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系统分析理论范文1
关键词：USB；数据采集；EZ－USBFX2；GPIF
1引言
现代工业生产和科学研究对数据采集的要求日益提高。目前比较通用的是在PC或工控机内安装数据采集卡（如A／D卡及422、485卡）。但这些数据采集设备存在以下缺陷：安装麻烦、价格昂贵、受计算机插槽数量、地址、中断资源的限制，可扩展性差，同时在一些电磁干扰性强的测试现场，可能无法专门对其作电磁屏蔽，从而导致采集的数据失真。
传统的外设与主机的通讯接口一般是基于PCI总线、ISA总线或者是RS－232C串行总线。PCI总线虽然具有较高的传输速度（132Mbps），并支持“即插即用”功能，但其缺点是插拔麻烦，且扩展槽有限（一般为5～6个），ISA总线显然存在同样的问题。RS－232C串行总线虽然连结简单，但其传输速度慢（56kbps），且主机的串口数目也有限。
通用串行总线（UniversalSerialBus，简称USB）是1995年康柏、微软、IBM、DEC等公司为了解决传统总线的不足，而推出的一种新型串行通信标准。该总线接口具有安装方便、高带宽、易扩展等优点，已经逐渐成为现代数据传输的发展趋势。基于USB的数据采集系统充分利用USB总线的上述优点，有效地解决了传统数据采集系统的缺陷。USB的规范能针对不同的性能价格比要求提供不同的选择，以满足不同的系统和部件及相应不同的功能，从而给使用带来极大方便。
2系统介绍
2．1数据采集系统的结构与功能
常见的数据采集系统的硬件总体结构如图1所示。其中数据采集接口卡是硬件部分的核心，它包括A／D转换器、微控制器、USB通信接口等。
在高速数据采集系统中由于现场输入信号是高频模拟信号，因而信号的变化范围都比较大如果采用单一的增益放大那么放大以后的信号幅值有可能超过A／D转换的量程所以必须根据信号的变化相应地调整放大器的增益。在自动化程度较高的系统中希望能够在程序中用软件控制放大器的增益AD8321正是这样一种具有增益可编程功能的芯片。AD8321是美国AD公司生产的一种增益可编程线性驱动器。它具有频带宽、噪声低、增益可编程且易于与单片机进行串行通信等优点，十分适合在数据采集系统中做前置放大。
经过调理后的信号可送入模／数变换器（ADC）进行A／D变换。笔者选用的ADC是TLC5540，它是一种高速8位模拟数字转换器，能以高达每秒40M的采样速率进行转换，由于采用半闪速结构和CMOS工艺制造，因此功耗和成本很低。其75MHz（典型值）的模拟输入带宽使该器件成为欠采样应用的良好选择。该器件带有内部电阻，可用于从5V电源产生2V满度的基准电压，以减少外部元件数。数字输出置于高阻方式。它仅需要5V电源工作，可由USB总线供电。
由于数据采集接口卡是硬件部分的核心，因此应选择能适用USB协议的合适芯片。EZ－USBFX2是一种USB2．0集成微控制器。它的内部集成了USB2．0收发器、串行接口引擎（SIE）、增强的8051微控制器和一个可编程的串行接口。其主要特性如下：
带有加强的8051内核性能，可达到标准8051的5～10倍，且与标准8051的指令完全兼容；
集成度高，芯片内部集成有微处理器、RAM、SIE（串行接口引擎）等多个功能模块，从而减少了多个芯片接口部分需要时序配合的麻烦；
采用软配置，在外设未通过USB接口接到PC机之前，外设上的固件存储在PC上；而一旦外设连接到PC机上，PC则先询问外设是“谁”（即读设备描述符），然后将该外设的固件下载到芯片的RAM中，这个过程叫做再枚举。这样，在开发过程中，当固件需要修改时，可以先在PC机上修改好，然后再下载到芯片中；
具有易用的软件开发工具，该芯片开发系统的驱动程序和固件的开发和调试相互独立，可加快开发的速度。
图2USB接口示意图
2．2方案选择
FX2有三种可用的接口模式：端口、GPIF主控和从FIFO。
在“端口”模式下，所有I／O引脚都可作为8051的通用I／O口。
在“从FIFO”模式下，外部逻辑或外部处理器直接与FX2端点FIFO相连。在这种模式下，GPIF不被激活，因为外部逻辑可直接控制FIFO。这种模式下，外部主控端既可以是异步方式，也可以是同步方式，并可以为FX2接口提供自己的独立时钟。
“GPIF主控”接口模式使用PORTB和PORTD构成通向四个FX2端点FIFO（EP2EP4EP6和EP8）的16位数据接口。GPIF作为内部的主控制器与FIFO直接相连，并产生用户可编程的控制信号与外部接口进行通信。同时，GPIF还可以通过RDY引脚采样外部信号并等待外部事件。由于GPIF的运行速度比FIFO快得多，因此其时序信号具有很好的编程分辨率。另外，GPIF既可以使用内部时钟，也可以使用外部时钟。故此，笔者选择了GPIF模式。
高速数据采集卡的设计存在两大难点：一是模拟信号的A／D高速转换；二是变换后数据的高速存储及提取。对于第一个问题，由于制造ADC的技术不断进步，这个问题已经得到解决。而对于第二个问题，一般的数据采集系统是将A／D转换后的数据先存储在外部数据存储器中，然后再对其进行处理。对于高速数据采集而言，这种方式将严重影响采集速度，且存储值也会受到很大限制。而改进方案是将A／D转换后的数据直接送至计算机内存，这样，采集速度将大大提高，而且可存储大量数据，以便于下一步的处理。
为了解决同步问题，可以由CPLD产生同步时钟信号提供给ADC和FX2。在本数据采集系统的设计中，CPLD同时还可用于产生不同的控制信号，以便对采样进行实时控制。CPLD是复杂可编程逻辑器件，它包括可编程逻辑宏单元、可编程I／O单元和可编程内部连线。由于CPLD的内部资源丰富，因而可广泛应用在数据采集、自动控制、通讯等各个领域。在本系统的设计中，笔者选用的CPLD是Lattice公司的ispLSI1016。图2所示是其整个USB接口卡的硬件电路图。
3系统软件设计
该系统软件主要包括USB设备驱动程序、设备固件和应用程序。
3．1设备固件（Firmware）设计
设备固件是设备运行的核心，可采用汇编语言或C语言设计。其主要功能是控制CY7C68013接收并处理USB驱动程序的请求（如请求设备描述符、请求或设置设备状态，请求或设置设备接口等USB2．0标准请求）、控制芯片CY7C68013接收应用程序的控制指令、控制A／D模块的数据采集、通过CY7C68013缓存数据并实时上传至PC等。
即使外部逻辑或内置的普通可编程接口(GPIF)在没有CPU的任何干涉下能够通过四个大的端点FIFO来处理高速宽带数据，固件还是有如下固定的工作：
配置端点；
通过控制端点零来响应主机请求；
控制和监测GPIF的活动；
利用USART处理所有的特殊请求任务，如计时器、中断、I／O引脚等。
3．2USB设备驱动程序开发
USB系统驱动程序采用分层结构模型分别为较高级的USB设备驱动程序和较低级的USB函数层。其中USB函数层由两部分组成：较高级的通用串行总线驱动程序模块（USBD）和较低级的主控制器驱动程序模块（HCD）。
在上述USB分层模块中，USB函数层（USBD及HCD）由Windows提供，负责管理USB设备驱动程序和USB控制器之间的通信；加载及卸载USB驱动程序；与USB设备通用端点（endpoint）建立通信并执行设备配置、数据与USB协议框架和打包格式的双向转换任务。目前Windows提供有多种USB设备驱动程序，但并不针对实时数据采集设备，因此需采用DDK开发工具来设计专用的USB设备驱动程序。该设备驱动程序应由初始化模块、即插即用管理模块、电源管理模块以及I／O功能等四个模块来实现。
初始化模块可提供一个DriverEntry入口点以执行大量的初始化函数。
即插即用管理模块用来实现USB设备的热插拔及动态配置。当硬件检测到USB设备接入时，Windows查找相应的驱动程序，并调用它的DriverEn-try例程，同时告诉它添加了一个设备；然后，驱动程序为USB设备建立一个FDO（功能设备对象）。在此处理过程中，驱动程序收到一个IRPMNSTARTDE-VICE的IRP，在它之中包括有设备的资源信息。至此，设备被正确配置，驱动程序开始与硬件进行对话。当然，在设备运行过程中，如果设备状态发生变化（拔除、暂停等），PnP管理器也同样发出相应的IRP，以便由驱动程序进行相应的处理。
电源管理模块负责设备的挂起与唤醒。
I／O功能实现模块可完成I／O请求的大部分工作。当应用程序提出I／O请求时，它将调用Win32API函数DeviceIoControl向设备发出命令，然后由I／O管理器构造一个IRP并设置其MajorFunction．域为IRPMJDEVICECONTROL。在USB设备驱动程序收到该IRP后它将取出其中的控制码并利用一个开关语句查找对应的程序入口。
3．3应用程序设计
应用程序设计由两个部分组成：动态链接库和应用程序。动态链接库负责与内核态的USB功能驱动程序通信并接收应用程序的各种操作请求，而应用程序则负责对所采集的数据进行实时显示、分析和存盘。
动态链接库的工作原理如下：当它收到应用程序开始采样的请求后，首先创建两个线程：采样线程和显示存盘线程。采样线程负责将采样数据写到应用程序提交的内存；而显示存盘线程则负责给应用程序发送显示和存盘消息。当应用程序接收到此消息后，便从它提交的内存中读取数据并显示和存盘。要注意的是：采样线程和显示存盘线程在读写应用程序提交内存时要保持同步。
PC机或工控机应用程序是数据实时采集系统的中心可采用Labview编程。它是当今国际上唯一的编译型图形化编程语言，其特点如下：
（1）能完成对固体表面速度的实时测量；
（2）主介面与多重窗口结合可完成数据连续采集、实时统计分析、系统参数设置、信号波形显示、被测参数输出等综合系统功能。
（3）能充分利用Labview开发平台和WINDOWS视窗所提供的良好操作环境集曲线、图形、数据于一体可准确描述过程参数的变化。
图3所示是用高速数据采集系统采集通过Lab-view显示的一个波形实例，其输入信号是一个频率为5MHz的正弦波。
系统分析理论范文2
关键词：同化理论；奥苏泊尔；电力系统自动化；教学效果
作者简介：李振兴（1977-），男，河南漯河人，三峡大学电气与新能源学院，讲师；张涛（1981-），男，安徽阜阳人，三峡大学电气与新能源学院，副教授。（湖北 宜昌 443002）
基金项目：本文系三峡大学教学研究项目重点项目（项目编号：J2011008）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）06-0051-02
电力系统自动化课程是电气工程学科专业的一门重要专业课程，该课程具有丰富的知识点和广阔的知识面，主要是对电力系统安全控制所涉及的发电机并列、有功和无功调节、低频减载和备自投等知识的讲授。电气工程专业已开展电力系统分析、电机学和电气工程基础等课程，同学们对电力系统自动化具有初步的认识，但所学课程多侧重于电力一次系统的运行和分析知识，针对二次系统的辅助功能，特别是二次系统装置的原理及其组成缺乏实际认识，事实上，电力系统自动化是二者紧密联系、互相影响认识的一门课程。[1，2]
然而在我国，因大学生入学前受到应试教育条条框框的束缚，部分学生往往只在乎考试成绩而轻视综合能力的培养，传统的教学也是采用以教师讲授为主，实验为辅的教学方法，这种方法直接使得学生对课本知识过分依赖而丧失求新的科学态度，其创新能力和学习效果并未全部激发出来。[3，4]因此，本文拟结合笔者在三峡大学的教学经验，把奥苏泊尔同化理论运用到课堂中，使学生在学习新知识过程中对已有的认知结构进行重新改组，使自己原有的观念发生变化，变被动式学习为主动式学习，变接受式学习为发现式学习，以培养学生的学习积极性，提高教学效果。
一、奥苏泊尔同化理论思想
1963年美国纽约州大学研究院教育心理学教授奥苏泊尔（D.P.Ausuble）在他的《意义言语学习心理学》书中首次正式提出了他的“同化理论”概念。[5，6]该理论的核心思想是：学习者在学习新知识过程中对已有的认知结构进行重新改组，使自己原有的观念发生变化，这样才更有利于新知识的掌握和消化。同化理论有两个主要特点：
1.变被动学习为主动学习
学习可以分为两大类：被动学习和主动学习。奥苏泊尔教育心理学中最主要的观点之一就是：主动学习是指学习者所学习的新知识与原有的知识之间存在联系，学习者所学新知识、新概念被原知识结构所同化的过程。这样的学习可以增加学习者的信心，新知识也更有利于接受。由于学习者已具备原有的知识，在此基础之上，学习就变得简单易行，那么学习者就能变被动接受知识为主动学习。
2.变接受学习为发现学习
我国的大学生高考考分很高，但是实践能力和发现新事物或新问题的能力较差，表明我国的大学生在学习方法和习惯上存在问题，同时也是我国科技进步相对较慢的一个主要原因。目前，大部分学生较多的都是被动的接受学习方式，也就是在学习过程中，所学内容基本上是以定论的形式被学习者学习，学生没有问为什么，怎么得到的，对于求是求新缺乏积极性，因此学习中就较少发现和创新。奥苏泊尔教育心理学中观点认为，发现学习是在学习过程中不断地发现问题，发现与原有知识不同的问题，在发现的过程中去主动解决该问题，使得新知识在发现中被掌握，在发现中与原有知识同化，达到认知新知识的目的。
主动学习和发现学习是一种积极的学习方式，应该被广大师生认知。高校教师应该在教学过程中主动引导学生变被动学习为主动学习，变接受学习为发现学习。
二、电力系统自动化课程教学中存在的问题分析
1.内容较多，课时有限
电力系统自动化课程内容涵盖电力系统自动装置原理、调度自动化、远动原理、变电站综合自动化、配电网自动化、能量管理系统结构等较多内容，在有限的课时内实现全部内容的讲授是很困难的。如果教师讲解深度较浅，面面俱到，学生所学在实习和未来的工作中将无法满足技术所需。如果教师讲解深度较深，必然要用到较多的时间，课时又不够，很难完成教学大纲要求的教学任务。
2.课程知识面较广，学生基础知识薄弱
电力系统自动化课程开设在本科生第七学期，并且以电力系统继电保护、电力电子技术、电力工程基础、电力系统分析、自动控制理论、电机学等课程为基础。如电力系统频率和有功功率控制环节，就涉及到自动控制原理在电力系统控制中的应用，电力电子技术中的整流、功率放大电路，还要涉及到PID调节器，模拟和数字电子技术的电路实现，电机学中同步发电机组转子运动方程等。事实上一些基础课程都是并行学习过程，缺乏一定的层次性，还有一些课程随着时间的推移，在学生应付考试后，知识遗忘程度较高。该门课程要求在已有的知识基础之上学习，但是课时量少，教师不可能拿出大量时间复习回顾，就会出现有些学生基础较差，课下又不注意补缺，课上就会听不懂，从而影响学习积极性，严重影响了教学质量。
3.学生对学习专业课的积极性不高
目前，大学教学多是采用传统式教学，即“教师讲，学生听”。随着高校教学基础设施的提高，很多高校在讲授课程时还使用多媒体辅助教学，一般还是以教师讲授为主。虽然多媒体辅助教学比传统的黑板板书讲解内容多，缓解了课时较少、内容较多的问题，但学生学习效果还是较差。学生上课只是被动听，被动学，没有主动参加，这就极大地影响了学习的积极性。另外，一般本科大学中有很大一部分学生为了考研，他们对考研涉及的课程，如电力系统分析，关注度较高，可能拿出较大的积极性和主动性来学习，对于非考研的课程，及格即可。较多学生面临考研和找工作，对电力系统自动化课程主动学习性较差，这就形成了上课出现一些学生旷课，来上课的学生上网看小说、聊天、浏览网页等的行为，进而影响了教师的教学效果。
三、同化理论在电力系统自动化课程教学中的应用
针对电力系统自动化课程教学中存在内容较多，知识面较广，学生基础知识较薄弱，学生对专业课学习的积极性不高的问题，这些都要求教师改进传统教学方法，把好的方法引入到教学中，变被动学习为主动学习，变接受学习为发现学习。
1.把奥苏泊尔同化理论引入到理论教学环节中
奥苏泊尔的同化理论核心内容是要求学习者对所学理论知识要全面理解，并且要求在理解的基础之上去掌握。这样学生才能对所学到的知识记忆深刻，才不会出现为了应付考试而被动学习。如何快速而有效地使学生理解并掌握理论知识，是教师在教学中要解决的首要问题，以往以“讲授为主”的教学，教师只是把理论知识讲授给学生，没有真正引导学生去理解并掌握。因此在教学过程中，学生就缺少了自己对理论知识的认知和思想表达，只是公式化记忆和模拟，出现了比葫芦画瓢式的学习模式。在笔者的课堂上，将同化理论运用于电力系统自动化课程的理论教学中，引导学生在自己的头脑中建立已有的理论知识的框架，同时鼓励学生主动地去学习相关的新理论知识，并将新知识与自己头脑中原有理论知识之间建立起实质性的联系，即新旧知识融合。这样学生就能较准确地理解该门课程的理论，使枯燥的理论在自己的头脑中变得生动起来，从而使课程学习变得有趣起来。同时可以变被动学习为主动学习，学生的积极性比传统的教学显著提高，学生课堂活跃，能够积极参加问题的讨论。在教学中，笔者一般还把学生分成若干组，一起讨论如何把新知识和原有知识结合起来，共同构建新的理论知识体系，鼓励学生踊跃发言，课堂不再死气沉沉。由于新知识的同化，学生参与课堂讨论，使得新知识的传授变得容易，而且节省很多时间，也就解决了课时较少的问题。
2.把奥苏泊尔同化理论引入到实践教学环节中
奥苏泊尔的同化理论另一核心内容是要求学习者有意义地进行发现式学习，发现问题，解决问题，从而避免被动式接受学习。高校教师过去往往忽视学生发现问题的能力，对于学生提出的为什么关注度较少，这就遏制了学生的创造精神。不能发现，就不可能创造。针对如何提高学生发现问题的能力，在第一节课上，笔者不再是机械地介绍本门课程的历史和发展，而是结合实际引导学生主动积极思考，提出如：电力系统自动化是什么；为什么要实现电力系统自动化；在电力工业生产实际中，有哪些地方需要实现自动化等。这些问题的答案也就是这门课程的主要内容。通过提出这些问题，可使传统的教学内容变得更富有条理性和逻辑性，有利于抓住学生的注意力。一个问题接着一个问题的答案发现就是课程的进程。刚开始在课堂上，是笔者提问多，学生提问少，到教学中期的时候，就转变为学生提问多，教师提问少的局面。该种方法在教学中，提高了学生发现问题的能力，增强了学生解决问题的兴趣，也提高了自己找答案的能力，变传统的接受学习为发现学习。学生上课迟到，上课注意力不集中的问题得到了很大的改善，也提高了教学效果。
四、结束语
笔者以提高教学效果为目标，结合三峡大学电力系统自动化教学存在的问题，把奥苏泊尔的同化理论引入到课程改革中，利用同化理论，变被动学习为主动学习，变接受学习为发现学习。同化理论极大地提高了学生的积极性，取得了较好的教学效果。但是任何一种方法的尝试，都需要任课教师拿出大量的时间去准备课堂教学的内容及其启发问题，以引导学生回答问题并发现新的问题，也就是要求教师具备较强的专业素质和丰富全面的知识结构。随着教学方式的改革和进一步深化，基于同化理论特点，在提高教师素质和培养创新人才方面都具有重要的意义。
参考文献：
[1]陈立福，何纯芳，黄亚飞.培养和提高大学生科技创新能力的探索[J].中国电力教育，2013，（14）：32-34.
[2]汤雨.电力系统自动化课程教学改革方法思考[J].中国电力教育，
2013，（2）：57-58.
[3]丁明，吴黎丽，杜少武，等.电气工程及其自动化国家级特色专业建设与思考[J].电气电子教学学报，2012，（S1）：32-34.
[4]刘辉，汪旎.关于“电力系统自动化”课程的教学改革[J].中国电力教育，2009，（7）：111-112.
系统分析理论范文3
括和评述。最后，对分岔理论在电压稳定分析应用中需进一步深入探讨的问题进行了展望。
关键词: 电压稳定；分岔理论；静分岔;动分岔；直接法；延续法
中图分类号：TM933.21 文献标识码：A文章编号：
1引言
电力系统是一个非常复杂的大规模非线性动态系统，其稳定性关系着电网的安全、经济以及供电可靠性，因而电力系统稳定性分析一直都是电力系统运行和规划中最重要也是最复杂一项任务。
本文着重论述静、动分岔学分别在电力系统中的应用，研究引起电压失稳的静分岔点鞍结点分岔和动分岔点霍普夫分岔点对电力系统静态和动态电压稳定的影响，介绍了这两个分岔的现象和满足的条件，求解它们的方法步骤，比较了对应求分岔点方法的适应范围，并提出了在建模及算法设计方面可能遇到的问题及相应的解决策略。
2 分岔理论的基本知识
分岔是指任意小的参数变化而引起动力系统的相轨迹拓扑结构发生突然变化。分岔理论是研究非线性系统时由于参数的改变而引起解的不稳定性从而导致解的数目变化的行为。对一个电力系统，其微分-代数方程可表示为：（1）
式中U,J——开集；
x——系统状态变量；
μ——控制参数；
F——一个充分光滑的函数，F：是的映射当μ连续变化并经过某一临界值时，如果式（1）所示系统失去结构稳定性，即系统的定性性态(平衡点数目、稳定性、周期轨道的拓扑结构)发生突然变化，不能从一种流连续变到另一种流,则称该非线性动态系统在处分岔，称为分岔值，全体分岔值的集合称为系统在参数空间中的分岔集，及其所对应的状态变量称为分岔点，所有分岔点的集合构成系统的分岔超曲面。
由于电力系统分析习惯上分为静态和动态分析，因此分岔理论在电力系统中的应用也分为静、动态两个方面。下面就着重对这两种分岔进行分析。
3 电压稳定的静态分岔分析方法
在电压稳定的静态分岔分析中,一般我们不考虑元件的动态行为，此时的平衡点方程就是潮流方程。因此静态分岔着重研究平衡点的分岔问题。尽管静态分岔有多种分岔形式，但在电力系统稳定性的研究中，鞍结点分岔是最基本的,因此以下电压稳定的静态分岔着重介绍鞍结点分岔。鞍结点分岔是指平衡方程的特征值在随参数变化的过程中由负变正时出现的分岔。在鞍结点分岔处,系统有零特征值,对应的雅可比矩阵奇异，从而导致潮流计算发散。零特征值对应的特征向量包含了关于分岔性质、系统响应及控制的有效性等有价值的信息。其中,左特征向量表明哪个状态变量对零特征值有显著的影响，即为了修正系统的分岔特性,获得预期的动态行为，对哪些状态进行控制才能更有效，从而达到稳定电压的目的;右特征向量表明在状态空间中由于鞍结点分岔导致系统演变时其状态所沿的新方向，利用此向量的有关信息可以确定引起鞍结点分岔、造成系统电压失稳的最危险的扰动方式。
目前，静态分岔的研究方法主要分为直接法和延续法两种。
3. 1 直接法
3. 1. 1 单参数直接法[3]
此方法最早由Seydel[4] 提出，用以计算单参数情况时的静分岔点。其主要思想是：为了直接求解平衡解流形上的静分岔点，定义两个非平凡向量u、v ∈,将求解平衡解问题转化为求解如下的方程组问题：
（2）
式中：
x——系统状态变量；
μ——系统控制参数;
w、v ——分别为雅可比矩阵零特征值对应的左、右特征向量。
应用牛顿迭代法求解式（2）即可直接得到静分岔值和静分叉点的位置。
1995年，Chiang H D[3] 对直接法进行了改进,通过引入一平滑的标量函数及新参数，将式（2）从2 n + 1 维降低为n + 1 维，加快了方法收敛性,简化了计算，且克服了在静态分岔点附近雅可比矩阵病态的问题。此方法的缺点是所得信息量少，难以满足运行人员全面地了解系统从当前状态过渡到分岔情况系统维持电压水平能力的要求，而且，目前直接法还不能在计算分岔点的同时，进行分岔点类型及新分支方向判别。
3. 1. 2 多参数直接法[5][6]
所谓多参数即是设控制参数μ，μ向量变化方向是随机的，此种情况下搜索出的静分岔点应该是在分岔超曲面上面距离当前运行点最近的一个分岔点。应该说这种情况更具有实际意义。此方法的主要思想是,通过定义一个向量函数,将分岔点的求取转化成非线性优化问题。
设向量函数：
为此构造拉格朗日函数:
寻求的目标是为最小时，使。利用拉格朗日乘子法即可求出距离最近的静分岔点。
与单参数直接法比较，我们可以得到该方法的优点是适用范围更广，缺点除了和单参数直接法一样的缺点外，还有就是计算工作量要大得多。
3. 2 延拓法[7]
这是一种追踪平衡解流形的方法，其也分为单参数和多参数两种情形来处理。
单参数延续法的主要思想是：先对常规的潮流方程进行参数化处理后得到扩展的潮流方程，然后假设潮流的初始点已知，从此点出发,通过预测环节后，在给定的变化步长下，利用插值法或切线法获得下一点的近似值,最后通过校正环节解得下一点的准确值，如此循环直至求得分岔点。
其扩展方程组如下：
（3）
式中：
g( x) ——常规潮流方程；
b ——方向向量；
μ ——分岔参数；
P( x ,μ) ——参数化方程,主要有弧长参数化和局部参数化两种方法。
的引入，使方程（3）的雅可比矩阵在分岔点处不奇异，从而克服了g( x) 的雅可比矩阵在分岔点处奇异，在分岔点附近雅可比矩阵病态造成潮流计算不收敛的问题[8]。
在延拓法的主要步骤中,预测的方法主要是将切线法和割线法这两种方法联合使用，对第一点预测时应用切线法，以后各点均用割线法；校正时采用弧长法;对步长的控制用如下措施：在校正过程中，若迭代法经过预先指定的次数仍然不收敛，则将步长减小到原来的一半,重新校正；若经过很少几次迭代就收敛，则下次迭代的步长选为本次的两倍;若在适当的次数下收敛，则下次迭代的步长保持不变。
多参数延续法的主要思想是：首先采用延续法求取单个参数情况下的鞍结点分岔点，然后从该分岔点出发，采用延续法求解出表示鞍结点分岔的下列非线性方程组，从而方便追踪出系统的二维分岔边界。
式中：
A ——系统的增广矩阵；
系统分析理论范文4
电力信息系统设备管理子系统主要是根据电力企业经营目标，通过对电力信息系统中设备监测、设备信息管理以及设备维护实施的全过程的科学管理。其中设备监测主要是对电力信息系统进行24小时的监控，如果发现系统异常，及时向电力信息系统维护人员发出警报信号，以能够对系统运行异常状况进行及时控制。
2业务监控子系统
电力信息系统中的业务监控子系统设计的目的主要是为了实现对电力信息系统中的数据库、操作系统以及WEB应用系统进行实施的监控，同时此系统也是为了通过电力信息系统中的流量分析，空间访问等功能对电力信息系统运行的安全性和稳定性进行分析，以能够最大限度保证电力信息系统的安全性，减少系统遭受到破坏。
3业务资产子系统
电力信息系统中业务资产子系统设计的目的主要是关注电力信息中数字资产的创建、使用以及传播和销毁等几方面的内容，同时业务资产子系统主要是为了采用权限管理、桌面终端控制软件和证书等对数字资源访问人员进行监控，以控制非法人员接入或者访问，保证电力信息系统中数字资产的安全性。
4运行维护支撑子系统
电力信息系统中的运行维护支撑子系统主要是为了采用数据库和知识库的支撑对电力信息系统中安全性较低的设备进行收集、分析和管理，同时此系统还能够有效实现对电力信息系统运行维护人员的管理，以实现对电力信息系统中的整个安全运维提供有力的支撑。
5安全审计子系统
系统分析理论范文5
关键词:多径;衰落信道;典型特征;仿真;多普勒效应
中图分类号:TN915文献标识码:A
文章编号:1009-2374 (2010)27-0063-02
无线信道中电波传播特性非常复杂,有中、长波的地表面波传播、短波的电离层反射传播、超短波和微波的直射传播以及各种散射波传播等。无线信道中的干扰也是形式繁多、特征复杂,有由于信道畸变产生的码间干扰,也存在由于频率复用产生的同信道干扰和邻信道干扰等。
1无线信道对信号的影响
信号在无线信道中传播一般可归结为反射、绕射和散射三种基本传播方式,无线信号无论是在前向链路还是在反向链路的传播,都会以多种方式受到物理信道的影响。由于无线信道的复杂性和时变性,信号通过无线信道时会受到各个方面的衰减损耗。总的说来,信道对无线信号的影响可归纳为自由空间路径损耗、阴影衰落和多径衰落三种。
自由空间路径损耗:一般路径传播损耗又叫衰耗,是指电波在空间传播所产生的损耗,反映在宏观大范围(千米量级)空间距离上的接收信号电平平均值的变化趋势。路径损耗在固定的有线通信中也存在,不过它计算的是导线媒介中传输的衰耗,一般比在空间传播的衰耗值要小些。
阴影衰落:阴影衰落主要是指电波在传播路径上受到建筑物阻挡所产生的阴影效应而产生的损耗,反映在中等范围内(百米波长数量级)的接收信号电平平均值起伏变化的趋势。这类损耗一般为无线传播所特有的,而一般在统计规律上来看遵从对数正态分布,其变化率比传送信息率要慢。
多径衰落:多径衰落又称快衰落,反映在小范围(十米波长以下数量级)接收电平平均值的起伏变化趋势。其电平幅度一般遵从Rayleigh、Rice、Nakagami等概率分布,其变化速度比慢衰落快。快衰落又可分为空间选择性衰落、频率选择性衰落和时间选择性衰落。
在无线信道中,有三种最重要的多径衰落效应:信号强度在一段很小的传播距离或时间间隔内快速变化产生的多径衰落;不同路径信号的多普勒频移引起的随机频率变化以及多径传播时延扩展引起的多径衰落效应。无线信道的多径衰落会导致信号在不同维(时间、频率、空间)的扩展,对无线通信信号具有明显的影响。
2无线信道的分类
在移动通信系统中,无线信道通常是利用信道的统计特性来进行仿真和分析的。一般来说,移动信号在空间传播中所经历的衰落大体可以分成两类,即大尺度衰落和小尺度衰落。
大尺度传播模型是用来描述在一段较长的时间之内,信号所呈现的平均功率变化,而小尺度传播模型则是描述信号在短时间之内,受到信道影响瞬间所产生的变化。小尺度传播中的衰落是多径传播和多普勒频移两者作用的结果。多径效应会造成各个路径信号到达接收机时有不同的相位、振幅、与时间延迟,因此会产生信号的时散(Time Dispersion)效应与频率选择性衰落;多普勒效应则会产生信号的频散(Frequency Dispersion)效应与时间选择性衰落。根据信号多径附加时延的大小,小尺度衰落又可以分为非频率选择性衰落(平坦衰落)和频率选择性衰落。另外,由于移动台的移动性会导致接收到的信号产生多普勒频移(频率色散)。根据多普勒扩展的大小,信道又可以分为快衰落信道和慢衰落信道。
平坦衰落:一般来说,多路信号到达接收机的时间有先有后,即有相对时(间)延(迟)。如果这些相对时延远小于一个符号的时间,则可以认为多路信号几乎是同时到达接收机的。在这种情况下多径效应不会造成符号间的干扰。这种衰落称为平坦衰落,因为这种信道的频率响应在所用的频段内是平坦的。平坦衰落信道的条件可以概括为:
BS
式中,TS为信号周期,(信号带宽BS的倒数);στ和BC分别是信道的时延扩展和相干带宽。
频率选择性衰落:如果多路信号的相对时延与一个符号的时间相比不可忽略,那么当多路信号叠加时,不同时间的符号会重叠在一起,造成符号间的干扰。这种衰落称为频率选择性衰落,因为这种信道的频率响应在所有的频段内是不平坦的。发生频率选择性衰落的条件可以概括为:
BS>BC或TS
通常,若TS
由于移动台与基站之间的相对运动,或是由于信道路径中物体的运动,会产生多普勒扩展,引起信道随时间变化,产生信道的时变特性。根据发送信号与信道变化快慢程度的比较,也就是多普勒扩展,信道可以分为快衰落信道和慢衰落信道。理论上对何为快何为慢有严格的数学定义。
快衰落:当信道的相干时间比发送信号的周期短,且基带信号的带宽小于相关带宽时,信道冲激响应在符号周期内变化很快,从而导致信号失真,产生快衰落,即
TS
式中TC为信道的相干时间,从频域上可以看出,信号失真随发送信号带宽多普勒扩展的增加而加剧。
慢衰落:当信道上的相干时间远远大于发送信号的周期,且基带信号的带宽旦远远小于相干带宽凡时,信道冲激响应的变化比要传送的信号码元周期低得多,此信道为慢衰落信道,即:
TS
在慢衰落信道中,可以认为信道参数在一个或多个信道码元周期内是稳定的。
3多径和多普勒效应
3.1多径效应
无线通信中,发射端发射的电波经过无线时间色散信道的多径传播,到达接收端接收天线的不同路径的电波具有不同的时延。如果无线信道的时间色散对接收信号的形状没有明显的影响,亦即不同路径时延差相对远小于调制信息的符号持续时间,此时无线通信系统称为窄带系统,无线信道可以使用窄带信道模型来描述,反之无线通信系统称为宽带系统,无线信道必须使用宽带信道模型来描述。
在图1中,τ0,τ1,…,τN-1即为不同路径的到达时间,因为各条路径的距离不同,所以到达接收机端的时间也各不同,因此产生多径效应。它造成了接收信号在时域上的扩散,即时间色散。
3.2多普勒效应
由于移动台与基站的相对运动,每个多径波都经历了明显的频移过程,这种现象称为多普勒频移,它与移动台的运动速度、运动方向以及接收机多径波的入射角有关。假设移动台在长度为d、端点为X与Y的路径上以速率v运动时,收到来自远端源S发出的信号,如图2所示。
无线电波在X与Y点上分别被接收时所走的路径差为:
Δl=dcosθ=vΔtcosθ
式中,Δt为移动台从X到Y所需的时间;θ为入射波的夹角,由于远端距离很远,可假设X,Y处的夹角是相同的。所以,由路径差造成的接收信号相位变化值为:
Δφ=2πlλ=2πvΔtλcosθ
则多普勒频移为:
fd=vλcosθ=fmcosθ
式中,fm为最大多普勒频移。
从上式可以看出,若移动台朝向入射波方向运动,则多普勒频移为正(即接收频率上升);相反,则多普勒频移为负(接收频率下降)。由于多径分量经由不同的方向传播到达接收机,从而造成接收机信号的多普勒扩散,增加了信号带宽。
以正弦信号作为输入,图3,4现显示了信号经历多径效应和多普勒效应后的表现,其中图3的多普勒扩展较图4的要小,可以看出信号的衰落随着多普勒扩展的增大而加剧。
4总结
本文分析了无线通信信道的基本特征以及分类,并仿真分析了多径效应和多普勒效应对信道以及信号的影响,为信道模型的建立和仿真提供了一定的借鉴。
参考文献
[1] BELLO.P.A,Characterization of randomly time variant linear channels [J].IEEE Trans,Communications Systems,1963,11(4).
[2] CLARKE,R.H.A statistical theory of mobile radio reception [J].Bell Systems Technical Joumal,1968,47(6).
系统分析理论范文6
【关键词】电力通信网；通信监测技术；系统
1.引言
如今，电力行业已经是我国经济的支柱产业之一。电网能否安全稳定的运行对于整个国民经济的安全稳定具有十分重要的意义。电力系统专用通信网对于电力系统的安全稳定运行具有不可替代的重要作用。如果电力通信网络出现故障会给整个电网的运行带来不便，甚至是巨大的事故。因此，对电力通信网络运行状况进行科学合理的监测和管理，保证其正常的运作，进而确保整个电网系统的安全是当前电力部门的一个重要课题。要确保电力通信的畅通就需要具备专业化的管理系统以及规范化的管理体制，从而确保整个电力通信网络的畅通以及高效运作，最终保护整个电网系统的安全。电力通信监测技术正是在这种需求下应运而生。
2.监测对象的分类
按照监测对象的不同，可以把监测对象分成三类，即按用途分类，按性能分类，按电特性分类。
2.1 按用途分类
可分为通信动力系统监测和环境系统监测两大类，其中通信动力系统包括高压配电、低压配电、交流稳压器、UPS、整流器和蓄电池组等动力设备，环境系统包括机房用空调、门禁、温湿度、红外、烟雾、水浸等环境量。在各局站无人值守的情况下，还配有静态或动态图像监测，在中心实时监视现场的情况。通过对动力设备和环境合理布置监测点，就能准确将设备运行状态和运行数据集中反映到监测中心。
2.2 按性能分类
按被采集设备的性能可分为智能设备和非智能设备。智能设备只设备本身带有一定数量的传感器、变送器，可以进行数据采集和处理能力，并带有智能接口，可直接与后台进行通信。非智能设备本身不具备数据采集和处理能力，无智能接口。对于是能设备，可通过其智能设备协议（包括智能设备通信协议、数据包的结构、包的内容及接口方式）直接进行通信，纳入监测系统。对于非智能设备则需通过采集器采集数据再接入监测系统。
2.3 按电特性分类
（1）按电量分
监测对象可分为非电量和电量，对于非电对象（如温湿度），应通过传感器把非电量变成电量后接入数据采集设备，对于电量（如电压电流）则通过变送器把其变换成适合采集器要求的输入信号范围后接入数据采集设备。
（2）按信号性质分
监测对象按信号的性质可分为模拟量和数字量。模拟量是指那些随时间连续变化的量（如交流电压、交流电流等），对这些量的测量，需采用模/数转换器把模拟量变成数字量后才能适宜单片机采集，而数字量是指那些仅有“0”和“1”两种状态的量，这样的量单片机可直接测量。
3.通信检测系统硬件结构
监测系统在结构上采用星形拓扑的形式，综合计算机网络技术，主要由两大部分组成：中心站和站。监测系统的硬件架构采用千兆高速以太网，主要由数据采集器、数据库服务器、监测工作站以及其他功能不同的一些外设组成。变电站的通信机房负责进行数据采集，将采集到的各种数据反馈到该地区的中心站，各个分站传输过来的数据都在这里进行处理，并对各种通信设备的告警做出响应。
位于中心机房的监测服务器对系统数据进行储存，系统模式为客户/服务器，软件系统之间的传输通过TCP/IP协议来完成。为了能够对网络数据进行及时的存储和处理，应该在服务器上构建具有数据服务器、应用服务器、文件服务器的三重作用的实时数据库。为了方便对系统进行异地储存以及备份，在以数据库为基础建立的磁盘阵列应该进行双机共享。被管理对象的实时状态被写入服务器内存之中，实时数据库对设备传输的状态变化消息进行处理，然后进入关系数据库，。这样被管理对象的实时状态可以被所有的客户机访问。服务器工作方式为双机集群，从而保证系统的连续运行。为了避免系统在意外情况下的数据丢失，可以将两台服务器直连，通过集群系统软件来实现双机互连，互为备份，从而提高数据的安全性。在主服务器出现故障时，备用服务器自动切入运行，主服务器修复之后，通过手动的方式切换到主服务器。
监测工作站采用图形化操作系统具有设备报警功能，设置在调度值班室，从而方便调度员进行检测和相关的操作。
系统与互连网相连，方便进行信息以及对事故进行申告。为了保证系统免受来自互联网的威胁，应该设置防火墙。
数据采集及传输部分和前置机网关实现对非智能设备及通信辅助设备的实时数据采集。
在主站建立基于美国信息互换标准代码的仿真终端，通过美国信息互换标准代码的输出对设备进行管理，最终实现自动切换基于不同协议的设备之间的监测，这样，对于多台设备可以通过一台工控机来同时进行相应的操作，实现设备的集中管理和配置。
针对不同的协议，应该在主站建立规约转换网关来进行转换，然后将信息反馈给服务器，网元和信息之间的链接得以实现，最后由工作站进行相应的显示。
将波形观测技术结合电平信号遥测技术，双管齐下来处理中心站和站的自动化RTU信息，在对电平进行遥测的同时还可以对波形进行直观的显示。
4.系统应用软件
监测系统由两大数据库、三大应用平台及若干应用程序组成。
4.1 实时数据库和管理数据库
前者负责系统在线实时数据的处理，后者负责对设备的历史数据和非实时数据等离线数据进行处理，实现通信网信息管理功能。
4.2 三大应用平台
通过调度应用平台、图形数据平台和运行管理平台实现系统运行监视、设备操作、矢量图形、数据查询。应用软件实现的功能有：
1）通过一台终端，实时地集中采集通信设备和电路的运行状况和设备性能指标参数，及时发现故障并处理，以确保通信电力的正常运行；
2）采用逐层点击、双击文本告警、自动推图、语音提示可以在短时间内捕捉信息大大减少了定位网络故障的所需的时间，提高了劳动效率和通信网管理水平；
3）根据采集的信息，系统会自动分析故障原因，判断故障的位置，确定故障对网络产生的影响程度，时排除故障，确保网络畅通。
5.通信监测技术的应用优势
电力通信检测技术在很多地方的电力系统中都有广泛的被采用，获得了很大程度的发展。具有自身的一些优势，主要表现在以下几个方面：
1）图像监测功能
监测中心的调度人员可以根据实际的需要对变电站的任何一台摄像机的进行操作，进行录像。也可以让摄像机按照固定的时间进行摄像，如以每天或者一个周作为一个周期进行录像，且具有回放以及查询的功能。
2）控制功能
监测中心的操作人员可以对变电站的相关设备实现远程操作，比如，发现有不法分子进入或者偷盗行为时，可以实现远程报警，同时打开现场的照明设备和录像设备进行摄像。
3）报警功能
具有视频丢失和视频运动报警功能，当站端由于摄像机损坏、被窃或断线等情况引起视频信号丢失应进行报警。对于设定的视频报警区域，当有运动目标进入或图像发生变化时应进行报警。远程变电所发生报警时，当地主机将在ls内响应，监测中心主机能在5s内自动弹出报警信息窗口，显示报警点的具置，报警类型，自动将画面切换到告警地点，并启动录像设备对现场进行录像，便于事故处理与分析。
