第2章拓扑控制

《无线通信原理及应用》课后习题第1章无线传感器网络概述1、无线传感器网络的定义？2、传感器节点结构及其各部分功能？3、无线自主网的定义？4、传感网与无线自主网的主要区别？5、传感器网络的特点？6、传感器网络的应用主要包括那些方面？7、传感器网络的关键技术包括那些？第2章路由协议1、传统路由协议主要功能？2、无线传感器网络路由协议与传统路由协议有什么不同点？3、无线传感器网络的路由协议的特点？4、传感器网络路由机制的要求有哪些？5、根据传感器网络的不同应用敏感度不同，可将传感器网络的路由协议分为：6、能量路由策略主要有哪几种？7、能量多路径路由的基本思想？8、能量多路径路由的基本过程？9、定向扩散路由的基本思想？10、定向扩散路由机制的基本过程？11、谣传路由的基本思想？12、GEAR路由的基本过程？13、传感器网络有三种存储监测数据的主要方式？14、GEM路由的基本思想？15、虚拟极坐标建立过程的步骤？16、边界定位的地理路由的基本思想？17、一个信标节点确定边界节点的过程？18、目前，研究人员提出的可靠路由协议主要从两个方面考虑？19、基于不想交路径的多路径路由机制的基本思想？20、ReInForM路由的基本过程？21、SPEED协议的基本过程？22、SPEED协议主要由几部分组成？第3章MAC协议1、在设计无线传感器网络的MAC协议时，需要着重考虑哪几个方面？2、在无线传感器网络中，人们经过大量实验和理论分析，总结出可能造成网络能量浪费的主要原因包括哪几方面？3、传感器网络的MAC协议分哪三类？4、基于竞争的MAC协议的基本思想？5、IEEE 802.11MAC协议有哪两种访问控制方式？6、S-MAC协议工作机制？7、流量自适应侦听机制的基本思想？8、Sift协议的设计目的？9、Sift协议的核心思想？10、Sift协议的工作原理？第4章拓扑控制1、网络的拓扑结构控制与优化有着十分重要的意义，主要表现在以下几个方面？2、传感器网络中的拓扑控制按照研究方向可以分为哪两类？3、拓扑结构的常见算法有哪些？4、基于节点度算法的核心思想？5、基于邻近图的算法的作用？6、什么是LEACH算法？7、LEACH算法的实现过程？8、GAF算法的基本思想是什么？9、GAF算法的执行过程10、TopDisc算法的基本思想是什么？11、STEM-B (STEM-BEACON)算法的基本思想是什么？12、ASCENT算法执行分哪几个阶段？第5章IEEE 802.15.4标准1、IEEE 802. 15. 4标准的实现目标？2、IEEE 802. 15. 4标准定义的LR-WPAN网络具有哪些特点？3、IEEE 802. 15. 4网络根据应用的需要可以哪些网络结构。

第2章访问控制列表（一）➢TCP和UDP协议TCP/IP协议族的传输层协议主要有两个：TCP（Transmission ，传输控制协议）和UDP（User Datagram Protocol，用户数据抱协议）。

➢TCP协议TCP是面向连接的、可靠的进程到进程通信的协议。

TCP提供全双工服务，即数据可在同一时间双向传输，每一个TCP都有发送缓存和接受缓存，用来临时存储数据。

1.TCP报文段TCP将若干个字节构成一个分组，叫做报文段（Segment）。

TCP报文段封装在IP数据段中。

首部长度为20-60字节，以下是各个字段的含义：➢源端口：它是16位字段，为发送方进程对应的端口号➢目标端口号：它是16位字段，对应的是接收端的进程，接收端收到数据段后，根据这个端口号来确定把数据送给哪个应用程序的进程。

➢序号：当TCP从进程接收数据字节时，就把它们存储在发送缓存中，并对每一个字节进行编号。

编号的特点如下所述：◆编号不一定从0开始，一般会产尘一个随机数作为第1个字节的编号，称为初始序号（ISN），范围是0~232-1。

◆TCP每一个方向的编号是互相独立的。

◆当字节都被编上号后，TCP就给每一个报文段指派一个序号，序号就是该报文段中第1个字节的编号。

当数据到达目的地后，接收端会按照这个序号把数据重新排列，保证数据的正确性。

➢确认号：确认号是对发送端的确认信息，用它来告诉发送端这个序号之前的数据段都已经收到，比如确认号是X，就是表示前X-1个数据段都已经收到。

➢首部长度：用它可以确定首部数据结构的字节长度。

一般情况下TCP首部是20字节，但首部长度最大可以扩展为60字节。

➢保留：这部分保留位作为今后扩展功能用，现在还没有使用到。

➢控制位：这六位有很重要的作用，TCP的连接、传输和断开都是受六个控制为的指挥。

各位含义如下：◆URG：紧急指针有效位。

（指定一个包快速传送（重要数据优先传送））◆ACK：只有当ACK=1时，确认序列号字段才有效。

第2章46．操作系统是____。

A)软件与硬件的接口B)主机与外设的接口C)计算机与用户的接口D)高级语言与机器语言的接口解答：软件与硬件的接口应该是机器语言；主机与外设之间的接口是I／0接口芯片；操作系统是用户与计算机之间的接口；高级语言与机器语言之间的接口应该是编译(或解释)程序。

本题正确答案为C。

47．操作系统的主要功能是____。

A)控制和管理计算机系统软硬件资源B)对汇编语言、高级语言和甚高级语言程序进行翻译C)管理用各种语言编写的源程序D)管理数据库文件解答：操作系统是用户与计算机之间的接口，用户通过操作系统来控制和管理计算机系统的软硬件资源。

对汇编语言、高级语言和甚高级语言程序进行翻译的程序称为语言处理程序；管理数据库文件使用的是数据库管理系统。

本题正确答案为A。

48．微机的诊断程序属于____。

A)管理软件 B)系统软件C)编辑软件 D)应用软件解答：微机的诊断程序的作用是对微机的系统功能进行测试，查找系统的错误，如果发现错误，则进行相应的改正。

因此微机的诊断程序是用户管理系统的工具，属于系统软件。

本题正确答案为B。

49．在下列软件中，不属于系统软件的是____。

A)操作系统 B)诊断程序C)编译程序 D)用PASCAL编写的程序解答：操作系统、诊断程序、编译程序均属于系统软件范畴，用PASCAL编写的程序不属于系统软件。

本题正确答案为D。

50．某公司的财务管理软件属于____。

A)工具软件 B)系统软件C)编辑软件 D)应用软件解答：微机软件系统包括系统软件和应用软件两大部分。

系统软件主要用于控制和管理计算机的硬件和软件资源。

应用软件是面向某些特定应用问题而开发的软件。

财务管理软件是面向财务系统应用而开发的软件，属于应用软件范畴。

本题正确答案为D。

51．计算机软件应包括____。

A)系统软件与应用软件B)管理软件和应用软件C)通用软件和专用软件D)实用软件和编辑软件解答：实用软件不是专业名词，系统软件和应用软件均具有实用性；编辑软件属于系统软件范畴；通用软件与专用软件是从软件的通用性来衡量的；管理软件一般指应用软件。

第1章无线Ad Hoc网络概述（Topology Control，TC）就是解决这些问题的重要手段之一。

传统的拓扑控制算法一般通过调节网络中各个节点的传输功率，使节点在工作时即使不使用最大传输功率，也能保证网络的联通性，不仅使网络节省了能量，延长了寿命，还能够提高无线信道的重利用率和网络容量。

在节点较为密集的传感器网络中，还可以采用节点轮换休眠的方式进行拓扑控制。

无线Ad Hoc网络的拓扑具有如下特点。

①位置随机性。

在无线Ad Hoc网络中，节点的移动具有随机性；而在传感器网络中，网络的部署有可能是人工部署，也存在随机性因素。

因而在无线Ad Hoc网络中，节点位置的空间分布是随机而不是确定的。

②链路不可靠性。

节点之间的通信只能依赖无线方式，而无线信道遭受多种衰落，极易受到干扰，因而节点之间的通信链路具有不可靠性，容易失效。

③节点不可靠性。

网络工作环境可能非常恶劣，节点能量受限，且难以补充，在军事应用中，还有可能遭到地方破坏，因而节点的失效率也较高。

由于无线Ad Hoc网络具有移动性特点，并且节点和链路的可靠性也很低，决定了其拓扑结构是动态的和随机的，使得以下几个问题备受关注。

①网络区分。

即使所有节点都工作在最大传输功率，网络仍然不能联通，某些节点之间不能相互通信。

②过大传输功率。

网络节点在部署区域内分布不均匀，在节点较为稀疏的区域，节点之间的距离较远，无论采用何种拓扑控制算法，这些节点的传输功率都不会得到有效降低。

而过大的传输功率，不仅会使节点由于很快耗尽能量而停止工作，影响网络寿命，还会严重干扰邻居节点的通信，降低网络容量。

③抗毁性。

由于网络中链路和节点的失效率都比较高，需要对网络进行容错性设计，使其具有抗毁性或者强联通性。

具体地说，一个k−联通（k≥2）的拓扑结构可以至多容错k−1个节点的失效，且能够保证网络的联通。

创建强联通的拓扑结构还可以避免某些节点成为通信的“热点”而过快地耗尽功率，也有利于解决网络的负载均衡问题。

机器人及控制技术教学大纲
第一篇机器人控制的数学基础
第一章引言
第二章拓扑学基础
第三章近世代数基础
第二篇机器人本体控制(自学
第一章引言
第二章刚体运动
第三章机器人运动学
第四章机器人动力学
第三篇机器人手指抓取控制
第一章引言
第二章微分几何学基础
1 曲线几何(The Geometry of Curves
2 曲面 (Surfaces
3 曲率 (Curvatures
4 恒平均曲率曲面 (Constant Mean Curvatures Surfaces
5 侧地线,度量和等长 (Geodesics, Metrics and Isometries
6 完整和 Gauss-Bonnet 定理 (Holonomy and the Gauss-Bonnet
theorem
第三章机器人手指抓取运动学第四章机器人手指抓取动力学第四章机器人技术最新进展。

第二章级联多电平变频器拓扑分析由于功率器件额定电压和电流的限制，低压小功率变频器的主电路拓扑已不能应用到高压大功率变频器上，各国研究人员一方面在努力提高功率器件的耐压能力和容量，另一方面有在积极的研究不同的变频器拓扑，用低压器件实现高压输出。

目前产品化的高压IGBT的耐压已经达到了3.3KV和4.5KV，而ABB公司研制的集成门极换流晶闸管IGCT综合了GTO和IGBT两者的长处，保留了GTO和IGBT 两者的长处，保留了GTO导通压降小、电压电流等级高的优点，并继承了IGBT开关性能优越的特点，将成为高压大.功率变频装置的主流器件。

在主电路拓扑方面，近年来各种高压变频器不断出现，但到目前为止还没有形成象低压变频器那样近乎统一的拓扑结构，其主要拓扑有：(1)电流型高压变频器电流型高压变须器技术成熟，可四象限运行，由于存在大的平波电抗器和快速电流调节器，过电流保护也容易。

但由于高压连接时器件的均压问题、输入输出谐波问题，使其应用受到一定的限制。

电流型高压变频器的种类较多，主要有串联二极管式、输出滤波器换向式、负载换向式和GTO-PWM 式等。

(2)三电平电压型变频器在PWM电压型变频器中，当输出电压较高时，为避免器件串联引起的动态均压问题，同时降低输出谐波和du/dt，其逆变部分可以采用三电平方式，也称为中点钳位方式(Neutral Point Clamped-NPC)。

三电平可以扩展到多电平，构成多电平电路，其原理与三电平大同小异，而输出电压的台阶数更多、波形更好。

(3)单元串联多电平电压型变频器单元串联多电平变频器采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现高压输出。

该方案有美国罗宾康公司提出，取名完美无谐波变频器。

除以上三大类型的高压大功率变频器的拓扑外，在这些拓扑的基础上，许多改进的拓扑相继提出。

高压变频器正向高可靠性、低成本、高输入功率因数、高效率、低输入输出谐波、低共模电压、低du/dt等方向发展。

第2章级联型高压变频器拓扑结构第2章级联型高压变频器拓扑结构第2章级联型高压变频器拓扑结构单元串联多电平PWM电压源型变频器（Cell Series Multi－lell PWM：CSML）又称完美无谐波变频器，其性能达到甚至超过了IEEE－519国际谐波标准。

单元串联多电平PWM电压源型变频器采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出。

该变频器对电网谐波污染小，输入功率因数高，不必采用输入滤波器和功率因数补偿装置。

输出的波形好，不存在由谐波引起的电动机附加发热和转矩脉动、噪声、输出du/dt、共模电压等问题，可以使用普通的异步电动机。

2.2级联型高压变频器拓扑结构图2.1 功率单元级联型高压变频器结构简图高压变频器运行在高电压场合，提高其主电路的可靠性是一个关键的技术难题，也是高压变频器能否得到迅速推广的关键技术。

本项目的高压变频器为多电平SPWM电压源型变频器，采用多个低压SPWM功率单元串接的新型结构方式，各功率单元的额定功率和输出电压可根据实际需要设计。

其结构简图如图2.1所示。

图2.2是单元串联多电平SPWM电压源型变频器的拓扑结构图[10]，包括移相6KV－900KW功率单元级联型高压变频器的研制输入变压器、变频器主电路和中高压电动机三大部分。

图2.2 单元串联多电平SPWM电压源型变频器拓扑图按照这种主电路形式拓扑构成的高压变频器可以解决两个技术难题：①高可靠性，每一个功率单元都是一个小型的低压变频器，每相的电压由功率单元的输出电压叠加而成，当一个功率单元出现故障后，只会使相电压降低，通过旁路切除后系统能继续运行，不会出现一个单元损坏而导致其它单元损坏的连环故障。

这是一个突出的优点，也是功率元件直接串联所不能比拟的。

功率元件直接串联，只要有一个功率元件出现故障，就会导致整个系统不能工作，所以可靠性较差。

②此种方式的高压变频器解决了对电网的污染问题，功率因数高[11]变频器，它是每相由多个低压变频功率单元相互串联通过叠加来实现高压输出。

3第章路由、覆盖与拓扑技术59 解决方案，其基本思想是：所有的传感器节点使用一致的发射功率，在保证网络连通的前提下将功率最小化。

COMPOW建立各个功率级的路由表，在功率P i级时，通过使用功率P i交换HELLO消息建立路由表RT pi，所有可达节点都是路由表中的表项。

COMPOW选择最小的发射功率P com，使得RT pcom与最大发射功率具有相同数量的表项，于是整个网络使用公共的发射功率P com。

但该协议只适用于节点分布均匀的情况，缺陷较为明显。

2．基于节点度的功率控制LMN/LMALMN/LMA是基于节点度数的算法。

一个节点的度数是指所有距离该节点一跳的邻居节点的数目。

基于节点度的算法一般动态调节节点的发射功率，使得节点的度数处于一个合理的区间。

局部平均算法LMN（Local Mean Algorithm）和本地邻居平均算法LMA（Local Meanof Neighbors Algorithm）是两种周期性动态调整节点发射功率的算法。

LMA算法的主要思想是：给定节点度的上下限，动态调整节点的发射功率，使得节点的度落在要求区间内。

具体步骤如下。

①节点以相同的初始功率广播包含自己ID的LifMsg。

②节点收到LifMsg信息，发出应答信息LifAckMsg，该信息包含LifMsg信息中的ID。

③节点在下次发LifMsg时，检查收到的应答信息LifAckMsg，并根据此统计自己的邻居数。

④如果邻居数小于节点度下限，增大发射功率；大于节点度上限，减少发射功率。

LMN与LMA相似，区别在于LMN将所有邻居的邻居数求平均值作为自己的平均数。

即每个节点在发送信息LifAckMsg时，将自己的邻居数放入信息中，发送LifMsg信息的节点在收集完所有LifAckMsg信息后，将所有邻居节点的邻居数求平均作为自已的邻居数。

LMN算法和LMA算法对节点的要求不高，不需要严格的时间同步，可以保证算法的收敛性和网络的连通性。

第2章级联型高压变频器拓扑结构2.1引言单元串联多电平PWM电压源型变频器（Cell Series Multi－lell PWM：CSML）又称完美无谐波变频器，其性能达到甚至超过了IEEE－519国际谐波标准。

单元串联多电平PWM电压源型变频器采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出。

该变频器对电网谐波污染小，输入功率因数高，不必采用输入滤波器和功率因数补偿装置。

输出的波形好，不存在由谐波引起的电动机附加发热和转矩脉动、噪声、输出du/dt、共模电压等问题，可以使用普通的异步电动机。

2.2级联型高压变频器拓扑结构C图2.1 功率单元级联型高压变频器结构简图高压变频器运行在高电压场合，提高其主电路的可靠性是一个关键的技术难题，也是高压变频器能否得到迅速推广的关键技术。

本项目的高压变频器为多电平SPWM电压源型变频器，采用多个低压SPWM功率单元串接的新型结构方式，各功率单元的额定功率和输出电压可根据实际需要设计。

其结构简图如图2.1所示。

图2.2是单元串联多电平SPWM电压源型变频器的拓扑结构图[10]，包括移相输入变压器、变频器主电路和中高压电动机三大部分。

图2.2 单元串联多电平SPWM电压源型变频器拓扑图按照这种主电路形式拓扑构成的高压变频器可以解决两个技术难题：①高可靠性，每一个功率单元都是一个小型的低压变频器，每相的电压由功率单元的输出电压叠加而成，当一个功率单元出现故障后，只会使相电压降低，通过旁路切除后系统能继续运行，不会出现一个单元损坏而导致其它单元损坏的连环故障。

这是一个突出的优点，也是功率元件直接串联所不能比拟的。

功率元件直接串联，只要有一个功率元件出现故障，就会导致整个系统不能工作，所以可靠性较差。

②此种方式的高压变频器解决了对电网的污染问题，功率因数高[11]变频器，它是每相由多个低压变频功率单元相互串联通过叠加来实现高压输出。

功率单元供电的二次绕组相互存在一个相位差，以实现输入电压多重化。

第2章级联型高压变频器拓扑结构级联型高压变频器是一种常用的电力传动系统，具有较高的效率和稳定性。

本文将介绍级联型高压变频器的拓扑结构、工作原理、特点和应用领域。

一、拓扑结构级联型高压变频器由多个高压IGBT逆变器串联组成，形成级联结构。

每个逆变器都能独立控制其输出电压和频率，通过故障检测和保护功能，实现系统的自动切换和故障隔离。

常见的级联型高压变频器拓扑结构有三级和五级结构。

1.三级结构三级结构由三个逆变器级连组成。

第一个逆变器输出三相交流电源，工作频率为低频，主要用于电网连接和电感电机起动；第二个逆变器输出中频电源，工作频率在200Hz-2kHz之间，用于变频驱动普通电机；第三个逆变器输出高频电源，工作频率在2kHz-20kHz之间，用于变频驱动高性能电机。

2.五级结构五级结构由五个逆变器级连组成。

第一个逆变器输出电源，工作频率为低频，主要用于电网连接和电感电机起动；第二个逆变器输出中频电源，工作频率在200Hz-2kHz之间，用于变频驱动普通电机；第三个逆变器输出高频电源1，工作频率在2kHz-20kHz之间，用于变频驱动高性能电机；第四个逆变器输出高频电源2，工作频率在20kHz-100kHz之间；第五个逆变器输出高频电源3，工作频率在100kHz以上。

这种拓扑结构可以实现更高的输出电压和频率范围。

二、工作原理级联型高压变频器的工作原理是将输入电源的直流电压转换为交流电源，通过控制逆变器的开关管状态，实现对输出电压和频率的调节。

每个逆变器都是由IGBT和独立的控制电路组成，控制电路通过采集电流、电压信号，通过调节开关管的导通和断开实现对输出电压和频率的精确控制。

三、特点和优势1.高效率：级联型高压变频器采用IGBT器件，具有高效率和低能耗的优势。

2.稳定性：级联结构可以实现故障检测和保护功能，具备故障隔离和自动切换的能力，提高系统的稳定性和可靠性。

3.范围广：级联型高压变频器可以实现较大的输出电压和频率范围，适用于各种负载和需求。

论文：基于李雅普诺夫稳定性的电力电子拓扑控制（此论文图片被略）摘要随着电力电子技术的发展，人们在生产和生活中广泛用到各种各样的电源，这些电源分为两种，即交流电源和直流电源。

交流电可以通过变压器高效地、方便地改变电压，但是直流电源就没那么容易，随着上个世纪80年代后期，全控型电力电子器件的推广应用将直流电源的调压技术带入了新的天地。

全控型电力电子器件在直流电源的运用催生了直流斩波器的出现，即是直流-直流变换器(dc-dc变换器)的出现。

dc-dc变换器是一种强非线性系统，因此，常规的控制算法已经无法得到满意的效果，而控制的快速性又使得复杂的算法难以实现，所以，必须找寻一种简单的控制算法应用在dc-dc 变换器控制系统中。

本文，我们将李雅普诺夫直接法作为这样的简单控制算法进行研究。

基于状态空间平均法对单管不隔离dc-dc变换器中三种变换器在电感电流连续导通（ccm)模式下建立数学模型，这三种dc-dc变换器为cuk、sepic和zeta变换器。

随后，基于它们的数学模型，分别建立在ccm模式下李雅普诺夫直接法的控制模型。

最后，运用matlab/simulink 仿真软件对李雅普诺夫直接法的控制模型与传统pi控制模型进行仿真，根据两个控制方式的仿真波形分析，李雅普诺夫直接法作为cuk、sepic和zeta变换器系统的控制方法，变换器系统具有较强的动静态性能、鲁棒性和抗扰动性。

将李雅普诺夫直接法运用到dc-dc变换器拓扑控制中是可靠的。

关键词电力电子技术，李雅普诺夫直接法，dc-dc变换器，matlab/simulink仿真abstractwith the development of power electronic technology, widely used in a variety of power in production and daily life, the power is divided into two types, namely, ac and dc power supply. alternating current through transformer efficiently, conveniently to change the voltage of dc power supply, but it is not easy, as the late 80s of the last century, the popularization and application of controllable power electronic device dc power supply voltage regulator technology into a new world. full controlled power electronic devices gave birth to the dc chopper in the dc power supply, which is a dc-dc converter (dc-dc converter) appear.dc-dc converter is a strongly nonlinear system, therefore, con。