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《机器人控制理论与技术》课程论文_SLAM技术发展及研究综述

《机器人控制理论与技术》课程论文_SLAM技术发展及研究综述
《机器人控制理论与技术》课程论文_SLAM技术发展及研究综述

SLAM技术发展及研究综述

摘要:本文对SLAM(同时定位与地图创建)的技术发展进行综述,介绍SLAM 技术的发展历程,对SLAM问题进行了数学描述,对现在的几种SLAM技术的实现方法进行论述,简单介绍SLAM技术的工作原理,对现在遇到的关于SLAM 的技术难点进行叙述,进一步探讨了SLAM技术的发展方向。

关键词:同时定位与地图创建、自主导航、地图创建

一.引言

移动机器人的同步定位与地图创建(Simultaneous Localization and Mapping ,简称SLAM)作为当前移动机器人定位技术的最主流的研究方法之一,它最早是由Randall Smith 和Peter Cheseseman 在1988年发表的论文当中提出来在他们的论文中,利用移动机器人的运动方式和装置的传感器获得的测量数据,分别设计了移动机器人的运动模型和观测模型,结合概率学的贝叶斯理论,实现了对轮式移动机器人在未知环境中的运动状态进行实时估计。Leonard 和Durrant-Whyte 在他们的研究中指出,所有移动机器人导航的基本过程可以总结为三个最基本的关键问题,即“Where am I now?”、“What is the structure of my environment?”以及“How can I get that target position?”,这三个问题的实质指的就是机器人定位和地图创建、障碍物的识别和避免,以及机器人导航路径规划问题。SLAM 问题的解决直接影响着后面两个问题能否正确处理。所以说,移动机器人的同步定位与地图创建是实现机器人自主导航,提高机器人的智能化水平的关键和首要解决的基础性难题。

二.研究发展现状

自从19世纪60年代,尼尔森等人将人工智能的方法结合到机器人的自动导航开始,移动机器人的定位技术的研究就开始走向了广大的研究者和工程师们的视野中,拉开了这项技术研究高潮的序幕。然而早期的定位技术由于研制的传感器种类有限,精度不高以及相关的理论尚未成熟的原因,其试验和应用范围都受到了很大的限制。这些定位技术要么是当前的运动环境已知,要么是机器人的运动方式已经确定,要么是只能提供粗略的定位数据。单独的定位或者纯粹的地图创建已经不能很好的解决当前的定位要求。到80年代末期,移动机器人的定位

技术一直没有多大的突破,研究陷入了一段时间的低潮。此时,Peter Cheeseman 和Jim Crowle 等机器人定位技术的年轻研究者,第一次提出了用概率学中的状态估计理论方法来解决机器人定位和地图创建问题,将运动中的几何关系和噪声用一个近似的概率分布来表示,获得了比较准确的状态估计值。从此,基于概率学理论的方法开始成为机器人定位技术的主流,同时,机器人的同步定位和地图创建也开始被人们所接受,吸引了很多研究人员去探索和学习。SLAM 的理论逐渐完善和成熟,Durrant-Whyte 等人在前人的研究基础上于1995年在一次国际机器人学的讨论大会上面,首次将SLAM 问题的理论框架比较完整的进行了详细的论述。

最近三十几年来,国内外SLAM的发展取得了一系列的研究成果。许多研究组织和研究者已经或者正在SLAM的研究上不断深入。根据常用的SLAM方法使用的传感器来进行分类,他们一般可以划分为:基于激光的SLAM,基于声纳的SLAM 和基于视觉的SLAM。除此之外,为了更好的感知机器人的状态信息和外部世界新的附加的传感器也常常被集成到机器人系统里面,比如电子指南针、红外遥感系统、陀螺仪、GPS定位系统。这些传感器都带有某种程度的误差,其应用的限制条件也不同。近十年来,由于基于激光和声纳的SLAM技术发展已经比较成熟,理论上面的突破难度比较大。而携带视觉传感器的数字设备,如移动手机、平板电脑、智能高清电视、汽车等等,已经遍布在全球各个地区,基于视觉的SLAM 渐渐引起了人们研究的兴趣。

到目前为止,SLAM技术在小规模或结构化环境中的实现相对比较成熟,但其在复杂环境上的应用仍有很多问题。未来的挑战主要集中在如何大规模复杂环境(如非结构化、地形恶劣地区)下实现尤其在那些信息不可用或不可靠的地区,如城市峡谷、矿井、丛林或遥远的星球。

三.问题描述

SLAM技术就是利用传感器对地图创建和自身定位问题进行同步求解,可以描述如下:在一个未知的环境中,已知运动学模型的移动机器人从一个未知的初始位置出发,在一个有若干环境特征的环境中移动,通过自身携带的传感器获得周围的环境信息确定环境特征的空间坐标,同时确定自身的三维坐标。

考虑移动机器人在含有路标特征的场景中移动,如图一所示。

X k-1

X k

X k+1

X k+2

m2

m1

m3

m4

m5

u k

U k +1

U k +2

图一 SLAM过程示意图

图中黑色三角形表示机器人的实际位置,白色三角形表示机器人的估计位置,灰色三角形表示地图路标的实际位置,白色四面体表示地图路标的估计位置。该图描述了机器人的同时定位与地图创建过程。在k时刻相关变量定义如下:k

x:机器人的位姿,()k

k

k

k

,

y

x

=,其中y,

x是坐标,θ是航向角。

整个行进过程机器人的路径为{}k

1

k

:

x

,...,

x,

x

x=,其中初始位置

x是已知的,其他位置未知。

k

u:k-1时刻到k时刻机器人的运动控制。整个控制过程为

{}

k

1

k

:

u

,...,

u,

u

u=。

i

m:地图环境中第i个路标特征点的坐标,()y,i

x,

i

i

m,

m

m=。特征地图

{}

M

2

1

m

,...,

m

,

m

m=,其中,M为地图特征数。假设地图是静态的。

i,

k

z:k时刻第i个路标特征点的观测量,若一次测量可探测到多个路标点,

则观测量可简化为

k

z。所有时刻观测量为{}k

1

k

:

z

,...,

z,

z

z=。

那么SLAM 问题就是如何根据已知量k :0z 、k :0u 、0x 输出m 和k :0x 。

四. SLAM 的实现方法

(1) 基于EKF 的SLAM 方法

卡尔曼滤波(Kalman Filter ,KF)是一种高效的递归滤波器,它能够从一系列的不完全包含噪声的测量中估计动态系统的状态。简单的卡尔曼滤波必须应用在符合高斯分布的系统中,而对其的改进之一就是扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter ,EKF),可应用于时间非线性的动态系统。EKF-SLAM 的实现基础是建立机器人的运动和观测模型。机器人运动模型为:

()k k k k v u x f +=-,x 1

其中非线性函数().f 描述机器人运动过程。k u 为控制向量,在k-1时刻施加在机器人上,驱动机器人使其在时刻k 达到状态k x 。k v 为加性零均值高斯白噪声,协方差为k Q ,描述运动误差。

在机器人运动过程中,使用搭载的传感器观测环境中的路标,可以用观测模型来表示。k 时刻机器人的观测模型为:

()k k k w x h z +=

其中非线性函数().h 描述机器人观测过程,k w 为加性零均值高斯白噪声,协方差为k R ,描述观测误差。

利用这两个模型,我们可以把EKF 方法应用到SLAM 问题中,通过迭代的预测-观测-更新来实现EKF-SLAM 。我们用-∧x 表示状态的先验概率估计(1|-∧-∧=k k x x ),+∧x 表示状态的后验概率估计(k k x x |∧+∧=)。对于其他变量,“+”和“-”也具有相同的含义。

1、预测

在这一步骤中,预测k 时刻机器人的状态-∧x ,协方差-k P ,观测-

∧k z ,计算公式如下: ???

? ??=+-∧-∧k k k u x f x ,1

???

? ??=-∧-∧k k x h z K x k x k Q f P f P k k +??=T +----111

其中Jacobian 矩阵1-?k x f 为对非线性函数().f 在点+

-∧1k x 处一阶Taylor 展开

并将其线性化所得。

????

? ??+-∧-??=

?k 1k 1k u ,x x x f f ?

2、观测 当机器人在状态k x 对环境路标进行观测k z 后,可以计算出新息k v :

-

∧-=k k k z z v

在理想数据关联的假设下,新息的协方差为:

k x K x k R h P h S k k +??=-T 其中k x h ?为对观测函数().h 的线性化近似。

3、更新

最后一个步骤为更新机器人状态估计+

∧k x 和协方差+k P ,公式为: k k k k v W x x +=-

∧+∧

T k k k k k W S W P P -=-+

其中Kalman 增益为:

1k x k k S h P W k --?=T 通过迭代地进行这三个步骤,我们可以解决SLAM 问题。EKF-SLAM 提供了系统的解决方案,收敛性、地图增长过程、不确定性的变化情况等均得到研究。然而,从实际的角度出发,EKF-SLAM 仍然存在很多问题。首先,对于非线性函数的线性化会导致系统误差;同时对于噪声的高斯模型和不相关的假设在实际环境中往往也是不成立的,这些因素都会导致EKF-SLAM 的运行不稳定。同时,算法依赖正确的运动模型和观测模型,因此对于机器人以及环境的建模变得相当关键。在难以建立正确模型的机器人和环境中应用时,通常会避免使用EKF-SLAM 。

(2)基于粒子滤波的SLAM 方法

粒子滤波是一种应用样本集表示概率分布的蒙特卡罗方法,可以用于任何状态空间模型,而且当样本数量∞→N 时可以逼近任何形式的概率密度分布。因此,粒子滤波能够比较精确的表达基于观测量和控制量的后验概率分布,可以用于解决SLAM 问题。

目前,SLAM 中应用的粒子滤波算法主要是Rao-Blackwellised 粒子滤波算法。Murphy 等最先将该算法用于SLAM 问题,解决了一个10×10的栅格环境下的SLAM 问题,在此基础上,美国卡耐基-梅隆大学的Montemerlo 等提出的Fast SLAM 算法,并成功应用于真实的机器人。该算法将SLAM 问题分解成机器人定位问题和基于位姿估计的环境特征位置估计问题。用粒子滤波算法估计整个路径的位姿,用EKF 估计环境特征的位置,每一个EKF 对应一个环境特征。该方法融合了EKF 算法和概率方法的优点,既降低了计算的复杂度,又具有较好的鲁棒性,在已知数据关联和未知数据关联情况下都可以取得较好的效果。

虽然粒子滤波算法可以作为解决SLAM 问题的有效手段,但是该算法仍然存在着一些问题。其中最主要的问题是需要用大量的样本数量才能很好的近似系统的后验概率密度。机器人面临的环境越复杂,描述后验概率分布所需要的样本数量就越多,算法的复杂度就越高。因此,能够有效的减少样本数量的自适应采样策略是该算法的重点。另外,重采样阶段会造成样本有效性和多样性的损失,导致样本贫化现象。如何保持粒子的有效性和多样性,克服样本贫化,也是该算法的重点。

(3)基于稀疏扩展信息滤波的SLAM 方法

由于基于EKF 的SLAM 算法需要维持很大的协方差矩阵,其运算量与地图中的特征数量的平方成正比,当地图中的路标数量增加时,其运算量相当大。为了降低EKF 算法的复杂度,Sebastian 等人提出了应用稀疏扩展信息滤波器(Sparse Extended Information Filter-SEIF)来实现SLAM ,即将表示相关关系的协方差矩阵的一些取值较小的元素忽略掉,令其为零,使矩阵变成一个稀疏矩阵。

SEIF 算法是EKF 算法的信息表示方式,采用EKF 中协方差矩阵的逆矩阵来代替EKF 中的协方差矩阵,并称之为信息矩阵。信息矩阵中每一个非对角线元素表示机器人与路标或者路标与路标之间的约束关系,这些约束关系可以通过原状

态的信息矩阵与新的观测信息矩阵相加来更新。这种更新是局部的,因此使得信息矩阵接近于稀疏矩阵,对其进行稀疏化后与原来状态误差很小,其速度明显快于EKF算法。尽管SEIF算法计算速度较快,但是其状态估计的精确性较EKF方法差,而且在地图信息的表示和路标的删减上很不方便。

五.SLAM技术难点

在很多环境中由于条件限制导致移动机器人不能利用全局定位系统进行定位,加上提前不容易知道移动机器人所处环境的地图,在这种情况下,就必须借助SLAM算法。SLAM算法也存在着不少实际问题,这些问题之间有着密集切的联系而不是独立的,因此SLAM问题存在着难点。

(1)噪声处理

噪声在系统的各个环节都不可避免,而且噪声之间又存在着联系。所以,SLAM问题中解决噪声问题是利用概率的方法,把非线性模型进行线性化处理,再通过滤波器来完成的,这样有出现了新的噪声致使不能进行准确的观测。(2)超多维问题

在SLAM中需要计算环境特征的位置和机器人的位姿,在2维空间中机器人的位姿由机器人的方向和机器人的平面坐标组成,特征标记的位置包括两个变量。当地图中有N个标记时,那么就有2N+3个变量,每一个变量是状态估计中的一维,SLAM的状态可以看作是一个2N+3维的矢量。在实际环境中N有可能会非常大,这样SLAM就是一个超多维的问题。超多维估计过程复杂,通常会占用大量的资源无法实时的在线处理,严重影响了SLAM算法的实时性。因此如何解决超多维问题是SLAM的一个难点。

(3)数据关联

数据关联是将观测到的特征与实际环境中的物体相互匹配,需要判断机器人从不同视角,不同位置观测到的环境数据是否反映了环境中的同一物体。当机器人回到原有位置时机器人必须能够重新识别出已经观测过的物体,也就是SLAM 中的闭环问题。由于系统误差随着机器人运动不断增大,闭环问题成为SLAM 数据关联的一个难点。同时随着地图规模的增大,需要计算的数据量也会呈指数形式增长。这些都使得数据关联成为SLAM的关键问题,错误的数据关联会导致整个算法的失败。

(4)不确定信息的处理方法

在完全未知环境中,自主定位和导航的一个前提是依靠其自身携带的传感器信息建立环境模型。完全未知环境指的是移动机器人完全不了解环境,包括环境的形状以及环境中障碍物的所处位置等,事先没有任何的信息。因为传感器存在观测数据的不确定性,所以要对观测到的数据进行再次的分析,重新构造环境,经融合多种观测数据就可得到较为精确的地图模型。不确定性可以传递,例如,不确定的观测数据使得建立的环境模型也是不确定的,从而由数据进行分析做的处理也具有不确定性。

目前对不确定信息处理目前通常采用模糊逻辑和概率这两种方式。第一种方式是较有效的方式,特别是在解决声纳感知的不确定时,而且在处理信息时可选的操作也很多。第二种方式具有计算量大的缺点,常用的有Bayes估计,Markov 推理和Kalman滤波等。

(5)探索路径

为了能够高效的完成任务,又好又快的解决SLAM问题,其中探索路径是不可缺少的。要想高效,首先考虑到是在初始点到终点找到一条最优路径,也就是一条最短的路线。目前为止在探索路径方面的成果不多。这种思路理论上能够大大提高探索和构图的效率,但是存在着许多问题首先预设的最优路径可能会因为SLAM中的不确定性问题而行不通,其次即使可以按预先设计的路线进行,但可能不是在当时环境下的最佳选择,再次,通常引入一些相当复杂计算才能实现最优,但是计算量也不可避免的随之增加了,进而系统的实时性也受到了影响。

总之,从这些关键问题开始着手研究SLAM,解决了这些关键问题SLAM 才能更好的实现。

六.总结

本文对SLAM技术进行了综述,简单介绍了SLAM技术的发展历程。运用数学的方法对SLAM技术进行了简单的描述,介绍和比较了现在常用的SLAM 的实现方法(基于EKF的SLAM方法、基于粒子滤波的SLAM方法、基于稀疏扩展信息滤波的SLAM方法),了解了它们的优缺点和适用的环境。最后提出了这些方法还不能完全解决的SLAM技术难点,以后的一段时间内SLAM的研究将会围绕这些难点而进行。

参考文献

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摘要:随着信息产业的高速发展,众多企业、单位都利用互联网建立了自己的信息系统,以充分利用各类信息资源。但是我们在享受信息产业发展带给我们的便利的同时,也面临着巨大的风险。我们的系统随时可能遭受病毒的感染、黑客的入侵,这都可以给我们造成巨大的损失。对网络安全的威胁主要表现在:非授权访问,冒充合法用户,破坏数据完整性,干扰系统正常运行,利用网络传播病毒,线路窃听等方面。这以要求我们与Internet互连所带来的安全性问题予以足够重视。本文主要介绍了信息系统所面临的技术安全隐患,并利用虚拟平台进行有效的解决方案。 关键词:网络安全攻击防御模拟应用虚拟平台 Abstract:With the rapid development of information industry, many enterprises and units have established their own information system to make full use of all kinds of information resources. But we are enjoying the convenience of the development of the information industry, but also faces a huge risk. Our system may suffer from the virus infection, the hacker's invasion at any time, this can cause the huge loss to us. The network security threats mainly displays in: unauthorized access, posing as legitimate users, destruction of data integrity, interfere with the normal operation of the system, using the network to spread the virus, wiretap etc.. This requires that we have to pay enough attention to the security problems caused by the Internet interconnection. This paper mainly introduces the technical security risks faced by the information system, and puts forward the effective solutions. Key words: Network security Attack defense Simulation application Virtual platform 1前言 随着社会的进步,时代的发展,计算机网络在人们的生活中变得越来越重要,人们使用网络也越来越频繁,这是时代的潮流。网络在不断的发展,更新,进步,一些机密信息将变得相当重要,信息战已经打响,网络安全技术的研究刻不容缓! 2 计算机网络安全简介 计算机网络安全不仅包括组网的硬件、管理控制网络的软件,也包括共享的资源,快捷的网络服务,所以定义网络安全应考虑涵盖计算机网络所涉及的全部内容。参照ISO给出的计算机安全定义,认为计算机网络安全是指:“保护计算机网络系统中的硬件,软件和数据资源,不因偶然或恶意的原因遭到破坏、更改、泄露,使网络系统连续可靠性地正常运行,

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管壳式换热器节能技术综述 摘要:采用节能技术的高效换热器不仅提高了能源利用率,且减少了金属材料的消耗,对推进石油化工行业的节能减排工作有着积极意义。简要介绍了管壳式换热器换热管强化传热技术和壳程强化传热技术,分析了各自的原理、优缺点及推荐使用场合。 关键词:换热器; 节能减排; 强化传热 中图分类号:TQ051. 5文献标识码:A文章号:1009-3281(2008)05-0016-05 目前在我国石油化工行业中,换热设备投资占设备投资的30%以上,在换热设备中,使用量最大的是管壳式换热器,其中80%以上的管壳式换热器仍采用弓形折流板光管结构,这种结构决定了换热器传热效果差,壳程压降大,与我国正在推行的节能减排政策不相适应。因此提高换热器的效能对化工行业节能减排、提高效益非常重要。 换热设备传热过程的强化就是力求使换热设备在单位时间内、单位传热面积传递的热量尽可能增多。应用强化传热技术的目的是为了进一步提高换热设备的效率,减少能量传递过程中的损失,更合理更有效地利用能源。提高传热系数、扩大单位传热面积、增大传热温差是强化传热的三种途径,其中提高传热系数是当今强化传热的重点。 一、换热管强化传热技术 管程的强化传热通常是对光管进行加工得到各种结构的异形管,如螺旋槽纹管、横槽纹管、波纹管、低螺纹翅片管(螺纹管)、螺旋扁管、多孔表面管、针翅管等,通过这些异形管进行传热强化。 1.螺旋槽纹管 螺旋槽纹管管壁是由光管挤压而成,如图1所示,有单头和多头之分,其管内强化传热主要由两种流动方式决定:一是螺旋槽近壁处流动的限制作用,使管内流体做整体螺旋运动产生的局部二次流动;二是螺旋槽所导致的形体阻力,产生逆向压力梯度使边界层分离。螺旋槽纹管具有双面强化传热的作用,适用于对流、沸腾和冷凝等工况,抗污垢性能高于光管,传热性能较光管提高2~4倍。

电力电子技术论文

电力电子技术在太阳能中的应用 电力电子技术: 电力电子技术是指电力功率半导体器件,这些器件作为开关操作其中的控制和转换。硅控整流器的来临,简称可控硅,导致的新的电力电子领域的应用发展。之前的可控硅引进,汞弧整流器用于电力控制,但这种整流电路工业电子和汞弧整流器的应用范围是有限的一部分。一旦可控硅可用,应用领域蔓延到许多领域,如驱动器,电源供应器,航空 电力电子技术是什么? 电力电子技术是应用电子电路的能量转换。 您可能有更多的比你想象中的电力电子的相互作用。如果你开车,使用一台电脑,用微波炉做饭,对任何类型的电话交谈,听音响,或用电钻钻孔,然后你来接触电力电子技术。由于电力电子,电力运行所需的处理,过滤,并以最高的效率,最小的尺寸和最小重量的东西,你日常使用。在正式条款“,该技术包括使用的电子元件,应用电路理论与设计技术,分析工具,对电子的转换效率,控制和电力空调的发展。” 电力电子技术研究的主要领域包括: ?电子器件(如二极管和晶体管) ?控制和监管 电力转换器的电路设计和各项工作的转换器电路拓扑 ?磁性元件(如变压器和电感器) ?电子电路封装和制造 ?电机控制 电力电子技术的主要任务 电力电子技术,涵盖了整个电力系统领域的应用,这些应用延伸,从几个VA /瓦数兆伏安/兆瓦的功率范围。 电力电子技术的主要任务是控制和电源转换从一种形式到另一种。转换的四种主要形式是: ?整风指交流电压为直流电压的转换, ?直流到交流的转换, ?直流- 直流转换和 ?交流到交流的转换。 ?“电子式电能转换器”是用来指电力电子电路,转换电压和电流从一种形式到另一个任期。 此外,可控硅和其他功率半导体器件被用作静态开关。 电力电子技术的重要性和用途 电力电子技术是随处可见。例如,电力电子技术中使用 ?计算机 ?汽车 ?电信 ?空间系统和卫星 ?电机

数据挖掘课程论文综述

海南大学 数据挖掘论文 题目:股票交易日线数据挖掘 学号:20100602310002 姓名: 专业:10信管 指导老师: 分数:

目录 目录 (2) 1. 数据挖掘目的 (3) 2.相关基础知识 (3) 2.1 股票基础知识 (3) 2.2 数据挖掘基础知识 (4) 2.2.2数据挖掘的任务 (5) 3.数据挖掘方案 (6) 3.1. 数据挖掘软件简介 (6) 3.2. 股票数据选择 (7) 3.3. 待验证的股票规律 (7) 4. 数据挖掘流 (8) 4.1数据挖掘流图 (8) 4.2规律验证 (9) 4.2.2规律2验证 (10) 4.2.3规律三验证 (12) 4.3主要节点说明 (14) 5.小结 (15)

1.数据挖掘目的 数据挖掘的目的就是得出隐藏在数据中的有价值的信息,发现数据之间的内在联系与规律。对于本次数据挖掘来说,其目的就是学会用clementine对股票的历史数据进行挖掘,通过数据的分析,找出存在股票历史数据中的规律,或者验证已存在的股票规律。同时也加深自己对股票知识的了解和对clementine软件的应用能力。为人们决策提供指导性信息,为公司找出其中的客户为公司带来利润的规律,如二八原则、啤酒与尿布的现象等。 2.相关基础知识 2.1 股票基础知识 2.1.1 股票 是一种有价证券,是股份公司在筹集资本时向出资人公开或私下发行的、用以证明出资人的股本身份和权利,并根据持有人所持有的股份数享有权益和承担义务的凭证。股票代表着其持有人(股东)对股份公司的所有权,每一股同类型股票所代表的公司所有权是相等的,即“同股同权”。股票可以公开上市,也可以不上市。在股票市场上,股票也是投资和投机的对象。对股票的某些投机炒作行为,例如无货沽空,可以造成金融市场的动荡。 2.1.2 开盘价 开盘价又称开市价,是指某种证券在证券交易所每个交易日开市后的第一笔买卖成交价格。世界上大多数证券交易所都采用成交额最大原则来确定开盘价。 2.1.3 收盘价 收盘价是指某种证券在证券交易所一天交易活动结束前最后一笔交易的成交价格。如当日没有成交,则采用最近一次的成交价格作为收盘价,因为收盘价是当日行情的标准,又是下一个交易日开盘价的依据,可据以预测未来证券市场行情;所以投资者对行情分析时,一般采用收盘价作为计算依据。

混合动力电动汽车中电力电子技术应用综述

混合动力电动汽车中电力电子技术应用综述 1 引言 电力电子技术是研究应用电力半导体器件实现电能变换和控制的学科,它是一门由电子、电力半导体器件和控制三者相互交叉而出现的新兴边缘学科。它研究的内容非常广泛,主要包括电力半导体器件、磁性材料、电力电子电路、控制集成电路以及由其组成的电力变换装置。目前,电力电子学研究的主要方向是[1>:(1)电力半导体器件的设计、测试、模型分析、工艺及仿真等; (2)电力开关变换器的电路拓扑、建模、仿真、控制和应用; (3)电力逆变技术及其在电气传动、电力系统等工业领域中的应用等。 电动汽车(EV)作为清洁、高效和可持续发展的交通工具,既对改善空气质量、保护环境具有重大意义,又对日益严重的石油危机提供了解决方法;同时,电动汽车作为电力电子技术的一个新的应用领域,涵盖了DC/DC和DC/AC的全部变换,是实用价值非常高的运用领域[2>。 2 混合动力电动汽车简介 当前世界汽车产业正处于技术革命和产业大调整的发展时期,安全、环保、节能和智能化成为汽车界共同关心的重大课题。为了使人类社会和汽车工业持续发展,世界各国尤其是发达国家和部分发展中国家都在研究各种新技术来改善汽车和环境的协调性。 电动汽车作为21世纪汽车工业改造和发展的主要方向,目前已从实验室开发试验阶段过渡到商品性试生产阶段,世界上许多知名汽车厂家都推出了具有高科技水平的安全或环保型概念车,目的是为了引导世界汽车技术的潮流。 2.1 各种类型电动汽车特点及其发展 根据所使用的动力源不同,电动汽车大致可分为三类:蓄电池电动汽车或纯电动汽车(Battery Electric Vehicle)、以氢气为能源的燃料电池电动汽车(Fuel Cell Electric Vehicle)和混合动力电动汽车(Hybrid Electric Vehicle)。 纯电动汽车是单独依靠蓄电池供电的,但目前动力电池的性能和价格还没有取得重大突破,因此,纯电动汽车的发展没有达到预期的目的; 燃料电池电动汽车具有能量转化率高、不污染环境、使用寿命长等不可比拟的优势。但是由于目前燃料电池技术和研究还没有取得重大突破,燃料电池电动汽车的发展也受到了限制; 混合动力电动汽车是同时采用了电动机和发动机作为其动力装置,通过先进的控制系统使两种动力装置有机协调配合,实现最佳能量分配,达到低能耗、低污染和高度自动化的新型汽车。自1995年以来,世界各大汽车生产商已将研究的重点转向了混合动力电动汽车的研究和开发,日本、美国和德国的大型汽车公司均开发了包括轿车、面包车、货车在内的混合动力电动汽车。 以作为混合动力电动汽车研发前沿的丰田汽车公司为例,所开发的混合动力电动汽车已达到实用化水平,自1997年所推出的世界上第一款批量生产的混合动力电动汽车Prius开始,其后又在2002年推出了混合动力面包车,该车混合动力系统采用了世纪首次批量生产的电动四轮驱动及四轮驱动力/制动力综合控制系统。2003年,丰田又推出了新一代Prius,也被称为“新时代丰田混合动力系统统——THS II”(见图1),节能效果可达到100km油耗不足3L。从2004年开始,丰田公司向欧洲市场推出了一款新的Lexus RX型豪

PLC电梯控制系统文献综述

毕业设计(论文) 文献综述 设计(论文)题目:四层电梯PLC控制系统设计 学院名称:机械工程学院 专业:机械设计制造及其自动化 学生姓名:学号: 指导教师: 2012年12 月25 日 一、前言 随着我国经济的发展,城市中涌现出越来越多的高层建筑,而与之配套的电梯已成为人们日常生活中不可缺少的工具。同时,由于城市老龄化问题的日益突出,多层建筑同样也有使用电梯的要求。电梯作为现代智能建筑的代步工具,方便了人们的生活、节省了时间和体力,也越来越显示出它的重要作用。电梯质量

的好坏在很大程度上取决于它的控制系统。传统的电梯自动控制系统由继电器——接触器进行控制,其缺点是触点多、接线复杂、故障率高、可靠性差、维修工作量大等。而采用PLC组成的控制系统很好地解决上述问题,它具有工作可靠性高、灵活性和通用性高、编程简单、使用方便、抗干扰能力强等优点,它使电梯运行更加安全、方便。因此,开发设计由PLC组成的控制系统是非常有必要的。 二、电梯的发展历史 人类利用升降工具运输货物、人员的历史非常悠久。早在公元前2600年,埃及人在建造金字塔时就使用了最原始的升降系统,这套系统的基本原理至今仍无变化:即一个平衡物下降的同时,负载平台上升。早期的升降工具基本以人力为动力。1203年,在法国海岸边的一个修道院里安装了一台以驴子为动力的起重机,这才结束了用人力运送重物的历史。英国科学家瓦特发明蒸汽机后,起重机装置开始采用蒸汽为动力。紧随其后,威廉?汤姆逊研制出用液压驱动的升降梯,液压的介质是水。在这些升降梯的基础上,一代又一代富有创新精神的工程师们在不断改进升降梯的技术。然而,一个关键的安全问题始终没有得到解决,那就是一旦升降梯拉升缆绳发生断裂时,负载平台就一定会发生坠毁事故。 生活在继续,科技在发展,电梯也在进步。150年来,电梯的材质由黑白到彩色,样式由直式到斜式,在操纵控制方面更是步步出新——手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等,多台电梯还出现了并联控制,智能群控;双层轿厢电梯展示出节省井道空间,提升运输能力的优势;变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间;不同外形——扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。如今,以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿,仍在继续进行电梯新品的研发,并不断完善维修和保养服务系统。调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用、复合钢带环保——一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世,冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉,人们的生活因此变得更加美好。 当今世界上最大的电梯生产企业是美国的奥蒂斯电梯公司,其产量约占世界电梯产量的25%。此外,瑞士迅达电梯公司、芬兰柯尼电梯公司及后起之秀的日本日立、三菱公司在国际电梯业也有一定的声誉。 1900年,美国奥蒂斯电梯公司通过代理商Tullock & Co.获得在中国的第1份电梯合同——为提供2台电梯。从此,世界电梯历史上展开了中国的一页。 据统计,中国在用电梯34.6多万台,每年还以约5万~6万台的速度增长。电梯服务中国已有100 多年历史,而中国在用电梯数量的快速增长却发生在改革开放以后,目前中国电梯技术水平已与世界同步。

可信计算技术综述论文

可信计算技术综述 08网络工程2班龙振业0823010032 摘要:可信计算是信息安全研究的一个新阶段,它通过在计算设备硬件平台上引入安全芯片架构,通过其提供的安全特性来提高整个系统的安全性。本文简要介绍了可信计算的起源和发展,阐述了可信性的起源与内涵。着重介绍了各种高可信保障技术,并对目前的应用现状做了总结。最后,探讨了可信计算的发展趋势。 关键字:可信性;可信计算;可信计算系统;可信计算应用 1.可信计算系统的起源和发展 计算机和通信技术的迅猛发展使得信息安全的地位日益显得重要。目前的信息安全技术主要依靠强健的密码算法与密钥相结合来确保信息的机密性、完整性,以及实体身份的惟一性和操作与过程的不可否认性。但是各种密码算法都并非绝对安全,而且很多用户并不清楚这些密码保护机制如何设置,更重要的是,这些技术虽然在一定程度上可以阻挡黑客和病毒的攻击,但是却无法防范内部人员对关键信息的泄露、窃取、篡改和破坏。 常规的安全手段只能是以共享信息资源为中心在外围对非法用户和越权访问进行封堵,以达到防止外部攻击的目的;对共享源的访问者源端不加控制;操作系统的不安全导致应用系统的各种漏洞层出不穷;恶意用户的手段越来越高明,防护者只能将防火墙越砌越高、入侵检测越做越复杂、恶意代码库越做越大。从而导致误报率增多、安全投入不断增加、维护与管理更加复杂和难以实施以及信息系统的使用效率大大降低。于是近年来信息安全学界将底层的计算技术与密码技术紧密结合,推动信息安全技术研究进入可信计算技术阶段。 1999年10月,为了提高计算机的安全防护能力,Intel、微软、IBM、HP和Compaq共同发起成立了可信计算平台联盟(Trusted Computing Platform Alliance,TCPA),并提出了“可信计算”(t rusted computing)的概念,其主要思路是增强现有PC终端体系结构的安全性,并推广为工业规范,利用可信计算技术来构建通用的终端硬件平台。2003年4月,TCPA重新改组,更名为可信计算集团(Trusted Computing Group,TCG),并继续使用 TCPA 制定的“Trusted Computing PlatformSpecifications”。2003年10月,TCG推出了TCG1.2技术规范。到2004年8月TCG组织已经拥有78个成员,遍布全球各大洲。 2. 可信计算的概念 “可信计算”的概念由 TCPA 提出,但并没有一个明确的定义,而且联盟内部的各大厂商对“可信计算”的理解也不尽相同。其主要思路是在计算设备硬件平台上引入安全芯片架构,通过其提供的安全特性来提高系统的安全性。可信计算终端基于可信赖平台模块(TPM),以密码技术为支持,安全操作系统为核心。计算设备可以是个人计算机,也可以是 PDA、手机等具有计算能力的嵌入式设备。 “可信计算”可以从几个方面来理解:(1)用户的身份认证,这是对使用者的信任;(2)平台软硬件配置的正确性,这体现了使用者对平台运行环境的信任;(3)应用程序的完整性和合法性,体现了应用程序运行的可信;(4)平台之间的可验证性,指网络环境下平台之间的相互信任。

先进的节能技术综述

先进的节能技术综述 摘要:解放一种能源,就必须创新;正如,我们有丰富的海水,如果有一流的淡化技术,就不必再提节约用水一样!下面我们一起把人类发展历程简单分解——把复杂的问题简单化,是意识传播的基本原则! 主题词:节能技术;能源利用;国际先进水平 解放一种能源,就必须创新;正如,我们有丰富的海水,如果有一流的淡化技术,就不必再提节约用水一样!下面我们一起把人类发展历程简单分解——把复杂的问题简单化,是意识传播的基本原则! 在电能被广泛运用之前的时代是化学能时代,植物充当了转化器,把光能转化为我们可用的化学能,同时部分植物把光能储存为化石燃料。 然后,特斯拉把交流电带给我们,这就是我们目前所在的第二阶段。在这个阶段里,我们尝试着把各种形式的能量转化为电能,而绝大多数设备都是基于电能和化学能的。 下一阶段是我们要关注的,直接运用光能的时代,尽管我们的思维始终拉着我们把光能尽可能的转化为电能使用,但是我们如果要想实现突飞猛进,必须摆脱电能形式的束缚,基于光能直接设计新型原件和设备。光能设备将使我们走向统一,而不是二元对立。 下面要发现的是大统一。人类喜欢把自己特殊化,从而可以与外部世界进行比较,发现相同和不同,加以运用。而直接使用光能,可以让我们不再比较,光能无处不在。光能设备可以载入更多发现,把发现传播到光可以到达的任何地方。光能设备可以把人类从劳动中解放出来,实现自生产。光能设备的发现,将把人类带入新纪元。 设备的通用原理是,在能量的作用下,把输入转化为人类可用的输出。光能设备的基本原理是,在光能的作用下,把输入转化为人类可用的输出。 正如发现交流电一样突然,光能原件的发现更可能是突然出现的,而不是由量变到质变这样缓慢演变出来的。所以希望全人类共同擦亮眼睛,一同来发现基于光能的原件和设备。 能源是人类生存和发展须臾不可或缺的资源,是工业化和现代化的粮食和血液。在人类历史的几百万年间,工程科学技术不断发展,推动人类对能源的利用

电力电子技术论文

电力电子技术的应用 班级:电082 陈泽平40850171 【摘要】本文主要介绍了电力电子技术在电力系统、汽车工业、储能领域等方面的应用。 【关键词】电力电子技术应用电力系统汽车工业储能领域 电力电子技术是一门应用于电力领域的电子技术,就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”,功率可以达到数百兆瓦甚至吉瓦,也可以小到数瓦甚至毫瓦级。进入21世纪,随着新的理论、新的器件、新的技术的不断涌现,特别 是与微电子(计算机与信息)技术的日益融合,电力电子技术的应用领域也必将不断地得以拓展。以下主要对电力电子技术在电力系统、汽车工业、储能领域等方面的应用作简要介绍。 一.电力电子技术在电力系统中的应用 自20世纪80年代,柔性交流输电(FACTS)概念被提出后,电力电子技术在电力系统中的应用研究得到了极大的关注,多种设备相继出现。以下按照电力系统的发电、输电和配电以及节电环节,列举电力电子技术的应用。 1.在发电环节的应用 大型发电机广泛采用静止励磁控制。静止励磁采用晶闸管整流自并励方式,具有结构简单、可靠性高及造价低等优点。由于省去了励磁机这个中间惯性环节,因而具有其特有的快速性调节,给先进的控

制规律提供了充分发挥作用并产生良好控制效果的有利条件。1 变速恒频励磁广泛应用于水力、风力发电机。为了获得最大有效功率,可使机组变速运行,通过调整转子励磁电流的频率,使其与转子转速叠加后保持定子频率即输出频率恒定。这种技术就叫变速恒频励磁。 2.在输电环节的应用 在输电环节中应用的技术主要有直流输电(HVDC)和轻犁直流输电(HVDC Light)技术以及柔性交流输电(FACTS)技术,其中柔性交流输电技术应用尤为重要。 3.在配电环节的应用 DFACTS是指应用于配电系统中的灵活交流技术,它是Hingorani于1988年针对配电网中供电质量提出的新概念。 4.在节能环节的运用 通过交负荷电动机的调速技术节电是电动机节电非常重要的一个方面。交流调速在冶金、矿山等部门及社会生活中得到了广泛的应用。 二.电力电子技术在汽车工业中的应用 电力电子技术在汽车工业的应用2,主要包括以下几个方面: 1)利用电子开关替代传统的机械开关以及继电器; 2)无触点点火、燃油电子喷射; 3)电子动力转向、电子自动变速器; 4)对原有的直流电源系统进行改造;

如何撰写课程综述

如何撰写课程综述 如何撰写课程综述 一、何为综述?顾名思义由“综”和“述”两部分组成。 综:根据所查阅大量的文献进行综合的归类、提炼、概括述:融入作者自己理论水平、专业基础、分析问题、解决问题的能力,在对问题 进行合情合理的剖析基础上,提出自己独特的见解。是“综述”质量高下的分界线 二、课程综述对课程内容某一方面的专题搜集大量情报资料后经综合分析而写成的一种学术论文,它是科学文献的一种。课程综述是反映当前某一领域中某分支学科或重要的技术领域最新进展、学术见解和建议,它往往能反映出有关问题的新动态、新趋势、新水平、新原理和新技术等等。 要求同学们学写课程综述的好处: ①通过搜集文献资料过程,可进一步熟悉本学科领域文献的查找方法和资料的积累方法;在查找的过程中同时也扩大了知识面; ②查找文献资料、写课程综述是科研选题及进行科研的第一步,因此学习文献综述的撰写也是为今后科研活动打基础的过程; ③通过综述的写作过程,能提高归纳、分析、综合能力,有利于独立工作能力和科研能力的提高; ④课程综述选题,题目可大可小,可难可易。 在系统编程技术课程综述 综述EDA技术 综述现代电子设计技术 综述在系统编程技术 三、主要内容: 1) 该领域的学习意义。 2) 该领域背景知识和发展脉络。 3) 目前的应用水平、存在问题及可能的原因。 4) 进一步的研究课题、发展方向概况。 5) 自己的见解和感想。 四、写作格式:四部分前言、正文、总结、参考文献前言:说明写作的目的 介绍有关的概念、定义、综述的范围明确有关主题的现状 使读者对全文要叙述的问题有一个初步的轮廓。正文:综述的主体 写法: 可按年代顺序综述,也可按不同的问题进行综述,还可按不同的观点进行比较综述,将所搜集到的文献资料归纳、整理及分析比较,阐明有关主题的历史背景、现状、发展方向,对这些问题的评述,主题部分应特别注意代表性强、具有科学性和创造性的文献引用和评述。总结:对全文主题进行扼要总结,

现代电力电子技术的发展、现状与未来展望综述上课讲义

现代电力电子技术的发展、现状与未来展 望综述

课程报告 现代电力电子技术的发展、现状与 未来展望综述 学院:电气工程学院 姓名: ********* 学号: 14********* 专业: ***************** 指导教师: *******老师 0 引言

电力电子技术就是使用电力半导体器件对电能进行变换和控制的技术,它是综合了电子技术、控制技术和电力技术而发展起来的应用性很强的新兴学科。随着经济技术水平的不断提高,电能的应用已经普及到社会生产和生活的方方面面,现代电力电子技术无论对传统工业的改造还是对高新技术产业的发展都有着至关重要的作用,它涉及的应用领域包括国民经济的各个工业部门。毫无疑问,电力电子技术将成为21世纪的重要关键技术之一。 1 电力电子技术的发展[1] 电力电子技术包含电力电子器件制造技术和变流技术两个分支,电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用,电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。 1.1半控型器件(第一代电力电子器件) 上世纪50年代,美国通用电气公司发明了世界上第一只硅晶闸管(SCR),标志着电力电子技术的诞生。此后,晶闸管得到了迅速发展,器件容量越来越大,性能得到不断提高,并产生了各种晶闸管派生器件,如快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等。但是,晶闸管作为半控型器件,只能通过门极控制器开通,不能控制其关断,要关断器件必须通过强迫换相电路,从而使整个装置体积增加,复杂程度提高,效率降低。另外,晶闸管为双极型器件,有少子存储效应,所以工作频率低,一般低于400 Hz。由于以上这些原因,使得晶闸管的应用受到很大限制。 1.2全控型器件(第二代电力电气器件) 随着半导体技术的不断突破及实际需求的发展,从上世纪70年代后期开始,以门极可关断晶闸管(GTO)、电力双极晶体管(BJT)和电力场效应晶体管(Power-MOSFET)为代表的全控型器件迅速发展。全控型器件的特点是,通过对门极(基极、栅极)的控制既可使其开通又可使其关断。此外,这些器件的开关速度普遍高于晶闸管,可用于开关频率较高的电路。这些优点使电力电子技术的面貌焕然一新,把电力电子技术推进到一个新的发展阶段。 1.3电力电子器件的新发展 为了解决MSOFET在高压下存在的导通电阻大的问题,RCA公司和GE公司于1982年开发出了绝缘栅双极晶体管(IGBT),并于1986年开始正式生产并逐渐系列化。IGBT是MOS?FET和BJT得复合,它把MOSFET驱动功率小、开关速度快的优点和BJT通态压降小、载流能力大的优点集于一身,性能十分优越,使之很快成为现代电力电子技术的主导器件。与IGBT 相对应,MOS 控制晶闸管(MCT)和集成门极换流晶闸管(IGCT)都是MOSFET和GTO的复合,它们都综合

智能电网文献综述

智能电网综述 摘要:智能电网是当今世界电力系统发展变革的最新动向,并被认为是21世纪电力系统的重大科技创新和发展趋势。目前,以美国、英国、法国、德国为代表的欧美国家,己经纷纷加入到研究和发展智能电网的行列中来,将智能电网(Smart Grid )作为末来电网发展的远景目标之一,建立一个高效能、低投资、安全可靠、灵活应变的电力系统。具有对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务的智能电网是未来电网的发展方向。本文阐述了智能电网的内涵和特点,分析了国内外智能电网的研究进展和我国发展智能电网的条件,对一些现有的研究行进了分析和讨论。 关键词:智能电网;智能化;信息化;节能减排; 1 智能电网的概念 随着一些国家对电网的环境影响、可靠性和服务质量的关注,电网朝着更经济、稳定、安全和灵活的方向发展,因此提出了“智能电网”的概念。智能电网是以通信网络为基础,通过传感和测量技术、电力电子技术、控制方法以及决策支持系统技术,实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和高服务质量的目标,其主要特征包括自愈、引导用户、抵御攻击、提供满足用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、电力市场以及资产的优化高效运行。 目前,全世界智能电网的发展还处在起步阶段,没有一个共同的精确定义。对于智能电网,各个国家的定义有所不同。美国能源部在《Grid 2030》中将智能电网定义为:一个完全自动化的电力传输网络,能够监视和控制每个用户和电网节点,保证从电厂到终端用户整个输配电过程中所有节点之间的信息和电能的双向流动。中国物联网校企联盟将智能电网更具体的定义为:智能电网由:智能配电网、智能电能表、智能发电系统、新型储能等系统组成。欧洲技术论坛把智能电网定义为:一个可整合所有连接到电网用户所有行为的电力传输网络,以有效提供持续、经济和安全的电力。而国家电网中国电力科学研究院将智能电网定义为:以物理电网为基础(中国的智能电网是以特高压电网为骨干网架、各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础),将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。它以充

数据库安全综述论文

数据库安全综述 摘要:数据库技术是目前应用最广泛的一门计算机技术,其安全性越来越重要。该文讲述了数据库安全含义,数据库存在的安全威胁,常用攻击方法,安全控制策略以及分析了历年发生的几大典型数据泄密事件。 关键字:数据库安全,数据库攻击,安全控制,数据库加密。 随着信息化建设的发展,各种信息系统不断出现,其中数据库扮演者重要角色,其担负着存储和管理数据信息的任务。这些数据一旦泄露或被破坏,将会对国家或单位造成巨大损失。 目前,很多的信息系统采用的都是Oracle或者SQL Server数据库系统,为了保证数据的安全性、准确性以及一致性,这些数据库系统采用一些技术手段,比如:访问控制、实体和引用完整性控制、值域约束、并发控制和恢复等技术。但是,对于Oracle或者SQL Server数据库系统来说,仍然存在很多安全隐患,面临着许多攻击。因此,如何保证与加强数据库的安全性以及保密性,已成为当前迫切需要解决的热门课题。 一、数据库安全含义 于数据库安全的定义,国内外有不同的定义。国外以C. P. Pfleeger “Security in Computing –Database Security.PTR,1997”中对数据库安全的定义最具有代表性,被国外许多教材、论文和培训所广泛应用。他从以下方面对数据库安全进行了描述: (1)物理数据库的完整性:数据库中的数据不被各种自然的或物理的问题而

破坏,如电力问题或设备故障等。 (2)逻辑数据库的完整性:对数据库结构的保护,如对其中一个字段的修改不应该破坏其他字段。 (3)元素安全性:存储在数据库中的每个元素都是正确的。 (4)可审计性:可以追踪存取和修改数据库元素的用户。 (5)访问控制:确保只有授权的用户才能访问数据库,这样不同 的用户被限制在不同的访问方式。 (6)身份验证:不管是审计追踪或者是对某一数据库的访问都要经过严格的身份验证。 (7)可用性:对授权的用户应该随时可进行应有的数据库访问。 本文采用我国GB17859-1999《计算机信息系统安全保护等级划分准则》中的《中华人民共和国公共安全行业标准GA/T 389-2002》“计算机信息系统安全等级保护数据库管理系统技术要求”对数据库安全的定义:数据库安全就是保证数据库信息的保密性、完整性、一致性和可用性。保密性指的是保护数据库中的数据不被泄露和未授权的获取;完整性指的是保护数据库中的数据不被破坏和删除;一致性指的是确保数据库中的数据满足实体完整性、参照完整性和用户定义完整性要求;可用性指的是确保数据库中的数据不因人为的和自然的原因对授权用户不可用。 当数据库被使用时,应确保合法用户得到数据的正确性,同时要保护数据免受威胁,确保数据的完整性。数据库不仅储存数据,还要为使用者提供信息。应该确保合法用户应当在一定规则的控制和约束下使用数据库,同时应当防止入侵者或非授权者非法访问数据库。数据库的安全主要应由数据库管理系统

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