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全芯片设计高性能电驱动热点检测的解决方案
使用一种新的装置参数匹配技术
Rami F. Salem，Mohamed Al-Imam，Abdelrahman ElMously，Haitham Eissa，Ahmed Arafa，
and Mohab H. Anis，
Mentor Graphics Corporation
The American University in Cairo
摘要——
随着集成电路制造技术的不断发展，IC设计已成为一个非常复杂的过程。设计师不仅要考虑正常设计和参数布局，而且还要保证全芯片的功能和设计程序
在工业生产过程中不受到影响。在目前的工业生产过程中，设计师会通过大量的
模拟来找出设计参数的可能变化取值范围并作为依据来设计全芯片的功能。与此
同时，对芯片布局需要进行一个非常耗时的感知模拟（如光刻模拟）过程，从而
会影响整个设计周期的时间。在本文中，我们提出了一个快速的物理布局可制造
性设计（DFM），对全芯片设计时利用载流子检测出热点区域，无需广泛的电气
和过程模拟。新算法的提出是为了开发一种新解决方案。我们是利用45纳米产
业技术用FIR（有限脉冲响应）对芯片进行检查。所提出的方法是能够定义一个
位于FIR（有限脉冲响应）关键路径经历17%的直流电流值的变化带来的影响的
过程和设计背景的电热点列表。用传统的电气和过程模拟需要几小时，与之相比
使用FIR对全芯片进行检测的总时间大约只需要3分钟。
关键词：流程的变化，可制造性设计（DFM），光刻变化，应力影响，电气
可制造性设计（E-DFM），集成电路参数成品率，电热点。
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I.引言
随着工艺技术的不断发展芯片的特征尺寸从90nm已降低到45nm，由于随机
缺陷，工艺变化，系统性良率问题导致快速的良率提升已经变得越来越难以实现，还有其他的一些限制一起被称为面向可制造性设计（DFM）的问题。特征尺寸在90纳米及以下的芯片中，往往是布局热点出现问题。为了避免生产时因为制造
工业和有关布局热点出现问题，当务之急是解决这些热点是由不同的DFM技术寻
址产生的。成功的DFM技术，可以确保高成品率通过并将制造感知模型带入设计
阶段，以找出并消除在生产过程中可能存在的热点问题。下面是一个典型的DFM
增量过程，使用嵌入式光刻模拟器热点检测。[1]是光刻模拟，[2]是精确且昂贵
的运行过程，其原因是涉及到的计算是很复杂的且又要求计算精确，所以使运行
变得很昂贵。
模式匹配是另一种方法，是使设计、制造和故障分析模块能直接从设计布局
来识别，隔离，并定义问题的几何结构模式。一旦识别和定义了这个模式,这些
模式可以被添加到一个模式库,可用于自动扫描设计并匹配相应模式,也可以进
行修改或删除。
然而，这种技术会遇到两个主要的缺点：
1)精度和运行时间的权衡。模式匹配技术的精度取决于图案库的质量（即，被确定并加入到模式库中的图案的数量）。然而，太多的模式会导致过度估计寄
生的热点区域，并直接增加设计流程及运行时间。
2）作为一个纯粹的几何基础。今天的模式匹配解决方案都是基于几何识别,
其关键是不用区分那些拓扑的电气临界点。
电气驱动的DFM描述已经提出[ 3 ]，[ 4 ]和[ 5 ]使显示出的结果更好和
拥有良好的性能，提出了性能驱动的光学邻近校正（OPC）的解决方案和标准电
池的重新鉴定，然而这些解决方案只针对减少光刻变化而言。
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图1。从布局到SPICE实例参数
在本文中，我们提出了一个新的电感知装置参数匹配技术。SPICE模型表示
的装置参数包含不同的信息模块，如布局的几何形状，设计背景和邻近效应的工
艺变化，以及相关电气信息（图1）。我们的方法是使用载流子和可制造性电感
知解决方案，用来解决全芯片集成电路参数成品率的问题。快速和完全自动化的CAD流程包括了一些关键的功能，如下：
. 工艺和电感知热点分析
. 超快电气DFM（e-DFM）的解决方案省去了全芯片模拟过程
. 自动化的目标驱动的设计方案
. 处理不同类型的工艺参数变化的能力：光刻影响、化学机械抛光(CMP)的
影响、应力的影响等等。
本文的其余部分安排如下：第二部分描述了在整个过程中用流程图和计算
程序来实现发动机的功能。为了验证其有效性，提出的方法是用FIR滤波器检测，最后，我们在第四部分总结并提出了未来的发展方向。
II. 流程图概述：设计环境感知和电驱动的DFM解决方案图2所展示的是DFM解决方案的流程，是使用物理和电热点在全芯片设计检
测的流程。流程可以分为以下几个步骤:
1）从先进的设备中获得的布局网表中提取出SPICE参数，
2）根据他们的设备参数进行晶体管的分组，
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3）对每组样本进行电气特性和流程分析,
4）在原理图上确定电热点和定义设计规则，
5）根据数据库的布局示意图连接数据库，
6）生成和运行物理验证规则并进行检查，
7）固定物理布局中的电热点。
本方法的第一步是从布局层中提取SPICE参数网表。该网表不仅具有电路的
信息，而且具有实际的设计背景和寄生信息。从理论上讲，将网表从原理图设计、电热点提取出来以后仍然可以被识别。然而，从布局中提取出来的SPICE网表又
提供相关参数反过来影响电路的电气性能。此步骤之后是使用新开发的装置通过
参数来匹配发动机。用户必须定义不同的参数以匹配列表中的选项。基于设计环
境得到不同的参数。设备参数匹配到的发动机在一个给定的公差范围内迅速地识
别类似的装置。然后把类似的设备组合在一起。这个流程的第三步是从每组中选
择一个样本并模拟出不同的样本,省去了全芯片电气模拟过程。如将在第三节中
所示的，我们的全芯片模拟结果证明，在同一组中的所有设备具有相同的电气特性，其具有微小的差异完全可以忽略不计。根据各组的电气特性，我们可以识别
和区分由于电气量的变化以及这些变化对设计规范产生的一些影响。这一分析过
程是我们处理关键设备对一些敏感性的工艺变化的新方法。此外,这些信息提出
了几个物理设计数据要求,如对不同的关键路径要求设备须对称,网表要匹配等等。一旦这些设备敏感的电气参数约束条件和物理设计的规则是确定的，另一个
开发工具就用来捕捉这一信息和突出布局数据库上的电热点。此外，生成物理布
局的规则和光刻感知检测是在物理验证的步骤中使用的。岩性分析和物理验证使
用不同口径的验证工具[6]进行。物理验证步骤执行的不是全芯片上的数据,而是
在特定的设备上已经被确认为电热点的数据。最后，一个固定的算法被应用在热
点设备时可以按照这个步骤进行。然而，找出固定的算法是不包括在现在的项工
作中的，应该是未来的工作中完成的。
在接下来的小节中，对发动机设备参数匹配和发动机电路驱动版图检测会
有更深入的讨论。
A.发动机智能设备的参数匹配
布局需要将模拟电路的光刻工艺和应力参数添加到SPICE模型，从中提取光
刻和应力的影响网表来分析电路的特性。对于数字电路,其目标是找到晶体管的
动作是受光刻技术和硅应力影响的,这样晶体管的输出电流就可以不再驱动其负
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载。换句话说，我们是在寻找晶体管的电流增量（即，在电流差异之前和之后的
光刻和应力的影响）大于某一值。由于设计师全方位地考虑，在重新模拟电路的
过程中添加了一个新的阶段，因而影响了片流的预算总额。这个阶段的仿真优
化时间要尽量减少对总预算设计时间的影响。发动机的装置参数匹配可以被用来
进行电模拟时间计算。在第三部分中,我们对传统模拟时差进行了说明并提出了
仿真方法。比较的结果也显示是不会损失精度。
该方法依赖于分组电路将相似特性的晶体管进行分组，相似度定义为匹配的SPICE模型参数值（图3）。在这些组中，我们只需要了解一个晶体管组中的一
个晶体管的电流增量，就可以映射到在同一组中的其他所有晶体管的电流增量。每个单独的参数匹配不需要很精确；参数可以有一定的公差，其大小取决于相对
于该晶体管参数电气特性的灵敏度。可以使公差稍大一点允许更高的分组或布局
使之分割成一组可管理的晶体管组。
图。2.提出设计情境感知和电气驱动DFM的解决方案
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图3。流动装置参数匹配
B.设计意图驱动的发动机
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该发动机（图4），自动从原理图网表中收集注释和设备网的信息。然后
将这些信息进行处理，生成文本，标记层，或其他几何布局并标记识别带注释的
设备。
然后利用口径工具 [7] 测试这些规则，确定其意图是否被正确理解并正确执行
的物理布局。最后，报告结果。使用PERC口径定义一个额外选项的结构进行拓
扑匹配。
流程可以分为以下几个步骤：
1) 解析原理注释。流程假设前端设计师把注释放在示意图网表里以特定格
式通知关键设备网的物理布或某些设备网使之有一定的电气约束条件或使之特
殊的布局来处理这一步解析，释放并在示意图网表识别这些注释。
2) 将原理图的数据库链接到布局数据库。第二步，将已解析的设备或网络
在布局中与其相应的引脚链接。原理图的网表和布局之间的主要连接是布局与原
理图（LVS）规则甲板。在设计上运行 LVS 生成交叉引用的数据库链接到其相应
的端口对布局示意图上的工作做一个设备网并提供布局坐标。
3）标记注释的设备和网络数据库的布局。对于设备的检查，在每一个合适
的设备放置一个标记文本层从它的引用文件中获得坐标。但是，因为一个完整的
网络可以由许多个文本层组成，一对坐标不足以标记整个网络、检测整个网络，所以所有的网络坐标都要从LVS的数据库中提取。然后使用一个脚本来组织前两
个步骤产生的数据并生成所需的文字和标志层。如果是一般的检查则适用于预定
义的模拟拓扑结构，会忽略前两个步骤,并建立一套结构库，使用 PERC口径标
记这些设备的布局。
图4。意图驱动的设计流程
4）基于该读出的注释生成规则。当设备的标注要求对应一个特定类型的DRC
检查某一程序时，相关的文本和标记层数据会传递到该程序并自动生成所需的指
定规则。产生的规则的数目和相关的设备由注释确定。
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5）运行生成的规则文件和查看结果。生成的规则文件使用口径工具套件[6]
执行。通常设计师在布局上的违规是比较突出的。
6）流程集成。前五个步骤集成到一个单一的用户界面，使设计者有一个快
速的解决方案。
III. 实验结果与讨论
在我们的实验中，我们使用了45nm工业有限脉冲响应滤波器（FIR）的全
芯片（75um×65um）检测电热点。其中全芯片FIR晶体管总数近23000个。
A 我们提出的方案的准确性
使用该设计方法对匹配的发动机运行参数进行热点检测。第一步，基于光刻
技术和相关设备的参数进行晶体管匹配，如宽度，长度，和SA和SB参数（从左、右两侧测量栅极边缘到扩散边缘的平均距离）。该发动机配套设备参数将晶体
管分成2153组。每个组内的所有晶体管都被证明有相似的电气特性。例如，任
何一组的所有晶体管直流电流的失配误差是在0.001％-0.9％的范围内。
表一和表二两组例子显示的一系列设备参数是发动机配套设备的输出参数
以及它们的直流电流值。这很形象的证实了SPICE应力参数是三对一个组中的所
有设备都进行了匹配。例如1，设备M1，M3，M6和M7具有完全相同的SPICE应
力参数（SA=1.1e-07,SB=2.08356e-07,SCA=28.0577,SCB=0.0260972, and SCC=0.003727），而附近的晶体管，如M2，有不同的SPICE应力参数（SA=1.1e-07, SB=1.93467e-07, SCA=30.7143,SCB=0.0272008, and SCC=0.00423936）。
表一在分组的设备上进行设备参数输出
匹配发动机组1：包含4个晶体管匹配
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表二在分组的设备上进行设备参数输出
匹配发动机组2：包含8个晶体管匹配
表三五大设备组直流电流值的变化
表四对比以前的热点检测方法和我们的方法
然后从每组选一个晶体管作为参考,根据实际物理设计过程中的每个晶体
管组中的变化来计算其电气规格。当原理图的网表（即第一次模拟，没有物理设
计的感知信息）不加载这些应力参数；在这种情况下，SPICE模型卡会加载默认
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的应力参数。在这个实验中，设备的直流电流的变化会与设计的默认感知应力参
数（不真实的设计参数）进行比较。根据电气的变化对他们进行重组。从这个实
验中可以看出，由于在实际过程中存在的影响可以使直流电流值的偏差达到17％。表三列出的前五组，有电气参数的变化是由于有应力的影响。这些设备电
气参数变化就被认为是电热点。
根据合成图或示意图,可以确定关键路径。然后，意图驱动设计的发动机突
出在布局上的晶体管。应优先考虑位于FIR的关键路径的设备。现在LFD和应力
模拟可以在突出显示的热点进行检查。
B.运行分析
目前最先进的解决方案是依靠几何型热点检测识别有问题的结构，它可以在
全芯片通过运行光刻和应力模拟来实现，或者通过使用诸如模式匹配和智能机器
等速度快的技术。然而，我们的解决方案采用的是载流子检测电热点，它的好处
就是涵盖了上述方案所有优势。为了说明这一特性，用我们提出的解决方案与现
有的热点检测方案对设备进行分组检测，比较它们确定一个存在问题的模块所需
的运行时间快慢（表4）。
要使传统设计流程转向电感知设计，必须先从现有的解决方案的布局中提取
电气参数网表和寄生信息。然后进行电气模拟，进而为每个晶体管计算由实际物
理设计环境产生的电气特性的变化。对一个FIR全芯片进行直流电流模拟大约需
要一小时。然而，使用我们的分组方法，我们能够对一个FIR芯片进行电气模拟
只需约两分钟的时间。使用一个CPU来运行FIR(75um x65um)发动机装置的匹配
更是只需几秒钟。这意味着模拟、识别、定位和电热点在FIR全芯片上布局，这
个完整的流程只需要花大约3分钟。我们提出的是一个令人鼓舞的方法，在全芯
片设计上提供了一个快速启动以查找物理和电气热点的方案。还有更多的分析模
拟分析可以在事后进行。
IV. 结论和未来的工作
提出的一种快速电感知的DFM解决方案，对完整的全芯片设计检测其热点区
域不需要广泛的使用电气和过程模拟。引入一种新的方法，通过其是否有类似的
电气特性和布局为依据将整个芯片的所有设备巧妙地进行归类，根据设计师的电
气和过程约束突出热点组别，然后对每组中的一个设备进行电气和变化过程的分析。这种新提出的设计流程避免了以前全芯片模拟时检测电气和物理热点的费时
过程。采用该解决方案，用不到三分钟的时间完成对电热点的检查很快可以确定
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一个45纳米的FIR全芯片。
未来的工作将集中在自动修复电热点上。现在一些想法已经初步形成了。一
种方法是，像提取DRC的规则一样利用布局和布线工具。另一个解决方案将以较
少的比较敏感的电气参数替换热点器件的关键参数（无论是几何或电气参数），然后利用自身设备的设计工具来重新设计更安全的几何或电气参数。
参考文献
[1] J.K.et al.,“在OPC后的布局热点检测采用全芯片仿真验证工具：航空影像的模
拟案例研究”SPIE,2003.
[2] E. R. et al.，“基于自动化全芯片热点检测和去除流片互连层的单元设计”SPIE, 2007.
[3] P. Gupta, A. Kahng, D. Sylvester, and J. Yang, “性能驱动OPC为掩码降低
成本” CM/IEEE 质量电子设计国际专题讨论会 pp. 270–275, 2005.
[4] S. Banerjee, P. Elakkumanan, L. Liebmann, J. C. M., and Orshansky,“电驱
动光学邻近校正” SPIE, 2008.
[5] B. Yongchan, S. Sundareswaran, and D. Pan, “基于DFM优化的标准库单元总
灵敏度”在第十九届国际物理设计程序，pp. 113–120, 2010.
[6] 口径验证用户手册。Mentor Graphics公司
[7] 口径设计参考手册。Mentor Graphics公司
[8] D. G. Drmanac, F. Liu, and L. Wang, “对纳米光刻技术变化过程的预测”设
计自动化会议 , 2009.
[9] A. J. Torres, M. Hofmann, , and O. Otto, “定向的二维功能快速布局图形转
移验证模型” SPIE, 2009.
[10] D. Ding, X. Wu, J. Ghosh, and D. Z. Pan, “机器的关键特征提取和筛分光刻
热点检测学习”ICICDT Conf., 2009.
[11] D. Ding, A. J. Torres, F. G. Pikus, and D. Z. Pan, “采用分层细化的高性
能的光刻热点检测” 2011第十六亚洲和南太平洋设计自动化会议 (ASP-DAC), 2011.
PLC控制下的电梯系统 由继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。但是，进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。 电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。 可编程序控制器(PLC)最早是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式己逐渐被PLC控制所代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式己由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此，PLC控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业的一个热点。 1. PLC控制电梯的优点 (1)在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。 (2)去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。 (3)PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。 (4) PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。 (5)用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。 (6)更改控制方案时不需改动硬件接线。 2.电梯变频调速控制的特点 随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。电动机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式 交流变频调速电梯的特点 ⑴能源消耗低 ⑵电路负载低，所需紧急供电装置小 在加速阶段，所需起动电流小于2.5倍的额定电流。且起动电流峰值时间短。由于起动电流大幅度减小，故功耗和供电缆线直径可减小很多。所需的紧急供电
发电厂主要检测参数 发电厂主要热工仪表及控制装置系指关系机组热力系 统安全、经济运行状态的监控仪表、调节、控制和保护装置。各发电厂应根据本厂各机组及热力系统热工仪表及控制装 置的实际配备情况,参照下列划分项目对全厂主要热工仪表及控制装置进行统汁造册。 A1 主要检测参数 A1.1 锅炉方面 汽包水位，汽包饱和蒸汽压力，汽包壁温，主蒸汽压力、温度、流量，再热蒸汽温度、压力、主给水压力、温度、流量、直流炉中间点蒸汽温度，直流炉汽水分离器水位，排烟温度，烟气氧量，炉膛压力，磨煤机出口混合物温度，煤粉仓煤粉温度、燃油炉进油压力、流量，过热器管璧温度，再热器管壁温度。 A.1.2 汽机、发电机方面 主蒸汽压力、温度、流量，再热蒸汽温度、压力，各级抽汽压力，监视段蒸汽压力，轴封蒸汽压力，汽机转速，轴承温度，轴承回油温度，推力瓦温度，排汽真空，排汽温度，调速油压力，润滑油压力，供热流量，凝结水流量，轴承振动，发电机定子、转子冷却水流量，轴向位移指示，差胀，汽缸膨胀，汽缸与法兰螺栓温度，发电机定子线圈及铁芯温度、发电机氢气压力。
A⒈3 辅助系统方面 除氧器蒸汽压力，除氧器水箱水位，给水泵润滑油压力，高压给水泵轴承温度，热网送汽、水母管水温度、流量、压力以及公用系统的重要测量参数。 A2 主要自动调节系统 协调控制，汽包水位控制，主汽温度控制，再热器温度控制，主汽压力控制，送风控制，吸风控制，汽轮机转速、负荷控制，直流锅炉中间点温度控制，汽机轴封压力控制，汽机旁路控制，汽机凝汽器水位控制，高、低压加热器水位控制，除氧器压力及水位控制，一次风压控制，磨煤机负荷、温度控制（直吹系统）。 A.3 主要热工保护系统 A.3.1 锅炉方面 总燃料跳闸（MFT）保护（包括：炉瞠火焰保护，燃料全停保护，送风机全停保护，引风机全停保护，空气予热器全停保护，给水泵全停保护，通风量低于25%或30%保护，一次风机全停保护等），炉膛压力保护，饱和蒸汽压力保护，过热蒸汽压力保护，再热器压力保护，再热器汽温高保护，手动紧急停炉保护，汽包水位保护，燃油雾化介质压力低保护，直流炉断水、分离器水位保护，机跳炉保护等。 A.3.2 汽机、发电机方面 汽机轴向位移保护，汽机超速保护，润滑油压保护，凝
控制系统基础论文中英文资料外文翻译文献 文献翻译 原文： Numerical Control One of the most fundamental concepts in the area of advanced manufacturing technologies is numerical control (NC).Prior to the advent of NC, all machine tools were manual operated and controlled. Among the many limitations associated with manual control machine tools, perhaps none is more prominent than the limitation of operator skills. With manual control, the quality of the product is directly related to and limited to the skills of the operator . Numerical control represents the first major step away from human control of machine tools. Numerical control means the control of machine tools and other manufacturing systems though the use of prerecorded, written symbolic instructions. Rather than operating a machine tool, an NC technician writes a program that issues operational instructions to the machine tool, For a machine tool to be numerically controlled , it must be interfaced with a device for accepting and decoding the p2ogrammed instructions, known as a reader. Numerical control was developed to overcome the limitation of human operator , and it has done so . Numerical control machines are more accurate than manually operated machines , they can produce parts more uniformly , they are faster, and the long-run tooling costs are lower . The development of NC led to the development of several other innovations in manufacturing technology: 1.Electrical discharge machining. https://www.doczj.com/doc/1e5849042.html,ser cutting. 3.Electron beam welding.
附录 1 电力系统继电保护 1.1方向保护基础 日期，对于远离发电站的用户，为改善其供电可靠性提出了双回线供电的设想。当然，也可以架设不同的两回线给用户供电。在系统发生故障后，把用户切换至任一条正常的线路。但更好的连续供电方式是正常以双回线同时供电。当发生故障时，只断开故障线。图14-1所示为一个单电源、单负载、双回输电线系统。对该系统配置合适的断路器后，当一回线发生故障时，仍可对负载供电。为使这种供电方式更为有效，还需配置合适的继电保护系统，否则，昂贵的电力设备不能发挥其预期的作用。可以考虑在四个断路器上装设瞬时和延时起动继电器。显然，这种类型的继电器无法对所有线路故障进行协调配合。例如，故障点在靠近断路器D的线路端，D跳闸应比B快，反之，B应比D快。显然，如果要想使继电器配合协调，继电保护工程师必须寻求除了延时以外的其他途径。 无论故障点靠近断路器B或D的哪一端，流过断路器B和D的故障电流大小是相同的。因此继电保护的配合必须以此为基础，而不是放在从故障开始启动的延时上。我们观察通过断路器B或D的电流方向是随故障点发生在哪一条线路上变化的。对于A和B之间的线路上的故障，通过断路器B的电流方向为从负载母线流向故障点。对于断路器D，电流通过断路器流向负载母线。在这种情况下，断路器B应跳闸，D不应跳闸。要达到这个目的，我们可在断路器B和D上装设方向继电器，该方向继电器的联接应保证只有当通过它们的电流方向为离开负载母线时才起动。 对于图14-1所示的系统，在断路器B和D装设了方向过流延时继电器后，继电器的配合才能实现。断路器A和C装设无方向的过流延时继电器及瞬时动作的电流继电器。各个继电器整定配合如下：方向继电器不能设置延时，它们只有本身固有的动作时间。A和C的延时过流继电器通过电流整定使它们作为负载母线或负载设备故障的后备保护。断路器A和C的瞬时动作元件通过电流整定使它们在负载母线故障时不动作。于是快速保护可以保护发电机和负载之间线路长度
伺服电机 1. 伺服电机的定义 伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。伺服电机在伺服系统中控制机械元件运转的发动机. 是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度, 位置精度非常准确。将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压低等特点。 2. 伺服电机工作原理 1.伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1 个脉冲，就会旋转1 个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。 2. 交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。 3. 永磁交流伺服电动机简介 20 世纪80 年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90 年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦
毕业设计(论文)外文资料翻译 学院：机械工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 姓名： 学号：XXXXXXXXXX 外文出处：《Computational Intelligence and (用外文写)Design》 附件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 注：请将该封面与附件装订成册。
附件1：外文资料翻译译文 基于微型计算机的步进电机控制系统设计 孟天星余兰兰 山东理工大学电子与电气工程学院 山东省淄博市 摘要 本文详细地介绍了一种以AT89C51为核心的步进电机控制系统。该系统设计包括硬件设计、软件设计和电路设计。电路设计模块包括键盘输入模块、LED显示模块、发光二极管状态显示和报警模块。按键可以输入设定步进电机的启停、转速、转向,改变转速、转向等的状态参数。通过键盘输入的状态参数来控制步进电机的步进位置和步进速度进而驱动负载执行预订的工作。运用显示电路来显示步进电机的输入数据和运行状态。AT89C51单片机通过指令系统和编译程序来执行软件部分。通过反馈检测模块，该系统可以很好地完成上述功能。 关键词：步进电机，AT89C51单片机，驱动器，速度控制 1概述 步进电机因为具有较高的精度而被广泛地应用于运动控制系统，例如机器人、打印机、软盘驱动机、绘图仪、机械式阀体等等。过去传统的步进电机控制电路和驱动电路设计方法通常都极为复杂，由成本很高而且实用性很差的电器元件组成。结合微型计算机技术和软件编程技术的设计方法成功地避免了设计大量复杂的电路，降低了使用元件的成本，使步进电机的应用更广泛更灵活。本文步进电机控制系统是基于AT89C51单片机进行设计的，它具有电路简单、结构紧凑的特点，能进行加减速，转向和角度控制。它仅仅需要修改控制程序就可以对各种不同型号的步进电机进行控制而不需要改变硬件电路，所以它具有很广泛的应用领域。 2设计方案 该系统以AT89C51单片机为核心来控制步进电机。电路设计包括键盘输入电路、LED显示电路、发光二极管显示电路和报警电路，系统原理框图如图1所示。 At89c51单片机的P2口输出控制步进电机速度的时钟脉冲信号和控制步进电机运转方向的高低电平。通过定时程序和延时程序可以控制步进电机的速度和在某一
电力系统 电力系统介绍 随着电力工业的增长，与用于生成和处理当今大规模电能消费的电力生产、传输、分配系统相关的经济、工程问题也随之增多。这些系统构成了一个完整的电力系统。 应该着重提到的是生成电能的工业，它与众不同之处在于其产品应按顾客要求即需即用。生成电的能源以煤、石油，或水库和湖泊中水的形式储存起来，以备将来所有需。但这并不会降低用户对发电机容量的需求。 显然，对电力系统而言服务的连续性至关重要。没有哪种服务能完全避免可能出现的失误，而系统的成本明显依赖于其稳定性。因此，必须在稳定性与成本之间找到平衡点，而最终的选择应是负载大小、特点、可能出现中断的原因、用户要求等的综合体现。然而，网络可靠性的增加是通过应用一定数量的生成单元和在发电站港湾各分区间以及在国内、国际电网传输线路中使用自动断路器得以实现的。事实上大型系统包括众多的发电站和由高容量传输线路连接的负载。这样，在不中断总体服务的前提下可以停止单个发电单元或一套输电线路的运作。 当今生成和传输电力最普遍的系统是三相系统。相对于其他交流系统而言，它具有简便、节能的优点。尤其是在特定导体间电压、传输功率、传输距离和线耗的情况下，三相系统所需铜或铝仅为单相系统的75%。三相系统另一个重要优点是三相电机比单相电机效率更高。大规模电力生产的能源有： 1.从常规燃料（煤、石油或天然气）、城市废料燃烧或核燃料应用中得到的 蒸汽； 2.水； 3.石油中的柴油动力。 其他可能的能源有太阳能、风能、潮汐能等，但没有一种超越了试点发电站阶段。 在大型蒸汽发电站中，蒸汽中的热能通过涡轮轮转换为功。涡轮必须包括安装在轴承上并封闭于汽缸中的轴或转子。转子由汽缸四周喷嘴喷射出的蒸汽流带动而平衡地转动。蒸汽流撞击轴上的叶片。中央电站采用冷凝涡轮，即蒸汽在离开涡轮后会通过一冷凝器。冷凝器通过其导管中大量冷水的循环来达到冷凝的效果，从而提高蒸汽的膨胀率、后继效率及涡轮的输出功率。而涡轮则直接与大型发电机相连。 涡轮中的蒸汽具有能动性。蒸汽进入涡轮时压力较高、体积较小，而离开时却压力较低、体积较大。 蒸汽是由锅炉中的热水生成的。普通的锅炉有燃烧燃料的炉膛燃烧时产生的热被传导至金属炉壁来生成与炉体内压力相等的蒸汽。在核电站中，蒸汽的生成是在反应堆的帮助下完成的。反应堆中受控制的铀或盥的裂变可提供使水激化所必需的热量，即反应堆代替了常规电站的蒸汽机。 水电站是利用蕴藏在消遣的能来发电的。为了将这种能转换为功，我们使用了水轮机。现代水轮机可分为两类：脉冲式和压力式（又称反应式）。前者用于重要设备，佩尔顿轮是唯一的类型；对于后者而言，弗朗西斯涡轮或其改进型被广泛采用。 在脉冲式涡轮中，整个水头在到达叶轮前都被转化为动能，因为水是通过喷嘴提供给叶轮的；而在压力式或反应式涡轮中，水通过其四周一系列引导叶版先
对直流电机的速度闭环控制系统的设计 钟国梁 机械与汽车工程学院华南理工大学 中国,广州510640 电子邮件：zhgl2chl@https://www.doczj.com/doc/1e5849042.html, 机械与汽车工程学院 华南理工大学 中国,广州510640 江梁中 电子邮件：jianglzh88@https://www.doczj.com/doc/1e5849042.html, 该研究是由广州市科技攻关项目赞助（No.2004A10403006）。（赞助信息） 摘要 本文介绍了直流电机的速度控制原理，阐述了速度控制PIC16F877单片机作为主控元件，利用捕捉模块的特点，比较模块和在PIC16F877单片机模数转换模块将触发电路，并给出了程序流程图。系统具有许多优点，包括简单的结构，与主电路同步，稳定的移相和足够的移相范围，10000步控制的角度，对电动机的无级平滑控制，陡脉冲前沿，足够的振幅值，设定脉冲宽度，良好的稳定性和抗干扰性，并且成本低廉，这速度控制具有很好的实用价值，系统可以容易地实现。 关键词：单片机，直流电机的速度控制，控制电路，PI控制算法
1．简介 电力电子技术的迅速发展使直流电机的转速控制逐步从模拟转向数字，目前，广泛采用晶闸管直流调速传动系统设备（如可控硅晶闸管，SCR ）在电力拖动控制系统对电机供电已经取代了笨重的F-D 发电机电动机系统，尤其是单片机技术的应用使速度控制直流电机技术进入一个新阶段。在直流调速系统中，有许多各种各样的控制电路。单片机具有高性能，体积小，速度快，优点很多，价格便宜和可靠的稳定性，广泛的应用和强劲的流通，它可以提高控制能力和履行的要求实时控制（快速反应）。控制电路采用模拟或数字电路可以实现单片机。在本文中，我们将介绍一种基于单片机PIC16F877单片机的直流电机速度控制系统的分类。 2．直流电机的调速原理 在图1中，电枢电压a U ，电枢电流a I ，电枢回路总电阻a R ，电机 常数a C 和励磁磁通Φ，根据KVL 方程，电机的转速为 Φ-= a a a a C R I U n a pN C 60= a a a a U R I U ≈- )1(63.0)(84.0)1()1()()1()(10--+-=--+-=k e k e k T k e a k e a k T k T d d d d i l T T Tf Kp a T T Kp a +==+ =10)1(
风力发电机运行中电力和风力参数的监测 风力发电机组需要持续监测的电力参数包括电网三相电压、发电机输出的三相电流、电网频率、发电机功率因数等。这些参数无论风力发电机组是处于并网状态还是脱网状态都被监测，用于判断风力发电机组的起动条件、工作状态及故障情况，还用于统计风力发电机组的有功功率、无功功率和总发电量。此外，还根据电力参数，主要是发电机有功功率和功率因数来确定补偿电容的投入与切出。 1．电压测量 电压测量主要检测以下故障： (1)电网冲击 相电压超过450V 0.2s。 (2)过电压 相电压超过433V 50s。 (3)低电压 相电压低于329V 50s。 (4)电网电压跌落 相电压低于260V 0.1s。 (5)相序故障。 对电压故障要求反应较快。在主电路中设有过电压保护，其动作设定值可参考冲击电压整定保护值。发生电压故障时风力发电机组必须退出电网，一般采取正常停机，而后根据情况进行处理。 电压测量值经平均值算法处理后可用于计算机组的功率和发电量的计算。 2．电流测量 关于电流的故障有： (1)电流跌落 0.1s内一相电流跌落80%。 (2)三相不对称 三相中有一相电流与其他两相相差过大，相电流相差25%，或在平均电流低于50A时，相电流相差50%。 (3)晶闸管故障 软起动期间，某相电流大于额定电流或者触发脉冲发出后电流连续0.1s为0。 对电流故障同样要求反应迅速。通常控制系统带有两个电流保护即电流短路保护和过电流保护。电流短路保护采用断路器，动作电流按照发电机内部相间短路电流整定，动作时间。0～0.5s。过电流保护由软件控制，动作电流按照额定电流的2倍整定，动作时间1～3s。电流测量值经平均值算法处理后与电压、功率因数合成为有功功率、无功功率及其他电力参数。 电流是风力发电机组并网时需要持续监视的参量，如果切人电流小于允许极限，则晶闸管导通角不再增大，当电流开始下降后，导通角逐渐打开直至完全开启。并网期间，通过电流测量可检测发电机或晶闸管的短路及三相电流不平衡信号。如果三相电流不平衡超出允许范围，控制系统将发出故障停机指令，风力发电机组退出电网。 3．频率 电网频率被持续测量。测量值经平均值算法处理与电网上、下限频率进行比较，超出时风力发电机组退出电网。 电网频率直接影响发电机的同步转速，进而影响发电机的瞬时出力。 4．功率因数
译文 流体传动及控制技术已经成为工业自动化的重要技术，是机电一体化技术的核心组成之一。而电液比例控制是该门技术中最具生命力的一个分支。比例元件对介质清洁度要求不高，价廉，所提供的静、动态响应能够满足大部分工业领域的使用要求，在某些方面已经毫不逊色于伺服阀。比例控制技术具有广阔的工业应用前景。但目前在实际工程应用中使用电液比例阀构建闭环控制系统的还不多，其设计理论不够完善，有待进一步的探索，因此，对这种比例闭环控制系统的研究有重要的理论价值和实践意义。本论文以铜电解自动生产线中的主要设备——铣耳机作为研究对象，在分析铣耳机组各构成部件的基础上，首先重点分析了铣耳机的关键零件——铣刀的几何参数、结构及切削性能，并进行了实验。用电液比例方向节流阀、减压阀、直流直线测速传感器等元件设计了电液比例闭环速度控制系统，对铣耳机纵向进给装置的速度进行控制。论文对多个液压阀的复合作用作了理论上的深入分析，着重建立了带压差补偿型的电液比例闭环速度控制系统的数学模型，利用计算机工程软件，研究分析了系统及各个组成环节的静、动态性能，设计了合理的校正器，使设计系统性能更好地满足实际生产需要 水池拖车是做船舶性能试验的基本设备,其作用是拖曳船模或其他模型在试验水池中作匀速运动,以测量速度稳定后的船舶性能相关参数,达到预报和验证船型设计优劣的目的。由于拖车稳速精度直接影响到模型运动速度和试验结果的精度,因而必须配有高精度和抗扰性能良好的车速控制系统,以保证拖车运动的稳速精度。本文完成了对试验水池拖车全数字直流调速控制系统的设计和实现。本文对试验水池拖车工作原理进行了详细的介绍和分析,结合该控制系统性能指标要求,确定采用四台直流电机作为四台车轮的驱动电机。设计了电流环、转速环双闭环的直流调速控制方案,并且采用转矩主从控制模式有效的解决了拖车上四台直流驱动电机理论上的速度同步和负载平衡等问题。由于拖车要经常在轨道上做反复运动,拖动系统必须要采用可逆调速系统,论文中重点研究了逻辑无环流可逆调速系统。大型直流电机调速系统一般采用晶闸管整流技术来实现,本文给出了晶闸管整流装置和直流电机的数学模型,根据此模型分别完成了电流坏和转速环的设计和分析验证。针对该系统中的非线性、时变性和外界扰动等因素,本文将模糊控制和PI控制相结合,设计了模糊自整定PI控制器,并给出了模糊控制的查询表。本文在系统基本构成及工程实现中,介绍了西门子公司生产的SIMOREGDC Master 6RA70全数字直流调速装置,并设计了该调速装置的启动操作步骤及参数设置。完成了该系统的远程监控功能设计,大大方便和简化了对试验水池拖车的控制。对全数字直流调速控制系统进行了EMC设计,提高了系统的抗干扰能力。本文最后通过数字仿真得到了该系统在常规PI控制器和模糊自整定PI控制器下的控制效果,并给出了系统在现场调试运行时的试验结果波形。经过一段时间的试运行工作证明该系统工作良好,达到了预期的设计目的。 提升装置在工业中应用极为普遍,其动力机构多采用电液比例阀或电液伺服阀控制液压马达或液压缸,以阀控马达或阀控缸来实现上升、下降以及速度控制。电液比例控制和电液伺服控制投资成本较高,维护要求高,且提升过程中存在速度误差及抖动现象,影响了正常生产。为满足生产要求,提高生产效率,需要研究一种新的控制方法来解决这些不足。随着科学技术的飞速发展,计算机技术在液压领域中的应用促进了电液数字控制技术的产生和发展,也使液压元件的数字化成为液压技术发展的必然趋势。本文以铅电解残阳极洗涤生产线中的提升装置为研究
供配电系统 摘要：电力系统的基本功能是向用户输送电能。lOkV配电网是连接供电电源与工业、商业及生活用电的枢纽，其网络庞大及复杂。对于所有用户都期望以最低的价格买到具有高度可靠性的电能。然而，经济性与可靠性这两个因素是互相矛盾的。要提高供电网络的可靠性就必须增加网络建设投资成本。但是，如果提高可靠性使用户停电损失的降低小于用于提高可靠性所增加的投资，那么这种建设投资就没有价值了。通过计算电网的投资和用户停电的损失，最终可找到一个平衡点，使投资和损失的综合经济性最优。 关键词：供配电，供电可靠性，无功补偿，负荷分配 1 引言 电力体制的改革引发了新一轮大规模的电力建设热潮从而极大地推动了电力技术革命新技术新设备的开发与应用日新月异特别是信息技术与电力技术的结合在很大程度上提高了电能质量和电力供应的可靠性由于技术的发展又降低了电力建设的成本进而推动了电网设备的更新换代本文就是以此为契机以国内外配电自动化中一些前沿问题为内容以配电自动化建设为背景对当前电力系统的热点技术进行一些较深入的探讨和研究主要完成了如下工作. (1)提出了配电自动化建设的两个典型模式即―体化模式和分立化模式侧重分析了分立模式下的配电自动化系统体系结构给出了软硬件配置主站选择管理模式最佳通讯方式等是本文研究的前提和实现平台. (2)针对配电自动化中故障测量定位与隔离以及供电恢复这一关键问题分析了线路故障中电压电流等电量的变化导出了相间短路工况下故障定位的数学描述方程并给出了方程的解以及故障情况下几个重要参数s U& s I& e I& 选择表通过对故障的自动诊断与分析得出了优化的隔离和恢复供电方案自动实现故障快速隔离与网络重构减少了用户停电范围和时间有效提高配网供电可靠性文中还给出了故障分段判断以及网络快速重构的软件流程和使用方法. (3)状态估计是实现配电自动化中关键技术之一本文在阐述状态估计方法基础上给出了不良测量数据的识别和结构性错误的识别方法针对状态估计中数据对基于残差的坏数据检测和异常以及状态量中坏数据对状态估计的影响及存在的问题提出了状态估计中拓扑错误的一种实用化检测和辩识方法针对窃电漏计电费问题独创性提出一种通过电量突变和异常分析防止窃电的新方法并在潍坊城区配电得到验证. (4)针对配电网负荷预测建模困难参数离散度大以及相关因素多等问题本文在分析常规负荷预测模型及方法基础上引入了气象因素日期类型社会环境影响等参数给出了基于神经网络的电力负荷预测方法实例验证了方法的正确性.
均是精品，欢迎下载学习！！！ 电力电子技术的发展及应用 朱磊1侯振义1张开2 （空军工程大学电讯工程学院陕西西安710077） （南京理工大学动力工程学院江苏南京210000） 摘要：本文通过介绍电力电子技术的发展及应用，阐述了电力电子技术在国民经济中的重要作用，结合国家政策，描绘出我国电力电子行业的大好前景。 关键词：电力电子技术功率器件逆变能源 电力电子技术，又称功率电子技术。它主要研究各种电力电子器件，以及这些电力电子器件所构成的各种各样高效地完成对电能的变换和控制的电路或装置。它既是电子学在强电（高电压、大电流）或电工领域的一个分支，又是电工学在弱电（低电压、大电流）或电子领域的一个分支，总之是强弱电相结合的新学科。 1 电力电子技术的发展 电力电子技术的发展与功率器件的发展密切相关，1948年普通晶体管的发明引起了电子工业革命，1957年第一只晶闸管的问世，为电力电子技术的诞生奠定了基础。 1.1 电力电子技术的晶闸管时代 由于大功率硅整流器能够高效率的把工频交流电转变为直流电，因此在60年代和70年代，大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得到大发展，这一时期称之为电力电子技术的晶闸管时代。 1.2 电力电子技术的逆变时代 20世纪70年代，随着自关断器件的出现，电力电子技术进入了逆变时代。七十年代出现了世界范围的能源危机，交流电机变频调速因节能效果显著而迅速发展。在70年代到80年代，随着变频调速装置的普及，大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变，但工作频率较低，仅局限在中低频范围内。 1.3现代电力电子时代 80年代末期和90年代初期发展起来的以功率MOSFET和IGBT为代表的集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件，使以低频技术处理问题为主的传统电力电子学，向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学转变创造了条件，表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。 这一时期，各种新型器件应用大规模集成电路技术，向复合化、模块化的方向发展，使得器件及结构紧凑、体积缩小，并且能够综合了不同器件的优点。在性能上，器件的容量不断增大，工作频率不断提高，目前，市场化的碳化硅器件达(3500V\1200A),智能功率模块达到(1200V\800A),在斩波器的PWM开关频率可达1MHz。 这一时期，各种新的控制方法得到了广泛应用，特别是现代电力电子技术越来越多地运用了人工智能技术。在所有人工智能学科中，神经网络将对电力电子学产生的影响最大，利用混合人工智能技术(神经一模糊，神经一遗传，神经一模糊一遗传，模糊一遗传)开发强大的智能控制以及估计方法，单个神经模糊专用集成芯片能承担无传感器矢量控制，且具有在线故障诊断和容错控制能力。基于人工智能的模糊控制在参数变化和负载转矩扰动的非线性反馈系统中可能可以提供最好的鲁棒性，在故障监测和故障耐力控制中将会起到越来越重要的作用。 2电力电子的技术应用 随着科技的不断发展和人们要求的不断提高，电力电子技术的应用越来越广泛。当今世界先进工业国家正处于由“工业经济”模式向“信息经济”模式转变的时期。电力电子技术作为信息产业与传统产业之间的桥梁，是在非常广泛的领域内改造传统产业、支持高新技术发展的基础。因此，电力电子技术将在国民经济中扮演着越来越重要的角色。
可编程电源能够接收AC和DC输入功率 背景 许多电子设备，如电脑，个人数字助理（PDA）、移动电话、光盘和盒式磁带播放器等，目的是供电从交流（AC）和直流（DC）10个电源。交流电源包括墙壁插座，而直流电源可包括电池和车辆电源，如汽车点烟器和飞机座椅电源（如授权系统）。为了从这些交流和直流电源接收功率，电子设备通常必须具有多个独立的功率转换电源供应。此外，每个电子设备可以接收在不同要求的电流或电压下的操作功率。这些业务的要求也会改变关于电子设备的状态（例如，是否电子设备的电池正在充电）。 电力电子设备如计算机、人工提供外部电源。这个外部电源可能是一个开关电源的重量可能接近一磅，可能是约八英寸长，四英寸宽，高约四英寸。在此外，电源可包括固定输出电缆或固定输入电缆和插头，使之更加困难压缩存储。因此，这样的外部电源贡献子—大量额外的重量，电脑用户必须携带他或她允许电池充电和电气插座或其他电源的操作。此外，外部电源可以笨重，不可获得在典型情况下，便携式电子设备，如笔记本电脑和子笔记本电脑。 日本，一个单独的电源可能需要需要每个外围设备，如打印机、外部存储器（例如，磁盘驱动器）或类似。因此，用户需要电源消耗和增加一些不必要的重量空间。这些电源可设计用于与一个特定类型的交流或直流电源。因此，特别是便携式电子设备，它是可取的，能够接收电力从任何数量的交流和直流电源，用户可能需要不断进行适用于多种电源的多电源可能提供的来源。 这些缺陷在解决，编号6266261，5636110，5838554，6091611，and6172884，它描述了可编程电源。这个输出可以耦合英特尔：多变的技巧电源输出电缆或终端。一双电源转换为交流和直流电源输入信号转换成直流电源输出信号也是描述.这些引用，但是，不披露电源可以紧包装和容易存储.他们也没有描述如何互换提示可能是方便和紧凑的存储以防止大坝，这可能是特别有问题，提示小的尺寸。 其他讨论电力供应的参考接收交流和直流电源输入简单有效。例如，美国专利号，描述具有固定输入电缆和用于接收交流和直流电源输入信号的插头用于将直流输出电缆传输到电子设备的固定输出电缆和连接器。此外，该物参考并描述任何用于将交流或直流输入功率信号我各种特性的输入功率匹配为直流电源输出信号需要一个以上的电子设备。 电源在包括固定的交流输入插头，DC插件可安装，电源可以获得直流电源输入回答信号与等人参考，输入电缆的交流输入插头称为固定。虽然直流插头附件和输出电缆
－54－ 科技论坛 浅析电网电力参数的采样与测量 战媛 （哈尔滨第二电业局，黑龙江哈尔滨150000） 在频率偏离50Hz 时，非周期采样导致FFT 算法出现栅栏效应和频谱泄漏现象，致使测得的电流、电压幅值、频率和相角偏离实际值，测量精度难以满足实际需求。采用整周期采样，一方面能方便快速Fourier 分析，对周期性信号进行分析不会产生频谱泄漏现象；另一方面，和定时采样相比，整周期采样的数据量小，便于存储和处理。本文对实现整周期同步采样的两种方法：锁相环倍频技术和虚拟仪器软跟踪技术进行了讨论。1整周期采样目前，对测试信号进行时-频域变换的主要算法是快速傅里叶变换，其理论基础是傅里叶级数。一个周期信号，当满足Dirichlet 条件时，可以表示为一个傅里叶级数： (1)式中ω0———基频圆频率。从傅里叶级数式中可知，任意一个周期函数，只要满足一定条件都可以分解为基频的谐波与整数倍基频的高次谐波之和；即周期函数的频谱实际上是由一系列与基频成整数倍关系的离散频谱构成。根据对离散Fourier 算法（DFT ）的分析可知，对周期信号进行多段谱平均时，如果每段样本长度恰好等于信号周期长度的整数倍，则DFT 所得离散频谱与信号真实频谱完全相吻合；反之，由于样本截断长度的随机性，经过DFT 的周期延拓处理，将使信号产生较大的畸变，在所得离散频谱中产生许多不可知的虚假频率成分，当信号频域较宽且基频较低时，用多段平均的方法消除随机截断差效果并不明显。因此，对信号先进行整周期截断，再作谱平均，可从理论上消除随机截断误差。整周期采样就是指对周期信号采样时根据信号的基频选择相关的采样参数(采样频率、触发方式、截断长度)，以便对时域信号进行无随机截断误差的FFT 和多段谱平均处理的采样方法。整周期采样的主要目的是为了满足在计算机上进行快速傅里叶变换时对数据点数的要求，因此整周期采样就保证采样所得离散数据每一段(进行FFT 处理的数据长度单位，必须等于2n ，n 为整数，一般取1024或2048)正好包含周期信号的一个完整周期或其整数倍。在现场工况下，随测试对象不同信号的周期也在变化，即使是同一对象，其信号的周期也是波动的。在这种情况下，整周期采样的实现有赖于两点：一是采样频率，采样频率必须是信号基频的整数倍；二是触发方式，采样触发点关系到信号样本的一致性，亦即分析结果的可比性；三是截断长度，采样所得信号样本应包含信号的一个完整周期或其整数倍。2锁相环倍频法利用锁相环倍频技术实现的整周期同步采样电路，通过测量电路（锁相环倍频）处理电网电压和电流取样信号，并利用整周期同步采样电路和A/D 转换器实现对被测信号的离散化和数字化采样。通过对采集到的时域信号作频谱分析处理获得电网电流和电压的总畸变率和各次谐波分量的值。锁相环主要由鉴相器（PD ）、环路滤波器（LF ）和压控振荡器（VCO ）等三部分组成。锁相倍频，就是通过环路将压控振荡器(VCO)的输出频率锁定在输入信号的某次谐波频率上，倍频电路由锁相环和的N 进计数器构成，计数器插入在VCO 输出和鉴相器(PD)之间。 这样，当锁相环锁定时，计数器输出信号频率(f O /N)和锁相环输入信号频率（f i ）相等，从而在计数器时钟输入端（即VCO 输出端）得到N 倍频输出信号f O =Nf i ，其原理框图如图l 所示。图1锁相环倍频电路原理框图整周期同步采样电路，首先对电网取样信号U i (t)进行带通滤波，取出电网基波信号(基波频率f i )，然后对它作整形处理，获得与基波信号频率一致的方波信号，将它进行锁相倍频，获得输出频率f O =Nf i 的方波信号，随后将此信号经过一个单稳电路获得整周期同步采样脉冲信号。3LabVIEW 频率软跟踪随着现代工业、交通的发展，影响电能质量的因素越来越复杂各种非线性电力负荷的增加严重影响了用电设备的正常使用，以及电力参数的准确计量和电能量参数测量仪器的准确校验。传统的电能量参数检测系统以硬件为核心，体积大功能单一，己无法满足日渐复杂的电力参数测试。近年来，计算机技木的迅猛发展为虚拟仪器（Virtual Instrument ，VI ）的发展与应用奠定了基础，使仪器仪表发生了根本性的变革，传统的以硬件为主体的检测装置迅速向虚拟仪器方向发展。虚拟仪器充分利用计算机强大的图形界面和数据处理能力，提供对测量数据的分析和显示功能。它以信号处理为系统软件核心，用计算机显示器取代传统检测设备的面板，组建方便，网络功能强，开创了“软件即仪器”的先 河，迅速获得推广应用。为此，研制、开发基 于虚拟仪器技术的电力参数测量仪成为趋势。 该类仪器数据处理能力强，图形化显示直观， 保存与打印结果方便，系统功能更新便捷。 图2为仪器的构成框图。被测交流电压、 电流信号经仪器电压取样单元、电流取样单元 后，变成-5~＋5V 交流测量信号，经测量模 块（包括滤波、采样保持、信号调理、整形电 路、鉴相电路等）处理后通过通信接口1送入 计算机系统，由计算机系统进行相应的分析处 理，显示电压、电流、频率、功率、相位、闪 变、谐波等电力参数的测量结果。通过通信接 口2，仪器可以实现与其它智能系统的信息交 换或打印输出信息。图2虚拟仪器频率软跟踪构成框图电网中的频率不是恒定不变的。为了保持在一个周期内采样点数恒定，就需要采用跟踪采样技术。前面论述了采用锁相环的硬件频率跟踪电路，其硬件成本较高，仪器灵活性低，为了解决这个问题，下面来讨论采用虚拟仪器实现频率跟踪。电力系统的频率变化主要受变化周期10s-3min 的脉动分量负荷及变化非常缓慢的持续分量的影响，因此，采用频率软跟踪的方法具有可行性。虚拟仪器系统首先使用数据采集卡对被测信号采样3次，每次采样几个工频周期，分别计算频率，最后取频率的平均值，以此来确定实际采样率。在测频部分，为了滤除可能会使一个电压周期含有多于两个的过零点的谐波、扰动、噪声等高频分量，在频率计算前加入一个低通滤波器。频率计算主要分为过零检测和频率计算两个部分，过零检测是从数字滤波器输出的基波数据中找出第一个大于或等于零的点，并将其置1，其余数据全部置0。频率测量由LabVIEW 中的布尔逻辑函数和移位寄存器、for 循环结构来实现，然后用峰值检测VI 找出过零点对应的索引值，并通过索引值之差以及实际采样时间间隔，计算出周期和频率的大小。周期的最大绝对误差取决于采样间隔。频率软跟踪技术在测量电流、电压和平均功率等电力参数时可以简化运算，有效地抑制由于频谱泄漏效应引起的误差，提高测量系统的精度。摘要：对电网电压和电流的基波幅值的测量分析，通常是采用快速Fourier 变换(FFT)实现的。随着冶金、化工和电气化铁路等换流设备及其它 非线性负载不断引入电力系统，大量谐波注入电网，造成电网系统中谐波含量急剧上升和电压波形严重 “畸变”，电网的频率往往是波动的，使得采样很难做到对被测信号进行整周期截断。为此，文章讨论了两种整周期采样实现方法：锁相环倍频法和虚拟仪器频率软跟踪法。 关键词：整周期采样；锁相环；LabVIEW áá?()cos()áááf t a A n t w j ??=++?
英文原文 Introductions to Control Systems Automatic control has played a vital role in the advancement of engineering and science. In addition to its extreme importance in space-vehicle, missile-guidance, and aircraft-piloting systems, etc, automatic control has become an important and integral part of modern manufacturing and industrial processes. For example, automatic control is essential in such industrial operations as controlling pressure, temperature, humidity, viscosity, and flow in the process industries; tooling, handling, and assembling mechanical parts in the manufacturing industries, among many others. Since advances in the theory and practice of automatic control provide means for attaining optimal performance of dynamic systems, improve the quality and lower the cost of production, expand the production rate, relieve the drudgery of many routine, repetitive manual operations etc, most engineers and scientists must now have a good understanding of this field. The first significant work in automatic control was James Watt’s centrifugal governor for the speed control of a steam engine in the eighteenth century. Other significant works in the early stages of development of control theory were due to Minorsky, Hazen, and Nyquist, among many others. In 1922 Minorsky worked on automatic controllers for steering ships and showed how stability could be determined by the differential equations describing the system. In 1934 Hazen, who introduced the term “ervomechanisms”for position control systems, discussed design of relay servomechanisms capable of closely following a changing input. During the decade of the 1940’s, frequency-response methods made it possible for engineers to design linear feedback control systems that satisfied performance requirements. From the end of the 1940’s to early 1950’s, the root-locus method in control system design was fully developed. The frequency-response and the root-locus methods, which are the