电子稳定系统

2024-07-06

电子稳定系统（精选十篇）

电子稳定系统篇1

2008年,沃尔沃卡车率先推出ESP (电子稳定程序)系统,该系统能够同时控制一个或多个拖车,对于牵引车和拖车都能起到很好的稳定作用。

据介绍,在单车事故中,卡车侧翻及驶出公路占致命性事故及重伤事故总和的半数以上。因此,降低翻车事故是减少卡车事故的重要途径之一。现在沃尔沃在FE、FM和FH系列车型上应用新版ESP系统,能让更多用户体验该系统的优越性。

目前,ESP系统已引起许多欧美国家的重视,各国相继立法,强制新生产的车辆必须装备这种智能的主动安全系统。

电子稳定控制系统实训台软件设计篇2

【摘要】ESP能够纠正汽车在运行时发生的一些不稳定的现象。当出现转弯过度、不足或者路面湿滑发生打滑时进行车轮的制动或者改变喷油阀的出油量，使行车得到稳定。本文基于Labview实训台的软件进行设计，所设计的软件，可实现实训台数据的检测、分析、存储，并在实训台架环境下模拟ESP调节控制过程，从而实现对ESP系统的可靠性进行检测。

【关键词】电子稳定控制系统 ——Labview；可视化编程；实训台

前言

电子稳定控制系统（ESP）其实是ABS（防抱死系统）和ASR（驱动轮防滑转系统）功能上的延伸，可以说是当前汽车防滑装置的最高形式。ESP一般由转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器等组成。当车身发生侧滑或者打滑时，ESP则会自动向一个或多个车轮施加制动力，消除其不稳定的现象。Labview采用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。本文基于Labview软件，基于ADAM4520转换隔离器、ADAM4017数据采集模块、ADAM4068和ADAM4024控制输出模块等硬件实现对Labview对ESP实训台系统的软件设计，所设计的软件，可实现实训台数据的检测、分析、存储，并在实训台架环境下模拟ESP的调节控制过程，从而实现对ESP系统的可靠性进行检测。

1.ESP分析

1.1 ESP工作原理

ESP通过传感器（转向传感器、车轮传感器等）等数据的采集之后由微控制器进行分析控制，后由执行器（轮胎刹车系统）进行相应的轮胎制动或者对发动机进行控制。

该系统通过方向盘传感器、横向加速度传感器、横摆角速度传感器等实现车辆状态数据的收集，然后由微控制器进行数据的处理，分析，根据不同的控制策略选择控制方法，如图1所示[1]。当出现转向过度时，改变转向外侧轮制动力；当出现转向不足时，增加内侧轮制动力。当路面湿滑或者下雪天时，会发生打滑现象，那么也将对进行车轮的制动，ESP对汽车的稳定性控制如图2所示。

1.2 二自由度模型

认为汽车前进的速度u不变；

认为汽车只作地面的平行运动；

此外，忽略空气作用，环境问题，忽略左右车轮垂直载荷的变化以及轮胎回正力矩的作用，即在轮胎侧偏刚度一定的情况下，侧向力与其相应的侧偏角成线性关系，此时车辆可进一步简化成线性二自由度车辆模型。[1]

上两公式中，是车的质量，单位为公斤，，分别是前后端的刚度、单位N /度；δ是前轮转角，单位是度；是前后车轴与汽车的质心的距离，单位是米，汽车沿着X轴的前进速度，它的单位是米/秒；关于Z轴的汽车转动惯量，其单位是kg*m^2；是横向速度，单位是m / s；是车辆偏移率，单位是度/ s；是侧滑角，单位为度；

通过上述公式，可以计算得出以下结论：

通过以上5个公式，运用Labview软件建立二自由度的汽车模型。

1.3 状态估计模型

建立一个状态估计模型来确定公式稳定系数K，然后我们使用它来确定转向时车辆的状态。这种状态可能不足转向，转向正常，转向过度三种情况。得出前后轮转角公式[2][3]：

汽车运动状态判定方式：

（1）当K>0，汽车处于转向过度的状态。

（2）当K<0，汽车处于转向不足的状态。

（3）当K=0，汽车行驶状态正常。

2. 实训台软件设计

2.1 Labview综述

Labview软件是一种程序开发环境，由美国国家仪器公司研制。Labview是NI设计平台的关键，是开发测量或者控制系统的选择。Labview的开发快速构建各种应用所需要的所有工具，可帮助工程师与科学家解决问题以及提高生产力和不断创新。

2.2 实训台系统硬件组成

设计的ESP实训台软件系统所基于的硬件布局如图3所示。由ADAM4017（1）、（2）采集左前、右前、左后、右后轮转速传感器，左前轮压力传感器等和方向盘转角传感器、侧方向加速度传感器、横摆角速度传感器等的数据，通过ADAM4520转换传递到电脑中的Labview软件中进行数据处理，判断出是否连接正常，是否存在故障。之后再通过ADAM4520将处理完成的数据传递给ADAM4024或者ADAM4068，之后，对轮胎的电磁阀进行控制，或者改变发动机副节气门电机电流大小或喷油器电磁线圈。软件的整体流程图4所示，从初始化到数据监测，数据处理分析，到控制策略选择，在对车轮或发动机进行控制，直至恢复正常，得到修正，最终结束。

2.3实训台软件用户交互界面设计

ESP前面板设计了各轮的车速，制动力等的曲线图，转向角度数显示图，发动机各参数表格和ADAM4017 （1）、4017（2）的数据采集表格。如图5、6所示

2.4 实训台软件设计

首先，建立一个数据采集的整体平台。电脑连接数据线，数据线连接ADAM4520， ADAM4520与ADAM4017、ADAM4024、ADAM4068相连。建立一个程序框图，将各个接口通过程序依次对它们进行排列，赋予它们各自的地址，当想要使用ADAM4017（1）或者（2）时，可直接进行选择。用Labview设计COM框图，用来检验整个平台是否能够导通，与电脑连接正确。

其次，创建一个条件结构。在条件结构中，设立两个条件层次，一是无错误，二是有错误。在此条件结构下，再建立一个条件结构。在无错误的结构里，新建的条件结构构建“初始化”“开始”“停止”三个层。在错误的框图下，与“停止”按钮相连。如果一开始发生错误，那么直接不会运行程序。在“开始”的框图下，建立一个事件结构。事件结构由“stop”“初始化”“开始测试”“保存数据”等几个层组成。当在前面板按下“开始测试”时，事件结构“开始测试”的程序框图下有公式的判断，进行相关的计算，求出汽车的状态；事件结构“保存参数”，数据通过4017写入，当按下前面板的保存数据时，那么导入的数据将存储在前面的表格框中。在公式其他条件不变的情况下，当发生变化突然的增大时，Labview中通过公式节点对复杂公式进行编写，之后进行计算，判断出其问题，将在前面板中显示。同时，将其哪个轮子偏移的多少角度也能在前面板中显示。

导入的数据经过处理后，会带入进相应的公式对K进行判断，那么前面板会根据计算结果引起显示灯、制动力、动力波形图的改变。

3.实验现象

实验所传递数据车轮转速较大时，并发生侧移现象时，前面板所显示偏移和超速灯将呈现“1”亮起，说明了转向过度；当发生侧移现象，前面板的偏移灯亮起，而超速灯并没有亮起，则说明了在转弯时转向不足。当数据一切正常时，前面板的显示灯不会变化。当转向过度情况发生时，制动波形图中制动力呈曲线上升态势，而动力波形图中动力呈曲线下降趋势，参数4068-2的表格中节气门进气量逐渐减少，发动机喷油量逐渐减少，这样可以使转向过度的情况得以化解。当转向不足的情况发生时，之动波形图中制动力在一定范围内保持不变，而动力波形图中曲线呈上升趋势，参数4068-2表格中节气门进气量和喷油嘴喷油量呈上升趋势使汽车动力得以增加来解决转向不足的情况。

4.实验结论

当车轮状态出现不同于驾驶员想要行驶的原路线时，ESP 系统会判断其状态，进行修正。当左前轮过度转向时，ESP会减小左前轮的制动力，进气量和喷油嘴的喷油量都会相应上升，减小动力，从而可以修正左前轮，并且其余车轮不发生改变。

5.未来的展望

本文基于Labview软件和研华公司数据采集、控制模块实现了ESP试验台的软件设计。软件通过对车辆模拟数据的采集，对数据进行处理和分析，判断车辆所处的稳定状态，并根据设计的控制策略，在车辆处于不同稳定状态时模拟实现对车辆制动及发动机输出转矩的控制，很好实现的实验台软件应有的功能。基于所设计的软件，可良好实现对所开发的ESP系统的检测，为ESP系统的批量生产提供了良好测试平台。

参考文献：

[1] 安丽华.汽车电子稳定性程序（ESP）控制方法及联合仿真研究[D].南京理工大学硕士学位论文.2010年.

[2] FU Yanrong， WANG Guoye and GUAN Zhiwei： Simulation Study on ESP Integrated Control Unit for the Automobile. MD&ME.; Forum Vol. 43-2（2014）， p.35-40 .

电子稳定系统篇3

ESC是电子稳定系统 (Electric Stability Control) 的简称, 它是一种主动安全技术, 对汽车 (包括商用车) 安全安全有着十分重要的作用, 能够大幅降低交通安全事故率。

欧美发达国家将ESC应用在商用车上走在世界前列, 并有相应法规强制要求, 欧盟通用安全法规661/2009/EC要求:2011年11月1日对于所有新类型认证车辆, 必须安装电子稳定控制系统ESC。美国政府于2007宣布, 所有在2011年9月1日之后生产的车辆皆强制配置了ESC系统。我国主动安全技术研究起步较晚, 其应用也相对落后, 但也在适用时代要求, 逐步对车辆主动安全技术提出要求, 如GB7258和GB12676要求所有12T以上商用车安装防抱死系统。鉴于国内的汽车安全法规参考欧洲法规, 预测国家会很快出台法规要求安装ESC系统。

为此, 国内主要商用车生产厂商都在开展ESC的相关技术研究, 并已有少部分车辆在市场上销售。笔者在此就基于EBS (电子制动系统) 的ECS在商用车上的应用经验与大家分享。

1 ESC在商用车上的应用

1.1商用车配置ESC优点

1.1.1更安全

(1) 具备EBS系统防抱死功能;

(2) 缩短车辆制动响应时间 (减少0.2~0.3秒, 0型试验制动距离缩短3.34~5米) ;

(3) 紧急制动功能 (WABCO EBS系统通过司机踩刹踏板的速率判断刹车的缓急, 急刹时EBS启动紧急制动功能, 保证车辆在极端情况下安全性) 。

1.1.2更舒适

(1) 制动曲线可调, 满足不同区域驾驶员的偏好;

(2) 电刹降低踏板力, 司机刹车更柔和;

(3) 机械阻滞力功能, 测量车辆机械阻滞力, 通过参数设定, 司机刹车时EBS系统对机械阻滞力预判, 提高刹车的可操控性和舒适度 (轿车液刹的感觉) ;

(4) 制动防点头, 通过刹车末端对前后桥制动气压的调节, 提高车辆停车舒适性;

(5) 摩擦片的均匀磨损控制;缓速器集成控;主挂车一致性控制;制动性能监控;制动温度监控;制动防叠加功能等。

1.2工作原理

本ESC是在EBS基础上增加ESC模块和转向角度传感器, 即在EBS系统基础上增加方向控制功能和防侧翻控制功能。

1) EBS工作原理:EBS电子制动控制系统由中央ECU、桥控模块、ABS电磁阀、电控挂车控制阀、制动信号传输器、比例继动阀、后桥备压阀等零部件组成。对于没有辅助制动系统的车辆, 当驾驶员促动制动踏板时, 制动信号传输器的行程传感器将获得驾驶员的制动请求并将请求的制动减速度输入中央ECU, 中央ECU根据计算出的整车重量以及相应的每根轴的载荷和输入的制动器的单位压力下的制动扭矩计算出此减速度对应的每个制动气室需要的制动压力。中央ECU直接控制内置有压力传感器的前桥比例继动阀输出相应的制动压力实施制动, 并通过EBS内部CAN总线控制后桥控制模块, 从而后桥控制模块的ECU控制相应作动元件输出相应的制动压力, 实现了制动控制。对于有辅助制动系统的车辆, EBS的中央ECU能够通过CAN总线自动的识别车辆是否带有辅助制动系统及其形式。如果带有辅助制动系统, 在正常制动过程中EBS首先控制辅助制动系统提供制动扭矩达到要求的车辆制动减速度。当辅助制动系统提供的制动扭矩达不到要求时, EBS将控制行车制动系统获得额外的制动扭矩以达到驾驶员的要求。当EBS制动系统的电控回路出现故障时, EBS的备压制动回路正常工作。EBS电子制动控制系统满足ECE R13和GB12676的法规要求。同时, EBS中央ECU接收轮速信号和摩擦片磨损状态信号, 通过EBS所特有的制动管理功能实现摩擦片的均衡磨损、制动力分配等功能, 提高车辆的制动舒适性及车辆的经济性。另外, 当车轮趋于抱死时以及在起步的过程中, 中央ECU通过调节制动气室压力开始循环控制, 实现防抱死控制和驱动防滑控制功能。

2) ESC方向控制原理:

3) RSC防侧翻控制原理:

1.3制动系统气路图

1.4制动系统电路连接图

1.5整车布置图

整车布置注意事项:

(1) ESC模块应安装在车辆重心附近;

(2) 同一桥的左右制动管路要求左右对称布置;

(3) 管路中尽量少用弯通或三通, 提升气制动反应时间;

(4) 管路布置走向要求顺畅, 减少气阻;

(5) 转向角度传感器的转向角度为±1440度, 覆盖所有的需求 (±4圈) , 传感器可以选择SAE J1939 CAN也可以选择WABCO内部CAN, 传感器需要做防水防尘保护, 推荐安装位置为转向盘的下面。

1.6试验

1.6.1安装检查

检查阀件固定安装位置、管路连接是否正确;

1.6.2 ESC系统参数设置

根据试验车辆的参数对ESC系统进行设置, 如总重, 驱动形式, 齿圈齿数等。

1.6.3系统检查

(1) 检测SAE J1939的报文信息;

(2) 用PC诊断软件检查ESC系统的安装连接;

(3) 压降梯度检查。

1.6.4试验场试验

(1) ABS和ASR功能验证试验

(2) EBS制动管理功能验证试验

(3) ESC功能验证试验

2应用拓展

在ESC系统的基础上, 可以拓展其它的主动安全技术, 如:自适应性巡航控制系统ACC, 防撞警告控制系统CWS, 自动操纵辅助系统AMA, 追尾碰撞报警FCW, 自动紧急制动系统AEB, 盲区监测控制系统BSD, 避撞控制系统CAS, 变道辅助控制系统LCA, 航道偏离报警系统LDWS, 车道自动保持系统LKS。

3结束语

通过上述关于ESC系统工作原理, 在商用用上的布置、相关试验的介绍以及其它安全系统的拓展, 使大家对主动安全技术有了更深的理解, 也为广大汽车技术人员匹配应用ESC系统提供技术支持。

摘要：随着社会的发展, 交通安全问题越来越凸显, 交通安全问题已成为世界性的大问题。据报载, 全世界每年因交通事故死亡的人数约50万, 伤1000万人, 严峻的现实使人们不能不正视汽车安全性问题。随着高速公路的发展和汽车性能的提高, 汽车行驶速度也相应加快, 加之汽车数量增加以及交通运输日益繁忙, 汽车事故增多所引起的人员伤亡和财产损失, 已成为一个不容忽视的社会问题, 汽车的行车安全更显得非常重要。而传统的被动安全已经远远不能避免交通的事故发生, 因此主动安全的概念慢慢的形成并不断的完善。在所有主动安全系统中, 最重要的莫过于制动系统。相关研究已经证实, ESC (电子稳定控制系统) 对于整车稳定性和出现异常车辆运动时对车辆的可操控性有很大提升, 因此在商用车上匹配ESC安全系统优为必要。

关键词：商用车,制动性能,ESC,EBS,电子稳定系统,电子制动系统,制动系统

参考文献

电子稳定系统篇4

2008年下半年以来，电子信息产品出口增速不断下滑，销售收入增速大幅下降，重点领域和骨干企业经营出现困难，利用外资明显减少，我国电子信息产业发展面临严峻挑战。与此同时，产业的深层次问题仍很突出，必须采取有效措施，加快产业结构调整，推动产业优化升级，加强技术创新，促进产业持续稳定发展，为我国经济平稳较快发展作出贡献。

值得注意的是，今年以来我国电子信息产业下行趋势更加明显。工业和信息化部运行监测协调局发布的工业经济运行情况表明，随着国际金融危机影响进一步显现，1至2月，我国的电子信息制造业在收入、出口、利润等方面均呈现负增长，产业发展面临的困境多年未有。面对复杂的形势和严峻的挑战，如何促增长、保稳定、调结构、谋转型，是全行业必须认真解决的重大问题。

为振兴我国的电子信息产业，政府已明确了电子信息产业发展的三大重点任务：一是完善产业体系，确保骨干产业稳定增长，着重增强计算机产业竞争力，加快电子元器件产品升级，推进视听产业数字化转型；二是立足自主创新，突破关键技术，着重建立自主可控的集成电路产业体系，突破新型显示产业发展瓶颈，提高软件产业自主发展能力；三是以应用带发展，大力推动业务创新和服务模式创新，强化信息技术在经济社会各领域的运用，着重在通信设备、信息服务和信息技术应用等领域培育新的增长点。

如何完成这三大重点任务，确保我国电子信息产业健康高速发展?

第一要拉动内需。事实上，拉动内需已经成为世界各国应对危机的重要手段。扩大内需的政策一方面是解决企业订单的问题，另一方面是调整市场结构的问题，改变过分依靠国际市场的局面，提高国内产品市场占有率，培育自主品牌。

二是要加大国家投入。电子信息产业高风险、高投入特征明显，受国际金融危机影响，跨国企业纷纷减少投资，国内企业投资也受到很大影响。在这种情况下，需要建立国家、地方、企业及社会共同投资、共担风险的机制通过加大国家投入，引导各方面资金共同支持产业发展，能够有效突破关键核心产业的技术和规模瓶颈，为支持和保护电子信息产业重要生产力平稳度过危机提供保障，

三是要加强政策扶持。通过进一步完善各项产业政策，可以给产业发展创造出良好的政策环境，为整个产业带来普惠效益，有助于在困难时期增强产业发展的信心。通过落实对产业的各项优惠政策，制订适应产业发展需要、克服危机影响的新产业政策，进一步优化产业发展的政策环境，是整个规划最核心的内容。

四是要完善投融资环境。投资、出口、消费是拉动经济发展的三架马车。投资驱动是这些年我国电子信息产业保持快速发展的主要动力之一。同国外完善的投融资环境相比，国内的投融资渠道还不畅通，国际金融危机导致企业资金短缺，生存压力不断加大。要加快建设和逐步完善电子信息产业投资驱动的体制框架。

五是要支持优势企业并购重组。当前是我国开展企业并购整合的关键时期：一是经过多年发展，我国电子信息企业实力明显提升，但企业小而散的局面制约着产业进一步发展；二是国际金融危机使得很多国内企业生存困难，企业整合的门槛已经降低；三是国际金融危机给国外跨国企业，特别是一些拥有核心专利技术的中小企业带来巨大冲击，这为国内企业整合国际资源提供了机遇。

六是要支持企业开拓国际市场。我国电子信息产业对外依存度高，60％以上的产品依靠出口。保持出口的稳定，是实现产业平稳发展的关键。

七是要强化自主创新能力建设。创新是企业应对危机的利器，也是解决我国电子信息产业一系列矛盾的根本。《规划》主要从加快实施国家科技重大专项、完善关键领域公共服务能力、促进协同创新、加快自主标准产业化进程、加强知识产权保护、引进高层次海外人才等方面，提出了强化自主创新能力建设的重点增强自主创新能力是产业长期存在的关键问题，在危机的冲击下，这一问题更显突出：切实贯彻落实《规划》提出的增强产业自主创新能力建设的各项措施，为克服危机影响，夯实产业技术基础，促进产业由大变强提供重要的保障。

《规划》是指导未来3年电子信息产业发展的重要纲领性文件，既关乎现在，又影响长远。如果结构调整到位，无疑将为电子信息产业振兴乃至由大变强，奠定坚实的基础。

电子稳定系统篇5

欧盟日前宣布, 从2014年11月1日开始, 所有在欧盟范围内销售的新车都必须标配车身电子稳定系统, 即ESP ( Electronic Stability Program) 。根据欧盟新法规, 即日起所有新注册的车辆总重量GVW ( Gross Vehicle Weight) 在3. 5吨以下的轻型商用车、乘用车都必须配备ESP防滑系统。另外, 该法规将在一年后针对其他车辆同样适用。

欧盟新规同北美的相关法律相呼应。从2011年9月开始, 美国和加拿大市场上, 所有的车辆总重量在4. 5公吨以下的汽车都被强制要求配备ESP。澳大利亚和以色列也颁布了类似的ESP强制标准。另外, 未来数年内, 日本、韩国、俄罗斯和土耳其也将相继加入ESP强制标配的行列。

类似ESP等技术是构建汽车主动安全的基础, 也是未来自动驾驶车的根基所在。ESP防滑系统如今被视为仅次于安全带之后最重要的汽车安全组件, ESP甚至重要程度更胜于安全气囊。博世从1995年开始投产ESP, 迄今累计产量超过1亿套系统。诸多供应商高管均表示看好ESP在欧洲以外的发展前景。根据供应商巨头内部研究, 在打滑造成的车祸中, 倘若车辆都配备了防滑系统, 则超过80% 都可以避免。

电子稳定系统篇6

1 汽车电子稳定控制系统ESP (Electronic Stability Program) (如图1)

目前, ESP较为成熟的底盘主动安全系统。上世纪90年代中期, 德国Bosch公司推出了车辆动力学控制系统 (VDC) , 也就是ESP系统。通常情况下, 我们将ESP系统的控制思想称为“直接横摆力矩控制” (DYC:Direct Yaw-moment Control) 或者“差动制动控制” (DBC:Differential Braking Control) 。控制原理如图1。

2.1汽车转向的电子控制系统

1.2.1主动前轮转向系统AFS (ActiveFront Steering)

依据驾驶员意图 (驾驶员的转向输入) , AFS系统通过AFS的执行机构给前轮叠加一个额外的转向角。此额外的转向角由电子控制单元根据转向盘转角和汽车的一些运动变量计算得出。电动机、自锁式蜗轮蜗杆和行星齿轮机构等构成了AFS的执行机构。一般来讲, AFS常被串联在转向盘和转向器之间。

1.2.2四轮转向系统4WS (4 wheelssystem)

4WS是出现较早的底盘主动控制思想, 低速时可以提高汽车的转向灵便性, 高速时可以改善汽车的操纵稳定性, 由于4WS是靠轮胎的侧向力影响汽车姿态的, 因而在大侧向加速度工况下, 轮胎力的饱和特性将导致控制性能下降, 4WS在实节际生产中实施复杂、成本高, 阻碍了成品车的市场化[13～15]。

1.2.3电动助力转向系统EPS (Electric Power Steering) (如图2)

电动助力转向系统EPS是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统, 与传统的液压助力转向系统HPS (Hydraulic Power Steering) 相比, EPS系统具有很多优点。特别是在使驾驶员操纵轻便方面, 电动助力转向系统可根据汽车的行驶速度, 灵活地调节助力大小。EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元 (ECU) 等组成。

1.3 汽车主动悬架系统AS (Active Suspension)

汽车主动悬架系统AS是在普通悬架系统中附加一个可以控制阻尼作用力的装置, 主要由 (车高、转向角、加速度、路况预测) 传感器、电子控制ECU、悬架控制的执行器等组成。系统的控制功能通常有以下三个。

(1) 车高调整。 (2) 阻尼力控制。 (3) 弹簧刚度控制。

1.4 轮胎压力监测系统TPMS (Tire PressureMonitoring System)

在非正常气压下, 特别是低气压下, 轮胎长时间的高速行驶是造成爆胎的最主要原因。因此, 防止汽车爆胎情况的发生, 定要实时监测轮胎气压变化, 保持汽车在标准的轮胎气压下行驶。汽车轮胎压力监测系统 (TPMS) 的主要作用就是在汽车行驶时对轮胎气压进行实时自动监测, 对轮胎漏气和低气压进行报警, 以保证驾车者、乘车人的生命安全。

1.5 车辆底盘线控技术 (X-by-wire)

1.5.1 底盘线控技术的特征

X-by-wire的关键是线控转向和线控制动系统。图5是线控转向系统和线控制动系统的构架图, 它们由两套控制系统所组成。一套是对操纵机构的控制, 即对转向盘力矩或者制动踏板力的控制。另一套是对执行机构的控制, 即对前轮转向角或者车轮制动力的控制。这两套控制系统都使用外来能源/电能, 他们之间只有不断的信息交换, 但没有机械运动和机械能量的传递。

1.5.2 线控转向系统 (Steer by Wire)

线控转向系统尚处在研制阶段。转向盘和转向盘力矩模拟电机、转向盘转角传感器、控制器单元 (ECU) 、电能供给系统、电能和信息管理系统以及车轮转向执机构等部分构成此系统。当驾驶员操纵转向盘转向时, 一方面执行电机要根据驾驶员的意向对前轮的转角进行相应的调节和控制;另一方面转向盘力矩模拟电机要根据汽车的运动状况计算出转向盘的回正力矩, 为驾驶员模拟相应的路感。

2 结语

伴随着电子传感器技术的不断研发和完善, 这些新的信息与汽车底盘电子控制系统将会通过网络化结合, 更多的新功能、新系统将出现, 如自适应车速巡航控ACC (Adaptive Cruise Control) 、碰撞警告和自动制动系统CWAB (Collision Warning with Brake Assist) 、前向车辆碰撞警告系统FVCWS (Forward Vehicle Collision Warning Systems) 、车道偏离警告系统LDWS (Line Departure Warning Systems) 、前向避障辅助系统FCAAS (Forward Collision Avoidance Assistance Systems) 和车辆停走系统 (Stop&Go) 等。

摘要：本文介绍了汽车电子稳定控制系统ESP目前的热点, 包括全方位底盘控制 (GCC) 、底盘的线控技术 (X-by-wire) , 以及一些基于机器视觉的汽车防碰撞技术。

电子稳定系统篇7

随着经济发展和电子设备大范围应用, 感应雷和雷电波侵入造成危害大大增加。相关研究学者明确指出:信号系统的浪涌行为及其在瞬间高电压作用之下产生的雷击浪涌问题是导致电子设备及相关仪表稳定性受到严重干扰与影响的最根本因素。我们知道:信号系统浪涌电压的主要来源是感应雷击、EMI (电磁干扰) 、静电干扰以及无线电干扰一直都是诱发信号系统出现浪涌行为基本途径。的和静电干扰。在信号系统浪涌作用之下, 电子设备及仪表受信号干扰影响导致其传输通道中的各种数据信息产生误码, 进而对这部分数据信息的传输精确性及及时性造成不利影响。据此, 如何针对防雷电路设计问题展开系统分析与研究, 确保电子设备及仪表的高效运行, 已成为相关工作人员的当务之急。

2 主要研究的目标

①研究防雷和抗浪涌电流的方法;②防雷击和抗浪涌电流电路设计和试验验证;③防雷击和抗浪涌电流电路工程化;

3 涉及的关键技术

根据目前MWD地面系统的使用情况和的了解, 根据系统技术指示要求, 对系统电气、结构等方案进行了分析论证, 主要存在以下技术难点和重点:

3.1 野外条件下自然现象对MWD地面系统的影响

在城市经济建设发展日益完善的背景作用之下, 由感应雷及雷电波侵入问题所导致的各类事故危害问题日益严峻。在当前技术条件支持下, 建筑物顶部位置所安装的避雷针仅仅能够针对直击雷进行预防, 而那部分在强大电磁场作用力之下形成的感应雷及脉冲电压却能够沿雷击方向进入建筑物内部, 进而对电话、电视等各类型电子设备仪器的正常运行造成干扰。特别对于太阳能控制仪表而言, 受其安装位置特殊性因素的影响, 仪表在运行过程中的稳定性始终无法得到有效保障。

3.2 雷击危害分析

随着现代化高技术的迅速发展, 通信设备、数据网络、精密仪器、家用电器等电子电气设备的用量越来越大, 各类设备遭受到雷击的事故越来越多造成重要通信设备损坏、通信中断, 使许多网络陷入瘫痪状态, 产生巨大的经济损失。

描述雷电的波形有一下三种:10/350us是直击雷的电流波形, 8/20us是感应雷的电流波形, 10/700us是模拟雷电的电压波形。

3.3 雷电对电气设备的影响

1) 直击雷击:直击雷蕴含极大的能量, 峰值电压可高达5000kv, 峰值电流可高达140kv, 具有极大的破坏力, 如果建筑物直接被雷电击中, 巨大的雷电流引入线入地, 会造成一下影响:

直击雷对电气设备的破坏性分析:当建筑物直接承受来自于雷电的冲击时, 强大的雷电流会导致建筑物表面水份在热力作用下发生汽化反应并铸件膨胀, 受膨胀作用力影响而产生机械力会在一定程度上致使建筑物发生燃烧或是爆炸。并且, 当接闪器直接承受雷电电击作用力时, 雷电所产生电流会沿引下线向地表浅层泻放, 进而导致地表电位发生瞬时性升高, 存在向临时物体跳击的可能性, 该区域的火灾可能性较大, 人身生命安全无法得到可靠保障。

2) 感应雷击:直接雷击发生后由于静电感应而产生的雷击, 常称二次雷击。

感应雷的特征:感应雷实际上是一个峰值高。持续时间us级的脉冲电流 (或电压) , 又称为浪涌电流 (或浪涌电压) 。与直接雷击的雷电流波形相比, 感应雷电峰值低, 半值时间短。从能量角度来看, 10/350us波形是8/20us波形的5倍以上。IEEE指出, 电力线上的感应雷电流峰值不会大于10ka (8/20) , 雷电压峰值不会大于5kv (10/700) .

感应雷破坏:一般来说, 感应雷破坏可以划分为电磁感应雷破坏以及静电感应雷破坏这两种形式, 即我们所俗称的二次破坏。我们知道:受到雷电电流变化波动较大因素的影响, 雷击的过程也会产生大规模的交变磁场, 该磁场能够诱发整个磁场区域内的各类金属物件形成感应电流, 并向周边物体放电, 由此给电子设备仪表的运行带来严重影响与破坏。

3.3.1 静电感应雷破坏分析

对于静电感应雷破坏而言, 负电荷表现显著的雷云所构成的电场能够以金属导线为载体形成电场束缚现的正电荷。雷云在感应这部分被束缚正电荷的过程当中会失去对其的有效束缚。换句话来说, 正电荷能够在电势能的作用之下沿线路传输方向构建较大的电流冲击。未设置有效防静电装置的建筑物或其他场地存在严重的易燃易爆安全隐患。

3.3.2 电磁感应雷破坏分析

当雷击发生在供电线路邻近区域或是直接与建筑物顶端避雷针装置接触的情况下, 其同样会形成大规模的交变电磁场。整个交表电磁场在能量感应的作用之下最终倾泻至终端电子设备及仪表当中。导电性表现不够西安好租的避雷针装置甚至会在一定程度上致使这类感应雷落雷的机率加大。

3.3.3 雷电波引入破坏分析

当雷电电击与建筑物架空管线相近时, 受雷击作用而形成的高压冲击波会沿着建筑物架空管线的传输方向直接引入建筑物内部, 等同于高电流引入。不仅建筑物内部的各种电子设备仪表会造成应用故障, 室内人员安全也受到严重威胁。

云层之间频繁放电产生强大的电磁波, 在电源线和信号上感应极高的脉冲电压, 峰值电压可达50KV, 峰值电流可达20kv, 严重损坏电气设备。

3.4 MWD地面系统被雷击损坏问题分析

相关工作人员需要明确一个方面的问题:导致电子设备各类故障危害频发的最根本原因并非直接雷电电击, 其更多的归集到在雷电电击过程当中与通讯线路及电源设备中所产生电流浪涌行为之上。作出这一判定的原因有以下两点:首先电子设备内部结构所表现出的集成化与统一化会导致这部分设备的耐压及耐电流水平较低, 对于电流浪涌行为的承受能力较差;其次, 电子设备仪表研发技术的发展使得其信号来源途径大范围拓展, 与之相对应的是电流浪涌进入电子设备仪表内部途径的增多。

3.4.1 电源浪涌分析

雷击并非导致电源浪涌行为形成的唯一要素。对于电力系统而言, 其在运行过程当中的短路问题、大负荷运行问题均会在一定程度上诱发电源浪涌行为。相关实践研究结果表明:尽管雷击发生在几百公里以外的地区, 但由此而形成的电源浪涌行为会在电网系统的作用之下以光速进行传输并最终直至我们正在使用状态的电脑系统内部。经由变电站衰减仍保留下来的上千伏单位的电压对于电脑设备的破坏显然是致命的, 所以说, 这种浪涌电压完全可能一次性致使电子设备仪表的损坏与报废。

3.4.2 信号系统浪涌分析

正如上文所述, 感应雷击、电磁干扰、无线电干扰和静电干扰是导致信号系统形成浪涌行为的最直接因素。各类型金属物体在这种干扰信号的影响之下会一定程度上导致其传输系统中的数据信息出现误码问题, 这对于电子设备仪表的正常运行而言是极为不利的。正因为此, 笔者提出了一种以压敏电阻以及瓷套气体放电管为载体的单相并联式抗雷击浪涌开关电源电路设计方案。

4 防雷击浪涌电路的设计

本文将一种以压敏电阻以及陶瓷气体放电管为载体的单相并联式抗雷击浪涌电路设计作为了研究重点, 并对其在地表电子设备仪表系统电源输送线路中的应用加以说明。同时集成热敏电阻进行温度监控, 确保防护系统有效。

4.1 压敏电阻: (简称:MOV)

Zn O压敏电阻是一种伏安特性呈非线性的电压敏感元件, 在正常电压下相当于一个电容, 当电路出现过电压时, 他的内阻急剧下降并迅速导通, 其工作电流增大几个数量级通过串接在电路的“电阻压降”而维持原电压, 压敏电阻与电路是并联使用, 从而保护电路不受过电压的影响而损坏。氧化锌晶粒的电阻率很低, 而晶界层的电阻率却很高, 相接处的两个晶粒之间形成一个势垒, 这就是压敏电阻单元, 每个单元的击穿电压大约为3.5V, 将许多单元加以串联和并联就构成了压敏电阻, 压敏电阻在工作时每个压敏电阻单元都承受浪涌能量, 基片的横截面积越大其通流量也越大, 氧化锌压敏电阻是一种嵌位型的防护元件, 分为单片型, 组合型和模块型等结构。

1) 压敏电阻的应用

压敏电阻的通流量很大, 可达数百安到数千安, 压敏嗲组可在ns数量级对冲击电压发生抑制作用, 可用于浪涌冲击防护, 过压保护, 灭弧, 消磁等领域。

2) 使用注意事项

①压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌电压能量但不能承受mA级以上的持续电流;

②压敏电阻可以很简单串联使用, 将直径相同, 流通量相同的压敏电阻串联后通流量不变而限制电压增大;同样也可以并联以获得更大的通流量;

③压敏电阻的极间电容较大, 高频应用的场合不宜使用;

④压敏电阻的漏电流较大, 会随着工作时间的延长和承受浪涌冲击的次数增加而不断变大;

⑤压敏电阻的残余电压使其动作电压的2.5-3.5倍;

⑥压敏电阻的安全问题。在以往的应用中, 跨接在交流电源线上的压敏电阻出现过起火燃烧的问题, “欧共体”发布文件禁止使用, 起火燃烧的现象是由于老化失效和瞬间浪涌电压破坏的结果。

4.2 叠层片式ZnO压敏电阻: (简称:MLV)

在MLV的内部Zn O与金属内电极层呈交叠增加结构, 相邻两内电极层与所夹的陶瓷层组成一个单层“压敏电阻”, 这些单层的压敏电阻又通过外电极并联在一起, 从而大大提高了有效电极的面积使瞬态过电压产生的热量能散发在外电极, 从而保证了能量耐受能力, MLV体积很小一般用于ESD防护。

4.3 气体放电管: (简称:GDT)

“气体放电管”是由封装在玻璃管或陶瓷管的一对电极构成, 其电气性能基本上取决于气体的种类, 气体的压力以及电极的距离, 当有“浪涌冲击电压”时电极间产生电弧, 电离气体, 产生“负阻特性”, 放电路径是由“高阻抗”转向“低阻抗”。气体放电管在正常工作条件下不工作, 呈现“高阻抗”, 在有较强的浪涌冲击时, 高压脉冲耦合到电极上, 当脉冲电平超过“动态电压门限”是GDT变为“低阻抗”进入“导通状态”将能量释放到“地”达到保护的目的

4.3.1 气体放电管的应用

气体放电管的工作电压范围可从几十伏~几千伏, 通流量很大, 可达几万安培;气体放电管的极间电容很小, 一般小于3pf, 可用于高频场合;气体放电管用于一级浪涌冲击防护。

4.3.2 使用注意事项

①要根据电路的“浪涌冲击电压”及“脉冲通流量”来选择“气体放电管”。

②由于GDT对雷电的响应足以1KV/MS的速度而上升的, 对于“瞬态浪涌”来讲“响应速度”较慢, 残余电压较高, 为可靠起见需要采用二级浪涌防护电路; (在一级和二级电路之间要施加PWC浪涌电阻来进行“退耦”;)

③在交流电源线路上使用必须考录避免电源短路的问题;

④GDT的有效寿命较短, 为保证可靠性要定期更换。

4.4 系统电气设计

整个电路系统由防雷电路以及抗浪涌电路这两部分共同构成。对于防雷电路而言, 其选用了3个压敏电阻装置以及1个陶瓷气体放电管装置进程复合式的对称电路。该防雷电路构成共模及差模全保护模式。在此基础之上与传统开关电源电路构成整个防雷仪表的电源电路。以压敏电阻为载体形成并联结构, 达到有效延伸线路电子设备使用寿命的目的。特别是在压敏电阻短路失效的情况下, 整个线路能够与开关电源电路相分离, 最大限度的抑制失火问题。基于以上目的, 相应的设计方案如下:将压敏电阻和陶瓷气体放电管的单向并联式抗雷积浪涌电路应用到仪表的电源上。主要分为防雷电路部分和开关电源电路部分, 电路简单, 采用复合式对称电路, 共模, 差模全保护, 可以不分L, N端连接。使压敏电阻RVI位于贴片整流模块前端分别与电源L, N并联, 主要来钳位L, N线间电压, 压敏电阻RVO, RV2与陶瓷气体放电管FDI串联后接地, RVO与FDI串联主要是泄放L线上感应雷击浪涌电流, RV2与FDI串联主要是泄放由信号口串入24V参考电位上的能量, RVO, RV2短路失效后, FDI可将其与电源电路分离, 不会导致失火现象, RVI前端线路上串联了一个线绕电阻, 当此RVI短路失效时, 线绕电阻可起到保险丝的作用, 将短路电路断开, 压敏电阻电压钳位型保护器件, 其钳位电压点即压敏电阻参数选择相对比较重要 (选压敏电压高一点的, 通流量大一些的更安全, 耐用, 故障率低) ;根据通流量要求选择外形尺寸和封装样式, 本电路中采用561k-10D的压敏电阻与陶瓷气体放电管串联来延长使用寿命和确保安全。陶瓷气体放电管的通流容量根据要求的通流容量选择, 电路采用3RM470L-7.5-L, 通流量为5000A。线路电阻R1起限流分压作用;贴片整流模块为开关电源电路前段整流作用, C1为高压滤波电容, Y1为去耦电容, 电阻R2和电容C2及VD2组成开关电源芯片MOS管的吸收钳位电路, 保护芯片, 开关电源芯片采用PI公司的TNY27系列, TRI为高频变压器, VD3, C3构成高频变压器次级滤波, U2, VD4, R3, R4, R5构成开关电源电路的反馈电路, 可将变压器次级输出电压稳定在设计值, 此防雷抗浪涌电路在实际使用中取得了较好的效果。

摘要：在新时期科学技术及经济社会现代化建设蓬勃兴起的背景作用之下, 相关工作人员对于国民经济建设各方面领域研究的深度日益显著。电子设备所表现出的系统性、集成性以及高效性使其在无线通信建设的方方面面表现出了极为深远的应用价值。本文在这一背景作用之下, 针对感觉雷击雷电波对于电子设备的干扰影响这一中心问题, 就防雷电路的设计策略进行了系统分析与说明, 并论证了无线随钻电源防护系统在防雷电路设计中的优越性能。

关键词：防雷击,抗浪涌,电流电路,防护系统

参考文献

[1]杨亚萍.李童.程希等.MWD无线随钻测量仪脉冲发生器控制电路的设计.[J].石油仪器.2009.23. (04) .25-27

[2]王韶光.魏光辉.陈亚洲等.无线电引信的超宽谱辐照效应及其防护.[J].强激光与粒子束.2007.19. (11) .1873-1878

[3]王克.通讯设备雷击防护.[J].无线电工程.2002.32. (11) .49-51

[4]肖亚峰.赵素琴.计算机网络的雷击防护设计.[J].科技情报开发与经济.2007.17 (05) .222-223

浅议电子通信中电源稳定性篇8

通信电源是电子通信系统的核心组成部分之一, 如果其运行状态不稳定, 或者存在某种故障, 将会给整个电子通信系统的正常运行带来直接且明显的影响, 严重时甚至使其陷入瘫痪。然而就通信电源发展现状而言, 其在整个电子通信行业中的占比仍旧相对偏低[1]。对于电子通信电源系统而言, 其由四大部分组成, 分别是交流配电、直流配电、整流柜以及监控模块。

二、电子通信中电源稳定性现状分析

我国电子通信技术正处于快速发展之中, 然而就其电源稳定性来看尚表现出诸多不足, 最突出的问题其可靠性有待加强, 防雷措施有待完善, 技术含量有待提升, 总之缺乏足够的竞争力。当前, 自关断器件仍旧依赖大量进口以满足实际需求, 另外, 测试方法也相对单一。就通信电路设计层面来看, 主要依靠设计人员的个人能力, 所以, 在该领域尚未形成真正的系统化。

三、加强电子通信中电源稳定性的措施

3.1选用可靠的电源系统

电源系统的稳定性主要取决于两点, 一个是设备的可靠性, 另一个是设计的合理性。传统电源系统大部分选用的是分立电子元件, 常见的如可控硅元件等, 这给实际运维工作制造了很大的麻烦。高频开关电源优点众多, 如体积小、噪音小、工作效率高等, 可预见其将会逐步取代传统相控整流器。选择和使用安全系数高、稳定性良好的硬件至关重要, 是确保通信电源可靠性的首要环节, 科学的接线方式同样是不容忽视的。为使得电源系统拥有良好的独立性, 各套通信装置所对应的两路电源分别接入拥有理想可靠性电源系统的独立直流母排上, 不仅如此, 还应为每个直流母捧所对应的输出端配备适宜的隔离装置, 即所谓的双电源/双母排概念:蓄电池和对应母排相连, 构成互补影响的独立供电系统。

3.2建立配套的监控系统

1、单套电源的监控。

对于单套电源的监控, 通常做法是在整流屏设置本身的监控装置, 以实现对交 (直) 流、整流以及蓄电池等诸多单元运行状态的实时在线监测, 具体包括下述内容:1) 系统电压以及运行状态的即时显示;2) 负载电流;3) 各整流模块所提供的输出电流;4) 蓄电池充 (放) 电电流;5) 系统各工作参数的设定值;6) 蓄电池温度;7) 工作环境温度等。单套电源的监控装置收集各项设定值, 提供与之对应的警报讯号, 且配备了RS-232接口, 一旦发生紧急故障, 便会启动电话回叫功能, 让负责人员及时获取相关讯息[2]。

2、多套电源系统的监控。

多套通信电源同时存在的情形比较多见, 所以, 有必要为其构建独立性质的通信电源监控系统, 且要将各个分站的这一系统全部连接到总监控系统。主要由四大部分组成:1) 监控单元, 以周期性方式完成对相关数据的采集, 接收上一级传输过来的配置信息, 然后更新当前的配置文件;2) 监控站, 采集和分析相关数据, 根据需要传输给各监控单元, 接受相关处理之后, 传输给上级, 以实现对所有监控单元运行状态的在线监控。与此同时, 和监控中心建立联系, 及时提供警告信息; (3) 监控中心不仅拥有监控站的全部功能, 与此同时, 还能在线显示所有监控站的运行状态, 并可提供打印服务。

3.3落实设备的维护工作

1、对环境温度的控制。对于阀控式蓄电池, 应为其营造一个清洁、干燥、通风的适宜工作环境, 环境温度建议维持在15-35℃之间[3]。所以, 应配置适宜功率的空调, 以实现对蓄电池室温的有效调节。

2、对蓄电池的维护。维护作业时, 首先, 检查其外观, 查看是否存在电解液外渗之类的问题。其次, 以《电信电源维护规程》为依据进行维护:1) 对蓄电池进行“1次/年”的放电试验, 要求放电额定容量保持在30%-40%之间, 还需进行“1次/3年”的容量试验, 另外, 在蓄电池放电过程中, 应对端电压以及放电电流进行测量, 频率控制为“1次/小时”;2) 应选用适宜的测试方法和频率以完成对蓄电池测试工作。用于蓄电池测试的装置种类繁多, 应结合蓄电池的实际情况进行例行维护, 从而确保蓄电池始终拥有理想的运行效率。

四、结束语

总而言之, 在电子通信系统中, 电源是其运行基础, 所以, 确保电源拥有足够的稳定性便显得尤为重要了。相信在主观上给予高度重视, 同时在客观上采取适宜的加强措施, 便能够确保电源拥有足够的稳定性, 为整个电子通信系统的安全运行和高效运行奠定坚实基础。

参考文献

[1]童瑞君.电子通信中电源稳定性的探究[J].科技传播, 2013, 17:48+46.

[2]李启伟.保持通信电源稳定性的探讨[J].价值工程, 2012, 09:146.

例析生态系统稳定性篇9

（1）本实验的自变量是，用样方法调查水花生种群密度时，常用的取样方法有。

（2）稻田生态系统中的福寿螺属于，它和鸭舌草之间构成关系。

（3）实验期间，中密度处理小区福寿螺种群的出生率死亡率，高密度处理小区的水花生种群数量呈型增长。

（4）若实验结束后停止人工管理，低密度处理小区将经历演替，时间足够长，最可能演替为以为主的水生植物群落。

（5）若实验结束后除去福寿螺和杂草，该生态系统的稳定性将降低。

解析（1）从题干可知本实验的自变量是福寿螺的密度大小，因变量是几种物种日均密度增长率；水生花属于植物，样方法通常用于调查植物的种群密度，常用的取样方法有五点取样和等距取样。（2）从坐标图中可知，随着福寿螺密度的增大，鸭舌草日均密度增长率下降，说明福寿螺与鸭舌草是捕食关系；进而福寿螺属于生态系统中的消费者。（3）从图中可知，福寿螺的日均密度增长率不变且大于零，即种群数量增加，说明其出生率大于死亡率；水花生在高密度区的生存空间有限，日均密度增长率较对照组低很多，说明增长曲线为“S”型。（4）在原有土壤被保留的基础上发生的演替属于次生演替；从图中可知狗尾草未受到福寿螺的引入影响，因而将占据主导地位。（5）在试验结束后除去福寿螺和杂草，生态系统的群落结构变得简单，抵抗力稳定性下降。

答案（1）福寿螺的密度五点取样法和等距取样法（2）消费者捕食（3）大于 S （4）次生狐尾草（5）抵抗力

点拨生态系统是由生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体，而群落是同一时间内聚集在一定区域中各种生物种群的集合，所以可以把种群、群落和生态系统的内容放在一起考。调查种群密度的方法一般采用样方法和标志重捕法。样方法适用于植物和活动范围小的动物，要随机取样，常用的取样方法是五点取样法和等距取样法。标志重捕法适用于活动能力强、活动范围大的动物，计算公式为：捕获并做上标记的个体数（n）/种群个体总数（N）=重捕到的标记个体数（m）/重捕到的个体总数（M）。种群增长的曲线分为“J”型和“S”型，前者只在食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等条件下存在。生态系统的组成成分包括：非生物的物质和能量、生产者（自养生物）、消费者和分解者，当生产者和消费者之间存在捕食关系时，就可构成食物链和食物网。种群越少，生态系统的群落结构越简单，抵抗力稳定性越弱，恢复力稳定性越强。

例2 下列关于生态系统中物质循环和能量流动的叙述，正确的是（）

A.富营养化水体出现蓝藻水华的现象，可以说明能量流动的特点

B.生态系统中能量的初始来源只有太阳能

C.食物链各营养级中10%～20%的能量会被分解者利用

D.无机环境中的物质可以通过多种途径被生物群落反复利用

解析水华是因为水体中含有大量的N、P等元素，导致蓝藻大量繁殖，可以说明物质循环的特点，不能说明能量流动的特点，A项错误；生产者是生态系统的基石，只有自养生物才是生产者，根据能量来源不同，可分为光能自养型和化能自养型，所以能量的初始来源除了太阳能还有化学能，B项错误；一般来说，能量在相邻两个营养级间的传递效率是10%～20%，但营养级是食物链中的概念，食物链不包括分解者，只包括生产者和消费者，C项错误；生态系统的物质循环就是在无机环境和生物群落中循环进行的，D项正确。

答案 D

点拨生态系统的能量流动分为输入、传递、转化和散失的过程。生产者把太阳能或化学能转化为它们所制造的有机物中的化学能，这样能量就从无机环境进入到生物群落；接着，能量可以在各营养级之间传递，且只能单向流动，并且逐级递减，相邻两个营养级间的传递效率是10%～20%。大气中的C、H、O、N等元素可以通过光合作用等进入生物群落，生物群落中的这些元素也可以通过呼吸作用、分解作用和化石燃料的燃烧等方式回到无机环境，这就是生态系统的物质循环。

例3 某果园发生了虫害，该虫害是由害虫A引起的。害虫招来了一种小蜂和一种小鸟，小蜂把卵产入害虫A体内，孵出的小蜂幼虫吃空虫体后羽化飞出，再攻击害虫A的其他个体。小鸟特别喜食害虫A，也捕食小蜂。在体内有小蜂幼虫的害虫A中，有些个体常疯狂地摇摆身体，因而容易被小鸟发现而被捕食。回答下列问题：

（1）小鸟和小蜂的种间关系为。

（2）小鸟捕食疯狂摇摆的害虫A，对A种群的生存（填“有利”“不利”或“无影响”），理由是。

（3）体内有小蜂幼虫的害虫A摇摆身体为小鸟提供了一定的信息。在生态系统中，信息对种间关系具有作用，有利于维持生态系统的稳定。

解析（1）小鸟和小蜂均以害虫A为食物，二者为竞争关系，小鸟在捕食害虫A时，将其体内的小蜂幼虫一并捕食，故二者之间又存在捕食关系。（2）害虫A的疯狂摇摆引来小鸟捕食害虫A，同时可将其体内的小蜂幼虫一并捕食，可减少小蜂的种群数量，减少小蜂对害虫A种群中其他个体的捕食，对A种群中其他个体的生存有利，客观上促进了种群的发展。（3）生态系统中的信息传递可调节生物的种间关系，有利于维持生态系统的稳定。

答案（1）捕食和竞争（2）有利小鸟在捕食该害虫A的同时也捕食了害虫A的天敌（3）调节

高稳定度医用电子枪高压电源的设计篇10

1 系统设计

1.1 主要技术参数

某中高能医用电子直线加速器对电子枪高压电源的主要技术指标如下。 (1) 输入电压为单相220 V±20%, 50Hz; (2) 输出电压为-25~-60 k V连续可调; (3) 输出电流为脉冲电流不大于1 A, 平均电流不大于5 m A; (4) 电压调整率为不大于0.5%; (5) 负载调整率为不大于0.5%; (6) 纹波系数为不大于0.5%; (7) 电压稳定度为不大于0.5%。

1.2 电源设计方案

由于医用电子枪高压电源输出要求的稳定度和动态响应高, 同时医用电子枪工作在高电压、小电流条件下。考虑到高压电源的负载是内阻在MΩ~kΩ变化的电子枪发射束流, 为保证高压电源输出的高稳定度要求, 本设计采用两级稳压组合技术, 电源前级采用开关式的预稳压电路, 后级采用软开关特性的半桥并联谐振变换器电路。高压电源的基本框图见图1。

1.3 电源稳定性指标计算

医用电子枪产生的发射束流的好坏对于医用直线加速器的性能指标 (如能量等) 至关重要, 而电子枪高压电源的稳定性对于加速器束流性能影响最大, 主要体现在两个方面: (1) 能量调制, 电子束流强度受空间电荷限制, 阴极电压与束流之间满足二分之三方定律, 其能量调制灵敏度典型值为0.07% (ΔV/V=1%) 。 (2) 相位调制, 阴极高压的变化必然引起电子飞行速度的变化, 其相位调制灵敏度典型值为9.8° (ΔV/V=1%) 。

综上所述, 电子枪高压电源的稳定性必须优于0.5%, 其变化带来的束流能量调制仅为0.038%, 相位调制仅为5°, 满足医用电子直线加速器系统应用要求。

2 电源硬件设计

2.1 前级预稳压电路设计

医用电子枪高压电源要求能够适应宽电压范围输出, 采用单级变换器拓扑调节难度较大。本设计增加一级开关式预稳压电路即功率因数校正 (PFC) 电路, 可以有效实现宽电压范围输出, 同时大幅提高设备功率因数, 改善医用电子直线加速器的电磁兼容 (EMC) 问题。

PFC电路采用单管Boost变换器, 工作于CCM模式, 具有输入电流连续, 电流纹波小等优点。本设计采用Infineon公司的单周期控制芯片ICE1PCS01, 其工作在平均电流控制模式下, 相比于峰值电流控制模式, 抗噪声能力更强, 且IC外围电路极其简单, 在中小功率的PFC应用场合使用非常广泛。

2.2 半桥变换器设计

电子枪高压电源的额定输出功率, 考虑到变压器传输效率、整流管管压降等因素, 实际变换器的输出功率约350 W, 综合考虑电源拓扑采用半桥变换器电路。图2为半桥并联谐振变换器基本框图。

由于该电子枪高压电源需输出-60 k V的高压, 高压变压器的变比很大, 变压器的寄生参数 (漏感及分布电容) 将会明显影响变换器工作性能。本设计采用适合高压电源应用的并联谐振电路拓扑, 能够充分利用寄生参数作为谐振工作元件, 简化电路设计。且整流电路输出无需滤波电感, 降低了高压侧整流管的耐压要求。

变换器采用调频工作模式, 其有两种电流工作状态:状态1为电流断续工作状态 (discontinuous current mode, DCM) (fs<0.5 fr, 其中fs为电源开关频率, fr为电源回路谐振频率) ;状态2为电流连续工作状态continuous current dode, CCM) (欠谐振模式:0.5 fr<fs<fr;过谐振模式:fs>fr) 。本设计采用电流连续状态下的过谐振工作模式。在过谐振工作模式下, 利用开关频率与输出电压成反比的特性, 实现高压电源的稳定输出。

依据以上分析, 可以确定谐振回路的谐振元件参数。本设计充分利用寄生参数作为谐振元件, 其中Lr=100μH (含高压变压器漏感值) , Cr=0.036μF (含分布电容等效值) 。

谐振回路谐振频率fr为:

谐振回路特性阻抗Z0为:

谐振变换电路品质因数Q为:

高压电源输出为-60 k V, 负载电流为5 m A时, 其等效负载RL=12 MΩ。n为高压变压器输入端与负载输出端之间的变比, n=200;而倍压电路倍压数为4, 则高压变压器的总变比为50。代入上面参数, 谐振变换电路品质因数Q值为5.7。

本设计采用了专用调频控制集成芯片L6599, 它能够产生2路调频控制信号, 具有稳压、过流保护等功能, 在脉冲间歇工作模式下可以关断前级PFC。L6599的2路输出分别驱动半桥变换器的高低端开关管, 且在高低端开关管之间插入一个固定的死区时间来保证变换器实现软开关。

2.3 高压变压器设计

高压油箱基本框图见图3。高压油箱采用一体式油箱结构, 这样有利于高压器件的绝缘和散热, 同时也便于高压组件的安装, 高压输出采用内置式高压接插头装置, 便于连接和高压耐压处理。高压油箱内含有高频高压升压变压器、高压整流滤波电路、高压储能电容、高压取样电路、高压无感限流电阻、高压输出连接器等。

高频升压开关变压器采用多次级绕组, 单组倍压整流滤波多组串联的方式, 生成Uk (电子枪阴极高压) , 在次级串联输出后级接有总高压滤波电容, 以保证高压电源纹波系数和脉冲顶降符合整机技术指标要求。高频升压开关变压器采用这样的方式具有以下优点: (1) 降低漏感, 增加变压器调节度; (2) 整流器件的额定反向电压可以降低; (3) 次级每个绕组采取4倍压整流方式以降低变压器体积。

通过采用以上方法设计变压器, 在降低反向电压条件下, 整流二极管可以有更大的选择空间, 通过选择快速器件和反向恢复时间短的器件, 可有效降低整流器件的损耗, 这种损耗在高频时特别明显, 采用了油箱结构有利于高压高频整流二极管的散热。

3 电源控制接口软件设计

电子枪高压电源的控制和保护采用基于Atmel公司AVR单片机 (AT90CAN128) 为核心的全数字式程控系统;对电子枪高压电源的工作状态、实时数据、故障信号、本控按键等信息采集处理, 实现高压电源的通断控制和故障实时保护、定位等功能;对外通过标准RS422串口与显控台通信, 实现显控台对高压电源的远程检测和控制。单片机系统具有独立隔离的电源和地线, 所有的输入输出信号都经过隔离和电平转换, 以抑制整机的高压大电流脉冲信号的干扰, 同时在电子枪发生打火或其他极端情况下保护控制单片机控制系统免受大电流的冲击而损坏。电源控制接口原理见图4。

4 电源设计要素

4.1 高稳定度设计

电子枪高压电源的稳定度主要由基准电压的精度、输出取样比的稳定性、闭环控制的稳定性等因素决定, 为保证高稳定度指标的要求, 本设计着重采取了如下措施。 (1) 基准电压的精度:基准电压的相对变化直接影响高压电源输出的绝对变化, 因此提高基准电压的精度至关重要。本设计由AVR单片机依据设置要求产生相应频率的基准脉冲, 同时用采集的环境温度对基准脉冲进行温度补偿, 并精心选择高精度频率/电压转换器AD650SD, 合理选择参数保证其最佳工作区间, 将基准电压的精度控制在0.2%以内。 (2) 输出取样比的稳定性:输出取样比的相对变化直接影响高压电源输出的绝对变化, 因此精心选用分压电阻器是电压输出高稳定度所必不可少的。高压端电阻选用T44D/4MΩ的高压高精密电阻 (温漂25 ppm) , 低压端电阻选用15 kΩ/0.5 W的精密电阻, 并将其置于高压油箱中, 减小器件温漂带来的影响。 (3) 闭环控制的稳定性:为保证系统稳定, 避免工作中产生自激振荡, 在设计中要留有足够的相位裕量和增益裕量。由于输出滤波无电感, 未补偿时传递函数仅包含单极点, 稳定性较差。环路补偿部分采用PID (比例-微分-积分) 控制, 在放大器传递函数中引入了一个零点和一个极点, 以进行频带的展宽, 提高电源的动态响应。反馈补偿网络原理框图见图5。

该补偿网络的传递函数为:

该传递函数具有一个零点, 一个极点。

由奈奎斯特采样定理, 设置穿越频率fc为最低开关频率fs的1/10, 取6 k Hz。为提高低频段的静态开环增益, 同时满足足够的相位裕量, 选取零点fz=1.5 k Hz, 极点fp=24k Hz。计算各环路补偿参数为R1=1 kΩ, R2=1 MΩ, C1=0.1μF, C2=6.6 F。

由于高压电源的特殊性, 寄生参数不可避免会影响到环路补偿, 在本设计中采取了如下措施: (1) 采用射随电路进行电压隔离匹配; (2) 放大器输出增加去耦用阻容。

利用Matlab得到环路补偿后的系统开环波特见图6。

由上图可知, 系统经环路补偿后, 在穿越频率处相位裕量约为101°, 且在穿越频率附近的增益斜率为-1 (-20d B/10倍频程) , 满足系统稳定性设计要求。

4.2 高压连续调节设计

为满足电子枪高压电源多档位连续精确调节的要求, 高压电源需实现宽电压范围输出。本设计采取了两级变换器级联方案, 两级变换器协同工作, 既保证了输出电压连续可调的要求, 同时在额定负载条件下, 两级变换器均处于最佳工作区间, 有利于高压电源的稳定工作。

半桥并联谐振变换器具有良好的电压放大特性, 是电子枪高压电源拓扑的较佳选择, 其输出特性曲线见图7。在过谐振 (即fs/fr>1) 工作模式下, 可以通过改变电源开关频率对高压电源波动进行快速且高精度的调节, 保证高压电源的宽范围输出。

5 测试结果

为了验证电子枪高压电源的性能, 对其进行了测试, 实际测试数据见表1。

注:电压调整率定义为负载不变, 输入电压变化20%时输出电压的相对变化率;负载调整率定义为输入电压不变, 负载由空载变为5 m A时输出电压的相对变化率