机电系统论文十篇

机电系统论文篇1

电力系统可靠性是指电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向电力用户供应电力和电能量的能力的量度。研究发电可靠性的主要目标是确定电力系统为保证有充足的电力供应所需的发电设备容量。其分析方法有确定性的和概率性的2种,国内目前通常采用的是确定性方法,而概率性方法能较好地综合各种因素的影响,其评估技术在国际上已经成熟。现阶段,我国发电系统可靠性指标标准还没有统一的规定,处于一种研究探索阶段。本文结合湖北电网“十一五”规划,对其发电可靠性进行评估和分析。

1可靠性指标计算

预计2010年湖北省统调最大负荷为18200MW,用电量为93TW•h;统调主要电源装机容量为20222.7MW(不含三峡电站和恩施州)。可靠性指标计算结果如下:2010年湖北电力系统电力不足期望值HLOLE为33.61h/a,电量不足期望值EENS为26332.8MW•h/a。

2敏感性分析

为分析各相关因素对发电可靠性指标的影响程度,特从以下几方面进行敏感性分析计算。

2.1负荷变化在其它各条件不变的情况下,最大负荷上下浮动,2010年湖北电力系统HLOLE值与负荷大小关系见图1所示。图1负荷敏感性分析图由图1可见,负荷变化对发电可靠性指标有着明显的作用,当最大负荷从推荐水平的120%减少时,HLOLE迅速降低,若负荷达到推荐负荷的105%,则HLOLE增加至基准负荷水平时的1.83倍;若负荷未达到推荐负荷水平(95%),则HLOLE仅为基准值的56.9%,HLOLE随负荷变化趋势减缓。由上可知,当负荷越处于高水平时,其变化对HLOLE的影响越大。由于负荷发展水平受多方面因素的影响,负荷预测不可能与实际一致。随着社会的发展,负荷越来越高,其较小的变化相对值,也会导致较大的绝对值变化,而且电源建设存在一定的周期。因此,更应重视负荷的中长期预测,使之更接近实际水平,另一方面也说明在电源规划中应确定合理的HLOLE的取值范围,使之具有一定的适应能力。

2.2电源装机由于电源建设项目受各方面因素影响较多,特别是在电力市场改革正在进行的今天,电源项目的投产期存在更多的不确定性。减少电源装机对HLOLE有一定的影响,但略低于负荷变化的影响;而增加电源装机对降低HLOLE的影响幅度小于因减少电源装机导致电力不足期望值增加的幅度,即系统装机容量越少,其变化对HLOLE的影响越大。从这一点也说明确定电力不足期望值的合理范围的重要性。

2.3等效可用系数通过提高现有机组的等效可用系数,相当于增加系统的可用容量,经济性方面优于新增机组方案。2005年湖北省火电机组的等效可用系数为91.90%,还具备一定的提高潜力。通过机组等效可用系数的浮动计算可知,随着等效可用系数的提高,HLOLE不断下降,在基准值上,可用系数平均降低4个百分点,相当于减少600MW的装机容量,而增加1个百分点,其效果接近于增加300MW的装机容量。因此加强技术水平和提高管理水平,提高机组的等效可用系数,在同样装机容量下,能有效地提高发电可靠性指标。

2.4强迫停运率2005年湖北省属机组等效强迫停运率为2.18%。由于各机组的强迫停运率本身不高,因此其变化时对可靠性指标的影响相对要小些。机组强迫停运率在基准值基础上,上下浮动30%对HLOLE的影响并不大,仅相差10%左右。即使机组强迫停运率增加一倍,对HLOLE的影响界于减少一台300MW机组和减少一台600MW机组之间;机组强迫停运率为零时,效果相当于增加一台300MW机组和增加一台600MW机组之间。

2.5电源结构湖北电力系统一个重要特点就是水电比重大,截止2005年底,湖北电力系统统调水电装机比重高达65.8%,随着三峡电站的建设投产以及水布垭等水电的开发建设,湖北电力系统水电比重仍将维持较高的比重。下面通过拟定不同的电源结构方案,其可靠性指标计算结果见表1。由表2可见,不同的电源构成对电力不足期望值HLOLE有影响,一般来看,相同装机容量下,火电装机容量比重高的系统其HLOLE要低一些,主要是因为水电存在受阻容量。从逐月计算结果看,火电装机容量比重高的系统枯水期HLOLE明显低于火电装机容量比重少的系统,主要是因为水电枯水期空闲容量的增加,使其可用装机减少。水火电的替代容量在0.875左右。当然,水电出力受各方面因素影响较多,计算结果与各个水电站有关,也与水电站的设计保证率有关。

2.6火电机组检修湖北电力系统水电机组检修一般安排在枯水季节,不影响电站出力。通过缩短火电机组的检修时间,可提高发电可靠性指标。火电机组检修周期提高30%,其效果相当于减少系统一台300MW的装机;而降低30%,其效果界于增加系统一台300MW和600MW的装机之间。

2.7与电力电量平衡程序计算结果对照现阶段,电源规划软件常用的是华中科技大学编制的《联合电力系统运行模拟软件(WHPS2000)》,因此,特对该软件计算结果与发电可靠性计算指标进行对照。注:表中备用系数不包含机组检修备用。由表2可见,随着备用系数的取值不断下降,发电可靠性指标不断增大,也就表明系统的发电可靠性变差,基本上是备用系数降低0.01,发电装机可减少200MW,发电可靠性指标增加10%左右。由上述各计算结果可见,负荷水平和装机容量的变化对可靠性指标影响最大。从电源构成看,相同装机容量下,水电比重大的系统其可靠性要差些,2010年湖北省的水电替代容量在0.875左右,从这方面看,水电比重大的区域备用系数应高一些;从机组本身看,提高其等效可用系数比降低机组的强迫停运率的效果明显;另外,在可靠性指标计算中,检修是根据等备用原则安排,实际生产中,合理安排检修计划,提高机组的计划检修水平,逐步开展状态检修方法,也是提高发电可靠性的措施之一。

3技术经济综合比较

任何可靠性水平总是与经济性密切相关,当电力系统越来越复杂、电力用户对供电质量的要求不断提高时,就需要用科学的可靠性理论来进行定量的研究。我国作为一个发展中国家,受到多种因素包括经济以及政治、社会因素的影响,一般认为可靠性指标的取值宜在1～2d/a之间。

3.1停电损失与装机成本计算与发电可靠性有关的指标是由电能价格来维持的,发电可靠性并非越高越好,需综合考虑投资、停电损失及用户的电价承受能力。发电可靠性成本就是电源建设的投资成本以及运行成本,而可靠性效益计算却比较难,在进行成本-效益析时,一般将可靠性效益计算转化为对用户的缺电成本计算。缺电成本计算与国民经济发展状况、国情、电力系统发展水平等多种因素有关,目前采用的有以下几种简单的估算方法。(1)按GDP计算,即按每缺1kW•h电量而减少的国民生产总值计算平均缺电成本。(2)按电价倍数计算,根据对各类用户进行缺电损失的调查和分析,用平均电价的倍数来估算缺电成本。如英国、法国、瑞典等。(3)按缺电功率、缺电量、缺电持续时间及缺电频率计算,如美国等。以下分析仅考虑上述第一和第二种方法。2005年湖北省每kW•h电量对应的GDP为9.62元,预计2010年停电损失费可达到12.3～15.5元/(kW•h);另一方面,目前,湖北省综合电价水平在0.4元/(kW•h)左右,按50倍电价水平计算得到停电损失费用约为20元/(kW•h)。根据国产2×600MW机组的造价水平,折算到每年的发电成本约为900元/kW•a-1。据此,我们可以算出装机变化成本与停电损失费用,进行成本-效益分析。由表3可见,当停电损失费用取15元/(kW•h),装机成本始终超过停电损失;当停电损失费用取20元/(kW•h),按成本-效益分析,可减少装机容量在1800～2400MW之间;当停电损失费用取25元/(kW•h),可减少装机容量在1200～1800MW之间;当停电损失费用取30元/(kW•h),可减少装机容量在600～900MW之间;当停电损失费用取40元/(kW•h),可减少装机容量在0～300MW之间。超级秘书网

4结论和建议

本文结合湖北电网的“十一五”规划进行可靠性指标的计算以及敏感性分析,对电源装机成本与效益进行了分析,主要有如下结论。

(1)“十一五”期间,湖北省的电源装机进度与负荷水平是相适应的。

机电系统论文篇2

[关键词]数控系统伺服电机直接驱动

近年来，伺服电机控制技术正朝着交流化、数字化、智能化三个方向发展。作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。本文对其技术现状及发展趋势作简要探讨。

一、数控机床伺服系统

（一）开环伺服系统。开环伺服系统不设检测反馈装置，不构成运动反馈控制回路，电动机按数控装置发出的指令脉冲工作，对运动误差没有检测反馈和处理修正过程，采用步进电机作为驱动器件，机床的位置精度完全取决于步进电动机的步距角精度和机械部分的传动精度，难以达到比较高精度要求。步进电动机的转速不可能很高，运动部件的速度受到限制。但步进电机结构简单、可靠性高、成本低，且其控制电路也简单。所以开环控制系统多用于精度和速度要求不高的经济型数控机床。

（二）全闭环伺服系统。闭环伺服系统主要由比较环节、伺服驱动放大器，进给伺服电动机、机械传动装置和直线位移测量装置组成。对机床运动部件的移动量具有检测与反馈修正功能，采用直流伺服电动机或交流伺服电动机作为驱动部件。可以采用直接安装在工作台的光栅或感应同步器作为位置检测器件，来构成高精度的全闭环位置控制系统。系统的直线位移检测器安装在移动部件上，其精度主要取决于位移检测装置的精度和灵敏度，其产生的加工精度比较高。但机械传动装置的刚度、摩擦阻尼特性、反向间隙等各种非线性因素，对系统稳定性有很大影响，使闭环进给伺服系统安装调试比较复杂。因此只是用在高精度和大型数控机床上。

（三）半闭环伺服系统。半闭环伺服系统的工作原理与全闭环伺服系统相同，同样采用伺服电动机作为驱动部件，可以采用内装于电机内的脉冲编码器，无刷旋转变压器或测速发电机作为位置/速度检测器件来构成半闭环位置控制系统，其系统的反馈信号取自电机轴或丝杆上，进给系统中的机械传动装置处于反馈回路之外，其刚度等非线性因素对系统稳定性没有影响，安装调试比较方便。机床的定位精度与机械传动装置的精度有关，而数控装置都有螺距误差补偿和间隙补偿等项功能，在传动装置精度不太高的情况下，可以利用补偿功能将加工精度提高到满意的程度。故半闭环伺服系统在数控机床中应用很广。

二、伺服电机控制性能优越

（一）低频特性好。步进电机易出现低速时低频振动现象。交流伺服电机不会出现此现象，运转非常平稳，交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能，可检测出机械的共振点，便于系统调整。

（二）控制精度高。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。例如松下全数字式交流伺服电机，对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。

（三）过载能力强。步进电机不具有过载能力，为了克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩，选型时需要选取额定转矩比负载转矩大很多的电机，造成了力矩浪费的现象。而交流伺服电机具有较强的过载能力，例如松下交流伺服系统中的伺服电机的最大转矩达到额定转矩的三倍，可用于克服启动瞬间的惯性力矩。

（四）速度响应快。步进电机从静止加速到额定转速需要200～400毫秒。交流伺服系统的速度响应较快，例如松下MSMA400W交流伺服电机，从静止加速到其额定转速仅需几毫秒。

（五）矩频特性佳。步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时转矩会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩。三、伺服电机控制展望

（一）伺服电机控制技术的发展推动加工技术的高速高精化。80年代以来，数控系统逐渐应用伺服电机作为驱动器件。交流伺服电机内是无刷结构，几乎不需维修，体积相对较小，有利于转速和功率的提高。目前交流伺服系统已在很大范围内取代了直流伺服系统。在当代数控系统中，交流伺服取代直流伺服、软件控制取代硬件控制成为了伺服技术的发展趋势。由此产生了应用在数控机床的伺服进给和主轴装置上的交流数字驱动系统。随着微处理器和全数字化交流伺服系统的发展，数控系统的计算速度大大提高，采样时间大大减少。硬件伺服控制变为软件伺服控制后，大大地提高了伺服系统的性能。例如OSP-U10/U100网络式数控系统的伺服控制环就是一种高性能的伺服控制网，它对进行自律控制的各个伺服装置和部件实现了分散配置，网络连接，进一步发挥了它对机床的控制能力和通信速度。这些技术的发展，使伺服系统性能改善、可靠性提高、调试方便、柔性增强，大大推动了高精高速加工技术的发展。

另外，先进传感器检测技术的发展也极大地提高了交流电动机调速系统的动态响应性能和定位精度。交流伺服电机调速系统一般选用无刷旋转变压器、混合型的光电编码器和绝对值编码器作为位置、速度传感器，其传感器具有小于1μs的响应时间。伺服电动机本身也在向高速方向发展，与上述高速编码器配合实现了60m/min甚至100m/min的快速进给和1g的加速度。为保证高速时电动机旋转更加平滑，改进了电动机的磁路设计，并配合高速数字伺服软件，可保证电动机即使在小于1μm转动时也显得平滑而无爬行。

（二）交流直线伺服电机直接驱动进给技术已趋成熟。数控机床的进给驱动有“旋转伺服电机＋精密高速滚珠丝杠”和“直线电机直接驱动”两种类型。传统的滚珠丝杠工艺成熟加工精度较高，实现高速化的成本相对较低，所以目前应用广泛。使用滚，珠丝杠驱动的高速加工机床最大移动速度90m/min，加速度1.5g。但滚珠丝杠是机械传动，机械元件间存在弹性变形、摩擦和反向间隙，相应会造成运动滞后和非线性误差，所以再进一步提高滚珠丝杠副移动速度和加速度比较难了。90年代以来，高速高精的大型加工机床中，应用直线电机直接驱动进给驱动方式。它比滚珠丝杠驱动具有刚度更高、速度范围更宽、加速特性更好、运动惯量更小、动态响应性能更佳，运行更平稳、位置精度更高等优点。且直线电机直接驱动，不需中间机械传动，减小了机械磨损与传动误差，减少了维护工作。直线电机直接驱动与滚珠丝杠传动相比，其速度提高30倍，加速度提高10倍，最大达10g，刚度提高7倍，最高响应频率达100Hz，还有较大的发展余地。当前，在高速高精加工机床领域中，两种驱动方式还会并存相当长一段时间，但从发展趋势来看，直线电机驱动所占的比重会愈来愈大。种种迹象表明，直线电机驱动在高速高精加工机床上的应用已进入加速增长期。

参考文献：

[1]《交流伺服电机控制技术的研究》，中国测试技术，郑列勤，2006.5.

机电系统论文篇3

作为控制核心的PLC，其主要是以工业监视、控制软件、监测作为用户的界面，从而在主控站实现以下一系列联锁功能：主斜井皮带机和地面生产系统以及井下给煤机间设有连锁功能，同时遵循“逆煤流起车、顺煤流停车”的原则，同时还能够于故障情况下进行紧急停车；具有单机、手动、集控检修等不同的工作方式；液力耦合器与电控装置、变频器、CST、电软起动装置及液体传动装置相配合，可以有效控制胶带输送机的速度，并达到皮带机软停车及软启动的效果。加、减、起、停速度范围需控制在a≤0.30m/s2，从而满足其平稳起动和重载起动的要求，使多台电机的功率维持平衡；上位机的显示功能：将煤流量、胶带速度、跑偏、电流、堆煤、烟雾、温度等故障信息通过屏幕显示出，同时使用自动故障提示及语音报警；于分站PLC上自动警报及中文提示，且分站信息能够显示于上位机；组网功能：与工业以太网和全矿井的监测系统予以联网，从而达到数据远传、远程监视的功能。胶带的输送设备信号系统有起动预告与开车闭锁的声光警报信号；生产系统、胶带沿线及控制室间的联络信号；事故停车及事故预报的声光警报信号。此外还可显示井底给煤机的运转信号，加上配置的多功能电话机，从而实现语音通信、胶带机起动预告及打点信号联络的功能。对皮带机的具体运行状态可由上位机的组态监控软件进行动态化的监视，且该软件可通过智能表实时储存并显示高压设备的电压、电量、有功、无功及电流，并提供任意时刻的数据记录的查询。上位机的组态监控软件系统可对皮带机的全部设备提供系统的电机定子温度、故障保护、油温的监测、驱动滚筒跑偏闭锁、温度等指示。除此之外，还可将运行的全部数据实时储存并显示出来，比如带速、运行时间等，而对于滚筒的温度及其他较之关键的数据，可通过曲线绘制出温度的变化趋势，并提供随时查询数据；实时记录警报的信息，并将报警打印显示出来，同时提供一切警报记录的信息查询。

2煤矿机械电气设备自动化调试技术的应用特点

随着计算机信息技术的飞速发展，微机型差动保护装置在煤矿机械电气设备中受到广泛应用，由于微机型差动保护装置是通过采用数字算法以实现各种保护功能，且该装置具有易于操作、维护方便、接线简单等特点，因此在机电系统中得到广泛应用，具有极其广阔的发展空间。检查微机型差动保护装置的保护算法和采样精度功能，一般是通过现场对微机型差动保护装置予以实验以实现的。在微机型保护中，大多煤矿机械电气设备系统的变压器是以11点接线的方式居多，且变压器的差动保护最为常用的接线方式是Y/Y接线方式，但是该接线方式极易导致进入微机保护装置两侧电流的相位差为30°，因此，为消除30°的相位差，一般情况下是把定值调整在内部软件，从而实现校正相位。

（1）单相实验方法差动保护实验接线。当需做A相的比例制动曲线时，于侧分别加入A、C两相电流，且两相位的幅值一致，相位相差180°，然后于Y侧添加A相电流，且该相位和侧的A相差值为180°，从而实现差动保护的实验接线工作.

（2）三相实验方法若实验条件允许，可进行三相实验，此时Y侧输入的电流值和侧所输入的电流值相位并未相差180°，三相实验方法和单相实验方法均在数字式机电设备差动保护中得到较好的使用，相关的实验结果表明这两种方法均可靠，从而起到对煤矿机械电气设备的差动保护作用。

3掘进机电气系统的应用特点

机电系统论文篇4

就目前来说，随着全球经济的不断提升以及我国经济的不断发展，带动了信息技术的发展，但是好的同时也加剧了市场的竞争程度，一些行业虽然取得了一定的成绩，但是由于市场剧烈竞争发展缓慢，其中就包括机械电子这个行业，据不完全的数据统计，2014年我国的机械电子产品生产率并不是很高，其中最重要的原因就是我国的机械电子不断地加大进口的数量。进口数量的不断增加就使得进口的金额大大提升，从前三个季度的数据来看，机械电子的进口金额高达170亿美元多，这就使得我国自己生产的机械电子产品在市场上出现了较低占有率的状况，也就是说我国自己研制的机械电子产品销量并不理想，其在市场上的转化率还处于较低的水平。这种状况体现出了机械电子市场的几个问题，其一就目前我国的机械电子行业大部分企业依然在使用较为传统的生产设备，这些设备大都不具备智能和自动技术；其二是相较于国外发达国家来讲我国在科研方面的发展速度还处于比较缓慢的阶段。新技术的产生率并不高，能够在市场上有较大占有率的品牌往往是技术含量较低的产品，而拥有较高技术含量的产品在消费者市场中认知度又较低；其三是我国的大部分企业对于机械电子并没有投入较多科研经费，一直还是以模仿其他优势品牌产品为主。其四是我国即使掌握了一些机械电子的关键性技术，但是这些技术相较于发达国家还有很大的差距[2]。

2探析机械电子系统未来的发展趋势

（1）我国机械电子系统的人工智能发展趋势。人工智能对于机械电子领域可以说是比较新鲜的话题，在机械电子系统中加入人工智能将是我国未来的发展趋势，人工智能的优势是什么呢？其不仅可以对现有的机械电子提供更好的运行环境，还可以增加机械电子的准确性，人工智能对于机械电子的这两点贡献也是社会市场发展的必然趋势，也就是说我国的机械电子要想在激烈的市场竞争中占有一席之地，必须要将人工智能纳入未来发展的计划中。

（2）我国机械电子系统的实时快速发展趋势。市场的发展不仅需要机械电子具有较好的运行环境以及具备准确性，还需要机械电子系统具有实时快速的特性，在准确性的前提下还要把效率不断地提高，在机械电子系统未来的发展中计算机的处理芯片的应用将会得到较大的推广，因为这样的处理芯片可以将机械电子系统中的信息传递的速度进一步地加强，可以大大提高其使用的效率。

（3）我国机械电子系统的技术创新发展趋势。技术创新是每个企业在未来市场竞争中想要获得发展必须要做的工作，对于机械电子系统来讲，技术创新是未来发展的核心趋势，企业必须要将技术创新纳入企业发展的重点工作计划中，在技术创新上要不断地对技术创新进行的科研活动加大经费的投入，做好前期的市场调查以及市场分析，把握好未来市场的发展方面。同时还要在研发的时候注重质量，而不是数量，提高科研的水平，打造我国的品牌机械电子产品。

机电系统论文篇5

在风力发电机组中，其控制系统关系着机组是否能够安全稳定的运行。控制系统可以分为本体系统与电控系统，也叫做总体控制。其中，本体系统又可以分成空气动力学系统、发电机系统以及变流系统和其附属结构；电控系统是由各种不同类型的模块组成的，分为变桨控制、偏航控制以及变流控制等等。与此同时，本体系统和电控系统之间已经实现信号的转换，比如空气动力系统里，桨距主要受变桨控制系统控制，这样做能够发挥风能转化的效率，同时也能使得功率平稳。由于风电机组的标准不同，其控制系统也是不一样的。根据功率可以将发电机组分定桨距和变桨距发电机组以及变速型机组三种。其控制技术也是由原来的定桨距恒速恒频控制向变桨距恒速恒频发展，而后再发展到变桨距变速恒频技术。

2对定桨距风力发电机组的控制分析

在定桨距风力发电机组里，主要运用的是定桨距风力机与双速异步发电机，所采用的控制系统是恒速恒频技术。运用这种技术，确保了机组运行的安全和稳定。定桨距恒速恒频技术主要应用了软并网技术、偏航技术以及空气动力刹车技术等等。发电机与电网之间有晶闸管，晶闸管的开度对于冲击电流有很大的影响。使用恒速恒频技术对晶闸管的开度进行调控，进而来对并网瞬间产生的电流进行限制。风力发电机组控制系统的相关分析文/江康贵蒲上哲在风力发电中，发电机组的控制技术是确保机组正常运转的关键。风力发电机组的控制系统是一个综合性较强的系统，因此，加强对控制系统的研究分析，对于确保机组安全稳定运行至关重要。本文拟对机组中的几种控制系统进行分析。摘要此外，利用这种技术，经过传感、检测等能够实现自动偏航以及自动解缆的功效。在定桨距风力发电机组中，桨叶的节角距是固定不变的，如果风速比额定的风速要大很多时，那么桨叶本身的自动失速就会失去效能，不能让输出的功率更加的平稳。

3对变桨距风力发电机组的控制系统分析

变桨距风力发电机组所使用的电机是可以调节滑差的绕线式异步发电机，风力机使用的是变桨距风力机。和定桨距风力发电机组相比较，变桨距风力发电机组有更大的优势，主要表现在输出功率更加的平稳，此外，还有在额定点上有着非常高的风能利用系数，同时还有非常好启动性能以及非常好的制动性。变桨距风力发电机组的控制系统主要使用了转速控制器1和2,以及功率控制器。为了能够最大限度的将由风速引发的功率波动降低，机组还应用了转子电流控制技术。这种技术可以对转子的电阻进行调节，从而确保转子电流对恒定电流的给定值进行有效的跟踪，进而保证输出功率的稳定。在发电机并入电网以前，发电机的转速信号控制着系统的节距值大小，发电机的转速有控制器1控制，变桨距系统会依据给定的速度参考值，对节距角进行调整，从而让风轮拥有比较大的启动转矩。在并网以后，发电机组主要由控制器2和功率控制进行管控。与此同时，要把发电机组的转差调整到1%，节距的大小应根据实际的风速进行调整。在风速比额定值高的时候，伴随着风力的不断加大，风力机逐渐的吸收更多的风能，发电机的转速也将变快。对于转速的调节，主要通过改变节距来进行。随着桨距角的改变，发电机输出的功率就会维持在一个稳定的值上，不会出现大的波动。某个时段的风速不稳定，一会上升一会下降。上升的时候，输出功率也随之上升，转子电流给定值相应的改变，从而使得转子电流控制器工作，将转子回路的电阻改变，提升发电机转差率，那么发电机的转速会逐渐上升。此时，风力又开始降低，在功率控制的作用下，发电机的转速也随着下降。这样，在风速上升和下降的过程中，发电机的输出功率基本上没有出现变化，这样就维持了功率的稳定，确保了发电机安全稳定的运行。

4对变速风力发电机组的分析

与恒速恒频技术相比，使用变速恒频技术，能够在风速较低的情况下，叶尖速比能够一直处于最佳的状态，从而获得最大的风能。如果风速比较大，使用风轮转速的变化，对部分能量进行调节，进而增加传动系统的韧性，确保输出功率的稳定性。变速风力发电机组的总体控制可以分为三个区：恒定、转速恒定以及功率恒定。在恒定区，随着风速的变化，发电机的转速也出现了变化。受功率—转速曲线的影响，发电机的转速达到一定的值后就保持不变，然后进入转速恒定区。在这个区里，转速控制对发电机的转速进行控制，确保转速不变。当风力进一步增大，功率也增大，达到极限后，功率进入恒定区。变速风力发电机组的控制系统主要就是变速恒频技术。双馈异步发电机在绕线转子异步发电机的转子上装有三相对称的绕组，同时，三相对称交流电又与这三线绕组接通，从而产生了一个旋转磁场，这个磁场的转速和交流电的频率以及电机的极对数的关系非常密切，我们可以通过下面的公式来看：在这个公式中，n2代表的是绕组被接入频率是f2的交流电之后所产生的旋转磁场相对于转子本身的旋转速度，p代表的是极对数。从上面的公式中，我们可以得知，只要频率发生改变，既可以使得转速发生变化；如果通入转子的交流电的相序发生变化，那么磁场的旋转方向就会发生变化。我们可以假设n1是电网频率为50Hz的时候发电机的转速，n是发电机的转速，因此，只要是n±n2=n1，那么异步电机的定子绕组感应电动势的频率就不会发生改变，始终维持在50Hz。

5结语

机电系统论文篇6

对于风电机组控制系统而言，主要有以下构成部分：上位机监视系统、并网控制器、功率控制系统、偏航系统、变桨距系统、数据采集接口、PLC系统。其中，PLC是风电机组控制系统的关键部分，PLC和风电机组的相关部分都有着十分紧密的关系，进而能够确保风电机组的安全及其效率。对于风电机组而言，大部分都是在环境比较恶劣的前提下运行的，所以要求分风电机组控制系统具备一定的可靠性以及抗干扰能力。在风电机组运行过程中，要准确的对参数进行测量以及合理的对策略进行控制，进而能够准确的判断出故障的所在地以及能够及时对故障进行处理。因为在风电机组控制中具备比较多的顺序控制，而且在控制的过程中要对参数中一定量的开关量信号进行合理的处理，为此，合理的对风电机组的控制特征以及要求进行分析，从而能够选择能够满足风电机组控制系统要求的PLC控制。

2合理设计软件

因为要进行远程监控和无人值守，所以要自动对风机进行控制，其中，控制的主要对象有：对运行状态进行监测，在运行风机的时候，反馈信号、机组状态参数、风力参数、监测电力参数等，从而确保机组能够稳定的运行；在风机自动运行的时候，要根据运行的相关步骤采取风机全自动开车，进而能够确保开车能够稳定进行；对桨距进行控制，从而确保机组能够稳定、安全运行；对偏航进行控制，从而确保风机正对着风向而得到最多的风能。当出现风速要比启动风速要低、并网故障、刹车故障等情况的时候，要立刻对风机进行停机操作。

2.1控制的相关策略

当启动风机的时候，风轮的桨叶是不动的，其桨距的角度应为90°，因为在这个过程中气流不会对桨叶产生转矩，所以桨叶实质上就是阻尼板。当风速与启动风速一致的时候，桨叶会向0°转动，从而通过气流对桨叶所产生的功角，促使风轮的转动。当发电机并入到电网之前，发电机转速信号将会控制桨距系统中的桨距角的给定值。同时，转速控制器会根据发电机转速的快慢，合理的对桨距角设定值进行改变，而变桨距系统则会按照给出的桨距角的参考值，有效的对速度进行控制并对桨距角进行调整。当风速大于等于额定风速的时候，风电机组将会处于额定功率状态。同时，转速控制也会变成功率控制，而且变桨距系统将会控制发电机的功率所发出的信号。额定功率即是控制信号给定值恒定。给定值与功率反馈信号进行对比时，如果功率超过额定功率，桨叶桨距就会转向迎风面积正在变少的方向；如果功率没有超过额定功率，桨叶桨距就会转向迎风面积正在增加的方向。

2.2合理控制风机启动

当风机启动的时候，要采用风速仪对风速进行测量，并对风速的大小进行判断，当风速大于启动风速的时候，要启动风机；当风速小于启动风速的时候，要继续对风速进行测量。在启动风机的时候，要有效的控制偏航，从而能够有效的将桨距角调到零度以及确保风机能够正面迎风。在对风机的转速进行监测的时候，当风机的转速到达切入转速的时候，就能够实行并网发电。

2.3合理控制偏航

合理控制偏航的目的在于确保风机能够在迎面对着风向的时候，能够得到最大化的风能，在实际应用当中，如果偏航角和风向角的差额不超过15°的时候，就可以认定风机是迎面对着风向的。对控制算法进行设计的时候，要遵循快捷进行控制的原则进行设计，从而能够更好的避免在执行时所出现的繁琐动作。如果电缆缠绕了多达两圈，要立刻采取解缆控制，从而确保风电机组能够安全的运行。同时，在进行解缆的时候风电机组要采用正常停机的方式，并要采用自动偏航后才能合理的进行解缆。

2.4合理控制风机停机

如果风机发生故障，比如，当传动系统冷却水的温度比较高、风机的温度比较高、桨距系统的液压油位比较低等的时候，要及时发出停机警告，从而促使风机停机。如果发现风速超出相关限度的时候，由于风机的各个环节会受到一定的限制，所以一定要脱网停机。在停机的时候，要及时把桨距角调整到90°,确保停机时的安全性。

2.5合理控制桨距

在风机并网滞后，要凭借对桨距角的调节去调节发电机输出的功率，如果额定功率小于实际功率的时候，PLC的模拟输出单元CJ1W-DA021输出和功率之间的差距成为比例的信号，如果功率偏差低于0的时候，要凭借进桨来促使功率的增加，同时，如果功率的偏差在-5且+5的时候，不能够实行变桨，从而能够避免过度频繁的进行变桨。

3结语

机电系统论文篇7

图1给出了前端处理器中采用协处理器的硬件略图（只画出有关部分）。它的主处理器仍采用了当前流行的16位单片机80C196KB（IC6），协处理器采用了W78E51单片机（IC3）。W78E51的指令及性能同89C51，只是它的工作频率可以达到40MHz。由于有两个CPU同时运行，而且它们之间还有数据交换，如何去协调它们的工作是至关重要的，这需要通过硬件和软件的设计来加强保证。

图1中，IC1是8选1的模拟通道芯片MAX338，若通道数量超过8，可选用MAX306，其通道数量可达16个。IC2为12位带采样保持功能的A/D模数变换芯片AD1674。IC4为地址锁存片74LS373，IC5为RAM存储芯片6264，它们附属于IC3，作为IC3的片外数据存储器。

硬件的工作过程是：工频电压或电流经处理后（经传感器或者电压/电流互感器、放大器、滤波器等处理）变为相应的模拟信号，分别从CI1的8个输入端（IN1～IN8）输入，具体选通哪路则取决于A0～A2的二进制数。而A0～A2又是由IC3的P10～P12决定。被选中通道的模拟量由IC1的OUT输出，经跟随器后进入IC2进行A/D变换，由R/C、A0控制变换的过程，STA给出变换结束的信号，它们分别由IC3的P15～P17实施控制和测试。变换完成的数字量为12位，分两次输出，第一次为高8位（DB11～DB4），第二次为低8位（DB3～DB0，后加4个0）。这些数据经整理后依次存入数据存储器IC5中。IC3的P14是IC2的片选信号，P33是IC4、IC5的片选信号，通常为高电平，选不中。当进行A/D变换时，须先将P14置低电平，选中该片，变换完成后，再置加高电平。当向IC5存、取数据时，须通过P33进行控制，过程同上。这样，可以防止A/D变换、IC5存取数据、IC3通过P0口向IC6传送数据这三者之间的相互交叉干扰。

周期值的测量是由一模拟通道提供工频信号，经斯密特触发器至IC3的P13进行。P13相邻两次电平下降的时间隔即可周期值。

IC3的P30、P31与IC6的P10、P11构成握手信号，将存放IC5中的各量依次取出，由IC3的P0口传至IC6的P0口，并存入指定的区间，再进行傅氏运算、处理和控制。IC5中存储的数据个数是1周期内各采样点的、各通道测得的数据个数的总和。设采样点为Rn，通道数为Rm，再加上前述的周期值（各量均为2字节），总的字节数C=2RnRm+2。当Rn=32，Rm=8，则C=2×32×8+2=514字节。当少于200字节时，也即采样点、通道数较少时，如Rn=16，Rm=6，IC3可用W78E52代替。W78E52可以利用片内的256个RAM来存储数据而省去片外的数据存储器，在硬件上更为简洁。

二、软件

图2是协处理器主程序软件框图。首先对有关的量进行说明：T0和T1是W78E51片内的两个定时器。T、Ta和Tb均为2字节寄存器，T用来存储测量出的周期值；Ta存储两相邻采样点的时间间隔，因本例中采样点为32，将T右移5位即得Ta值；Tb是Ta对应的溢出值，用来产生T0中断。注意：以上诸量都须机器周期来表示，本例中采用24MHz晶振，一个机器周期的时间为0.5μs。Rm是模拟通道数，范围是1～8。Rn是采样点数，范围是1～32。

工作过程简述如下：当P13电位下跌时，周期测试开始，到第二次P13下跌时，周期测试结束（区间为AA～AD）。两次下跌的时间间隔即为工频的周期，具有准确的跟踪特性。在周期测试开始后4μs，T0溢出产生中断，执行中断子程序，总共32次。中断子程序都是在AD～AC间执行的，也即在第一周期内所有需要测量的量都已测出。从AD往后便是第二周期，主要用来计

算Ta、Tb的值，并将IC5内的数据传送出去。由此可见，协处理器的运行为2个周期，约40ms。应说明的是：在上电的第一个周期内，因周期值还未测出，故须对Tb值先行设置。图3是中断子程序软件框图。

8个通道的A/D转换数据是先存入片内的RAM。这样来得快，以减少通道之间的相差（邻近通道之间的相差约为0.4°），之后，再一次性地由片内RAM转存于片外RAM。执行一次T0中断子程序的时间约为256μs。当采样点为32时，时间间隔为625μs，绰绰有余。若将采样点增至36，通道增至16个，则采样点间隔约为555μs，执行中断子程序的时间约为445μs，仍有足够的余量。

软件可以用汇编语言ASM51编写，也可以用对应的高级语言PL/M51或C51编写，但前者代码率高一些。

结束语

以上是协处理器的一般用法，在此基础上是否能进一步缩短运行周期和提高测量精度，是一个值得研究的课题。提高主处理器IC6和协处理器IC3的工作频率（如IC6采用16MHz，IC3采用36MHz）可以提高CPU的运行速度，以达到缩短运行周期的目的。但有两点需要注意：一是CPU的芯片的速度必须跟得上；二是频率提高后，辐射增强，交叉干扰变得明显。因面，在印刷电路板的设计上须谨慎处理。

提高测量精度可以从3个方面着手。一是提高A/D转换精度，采用14位A/D变换芯片。不过，位数越多，变换所需的时间也越长。这在单一CPU中因时间限制，效果不好，而在协处理器中却容易实现。这里还有一个附带的问题，目前大都采用开关式稳压电源，耗电量省，但工作频率高，噪波大，通常有5～10mV,这无疑限制了精度的提高。因而，必须有一套优良的电源滤波系统，将噪波滤到1mV以下。有时这部分的电源干扰采用串联式稳压电源，其噪波可以做到0.5mV以下。

机电系统论文篇8

关键词 新能源；脱网；PLC；主控系统；风力发电机；功率控制

中图分类号TM315 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）69-0034-02

0 引言

随着电力电子技术与通信技术的发展，自动化控制在风力发电机的主控系统中的应用已经相当成熟了。在广泛应用的1.5mW双馈异步风力发电机电控系统中，通过主控控制的变桨、偏航、调速等方式已经可以很好的控制风机的功率输出，风力发电机整机控制技术已经完善。

然而，在多年的风电场运行中仍然暴漏出许多不可以忽视的问题：小故障引起的大范围脱网事故、风机的弃风小时数、电网容量有限等。在2011年初，甘肃酒泉发生超过五百台风力发电机组脱网严重事故[1]，这对风力发电机组的稳定性提出了更高的要求。随即电网公司会议决定对风电提出新的要求，未具备低压穿越功能的风机必须具备穿越功能，风电场也必须具备功率控制功能。本文研究了以单台风机主控系统为基础的功率控制方案。

1 风机主控系统概述

风力发电机组的主控系统是风机的核心。主控系统控制风机的一切动作，包括变桨、偏航以及变频器的控制。分为控制单元、传感器单元、执行单元、总线系统。主控系统以PLC控制器为核心，实现风力发电机的过程控制、安全保护、故障检测、参数设定、数据记录、数据显示以及人工操作。主控系统是功率控制系统能够实现的前提，是实现有功无功输出调节的工具。

2 功率控制系统功能要求

风电场功率控制系统的主要目的是集中控制输入电网的有功和无功，使得风电场也能和传统发电站一样参与电网的控制。该系统以风电机组主控为控制单元，发出控制指令。风电场功率控制系统必须具备以下功能：

1）具备基于多种通讯协议的通讯功能，一方面通过通讯方式将风机的理论出力值发送到功率控制系统中，另一方面能够将理论值上传到调度部门（如果是风电场内部控制，则应该传送到风电场的SCADA系统）。反之也能够接受调度下发的限制指令；

2）具备强大的计算处理功能，能够将风力发电机组分散的理论出力，累计成以风电场为单元的总的有功输出值，能够结合整个风电场实际的有功或无功输出值进行PI控制；

3）本地控制功能：即功率控制系统不仅仅能通过远程通讯功能对风机进行控制，也应能够通过本地方式进行控制，控制方式可以是数字量或者模拟量，也可以使用Modbus总线形式，还可以以TCP协议方式等；

4）采集功能：功率控制系统应该具有采集整个风电场实时的有功功率或无功功率的功能。通过测量模块连接电流互感器二次侧。测量电流可以在变电站高压侧得到整个风电场的总电流，也可以分别测量单个集电线路的电流再汇成总电流。测量模块连接电压互感器的二次侧即可得到风电场的电压值；

5）智能分配功能：风电场功率控制系统接收调度下达或者本地下达有功或无功输出设定指令，根据风机台数进行平均分配。或者不采取平均分配原则，即按照单台风机的理论值的比例进行比例分配。当单台风机故障时也能自动排除故障风机的影响，使风场总的出力满足调度的要求；

6）辅助功能：显示功能、报警功能、记录功能等必备的其他功能。

3 功率控制系统的控制理论

功率控制系统的控制理论如图1所示：

图1以两台风力发电机组为例进行分析。图1中矩形框中表示功率控制系统的主要逻辑功能，图的左侧为调度。调度可以为电网调度也可以为风场调度。图的右侧为风机，为了方便理解，假设两台风机组成一个风力发电厂。

风力发电机组与功率控制系统的数据交互主要有3种，即单台风机的理论出力值和实时出力值，同时功率控制系统向风力发电机组的主控系统下达有功无功输出指令。而功率控制系统与调度之间的交互即为理论值的上传和指令下达。

功率控制系统中具备中央控制模块，如PLC进行理论功率累计、实际功率计算、相位角计算、PI控制、分配指令等工作；具备通讯模块和对外通讯的交换机、采集模块能够采集电压电流值；还应该具备I/O模块。当供电中断时应该具有UPS备用电源。

功率控制系统软件应有风场控制应用程序、风电场监视应用程序和各种通讯协议程序。

4 接口之间关系

接口关系包括功率控制与风机的接口关系、功率控制系统与调度之间的接口关系。

风电场的电压电流值，首先经过电压互感器和电流互感器，将实时测量值引入功率控制系统中。是完全的电信号接口关系，可以采用电缆连接。风机的理论值是通过安装在风机上的风向标、测速仪测量，经过建模计算得出的功率曲线。功率曲线数据通过通讯的方式传送到功率控制系统中，每台风机配置一台数据交换机，采用光纤方式与功率控制系统内的交换机连接成闭环，从而进行数据交换。因为采用光纤通讯所以要求接口为光纤接口。

当功率控制系统跟风电场本地SCADA系统通讯时，可以通过Modbus进行通讯。当功率控制系统与电网调度通讯时，调度不直接从功率控制系统中取信息，而是从本地的SCADA系统中读取，通道的形成还必须经过远动设备和OPC网关。其接口关系如图2所示：

5 结论

风电场功率控制系能，能够实现电网对风力发电机组的限电控制功能。方便了电网对正在运行的风电场的调度管理，保证了电网的安全和稳定。国外知名许多的风机主控生产厂商都以实现了风电场功率控制系统的研发并且市场化。本文对于希望了解风电场功率控制系统的读者来说，起到了帮助分析的作用。

参考文献

[1]叶杭冶.风力发电机组的控制技术[M].北京：机械工业出版社，2002.

机电系统论文篇9

应该说，电视声画关系的争论，推动了电视学术研究的进展。“主画论”和“主声论”者都有充分的理由证明自己的观点，反驳对方的观点。电视界长期以来存在重画面、轻声音、重视觉元素、轻听觉元素的现象，“主声论”者对“主画论”的诘难，打破了这种平衡，却不能解释引发争论的原因。

电视声画关系的争论，说到底是电视叙事艺术符号系统内在机制造成的。从系统论的视点看，电视叙事符号系统本质上是一个自组织系统，它以自身的内部矛盾为依据，通过与外部环境的适当交流而自发地为自己开辟道路。这就是电视叙事符号系统的内在机制，它在形式上表现为互斥、互补和整合。它调节电视叙事符号系统的内部矛盾和发展运动，随着时代的衍变，打破元初的和谐，使之经过重新建构，达到新的平衡，沿着“有序——无序——新的有序”的历程前进。

电视是一门晚近诞生的新兴艺术，它同其他艺术形式相比，是地地道道的晚辈，显得年轻而稚嫩。电视在构建自己的符号体系过程中，有一个客观存在的事实，那就是无论是画面系统还是声音系统，都从其他艺术形式汲取了养料，甚至可以说是从其他艺术形式脱胎而来。它难以割断同其他艺术形式的联系。

有一个不容忽视实际情况是，早期的电视人要么是广播界人士，要么是电影界人士，在构建电视符号系统过程中，大家一开始就注意到了电视与广播的区别，“听广播”、“看电视”，便是这种区别的最直观的显现。广播只能诉诸人们的听觉，而电视不仅诉诸人们的听觉，更重要的是诉诸人们的视觉。看到了这一区别，人们理所当然地作出判断：广播主要依靠有声语言，而电视主要依靠画面语言。人们致力于电视画面符号的研究在情理之中，而电视画面系统的构建完全建立在电影画面的基础上，因为电视同电影区分的只能是物质手段、成像原理、镜头运用的不同而并无本体上的符号的质的区别，它所运用的语言符号和非语言符号同电影完全相同。人们以电影画面模式来研究电视，认为屏幕上存在没有声音的画面，却不可能存在不见画面的声音，由此推出“无声的画面，仍然可以成为电视艺术作品，而无画面的声音，则根本与电视绝缘”，“没有了画面，就没有了电视”[4]的结论。这是典型的“主画论”。“主画论”在电视符号系统建立之初以及之后较长的时间，居于主导地位，使得电视符号系统成为一个稳态系统。

由于“主画论”的盛行，电视界较长时期重画面、轻声音，重视觉元素，轻听觉元素。结果是：纪实性的电视艺术作品没有同期声，没有真实的环境音响和真人的原腔原调；电视剧几乎都是后期配音，对口型、补台词。重者，口型对不上；轻者，体型对不上、气质对不上、情感对不上、气氛对不上，百片同调，多剧同腔，移花接木。更有甚者，有人试图以画面取代声音甚至文字语言的功能，美国人施瓦兹尼就曾说，“电视使得人类社会进入脱离文字的时代”，“主画论”走向了“画面崇拜”，暴露出许多问题。

然而，电视符号系统一经建立，便具有了系统的内在机制，电视声音系统的功能画面无论如何取代不了。电视声音系统在电视画面系统侵入自己的功能时，其内在机制便会自发地摄取负熵、排除正熵，以维持系统内部的稳定有序状态。这一维持的机制就是前文提及的“互斥机制”，就是说，电视声音系统与画面系统彼此之间互相对立、相互排斥、互相斗争。这种“互斥”的内在机制在系统外的表现就是“主声论”的崛起。

电视声音符号系统的构建一方面移植了广播艺术声音，另一方面亦受到电影声音的渗透，其运用的语言符号和非语言符号同广播和电影并无二致。在电视符号系统构建之初，因有广播艺术声音的完整移植，电视声音系统处在有序状态，其互斥的内在机制并未发挥作用。国内电视学术界普遍认为“电视是广播的延伸”，“广播电视”经常并举，可见电视声音系统对广播声音系统的完整移植。然而，当电视画面系统功能不断地侵入声音系统，产生较大范围的互切边缘区域后，电视声音系统的互斥机制便产生了作用，具体表现就是以朱光烈为代表的“主声论”者向“主画论”发起诘难。声画关系的论争，打破了元初的和谐，直接将电视叙事符号系统导入一种无序状态。

必须看到，电视叙事符号系统中声音和画面的互斥性，仅仅是其内在机制的一个方面，也不是电视声画关系的实质。声音和画面同属电视叙事符号的两大系统，其相互之间的对立、排斥是电视符号系统内部的矛盾斗争。“主画论”和“主声论”都同样从“以谁为主”的问题出发，具有片面强调某一方面的偏差，将电视符号系统中声音和画面的互斥机制给予过度强化。电视叙事声画两大系统的关系的根本出发点是如何配置并发挥电视的声画功能，而不是“以谁为主”，突出或者削弱声音或画面的功能，因此，声音和画面关系的实质，不是声画的互相排斥，而是声画的互相补充。电视叙事符号系统的都存在这种互补的机制。

按照系统论的观点，我们把电视符号系统看作是一个恒久不息、变化前进的开放系统，“开放系统被定义为这样一种系统：它通过输入和输出组建和破坏自身物质成分的行为，同环境不断地进行物质交换。”[5]电视声音和画面系统正是通过与外部环境（指其他艺术形式或声画之间）的物质交流，保持自身的结构，并取得进一步发展的。这种交流的机制，就是互补机制，它指电视声音和画面对外部环境之间同时共存，互相联系，互相补充，各以对方为依存条件，一旦丧失了对方就丧失了自身。

电视叙事声音和画面的互补机制取决于它们各自承担着的不同的电视的功能，它们各自承担的功能的融合才构成电视叙事的符号系统。电视画面和声音各自功能的负载并不意味着它们处于封闭状态，恰恰相反，这两大系统都处于开放状态。一方面，电视声音和画面各自都从相邻艺术和相关范围汲取营养。从认识论的角度看，电视声音和画面符号的构建，独立品格的形成是一个过程，是从较低水平的有序向较高水平的有序上升的流转不息、生气勃勃的过程。在这两种有序状态之间，电视声音和画面以其互补机制，通过与外部环境（其他艺术形式）的交叉与联系，刺激与反应、“同化”与“顺应”，打破旧的有序，导问新的无序状态。这是电视声音和画面互补机制表现出来的独具特征的形式。电视叙事艺术晚出，电视画面从电影画面汲取营养，电视声音从广播声音延伸，形成一种元初的有序。随着互补机制的形成，电视声音和画面均需脱离母体，进而建构自己的独立品格。因而，在整个20世纪80年代，人们致力于电视声画两大符号系统的构建，努力寻电视艺术的“个性”，终于为自己争得“第九艺术”的地位。

电视艺术地位一经确立，其互补机制便日益强化。电视不断地同其他艺术形式交流，从而打破元初的和谐，导向新的无序状态。在90年代以后，许多艺术形式与电视联姻，交叉渗透，电视诗歌、电视散文、电视小品、电视舞蹈、电视音乐，等等，莫不反映出电视互补机制的强大作用。正是这种交叉与联系，使得电视声音和画面两大系统内部发生不平衡状态，尽管其互斥机制可以排除正熵以维持有序，但交叉与联系的广泛使得电视声画外部环境的干扰加强，正熵激增，元初的和谐被打破，电视声画走向了新的无序状态。

另一方面，电视不同于其他艺术形式（除电影外）大多的一种符号体系作为要素，电视以声音和画面两大体系构成其符号系统。声音和画面在与外部环境交流的同时，互相之间亦不断地进行交流，这种交流是以声画各自负载的功能为交换内容的。交流的结果便是声音和画面在功能上产生了互切形式，出现了中间环节。恩格斯在《自然辩证法》中说过：“一切差异都在中间阶段融合，一切对立都经过中间环节而互相过渡。”中间环节的产生并非互相排斥而是相互交流的结果。因此，电视声音和画面的交流应该是一种互补关系，而非对立关系。这是声音和画面关系的实质。

无论是“主画论”还是“主声论”，看到的都是电视声音和画面内部的互斥机制，强调的都是声音和画面的互相对立，互相排斥和互相矛盾斗争，以为强化某一方面的叙事功能，必然削弱另一方面的叙事功能，这其实都是片面思维的结果。电视声音和画面各自负载了不同的电视叙事功能，声画之间除了相互对立、排斥之外，其本质的关系是互补关系。电视声音和画面的交流，使其功能上产生了互切形式，出现了中间环节。这个中间环节，既非声音在功能上取代了画面，也非画面在功能上取代了声音，而是声音和画面都可以负载或共同负载了某方面的电视功能。就是说，电视声音或画面某一方在某一方面功能的强化，并不能削弱另一方在这方面的功能，而是在这方面出现了边缘区域。由于电视声画互补机制的作用，电视声音和画面不断地与外部环境交流的同时，互相之间亦不断地进行物质交换，这就出现了两种相切的边缘区域：一是电视艺术与其他艺术形式相切的边缘区域，二是电视声音和画面功能上的相切的边缘区域。随着社会的发展和科学技术的进步，电视的互补机制日益强化，这种边缘区域必然走向扩展。这是一个不可逆转的趋势，任何试图扭转这一趋势的努力都是白费功夫。实际上，“主声论”和“主画论”的努力都是这种努力，双方都试图准确界定以至强化声音或画面的功能，忽视了声画功能互切的边缘区域扩展的趋势。共2页: 1

论文出处(作者):

在电视声画功能互切的边缘区域扩展面前，发挥作用的应是电视声画的内在的整合机制。从系统论动态原则看，由于电视声画的互补机制的作用，引起了声画内部的变化，发生了不平衡状态，这时就有新的行为，将无序导向新的有序，建立新的平衡，同时又向着比受到干扰以前更加稳定的平衡前进。这就是电视声画的整合机制，即对电视声音和画面的基本属性、基本功能和审美观念的调整和规范。电视声画的内在机制并不允许“边缘”区域的无限扩大，因为“艺术越接近到它的或一界限，就会渐次地消失它的一些本质，而获得界限线那边东西的本质”。[6]这时候，电视声画的整合机制就会自我调节，在旧有本质的基础上，整合相切时产生的特质，从而建立起新的本质，完成更高形态的本体建设。实际上，在电视声画关系争论的同时，这种整合就已经发生，“声画结合”、“声画同构”就是这种整合的表现。或许，“声画结合”、“声画同构”如朱光烈、黄匡宇先生指出的那样，还存在很多理论上的问题和缺陷，但是对电视声画关系的整台却是电视声画内在机制的要求。

笔者认为：对电视声画关系的整合，不仅涉及电视传播的基础，而且涉及电视的本质。我们以叙事理论审视电视声音和画面，并综合争鸣各方的观点，提出以“声画一体”对电视声画关系进行整合。电视声画关系整合表述为：电视传播的声画关系是以语言为基础，以叙事为本质，主要通过声音叙述和表现、画面描写与再现，声画功能互补的声画一体的关系。

首先，电视传播以语言为基础。语言是以“人类最重要的交际工具”的资格被归入现象之列的，语言的交际功能显而易见。每一个人都可以体会到在他和其他社会成员接触时，他都要运用语言进行交际，哪怕是极其简单的所谓“寒喧”，也要运用语言来进行。正因为这个缘故，只要有社会生活的存在，只要有人们之间的接触，就要有语言。从人类社会产生的第一天起，就有语言。人类创造了语言，以语言来进行思维和交流。语言是人区别于其他动物的标志。在生命的诞生与终结这一点上，人同其他动物没有区别。然而，人却因其精神的存在可以不死，精神的不死在于语言符号。人肉体消失了，但其精神却被语言符号锁定并流传下来。人类创造了巨大的文明，这个文明离不开语言符号。语言对于人类文明发展的意义怎么估计都不过分。如朱先烈先生分析的那样，文明社会人的交流，他们的经济、文化、军事、教育、科学等一切社会活动和社会发展，都是借重于语言进行的，文化、教育、科学都是用语言构成的，人类的一切传播都是建立在语言的基础之上的，电视也不例外。语言不仅是电视传播的基础，也是画面解读和阐释的基础。

其次，电视传播以叙事为本质。电视的本质是什么？张锦力在《解密中国电视》中否定了对电视本质从电视定义方面作出的理解，认为“电视的第一本质是对新闻的传播，而不是什么第九艺术，也不是什么画面纪录”。以新闻传媒作为电视的本质，笔者不能苟同。从传播学观点看，电视是视听合一的媒介，视听兼备决定了电视具有极强的形象感、现场感和过程感，由于是电子媒介，电视时效性强，保存性、选择性差，这些是电视传播的特点。认为电视传播的本质是新闻，仅仅看到了电视传播时效强的特点，试图以一个方面的特点概括本质，显然是片面的。仅符号学的观点看，电视声音和画面分别包含了电视传播的语言符号和非语言符号两大系统。符号的基本特征是它的指代性，符号总是代替某一事物，它承载一定的内容（概念、意义），是传播活动的基本要素。符号的基本属性是指代性、社会共有性和发展性。从电视承载的符号看，怎么也难以得出电视传播的本质是新闻的结论。

那么，电视传播的本质是什么？我们从其功能切入看看会得出什么结论。电视属大众传播，查尔斯·莱特认为，大众传播的功能共有四个：监视环境、舆论引导、传承文化、娱乐。胡正荣据此概括为：传播信息、引导舆论、教育大众、提供娱乐。[7]功能决定了电视节目的编排。在大多数的电视节目里，浸透的是叙述。那些电视剧、供电视播放的影片、动作系列片、卡通片、新闻、纪录片等等，都是叙述性文本；那些供消遣娱乐却有着描述、教育或论证之类目的的其他电视节目也往往以叙述作为达到目的一种手段。“惟一的一种贯穿始终都避免叙述的电视节目是那种依自身的交替规则结构十分明显的节目：例如游戏节目，体育锻炼节目、记者招待会、访谈节目、音乐节目、体育竞赛等。然而即使在这种情况下，叙述也在悄悄发挥作用。比如说，一场足球比赛就可以看成是一个队胜利和另一个队失败的故事，可由体育竞赛播音员来叙述”。[8]因此，叙述不仅是电视中起主导作用的文本类型，而且在很大程度上叙述结构就像是一座大门或一个栅栏，即使是非叙述性电视节目也必须穿其而过。我们在电视上看到的是由叙事话语规则构成的世界。由此，我们自然得出电视的本质是叙事。

第三，电视主要通过声音叙述表现、画面描写再现。语言基本上是一个听觉系统，语言的模式是一种时间中的系列运动。在运动中，语言符号主要由声音负载。电视声音是一个时间流程，它在时间中运动，是历时性的。叙述是一个过程，是线性的、流动的，也是历时性的，是时间的艺术。这与电视声音的特质是相同的。因此，电视声音主要承担了电视的叙述表现功能，电视亦主要通过声音（语言）叙述表现。当然，电视并不完全依赖声音叙述表现，画面也可以叙述表现，声音亦并不只是承担叙述表现的功能，它也可以描写再现。

电视画面负载了非语言系统的全部具象性符号。它以流动、动态的空间，通过横向的展示，主要承担电视的描写再现功能。再现是描写性的，共时性的，这与电视画面的特质相一致，因此电视画面主要承担了描写再现功能。电视并非仅仅通过画面描写再现，声音也可以描写再现。画面的叙述和声音的再现就是电视声画互切的边缘区域。

第四，电视声画一体，交相扶持。在视听兼备、有声有形的电视叙事艺术中，画面赋予声音以形态、神韵，声音则回报画面以生命、现实感和生活气息。在电视叙事文本中，声音（语言）历时性地提供事件、人物和背景，画面则共时性地展示这一事件、人物和背景。声音和画面，如骨肉难分，相辅相成，交相扶持，相得益彰，一损俱损，一荣皆荣。因此，我们说电视是声画一体的时空复合艺术。

笔者认为：非要在电视声音和画面中分出以谁为主，无异于非要在人之手足中分出以谁为主。声音和画面各自承担着电视的功能，它们的功能之间可以交叉，但不可能互相替代。强调声画一体，其实就是要充分发挥声音和画面的功能，声画交替扶持，互相补充。有的论者将声画两张皮现象归咎于“声画结合”，“声画同构”，是不够准确的。声画两张皮现象是强调声画互斥机制造成的，无论是以声音为主还是以画面为主，都无法解决两张皮现象，而声画一体，为声音和画面共同完成叙事任务提供了理论支持，更能解决声画两张皮问题。

【参考文献】

[1]朱光烈．“声画结合”论批判[J]．现代传播，1999,(5)．

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[8]萨拉·科兹洛夫．叙事理论与电视．重组话语频道[M]．中国社会科学出版社，2000

机电系统论文篇10

关键词：机电一体化系统；设计；方法论

引言

机电设备往往是多工程应用领域综合产品，需要研发人员及从业使用人员具备多学科的背景知识。机电一体化系统设计方法论从系统全局的角度出发，全面阐述机电一体化的设备设计过程，对于研发机电设备具有极其重要的指导意义。在当今工业4.0背景下，机电一体化系统设计方法论被赋予了更多时代使命，需要解决更多实际问题。国内外学者的相关理论研究成果早已层出不穷，本文将研究分析国内外关于机电一体化系统设计方法论的发展现状。

1机电一体化系统设计方法论的发展阶段

机电一体化系统设计方法论与机电一体化的发展密切相关，而机电一体化的发展历史目前可以分为四个阶段。1950—1970年代，在第三次工业革命的大背景下，伴随着计算机技术的发展，机电一体化已处于萌芽阶段，但相关产品和技术没有获得成功与认可。1970—1990年代，得益于集成电路和微型计算机技术的发展，控制和通讯等技术得到突破性进展，同时自动化水平大大提高，机电一体化已形成独立学科，处于初步发展阶段。1990—2010年代，由于计算机、自动化等技术进一步极速发展，光学、智能算法等更多领域知识融入机电一体化学科，机电一体化处于高速发展阶段。2010年至今，在工业4.0的大背景下，由于计算机数字仿真、网络信息等技术的迅速发展，机电一体化技术处于繁荣发展阶段，将对社会生产力作出更大贡献。相应地，机电一体化系统设计方法论也随着机电一体化技术的发展而出现。从1970年代开始，最初的理论研究集中在如何定义机电一体化系统，主要观点来自欧美和日本。从1980年代末期学者开始对机电一体化进行系统设计方法论研究，主要是从系统的组成划分角度出发，更加注重各部分的功能描述、物理特性及其相互间的逻辑关系，使人们更加深入了解机电一体化系统。1990年代开始，由于计算机技术的极速发展与大规模普及，机电一体化系统设计方法论开始有了新的发展方向，主要是从基于系统建模技术的仿真平台出发，能够模拟机电一体化系统，大幅节省机电产品研发周期与成本。

2机电一体化系统设计方法论的主要观点

表1～3列出了机电一体化系统设计方法论发展各个阶段对应的主要观点。不难看出，表1是各国研究组织对机电一体化的定义，其从最初的机械与电子简单相叠加，发展到包含机械、电子、电气、通讯、控制、网络等多学科交叉融合，并且直到现在仍在不断更新，一直在反映着工业科技和理论研究的最新方向，但缺点是未能对机电一体化系统设计方法论进行深入的研究。相比于表1对应的仅仅定义机电一体化阶段，表2对机电一体化系统进行了深入的设计方法论研究，都各自提出了自己的设计理论，更加全面地阐述了机电一体化系统设计的内涵。例如德国达姆施塔特大学的RolfIsermann在自己的研究论文里提出机电系统设计五块论，把机电一体化系统比作人，由五个部分组成，包括控制、动力、传感、操作和结构，分别对应大脑、心脏、五官、四肢及躯体，不过缺点是对各部分的特点和融合设计考虑较少。表2中的方法论缺点在于太偏重于理论方面研究，虽然尝试着引入数学物理模型，但不能较好地描述实际系统，面对日益复杂的机电系统越来越吃力。如表3所示，由于计算机仿真技术在现代工业产品设计中起到了越来越大的作用，而仿真软件平台的核心技术理论在于建模，研究者纷纷提出基于各自建模理论的机电仿真设计平台或系统设计方法论，部分软件在机电设计领域得到了广泛应用和商业化，例如20-Sim、AMESim和Dymola等。

3机电一体化设计方法论发展趋势预测

从机电一体化系统设计方法论的发展来看，未来方向会越来越围绕计算机仿真为核心来建设，主要发展趋势如下：

3.1多个软件联合仿真成为方法论关键技术

在计算机技术日益进步的今天，很多商业机电仿真软件建模模型库更加接近物理实际，算法更加丰富，界面更利于互动，操作更加容易，兼容性和稳定性更好，功能越来越强大，但是在多学科仿真方面还不够完善。而机电产品往往涉及到机械、电气、电子、气动、液压、热力学、磁场、光学等多学科，目前单一的仿真软件无法擅长上述所有学科建模，因此将各机电软件自身最擅长的学科联合起来，取长补短，对机电系统进行联合仿真，提出相应方法论，可以达到最佳效果。

3.2方法论更加注重机电系统各组成部分逻辑

由于仿真软件模型越来越能反映实际物理模型，机电系统模型更加真实，方法论对于基于纯数学工具建立机电模型的能力要求在逐步削弱，而基于机电仿真的设计方法论会更加注重机电系统各组成部分的逻辑建设，使各软件或各理论模型更加融会贯通地结合。

3.3方法论更加注重机电系统最优化设计

方法论应在系统设计的各个阶段提出评价方法，利于优化设计评估。由于机电仿真软件功能的强大，进行机电设计时可以利用软件自带的优化算法，在关键设计阶段不断进行优化。或者直接提出相应的系统优化方法，在设计流程中，把仿真和试验作为其中的工具或步骤，来达到高效优化的目的。

3.4方法论更加注重机电系统创新设计

借助于计算机仿真，机电一体化系统设计方法论能够更加快速地融合各学科知识，机电系统设计的周期必然变短，方案种类变多，创新元素也必然更容易产生、表达和实现，从而能更加高效地实现整个机电系统创新设计。

3.5工业4.0将会在方法论中得到体现

工业4.0的重要特征是大数据化，本质上是广义工业智能物联网信息共享交互，这也将在机电一体化系统设计方法论的发展中成为必然趋势。例如方法论可以在设计、验证、优化过程中每一个步骤都被数据化记录，和机电产品在生产、运维和退役过程中表现出来的性能优缺点数据进行双向物联，可以在实际生产应用中预测问题、解决问题以及优化设计。

4结语