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高速铁路电缆状态检修方案
内部资料
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武汉咸亨国际轨道交通设备有限公司 1 高速铁路电缆状态检修方案
1. 方案背景
高速铁路普遍采取大量的电缆替代架空线作为电能输送的载体，采用的电缆
绝缘层材料是交联聚乙烯（XLPE），绝缘层是电缆的核心层，起着将强电场的电
缆导体线芯与电缆接地系统隔绝的作用。因此，电缆绝缘的好坏直接影响高速铁
路列车及其他设备的正常运行。电缆故障发生后，故障的查找和抢修需要大量的
时间和工作量；如不及时恢复供电，会造成巨大的经济损失和不良的社会影响。
在同各路局供电系统维护人员的沟通中了解到：高速铁路在投入运营以来，
由电缆故障导致的停电时有发生。高速铁路电缆主要出现和面临的问题有：
（1） 中间接头或是终端头击穿导致的故障
高速铁路的突发性停电事故多由中间接头击穿导致。经分析发现，主要原因
在于施工中接头安装工艺不合格，投运前的常规交接试验方法又无法暴露交联聚
乙烯电缆的真正隐患。
（2） 外护套大面积破损问题
高速铁路施工过程中，施工单位缺少电缆施工专业的技术人员，或是未使用
电缆输送机等设备，以及抢工期等因素导致电缆在投运时就有各种伤痕和缺陷，
而在交接时未按国家标准进行外护套、内衬套绝缘电阻测量，或是经测量存在故
障而未进行排查，为日后安全运行埋下大量隐患。
电缆运行的过程中，在高压电的作用下，水分通过外护套破损处逐渐侵入电
缆本体，形成水树枝，随后成长为电树枝。电树枝一旦形成，将在短时期内迅速
生长，导致电缆绝缘失败，从而引发突发性的电缆击穿导致停电。
（3） 电缆主绝缘局部放电活动频繁导致的绝缘击穿问题
电缆生产过程中因为材质或工艺方法等问题会存在绝缘不均匀、杂质、空穴
等先天不足；而在电缆铺设、接头制作等施工环节还可能形成破皮、擦伤、浸泡、 全国服务热线:400-666-780
高速铁路电缆状态检修方案
东南大学自动化学院
实 验 报 告
课程名称： 自动控制基础
实验名称： 状态观测器的设计
院 （系）： 自动化学院 专 业： 自动化
姓 名： 吴静 学 号： ********
实 验 室： 机械动力楼417室 实验组别：
同组人员： 实验时间：2011年05月13日
评定成绩： 审阅教师：
2
一、实验目的
1. 理解观测器在自动控制设计中的作用
2. 理解观测器的极点设置
3. 会设计实用的状态观测器
二、实验原理
如果控制系统采用极点配置的方法来设计，就必须要得到系统的各个状态，然后才能用状态反馈进行极点配置。然而，大多数被控系统的实际状态是不能直接得到的，尽管系统是可以控制的。怎么办？如果能搭试一种装置将原系统的各个状态较准确地取出来，就可以实现系统极点任意配置。于是提出了利用被控系统的输入量和输出量重构原系统的状态，并用反馈来消除原系统和重构系统状态的误差，这样原系统的状态就能被等价取出，从而进行状态反馈，达到极点配置改善系统的目的，这个重构的系统就叫状态观测器。
另外，状态观测器可以用来监测被控系统的各个参量。
观测器的设计线路不是唯一的，本实验采用较实用的设计。
给一个被控二阶系统，其开环传递函数是G（s）=12(1)(1)KTsTs ，12 KKK观测器如图示。
设被控系统状态方程
X=AX+BuY=CX
构造开环观测器，X Y为状态向量和输出向量估值
XAX+BuYXC•
基于MATLAB的状态观测器设计
预备知识：
极点配置
基于状态反馈的极点配置法就是通过状态反馈将系统的闭环极点配置到期望的极点位置上，从而使系统特性满足要求。
1. 极点配置原理
假设原系统的状态空间模型为：
若系统是完全可控的，则可引入状态反馈调节器，且：
这时，闭环系统的状态空间模型为：
2. 极点配置的MATLAB函数
在MATLAB控制工具箱中，直接用于系统极点配置的函数有acker()和place()。调用格式为：
K=acker(A,C,P) 用于单输入单输出系统
其中：A，B为系统矩阵，P为期望极点向量，K为反馈增益向量。
K=place(A,B,P)
(K,prec,message)=place(A,B,P)
place()用于单输入或多输入系统。Prec为实际极点偏离期望极点位置的误差；message是当系统某一非零极点偏离期望位置大于10%时给出的警告信息。
3. 极点配置步骤：
（1）获得系统闭环的状态空间方程；
（2）根据系统性能要求，确定系统期望极点分布P；
（3）利用MATLAB极点配置设计函数求取系统反馈增益K；
（4）检验系统性能。
已知系统模型
如何从系统的输入输出数据得到系统状态？
初始状态：由能观性，从输入输出数据确定。
不足：初始状态不精确，模型不确定。
思路：构造一个系统，输出逼近系统状态
称为是的重构状态或状态估计值。实现系统状态重构的系统称为状态观测器。
观测器设计
状态估计的开环处理：
但是存在模型不确定性和扰动！初始状态未知！
应用反馈校正思想来实现状态重构。
通过误差来校正系统：状态误差，输出误差。
基于观测器的控制器设计
系统模型
若系统状态不能直接测量，
可以用观测器来估计系统的状态。
L是观测器增益矩阵，对偏差的加权。
真实状态和估计状态的误差向量 误差的动态行为：
第1期
０引言
镍锰酸锂材料比能量能达到１４６．７ｍＡｈ／ｇ，未经任何优化的尖晶石型镍锰酸锂（ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４）在２Ｃ倍
率下循环２０００次后还有９０％的容量保持率［１］.安全性能好，无公害，无记忆效应［２］，可以实现快速充电，１Ｃ
充电３０min容量可以达到标称容量的８０％以上，工作温度宽泛，在－２５℃~４５℃都可以正常使用［３］.４．６Ｖ
单体电压在组装电池组时，只需较少的单体电池串联就能达到同样大小的输出电压，提高了电池组功率密
度［４］.由于以上众多的优点，镍锰酸锂电池得到商业化应用，多年来科研人员对ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４合成方法、循环
寿命、容量以及倍率性能都作许多的研究，但是对其阻抗特性的深入研究甚少.而在不同ＳＯＣ状态下阻抗
特性发生的变化，充放电容量、电势等，有内在联系［５］，深入研究ＳＯＣ状态下阻抗特性对提高ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４材料电化学性能有重要意义.本文采用溶胶－凝胶自蔓延燃烧合成法，制备５Ｖ级高电位的镍锰酸锂正极材
料，研究在不同ＳＯＣ状态下对材料电化学性能的影响.
１实验部分
１．１主要仪器及试剂
实验所用仪器及试剂：磁力搅拌器（９０－１）、真空干燥箱（ＺＺＫ）、马弗炉、双温控区管式炉、涂覆机（ＺＫＴ鄄
ＢＪ－１０）、冲压隔膜机（ＺＫＣＧ）、真空手套箱（ＺＫＸ－２）、Ｘ射线衍射仪（ＢｒｕｋｅｒＤ８Ａｄｖａｎｃｅ，Ｃｕｋａｒａｄｉａｔｉｏｎ）、扫
描电子显微镜（ＳＥＭ、ΣＩＧＭＡ）、电池测试仪（ＢＴＳ－３００８Ｗ）、电化学工作站（ＣＨＩ６００Ｅ）、Ｍｎ（ＣＨ３ＣＯＯ）２·４Ｈ２Ｏ
（分析纯）、Ｎｉ（ＣＨ３ＣＯＯ）２·４Ｈ２Ｏ（分析纯）、ＬｉＯＨ·Ｈ２Ｏ（分析纯）、柠檬酸（分析纯）、氨水（分析纯）、导电炭黑
（分析纯），聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ，分析纯）、Ｎ－甲基吡咯烷酮中（ＮＭＰ，分析纯）、聚丙烯微孔膜（Ｃｅｌｌｇａｒｄ２４００）.
１．２材料制备
按照３∶１的计量比，称取１．５ｍｏｌ的醋酸锰、０．５ｍｏｌ的醋酸镍融入定量的去离子水中，用磁力搅拌器搅ＳＯＣ状态对ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４材料电化学性能的影响
