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關(guān)鍵詞：串聯(lián)諧振逆變器；建模；離散滑?？刂疲桓袘?yīng)加熱

A Current Controller for Induction Heating Power Supply Based on Variable Structure Control

DAI Bin

(Yuncheng University,Yuncheng,044000,Chinaオ

Abstract：The analysis literature about the establishment of mathematic model of series resonant converter for induction heating based on quasi-sliding mode variable structure control,including the selection of the switch surface parameters,certification of the reachable condition and analysis of stability.Simulation results show the sliding mode control possessed of a better dynamic performance and improved robustness to the external perturbations.Results validate the effectiveness of proposed control method.

eywords：series resonant inverter;modeling;quasi-sliding mode variable structure control;induction heatingオ

1 引 言

本文介紹一種應(yīng)用軟開關(guān)技術(shù)的感應(yīng)加熱逆變電源控制器。運用軟開關(guān)技術(shù)，功率器件在電流過零點時進(jìn)行切換，電流控制器采用離散時間狀態(tài)。在電路參數(shù)有規(guī)律的采樣中，輸出電流可以離散化，得到離散數(shù)學(xué)模型。針對感應(yīng)加熱電源逆變控制器，提出了一種準(zhǔn)滑?？刂撇呗?。該控制方案的優(yōu)點有：設(shè)計的系統(tǒng)控制簡單，容易滿足實際的工業(yè)應(yīng)用，可進(jìn)行數(shù)字化處理；設(shè)計的系統(tǒng)控制對逆變器參數(shù)變化不敏感；控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)全范圍的系統(tǒng)操作。

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關(guān)鍵詞：背景差分法、混合高斯模型、目標(biāo)檢測

1.前言

隨著計算機科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，視頻監(jiān)控已經(jīng)從軍事、交通、科研等領(lǐng)域向人們的日常生活滲透。如何自動識別監(jiān)控目標(biāo)，實現(xiàn)監(jiān)控智能化已經(jīng)成為計算機應(yīng)用技術(shù)之圖形圖像處理研究領(lǐng)域的一大熱門課題。運動目標(biāo)檢測就是實現(xiàn)檢測并提取出與背景存在相對運動的目標(biāo)的技術(shù)。它是對運動目標(biāo)進(jìn)行行為理解和分析的前提和基礎(chǔ)[1]，是監(jiān)控智能化應(yīng)用和發(fā)展的重要研究內(nèi)容。

目前，運動目標(biāo)檢測常用的方法主要是：幀間差分法[2]、背景差分法[3]和光流法[4]。其中，因受計算復(fù)雜，抗造性能差且不利于實現(xiàn)等條件的制約，光流法一般不適用于視頻序列圖像中的運動目標(biāo)檢測。在差分方法中，幀間差分法檢測比較容易受到運動目標(biāo)的速度的影響，無法對運動速度過快或過慢的目標(biāo)進(jìn)行正確檢測。三幀差分在檢測較大面積的運動物體時，容易出現(xiàn)目標(biāo)“空洞”，不利于后期運動目標(biāo)的識別和分析。與幀間差分相比，背景差分法檢測出來的運動目標(biāo)信息更完整，位置更準(zhǔn)確，且操作簡單，在運動目標(biāo)的深入研究中有較大的優(yōu)勢。

2.背景差分法

背景差分法[3]是在運動目標(biāo)檢測方面最常用的方法之一，它的基本理念是通過判斷當(dāng)前幀和背景幀的對應(yīng)像素點的變化程度來判斷運動目標(biāo)是否存在。如果對應(yīng)的像素點變化值小于指定閾值，則該像素將標(biāo)記為背景像素，否則為前景像素。其算法具體描述如下：

①獲取某一時刻t的背景幀Bt（x，y）；

②獲取與① 中對應(yīng)時刻t的當(dāng)前幀Pt（x，y）；

③將倆者進(jìn)行差分運算，得到其的相對變化結(jié)果：

（1）

④選用閾值T對③中的得到的相對變化結(jié)果進(jìn)行二值化，根據(jù)二值化來判斷對應(yīng)像素點是背景像素還是前景像素，從而得到目標(biāo)二值化圖像：

（2）

其執(zhí)行流程及實現(xiàn)效果如圖1、圖2所示：

根據(jù)上面實驗可以發(fā)現(xiàn)，背景差分法的算法比較簡單，容易操作，可以較快實現(xiàn)檢測目的。而且檢測出來的運動目標(biāo)信息完整，位置準(zhǔn)確，非常有助于進(jìn)一步對目標(biāo)進(jìn)行識別與分析。此外，從理論上說，只要能有合適的背景和經(jīng)過相應(yīng)的圖像后期處理，運動目標(biāo)就能被較快、較準(zhǔn)的檢測出來。

但是，通過對其進(jìn)一步深入分析，就可以發(fā)現(xiàn)：背景差分法檢測的效果對背景的依賴非常大。首先，在相機拍攝位置不變的情況下，背景差分法的檢測需要一個純粹的、沒有任何運動目標(biāo)的背景幀，或者需要一個可以提供準(zhǔn)確且穩(wěn)定背景的算法[5]。其次，背景差分法檢測的是背景幀與當(dāng)前幀的區(qū)別，如果一直不更新背景，那么對新加入視頻后靜止不動的目標(biāo)就一直無法排除。最后，如果一直固定檢測背景幀不變，那么實際背景中的光線變化、背景擾動等客觀事物的變化將會以目標(biāo)的形式出現(xiàn)在目標(biāo)檢測的結(jié)果上，干擾檢測，甚至直接導(dǎo)致運動目標(biāo)檢測失敗。

因此，在實際的背景差分法應(yīng)用中，我們需要用一個合適的模型來描述背景，并在檢測過程中不斷對其進(jìn)行更新，以便其更貼近于實際背景，提高目標(biāo)檢測的準(zhǔn)確性和魯棒性。

3.混合高斯背景建模

在對背景進(jìn)行建模的方法中，最經(jīng)典的是Stauffer和Grimson提出的自適應(yīng)混合高斯模型[6，7]。它基本的理念是：每一個像素點的特征都通過用K個高斯模型加權(quán)建模進(jìn)行表示，再通過分析該像素點的變化情況來確定背景點與前景點。其算法的具體描述為：

①背景建模：當(dāng)前像素點出現(xiàn)的概率是K個高斯分布的加權(quán)建模，可用以下公式表示：

（1）

其中K表示高斯分布的個數(shù)。（一般來說，K值越大，一個像素點的特征描述所含有的高斯分布就越多，則描述出來的背景與實際背景就越接近。但K值越大，意味著每個像素點的建模計算就越復(fù)雜，對系統(tǒng)的內(nèi)存和計算速度的要求就越高，否則就無法實現(xiàn)實時背景建模的要求，從而導(dǎo)致無法準(zhǔn)確的檢測出運動目標(biāo)。在實際應(yīng)用中，一般會根據(jù)系統(tǒng)硬件情況及實踐經(jīng)驗，將K的取值范圍制定為 。）此外， 表示對應(yīng)的第i個高斯函數(shù)的權(quán)值， 則表示第i個高斯分布函數(shù)，其具體公式為：

（2）

4.后處理

在數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)[8]中，膨脹和腐蝕是對二值圖像處理進(jìn)行濾波的基本操作。膨脹操作的基本理念是通過增加目標(biāo)的像素點，從而實現(xiàn)消除目標(biāo)中的空洞和間隙。與膨脹相反的是，腐蝕則是通過減少目標(biāo)的像素點，從而實現(xiàn)消除目標(biāo)中的噪聲點。它們的基本定義為：

一般來說，膨脹和腐蝕只能處理較小面積的空洞和噪聲點，對于相對較大面積的噪聲點和目標(biāo)黑洞，則需采用連通性的原則來處理。即先對原始二值圖像進(jìn)行連通性分析，通過計算各連通區(qū)域的面積來判斷該對象是否為后處理對象。當(dāng)其連通面積大于設(shè)定閾值時，則不需要進(jìn)行任何處理。當(dāng)面積小于設(shè)定閾值時則對該像素進(jìn)行相應(yīng)的取反操作，從而實現(xiàn)填充空洞和消除噪聲的影響[9]。

5.基于混合高斯模型的運動目標(biāo)的檢測

結(jié)合前面的學(xué)習(xí)和分析，本文先采用混合高斯加權(quán)建模的方式來構(gòu)建背景，然后用該背景進(jìn)行背景差分法對運動目標(biāo)進(jìn)行檢測。此外，對前期檢測出來的結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的后處理，從而實現(xiàn)運動目標(biāo)的檢測和識別。其具體的流程圖及實驗結(jié)果如下圖3、圖4所示：

圖4 混合高斯背景建模檢測效果圖

Figure4 mixgaussian background model test rendering

從實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在攝像機固定的情況下，與傳統(tǒng)的背景差分法相比，利用混合高斯背景建模的差分法具有更強的魯棒性和準(zhǔn)確性。它通過用多個高斯分布加權(quán)構(gòu)建實時背景，更貼近實際場景；同時減少了光線變化、空氣流動及相機抖動這些客觀事物對檢測過程的干擾，避免了對新加入后靜止不動的目標(biāo)的誤判發(fā)生。一定程度上減少了背景差分法對純粹背景的依賴。同時經(jīng)過膨脹、腐蝕和連通性分析等后期處理之后，得到了較清晰和完整的運動目標(biāo)，為進(jìn)一步研究運動目標(biāo)的特征提取和目標(biāo)的識別打下基礎(chǔ)。

6.結(jié)論

本文首先對運動目標(biāo)檢測方面使用最廣泛的背景差分法進(jìn)行學(xué)習(xí)，通過實例來分析其存在的優(yōu)缺點以及改進(jìn)的方向。然后對混合高斯背景建?；纠碚撨M(jìn)行分析后，并通過實例實現(xiàn)了基于混合高斯背景建模的背景差分法在運動目標(biāo)檢測方面的應(yīng)用。實驗表明，混合高斯加權(quán)建模的背景差分法與形態(tài)學(xué)后期處理結(jié)合后，能較快速、準(zhǔn)確且清晰的實現(xiàn)單目攝像機較簡單背景下的運動目標(biāo)檢測。而如何實現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的背景下的運動目標(biāo)快速和精確檢測將是下一步研究的方向。■

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自1960年起，隨機圖論一直是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的主要研究理論。到90年代末期，美國康奈爾大學(xué)的Watts和Srro-gatz通過文章《“小世界”網(wǎng)絡(luò)的群體動力行為》建立了小世界網(wǎng)絡(luò)模型，通過這個模型進(jìn)一步揭示了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的小世界特性;1999年，Barabasi和Albert發(fā)表了《隨機網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)度的涌現(xiàn)》一文，該文進(jìn)一步揭示了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的無標(biāo)度性質(zhì)，并建立了一個無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型。這兩篇文章發(fā)現(xiàn)了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的小世界性和無標(biāo)度性，開辟了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究的新紀(jì)元。以這兩篇文章的發(fā)表為起點，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究不僅僅局限于數(shù)學(xué)領(lǐng)域的研究，它開始涉及物理、系統(tǒng)科學(xué)、交通運輸、機械制造和物流等多個領(lǐng)域的研究，為這些領(lǐng)域的研究發(fā)展做出了重大的貢獻(xiàn)。本文將從四個方面對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論在物流領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行論述。

2復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)在物流領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的物流網(wǎng)絡(luò)的研究

在物流網(wǎng)絡(luò)中各種各樣的制約因素影響著運輸、倉儲、包裝、流通和配送等各個物流環(huán)節(jié)，這種復(fù)雜性可以讓我們運用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究方法去研究物流網(wǎng)絡(luò)中存在的問題。在研究物流網(wǎng)絡(luò)時，以各級影響因素為節(jié)點，對有制約關(guān)系的節(jié)點連邊，根據(jù)各節(jié)點的性質(zhì)賦予每個節(jié)點不同的邊權(quán)，這時將該網(wǎng)絡(luò)視為一個簡單的加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，通過構(gòu)建模型等方法，可以得出物流網(wǎng)絡(luò)具有鮮明的無標(biāo)度性質(zhì)。目前，國內(nèi)外學(xué)者運用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)對物流網(wǎng)絡(luò)主要進(jìn)行了以下的研究:潘坤友等依據(jù)三軸和完全覆蓋原則、時間最短原則、多重樞紐配置原則等構(gòu)建了干線通道和支線通道，形成安徽沿江地區(qū)中心城鎮(zhèn)“軸—輻”物流網(wǎng)絡(luò)。董艷梅等認(rèn)為城市節(jié)點作為區(qū)域物流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的重要組成部分，應(yīng)建構(gòu)在經(jīng)濟(jì)中心城市或節(jié)點間的軸線(物流，信息流)之上。在應(yīng)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)知識研究物流網(wǎng)絡(luò)時，許多學(xué)者認(rèn)為他的理論研究基礎(chǔ)是，物流節(jié)點相互之間的關(guān)系并不是獨立的而是相互依賴、相互作用的。楊廣華等分析區(qū)域物流網(wǎng)絡(luò)關(guān)系的程度中心性、中介中心性、凝聚性、核心—邊緣結(jié)構(gòu)性等結(jié)構(gòu)關(guān)系指標(biāo)，通過與其他數(shù)據(jù)結(jié)合分析，對區(qū)域物流結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。楊廣華在其博士論文中以復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論為基礎(chǔ)進(jìn)一步對區(qū)域物流網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了研究，構(gòu)建了區(qū)域物流網(wǎng)絡(luò)節(jié)點優(yōu)化模型和線路優(yōu)化模型，為構(gòu)建區(qū)域物流網(wǎng)絡(luò)物流節(jié)點、線路、網(wǎng)絡(luò)等提供參考。覃儒展等分析各個節(jié)點在整個物流網(wǎng)絡(luò)中的重要程度，反映各個環(huán)節(jié)的瓶頸問題以及物流網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的相互變化、市場的變化和環(huán)境的變化對物流網(wǎng)絡(luò)的影響。通過以上文獻(xiàn)綜述可知:采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論可以有效補充物流管理領(lǐng)域宏觀層面研究的不足。當(dāng)代網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)特別是網(wǎng)絡(luò)模型分析技術(shù)取得了重大進(jìn)展，通過研究網(wǎng)絡(luò)整體運作及對網(wǎng)絡(luò)整體進(jìn)行模擬等，揭示出物流網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。這些都對物流網(wǎng)絡(luò)理論的研究提供了重要工具。在以后的研究中，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)在物流領(lǐng)域可以重點研究各個物流節(jié)點之間的關(guān)系怎樣影響以及在多大程度上影響網(wǎng)絡(luò)成員的行為、物流網(wǎng)絡(luò)整體發(fā)展對單個物流節(jié)點的限制和制約等諸如此類的問題。

2.2復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)在供應(yīng)鏈中的應(yīng)用

供應(yīng)鏈在本質(zhì)上講它是一個開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)，其復(fù)雜性體現(xiàn)在它的實體復(fù)雜性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和各環(huán)節(jié)相互聯(lián)系的復(fù)雜性等。將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論應(yīng)用于供應(yīng)鏈時，把核心企業(yè)、顧客和供應(yīng)商作為節(jié)點，供應(yīng)鏈中存在的物流、信息流、資金流和決策流等各種意義上的“流”作為網(wǎng)絡(luò)的邊，創(chuàng)建一個以復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論為基礎(chǔ)的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)。通過對這種網(wǎng)絡(luò)的分析可知:復(fù)雜供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)不是穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它將隨著外部條件的改變而改變。劉燕楚建立了集聚型供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)動態(tài)演化模型，分析了供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的魯棒性與不確定性、抗毀性的關(guān)系，最終從供應(yīng)鏈視角提出了兩種集聚型供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的魯棒性優(yōu)化方案。劉小峰、陳國華分析了供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)在受到不同干擾以及有無局部聯(lián)盟的情形下，供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定魯棒性和性能魯棒性表現(xiàn)，為實際進(jìn)行供應(yīng)鏈魯棒性分析、提高其抗干擾能力、增強其魯棒性提供了一定的研究思路。朱冰心等從評價網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、衡量網(wǎng)絡(luò)效率、識別重要網(wǎng)絡(luò)節(jié)點三個方面闡述了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)在供應(yīng)鏈應(yīng)急管理中的應(yīng)用前景。ChristianKuhnert發(fā)現(xiàn)城市的物資供應(yīng)中，占少數(shù)的核心節(jié)點發(fā)揮重要的物資調(diào)度和配送作用，整個物資供應(yīng)是一個無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)。葉笛認(rèn)為，可以利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論來深入分析供應(yīng)鏈系統(tǒng)整體運行規(guī)律和宏觀行為、供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的特征以及供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)動態(tài)生長演化規(guī)律。張紀(jì)會、徐軍芹提出了基于復(fù)雜系統(tǒng)理論的適應(yīng)性供需網(wǎng)的一個初步框架，并建立了其復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)演化模型。劉利軍對煤炭的供應(yīng)鏈特性進(jìn)行分析，證明了煤炭供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和無標(biāo)度性。郭進(jìn)利建立了Poisson有向網(wǎng)絡(luò)，通過對網(wǎng)絡(luò)的研究發(fā)現(xiàn)有向網(wǎng)絡(luò)的出度分布冪律特性受老節(jié)點之間相互連接的概率控制，但是入度分布與該概率無關(guān)。從以上文獻(xiàn)綜述可知，學(xué)者運用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論在供應(yīng)鏈的結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)等方面對其進(jìn)行初步的研究，但是現(xiàn)有的研究一般只是證明供應(yīng)鏈符合小世界特性、無標(biāo)度特性，具有高魯棒性等，沒有給出具體的模型。隨著復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論在供應(yīng)鏈中的研究不斷地深入，我們不應(yīng)僅僅是建立一個供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的描述性模型，還應(yīng)朝著細(xì)化各種模型參數(shù)并量化模型的方向進(jìn)行研究。

2.3復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)在配送網(wǎng)絡(luò)中的優(yōu)化研究

在利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)對配送網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的研究中，主要研究問題有道路最短研究、配送中心選址研究和配送路線優(yōu)化研究三方面。薛艷肖通過對配送網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點進(jìn)行分類，基于無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)形成機理，建立了物流配送網(wǎng)絡(luò)演化生長模型。運用平均場解析方法計算分析該模型的度分布函數(shù)，指出了配送網(wǎng)絡(luò)具備復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的無標(biāo)度、小世界等特性。聶郁蘭在研究配送網(wǎng)絡(luò)時以復(fù)雜適應(yīng)理論為指導(dǎo)，構(gòu)建分析復(fù)雜物流配送系統(tǒng)的適應(yīng)能力，為配送網(wǎng)絡(luò)的研究提供新的研究思路和方法。張旭鳳等通過計算分析發(fā)現(xiàn)第三方物流企業(yè)的配送網(wǎng)絡(luò)符合無標(biāo)度特性，為建立物流配送網(wǎng)絡(luò)中的配送節(jié)點和客戶節(jié)點的生成模型提供理論基礎(chǔ)。從以上的文獻(xiàn)研究可以看出，學(xué)者證明配送網(wǎng)絡(luò)符合無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的特征，同時利用無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行了配送網(wǎng)絡(luò)的建模和優(yōu)化、從無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計性質(zhì)的角度進(jìn)行分析構(gòu)建復(fù)雜物流配送網(wǎng)絡(luò)的模型等研究，但是現(xiàn)在國內(nèi)外有關(guān)于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論在配送網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用還是很少。

2.4復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)在物流其他領(lǐng)域中的應(yīng)用

武云霞以中鐵快運行包快捷運輸服務(wù)網(wǎng)絡(luò)為例，證明了行包快捷貨運服務(wù)網(wǎng)絡(luò)具有小世界特性。白世貞、王文利從系統(tǒng)的自組織角度出發(fā)，通過構(gòu)造吸引力函數(shù)，給出了各地區(qū)物流行業(yè)投資吸引力的計算方法。高義佳利用無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型，確定影響冷鏈物流網(wǎng)絡(luò)抵抗各種隨機或惡意毀壞的關(guān)鍵統(tǒng)計參數(shù)，并進(jìn)行優(yōu)化仿真分析，通過調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的最終目的。通過以上文獻(xiàn)綜述可以看出，學(xué)者運用不同的方式證明了冷鏈物流網(wǎng)絡(luò)、集裝箱運輸網(wǎng)絡(luò)和行包快捷運輸網(wǎng)絡(luò)符合無標(biāo)度特性，并進(jìn)行了相關(guān)的建模和優(yōu)化。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)在這些領(lǐng)域的研究還是相對較少，有關(guān)的研究也沒有深入。

篇4

【關(guān)鍵詞】智能控制；機電一體化；應(yīng)用

機電一體化技術(shù)是指將機械技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、信息技術(shù)等多種技術(shù)融合在一塊的并且用于實際的綜合技術(shù)。隨著機電一體化的發(fā)展，機電一體化系統(tǒng)對控制的技術(shù)水平要求越來越高，原來的控制技術(shù)已經(jīng)不能滿足機電一體化系統(tǒng)的要求，因此，人們開始將目光投向發(fā)展比較迅速的智能控制，期望通過智能控制，達(dá)到機電一體化系統(tǒng)的控制目的。因此，本文將分析智能控制的特點和主要方法，探討智能控制如何在機電一體化系統(tǒng)中得到應(yīng)用，從而更好地實現(xiàn)對機電一體化系統(tǒng)的控制。

1.智能控制

1.1簡單介紹

智能控制綜合了多門學(xué)科，比如自動控制、人工智能、信息論和運籌學(xué)等，它克服了傳統(tǒng)控制理論的許多缺點，能夠用來控制各種復(fù)雜的系統(tǒng)。

1.2智能控制與傳統(tǒng)控制的比較

首先，智能控制包括傳統(tǒng)控制，智能控制是傳統(tǒng)控制的高級階段。與傳統(tǒng)控制相比，智能控制處理信息的綜合能力更強，而且能夠從全局優(yōu)化系統(tǒng)。從結(jié)構(gòu)上來看，智能控制的分布式、分級式和開放式結(jié)構(gòu)也比傳統(tǒng)控制更加先進(jìn)。

其次，智能控制是多門學(xué)科進(jìn)行交叉的結(jié)果，因此它比傳統(tǒng)控制在理論體系上更加完善。

再次，從對象和任務(wù)方面來說，智能控制適用的對象和任務(wù)可以更加復(fù)雜、高度非線性、模型可以具有不確定性。而傳統(tǒng)控制適用的對象和任務(wù)比較單一、數(shù)學(xué)模型必須精確和能夠滿足線性要求。從系統(tǒng)設(shè)計重點來看，智能控制強調(diào)描述數(shù)學(xué)模型、識別環(huán)境和符號、設(shè)計推理機和知識庫，而傳統(tǒng)控制則側(cè)重于運用傳遞函數(shù)、動力學(xué)方程、運動學(xué)方程來描述系統(tǒng)。

最后，智能控制的組織功能、適應(yīng)功能和學(xué)習(xí)功能比傳統(tǒng)控制要強，對不確定的和高度復(fù)雜的被控環(huán)境和對象有較強的克服能力。智能控制系統(tǒng)還具備仿人智能和擬人智能。此外，智能控制系統(tǒng)還可以用數(shù)學(xué)表示混合控制過程，用知識描述非數(shù)學(xué)的廣義模型，采用多模態(tài)控制方式，這種方式是定性決策、定量控制和開閉環(huán)控制相互結(jié)合的體現(xiàn)。

1.3主要方法

目前，智能控制運用的主要方法為遺傳算法控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊系統(tǒng)控制、專家系統(tǒng)控制、分級遞階控制、組合智能控制、混沌控制、集成智能控制、小波理論等等，前四種方法在機電一體化系統(tǒng)中有著廣泛的使用。智能控制的基礎(chǔ)為運籌學(xué)、人工智能、計算機科學(xué)和控制理論。

2.智能控制在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1智能控制在機械制造過程中的應(yīng)用

機電一體化系統(tǒng)的機械制造需要向智能制造系統(tǒng)的方向發(fā)展，通過智能控制實現(xiàn)模擬專家智能活動，延伸或者取代部分的人腦勞動。在現(xiàn)代先進(jìn)的機械制造系統(tǒng)中，智能控制能夠?qū)崿F(xiàn)用一些不完整或者精確的數(shù)據(jù)預(yù)測一些情況，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊數(shù)學(xué)對機械制造的過程實行動態(tài)的環(huán)境建模，通過傳感器融合技術(shù)綜合和預(yù)處理信息。智能控制還能夠通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別在線模式，對不完整的信息進(jìn)行處理；通過模糊關(guān)系和集合的魯棒性，運用模糊信息控制動作。智能控制還可以用“Then-If”的逆向推理反饋，選擇比較令人滿意的控制參數(shù)和模式對控制機構(gòu)進(jìn)行修改。

在機械制造領(lǐng)域，智能控制的應(yīng)用主要包括智能學(xué)習(xí)、機械故障的智能診斷、決策與預(yù)測、機械零部件的可靠性分析、機械零件的優(yōu)化設(shè)計、切削參數(shù)的優(yōu)化、制造系統(tǒng)監(jiān)控和智能檢測、加工過程控制和智能傳感器等方面。

2.2智能控制在交流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用

伺服驅(qū)動裝置是一種轉(zhuǎn)換部件和裝置，它能夠使電信號轉(zhuǎn)換為機械動作，并且決定著控制的功能和質(zhì)量以及系統(tǒng)的動態(tài)性能，它是機電一體化的重要的組成部分。智能控制中電力電子技術(shù)的發(fā)展能夠提高交流調(diào)速系統(tǒng)性能，實現(xiàn)直流的伺服系統(tǒng)向交流的伺服系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。將智能控制引入交流伺服系統(tǒng)，能夠幫助交流伺服系統(tǒng)應(yīng)對比如負(fù)載擾動、參數(shù)時變、被控對象和交流電動機嚴(yán)重的非線性特性以及較強的耦合性這樣一些不確定的因素，幫助交流伺服系統(tǒng)通過不確定的模型獲得較滿意的PID參數(shù)，滿足系統(tǒng)的高性能指標(biāo)要求。

常規(guī)的PID控制和智能控制技術(shù)相結(jié)合，能夠形成智能PID，方法就是通過非線性的控制方式將人工智能引入到控制器，使系統(tǒng)的控制性能更好，并且能夠不依賴控制器參數(shù)和精確的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行自動地調(diào)整，使得系統(tǒng)的適應(yīng)性增強。如果只運用智能控制中的模糊控制算法，那么也能夠提高交流伺服系統(tǒng)的靜態(tài)性能和動態(tài)響應(yīng)速度以及抗干擾能力，只是在自學(xué)習(xí)、自組織能力和抖振問題方面還存在著一些欠缺。因此，在交流伺服系統(tǒng)中還要用到智能控制中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，從而減小抖振問題。

2.3智能控制在機器人領(lǐng)域的應(yīng)用

在動力學(xué)方面，機器人是非線性、時變和強耦合的；在控制參數(shù)方面，是多變量的；在傳感器信息上，是多信息的；在控制任務(wù)的要求方面，是多任務(wù)的，因此，從這些方面的分析可以得出智能控制非常適合運用于機器人領(lǐng)域。而且，目前在機器人領(lǐng)域也廣泛地使用到了智能控制技術(shù)，比如機器人地行走路徑規(guī)劃、機器人的定位和軌跡跟蹤、機器人的自主避障、機器人姿態(tài)控制等。在機器人領(lǐng)域，人們可以通過采用智能控制中的模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行環(huán)境建模和檢測、機器人定位、汽車柔性制造等。

為了提高機器人系統(tǒng)的適應(yīng)能力和魯棒性，人們可以綜合運用幾種智能控制技術(shù)，比如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和模糊控制相結(jié)合、變結(jié)構(gòu)控制和模糊控制相結(jié)合、專家系統(tǒng)控制和模糊控制相結(jié)合等。

2.4智能控制在數(shù)控領(lǐng)域的應(yīng)用

目前，數(shù)控系統(tǒng)要求性能具有高可靠性、高精度和高速，還要具備擴展、延伸和模擬智能行為的很強的知識處理功能，比如制造網(wǎng)絡(luò)通信的能力、自學(xué)習(xí)和自組織的能力、感知加工環(huán)境能力、自規(guī)劃能力等等。其中有的功能能夠建立清晰的數(shù)學(xué)模型，但是有的功能不能夠建立數(shù)學(xué)模型，所以為了實現(xiàn)這些功能，在數(shù)控領(lǐng)域必須運用到智能控制。比如，運用模糊控制，可以優(yōu)化控制加工過程；運用模糊推理規(guī)劃，能夠診斷數(shù)控機床故障；運用模糊集合理論，可以調(diào)節(jié)和整定數(shù)控系統(tǒng)中的一些參數(shù)。

在數(shù)控領(lǐng)域，還可以利用遺傳進(jìn)化算法，找到數(shù)控系統(tǒng)的最佳加工路徑；還可以運用智能控制中的預(yù)測和預(yù)算功能，在高速加工時加強對綜合運動的控制。

3.總結(jié)

智能控制技術(shù)在機電一體化中有著廣泛地使用，比如在數(shù)控領(lǐng)域、機器人領(lǐng)域、交流伺服系統(tǒng)領(lǐng)域和機器制造領(lǐng)域等。智能控制在機電一體化中有著很重要的作用，它能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)的機械自動化技術(shù)無法實現(xiàn)的功能，使機電一體化系統(tǒng)更加完善。人們需要繼續(xù)努力，使得機電一體化朝著高度智能化的方向發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

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篇5

關(guān)鍵詞：跟蹤； Unscented變換； UKF； FMSRUKF

中圖分類號：TN957.5134文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1004373X(2011)23000403

Research on Improved UKF Algorithm and Its Target Tracking Performance

CHEN Weiheng, ZHAO Yihuan

(China Airborne Missile Academy, Luoyang 471009, China)

Abstract： The principle of Unscented transformation and UKF (Unscented Kalman Filter) algorithm are studied. To simplify computational complexity of the tracing system, identity matrix was introduced into the Unscented transformation, and the complicated matrix calculation was replaced by simple numerical calculation for solving matrix square root, that is UKF algorithm was improved into FMSRUKF (Fixed Matrix Square Root Unscented Kalman Filter). The simulation results of variably accelerated motion target tracing under three dimensional coordinate show that FMSRUKF achieves better precision and robust.

Keywords： tracking; Unscented transform; UKF; FMSRUKF

收稿日期：20110615非線性濾波問題中最優(yōu)解法需要得到條件后驗概率的完整描述才能夠求解［1］，但這種精確描述需要大量參數(shù)而且無法實際應(yīng)用［2］。非線性濾波問題有兩種次優(yōu)近似解決方法：一種是 EKF［3］(Extended Kalman Filter,擴展卡爾曼濾波),忽略高階項，線性逼近非線性狀態(tài)；另一種是 UKF［4］(Unscented Kalman Filter,Unscented變換卡爾曼濾波),采樣逼近非線性分布。EKF存在精度低，計算涉及Jacobian矩陣等不足之處，限制了EKF的應(yīng)用［1］。UKF是以Unscented變換為基礎(chǔ)，通過采樣方式達(dá)到更精確逼近狀態(tài)分布的濾波方法，具有精度高，無須計算Jacobian矩陣等優(yōu)點。隨著研究的不斷深入，UKF的應(yīng)用范圍也在不斷得到擴展。本文在研究UKF算法基礎(chǔ)上，提出了一種根據(jù)系統(tǒng)特性簡化Unscented變換的改進(jìn)UKF算法，該算法提高了系統(tǒng)精度和魯棒性。

1系統(tǒng)模型

對觀測站和運動目標(biāo)在同一平面內(nèi)的跟蹤問題展開算法的應(yīng)用討論。對于三維目標(biāo)定位時可以應(yīng)用同樣的方法。測量模型如圖1所示。

設(shè)運動目標(biāo)所在的平面是以測量站為坐標(biāo)原點的二維坐標(biāo)系。目標(biāo)以速度矢量在平面內(nèi)運動，在某一時刻t1位于點P1(x1,y1)，在下一時刻t2位于點P2(x2,y2)。在t1,t2兩時刻，測量站可以測得目標(biāo)距站距離ρ1,ρ2以及它們相對于x軸的夾角θ1,θ2,且在某一觀測時刻有如下計算關(guān)系：ρ=x2+y2

θ=arctanyx(1)目標(biāo)不同時刻間的坐標(biāo)(x,y)變化不僅包含了每一時刻所處的位置信息，而且還包含了速度以及加速度的大小。測量值(ρ,θ)與對應(yīng)時刻的坐標(biāo)(x,y)之間有式(1)所示的非線性轉(zhuǎn)化關(guān)系。根據(jù)連續(xù)測量到的某一時間段的若干(ρ,θ)值，可以掌握目標(biāo)的完備運動狀態(tài)信息。直接測量得到(ρ,θ)不可避免地會混有各種噪聲。于是，如何減小噪聲的影響，從而得到較為精準(zhǔn)的目標(biāo)位置信息就成為濾波算法應(yīng)用的直接目的。

2Unscented變換及UKF算法流程

Unscented變換是一種計算隨機變量在經(jīng)歷非線性變換后的統(tǒng)計特性的方法。通過一個非線性函數(shù)y=f(x)，對L維的隨機變量x進(jìn)行非線性傳播。記x的均值和方差為x和Px。根據(jù)式(2)：χ0=x

χi=x+((L+λ)Px)i，i=1,2,…,L

χi=x－((L+λ)Px)i－L，i=L+1,L+2,…,2L (2)

圖1測量模型得到2L+1個矢量χi(Sigma點)，組成矩陣χ。

式(2)中λ=α2(L+k)－L，λ是一個尺度參數(shù)，取一個較小的值；常數(shù)α決定這些矢量在點x附近擴展范圍，一般取10－4≤α≤1；k是另一個尺度參數(shù)，通常取0； ((L+λ)Px)i為矩陣平方根的第i列。對式(2)所獲得的矢量點χi通過式(3)非線性函數(shù)f(•)進(jìn)行非線性傳播，得到變換后的矢量點Yi：Yi=f(χi),i=0,1,2,…,2L(3)利用加權(quán)樣本值均值和協(xié)方差逼近系統(tǒng)輸出y的統(tǒng)計特性Y，Py:Y≈∑2Li=0wmiYi

Py≈∑2Li=0wci(Yi－Y)(Yi－Y)T (4)其中:wm0=λ/(L+λ)

wc0=λ/(L+λ)+(1－α2+β)

wci=wmi=1/［2(L+λ)］,i=1,2,…,2L (5)且滿足∑2Li=0wmi=1，∑2Li=0wci=1。α同式(2)中λ中參數(shù)，β包含x分布的先驗信息,在高斯分布下β=2。

這種以Unscented變換為基礎(chǔ)的統(tǒng)計特性傳播方式應(yīng)用到Kalman濾波中，即是UKF。具體計算過程如下［47］：

設(shè)非線性系統(tǒng)狀態(tài)方程和觀測方程為：xk+1=Axk+uk

zk=H(xk)+wk (6)式中:A為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣;H(•)為觀測矢量轉(zhuǎn)換矩陣;uk為過程噪聲高斯白噪聲序列;wk為觀測噪聲，也設(shè)為高斯白噪聲序列。

(1) 濾波初始化xE=E［x0］

P0=E［(x0－xE)(x0－xE)T］ (7)式中：E［•］代表取矩陣均值。

(2) 根據(jù)式(2)進(jìn)行Unscented變換，得到Sigma點χi，i=0,1,2,…,2L。

(3) 計算狀態(tài)矢量矩陣yk|k－1(i)=Aχi,i=0,1,2,…,2L(8)(4) 預(yù)測狀態(tài)均值和方差xE(k|k-1)=∑2Li=0wmiyk|k-1(i)

P(k|k-1)=∑2Li=0wci［yk|k-1(i)-xE(k|k-1)］•

［yk|k-1(i)-xE(k|k-1)］T+Q(9)式中Q為系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣。

(5) 預(yù)測測量采樣點Vk|k－1(i)=H［yk|k－1(i)］,i=0,1,2,…,2L(10)(6) 預(yù)測測量值方差及其與狀態(tài)矢量的協(xié)方差zE (k|k-1) = ∑2Li = 0wmi Vk|k-1 (i)

Pzz = ∑2Li = 0wci［Vk|k-1 (i)-zE (k|k-1)］•

［Vk|k-1 (i)-zE (k|k-1)］T+Rn

Pxz=∑2Li=0wci［yk|k-1(i)-xE(k|k-1)］•

［Vk|k-1(i)-zE(k|k-1)］T(11)式中Rn為測量協(xié)方差矩陣。

(7) 計算UKF增益、更新狀態(tài)矢量和方差矩陣W=PxzP-1zz

xE(k|k)=xE(k|k-1)+W［z(k)-

zE(k|k-1)］

P(k|k)=P(k|k-1)-WPzzWT(12)式中z(k)為觀測值。

3對UKF的改進(jìn)

UKF的計算以Unscented變換得到χi點為基礎(chǔ)，而每一次Unscented變換都要進(jìn)行MMSE(最小均方誤差)矩陣的矩陣平方根((L+λ)Px)i的獲取。矩陣平方根可以通過下三角Cholesky分解等矩陣三角分解算法獲得，矩陣的三角分解計算量相當(dāng)于作一次高斯消去過程的計算量，大約L3/3次計算［8］(L為矩陣維數(shù))。每一次濾波迭代都要進(jìn)行此種計算，無疑要占用大量計算資源，拖延整個UKF計算周期，降低了系統(tǒng)時效性。為此，在研究系統(tǒng)特性基礎(chǔ)上提出FMSR(Fixed Matrix Square Root,固定矩陣平方根)算法以簡化χi點獲取方法。

在矩陣(L+λ)Px中，對于特定系統(tǒng)(L+λ)為定值，Px攜帶狀態(tài)分布信息，隨系統(tǒng)模型確定而確定，在每次迭代進(jìn)行時會隨統(tǒng)計特征的變化而更新。實驗發(fā)現(xiàn)：Px主隊角線元素攜帶狀態(tài)向量主要信息；其對角線各元素隨濾波進(jìn)行，能快速穩(wěn)定收斂，此后只在此收斂值附近有微小的波動。波動反映了單次計算統(tǒng)計規(guī)律的變化，但是此種波動較小，可以看作是系統(tǒng)分布規(guī)律的高階影響。忽略此高階影響對計算結(jié)果不會有顯著影響。于是，在掌握系統(tǒng)分布特性的基礎(chǔ)之上，設(shè)置能夠替代(L+λ)Px矩陣反映狀態(tài)向量分布特性的確定矩陣σI，其中σ為由(L+λ)Px對角元素確定的一個常數(shù)，I為與Px同形的單位矩陣。

記Ii為I的第i列，則I=［I1,I2,…,IL］，i=1,2，…,L。 Ri=(σI)i為矩陣σI的矩陣平方根第i列。由于I是單位矩陣，所以Ri=σIi，i=1,2,…,L。計算一次σ即可求得矩陣平方根Ri，可省去約FL3/3次L×L維矩陣的三角分解過程(F為濾波次數(shù))，降低了計算復(fù)雜性。改進(jìn)后， 式(2) 變?yōu)椋害?=x

χi=x+σIi,i=1,2,…,L

χi=x－σIi－L,i=L+1,L+2,…,2L (13)以此Sigma點為基礎(chǔ)進(jìn)行UKF計算即構(gòu)成FMSRUKF。

4仿真驗證

為了驗證FMSRUKF在本文跟蹤模型中的應(yīng)用效果，分別在模型中應(yīng)用UKF，MAUKF\[9\]，F(xiàn)MSRUKF三種方法進(jìn)行數(shù)據(jù)仿真。

初始位置［x(t0),y(t0)］T=［50,200］T m；初始速度［vx(t0),vy(t0)］T=［2,2］T m/s；加速度［ax,ay］T=［0.01,0.015］T m/s2；距離測量誤差為服從均值為0,方差為0.1的高斯分布。采樣間隔為1 s。式(13)中σ取10－5。分別計算UKF，MAUKF，F(xiàn)MSRUKF的估計誤差,仿真結(jié)果如圖2，圖3所示。

圖2x軸向誤差對比圖3y軸向誤差對比由圖2,圖3可以看出，F(xiàn)MSRUKF在精度和魯棒性上均優(yōu)于MAUKF和UKF。

5結(jié)論

通過一種簡化Unscented變換構(gòu)成FMSRUKF。省去了用矩陣分解方法求解最小MSE矩陣中矩陣平方根的過程，優(yōu)化了濾波計算。通過系統(tǒng)建模仿真驗證，F(xiàn)MSRUKF在簡化UKF計算的基礎(chǔ)之上，能進(jìn)一步提高系統(tǒng)的精度和魯棒性。

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篇6

本文提出了旅游服務(wù)供應(yīng)鏈研究的基本框架,綜述了旅游服務(wù)供應(yīng)鏈研究中有關(guān)供應(yīng)鏈內(nèi)涵、供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、供應(yīng)鏈管理和供應(yīng)鏈評價方面的內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上,文章認(rèn)為,旅游服務(wù)供應(yīng)鏈的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究有待深化、管理研究應(yīng)加強宏觀角度的研究、評價研究應(yīng)增加評價維度。同時,通過對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論內(nèi)容的介紹,文章提出了旅游服務(wù)供應(yīng)鏈的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征：有向圖,節(jié)點隨機增長但具有非對稱性,遵循擇優(yōu)選擇機制以及局域性。最后,提出了未來旅游服務(wù)供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的研究方向。

關(guān)鍵詞：

旅游服務(wù)供應(yīng)鏈; 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò); 生長演化模型

收稿日期： 2010-09-08; 修訂日期： 2010-12-16

基金項目：

國家社會科學(xué)基金項目《旅游業(yè)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長機理、創(chuàng)新模式與整合戰(zhàn)略研究》(09BJY087);秦皇島軟科學(xué)項目《秦皇島旅游服務(wù)業(yè)集聚效應(yīng)及產(chǎn)業(yè)升級研究》(200901A336)

作者簡介：

舒波(1971-),女,燕山大學(xué)旅游管理系副教授,博士研究生。研究方向為旅游企業(yè)戰(zhàn)略管理,供應(yīng)鏈管理。

進(jìn)入21世紀(jì)以來,旅游服務(wù)行業(yè)進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)升級的關(guān)鍵時期。旅游服務(wù)行業(yè)在各部門協(xié)調(diào)、配合和整體合作效率方面存在著不容忽視的問題,在眾多旅游企業(yè)單體規(guī)模小、競爭力弱的現(xiàn)實情況下,迫切需要利用旅游研究的新思維應(yīng)對和解決旅游服務(wù)行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實問題。加強對旅游服務(wù)供應(yīng)鏈的研究將有益于上述問題的解決,但目前國內(nèi)外該領(lǐng)域的研究處于成長階段,亟需理論整合。復(fù)雜系統(tǒng)理論是系統(tǒng)科學(xué)中的一個前沿研究方向。在旅游服務(wù)供應(yīng)鏈研究中引入復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論,可以拓展研究的廣度和深度,具有重要的意義。因此,本文對國內(nèi)外旅游服務(wù)供應(yīng)鏈研究以及復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論在供應(yīng)鏈研究中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述,并分析旅游服務(wù)供應(yīng)鏈的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征和研究方向。

1 國內(nèi)外旅游服務(wù)供應(yīng)鏈研究的內(nèi)容

雖然國內(nèi)外研究者對于旅游服務(wù)供應(yīng)鏈的研究在廣度和深度上落后于以制造業(yè)為背景的供應(yīng)鏈研究,但已經(jīng)形成了基本的理論基礎(chǔ)和研究框架。圖1顯示了旅游服務(wù)供應(yīng)鏈研究的框架結(jié)構(gòu)。如圖1所示,旅游服務(wù)供應(yīng)鏈的研究內(nèi)容主要集中在四個方面：內(nèi)涵研究、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究、管理研究和績效評價研究,部分研究內(nèi)容相互融合、相互影響。

圖1 旅游服務(wù)供應(yīng)鏈研究框架

資料來源：本文作者根據(jù)文獻(xiàn)［3］的相關(guān)論述整理繪制。

①②

參見文獻(xiàn)［1］。

1.1 旅游服務(wù)供應(yīng)鏈內(nèi)涵

由于供應(yīng)鏈管理的概念來自制造業(yè),因此旅游服務(wù)供應(yīng)鏈的具有特殊性的內(nèi)涵成為業(yè)內(nèi)學(xué)者研究的重要基礎(chǔ)內(nèi)容。早在1975年,國際旅游組織(UNWTO)發(fā)表了關(guān)于旅游產(chǎn)業(yè)銷售渠道的研究報告,認(rèn)為銷售渠道和營銷活動是旅游供應(yīng)鏈的重要構(gòu)成部分①。1997年,Sinclair等人提出旅游產(chǎn)業(yè)中供應(yīng)活動的重要性②。2003年P(guān)age提出了多級旅游供應(yīng)商的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)［1］。

目前國內(nèi)外學(xué)術(shù)界所公認(rèn)的旅游服務(wù)供應(yīng)鏈的內(nèi)涵有廣義和狹義之分。2004年Tapper和Font提出了廣義旅游服務(wù)供應(yīng)鏈的概念,他們認(rèn)為,供應(yīng)鏈?zhǔn)恰坝上蚵糜握咛峁┞糜萎a(chǎn)品和服務(wù)的所有供應(yīng)商所組成”［2］,包括旅游產(chǎn)品供應(yīng)體系中所有用來滿足旅游者需求的商品和服務(wù)的供應(yīng)者以及旅游者在旅游過程中直接向其購買商品或服務(wù)的目的地其它供應(yīng)商;這些供應(yīng)商所提供的商品或服務(wù)包括住宿、交通、吸引物、酒吧、餐館、紀(jì)念品和手工藝品、食品生產(chǎn)、垃圾處理系統(tǒng)以及對旅游業(yè)的發(fā)展起支持作用的目的地基礎(chǔ)設(shè)施等。也就是說,旅游供應(yīng)鏈?zhǔn)且粋€由提供了不同旅游產(chǎn)品與服務(wù)的參與者所構(gòu)成的旅游組織網(wǎng)絡(luò),參與者涉及廣闊的范圍：既包括企業(yè),又包括政府部門［3］;既包括產(chǎn)品的直接供應(yīng)者,又包括產(chǎn)品的間接供應(yīng)者。狹義的旅游服務(wù)供應(yīng)鏈則不考慮旅游產(chǎn)品與服務(wù)的間接供應(yīng)者,例如食品生產(chǎn)企業(yè)、旅游紀(jì)念品生產(chǎn)企業(yè)和旅游目的地基礎(chǔ)設(shè)施提供者等。例如,根據(jù)代保屏關(guān)于旅行社供應(yīng)鏈的定義［4］,伍春和唐愛君提出旅游供應(yīng)鏈?zhǔn)菄@滿足旅游者的需求而構(gòu)建的一種既包括食、宿、行、游、購、娛供應(yīng)商,又包括分銷商、零售商直至最終用戶的網(wǎng)鏈結(jié)構(gòu),鏈上各節(jié)點企業(yè)建立戰(zhàn)略伙伴關(guān)系［5］。這種定義屬于狹義的旅游服務(wù)供應(yīng)鏈概念范疇。國內(nèi)外學(xué)者根據(jù)各自不同的研究目的選擇狹義或廣義的旅游服務(wù)供應(yīng)鏈內(nèi)涵作為其研究基礎(chǔ)。

1.2 旅游服務(wù)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

旅游服務(wù)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是指,由供應(yīng)鏈成員按照旅游產(chǎn)品和服務(wù)的供應(yīng)方向排列起來并表明各級供應(yīng)商和顧客之間關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。在旅游服務(wù)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,不同級別的供應(yīng)商重要程度不同,同樣級別的供應(yīng)商地位也不同,分為核心企業(yè)和一般企業(yè)。國內(nèi)外對旅游服務(wù)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的研究集中在供應(yīng)鏈企業(yè)重要成員構(gòu)成、核心企業(yè)選擇等方面。另外,也有學(xué)者對不同級別供應(yīng)商的市場結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。

1.2.1 供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

Page 的研究提供了旅游服務(wù)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的代表性結(jié)構(gòu)［1］。在此基礎(chǔ)上,國內(nèi)外學(xué)者按照兩種供應(yīng)鏈定義構(gòu)造了旅游服務(wù)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。例如,Zhang等人提出了包括旅游產(chǎn)品與服務(wù)的直接供應(yīng)商和間接供應(yīng)商的完整的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)［3］。如圖2所示,虛框內(nèi)的企業(yè)是間接提供旅游產(chǎn)品與服務(wù)的供應(yīng)商,如果考慮虛框內(nèi)的內(nèi)容即為廣義概念框架下的旅游服務(wù)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),否則是狹義概念框架下的旅游服務(wù)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在旅游服務(wù)供應(yīng)鏈中,服務(wù)流由供應(yīng)商流向顧客,信息流由目標(biāo)市場流向上游供應(yīng)商。

1.2.2 供應(yīng)鏈核心企業(yè)

按照現(xiàn)代供應(yīng)鏈理論,核心企業(yè)在供應(yīng)鏈的運作和管理中具有信息的交換中心、物流集散的調(diào)度中心、資金的結(jié)算中心和統(tǒng)籌規(guī)劃的協(xié)調(diào)中心的地位,具有一定程度的影響力、吸引力和融合力。在我國,許多學(xué)者對旅游服務(wù)供應(yīng)鏈核心企業(yè)問題進(jìn)行了研究,且多把核心企業(yè)確定為旅行社或景區(qū)。路科在旅游業(yè)供應(yīng)鏈研究中提出我國現(xiàn)有供應(yīng)鏈模式是以旅行社為核心的［6］。李萬立等人認(rèn)為,在旅游供應(yīng)體系中,餐飲、住宿、購物、娛樂、參觀、游覽部門中的任何企業(yè)都有可能成長為核心企業(yè),這將依靠節(jié)點企業(yè)對資源的掌控能力來實現(xiàn)［7］。秦紹林從旅行社在旅游供應(yīng)鏈中的產(chǎn)業(yè)地位特征演變過程入手,分析其旅行社產(chǎn)業(yè)地位被弱化的原因及帶來的問題,提出旅行社回歸旅游供應(yīng)鏈系統(tǒng)中核心產(chǎn)業(yè)地位的發(fā)展取向［8］。楊麗和李幫義提出了以旅行社為核心企業(yè)的供應(yīng)鏈的構(gòu)建過程［9］。

1.3 旅游服務(wù)供應(yīng)鏈管理

旅游服務(wù)供應(yīng)鏈管理是指,以旅游者需求為中心,以貿(mào)易伙伴之間的合作為基礎(chǔ),對供應(yīng)鏈中的服務(wù)流、信息流、資金流進(jìn)行計劃、組織、協(xié)調(diào)及控制,以尋求實現(xiàn)價值增值的有效途徑。旅游服務(wù)供應(yīng)鏈管理領(lǐng)域的研究包括供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)管理、供給、需求與庫存管理、信息技術(shù)管理等方面。

所謂旅游供應(yīng)鏈協(xié)調(diào),是指供應(yīng)鏈企業(yè)之間的溝通并采用相互匹配的決策模式,其目的是為了達(dá)到供應(yīng)鏈的總體目標(biāo),如降低成本、增加利潤、提升服務(wù)質(zhì)量、建立穩(wěn)定的合作關(guān)系等。缺少協(xié)調(diào)的主要原因之一是由于競爭而引起的企業(yè)之間的目標(biāo)沖突。供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)管理研究主要集中在兩個方面。第一是協(xié)調(diào)管理的障礙。李萬立和李平提出旅行社供應(yīng)鏈次優(yōu)化問題,認(rèn)為成員之間容易因為目標(biāo)的差異引發(fā)潛在的信任危機,從而增加供應(yīng)鏈管理的難度和成本;同時他們分析了旅游供應(yīng)鏈合作模式,認(rèn)為缺乏基于市場細(xì)分策略的分層次的合作伙伴體系,各環(huán)節(jié)合作同步不足,缺乏合理的責(zé)任、風(fēng)險和利益分配機制,“委托―”鏈過長導(dǎo)致游客效益損失,旅行社在供應(yīng)鏈上凝聚力、協(xié)同力弱等問題導(dǎo)致了供應(yīng)鏈集成化程度較低［10］。舒波對旅行社面臨的不確定性因素的來源進(jìn)行了分析,并說明不確定性因素形成了供應(yīng)鏈難以協(xié)調(diào)的障礙［11］。第二是實現(xiàn)旅游服務(wù)供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)的好處、程度和途徑。Theuvsen對旅游服務(wù)提供者航空公司、酒店同歐洲旅游經(jīng)銷商之間的協(xié)調(diào)問題進(jìn)行了研究后認(rèn)為,價格、質(zhì)量等因素對供應(yīng)鏈協(xié)同有重要影響,旅游業(yè)能夠明顯從供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)管理中受益［12］。一體化方式是旅游服務(wù)供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)方式的重要表現(xiàn),Lafferty和 van Fossen對旅游企業(yè)橫向和縱向一體化進(jìn)行了研究［13］。在國內(nèi),張曉明等人應(yīng)用博弈模型、經(jīng)典報童模型就旅游服務(wù)供應(yīng)鏈中若干環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)進(jìn)行了研究［14］。楊樹和杜少甫研究了由主題公園和旅行社組成的包價旅游供應(yīng)鏈中旅行社的最優(yōu)服務(wù)質(zhì)量決策問題,提出主題公園提高自身的服務(wù)質(zhì)量并不一定能夠激勵旅行社選擇提供高質(zhì)量的服務(wù)［15］。伍春和唐愛君以旅行社為供應(yīng)鏈核心企業(yè),綜合考慮核心企業(yè)競爭力、質(zhì)量、柔性等諸多方面因素,構(gòu)建了旅游供應(yīng)鏈可靠性評價指標(biāo)體系［5］。

在供求與庫存管理方面,國外學(xué)者在旅游節(jié)點企業(yè)與其上游旅游企業(yè)的關(guān)系、供應(yīng)商選擇、供應(yīng)鏈需求預(yù)測、超額預(yù)定等方面進(jìn)行了研究［16-19］。例如,Bastakis等人對旅游運營商和酒店的關(guān)系進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)下游企業(yè)對供應(yīng)商效益影響很大［20］。Tsaur等人對旅游經(jīng)銷商和旅游零售商之間的關(guān)系進(jìn)行了研究［21］。在國內(nèi),楊麗等人基于單個組團(tuán)社和單個地接社組成的旅游供應(yīng)鏈對分散定價和聯(lián)合定價條件下組團(tuán)社和地接社的定價策略和利潤進(jìn)行了研究［22］,李萬立等人對旅游供應(yīng)鏈中存在的兩層“委托―”關(guān)系進(jìn)行了分析［23］。供應(yīng)商選擇是旅游服務(wù)供應(yīng)鏈中的重要問題,旅游供應(yīng)商績效是旅游者選擇特定供應(yīng)商的重要信號。在供應(yīng)商選擇方面,Cobanoglu等人調(diào)查了612個土耳其旅游者確定他們選擇酒店的重要影響因素［24］,Pearce調(diào)研了新西蘭的旅游運營商選擇旅游供應(yīng)商的主要影響因素［25］;在對供應(yīng)鏈中旅游企業(yè)的需求預(yù)測方面,學(xué)者們偏重于利用統(tǒng)計模型對旅游需求進(jìn)行預(yù)測［26］。

信息技術(shù)的發(fā)展對旅游服務(wù)供應(yīng)鏈管理產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。2008年,Buhalis和Law對近20年的信息技術(shù)在旅游業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述和研究［27］,從中可見國外諸多學(xué)者對信息技術(shù)應(yīng)用于供應(yīng)鏈管理的必要性和如何提高信息技術(shù)的利用效率等問題進(jìn)行了深入研究。但國內(nèi)這方面研究成果未見發(fā)表。

1.4 旅游服務(wù)供應(yīng)鏈評價

旅游服務(wù)供應(yīng)鏈評價是指對供應(yīng)鏈績效、競爭力等方面進(jìn)行分析,以反映供應(yīng)鏈的效率。目前在旅游服務(wù)供應(yīng)鏈管理領(lǐng)域,國外主要的供應(yīng)鏈評價集中于供應(yīng)鏈績效評價方面,包括財務(wù)績效、運作績效和總績效評價。從財務(wù)角度對旅游供應(yīng)鏈評價主要采用系列財務(wù)指標(biāo)體系評價(采用總成本、庫存成本、投資回收率、利潤等指標(biāo)構(gòu)成指標(biāo)體系),例如Yimlaz和Bititci對酒店供應(yīng)鏈的財務(wù)績效構(gòu)造了指標(biāo)體系進(jìn)行了評價［28］。運作績效評價涉及旅游產(chǎn)品質(zhì)量、旅游者響應(yīng)時間等方面［3］。由于旅游供應(yīng)鏈涉及旅游產(chǎn)品服務(wù)的各個環(huán)節(jié),對供應(yīng)鏈總體評價更為重要。旅游供應(yīng)鏈總體評價兩個主要的研究方面是旅游者對供應(yīng)鏈的滿意度評價和旅游供應(yīng)鏈彈性評價［3］。但是,國內(nèi)在旅游服務(wù)供應(yīng)鏈評價方面研究成果較少且質(zhì)量不高。

1.5 有待深入研究的內(nèi)容

綜觀國內(nèi)外旅游服務(wù)供應(yīng)鏈的研究成果,本文認(rèn)為以下內(nèi)容有待深入研究。

第一,對旅游服務(wù)供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的研究目前基本上處于靜態(tài)的、以基本結(jié)構(gòu)研究為主的淺表研究階段,還沒有出現(xiàn)針對供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的生成過程、動力機制演化過程等進(jìn)行深入分析的研究。第二,旅游服務(wù)供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)管理和供求關(guān)系是研究的核心內(nèi)容,國外的研究側(cè)重節(jié)點旅游企業(yè)之間的協(xié)調(diào)關(guān)系,國內(nèi)的研究偏重從旅行社的角度分析供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)問題,都著重于微觀視角,從宏觀角度研究旅游服務(wù)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的成果偏少。協(xié)作供應(yīng)鏈預(yù)測研究、將信息技術(shù)應(yīng)用于旅游服務(wù)供應(yīng)鏈管理的研究在國內(nèi)幾乎是空白點。第三,旅游供應(yīng)鏈研究滯后于其他領(lǐng)域的供應(yīng)鏈研究,供應(yīng)鏈魯棒性、集成性等評價內(nèi)容并沒有及時移植到旅游服務(wù)供應(yīng)鏈管理領(lǐng)域,使旅游供應(yīng)鏈評價內(nèi)容單調(diào)。第四,與國外研究方法相比,國內(nèi)的旅游服務(wù)供應(yīng)鏈較少使用數(shù)量分析、實證方法和案例分析,主要使用理論分析的方法,僅見楊樹等少數(shù)學(xué)者在其研究中應(yīng)用了博弈論、自回歸滯后計量模型等方法［15］。

可見,國內(nèi)旅游服務(wù)供應(yīng)鏈研究一方面要密切關(guān)注國際同領(lǐng)域的研究熱點,另一方面要及時跟蹤供應(yīng)鏈管理、系統(tǒng)科學(xué)理論的發(fā)展方向,形成移植-創(chuàng)新-突破-領(lǐng)先的研究發(fā)展進(jìn)程。鑒于此,本文引入復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的研究內(nèi)容,期望對旅游服務(wù)供應(yīng)鏈研究領(lǐng)域的拓展有所裨益。

2 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究的前沿問題

2.1 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究內(nèi)容

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)作為大量真實復(fù)雜系統(tǒng)的高度抽象,近年來成為國際學(xué)術(shù)界一個新興的研究熱點。2006年,項林英等人對信息領(lǐng)域復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)在建模、分析和控制方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了全面綜述［29］。2009年,劉建香對國內(nèi)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述［30］。以下簡述復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計特征、生長演化模型、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特性和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)控制等理論的研究進(jìn)展。

2.1.1 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計特征

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計特征可以用以下指標(biāo)表示：① 平均路徑長度L。指網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點對的平均距離,反映了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點間的分離程度。② 聚集系數(shù)C。節(jié)點的聚集系數(shù)是指與該節(jié)點相鄰的所有節(jié)點之間連邊的數(shù)目占這些相鄰節(jié)點之間最大可能連邊數(shù)目的比例;所有節(jié)點聚集系數(shù)的平均值為網(wǎng)絡(luò)的集聚系數(shù),它表明網(wǎng)絡(luò)的聚集性。③ 度及度分布。節(jié)點的度是指與該節(jié)點相鄰的節(jié)點(或邊)的數(shù)目,網(wǎng)絡(luò)的度k指網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點度的平均值;度分布P(k)指網(wǎng)絡(luò)中一個任意選擇的節(jié)點,它的度恰好為k的概率。④ 介數(shù)。節(jié)點介數(shù)指網(wǎng)絡(luò)中所有最短路徑中經(jīng)過該節(jié)點的數(shù)量的比例,邊介數(shù)指網(wǎng)絡(luò)中所有最短路徑中經(jīng)過該邊的數(shù)量的比例;介數(shù)反映了相應(yīng)的節(jié)點或邊在整個網(wǎng)絡(luò)中的作用和影響力。⑤ 小世界效應(yīng)。指盡管網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模很大,但是網(wǎng)絡(luò)的平均路徑長度L很小(隨網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模呈對數(shù)增長)的特點;大量的實證研究表明真實網(wǎng)絡(luò)幾乎都具有小世界效應(yīng)。⑥ 無標(biāo)度特性。節(jié)點度的冪律分布為網(wǎng)絡(luò)的無標(biāo)度特性,在這樣的網(wǎng)絡(luò)中,大多數(shù)節(jié)點的度都很小,而少數(shù)節(jié)點的度很大,說明節(jié)點具有異質(zhì)性。

2.1.2 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的生長演化模型

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的生長演化模型是研究復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。自20世紀(jì)末小世界網(wǎng)絡(luò)模型和無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型被提出后,引發(fā)了大量的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)生長演化模型的研究。例如廣義無標(biāo)度動態(tài)演化模型、局域世界演化模型、多局域世界演化模型、富標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)演化模型等。下面介紹局域世界演化模型。

局域世界演化模型是在無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上更接近于實際網(wǎng)絡(luò)的演化模型。這種演化模型繼承了無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型的隨機增長和優(yōu)先連接機制,但強調(diào)優(yōu)先連接法則適用于局域世界。局域世界的建立過程是：① 初始狀態(tài),網(wǎng)絡(luò)有m0各節(jié)點和e0條邊;② 隨機從網(wǎng)絡(luò)已有的節(jié)點中選擇M個節(jié)點,作為新加入節(jié)點的“局域世界”;③ 加入新的節(jié)點并與該“局域世界”的m個節(jié)點建立m條邊的連接;④ 新加入節(jié)點與已經(jīng)存在的節(jié)點之間按照優(yōu)先連接法則建立連接。ki表示第i點的度,Πl(fā)ocal(ki)表示局域世界i點的鏈接概率,則優(yōu)先連接法則為：

И

Πl(fā)ocal(ki)=Π′local(i∈local)ki∑i localki

И

其中Π′local(i∈local)ki=M/(m0+t)。諸多研究已經(jīng)證明,局域世界網(wǎng)絡(luò)是真實網(wǎng)絡(luò)的普遍性質(zhì)。

2.1.3 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特性

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的特性表現(xiàn)在魯棒性、脆弱性等方面。魯棒性概念來自于控制理論,是那些具有恢復(fù)、自我修復(fù)、自控制、自組裝、自我復(fù)制能力的系統(tǒng)所具有的特性。粗略地講,魯棒性就是系統(tǒng)的性能對付不確定性的“強健”程度。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的魯棒性是指去掉網(wǎng)絡(luò)中的一些節(jié)點后網(wǎng)絡(luò)是否依然完整。無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)相對均勻分布網(wǎng)絡(luò)而言,對隨機錯誤具有很強的免疫力(魯棒性),但在遭受惡意攻擊時性能急劇下降(脆弱性)。

2.1.4 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)控制

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)控制理論涉及反饋強制控制、擁塞控制和魯棒控制等。反饋強制控制策略是規(guī)則網(wǎng)絡(luò)中用于控制時空混沌的一種常用方法,包括隨機強制控制和特定強制控制。隨機強制控制從網(wǎng)絡(luò)中隨機選擇部分節(jié)點進(jìn)行控制,特定強制控制依節(jié)點的度由大到小選擇節(jié)點控制次序。由于網(wǎng)絡(luò)自身流量和處理速度的限制會出現(xiàn)擁塞現(xiàn)象。節(jié)點的性質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)的無標(biāo)度性對擁塞現(xiàn)象有顯著影響,在介數(shù)大的節(jié)點處增加連接節(jié)點能夠有效地改善擁塞現(xiàn)象。魯棒控制通過設(shè)計魯棒自適應(yīng)器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在不確定因素情況下的正常運行。

2.2 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)在供應(yīng)鏈研究中的應(yīng)用

在運用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論研究供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)方面已取得了一些進(jìn)展。在國外,Helbing等人從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的視角研究供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò),認(rèn)為供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)屬于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),具有自組織、涌現(xiàn)、非線性、動態(tài)和演化等諸多特征;他們認(rèn)為供應(yīng)鏈管理中的牛鞭效應(yīng)與供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的性質(zhì)關(guān)系密切,合理的供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)不但可以減弱牛鞭效應(yīng),也能夠增加供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性［31］。Laumanns和Lefeber用一階微分方程模擬供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化,并用魯棒最優(yōu)控制方法實現(xiàn)了供應(yīng)鏈的最優(yōu)化目標(biāo)［32］。Kuhnert 和Helbing認(rèn)為在城市的物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中只有少數(shù)的核心節(jié)點對物資調(diào)度和配送的作用非常重要,因此,城市的物質(zhì)供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)服從無尺度分布網(wǎng)絡(luò)的特性［33］。在國內(nèi),郭進(jìn)利分析了供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的基本特征,提出了節(jié)點到達(dá)過程是更新過程、新增入邊和出邊數(shù)是具有Bernoulli分布隨機變量的供應(yīng)鏈型有向網(wǎng)絡(luò),并研究了這類網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的瞬態(tài)度分布和網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)態(tài)平均度分布［34］。張昕瑞和王恒山建立了復(fù)雜供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型［35］。胡一f和朱冰心探討了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論在物流運輸、供應(yīng)鏈設(shè)計和優(yōu)化、供應(yīng)鏈中企業(yè)利益的協(xié)調(diào)等方面的應(yīng)用前景［36］,陳曉和張紀(jì)會在局域世界演化模型的基礎(chǔ)上對復(fù)雜供需網(wǎng)絡(luò)建立了局域演化生長模型并進(jìn)行了仿真模擬［37］。

3 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論對旅游服務(wù)供應(yīng)鏈研究的啟示

3.1 旅游服務(wù)供應(yīng)鏈復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的特征

由于Internet、交互式Web應(yīng)用以及電子商務(wù)的發(fā)展,旅游服務(wù)供應(yīng)鏈顯示出復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的顯著特征。在旅游服務(wù)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中,食住行游購娛供應(yīng)商所生產(chǎn)的旅游產(chǎn)品主要有以下兩種途徑銷售給旅游者：其一,通過旅游運營商和旅游零售商的整合銷售給旅游者;其二,直接將各自的旅游產(chǎn)品銷售給旅游者。同時,同級供應(yīng)商之間也存在少量的相互供應(yīng)關(guān)系,例如,宿供應(yīng)商(如酒店)相互提供客源、行供應(yīng)商為游娛供應(yīng)商提供客源、旅游經(jīng)銷商之間的轉(zhuǎn)客情況等。

圍繞n個旅游產(chǎn)品的生產(chǎn)銷售過程,多級旅游服務(wù)企業(yè)作為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點,構(gòu)成節(jié)點集V(G)。V(G)包含三個子節(jié)點集,即V(G)={V1(G),V2(G),V3(G)},各節(jié)點集和子節(jié)點集包括若干節(jié)點企業(yè)。如圖3所示：V1(G)為一級供應(yīng)商節(jié)點集,即旅游商節(jié)點集,V1(G)={TA1,TA2,…,TAl},其中TA1,TA2,…,TAl表示旅游商節(jié)點;同理,V2(G)={TO1,TO2,…,TOh}為二級供應(yīng)商節(jié)點集,即旅游運營商節(jié)點集;V3(G)為三級供應(yīng)商節(jié)點集,包括宿、行、游娛、購和食供應(yīng)商,即V3(G)={V31(G),V32(G),V33(G),V34(G),V35(G)},其中V31(G)={AC1,AC2,…,ACn},AC1,AC2,…,ACn表示宿供應(yīng)商節(jié)點(如酒店)。旅游服務(wù)企業(yè)之間競爭與合作形成的各種關(guān)系表示為邊eijk,其中i表示始點的供應(yīng)商級別、j表示終點的供應(yīng)商級別、k表示排序后特定的上級供應(yīng)商與下級供應(yīng)商的組合,例如邊e30k表示宿供應(yīng)商AC1直接將產(chǎn)品和服務(wù)提供給旅游者。eijk構(gòu)成的邊集E(G)與節(jié)點集V(G)一起構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)G(V,E),顯示了旅游服務(wù)供應(yīng)鏈的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

,結(jié)合旅游服務(wù)業(yè)的特殊性,旅游服務(wù)供應(yīng)鏈復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的基本特點主要有：

(1) 有向網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)定旅游企業(yè)與其它節(jié)點之間的關(guān)系分別為供應(yīng)商(始點)或客戶(終點),構(gòu)成有序?qū)?形成有向網(wǎng)絡(luò)。例如,圖3(按照供應(yīng)鏈物流方向,圖3是一個特定的有向圖)中e321=,表示第一個宿供應(yīng)商AC1與第一個旅游運營商TO1之間的供應(yīng)關(guān)系,AC1為始點,TO1為終點。在有向圖D=中,E中以v為起始點的有向邊的個數(shù)稱為v的出度,記作d+(v);E中以v為終點的有向邊的個數(shù)稱為v的入度,記作d-(v)。出度與入度之和稱為v的度,記作d(v)。例如在圖3中,節(jié)點TO1的出度d+(TO1)為4,入度d-(TO1)為5,度d(TO1)為9。

(2) 節(jié)點增長服從隨機分布,但不同級別節(jié)點增長隨機分布規(guī)律不完全相同,呈現(xiàn)非對稱性。文獻(xiàn)［16］假設(shè)供應(yīng)鏈節(jié)點增長服從泊松分布P(λ),這改善了BA模型(無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型)均勻增長理論在供應(yīng)鏈應(yīng)用中的局限性。旅游服務(wù)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點增長有其特殊性,不同級別的節(jié)點增長規(guī)律不完全相同。例如,旅游資源節(jié)點數(shù)量受區(qū)域旅游資源的影響,長時間變化不大,相對處于靜態(tài);旅行社、餐飲企業(yè)等節(jié)點增長變化較快。

(3) 節(jié)點間是擇優(yōu)連接。旅游服務(wù)供應(yīng)鏈中新節(jié)點的增長機制為積累優(yōu)勢機制,表現(xiàn)出動態(tài)演化系統(tǒng)存在少數(shù)節(jié)點大量鏈接,而多數(shù)節(jié)點少量鏈接的無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)特征。在t時刻,當(dāng)一個新節(jié)點進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時,此節(jié)點具有m(m≤m0)條邊將選擇與網(wǎng)絡(luò)中已有的m個節(jié)點連通,這時,如果新節(jié)點是始點,則選擇終點vi的概率W依賴于節(jié)點vi的入度d-(vi),滿足

И

W(d-(vi))=d-(vi)∑jd-(vj)

(1)

И

如果新節(jié)點是終點,則選擇始點vi的概率W依賴于節(jié)點vi的出度d+(vi),滿足

И

W(d+(vi))=d+(vi)∑jd+(vj)

(2)

И

在圖3中,每一類供應(yīng)商中都可能存在入度和出度相對較大的節(jié)點,例如節(jié)點AC1、TR2、SEj、SHi、DI2、TO2和TAl。這些節(jié)點企業(yè)在品牌效應(yīng)、信譽和信息管理等方面擁有更多的優(yōu)勢,是新進(jìn)入的旅游企業(yè)優(yōu)先選擇的合作伙伴,體現(xiàn)了積累優(yōu)勢機制。

(4) 局域性

在實踐中,BA模型所表述的優(yōu)先連接機制不是對整個網(wǎng)絡(luò)都起作用,而只是在每個節(jié)點各自的局域世界里被遵守。于是Li和Chen等針對確定性和隨機性共存的具體機制提出的優(yōu)先連接法則只適用于局域世界網(wǎng)絡(luò)模型［37］。受區(qū)域旅游資源的影響,旅游服務(wù)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)具有顯著的局域特性。例如,旅游者出游時間和空間局限在一定范圍內(nèi)、旅游開發(fā)所形成的景區(qū)以及依傍旅游資源而建成的酒店不可移動等,使得區(qū)域內(nèi)旅游企業(yè)之間自然形成局域世界網(wǎng)絡(luò)。

3.2 旅游服務(wù)供應(yīng)鏈復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的未來研究方向

(1) 結(jié)合旅游服務(wù)供應(yīng)鏈復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特點構(gòu)建生長演化模型,深入分析旅游服務(wù)供應(yīng)鏈復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。如前所述,旅游服務(wù)供應(yīng)鏈在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究方面處于淺表研究階段,動力機制與生長演化機制的研究需要新的工具。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論為旅游服務(wù)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的研究提供了有效的途徑。未來應(yīng)當(dāng)加強實證研究,尋找旅游服務(wù)供應(yīng)鏈的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮卣?利用計算機建模,這是一項富有挑戰(zhàn)性的工作。

(2) 改進(jìn)現(xiàn)有旅游服務(wù)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)評價體系的不足,形成魯棒性和集成性的評價框架。旅游服務(wù)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)極易受不確定性因素影響,“脆弱性”較大,因此旅游服務(wù)供應(yīng)鏈評價研究僅僅關(guān)注供應(yīng)鏈的績效是不夠的。魯棒性和脆弱性是與協(xié)調(diào)性相關(guān)但視角不同的評價維度。未來的研究應(yīng)利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的分析框架,分析評價旅游服務(wù)供應(yīng)鏈的魯棒性、脆弱性等特征,結(jié)合旅游服務(wù)業(yè)特點確定評價方法。

(3) 比較和選擇現(xiàn)有復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的控制技術(shù),實現(xiàn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論和旅游服務(wù)行業(yè)實踐的對接。分析復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)中的反饋強制控制、脈沖控制、魯棒控制和擁塞控制方法在旅游服務(wù)供應(yīng)鏈中的應(yīng)用前景,分析各種不同的控制策略對旅游服務(wù)供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)可能產(chǎn)生的影響等,通過深入的分析研究找到適用于旅游服務(wù)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的控制策略或策略組合。

(4) 旅游服務(wù)供應(yīng)鏈復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究中尚有許多實踐中需要解決而研究不足的問題,例如旅游服務(wù)供應(yīng)鏈復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的競合關(guān)系及其模型研究,旅游服務(wù)供應(yīng)鏈融資問題研究等。在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論與旅游服務(wù)供應(yīng)鏈理論結(jié)合的基礎(chǔ)上,期待出現(xiàn)有效解決這些問題的思路。

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篇7

關(guān)鍵詞：純電動汽車；模糊PID；動力系統(tǒng)；自調(diào)節(jié)；目標(biāo)車速

中圖分類號：U461.2文獻(xiàn)標(biāo)文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文獻(xiàn)標(biāo)DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2014.05.09

Abstract：From the perspective of complete vehicle integrated control of longitudinal dynamics， a new control scheme of PEV speed hierarchical control system was proposed. The accelerator aperture was transformed into the corresponding hierarchical target speed， anda complete vehicle power system based on the vehicle speed feedback self-regulation using fuzzy PID control was designed. Then the system model was built and carried out in Matlab/Simulink. The results of simulation demonstrated that the system overcomes the disadvantages of repeated adjustment and complicated operation in traditional control systems， met the requirements of vehicle control under some typical electric vehicle driving conditions， and hence showed great relevance to applications.

Key words：PEV； fuzzy PID； power system； self-regulation； target speed

行駛的汽車是一個由駕駛員-汽車-環(huán)境構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)，駕駛員的操縱方式和汽車的行駛環(huán)境（外界路面環(huán)境、交通狀況等）決定了汽車的行駛狀態(tài)[1]。汽車縱向行駛過程中，駕駛員根據(jù)行駛環(huán)境的不同，使用感官采集汽車的行駛狀態(tài)信息，通過不斷地操作加速和制動踏板來實現(xiàn)對發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩和整車制動力的控制，進(jìn)而達(dá)到對整車車速的控制。因此，駕駛員的工作是一個不斷調(diào)節(jié)、反復(fù)修正的過程，相當(dāng)于一個智能反饋控制器，極易使駕駛員感到疲勞。

近年來，在增強汽車可操作性和降低駕駛疲勞方面，國內(nèi)外學(xué)者做了很多研究，就電動汽車動力系統(tǒng)控制而言，主要有：（1）電機驅(qū)動控制[2-6]，電機輸出特性優(yōu)化，尤其是線性化的力矩輸出特性和電機調(diào)速性能及抗擾動等方面的研究。（2）變速器換擋控制，包括換擋控制策略[7]和換擋機構(gòu)優(yōu)化及智能控制研究[8-9]。（3）整車傳動系控制，如整車控制策略[10-12]、匹配及協(xié)調(diào)控制的研究[13-14]等。這些研究都是在原動力控制模式基礎(chǔ)上進(jìn)行的優(yōu)化改進(jìn)，在一定程度上使整車性能有所提高，其意義重大，但是前述的問題仍然沒有從根本上得到解決。為此，本文提出了一種新型實用的純電動汽車速度分級調(diào)控系統(tǒng)，其核心思想是利用速度的分級控制以及電子系統(tǒng)的閉環(huán)反饋自調(diào)節(jié)，代替駕駛員完成部分加速踏板修正的操作，實現(xiàn)對車速的半智能控制。

1 驅(qū)動系統(tǒng)控制原理

1.1 純電動汽車控制原理

純電動汽車使用電動機代替內(nèi)燃機作為主要動力源，其控制系統(tǒng)框圖如圖1所示，取消了傳統(tǒng)汽車中的離合器結(jié)構(gòu)，通過改變?nèi)嗄孀兤鬏斎氲诫姍C中的電流，實現(xiàn)對電機輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，而電機輸出的動力經(jīng)機械連接的變速器、傳動機構(gòu)到輪胎直接驅(qū)動汽車行駛，其動力響應(yīng)相對傳統(tǒng)汽車更加快速、高效。

目前，純電動汽車動力控制策略依舊與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車控制策略保持一致，駕駛員通過操作加速踏板開度來調(diào)節(jié)動力源的轉(zhuǎn)矩輸出特性，從而實現(xiàn)對整車驅(qū)動行駛的控制；需要制動的時候，則通過制動踏板帶動制動回路，給車輪施加制動力矩，使車輛減速。這種整車控制策略使得在汽車縱向行駛的過程中，駕駛員必須不斷修正加速踏板，以保證汽車以一個良好的期望車速不斷行駛。駕駛員操作流程如圖2（a）所示，可以看出，駕駛員在行駛過程中操作繁瑣，需要反復(fù)調(diào)節(jié)加速和制動踏板，車輛控制效果不佳。

1.2 速度分級調(diào)控系統(tǒng)控制原理

本文提出的控制系統(tǒng)理想模型是通過加速踏板控制整車車速的單自由度車速控制系統(tǒng)模型。純電動汽車行駛時，首先檢測駕駛員輸入加速踏板的開度信號，通過速度分級表轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的定值目標(biāo)車速，同時檢測車輪的轉(zhuǎn)速，形成整車車速閉環(huán)反饋控制。利用一體化控制器對電機和變速器進(jìn)行耦合協(xié)調(diào)控制，協(xié)調(diào)電機和變速器轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速輸出并實現(xiàn)適時換擋，優(yōu)化系統(tǒng)的加速性能和動力輸出，最終達(dá)到電動汽車智能控速、平穩(wěn)行駛的狀態(tài)。改變加速踏板區(qū)間，加減速的過程自動實現(xiàn)，其響應(yīng)速度由路況、汽車動力性及控制算法共同決定。制動減速系統(tǒng)仍舊是機械動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，制動時切斷加速信號，其過程與傳統(tǒng)汽車一致。

該系統(tǒng)利用電子系統(tǒng)的閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)，代替汽車行駛過程中駕駛員的反復(fù)調(diào)節(jié)過程，在一定程度上簡化了系統(tǒng)控制模式。不同的踏板開度對應(yīng)相同的車速，隨著加速踏板開度變大，從一個區(qū)間進(jìn)入另一個區(qū)間，目標(biāo)車速增加，系統(tǒng)控制車速上升，這與駕駛員的駕駛感受和習(xí)慣都是一致的。其駕駛員操作流程如圖2（b）所示，避免了車速保持過程中的反復(fù)修正，大大簡化了駕駛員的操作，同時增強了電動汽車的可操作性和可靠性，降低系統(tǒng)能耗并提升道路行駛安全性。

2 速度分級調(diào)控系統(tǒng)實現(xiàn)方案

2.1 系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)

純電動汽車速度分級調(diào)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，角度傳感器9采集加速踏板4和制動踏板8開度信號輸入給一體化控制器5，一體化控制器通過矢量控制方法調(diào)節(jié)逆變器7輸入到永磁同步電機1的電壓矢量來調(diào)整電機的輸出特性，同時通過控制換擋機構(gòu)10的操作實現(xiàn)AMT11的適時自動換擋，取消了傳統(tǒng)汽車傳動系統(tǒng)中的離合器部件，電機輸出的力矩通過與之機械連接的變速器、傳動機構(gòu)3，最終傳遞至車輪2驅(qū)動整車行駛，通過車輪轉(zhuǎn)速傳感器6反饋的車輪轉(zhuǎn)速信號，實現(xiàn)整車車速的實時反饋。

2.2 系統(tǒng)目標(biāo)車速的制定

參照我國對于特殊路段限速的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)以及關(guān)于行車安全車速研究的相關(guān)文獻(xiàn)[15]，綜合考慮良好路況的車速控制誤差和駕駛員駕駛習(xí)慣等因素，人為制定了系統(tǒng)的目標(biāo)車速分級，見表1，共分為8個區(qū)間，汽車在達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)下以下列車速穩(wěn)定行駛。將加速踏板的開度百分比對應(yīng)的目標(biāo)車速固定化，作為整車分級調(diào)速的目標(biāo)車速，簡化了整車動力系統(tǒng)的控制和換擋策略的制定，增強了系統(tǒng)的抗干擾性。

2.3 系統(tǒng)控制方法

為了使車輛快速響應(yīng)目標(biāo)車速達(dá)到穩(wěn)態(tài)，并保持穩(wěn)定的行駛狀態(tài)，系統(tǒng)針對不同路況輸出的轉(zhuǎn)矩應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動調(diào)節(jié)，以達(dá)到驅(qū)動力與行駛阻力的平衡。永磁同步電機的輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)是系統(tǒng)控制的核心，它是對坐標(biāo)變換后產(chǎn)生磁通的勵磁電流id和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流iq進(jìn)行解耦和獨立調(diào)節(jié)，如圖4所示，在轉(zhuǎn)矩電流電流環(huán)的基礎(chǔ)上，加入速度反饋形成轉(zhuǎn)矩速度雙閉環(huán)控制。速度環(huán)采用增量式的模糊PID控制器調(diào)節(jié)，可以使速度環(huán)具有速度脈動率小、頻率響應(yīng)快、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點。

在速度環(huán)控制算法的選擇上，因為模糊控制可以引入專家經(jīng)驗，而且不需要知道動力系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型，在速度保持和加速踏板區(qū)間變化時可以分別調(diào)節(jié)、平滑過渡，具有較好的適應(yīng)性。單獨使用模糊控制不易消除達(dá)到目標(biāo)車速穩(wěn)態(tài)偏差，且對控制器運算性能要求較高，而PID算法簡單又可以較好地消除穩(wěn)態(tài)偏差，但動態(tài)性能不佳，因此綜合兩者的優(yōu)點，利用模糊控制實時修正PID參數(shù)，提高了系統(tǒng)的控制精度和魯棒性，具有良好的系統(tǒng)控制性能。

3 仿真結(jié)果與分析

本文設(shè)計的純電動汽車速度分級調(diào)控系統(tǒng)整體仿真模型如圖5所示，control模塊模擬仿真行駛工況負(fù)載和輸出駕駛員操作踏板開度，ECU模塊執(zhí)行查表獲得目標(biāo)車速及擋位控制，SVPWM模塊實現(xiàn)永磁同步電機的空間矢量控制，fuzzyPID模塊是針對不同路況制定的速度環(huán)和電流環(huán)反饋控制策略模塊，PMSM模塊包括永磁同步電機系統(tǒng)和信號輸出檢測兩部分，car模塊對應(yīng)汽車行駛系部分建模。根據(jù)汽車行駛時的各個不同工況，選擇control模塊的仿真工況，設(shè)置仿真時間為10 s，分別對起步、加速、上坡、制動減速4種工況分別進(jìn)行仿真。

仿真結(jié)果的整車車速和電機轉(zhuǎn)矩如圖6～9所示，由于電機的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速，采用純電動汽車速度分級調(diào)控系統(tǒng)，駕駛員通過簡單操作加速踏板，就能夠控制整車車速，實現(xiàn)對與區(qū)間相對應(yīng)的目標(biāo)車速的跟隨，達(dá)到車速的平穩(wěn)控制。

（1）起步過程，模擬駕駛員制動過程操作，加速踏板保持在第3區(qū)間，車輛平地起步，車速平穩(wěn)上升至目標(biāo)車速29 km/h，并保持。

（2）加速過程，加速踏板從在3 s時由第3區(qū)間階躍至第4區(qū)間，車速先保持，在3 s時逐漸由29 km/h上升到38 km/h。

（3）上坡過程，加速踏板保持在第2區(qū)間，車輛在2 s時駛上20°的斜長坡，車速小幅波動后穩(wěn)定在目標(biāo)車速20 km/h。

（4）制動過程，加速踏板先保持在第4區(qū)間，車輛行駛2 s后，間隔0.2 s后制動1.3 s，間隔0.2 s后，加速踏板最后保持在第2區(qū)間，車輛實現(xiàn)制動減速，車速由38 km/h迅速降至20 km/h并保持穩(wěn)定。

4 結(jié)論

（1）本文設(shè)計的純電動汽車速度分級調(diào)控系統(tǒng)形成了整車車速的反饋閉環(huán)自動調(diào)節(jié)，它采用速度分級控制的思想，通過踏板區(qū)間控制車速，使駕駛操作簡便、高效。

（2）起步過程平穩(wěn)快速，加速、上坡和制動減速3種典型工況下，整車車速都能在5 s內(nèi)恢復(fù)到目標(biāo)車速誤差±3%范圍內(nèi)，該系統(tǒng)滿足車輛的實際行駛需求，是一種合理可行的純電動汽車動力系統(tǒng)控制方案。

（3）速度分級調(diào)控系統(tǒng)集成模糊PID控制，充分發(fā)揮了矢量控制電機轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)能力，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)小于0.1 s，具有實用性。

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篇8

[關(guān)鍵詞]液力偶合器；調(diào)速控制；原理；傳動；模糊控制

中圖分類號：TG303 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）17-0195-01

液力偶合器作為通用液力傳動的元件，置于工作機以及動力機之間，可以傳遞兩者動力，從而保證主動軸同從動軸之間柔性連接，將主動軸轉(zhuǎn)矩等值傳遞到從動軸。液力偶合器有著結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)約能源以及性能可靠能方面的優(yōu)點，在冶金、船舶、發(fā)電、紡織以及化工等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

一、液力偶合器調(diào)速控制的原理

液力偶合器的主要構(gòu)件有泵輪、渦輪以及殼體，其中殼體通過螺栓同泵輪之間實現(xiàn)固定連接，作用在于避免工作液體的外溢，泵輪同動力機連接，渦輪則同負(fù)載鏈接，泵輪以及渦輪都有徑向葉片[1]，同時泵輪以及渦輪葉片間凹腔形成圓環(huán)狀的工作腔，在腔內(nèi)填充液體從而傳遞動力，可以說液力偶合器通過液體的運動實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，動力機帶動泵輪轉(zhuǎn)動的過程當(dāng)中，工作腔內(nèi)部工作液體受離心力以及工作葉片作用，從小半徑的泵輪入口加速拋向大半徑泵輪出口，其中液體動量矩不斷上升，泵輪則將動力機的機械能轉(zhuǎn)化為液體動能，并且泵輪拋出工作液可以沖擊渦輪葉片，從而帶動渦輪以及泵輪的同向運動，最終實現(xiàn)渦輪負(fù)載做功，將液體動能轉(zhuǎn)化成為機械能，而實現(xiàn)動能轉(zhuǎn)化之后液體繼續(xù)流回泵輪，進(jìn)行后續(xù)的循環(huán)，這樣一來就能夠不用機械連接而傳遞能量[2]。

在液力偶合器的調(diào)速原理方面，調(diào)速型的液力偶合器在保持輸入轉(zhuǎn)速前提下，改變工作腔內(nèi)部的充油量，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速的效果，工作腔的進(jìn)出口流量相等的時候，液力偶合器的工作腔保持充液量恒定不變，要想調(diào)節(jié)工作腔充液量，就需要避免工作腔進(jìn)出口流量相等[3]。按照調(diào)節(jié)充液量不同的方式，液力偶合器的調(diào)速類型有以下三種。第一種是進(jìn)口調(diào)節(jié)式，該類型的調(diào)速偶合器通過操縱勺管來調(diào)節(jié)流道工作油量，同時能夠進(jìn)一步分成固定導(dǎo)管閥式、噴嘴導(dǎo)控式以及固定導(dǎo)管泵控式等。第二種是出口調(diào)節(jié)式，該類型的調(diào)速偶合器運轉(zhuǎn)過程當(dāng)中流道進(jìn)油量保持恒定不變，而是用移動流道的排油勺管確定流道當(dāng)中的充油量，同時根據(jù)勺管移動的不同方式能夠分成伸縮式勺管以及回轉(zhuǎn)式勺管[4]。第三種是復(fù)合調(diào)節(jié)式，該調(diào)速偶合器運轉(zhuǎn)過程當(dāng)中一方面使用排油勺管的位移實現(xiàn)調(diào)速，另一方面還利用控制閥以及冷油循環(huán)門來控制偶合器流道進(jìn)油。調(diào)速偶合器目前廣泛應(yīng)用在工作機需要進(jìn)行無級調(diào)速的環(huán)境，例如離心式水泵以及風(fēng)機配合，能夠在調(diào)速的過程當(dāng)中大量地節(jié)約電能。

液力偶合器進(jìn)行調(diào)速的節(jié)能原理方面，主要是通過改變轉(zhuǎn)速從而改變特性曲線來調(diào)節(jié)流量，根據(jù)離心風(fēng)機水泵工作的原理，其流量同轉(zhuǎn)速一次方是成正比的，壓力同轉(zhuǎn)速平方成正比，同時軸功率同轉(zhuǎn)速三次方成正比，因此在降低轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量的時候，軸功率根據(jù)轉(zhuǎn)速三次方的比例而大幅下降，在流量以及轉(zhuǎn)速下降1/2的時候，根據(jù)理論計算可以得出軸功率會下降為原值1/8，因此有著顯著的節(jié)能效果[5]。

二、液力偶合器調(diào)速控制系統(tǒng)的應(yīng)用

液力偶合器調(diào)控控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于工作機屬于葉片機械傳動系統(tǒng)當(dāng)中，有著比較理想的調(diào)速節(jié)能效果。這里的調(diào)速節(jié)能指的是調(diào)節(jié)流量或者間歇運行的那些風(fēng)機水泵，通過液力偶合器實現(xiàn)調(diào)速，從而替代耗能落后的節(jié)流調(diào)節(jié)，可以節(jié)約大量的能源。除此之外，液力偶合器調(diào)速系統(tǒng)在煉鋼轉(zhuǎn)爐風(fēng)機、管道輸油泵以及熱電鍋爐的給水泵方面的應(yīng)用同樣有著顯著的節(jié)能效果，并且在大功率的水泵以及風(fēng)機調(diào)速控制方面，液力偶合器調(diào)速控制系統(tǒng)因為性價比突出的特點，應(yīng)用日趨廣泛。

在液力偶合器調(diào)速系統(tǒng)的控制方面，大部分使用PID控制，這一方法有著簡單實用并且精度高的優(yōu)點，不過PID控制對于模型有著比較強的依賴性，同時收到控制系統(tǒng)時變性以及非線性的影響比較明顯，液力偶合器的內(nèi)部流動狀態(tài)非常復(fù)雜，同時在工作的過程當(dāng)中，不同的工況以及工作環(huán)境之下，不同壽命周期的模型在參數(shù)方面會存在較大的區(qū)別[6]，所以建立數(shù)學(xué)模型的過程中往往存在一定的困難，因此單一PID的控制無法很好實現(xiàn)液力偶合器的調(diào)速系統(tǒng)控制，模糊控制則是近年來逐漸發(fā)展流行的新型控制器，通過使用模糊理論以及模糊運算來實現(xiàn)系統(tǒng)控制，在液力偶合器調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用有著以下方面的優(yōu)點。第一是模糊控制基于規(guī)則控制，同時根據(jù)操作人員經(jīng)驗或者是專家知識而建立控制規(guī)則，并不要求建立精確數(shù)學(xué)模型，因而設(shè)計簡單并且便于應(yīng)用。第二是從工業(yè)過程定性角度出發(fā)，更加容易制定語言控制的規(guī)則，模糊控制對數(shù)學(xué)模型無法獲取的動態(tài)特性更加適用。第三是模型控制的算法以及系統(tǒng)設(shè)計的方法，因為出發(fā)點以及性能指標(biāo)的區(qū)別而容易出現(xiàn)較大區(qū)別，語言控制的規(guī)則更加獨立性，通過這些控制的規(guī)則實現(xiàn)模糊連接，可以實現(xiàn)優(yōu)于常規(guī)控制的效果。第四是模糊控制基于啟發(fā)性知識以及語言決策的規(guī)則而設(shè)計，能夠模擬人工控制方法，提高控制系統(tǒng)適應(yīng)的能力，有著一定程度的智能性。第五是模糊控制系統(tǒng)魯棒性好，干擾以及參數(shù)變化對于控制效果帶來的影響較小，適合非線性以及純滯后系統(tǒng)控制。不過模糊控制有著控制精度不高以及穩(wěn)態(tài)誤差等方面的缺點，因此研究人員提出模糊-PID控制的方法，在液力偶合器的調(diào)速控制系統(tǒng)當(dāng)中逐漸得到應(yīng)用。

液力偶合器調(diào)控控制系統(tǒng)的應(yīng)用呈現(xiàn)出下列發(fā)展趨勢。液力偶合器作為傳動裝置使用的時候，主要研究原始特性以及外特性等，還包括同原動機以及負(fù)載機械之間匹配的關(guān)系，機變是研究其調(diào)節(jié)的特性，只是涉及靜態(tài)調(diào)節(jié)，不過作為液力傳控當(dāng)中的傳動控制單元，需要進(jìn)一步研究動態(tài)特性。此外，目前的液力偶合器調(diào)速控制系統(tǒng)主要使用PID控制技術(shù)，在系統(tǒng)控制效果方面不夠理想，因此需要進(jìn)一步研究新型控制方法改善液力偶合器的調(diào)速控制效果，最終實現(xiàn)自動調(diào)速控制，尤其是伴隨計算機技術(shù)的發(fā)展，可以考慮使用計算機動態(tài)仿真控制液力偶合器的調(diào)速控制系統(tǒng)，從而省去大量實驗并減少工作量。

綜上所述，偶合器調(diào)速可以說是節(jié)電的一種重要手段。在性能、性能、價格、應(yīng)用條件以及操作經(jīng)驗方面的差異，使得不同調(diào)速裝置都有著巨大的應(yīng)用前景，在調(diào)速方式選擇的過程中應(yīng)當(dāng)因地制宜并且講求實效。液力偶合器調(diào)速控制系統(tǒng)運行簡單，同時使用維護(hù)簡便，有著見效快、投資少以及節(jié)能效益明顯的特點，因此應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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篇9

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；自動化；新技術(shù)

中圖分類號：F407.61

隨著計算機技術(shù)，控制技術(shù)及信息技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)自動化面臨著空前的變革。多媒體技術(shù)、智能控制將迅速進(jìn)入電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域，而信息技術(shù)的發(fā)展，不僅會推動電力系統(tǒng)監(jiān)測的發(fā)展，也會推動電力系統(tǒng)控制向更高水平發(fā)展。

1我國目前電力系統(tǒng)及其自動化的研究方向

1.1智能保護(hù)與變電站綜合自動化

目前我國科學(xué)工作者將國內(nèi)外最新的人工智能、模糊理論、綜合自動控制理論、自適應(yīng)理論、網(wǎng)絡(luò)通信、微機新技術(shù)等理論應(yīng)用于新型繼電保護(hù)裝置中，使得新型繼電保護(hù)裝置具有智能控制等特點，大大提高了電力系統(tǒng)的安全水平。對變電站自動化系統(tǒng)進(jìn)行了多年研究，研制的分層分布式變電站綜合自動化裝置能夠適用于35～500kV各種電壓等級變電站。微機保護(hù)領(lǐng)域的研究處于國際領(lǐng)先水平，變電站綜合自動化領(lǐng)域的研究也已達(dá)到國際先進(jìn)水平。

1.2電力市場理論與技術(shù)

基于我國目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、電力市場發(fā)展的需要和電力工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的具體情況，我國電力研究專家們認(rèn)真研究了電力市場的運營模式，深入探討并明確了運營流程中各步驟的具體規(guī)則，提出了適合我國現(xiàn)階段電力市場運營模式的期貨交易、轉(zhuǎn)運服務(wù)等模塊的具體數(shù)學(xué)模型和算法。

1.3電力系統(tǒng)實時仿真系統(tǒng)

研究人員還對電力負(fù)荷動態(tài)特性監(jiān)測、電力系統(tǒng)實時仿真建模等方面進(jìn)行了研究，引進(jìn)了加拿大teqsim公司生產(chǎn)的電力系統(tǒng)數(shù)字模擬實時仿真系統(tǒng)，建成了全國高校第一家具備混合實時仿真環(huán)境的實驗室。該仿真系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行多種電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)實驗，提供大量實驗數(shù)據(jù)，并可和多種控制裝置構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，協(xié)助科研人員進(jìn)行新裝置的測試，從而為研究智能保護(hù)及靈活輸電系統(tǒng)的控制策略提供一流的實驗條件。

1.4電力系統(tǒng)運行人員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)

電力系統(tǒng)運行人員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)是針對我國電力企業(yè)職工崗位培訓(xùn)的迫切要求，將計算機、網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)的最新成果和傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)分析理論相結(jié)合，利用專家系統(tǒng)、智能CAI機輔助教學(xué)）理論，進(jìn)行電力系統(tǒng)知識教學(xué)、培訓(xùn)的一種強有力手段。本系統(tǒng)設(shè)計新穎，并合理配置軟件資源分布，教、學(xué)員臺在軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上耦合性很少，且系統(tǒng)硬件擴充簡單方便，因此在學(xué)員臺理論上可無限擴充。

1.5配電網(wǎng)自動化

配電自動化是一個龐大復(fù)雜的、綜合性很高的系統(tǒng)性工程，包含電力企業(yè)中與配電系統(tǒng)有關(guān)的全部功能數(shù)據(jù)流和控制。從保證對用戶的供電質(zhì)量，提高服務(wù)水平，減少運行費用的觀點來看，配電自動化是一個統(tǒng)一的整體。

1.6電力系統(tǒng)分析與控制

這一方向?qū)υ诰€測量技術(shù)、實時相角測量、電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制理論與技術(shù)、小電流接地選線方法、電力系統(tǒng)振蕩機理及抑制方法、發(fā)電機跟蹤同期技術(shù)、非線性勵磁和調(diào)速控制、潮流計算的收斂性、電力負(fù)荷預(yù)測方法、電網(wǎng)調(diào)度自動化仿真、基于柔性數(shù)據(jù)收集與監(jiān)控的電網(wǎng)故障診斷和恢復(fù)控制策略、電網(wǎng)故障診斷理論與技術(shù)等方面進(jìn)行了研究。同時對非線性理論、軟計算理論和小波理論在電力系統(tǒng)應(yīng)用方面，以及在電力市場條件下電力系統(tǒng)分析與控制的新理論、新模型、新算法和新的實現(xiàn)手段進(jìn)行了研究。

1.7人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

結(jié)合電力工業(yè)發(fā)展的需要，我國開展了將專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯以及進(jìn)化理論應(yīng)用到電力系統(tǒng)及其元件的運行分析、警報處理、故障診斷、規(guī)劃設(shè)計等方面的實用研究。在上述實用軟件研究的基礎(chǔ)上開展了電力系統(tǒng)智能控制理論與應(yīng)用的研究，以提高電力系統(tǒng)的運行與控制的智能化水平。

1.8現(xiàn)代電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前我國開展了電力電子裝置控制理論和控制算法、各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的行為和作用、靈活交流輸電系統(tǒng)、直流輸電的微機控制技術(shù)、動態(tài)無功補償技術(shù)、有源電力濾波技術(shù)、大容量交流電機變頻調(diào)速技術(shù)和新型儲能技術(shù)等方面的研究。

1.9電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)

通過將傳感器技術(shù)、光纖技術(shù)、計算機技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)以及模式識別技術(shù)等結(jié)合起來，針對電氣設(shè)備絕緣監(jiān)測方法和故障診斷的機理進(jìn)行了詳細(xì)的基礎(chǔ)研究，開發(fā)了發(fā)電機、變壓器、開關(guān)設(shè)備、電容型設(shè)備和直流系統(tǒng)等主要電氣設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)，全面提高電氣設(shè)備和電力系統(tǒng)的安全運行水平。

2電力系統(tǒng)自動化新技術(shù)

2.1電力系統(tǒng)的智能控制

電力系統(tǒng)的控制研究與應(yīng)用在過去的40多年中大體上可分為三個階段：基于傳遞函數(shù)的單輸入、單輸出控制階段；線性最優(yōu)控制、非線性控制及多機系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制階段；智能控制階段。電力系統(tǒng)控制面臨的主要技術(shù)困難有： 1）電力系統(tǒng)是一個具有強非線性的、變參數(shù)（包含多種隨機和不確定因素的、多種運行方式和故障方式并存）的動態(tài)大系統(tǒng)。2）具有多目標(biāo)尋優(yōu)和在多種運行方式及故障方式下的魯棒性要求。3）不僅需要本地不同控制器間協(xié)調(diào)，也需要異地不同控制器間協(xié)調(diào)控制。

智能控制是當(dāng)今控制理論發(fā)展的新的階段，主要用來解決那些用傳統(tǒng)方法難以解決的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題；特別適于那些具有模型不確定性、具有強非線性、要求高度適應(yīng)性的復(fù)雜系統(tǒng)。

2.2 FACTS和DFACTS

1）FACTS概念的提出

所謂“柔流輸電系統(tǒng)”技術(shù)又稱“靈活交流輸電系統(tǒng)”技術(shù)簡稱FACTS。這是一種將電力電子技術(shù)、微機處理技術(shù)、控制技術(shù)等高新技術(shù)應(yīng)用于高壓輸電系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)可靠性、可控性、運行性能和電能質(zhì)量，并可獲取大量節(jié)電效益的新型綜合技術(shù)。

2） FACTS的核心裝置之一ASVC的研究現(xiàn)狀

各種FACTS裝置的共同特點是：基于大功率電力電子器件的快速開關(guān)作用和所組成逆變器的逆變作用。ASVC是包含了FACTS裝置的各種核心技術(shù)且結(jié)構(gòu)比較簡單的一種新型靜止無功發(fā)生器。

ASVC由二相逆變器和并聯(lián)電容器構(gòu)成，其輸出的三相交流電壓與所接電網(wǎng)的三相電壓同步。它不僅可校正穩(wěn)態(tài)運行電壓，而且可以在故障后的恢復(fù)期間穩(wěn)定電壓，因此對電網(wǎng)電壓的控制能力很強。與旋轉(zhuǎn)同步調(diào)相機相比，ASVC的調(diào)節(jié)范圍大，反應(yīng)速度快，不會發(fā)生響應(yīng)遲緩，沒有轉(zhuǎn)動設(shè)備的機械慣性、機械損耗和旋轉(zhuǎn)噪聲，并且因為ASVC是一種固態(tài)裝置，所以能響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中的暫態(tài)也能響應(yīng)穩(wěn)態(tài)變化，因此其控制能力大大優(yōu)于同步調(diào)相機。

3） DFACTS的研究態(tài)勢

DFACTS是指應(yīng)用于配電系統(tǒng)中的靈活交流技術(shù)，它是Hingorani于1988年針對配電網(wǎng)中供電質(zhì)量提出的新概念。其主要內(nèi)容是：對供電質(zhì)量的各種問題采用綜合的解決辦法，在配電網(wǎng)和大量商業(yè)用戶的供電端使用新型電力電子控制器。

2.3基于GPS統(tǒng)一時鐘的新一代EMS和動態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)

2.3.1基于GPS統(tǒng)一時鐘的新一代EMS

目前應(yīng)用的電力系統(tǒng)監(jiān)測手段主要有側(cè)重于記錄電磁暫態(tài)過程的各種故障錄波儀和側(cè)重于系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行情況的監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)。前者記錄數(shù)據(jù)冗余，記錄時間較短，不同記錄儀之間缺乏通信，使得對于系統(tǒng)整體動態(tài)特性分析困難；后者數(shù)據(jù)刷新間隔較長，只能用于分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性。兩者還具有一個共同的不足，即不同地點之間缺乏準(zhǔn)確的共同時間標(biāo)記，記錄數(shù)據(jù)只是局部有效，難以用于對全系統(tǒng)動態(tài)行為的分析。

2.3.2基于GPS的新一代動態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)

基于GPS的新一代動態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)，是新動態(tài)安全監(jiān)測系統(tǒng)與原有SCADA的結(jié)合。電力系統(tǒng)新一代動態(tài)安全監(jiān)測系統(tǒng)，主要由同步定時系統(tǒng)，動態(tài)相量測量系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和中央信號處理機四部分組成。采用GPS實現(xiàn)的同步相量測量技術(shù)和光纖通信技術(shù)，為相量控制提供了實現(xiàn)的條件。GPS技術(shù)與相量測量技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物PMU（相量測量單元）設(shè)備，正逐步取代RTU設(shè)備實現(xiàn)電壓、電流相量測量（相角和幅值）。