电气硕士论文范文

导语：如何才能写好一篇电气硕士论文，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：变压器，铁芯多点接地

 

变压器的绕组和铁芯是传递、变换电磁能量的主要部件。硕士论文，铁芯多点接地。保证它们的安全是变压器可靠运行的关键。统计资料表明因铁芯问题造成故障，占变压器总事故中的第三位。电力变压器正常运行时，铁芯必须有一点可靠接地。若没有接地，则铁芯对地的悬浮电压，会造成铁芯对地断续性击穿放电，铁芯一点接地后消除了形成铁芯悬浮电位的可能。但当铁芯出现两点以上接地时，铁芯间的不均匀电位就会在接地点形成闭合回路，形成环流，引起铁芯局部过热导致绝缘油分解，还可能使接地片熔断或烧坏铁芯，导致铁芯电位悬浮，产生放电。严重时，铁芯局部温升增加，轻瓦斯动作，甚至将会造成重瓦斯动作而跳闸的事故。烧熔的局部铁芯形成铁芯片间的短路故障，使铁损变大，严重影响变压器的性能和正常工作，甚至损坏变压器。因此准确、及时地诊断与处理变压器铁芯多点接地故障，对保证变压器的安全运行具有重要意义。硕士论文，铁芯多点接地。

一、变压器铁芯多点接地故障的类型和成因

变压器铁芯多点接地故障按接地性质可分两大类：不稳定接地和稳定接地。

1．不稳定接地是指接地点接地不牢靠，接地电阻变化较大，多是由于异物在电磁场作用下形成导电小桥造成的接地故障，如变压器油泥、金属粉末等。

2．稳定接地(也称死接地现象)是指接地点接地牢靠，接地电阻稳定无变化，多是由于变压器内部绝缘缺陷或厂家设计安装不当造成的接地散障，如铁芯穿芯螺栓、压环压钉等的绝缘破坏等。

运行中的变压器发生多点接地的原因一般有以下几种情况：

1．金属物件掉落在铁芯与接地体间(变压器吊罩时容易发生)；

2．铁芯组件紧固时个别尖角外露，触碰接地体；

3．穿芯螺杆处的铁垫圈在紧固时由于受力过大，其边缘翘起而触碰接地体；

4．铁扼硅钢片个别部位紧固不实，在强弱不同磁场力作用下，时而碰触接地体，时而离开接地体，造成无规则的不稳定接地；

5．铁芯对地绝缘物几处不同程度受潮，造成铁芯通过低电阻接地；

6．铁芯与接地体间隙中形成不稳定桥路接地；

7．绝缘油中的油垢以及一些不洁净而有潮气的纤维等物，沾附在铁芯对地的绝缘物表面，导致铁芯通过低电阻不稳定接地等。

二、变压器铁芯多点接地故障的分析处理程序

变压器铁芯多点接地故障的分析处理分如下四个步骤。

1．试验数据分析，判断是否存在铁芯多点接地故障。

试验数据分析包括变压器油色谱数据分析和电气测量数据分析。

(1)色谱数据分析。目前，用油中溶解气体色谱分析方法是监测变压器铁芯多点接地故障最简便、最为有效的方法。硕士论文，铁芯多点接地。常用的是“三比值法”和德国“四比值法”。由于三比值法只能在变压器油中溶解气体各组分含量超过注意值或产气速率超过限值方可进行判断，不便于在故障初期进行判别，因此建议使用“四比值法”进行判断。硕士论文，铁芯多点接地。利用五种特征气体的四对比值来判断故障，在四比值法中，以“铁件或油箱中出现不平衡电流”一项来判断变压器铁芯多点接地故障，其准确度相当高。

(2)电气测量数据分析。变压器正常运行时，可在变压器铁芯外引接地套管的接地引下线上用钳型电流表测量引线上是否有电流，正常情况下此电流很小，为mA级(一般小于0.3A)，当存在多点接地故障时，环流上升到“A”级，最大电流可达数百安培，通过测量环流便能对铁芯接地故障进行判断。

当设备停止运行时，断开铁芯引出接地线，用2500V兆欧表对铁芯接地套管测量绝缘电阻，如电阻值为零或与历年数据相比较其值降低很多，则表明变压器内部可能存在铁芯多点接地，此时应正确测量各级绕组的直流电阻，若各组数据未超标，且各相之间与历次测试数据之间相比较无明显偏差，变化规律基本一致，则可排除故障部位在电气回路内，从而确认主变铁芯多点接地故障。

2．设备运行状况分析，判断铁芯多点接地故障类型。

在确认了变压器铁芯确实存在多点接地故障，则应对变压器的运行状况进行分析，判断铁芯多点接地故障的类型，以便于确认应急措施及处理方案。

首先应查询变压器投运的时间、负荷情况、有无突发故障或冲击等。其次是变压器历史运行情况，安装试验记录等。硕士论文，铁芯多点接地。综合以上因素再结合色谱分析、电气试验数据进行判断，确认铁芯接地故障的类型。如变压器铁芯电阻突然降低，色谱分析数据无异样，而变压器长时间没有运行，则可能是由于油泥沉淀导致铁芯多点接地，属于不稳定接地故障，对应采取措施消除即可。

3．采取应急措施，排除不稳定接地故障，限制铁芯多点接地故障发展。

在确认了变压器铁芯多点接地故障的类型后，应根据现场情况及故障类型采取应急措施，从而排除不稳定接地或限制故障的发展。对于不稳定接地故障，在设备停运的情况下，可采用电容放电冲击法排除故障。对于变压器出现多点接地故障，但不能退出运行者，则应加强监视，并采取临时措施，限制接地故障的发展。

4．停电检修，彻底排除铁芯多点接地故障。

如故障很严重，且有不断发展的趋势，严重威胁设备安全，在条件允许下，可对变压器进行吊罩检修，彻底排除故障。

在吊置检修查找故障时，应遵循以下几个步骤：(1)外观检查。检查铁芯与夹件支板是否相碰，硅钢片是否有波浪鼓起，上下夹件与铁芯之间、铁芯牲与拉板之间有无异物，夹件与油箱壁是否相碰，下铁轭与箱底是否有异物桥接短路等，如未发展异常，则进行下一步试验。(2)直流法。硕士论文，铁芯多点接地。将铁心与夹件的连接片打开，在铁轭两侧的硅钢片上通入6V的直流，然后用直流电压表依次测量各级硅钢片间的电压，当电压等于零或者表针指示反向时，则可认为该处是故障接地点。(3)交流法。将变压器低压绕组接入220-380V交流电压，高压侧与中压侧短路接地，此时铁心中有磁通存在。如果有多点接地故障时，用毫安表测量会出现电流(铁心和夹件的连接片应打开)。用毫安表沿铁轭各级逐点测量，当毫安表中电流为零时，则该处为故障点。这种测电流法比测电压法准确、直观。若用(2)(3)两种方法，仍查不出故障点，最后可确定为铁心下夹件与铁轭阶梯间的木块受潮或表面有油泥。将油泥清理干净后，进行干燥处理，故障可排除。一般对变压器油进行微水分析可发现是否受潮。(4)铁心加压法。就是将铁心的正常接地点断开，用交流试验装置给铁心加电压，若故障点接触不牢固，在升压过程中会听到放电声，根据放电火花可观察到故障点。当试验装置电流增大时，电压升不上去，没有放电现场，说明接地故障点很稳固，此时可采用下述的电流法。(5)铁心加大电流法。也是将铁心的正常接地点断开，用电焊机装置给铁心加电流。当电流逐渐增大，且铁心故障接地点电阻大时，故障点温度升高很快，变压器油将分解而冒烟，从而可以观察到故障点部位。故障点是否消除可用铁心加压法验证。

出现变压器铁芯多点接地故障应及时、准确地诊断故障类型，确定相应的处理方法，对于油泥等不稳定接地故障，不宜盲目采取吊罩检修方法，可用电容冲击法排除，以免造成人力资源的浪费和停电损失。

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关键词：电流检测、罗氏线圈、通断试验

中图分类号：TM152文献标识码： A

研究现状

近年来，我国低压电器行业出现了巨大的变化，低压电器的检测技术也随之被推向了快速发展的阶段。这就对试验检测设备的试验和测量速度、精度都提出了更高的要求。传统的试验方式中，电流检测装置主要采用带有铁心的电磁式电流互感器，其体积大、频带窄、防爆绝缘困难，且在大电流下铁心磁路易饱和，对测量结果产生较大的误差[1]。而近年来，随着电气技术和计算机技术的普遍应用，国内外普遍采用了精度更高、更为可靠的数据测量，其中优势比较明显的就是运用罗柯夫斯基线圈(Rogowski线圈，以下简称罗氏线圈)技术的测量方式[2]。

罗氏线圈作为电流传感元件，具有测试频带宽、无磁饱和、结构简单等一系列优点，成为测量脉冲电流的理想元件[3]。本文首先阐述了罗氏线圈结构特点，通过感应电势、电磁等参数推导，得出罗氏线圈等效电路计算方法，从而得出罗氏线圈的基本设计流程，设计出满足低压电通断试器验要求的罗氏线圈。

1 罗氏线圈的结构特点

罗氏线圈的骨架芯由非磁性材料制成，截面均匀并具有环形结构，在制作罗氏线圈时，线圈沿骨架芯均匀紧密缠绕足够匝数后，再在线圈的末端接上终端电阻，用Rs表示。罗氏线圈的另一特点即“回绕”结构，也就是当线圈沿着闭合曲面环绕到终点后，需要回绕至起点。

如果用于测量大电流，罗氏线圈通常选用空心骨架芯，而如果测量一个小的稳态电流时，则骨架芯通常会选择铁磁材料，目的是使感应信号的强度增强。这种“回绕”的结构是罗氏线圈的关键特征，在实际使用中，我们应根据罗氏线圈所要测量的目标和工作场所来确定骨架芯选用何种材料[4]。

2罗氏线圈的参数

2.1 罗氏线圈的感应电势

设罗氏线圈一次被测主电路电流为，匝数为，线圈直径为，线圈二次侧测量电路电流为，匝数为，缠绕的小线匝直径为，可推导罗氏线圈感应电动势为[5]：

=-=-=-M(1)

式中为一次回路和二次回路的互感为：

(2)

其中：其中为真空磁导率；

S为小线匝截面： S=

=

由此可知，罗氏线圈的感应电势与被测电流的变率成正比，被测电流导体和罗氏线圈之间的互感就是其比例系数，由此可见，当采用罗氏线圈进行测量以期望获得被测电流的物理量时，必须先将罗氏线圈二次回路通过后续积分电路进行还原处理。

2.2罗氏线圈结构和电磁参数

设b是罗氏线圈骨架芯外径，a是内径，为骨架中心半径。与线圈的互感系数和自感系数有关。推算的方法有取算术平均值、几何平均值和取加权几何平均值几种方法，其中取加权几何平均值是最复杂的，但也是精度最高的，公式为[6]：

= (3)

罗氏线圈骨架芯截面形状分为矩形和圆形两种，下面以矩形线圈的结构参数和电磁参数为例进行分析，以了解它们之间的影响以及它们罗氏线圈的动态特性之间的关系。

当骨架芯为矩形截面时，c和h分别表示罗氏线圈的轴向高度和径向厚度，D是直径。则一匝磁通可表示为[7]：

(4)

可推得线圈的互感系数为：

= (5)

其中为矩形横截面积：

(6)

把互感系数为理论值，则矩形截面时线圈的互感系数与自感系数的相对误差即可得出：

(7)

(8)

由以上推论可以看出，对于矩形截面骨架芯的罗氏线圈来说，与互感系数和自感系数的相对误差有关的参数是线圈的参数径向厚度h和中心半径，而和轴向高度c没有关系。

综上所述，对于矩形截面骨架芯的罗氏线圈，在互感系数的相对误差符合要求并且别的尺寸参数不变时，可以改变轴向高度c，以提高磁通量从而可以显著增加感应信号的强度。

2.3 罗氏线圈等效电路计算

以矩形截面骨架芯为例，推导下罗氏线圈结构参数和线圈内阻之间的关系，设（a、b分别为截面内外径），综合推导[8]推出线圈内阻表达式：

(9)

其中是线圈所缠绕导线的直径，是导线的电阻率。

如果线圈小线匝采用紧密缠绕方式时，此时可以认为：

(10)

带入(9)式可得：

(11)

以表示线圈的自感系数、为内阻、代表分布电容，为线圈终端电阻。和分别表示被测电流和线圈感应电流，的端电压用表示。可推导出如下各式：

(12)

(13)

(14)

将(12) 、(13) 、(14)联立化简可得：

(15)

综合参考罗氏线圈稳态误差[10],可得出最佳取值：

(16)

2.4 罗氏线圈分布电容的分析计算

由罗氏线圈最佳终端电阻公式可以看出，线圈的分布电容对于分析罗氏线圈的动态特性具有重要意义，对的预先简单的估算可以有效缩短罗氏线圈的设计周期，降低设计成本。

在此以矩形截面圆柱体形状的罗氏线圈为例，在实际的罗氏线圈中，其骨架芯的内径a和外径b的差值是很小的，也就是说h值比较小。罗氏线圈可以看做一个圆柱形电容器，因为其外层屏蔽层和线圈的一端连接并接地，所以罗氏线圈组成的电容器两极就是线圈本身导电电路和屏蔽层。

如果不考虑边缘效应，可以把介质里的每点的电场看做均匀分布，方向与半径方向一致。如果不计电场的切向分量，按照对称的关系，各处电场的方向与导线方向垂直。

罗氏线圈的分布电容表达式为[11]：

(17)

其中是罗氏线圈导线的直径，为真空介电常数，表示绝缘层介质相对介电常数。

3 罗氏线圈的设计

通过以上对罗氏线圈各参数的分析计算，我们可以理出设计罗氏线圈的一个基本思路，主要流程具体步骤如下：

1、综合分析被测对象特点，如频率、幅值大小等特性；

2、分析选择线圈骨架芯，确定适合截面；

3、优选罗氏线圈结构参数；

4、推算线圈匝数n和线圈芯线的直径；

5、推算线圈的自感系数、互感系数

6、推导线圈内阻；

7、推导罗氏线圈分布电容；

8、优选罗氏线圈的终端电阻；

9、结合上述结论，以试验系统的需求为标准，通过不断的实践考核，不断改进设计，完善细节。

4 总结

本章主要是通过对罗氏线圈的参数分析，并结合相关参考资料的分析，系统总结出罗氏线圈的构造特性，从而归纳出罗氏线圈的基本设计流程，据此设计出满足低压电器通断试验要求的罗氏线圈。

【参考文献】

[1] 方鸿发. 低压电器及其测试技术[M]. 机械工业出版社,1982

[2] 张郁. 一种基于低频补偿的脉冲大电流测试方法研究[D].南京理工大学硕士论文. 2014

[3] 丁正平. 低压大容量试验和测试技术水平综述[J]. 低压电器,1994(1):3-11

[4] 罗苏南, 田朝勃, 赵希才. 空芯线圈电流互感器性能的分析[J]. 中国电机工程学报. 2004, 24(3):107~113

[5] 王其生. 用罗柯夫斯基线圈组成电流互感器[C]. 第四届全国智能电器研讨会论文集, 2000:59~64

[6] 张红岭. Rogowski 线圈的研究与设计[D]. 河北: 燕山大学硕士论文. 2006.4~5

[7] 邹积岩, 段雄英, 张铁. 罗柯夫斯基线圈测量电流的仿真计算及实验研究[J].

电工技术学报. 2001, 16(1):81~84

[8] 黄浩, 陆继明, 毛承雄, 利瓦伊波. Rogowski 线圈结构参数仿真研究[J].Proceedings of the EPSA. 2004,

[9] 邱红辉. 电子式互感器的关键技术及其相关理论研究[D]. 大连: 大连理工大学硕士论文. 2008:5~6

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    一、“3.5+1.5”学制的特点

    1.本科毕业设计的特点

    南大的本科生毕业设计被称为Final Year Project(简称FYP)。电力系的教授会根据自己的研究方向或正在进行的实际项目提出一系列题目供学生选择。题目的方向主要包括新能源及其发电、电力系统、电力电子和水资源及处理四个方向。每个方向都有相应的实验室。每个FYP通常由两个学生共同完成,为期一年。与中国高校进校需按照高考选择的专业进行系统的专业学习不同,南大电子和电气工程学院所有的学生在前三年是不分专业的。到第四年才根据志愿分成电力、电子和信息三个宽泛的方向。每个大四学生在最后一年除完成FYP论文外还必须选择和专业相关的课程,完成学分。

    本校学生在进入FYP之前已经进行了两年多专业领域系统、深入的学习,专业基础普遍好于南大的学生。由于进入FYP的时间较晚,同时还有语言和学习环境适应的问题,本校的学生多选择仿真和分析类型的FYP。南大电力系的教授在每周都会和学生固定进行一次见面。他们会对学生在FYP中遇到的问题、课题进行的方向、英文报告的书写等多个方面进行深入指导。通过审阅这几年联合培养学生本科毕业论文发现,绝大多数学生均能完成篇幅在40~50页的论文。他们的论文经过南大教授的修改后英语语法正确、论述清晰、理论推导严谨、仿真结果丰富而有说服力。同时,这些学生在30分钟的英文答辩中均能回答本校和南大教授的提问,取得良好的答辩成绩。

    2.课程硕士培养的特点

    和很多英联邦国家一样,南大的硕士培养方案包括两种:一种是课程型硕士;一种是研究型硕士。“3.5+1.5”联合培养计划的学生修读的是课程型硕士,学制一年,毕业授予科学硕士学位。这些学生进入硕士阶段学习后和本校已经没有任何关系。他们需要在一年时间内完成30个学分,计4门必修课、5门选修课和1个独立完成的课程设计。其中4门必修课包括:“电力电子变流器”、“现代电机拖动”、“可再生能源系统”、“电力系统运行和规划”。5门选修课需从“计算机控制”、“系统分析”、“过程控制”、“电磁兼容”、“高等数字信号处理”、“电能质量”、“电力系统建模和控制”中选取。课程设计包括文献综述、实验分析、理论推导和仿真。课程设计需向导师提交6000~8000字的报告并通过30分钟的答辩。

    研究生的每门课程都有指定教材。这些教材通常是国外知名学者的论着。由于教材很贵,学生一般会从图书馆借阅。授课教授也会免费向学生提供包含重要知识点的授课讲义。南大所有的研究生课程对全日制和在职人员开放。考虑到在职人员白天需要工作,这些课程全都在晚上授课。授课时间是晚上的6:30到9:30,中间会有10分钟的休息时间。每门课程均为30学时。授课教授在讲授课程时会随堂提问,并布置作业。作业的形式包括计算题和仿真两种。比如在讲授“现代电机拖动”时不仅需要完成直流电机内、外环控制系统的书面设计,还必须用MATLAB/SIMULINK搭出仿真模型,让授课教授检查仿真结果。

    研究生课程的成绩包括平时作业和卷面考试,两者分别占20%和80%。卷面考试的时间为3个小时,其内容一般会围绕授课内容进行全面的考核。每份试卷通常有7道考题,学生可以从中选取6道进行作答。卷面考试成绩50分为及格。授课教授会根据总成绩和所有学生的相对成绩给学生打分。学生最后的成绩为A、B、C、D的形式。由于每门功课的卷面考试都比较难,所有的研究生都必须投入大量的时间准备每门考试。对于课程硕士而言,每个学期平均5门功课的学习任务还是比较繁重的。他们大多数时间用于阅读教材和完成作业,进行深入科研的时间和精力有限。

    二、“3.5+1.5”培养方式的优缺点

    “3.5+1.5”培养方式最大的优点是培养了熟悉中英文双语环境下的电力工程师。学生在南大一年半的学习过程中有很多机会接触到电力行业权威,聆听他们的讲座,阅读他们的着作、和他们面对面的交流。作为取得最终学位的一个必要条件,学生在毕业前必须提供他们参加的至少30次讲座的纪录。这样的学习经历能为这些学生在将来继续攻读博士学位打下很好的基础。事实上,8年来已经有数个学生通过这一联合培养渠道拿到了博士学位。他们的一些文章已经发表在顶级国际期刊上。

    然而联合培养的大多数学生在毕业后选择了就业。学生在当地就业受到了新加坡国土面积小、电力企业较少、雇工的政策受国际经济影响较大等客观条件的制约。另外,新加坡本地的企业更看重的是第一学历。只有在英联邦取得本科学位的员工才能取得更好的发展机会。联合培养的学生即便是取得博士学位或者入籍都无法和本土取得荣誉学位的本科生站在同一起跑线上。面对就业和发展的困难,很多学生选择回国就业。然而,国外为期一年半的学习并没有给这些学生带来更多的竞争优势。相比国内两年或两年半的硕士毕业生而言,联合培养计划出来的学生没有实际工程项目的经验,繁重的课程学习使他们缺乏理论到实际的锻炼机会。很多选择回国就业的学生不得不用第一学历参加应聘。

    三、联合培养方式的改进措施

    鉴于联合培养方式高额的投入和实际的产出并不成比例,有必要对这种方式进行改进。实际上,国内已经对这种培养方式存在的问题进行了讨论。广西和东盟高校在联合培养法律人才上已经取得了较为丰富的经验。[2]然而,电力工程学科是实践性很强的学科,书本上的知识必须通过实际工程项目的锻炼才能形成真正的技能。联合培养方式必须从学制和合作的方式上进行深入改革。

    首先,可以改课程型硕士为研究型硕士。通过减少课程的学习可以让学生有更多的时间和精力进行实际项目的锻炼。从前面学习课程的安排来看,课程涉及的面较广。而电力工程研究生阶段的学习更强调的是某一特定研究方向的深入研究。通过硕士论文的完成,学生才有更多机会能和导师进行更多的交流,从他们那里得到工程实践和理论相结合的系统训练。当然,研究型硕士的培养需要更多的时间和经济的支持。

    其次,需要重视学生未来的就业,在他们的培养计划中加入实习学分的要求。实际上“3.5+1.5”联合培养期间,学生有两三个月的假期。通过这个假期,学生可以联系当地电力企业进行短期的实习、培训,为今后的学习和工作打下更好的基础。而在制订联合培养计划时,南大应该为这些学生实习提供便利。

    第三,可以采用师资共享模式促进联合培养学生的成才。[2]目前“3.5+1.5”计划中本校老师仅在学生本科毕业答辩时才有机会真正参与学生的培养,对于学生硕士阶段的学习更是无法掌控。实际上,本校老师最大的优势在于可以让学生有更多的机会接触到实际工程项目。而南大教授的优势在于理论的提炼和高水平文章的发表。在联合培养计划制订的过程中完全可以让本校教师担任学生的副导师。学生在南大学习的一年半时间内可以同时得到两位老师在理论和实践方面的指导,实现能力的提高。另一方面,通过师资共享,本校的老师也有更多的机会和国际同行实现交流,发表更高水平的文章。

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作为人才培养的主体，地方高校面向地方大中型企业，在机械工程领域已经招收了大量工程硕士研究生，培养一大批应用型高层次人才，但在培养过程中也出现了一些问题，主要体现在五个方面。

1.培养条件差异化较大

对于地方高校而言，一方面，相当于国内一流高校和各种强大资源，其硬件条件（如实验条件、经费支持、信息资源等）和软件环境（师资力量、管理体系、研究氛围、校企合作、公共关系等）处于相对劣势。但另一方面，与重点大学相比，地方高校更为重视工程硕士培养，在导师选聘、学生待遇、学习环境上或能提供更有优越的条件，且政策层面更加灵活。以某地方高校2009届机械工程领域工程硕士为例，共29人，学院在授课方式、生活学习条件等方面实行政策倾斜，并为每位研究生配备双导师，研究生论文全部来源于企业生产实践。因此，地方高校工程硕士培养条件往往呈现很大的差异性。

2.生员质量参差不齐

（1）知识背景各异：由于机械行业是一个技术密集型行业，涉及材料、机制、电气、测控、管理等诸多学科，生员专业差异性大、毕业院校也各自不同，因此该领域的生员背景知识差异较大。

（2）文化基础较为薄弱。工程硕士研究生大多来自地方大中型企业的产品研发、生产一线及管理部门，具有极为丰富的产品开发设计、生产、管理经验，但绝大部分人员离开高校较长时间，加之工作繁忙，没有时间、精力学习本领域的前沿理论，存在一定知识陈旧现象，且英语、计算机等文化课基础较为薄弱。

（3）学习积极性高但往往“心有余而力不足”，参加工程硕士学习的学员绝大多数都是是单位的技术骨干和中层管理干部，甚至有些担任重要的行政职务，往往很难保证充分的学习时间和精力。

3.培养目标难以实现协调一致

地方高校机械领域工程硕士培养目标的实现需要高校、企业、研究生本人三方通力协作才能得以实现。然而，在具体实践过程中往往会出现一些问题。

（1）企业迫切需要学校培养出创新能力强、能够理论联系实际、为企业创造大量经济效益的应用型人才，但是往往很难将上述目标转化为具体的培养方案并落实在具体的培养过程中。

（2）大多高校在工程硕士的培养过程中受以往惯性影响，往往会倾向于更为重视研究生的理论及学术水准提升，未能有效与企业沟通，协调一致，从而难以满足企业对于人才的要求。

（3）绝大多数学员都是抱着很强的求知欲来学习的，但是往往低估了学习过程的艰苦性，加之家庭、工作方面的影响，往往会降低自己的要求，演变成为仅仅为了毕业证和学位证而学习，把获得更高层次的学位而有利于自身发展作为学习目的。

4.过程管理不够建全和完善

工程硕士研究生往往是企业的技术、管理骨干，承担着繁重的科研、生产、管理任务，而工程硕士培养过程又是“进校不离岗”，因此在硕士生培养阶段的学员往往在学习时间、学习地点、投入精力上会出现工作与学习之间的冲突；此外，学习内容与学员自己的知识背景差距大，学习难度大；同时，导师往往在学校承担有其他教学科研任务，难以全身心投入。其次，在实际培养中往往沿用学术型培养模式，学院负责研究生的理论课教学、论文开题、中期检查、答辩等工作，企业很少能参与人才培养的各个环节，往往造成企业对人才的质量要求与研究生的培养脱节。另外，“双导师制”是针对工程硕士特点而实施的，但由于学员是在职学习，大部分时间在企业，学校导师往往很难像指导学术型研究生那样细致指导，企业导师则往往是业务骨干或高层管理人员，难以抽出有效时间进行科学指导，从而使得工程硕士指导过程出现空档。

5.评价标准难以把握

工程硕士培养是为工业企业培养具有创新能力的应用型人才，内容侧重于应用能力和工程实践能力。因此毕业论文中应强化解决工程问题的新思路、新设想、新工艺、新方法、新技术，而不一定要求具有较高的理论研究水平。而校内指导老师往往沿袭以往惯例，重学术水平轻工程应用、重理论轻实践，如何客观科学地评价工程硕士论文质量仍需要进一步厘清，因此对工程硕士论文客观评价有一定难度。

二、提高机械工程领域工程硕士质量的探讨

针对机械工程领域工程硕士培养的现状和区域内产业发展趋势，结合师情、生情、校情，湖南科技大学在机械工程领域工程硕士的培养过程中主要做了以下几个方面的工作：

1.完善培养体系，强调实用性和可操作性

针对省情、校情、生情，依照“突出实践能力”、“强化应用能力”、“提高综合能力”及“夯实基本素质”原则，学校、企业单位、学员（导师）三方面结合协商制订了具有学校特色的机械工程领域工程硕士培养方案。在具体实践中，开学前邀请研究生院主管领导、企业专家、部分导师和学员代表进行沟通，根据生产、开发、制造过程中的具体问题，经现场专家、导师的交流和学员的面谈后，学员可以结合自己从事的具体工作，选择合适的课程满足自身需要。

2.改革授课方式，强调灵活性和实用性

湖南科技大学工程硕士大都来源于本地大型工业企业，生产任务繁重，学员无法脱产学习。针对这一情况，学校采取了以下措施：（1）确立班主任责任制，每个班级配备1名硕士生导师为固定班主任，负责日常管理和联系。（2）多时段集中授课。由班主任提前调研，确定合适授课时间，然后提前通知各位学员。对于因特殊情况未能参加授课的学生则利用周末、节假日进行单独补课。（3）现场授课。对于部分距离较远的学员，湖南科技大学采用教师现场授课。如学校多次组织相关教师到学生较为集中的企业等进行集中授课，取得了较好的教学效果。

3.强化校企合作，深化“双导师制”

湖南科技大学针对“双导师制”进行了以下改进：（1）师生双向选择：入学前组织师生见面会，加强交流，保证学员、校内导师、现场导师研究方向的一致性。（2）重视论文开题。由学位分委员会统一组织、集中管理、集中审核、严格把关。

（3）加强中期考核。由校内导师和现场导师组成评议组，互相检查监督，保证论文质量。

4.加强管理，保证质量

为保证工程硕士研究生的培养质量，湖南科技大学建立了研究生院、学院、导师三级管理体制，主要包括：

（1）研究生院严把生源质量。在招生中全面考核学生理论水平、科研能力、综合素质，严把招生质量关。

（2）学院负责日常教学管理。课程教学是工程硕士教育的核心环节，课程设置、内容选择、教学方式上有效结合学员实际工作内容、突出个性，实行学分制和选修制相结合的考评体系，充分调动学生的积极性；考核方式采取读书笔记、笔试、研究报告、综合分析等多种方式。

（3）导师负责督促研究生学习、培养过程。由专家组集中组织学生开题、期中检查，答辩过程由导师初审、预答辩、匿名评审等环节组成，确保研究生论文质量。

三、结语

篇5

关键词：控制系统；控制方式；自动控制；太阳能；热水工程

中图分类号：TP13 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）05-1149-02

太阳能是典型的绿色可再生能源，研究、开发与应用太阳能资源具有全球性的战略意义。在太阳能资源的应用中，太阳能热水项目是目前技术比较成熟、经济效益较高、环保效益与社会效益较好的项目。随着太阳能热水的广泛使用，市场对太阳能热水的系统特别是控制系统提出了越来越高的要求。该文以太阳能热水工程的控制系统作为研究对象，根据北方高寒地区气候特点和多年的工程设计、施工、维护经验，切合市场反应及用户需求研究、设计了太阳能热水工程控制系统。

1 太阳能热水工程概述

太阳能热水工程是利用太阳能集热器收集太阳能量，通过循环系统，将太阳能集热器的热量传递给水，将水加热后根据控制系统的数据设定收集存储于储热单元中，为用户提供所需要的热水。当天气条件影响或其他原因使得系统储存热水不能满足供热指标时，可以通过辅助热源系统加热使水温提高供用户使用。为了减少管路热损失，防止恶劣天气条件管路冻堵，改善热效，北方高寒地区还要有相应的保温防冻系统。太阳能热水工程主要由控制系统、集热系统、储热水箱、循环系统、辅助热源、保温防冻系统等部分组成，见图1。集热系统是太阳能系统的能量积累转换中心，其接收太阳辐射的能量，并将太阳的辐射能量转化为水的热能。储热水箱将太阳能所产热水集中存储，并通过管路供应至用水单元。循环系统是集热器至储热水箱及辅助热源至储热水箱的循环管道以及相关的水泵、电磁阀门等。辅助热源主要是在太阳能产热水能力供不应求时辅助加热。北方高寒地区太阳能还需要有保温防冻系统和，以减少管路热量损失，防止低温冻堵，保证系统在高寒条件下正常运行。

图1 太阳能热水工程系统组成

2 控制系统设计

2.1控制系统功能与组成

控制系统是太阳能热水工程的中枢系统，其通过电气控制的方式，提供智能的人机交互界面、实时采集显示相关水温、水位信号，实时监测相关运行信息，自动控制集热器进行能量交换、自动控制循环系统的泵阀工作、自动控制辅助热源按需加热，确保系统正常运行。控制系统能够根据用户现场设定数据及实时监测到的水压、水位、水温等参数自动控制加水泵阀、伴热防冻、循环泵阀、辅助热源、排空泵阀、供水泵及变频器等设备的启停，满足用户热水需求。因此控制系统需有水位水温监测显示、数据输入、运行信息指示、上水控制、集热控制、供水控制、防冻控制、辅热控制、排空控制等功能，见图2。

图2 控制系统结构与功能

2.2控制信号分析

控制系统根据用户指令和输入信号进行判断、分析，从而输出信号驱动相应的泵阀、热水设备进行工作。据图2所示系统，输入信号有集热器水温[T1]、管道水温[T2] 、储热水箱水温[T3]、供水水温[T4]、水位信号[H1]、水压信号[P]等，输出信号有上水泵阀控制信号、循环泵阀控制信号、辅助热源控制信号、供水泵阀控制信号、防冻伴热控制信号、排空泵阀控制信号、变频供水控制信号等。

2.3控制方式分析

在太阳能热水工程的控制系统中，根据运行原理和适用场合的不同，常用的有手动控制、温差控制、定时控制、定温控制等四种控制模式。

1）手动控制是最为基础的控制方式，也是比较受大家认可的一种由操作人员根据实际需要手动控制上水、集热循环、供水、防冻加热、辅助加热、排空等控制方式。在紧急情况或特殊情况时可以启用手工模式进行控制。

2）温差控制即系统适时监测集热器水温（[T1]）和储热水箱水温（[T3]），并且将二者送到控制系统进行分析，当温差（[ΔT=T1-T3]）大于设定值（[Δt0]）时（5～20℃），控制核心输出信号启动循环供水泵将集热系统的热量传输到储热水箱；当温差（[ΔT=T1-T3]）小于设定值（[Δt0]）时（2～10℃），控制核心不再输出信号循环泵停止工作。同时当温差（[ΔT=T1-T3]）等于设定值（[Δt0]）时（50～60℃），控制核心输出信号停止循环供水泵以保护低温水进入集热器造成集热管炸裂；当温差（[ΔT=T1-T3]）小于设定值（[Δt0]）时（20～30℃），控制核心再次输出信号启动循环泵开始工作。

3）定温控制模式是系统适时监测集热器水温（[T1]），并且将其送到控制系统进行分析比较，当集热器水温（[T1]）大于等于设定值（[t1]）时，控制核心输出信号启动控制电磁阀或循环水泵，冷水进入集热器将热水压入储热水箱；当集热器水温（[T1]）小于设定值（[t1]）时，控制核心不再输出信号，控制电磁阀或循环水泵停止工作。

4）定时控制是效率较低的一种控制模式，操作人员根据实际需要，预先设定系统启停、运行时间或排空时间，系统在设定时间启动泵阀或停止循环泵。

2.4控制系统构建

据以上分析，结合北方地区气候特点及用户需求构建了以凯盈电子有限公司的KING-C型太阳能集热工程控制器为核心，辅以SA136型数码温差控制器进行超温保护、SB252型数码定时器做定时排空控制、SC393电子探极式液位继电器做液位双重保护、水温水位传感器等器件的适合北方地区应用的太阳能热水工程控制系统，见图3所示。该系统综合手动、温差、定温、定时四种控制方式，具有水位监测显示、水温监测显示、数据输入、运行信息显示、自动与手动运行控制、上水控制、集热循环控制、供水控制、防冻控制、辅助燃气锅炉或电加热控制、恒温控制、排空控制、自动保护等功能，适合北方高寒地区使用。

图3 太阳能热水工程控制系统简图

3 结束语

本系统应用于实际工程，经过现场调试、运行及参数测试，系统运行稳定、智能化程度高、保护措施完善，通过对数据的分析计算得到系统产热量稳定、经济效益与环保效益较高，适合在北方高寒地区使用。

参考文献：

[1] 杨永刚.太阳能热水器控制电路的设计[J].产业与科技论坛，2012，11（14）：63-64.

[2] 王怀龙.太阳能热水系统全功能控制仪的开发设计[D].大连理工大学硕士学位论文，2010.

[3] 张世坤，许晓光.我国当前的能源问题及未来能源发展战略[J].能源研究与信息，2004，20 （4）：211-219.

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关键词： 电连接器;电阻;镀锡;微动

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.21.205

1 引言

就目前而言通过深入的研究，人们普遍的了解到在航空航天领域，微动腐蚀是造成连接器连接效果逐渐降低并最终完全失效的主要因素之一。但在智能化中高压输电和低压配电领域，特别是智能化低压配电开关柜局部领域还没有引起人们的足够重视。

智能化低压开关柜的定义

第一类：采用智能化元器件的低压开关柜。他是一智能化开关器件，智能化电力仪表，电机综合保护装置，馈电测控装置为基础，通过现场总线将各种信息汇总到柜内的通信管理中心后，再通过工业以太网于电力监控系统实现交互控制和交换信息。

第二类：具有全面信息化测控管理功能的低压开关柜。此类开关柜内信息采集摒弃了传统的电流互感器，利用各类传感器和控制器，实现三相电流，电压及其相位差的采集，还可以采集柜内各主回路一次搭接点的实时温度数据。这些数据经过柜内的工业以太网传输到测控中心。

综上通过智能化低压开关柜的定义，可以看出智能化低压开关柜内大量的数据传输要求，而这些数据的传输离不开连接器。电连接器是智能化低压开关柜接口配套部件，从带测控功能的元器件到各种个测控传感器，都对电连接器接触良好性，工作可靠性，维护方便性提出了特别高的要求。其在物流运输和正常工作中要受到多种环境外力的影响，其中振动和环境温度是影响其连接可靠性的两大因素。各种因素作用于连接器内的公母插件，导致接触部位摩擦和发生相对位移，所引发的接触微动现象将造成电接触性能逐渐退化甚至完全失效。

2 电连接器的主要性能

电连接器基本性能包括机械性能、电气性能和环境性能，电接触失效是其主要失效形式，表现为接触电阻增加以及连接瞬断等。为了保证电连接器的可靠连接，接触件材料一般选用摩擦损耗小，导电性能好、且不易产生应力松弛的铍青铜或铜合金材料;另外对连接器表面覆盖电阻率较低、较耐腐蚀的镀层的工艺处理也越来越被工厂所广泛采用。

3 镀层材料的选择

电连接器是通过电接触实现导体之间的电流导通和电信号传输的，所以，要使接触件触点的接触电阻小、使用寿命长、具有一定的硬度和耐磨性以及良好的电气性能等，就成为连接器电镀中必须要考虑到的问题。

基底金属上的镀层材料不同，对连接的影响也不尽相同。通常采用的镀层材料包括：金、银和锡。

（1）金和银的电阻率很低，抗被腐蚀氧化能力高，且材料表面不易产生绝缘的氧化膜层而影响接触性能，但由于金和银的价格相对昂贵，会带来制造和加工成本的相应提高。故镀金和镀银工艺并未被企业广泛地采用。

（2）相对于金和银的高昂成本，锡的价格则便宜了许多。锡是银白色的金属，密度7.28g/cm3，熔点232℃，具有耐腐蚀、抗变色、无毒、焊接性能好等优点。

镀锡具有下列特点和用途：

1）化学稳定性高，空气中暴露抗氧化，耐变色，与硫化物不发生化学反应，与其他强酸如稀硫酸、稀盐酸、硝酸几乎不反应，具有较强的防腐特性。

2）锡为良导电金属材料，易钎焊，所以常用以电子元器件引线、印刷电路板及低压器件的电镀;

3）随着科学技术的发展和人类的进步，人类对于环保意识的不断强化，锡因其无不无害的性质而受到人们的广泛使用。

4 镀锡表面处理电连接器问题反馈

某型智能低压开关柜在实际工程应用中频繁的接收到客户的投诉：该开关智能控制测量系统经常性的信息瞬断，导致数据无法正常传输，甚至造成大面积的停电等严重事故。通过技术支持部门分析最终发现导致这些严重事故的原因是因为在该型智能低压开关柜内大量应用了用镀锡做表面处理的电气连接器。

5 镀锡对电接触的影响失效模式分析

本实验室对该型开关柜所用电连接器直插式电连接器进行测试试验。电连接器的样品如图1 所示。

在进行连接器机械工作试验时，选择8对接触件作为试验样本，测量其接触电阻的初始值。每隔一月做40次插拔试验，每40次插拔试验后分别测对应的接触电阻值，共做360次插拔试验，得到的接触电阻的测量值分别如表1所示。

当接触点运动时，氧化膜在新位置中断和更新鲜的锡流入接触点。然而新暴露在最初的接触点锡会氧化。当接触返回到其原始位置的周期重复和内表面更新鲜的锡不断暴露并氧化。氧化层厚度的增加，电阻会随之增加。当这种情况发生时，电接触正变得不那么有效导致增加的接触温度，最终导致接触失效。

6 分析与结论

该型电连接器，刚开始的200次机械插拔试验中，其接触电阻的测量值变化比较大，而200 次机械插拔试验之后，其接触电阻的测量值都开始趋向稳定，没有单调上升或单调下降的变化，也没有忽升、忽降的变化。对于同类连接器制定产品标准时，机械工作试验的次数可以定为200 次，在200 次以后，测得的接触电阻可以反映此类产品稳定工作时的接触状态或接触可靠性。

通过对此型号产品的研究、试验和分析，确定了在本连接器表面镀锡对该产品接触电阻的影响，接触电阻也是电连接器接通负载后产生接点温升、自身发热的主要原因。接触件表面一般均涂覆有一定厚度的镀锡层，镀锡层虽具有一定的防腐蚀特性，但随着触点间相对微动而产生磨损，使锡的氧化膜在新位置中断和更新鲜的锡流入接触点，循环往复后会不断有更新鲜的锡暴露于空气中发生新的氧化。氧化层的不断增厚会导致接触电阻的逐渐增大，增大了电连接器接触电阻值的分散程度，不利于提高固有可靠性、延长产品的使用寿命。

以此试验分析在低压开关柜制造过程中，凡是在滑动连接处用到的电连接器禁止使用镀锡表面处理工艺。

参考文献：

[1]Liu Hongyang.The Characteristic Research of Contact Insertion and Separation Force in Connectors.Proc of 37th Holm Conf on Electrical Contacts，1992.

[2]杨奋为.航天电连接器失效预防[J].上海航天，2003（01）：56―59.

[3]李玉山，来新泉.电子系统集成设技术[M].北京电子工业出版社，2002（10）.

[4]李荣正.接触电阻微机采集装置的研制及电连接器可靠性试验方法研寒[J].西安交大硕士论文，1988.

[5]苏竣，王其平.电连接器接触压力的测量和磨损蜕变模型[J].低压电器，1993（05）：15-19.

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关键词:HSE 概念图;知识模型;知识组织

1 相关概念

1.1 概念图

概念图(Concept Map,简称Cmaps)是一种利用概念以及概念之间的关系表示和组织关于某个主题的结构化知识的图示方法。作为一种新的知识组织和知识表征的工具,概念图不但可以可视地描述领域知识、揭示知识之间的关系,还能将知识结构与其他类型的相关资源集合起来形成知识模型,从而使用户更有效地共享和利用这些资源。概念图在知识组织功能方面存在着其他组织方式无法比拟的优势。

1.2 HSE

HSE是健康、安全和环境管理体系的简称。H(Health),是指人身体上没有疾病,在心理上保持一种完好的状态;S(Safety),是指在劳动生产过程中,努力改善劳动条件、克服不安全因素,使劳动在保证劳动者健康、企业财产不受损失和人民生命安全的前提下顺利进行;E(Environment),是指与人类密切相关的、影响人类生活和生产活动的各种自然力量或作用的总和,它不仅包括各种自然因素的组合,还包括人类与自然因素间形成的生态关系的组合。

HSE管理体系是由组织实施健康、安全与环境管理的组织机构、职责、做法、程序、过程和资源等要素有机构成的整体,这些要素通过先进、科学、系统的运行模式有机地融合在一起,相互关联、相互作用,形成动态管理体系。

2 研究背景及研究现状

2.1 研究背景

HSE管理体系是石油化工行业广泛推行的先进管理方法,是三位一体的管理体系。HSE知识涉及面广、内容纷繁复杂,这给知识组织带来了比较大的困难。目前,国内对HSE的领域知识的组织和表征大多采用传统的信息组织方式,仅仅是对HSE信息进行简单的序化和存储,无法揭示知识之间的关联关系,没有语义机制,也没有将知识可视化,更不能在知识结构中直接容纳与知识相关的其他资源。因此,用户不能利用视觉能力从整体上理解HSE领域知识,更无法通过导航直接获得所需的相关资源。

上述问题,笔者认为可以通过引入概念图来解决。本文利用基于概念图的信息可视化技术描述HSE领域知识、揭示知识之间的关联关系、呈现HSE的知识体系,使用户利用视觉能力从整体上理解HSE领域知识,并通过导航直接获取所需的相关资源。

2.2 国内外研究现状

笔者通过中国期刊全文数据库、中国优秀硕士论文库、国内核心期刊、Google搜索引擎等方式对HSE的知识组织情况进行检索,均未得到命中文献。目前国内外的HSE研究主要是围绕HSE管理体系和管理模式进行的,而对HSE的知识组织及表征的研究还是空白,没有形成相应的理论成果,也没有构建该领域的概念图知识模型。

3 HSE概念图知识模型My_HSECKM的建设目标及体系结构

3.1 My_HSECKM的建设目标

My_HSECKM是具有个性化特色的集知识组织、可视化及知识导航功能于一体的概念图知识模型,具体建设目标如下:

(1)以用户为中心

用户可与My_HSECKM进行实时交互,整个人机交互的过程由用户控制。要充分发挥用户在整个知识导航过程中的主导作用,充分满足不同类型用户的信息需求。

(2)基于内容的知识表示

My_HSECKM将HSE知识领域中的知识之间以及知识与资源之间的内在关联以图形形式呈现出来,为用户提供基于内容和语义的领域知识表示,从而加强用户对领域知识的理解及吸收。

(3)简化相关媒体资源的获取

My_HSECKM将与HSE知识相关的资源全部连接到知识模型中的相应位置,用户可以直接通过浏览和点击,方便快捷地获取所需的、与HSE相关的媒体资源。

(4)通过知识组织可视化来优化用户信息需求

My_HSECKM以可视化形式显示HSE领域知识,用户通过导航界面进行浏览,根据各结点之间的关联,获取对相关领域知识的较深入的理解,更好地表达其信息需求,为用户的知识导航提供新的视角。

3.2 My_HSECKM的体系结构

My_HSECKM的体系结构如图1,用户接口层主要负责用户与知识模型的交互;概念层主要负责概念之间关系的揭示及概念连接,该层次中的概念是互相关联的,并形成领域知识框架;资源层主要负责相关媒体资源(如文本、图像、音频、视频、网页等)的链接,每个概念可以对应的资源类型及数目没有限制。用户通过对用户界面的操纵进行知识导航,并通过资源链接获取所需的概念及相关媒体资源。

4 My_HSECKM的实现

4.1 CmapTools

美国佛罗里达州的科研机构人机识别研究院IHMC(The Institute of Human & Machine Cognition)一直致力于概念图的应用研究和软件开发,开发了名为“CmapTools”的概念图软件。目前,教育和非商业机构可以免费获得这一软件。CmapTools的最新版本是CmapTools 5.03,可以从cmap.ihmc.us/download/网站免费获得。

4.2 My_HSECKM的开发环境

知识模型My_HSECKM的开发环境为:

操作系统:Windows XP

开发工具:CmapTools客户端软件4.10

映射对象:HSE

信息来源:搜索引擎及各种数据库

4.3 My_HSECKM的构建过程

笔者利用CmapTools工具、采用以下的步骤构建HSE领域的概念图知识模型My_HSECKM:

(1)概念的抽取和概念之间关系的确定。

由于目前没有全面系统的HSE的概念体系描述资料,所以本文利用期刊资料来抽取与HSE有关的专业词汇,并确定词汇之间的关系。每个词汇将作为一个概念节点出现在概念图中,概念间的关系也将得到清晰的揭示。

(2)构建My_HSECKM的层级结构。

首先对抽取的概念进行排序以确定My_HSECKM的纵向分层,按照含义最一般、最概括的概念在上,越特殊、越具体的概念在下,依次排列。然后找出并列的概念确定横向分支。用连接线将概念连接起来,并在连接线上标明连接语,即概念之间的关系。不同分支间的概念可以使用交叉连接。

(3)搜索与概念相关的信息资源。

信息资源的类型可以多种多样,如文本、图片、音频、动画、视频、网页等。文本类型的资源主要通过CNKI和其他期刊数据库获得,其它各种媒体类型的数据通过Google等搜索引擎获取。

(4)信息资源标引,建立概念与资源的连接。

为了实现信息资源和知识结构之间的连接,采用人工标引的方式对相关知识及资源进行标引。在需要连接资源的概念下方点击鼠标右键,选择“增加&编辑链接到文件”选项,在弹出的对话框中选择所需连接的资源,即可将资源连接到概念图的相应位置。

5 My_HSECKM的知识组织及导航功能测试

5.1 命题。选择两个相关概念,如“HSE”和“Health”,这两个概念与连接语“include”构成了命题。如图2-1。

5.2 顶级图。打开CmapTools4.10,在“我的概念图”中找到My_HSECKM概念图知识模型,或者打开其网页版本,点击进入My_HSECKM的顶级图“HSE Manage System”,如图2-2。

5.3 关系。通过浏览My_HSECKMS,既可以清晰地掌握关于HSE的整体知识结构,同时又可以了解具体的概念与概念之间的关系。例如:图2-2中,用户可以清晰地看到“HSE Manage System”与 “PDCA”之间关系是“satisfy”。

5.4 资源。My_HSECKM中有的概念下面带有小图标,说明还有与这一概念有关的附加信息可以对这一概念做进一步的解释或说明,不同的图标代表不同的文件类型。例如:通过点击“Cases”概念下面的图标,可以打开资源列表中的任意一个选项,如图2-3打开了图片类型的相关资源。

6 结论

本文构建HSE概念图知识模型为进一步利用概念图进行有效的知识组织提供一定程度上的依据,促进对HSE领域知识的有效利用及共享的同时,也将对HSE管理体系的不断完善起到一定的推动作用,并为HSE领域知识模型的深化或其他领域知识模型的构建提供借鉴,具有一定的理论及现实意义。但由于时间和篇幅的限制,My_HSECKM知识模型仅仅是对HSE领域的一个很小的部分进行了知识组织和表征,还需要日后的继续深入。

参考文献:

[1 ]Novak J D, Gowin D B. Learning How to Learn [M], New York:Cambridge University Press, 1984.p1～56.

[2] cmap.ihmc.us/

[3] 省略

[4] 张学福.基于概念图的知识模型组织及协作机制研究――以CmapTools为例[J].现代图书情报技术,2005(11).

[5] 高波.HSE管理体系下信息化研究[J].金山油化纤,2005(1).59～62.

[6] 黄红宇,张梅.河南油田HSE信息管理系统[J].电气防爆,2005(4).37～40.

[7] 张美娜.基于.NET的HSE信息系统中环境管理模块设计与实现[D].北京交通大学硕士学位论文.2007.

[8] 吕俊明.基于.NET的中国石油HSE信息系统职业健康模块的设计与实现[D].北京交通大学硕士学位论文.2008.

篇8

关键词：雷达伺服系统；双电机消隙；驱动器控制；消隙偏置电流

引言

雷达伺服系统是雷达的一个极为重要组成部分，雷达伺服系统对于雷达的正常工作有着极为重要的调节作用，在发现目标、跟踪目标以及精确地测量目标位置和其它参数都起着不可或缺的作用。雷达伺服系统的精度与雷达的测角精度有着很直接关系。现代社会随着科学技术的迅速提升，国际社会形势的复杂多变，国家对跟踪雷达伺服系统的跟踪精度、快速性以及低速平稳性等性能参数提出了更高的要求。由于齿隙、摩擦等非线性因素的存在对雷达伺服系统的跟踪精度、快速性以及低速平稳性的提高有着重大影响作用，如果不能消除齿隙、摩擦的影响，系统性能会因极限环或冲击而降低，甚至变得不稳定。齿隙非线性是由于机械传动系统中齿轮轮齿之间存在的间隙而导致的非线性位置误差。在高精度运动控制领域，对齿隙非线性进行补偿一直是研究的重要内容之一。

文章将以精密跟踪雷达转台伺服系统为研究背景，其中电机控制用驱动器控制，伺服系统为大负载大惯量，研究双电机消隙伺服系统。通过对实际系统进行建模，研究合适的控制算法，从而指导实际系统的开发，缩短其设计与调试周期。

1 双电机消隙原理

双电机消隙的本质就是系统在低速运行或转换方向时，施加一个可以消除齿隙的偏置力矩，目的是为了实现系统的无齿隙传动。由于力矩与电流成正比的关系，施加偏置力矩本质上也就是施加一个偏置电流，即在原有电流环主输入的基础上额外加一个电流作为电流环的辅助输入。相对于传统的机械消隙，双电机电气消隙在性能上具有以下几个方面的优势：

（1）更高的重复定位精度；

（2）更大的控制灵活性，一方面，两个电机以目标策略反方向驱动可以消除反向间隙，另一方面，当需要加大驱动力矩时，两个电机也可以同向驱动；

（3）降低成本，用普通精度的减速齿轮箱代替具有机械消隙功能的高精度减速机构，驱动系统的结构简单、成本减小，并且不需要定期调整机械消隙机构，后期的维护费用大大降低。双电机驱动消隙方法降低了传动机构的复杂性，省去了为消除传动间隙而附加设计的消隙机构，采用先进的电气控制方法替代传统的机械消隙方法，间接地实现了控制的零间隙传动。

双电机驱动能否完全消除齿隙，其中一个最重要的环节就是确定合理的消隙电流。该偏置电流方案可以在两个电机的电流给定端施加大小相等、方向相反的常偏置电流，从而改善系统的性能。但是这种方法仅仅使得作用在两电机上的总力矩成为一种近似线性的关系，实际运行过程中系统仍然会受到波动力矩的影响。因此，我们应当根据系统的实际的运行状态和运行环境来施加一个偏置电流。

2 双电机消隙的应用研究

对于一个科学、合理、高效的控制系统而言，其中关键的环节就是对控制器的设计，控制器设计的效果最终会关系到整个控制系统性能的好坏，控制器的设计主要要求实时性强，通用性强，在满足性能指标的前提下结构和部件尽可能的简洁。

为了简化起见，本部分假设用于双电机电气消隙的两个伺服电机的规格参数完全相同，这样以来两台电机的驱动电流的最简单关系为：

I1=It+I0，I2=It-I0

其中I0为消隙偏置电流，It是和输出合力矩对应的目标驱动电流，无论消隙的偏置电流I0的大小怎么变化，两个伺服电机的输出合力矩总是：Kt*I1+Kt*I2=Kt*（It+I0）+Kt*（It-I0）=2Kt*It。

从理论上来说，双电机电气消隙在运行的过程中，总体可以分为以下四个工作状态：

（1）在系统静止和匀速运行时，系统所需要的输出合力矩为零，这时两台伺服电机的驱动电流分别为+I0和-I0，其所对应的输出力矩是大小相等、方向相反的关系。I0是施加给系统的一个消隙偏置电流，它所对应的输出力矩为消隙偏置力矩，这时的消隙偏置力矩必须可以克服系统在传动的过程中本身的各种动摩擦阻力和静摩擦阻力，以及弹性形变等各类传动死区环节等所需力矩的总和。

（2）在系统所需要的输出合力矩增大时，两台伺服电机的驱动电流可以按照与其工作状态所对应的特定的电流曲线变化，其中一台伺服电机的输出力矩将继续增加，而另外一台伺服电机的输出力矩会逐渐减小至零，然后再反向增大，由阻力变为驱动力。

（3）如果两台伺服电机输出同向力矩时使系统以足够大的输出合力矩朝某个方向运行过程中需要减速停止，这时系统的两台伺服电机的驱动电流将会按照所对应的特定的电流曲线反转，这时候系统输出力矩中较大的一台伺服电机的驱动电流将会越来越小直至小到消隙偏置电流I0，另一台伺服电机的驱动电流会在前一台伺服电机的驱动电流减小到消隙电流I0之前减小到零，再反方向增大到消隙电流I0，输出力矩也相应地由驱动力恢复为阻力。

（4）当两台伺服电机的输出同向力矩使系统以足够大的输出合力矩朝某个方向运行过程中需要减速并反向运行时，将首先执行过程（3）然后在执行过程（1）最后再到过程（2）的变化。

3 结束语

齿隙是动力传动过程中一种常见的非线性现象，它对雷达伺服系统的跟踪精度、快速性以及低速平稳性的提高有着重大影响作用。确定合理的消隙电流是双电机驱动能否完全消除齿隙的一个最重要的环节，偏执电流的确定需要根据客观的系统环境进行确定，如何更加精确的确定偏执电流这也是文章作者后续的一个研究课题。

参考文献

[1]薛汉杰.双电机驱动消隙技术及其在数控设备中的应用[J].航空制造技术，2009（17）：84-88.

[2]杨文清.双电机消隙伺服系统的研究与应用[D].西安电子科技大学硕士论文，2010.

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论文摘要：介绍教育机器人在机器人竞赛及课内外教学中的应用现状，并提出其教育价值。

1 引言

自从20世纪50年代末世界上第一台机器人诞生之后，机器人技术得到了迅速的发展。机器人技术是一个国家科学技术水平和国民经济现代化、信息化的重要标志，也是打开21世纪大门的钥匙[1]。

随着机器人技术的发展，其在教育领域的应用也逐步得到重视。目前教育机器人主要应用于课内外教学和参加各级各类科技创新活动，表现出了无可比拟的教育价值和极待挖掘的发展前景。

2 机器人的定义

在科技界，科学家会给每一个科技术语一个明确的定义，但机器人的定义却至今没有统一。原因之一是机器人还在发展，根本原因则是机器人涉及到了人的概念，使之成为难以回答的哲学问题。早在1967年日本召开的第一届机器人学术会议上，就有专家提出了两个有代表性的定义[2]。之后又不断涌现新的见解。我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度协同性的自动化机器。”[2]

3 教育机器人简介

干国胜在其硕士论文中对教育机器人解释如下：用在教育领域的以人工智能决定其行动的机器人[2]。从学习角度讲，“教育机器人是由生产厂商专门开发的以激发学生学习兴趣、培养学生综合能力为目标的机器人成品、套装或散件”[3]。它除了机器人机体本身之外，还有相应的控制软件和教学课本等。

国内已有一些企业和公司可以生产教育机器人或教学平台。不同种类的教育机器人不断涌现，如SmartCar[4]、SUUNY618、博思威科教育机器人等均已投入市场。

4 教育机器人产生背景

机器人技术是在二战以后才发展起来的新技术。1958年美国的Consolidated公司制作出了世界上第一台工业机器人，由此揭开了机器人发展的序幕[5]。1967年日本川崎重工公司从美国购买了机器人的生产许可证，日本从此开始了研究和制造机器人的热潮。随着机器人在工业上的广泛应用，如何加强工人对机器人的了解从而提高他们对机器人的控制也就成为一个显著的问题。机器人教育也就随之产生。2003年4月3日到7日，日本横滨举行了2003年机器人博览会[6]。专门用于教学的教育机器人从此诞生了。

国外教育机器人的研究开展较早。早在上世纪六十年代日本、美国、英国等西方发达国家已经相继在美国大学里开始了对机器人教育的研究，到了六十年代他们在中小学也开始了机器人教学，在此过程中也推出了各自的教育机器人基础开发平台[5]。我国的机器人研究在七八十年代就已开展起来，在我国的“七五”计划，“863”计划中均有相关的内容。但针对中小学的机器人教学起步较晚，到上世纪九十年代后期才得到了初步的发展，目前发展仍不完善。

5 教育机器人应用现状

教育机器人主要用于机器人竞赛和课内外教学。

5.1 机器人竞赛机器人教育对高科技社会的巨大影响已经引起了美国、欧洲、日本等发达国家和亚洲各国的高度重视，也得到了我国教育界的极大关注。国内外机器人赛事不断，引人注目。目前，全球每年有一百多项机器人竞赛，参加人员从小学生、中学生、大学生到研究者[5]。

1）国际比赛。①机器人足球竞赛。让机器人踢足球的想法是在1995年由韩国科学技术院（KAIST）的金钟焕(Jong-Hwan Kim)教授为了发展多智能体技术而提出的。1996年11月，他在韩国政府的支持下首次举办了微型机器人世界杯足球比赛(即FIRA MiroSot’96)。

国际上最具影响的机器人足球赛主要是FIRA和RoboCup两大世界杯机器人足球赛，这两大比赛都有严格的比赛规则，融趣味性、观赏性、科普性为一体，为更多青少年参与国际性的科技活动提供了良好的平台。

FIRA ( Federation of International Robot-soccer Association)是国际机器人足球联合会的缩写，于1997年第二届微型机器人锦标赛(MiroSot ’97)期间在韩国成立的。FIRA每年举办一次机器人足球世界杯赛(FIRA Robot-Soccer world Cup)，简称FIRARWC，比赛的地点每年都不同，至今已经分别在韩国(三届)、法国、巴西、澳大利亚(两届)、中国等国家举办了多届赛事。

RoboCup (Robot World Cup)是一个国际性组织，1997年成立于日本。RoboCup以机器人足球作为中心研究课题，通过举办机器人足球比赛，旨在促进人工智能、机器人技术及其相关学科的发展。RoboCup的最终目标是在2050年成立一支完全自主的拟人机器人足球队，能够与人类进行一场真正意义上的足球赛。RoboCup至今已组织了八届世界杯赛。比赛项目主要有:电脑仿真比赛、小型足球机器人赛、中型自主足球机器人赛、四腿机器人足球赛、拟人机器人足球赛等项目。

②机器人灭火竞赛。机器人灭火的想法是在1994年由美国三一学院的Jack Mendelssohn教授首先提出的。比赛在一套模拟四室一厅住房内进行，要求参赛的机器人在最短的时间内熄灭放置在任意一个房间中的蜡烛。参赛选手可以选择不同的比赛模式，比如，在比赛场地方面可以选择设置斜坡或家具障碍，在机器人的控制方面可选择声控和遥控，熄灭蜡烛所用的时间最短，选择模式的难度最大，综合扣分最少的选手为冠军。虽然比赛过程仅有短短几分甚至几秒钟的时间，用来灭火的机器人体积也不超过31立方厘米，但其中包含了很高的科技含量。目前，机器人灭火比赛已成为全球最普及的智能机器人竞赛之一。

③机器人综合竞赛。国际机器人奥林匹克竞赛。主要是亚太国家参与的一项国际机器人赛事，2002年中国北京成功举办了第四届比赛，有包括韩国、新加坡、中国大陆、香港、台湾、菲律宾、泰国在内的七个国家和地区参加了这一赛事，比赛圆满成功，第五届比赛于2003年月11月6日～10日在韩国举行。

FLL机器人世锦赛，1998由美国非盈利组织FIRST发起，目前有10多个国家(英国、法国、德国、北欧5国家、新加坡、韩国、中国)及美国的46个州参加该活动。每年秋天，由教育专家及科学家们精心设计的FLL挑战题目将通过网络全球同步公布。各国/区域选拔赛在年底举行，总决赛于4～5月在美国举行。竞赛内容包括主题研究和机器人挑战2个项目，参赛队可以有8～10周的时间准备比赛。

④其他比赛。在国外，1980年，第一届全日本机器人走迷宫比赛；1992年，第一届美国人工智能学会移动机器人比赛；1998年，第一届国际海洋机器人竞赛；2001年，日本政府举办第一届国际机器人节，举行了十几项各种机器人比赛。教育智能机器人是目前欧美国家流行的用于培养学生动手能力，计算机应用能力，和创新思维的学习工具。

孙媛媛、何花撰文指出，国际机器人竞赛有以下特点：比赛规模不断扩大，比赛项目不断完善，比赛的影响力不断完善，推动技术进步，促进学校教育[7]。

2）国内比赛。在国内，2000年，FIRA中国区比赛;2002年，CCTV杯机器人比赛;2004年，第五届全国中小学电脑制作大赛；自2005年开始的全国青少年教育机器人竞赛[8]；中国科协主办的中国青少年机器人竞赛，中央电教馆举办的中小学生电脑制作活动，教育部关心下一代工作委员会、中国发明协会举办的全国中小学信息技术创新与实践活动[9]。还有近几年各省、市组织各种类型机器人比赛。

3）机器人竞赛的教育价值。何智等撰文指出中小学机器人竞赛对当前的教育会产生重大的作用：促进教育方式的改革，培养学生的综合能力；有利于建立一门新的标准课程；寓教于乐；培养学生的团队协作精神和宽容为怀的人文品格[9]。

北京科技大学的郗安民教授在接受访谈时指出，大学生机器人比赛是一项很好的科技创新活动，不仅易于激发兴趣，而且综合了多学科的知识，是一项比较大的训练工程[10]。张云洲等探讨了机器人竞赛对于大学生教育的价值：机器人竞赛活动的开展有效激发了学生参与科技创新、开发与研制的兴趣爱好，有利于其综合素质的培养[11]。

5.2 学科及课外教学目前，除将教育机器人用于参加各种比赛外，教育机器人还被用于课内外教学，以提高学生设计、开发、应用机器人的能力和创新能力。北京、上海、广东、浙江、江苏、湖北等省市已经先后将教育机器人纳入地方课程或校本课程。到2005年底，我国已有76所中小学成为机器人教学实验学校。教育机器人正在逐步地走入我国的各类学校[3]。

王立春撰文从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等各个方面探究教学机器人所具有的独特的教育价值，指出教育机器人在教育领域的顽强生命力和巨大发展前景[12]。

张兴华以硕士论文的形式深入探究了基于机器人的青少年活动的教育价值。她从亲身体验的活动案例出发，把握了全国基于机器人的青少年活动的形势，在深入研究的基础上认为基于机器人的课外活动的教育价值主要体现在三个方面：对青少年各方面能力的培养；促进教育方式的改革；有利于建立一门新的标准课程[13]。

6 结语

教育机器人事业方兴未艾。教育机器人活动知识覆盖面广、能力锻炼多样、情感体验丰富，受到越来越多的师生欢迎，正向广大师生的普及过渡。教育机器人必将为我国的素质教育做出应有的贡献。教育机器人的前途是光明的。

参考文献

[1]杨德智.教育机器人[J].科学杂志，2006(7)

[2]干国胜.教育机器人的设计与应用研究[D].华中师范大学，2004

[3]吴洁，何花，周波.浅谈教育机器人[J].中国教育技术装备，2006(7)

[4]李国.智能教育机器人Smart+Car[J].中国乡镇企业技术市场，2003(11)

[5]王吉岱，李维赞，孙爱芹，谢永.教育机器人的研制与发展综述[J].现代制造技术与装备，2007(7)

[6]宗和.越来越能干的机器人[J].中国青年科技，2003(7)

[7]孙媛媛，何花.浅谈国际机器人竞赛[J].上海教育科研，2005(2)

[8]马文志.“碧波杯”第三届全国青少年教育机器人竞赛在苏州落下帷幕[J].辅导员，2007(10)

[9]何智，胡又伦，艾伦.中小学生机器人竞赛的教育价值述评[J].中国教育技术装备，2006(1)

[10]以机器人比赛推动素质教育——访北京科技大学郗安民教授[J].机器人教育与应用，2004(4)

[11]张云洲，吴成东，崔建江，丛德宏.基于机器人竞赛的大学生创新素质培养与实践[J].电气电子教学学报，2007(2)

篇10

[关键词]STC单片机；远程数据抄读；自动控制

现阶段的人工抄表等方式存在诸多的缺陷不便，不但抄读效率低、费时费力，而且准确性和及时性得不到有力保障，进而导致生产管理和技术决策方面得不到详细准确的原始数据。随着智能电网建设的步伐加快和用电量的突增，电力部门和用户对抄表设备质量的要求越来越高，本文设计的采用无线抄表系统，将物联网技术运用到抄表系统中，实现电表数据的自动抄读以及开关的远程控制。

无线自动抄表系统（简称AMRS，Automatic Meter Reading System）主要由计算机软硬件系统、通信系统、计量设备等结合在一起的采集与传输装置将采集数据传输到管理系统，完成抄表和实时监控的用电管理设备[1]。

1、系统结构与工作原理

无线自动抄表系统的硬件部分包含由微处理器、Zigbee模块、存储模块、数据传输模块、时钟模块和电源模块等部分。

系统工作原理：数据采集模块采集到电表数据后传输到微处理器，微处理器经过数据的提取，保存到数据存储模块，在管理部门需要的时候，将数据通过Zigbee网络传输到数据库，管理部门可方便监测，并周期性的对采集的数据汇总分析。系统也可以根据用户需要实时将部分数据发送给用户终端。当发生异常情况时，如预购电量不足、通讯模块网络出错、过电流、过电压等，系统会向电力部门和用户发送告警信号，当预购电量消费完时，微处理器会向执行模块发送命令信号使整个电力系统断电，只保留设备的供电部分的电源。系统硬件的结构框图如图1所示。

2、系统硬件部分

2.1单片机最小系统

本系统的选用的微处理器为宏晶科技生产的STC12C5A60S2单片机，该单片机具有高速、低耗、超强抗干扰的的特点，且指令代码完全兼容传统的8051，而速度快8～12倍，其工作宽电压范围在3.3V～5.5V，工作温度在-40℃～+85℃，符合野外工作环境的要求，该单片机最大的优点是具有两个全双工的串行通信接口。在电路设计时，串口1通过采集模块连接电表采集数据，串口2连接通信模块发送数据或者接受命令。该单片机还提供了一种串行通信接口--SPI接口，SPI是一种全双工、高速、同步的通信总线，SPI与数据存储器FM25256连接，将采集的数据实时的保存[2]。

2.2Zigbee无线模块的构建

ZigBee标准和CC2430芯片设计的开放式ZigBee模块――DTD243B模块，其核心为CC2430芯片，CC2430[3]是符合IEEE 802.15.4和Zigbee标准的一颗真正的系统芯片CMOS解决方案，其内部带有一个2.4GHz的射频收发器和工业级增强型8051内核。该芯片具有极高的接收灵敏度和抗干扰能力。CC2430芯片设计如图2，主要包括3.3V和1.8V电源电路、复位电路、晶振电路等。

整个电路属于数字信号和模拟信号混合的电路，在布线过程中要防止两者相互干扰，符合数模电路混合布线的要求。

2.3数据采集模块

采集模块实时采集电表数据，数据采集有两种方式，一种是循环不定时采集数据；另一种是当接收到管理部门的用户命令时实时采集数据。模块采用RS485方式进行数据采集，最高传输速率为10Mbps，最大的通信距离约为1200m，并且具有良好的抗干扰性。采集模块选择美国TI公司生产的SN65LBC184半双工收发器，片内集成四个瞬时过压保护管，可承受功率达400W的瞬时脉冲电压，可抑制雷电及其他原因在电路中产生的瞬时高压，保护接口电路免遭损坏。采集模块连接单片机的串口1。

2.4存储模块

数据存储模块选用的RAMTRON公司先进的铁电技术制造的非易失性存储器FM25256，它可承受一万亿次的读写次数，数据在掉电后可以保存10年以上，具有最大可以达到15MHz的操作速度，在执行读写操作时与RAM相似，以总线速度进行写操作，无需延时。数据成功地传输到器件之后，在周期过程中被写入存储器阵列，下个总线周期可以立即开始[4]。FM25256用在频繁、快速读写操作的系统中，加强了数据存储的安全性和准确性。

铁电存储器FM25256通过串行数据接口SPI与单片机连接，如图3所示。SPI接口主要有4个信号：MISO（主入从出）、MOSI（主出从入）、SCLK（串行时钟）、SS（外设片选或从机选择）[5][6]，占用单片机I/O接口少。SPI以全双工模式工作，即数据可同时双向传输。在主器件的移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后，数据传输速度总体来说比I2C总线要快很多，速度可达到几Mbps。

3、系统软件部分

系统的软件主要为采集中断的下位机软件的设计，下位机软件采用了移植性强的C语言编写，便于模块化结构设计。软件设计主要包含系统初始化、数据采集、数据处理、报警断电和数据通信等，整个软件流程图如图4所示。

4、结论

本系统主要利用STC12C5A60S2单片机丰富的内部资源，通过软件编程实现了远程抄表与控制。系统采集的数据远程传输，传输距离远，不受地域和距离的限制，并具有设置各项报警数值，实时和定时检测电力系统的功能，同时具有性能价格比高，干扰性强的特点，在电力系统中，它都能够较好的满足电力传输现场的远程工作要求。

参考文献

[1]许学慧.基于GPRS技术的无线自动抄表系统.硕士论文，山东科技大学，2006年5月

[2]宏晶科技.STC12C5A60S2系列单片机器件手册，http：///.

[3]Junguo Zhang，Wenbin Li，Ning Han，Jiangming Kan.Forest fire detection syste based on a ZigBee Wireless sensor network [J].Frontiers of Forestry in China，2008，（3）：360-374.

[4]李敏.串行铁电存储器FM25256应用技术.计算机与信息技术，2007年第31期.

[5]解书钢，马维华，吴术.SPI总线的UART扩展方法[J].单片机与嵌入式系统应用，2008年第6期.

[6]Motorola Corporation SPI Block Guide V4.01，2004.