-20.95*x(4);

u=u1+u2;

d=-0.8299*u-0.083*x(4)-0.0227*x(2)^2*sin(x(1));

e=1-0.0227*2.6732*cos(x(1))^2;

A=(d+0.0227*cos(x(1))*26.154*sin(x(1)))/e;

B=26.154*sin(x(1))+2.6732*cos(x(1))*d;

C=B/e;

dxdt=[x(2);C;x(4);A]

[t,x]=ode45(@denglixia,[0 10],[-0.05 0.5 0.5 -0.15]);

plot(t,x(:,1));hold on;plot(t,x(:,3))

得出小车和摆杆的状态响应曲线如下图：

图3 小车和摆杆的状态响应曲线

从仿真结果来看，在给出的算法里面含有可调参数，只要合适的调节参数，就可以使得稳定时间大大缩短，其抗干扰能力；稳定时间快，因保留了系统的非线性项，控制效果好，稳态性能指标比较好。

5结论

采用Backstepping设计控制器，将设计好的控制器用于一级倒立摆实验台，只要调节参数选择合理，在没有给扰动时，系统在及短时间趋于稳定，如外加一扰动，系统也在很短的时间里达到新的平衡。

参考文献:

[1] Kanellakopoulos I， Kokotovic P V and Morse A S． Systematic design of adaptive controllers for feedback linearizable systems[J]． IEEE Transon AC， 1991， 36(11)：1241～1253

[2] Miroslav K, Kanellakopoulos I and Kokotovic P V.Nonlinear and Adaptive ControlDesign[M].NewYork;A Wlley-

Interscience Publication,John Wiley and Sons，1995

[3]Miroslav K， Kokotovic P V． Control Lyapunov function for adaptive nonlinear stabilization[J]．Systems ＆ Control Letter，1995，26(2)：17～23

[4] Kokotovic PV Arcak M.Constructivetrol nonlinear control: A historical perspective[J].

Automatica,2001,37(5)：637～662

[5] Skjetne R， Fossen T I， Kokotovic P V． Robust output maneuvering for a class of nonlinear systems[J]． Automatica， 2004， 40(3)：373～383

[6] 李文磊，张智焕等．基于自适应backstepping设计的TCSC的非线性鲁棒控制器[J]．控制理论与应用，2005，22(1)：153～156

[7] 谢克明．现代控制理论基础[M]．北京:北京工业大学出版社，2003，497～500

[8] 项武，陈元春等．基于模糊神经网络的倒立摆控制系统[J]．计算机应用与软件，2006，23(10)：68～70

[9] 蔡增威，张晓华．一阶直线倒立摆运动控制技术的研究[J].哈尔滨工业大学硕士学位论文

考研倒计时范文第4篇

关键词：STM32；倒立摆；闭环控制

引言

倒立摆控制系统是自动控制理论的重要研究平台，可对应于火箭垂直发射控制技术，因此对它的研究具有重大的实践意义和价值。目前对倒立摆的研究主要分为系统力学分析及建模，控制算法及仿真，而对实现手段少有研究。文章讨论了以STM32为核心的倒立摆控制器的设计与实现，它实现了经典双回路PID控制算法对旋转单级倒立摆的控制策略。

1 控制系统硬件设计

倒立摆的系统主要由四部分构成：控制器，驱动系统，检测装置及机械部分。其中由于控制器需要完成复杂的PID运算，要求系统反馈控制速度快，因此以具有ARM核的32位STM单片机为核心完成控制算法；检测装置由光电码盘构成，主要用于检测电机转动速度及摆杆的角加速度，本系统中采用200P/R的欧姆龙光电编码器。驱动部分采用飞思卡尔公司生产的电机驱动芯片mc33886，其输出电流可以达到5A，可以实现电机PWM 调速，正反转，制动等实时控制功能。红外遥控及键盘为系统调试辅助装置，可以在系统运动过程中对程序中的P，I，D参数进行微调。控制系统部分硬件电路结构如图1所示。

图1 控制系统结构框图

系统中以STM32为核心的控制器控制电机正反转带动旋转臂来回摆动从而带动摆杆做圆周运动至直立状态，直立后迅速切换电机运行模式使摆臂稳摆。系统中由检测装置测得的摆臂位置，摆臂加速度及电机当前转速等参数反馈回STM32进行综合PID计算，输出PWM波进行电机调速从而使系统能处于稳态。控制系统的核心为STM32中对控制算法的实现。

2 控制算法及程序设计

倒立摆系统的控制过程是：通过电机带动旋转臂转动产生合适的力u使得旋转臂和摆杆在某一给定的初始条件下能够快速到达新的动态平衡。本系统是单输入双输出系统，在控制方案上采用采用经典控制理论的双闭环PID控制，系统控制原理方框图如图2所示：

图2 系统控制原理路

在控制策略上采用经典的PID闭环调节算法。常用的PID控制算法有两种：增量式和位置式。增量式算法特点是累计误差小，位置式算法特点是响应速度快。根据系统控制特点，采用位置式PID控制算法。

PID增量式控制算法，其算式为

式中u（k）为控制量，本系统中为电机转向及转速。e（k）为偏差，T为采样周期，k为采样序列，kp为比例系数，KI=KP■为积分系数，KD=Kp■为微分系数。采样周期和采样序列根据对摆杆的力学分析及香农定理得出。具体的P，I，D参数整定则需要在调试过程中通过不断调整来确定。

系统程序设计主要完成了上述PID控制算法及PWM电机调速，完成了系统双闭环控制电机转速，从而实现了倒立摆控制系统。程序由主程序和4个子程序构成，子程序分别完成起摆，稳摆，稳摆并做圆周运动等动作。

为了验证系统软硬件系统是否有效，对系统进行了系列测试，测试中采用精度为1°的360°角度指示板及精度为0.01s的秒表。测试数据如表1：

表1摆动测试数据

从测试数据反映，系统能够在短时间内实现摆臂摆动及稳摆，且摆臂直立后摆动幅度小，在遇外力干扰后能迅速作出反应回到稳态。系统完成动作好，抗干扰能力强。

3 结束语

文章给出了一种倒立摆系统的设计方案，并成功地设计了倒立摆系统的硬件部分和软件部分，最终构建了一个倒立摆系统。为了验证系统的有效性，进行了测试，数据证明设计是成功的。本系统对多种工程问题，如电磁直立行车的直立驾驶实时控制设计提供了的重要的借鉴和参考价值。

参考文献

[1]固高科技（深圳）有限公司.倒立摆与自动控制原理实验[Z].2005.

[3]杨平，徐春梅，曾婧婧，等.PID控制在倒立摆实时控制系通过中的应用[J].微计算机信息，2006（2）：83-85.

[3]王继军， 孙灵芳.自动化技术与应用[J].2011（30）：1-5.

[4]桑英军，范媛媛，徐才千.单级倒立摆控制方法研究[J].控制工程，2010.11（17）：43-46.

考研倒计时范文第5篇

关键词：考试系统；变电站；仿真；C#

1 考试系统总体设计

本系统在Visual Studio 2008中的Visual C#.NET平台上开发，采用C/S模式连接教练员机和学员机之间的数据通信[2]。试题库分为理论知识、倒闸操作和事故演练三大类。前者考核学员对电网日常规程、倒闸和事故理论知识的掌握，后二者考核学员倒闸操作和事故处理能力。组合式的试卷对学员的学习成果进行全面的考核，保证电网的安全运行。考试系统设计框图如图1所示：

2 分模块具体实现

2.1 理论知识考试

变电站运行人员的日常值班主要工作[3]有：值班、交接班、巡回检查、运行监盘与抄录表计、倒闸操作、异常和事故处理。这些工作规程和注意事项组成了理论知识考试的试题库。理论知识试题采用判断题题型，百分制形式，评分公式如下：

（1）

式中，N1为理论知识试题总数目；n1为正确答题数目；C1为理论知识分值权重；S1为理论知识得分。

2.2 倒闸操作考试

倒闸操作是电气设备或电力系统由一种运行状态变换到另一种运行状态、由一种运行方式变换到另一种运行方式时所进行的一系列的有序的设备操作。倒闸操作是变电站运行人员的主要工作之一，直接影响电网的安全运行[4]。其主要工作有：断开或合上某些开关、刀闸、断开或合上某些直流操作回路、投入或退出某些继电保护装置以及拉、合接地刀闸等。

倒闸操作时应基本遵循以下原则：（1）操作中要按正确的顺序进行，不得造成事故；（2）尽量不影响或尽量少影响对用户的供电和系统的正常运行；（3）万一发生了事故，应使事故影响的范围尽量缩小。

根据以上倒闸操作的原则和基本操作方法，建立了操作规则库[5]。以线路停电和送电操作试题为例，图2为截取的郑州变电站500kv武郑一回线，图中，断路器5053的两侧隔离开关为505327和505317。

停电时，正确操作顺序为：确认跳开断路器5053后，先拉负荷侧隔离开关505317，后拉电源侧隔离开关505327；送电时操作顺序相反。操作顺序出错，则有可能造成带负荷拉合隔离开关的情况，甚至引起母线上全部负荷的大范围停电等事故。针对此线路，操作规则库中的对应内容如表1所示。

表中a、p、q分别为5053、505317、505327的当前状态，0是断开，1是闭合；a=p∧q、p=（-a）∧q、q=（-a）∧（-p）分别为5053、505317、505327的操作权限，0是不可操作，1是可以操作。从表中可得出，断路器5053可操作时，必要条件为隔离开关505317、505327均已闭合状态；隔离开关505317可操作时，必要条件为断路器5053断开，隔离开关505327闭合状态；隔离开关505327可操作时，必要条件为断路器5053和隔离开关505317均为断开状态。由此可见，操作规则库能够准确的验证操作顺序的正确性。倒闸考试计分时，根据相应设备状态所对应的操作权限判断正误。任意一步操作出错，则此题判为错误；操作顺序全部无误，判为此题正确。倒闸操作考试计分公式如下：

（2）

式中，N2为倒闸操作试题总数目；n2为正确操作的试题数目；C2为倒闸操作分值权重；S2为倒闸操作得分。变电站运行人员在倒闸操作中的防误操作，由培训系统的五防逻辑设计保证，系统只在学员操作中给予五防提示，但并不作为此变电站仿真培训的考试内容。

2.3 事故演练考试

变电站实际运行中事故类型丰富、数量众多。系统设置事故演练时，可设置一种或多种组合。应对事故的对策操作并不具有唯一性[6]。同一个事故可能有多种处理方式，但总的方向是一致的，就是在符合操作规则的前提下，迅速排除事故以保证电网安全运行。

事故演练考试中，学员的每一步操作首先应经由操作规则库的验证，符合操作规则库的操作才是有效的操作。最后集合所有有效的操作步骤，与对策步骤库中的参考步骤比对，计算事故演练考试成绩，计分公式为：

（3）

式中，K为参考步骤总数目；k为正确操作的步骤数目；C3为事故演练分值权重；S3为事故演练得分。

对策步骤库中的参考步骤编写的主要原则为，变电站站长和老员工的经验，均是较适用于当前事故的处理步骤。其中，有学员必须进行的操作，也有允许学员自由选择的操作。因此，式（3）中的参考步骤总数目K并不是一个定值，而是根据学员的操作不同而变化。

3 结束语

此变电站仿真培训考试系统，能够根据学员技能和知识的掌握情况，对各类试题的分值权重进行灵活设置。学员最终总成绩为三类试题得分总和。实践证明此系统对学员进行的个性化培训考试，巩固了理论知识，加强了薄弱环节，能够更有效的提高学员的操作技能，为变电站培训出优秀运行人员。

参考文献

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