静态策略（精选七篇）
静态策略 篇1
为缓解片上系统 (System on Chip-SoC) 高主频速度和片外存储器的低存取速度之间的矛盾, 在处理器和片外存储器之间引入了片上存储器。常用的片上存储器分别是:Cache和ScratchPad Memory (SPM) 。片上存储器作为一种高速缓存机制在一定程度上缓解了处理器和片外存储器访问速度不匹配的矛盾。
在片上系统性能不断提升的同时, 对多数依靠电池来运行的片上系统而言, 能耗成为片上系统发展的一大瓶颈。研究人员发现片上系统的内存子系统, 占有整个片上系统的能量消耗总量约50%-70%[1], 因此, 如何有效的降低内存子系统的能耗消耗就成为片上系统低功耗编译的重点。相对于硬件管理的Cache, 通过软件优化管理的SPM, 在性能、功耗和占用面积方面都优于Cache[2];其次, SPM消除了由于Cache存在的命中/非命中所带来的不确定性, 使得SPM适用于对实时性要求更高的嵌入式系统。以上特性让SPM成为未来嵌入式系统中取代Cache的理想部件, 然而不同于操作系统对Cache的自动管理, SPM的空间管理必须在编译器的协助人为进行。近年来研究人员提出了众多的SPM分配策略。
文献[2]提出了一种以全局变量为划分对象的SPM静态分配算法, 该算法以全局变量访问频率的高低在SPM和片外存储器之间进行分配, 以达到降低系统能耗的目的, 算法没有考虑程序中指令的分配。文献[3]将SPM分配问题转化为整数线性规划问题, 所提出的分配方法只针对全局变量。文献[4]在对SPM进行静态分配时, 同时考虑了指令块和全局变量的分配, 没有考虑数据。
上述文献所提出的SPM分配策略多数是将应用程序划分为存储在SPM的部分, 以及存储在外存的部分, 划分的对象主要是数据与指令, 没有综合考虑应用程序的组成;SPM分配依据是数据或者指令的访问频率, 数据或指令的访问频率越高越有可能被放入SPM, 然而程序的数据部分虽然可能有很高的访问频率, 但数据块所在空间可能很大, 相对来说访问频繁的数据块的访问密度不一定很高, 这就影响分配算法的优化结果, 原有分配算法对数据或者指令占用空间的大小没有预先考虑;分配过程通过整型线性规划解决器来完成, 算法过程极其复杂。
本文提出一个基于能耗热点的SPM静态分配策略。该策略根据应用程序的执行时信息将其划分成带权重扩展控制流图WECFG, WECFG中的各个节点以及他们之间的调用关系描述了应用程序的执行流程;通过分析WECFG (weighted extend control flow graph-WECFG) 找出程序中的能耗热点, 能耗热点既包括指令、数据, 同时也包含全局变量;计算出WECFG中各个能耗热点的能耗密度, 最后提出一个以能耗密度为优先权的SPM 0-1背包分配算法。实验结果表明, 使用该分配策略来管理SPM空间分配, 比不使用SPM系统的能耗量平均减少34%左右。
2基于能耗热点的静态分配策略
2.1静态分配模型
图1所示是本文所模拟的静态分配模型框图, 阴影部分的CPU core、Decoder、Cache和SPM都属于片上存储器部分, 白色部分SDRAM属于片外存储器。从片上存储器SPM访问数据或者指令所产生的能耗比从片外存取器SDRAM访问小得多。SPM分配的目的就是将程序执行过程中访问能耗最高的部分从SDRAM植入到SPM空间 (如图1的虚线右侧所示) , 以便降低程序执行过程中的访问能耗。在分配模型中Cache和SPM共存, 这样做的目的是:其一, 本文提出的基于能耗热点的静态分配算法是针对指令和数据同时有效的, 对于没有放入SPM的指令或者数据, 可通过Cache来访问;其二, 便于对比有SPM和无SPM情况下的能量消耗变化。
2.2能耗热点的划分
应用程序在执行过程中, 由于对不同指令和数据的访问频率不同, 造成了整个程序执行时访问能量消耗不均匀, 相对来说出现了一些能耗较高 (访问较频繁) 的节点块, 这些节点块称作为能耗热点, 如图2所示的节点B2和 B7。从图2中可以看出逻辑块B2和B7的执行频率远远大于程序的其他部分, 因此所产生访问能耗也最高。
应用程序运行时的总能耗主要由两个部分组成:执行时能耗和访问时能耗, 即:
Etotal=Erun+Eaccess (1)
执行时能耗的大小在特定体系结构的SoC中变化不大, 多数时候是采用硬件的手段来降低执行时的能量消耗, 比如:动态电压缩放, 时钟门控制等;访问能耗主要是处理器从内存子系统中访问数据和指令时的能量消耗, 本文所给出的SPM分配策略, 就是通过在片外内存和SPM之间合理的安排数据和指令以达到降低应用程序的访问能耗。对于图2来说, 本文的SPM分配目的就是尽量将能耗热点B2和 B7置入SPM空间, 以降低应用程序执行时的访问能耗。
2.3能耗密度定义
为了找到应用程序执行时的能耗热点, 首先需要按照应用程序的执行流程将其划分成一系列的逻辑节点, 文献[5]提出了一种扩展的控制流图 (extend control flow graph-ECFG) , 它将应用程序中所有符合大小限制的函数按照其内部的跳转指令划分成多个指令块, 程序的全局堆栈被封装成一个全局数据变量。扩展控制流图将应用程序划分成全局数据变量、全局堆栈和函数基本块等节点, 然而在计算程序的访问能耗热点时, ECFG只考虑各个节点内部指令和数据所产生的能耗消耗, 由于ECFG的各节点间存在调用或访问关系, 因此一个节点的访问能耗大小也受到调用者访问次数的影响。本文在EDFG的基础上提出基于权重的ECFG (weighted extend control flow graph-WECFG) , 该图和ECFG的节点划分方式相同, 所不同的是该图以权重方式给出了节点之间调用关系。WECFG是一种带权有向图, 图中的节点对应应用程序所划分成的逻辑单元, 有向边表示节点对象之间的调用和访问等方向, 边权重表示访问的属性信息以及访问的次数。例如图3 为图2中代码的带权重扩展控制流图, 程序从图2中main函数开始执行, main函数中的局部变量数组对应图3种的B6节点, 紧接着的for循环对应图3中的B7节点, 节点B7到节点B6的有向边表示节点B7对B6访问, 边上的D:100表示节点B7访问节点B6的数据100次。除了数据访问外, 节点对象的访问属性可划分为表1所示的五种类型, 如图3所示。
其次, 图3中的各个节点也有其自身的权重, 表示节点内部指令的执行次数。WECFG图中各对象之间的关系如表1所示。
获得应用程序的WECFG图以后, 根据图中各个节点的划分, 就可以计算各个节点从SPM获取指令或者数据时的能量消耗, 如式 (2) 所示:
Espm (Bi) =Ci*Espm*[ Nread (Bi) +Nwrite (Bi) ] (2)
其中, Espm表示访问SPM的单位能量消耗, Nread (Bi) 和Nwrite (Bi) 表示节点Bi一次执行过程中读、写SPM的次数, Ci表示节点Bi执行的次数, 其中Ci是所有进去节点BMi的边的权重之和, 及对应WECFG中相应节点进/出边的权重之和。
undefined (3)
由式 (2) 的访问能耗值除以节点的体积得到节点能耗密度, 如式 (3) 所示。式 (3) 中S (Bi) 表示节点Bi占用空间的大小, 以字节为单位。式 (2) 、 (3) 表示一种理想的情况, 它暗示节点从SDRAM搬移到SPM前后的大小和内容都没有发生变化, 实际上受到特定SoC系统跳转指令和数据装载指令的地址空间的限制, 可能在原节点中引入额外的指令, 这就导致了节点大小和内容的改变, 内容的改变可能由于修改了节点中的指令或者向节点中加入了新的装载指令而引起。
计算节点的能耗密度时, 本文以该节点位于SPM所产生的访问能耗为依据, 在考虑额外的跳转指令时, 同样只考虑将置入SPM空间节点的变化, 不考虑位于SDRAM节点的变化。例如将图2中节点B7置入SPM, B7要访问位于SDRAM的B6时, 必须在B7中加入额外的跳转指令以访问B6节点, 由于节点之间访问类型的不同, 增加的跳转指令的数目和节点体积的变化可能不同, 如表2所示。
至此, 考虑到引入额外指令对节点的影响, 节点能耗密度的变为式 (4) 所示。
undefined (4)
undefined (5)
undefined (6)
ΔE (Bi) 和ΔS (Bi) 表示将节点置入SPM, 要插入的额外指令对能耗和节点体积的影响。
2.4静态分配策略
通过WECFG分析得到各个节点访问能耗以后, 只要将程序中的访问能耗值较高的节点放入SPM将可以在较大程度上降低程序执行时的能耗, 但是, SPM的体积是有限的, 通常情况下很小, 因此, 静态分配的问题转化为:如何从应用程序中寻找能耗热点的最大独立集, 寻找最大独立集问题是一个NP-complete问题, 但可以将其转化为下列的整数线性规划 (ILP) 问题, 首先定义下列的整型变量:
式 (7) 表示节点Bi放入SPM, 式8表示节点Bi存放在SDRAM, 对于任何节点Bi, 只能存放到在SPM或者SDRAM其一, 因此必须满足式9的条件, 其中N表示节点的总数目。建立以内存子系统访问能耗最小为目标的目标函数, 如式 (10) 所示:
Ispm (Bi) +Iext (Bi) =1 for all Bi 0
undefined (10)
表达式 (10) 中, Espm (Bi) 表示节点Bi从SPM访问时所需的能耗, Eext (Bi) 表示节点Bi从片外内存访问时所需的能耗。表达式 (10) 在取得最小值时, 即能耗热点的最大集被放置进了SPM。该线性规划的约束条件是, 放置到SPM的能耗区块的体积必须小于SPM的空间大小, 如式 (11) 所示:
undefined (11)
上式中的n表示放置到SPM的节点的数目。解决上述的整数线性规划问题时, 可以选用专有的ILP问题的解决器来完成, 但是ILP问题解决器在寻找最高能耗节点集的过程及其复杂, 并且到的结果也并非最优解。本文将问题进行简化, 通过对节点能耗密度的考虑, 可以将给问题简化为以能耗密度为优先级的0-1背包问题。
SPM分配的目的是将访问能耗最高的节点置入SPM, 为此可以从新建立的目标函数如 (12) 式所示。从上述ILP问题分配过程中可以知道, SPM分配时有两个需要考虑的影响因素, 分别是节点的访问能耗和SPM的容量, 上述ILP问题是在应用程序中寻找访问能耗高且体积小的节点放入SPM, 即就是尽可能将能耗密度大的节点放入SPM。将表达式 (4) 的代入表达式 (12) 中可以得到表达式 (13) , 以访问能耗为最大值的目标函数转化为以能耗密度为最大值的目标函数, 当然, 限制条件仍然是节点体积不能超过SPM空间大小, 如表达式 (14) 所示。
Eobject=max{Espm (Bi) } (12)
Eobject=max{Espm (Bi) }=max{d (Bi) *S (Bi) }=max{d (Bi) }*S (Bi) Bi∈L (B) (13)
undefined (14)
根据式 (4) 计算出程序中所有节点的能耗密度值, 按从大到小的顺序进行排序形成能耗密度链表L (B) , SPM分配的目的就是从应用程序中选择一组访问能耗密度之和尽可能大的节点, 将其放入SPM, 同时放入SPM的节点的体积之和不能出过SPM的大小。
从式 (13) 可以看出, 选择能耗访问最大节点的任务被转化为寻找能量密度最大的节点, 这就降低了问题的求解难度, 将复杂的整数线性规划问题, 简化为以能耗密度为优先权0-1背包问题。选择能耗热点的算法如图4所示。
算法的1～3行首先将WECFG图中的各个逻辑节点的大小、平均访问能耗和能耗密度值存入数组Size、Energy和L中。算法4～6行对能耗热点hotpot、非能耗热点nonhotpot、能耗热点大小sumSizeOfhotpot进行初始化。7～11行的for循环依次从数组L中选择能耗密度大的节点作为能耗热点, 直到SPM空间填满为止, 不能放入SPM的节点作为非能耗热点将被放入SDRAM。得到能耗热点后, SPM分配时就可以将能耗热点置入SPM空间, 以降低应用程序访问能耗。
3仿真实验流程
3.1能耗模型
根据图1静态分配模型中内存子系统的各个组成部分, 以所有子系统的能量消耗来建立能耗模型, 如式11所示, 其中Ecore表示CPU core的能耗, EDecoder表示解析器能耗, ESPM表示SPM的能量消耗, Elcache与EDcache表示指令Cache和数据Cache的能量消耗, Eext表示片外存储器的能量消耗。
Etotal=Ecore+EDecoder+ESPM+EIcache+EDcache+Eext (11)
其中, 各子部分的能耗如下:
Ecore=t*Pcore (12)
EDecoder=eTLB* (hit+miss) (13)
ESPM=eSPM* (read+write) (14)
EDcache=EIcache=ecache* (hit+miss*linesize) (15)
undefined
其中, Cache、SPM以及SDRAM的能耗模型来自CACTI【6】。在模拟程序的执行过程时, 本文将使用式 (12) ～式 (16) 所示的能耗模型来计算程序执行时各个SoC部件的能耗值。
3.2仿真流程
实验仿真流程如图5所示, 经过编译的目标程序通过WECFG分析器被分解为目标节点链表, 第4步对节点链表进行分析, 分析得到各个节点的访问能耗和尺寸大小, 从而计算出节点能耗密度, 第5步依据对节点能耗分析和目标机器运行时信息, 按照本文提出的SPM分配算法形成对节点的分配策略, 第6步根据目标程序的分配策略和SPM以及其他系统部件的能耗模型在SimpleScalar【7】模拟器中仿真程序的执行过程, 第7步得出测试程序在此SPM结构下的能量消耗信息。
3.3仿真结果
在SimpleScalar模拟器中仿真SPM访问能耗、Cache以及片外内存访问能耗时, 使用的电气化参数如表3所示。
本文所使用的基准测试程序来自[8], 这里使用rawcaudio, g721enc, mpeg2enc, pegwitdec和mpeg4enc来验证算法的有效性, 结果如表4所示。
从表4中可以看出, 本文对比了有SPM和无SPM情况下, 测试程序在SimpleScalar模拟器中的能量消耗。可以看出, 通过将能耗密度大的节点放入SPM可以较大程度上降低系统能耗, 能耗节约率约为34.8%。内存子系统的能耗受到SPM容量的影响, 图6给出g721enc的能耗比较曲线。图中可以看出随着SPM容量的增加, SDRAM能耗不断下降, SPM能耗缓慢上升, 内存子系统总能耗维持下降趋势, 初期总能耗下降明显, 后期下降逐渐平缓, 这符合分配策略优先将能耗密度大的节点置入SPM的特点。同时应注意到, 当SPM容量达到一定值时, 总能耗基本不再下降, 这是因为由增大SPM容量所带来的能耗收益, 被维护SPM工作的能耗相抵消造成的。
4结束语
本文提出了一种基于能耗热点的SPM静态分配策略, 使用扩展控制流图来划分和表示应用程序, 在SPM分配过程中, 以能耗密度为优先权将分配算法转化成相应的0-1背包问题。仿真结果表明使用该分配策略SPM体系结构, 明显比不使用SPM的体系结构能耗有较大的减少, 但是该策略属于静态分配, SPM的内容在编译以后的执行过程中不再改变, 这就造成对SPM的利用率不高, 特别是应用程序较大或者是SPM容量较小时这种现象更加明显, 下一步工作是研究在程序的执行过程中动态的进行SPM分配。
参考文献
[1]R Banakar, S Steinke, B S Lee, etc.Comparison of cache and scratch pad based memory system with respect to performance, area and energy consumption.University of Dortmund, Tech.Rep:762, 2001.
[2]Panda P R, Dutt N D, Nicolau A.Efficient utilization of scratch-pad memory in embedded processor applications.Proceedings of the European Design and Test Conference, Paris, 1997.7～11
[3]AvissarO, Barua R, Stewart D.An optimal memory allocation scheme for scratch-pad based embedded systems.ACM Transac-tions on Embedded Systems, 2002, 1 (1) :6～26
[4]Steinke S, Wehmayer L, Lee B S.Assigning program and data objects to scratchpad for energy reduction.Proceedings of the De-sign, Automation and Test in Europe Conference and Exhibition, Paris, 2002.409～415
[5]王学香, 浦汉来, 杨军.基于扩展控制流图的片上存储器分配策略.电子学报, 2007, 35 (8) :1558～1562
[6]P.Shivakumar, N.P.Jouppi.Cacti3.0:An integrated cache timing, power, and area model.Compaq Computer Corporation, Tech.Rep:2001/2, 2001.
[7]D.Burger, T.Austin.The simplescalar tool set, version2.0.University of Wisconsin, Tech.Rep:cs1997/01, 1997.
双路供电固体静态切换开关控制策略 篇2
1 SSTS的拓扑结构及其工作原理
1.1 三相双路供电SSTS的主电路
三相双路供电SSTS主电路如图1所示[11]。它包括主电源和备用电源侧的2个晶闸管模块,这2个晶闸管模块将负载接入主电源或备用电源。每个晶闸管模块由3个晶闸管单元构成,相应地连接主电源或备用电源的A、B、C三相。每个晶闸管单元由一对反并联晶闸管组成(如VPP1/VPN1和VAP1/VAN1),以保证通过正、反向电流。旁路机械开关SPb和SAb分别与晶闸管模块A和P并联,当晶闸管模块退出运行时,由旁路机械开关给负载供电。隔离开关SM1p/SM2p和SM1a/SM2a分别将2个晶闸管模块从主电路中完全隔离出来,以方便晶闸管的检修、维护和测试。
1.2 双路供电SSTS的工作原理
SSTS是串联在电压暂降敏感负荷与主、备用电压之间的装置。正常运行时,主电源通过SSTS的晶闸管模块P给敏感负荷供电(如图1所示)。当主电源发生电压暂降并且电压暂降的幅值超过敏感负载正常运行所能承受的限值时,SSTS的控制系统发出切换指令,将敏感负荷切换至备用电源。SSTS的控制系统主要由电压检测和投切控制2部分组成。
电压暂降检测的算法有很多[12,13,14],目前应用最多的检测算法有电压峰值检测法、傅里叶变换法、小波变换法和dq变换法。其中dq变换法能瞬时求出电压有效值,因此常用于实时性要求较高的用户电力装置,如有源电力滤波器(APF)、DVR等。dq坐标变换,即派克变换,其实质就是将静止的abc坐标系变成按顺时针方向旋转的dq0坐标系,其旋转角速度为三相电压中的基波角频率。经dq0变换后,abc坐标系下的三相对称正序基波电压分量转换为在dq0坐标系下的直流分量,这为电压暂降的检测提供了方便。dq变换如式(1)所示:
本文电压检测的方法就是基于dq坐标变换的快速检测方法,根据检测得到的电压值和敏感负荷的电压暂降承受极限值,决定是否进行切换操作。SSTS检测电压暂降方法的原理如图2所示。
首先将测量单元实时测量的主电源各相电压瞬时值进行dq变换,经低通滤波器,滤除非直流分量。然后将变换得到的Ud_p和Uq_p代入式(2),计算出主电源的dq坐标对应的电压值Udq_p。最后将Udq_p与敏感负荷的电压暂降承受限值进行比较,如果Udq_p大于负荷的承受限值,那么敏感负荷可以正常运行,电压检测系统不发送切换指令;如果Udq_p小于负荷的承受限制,那么说明此时主电源的电压已不能维持该负荷的正常运行,SSTS应该立即实行投切操作,由电压质量良好的备用电源给敏感负荷供电,因此电压检测系统发送切换指令。
电压检测系统的另外一个任务是检测、计算备用电源的电压Udq_a,为切换控制做准备。切换控制是SSTS控制系统的核心部分。考察切换控制策略好坏的一个主要指标是切换时间TT(Transfer Time),即电压检测系统发出切换指令到SSTS系统完成切换的时间。SSTS切换控制策略主要有2种:BBM(Break-Before-Make)和MBB(Make-Before-Break)。如图1所示,由于线路阻抗、传输路径的不同,主、备用电源在电压幅值和相位上会存在一定的差异。如果SSTS的控制系统出现问题,晶闸管模块P和晶闸管模块A同时被触发而使主、备用电源并联,此时主、备用电源之间会形成很大的环流,影响电网的稳定和设备的安全。BBM控制方式是在即将退出运行的晶闸管模块中流过的电流减小到零,晶闸管完全关断后,再触发即将投运的晶闸管模块。这种控制方式可以完全避免主、备用电源并联运行,保证电网和敏感负荷的安全运行;但SSTS采用这种控制方式运行时,切换时间太长,会导致一些敏感负荷停运,从而限制了SSTS的应用范围。MBB控制方式是在即将退出运行的晶闸管模块中流过的电流未减小到零时,触发即将投运的晶闸管模块的相应晶闸管。目的是强制即将退出运行的晶闸管模块中流过的电流减小到零,加快切换过程,缩短切换时间。
对于SSTS各种不同的切换控制策略,很多国外文献都有研究[15]。现提出一种全新、快速的MBB切换控制方式。该控制策略通过监测晶闸管模块中各晶闸管的端电压(例如:VPP1/VPN1的端电压upsa,如图1所示)判断晶闸管中电流的极性,然后根据电流极性触发另外一个晶闸管模块中对应的晶闸管(例如:VAP1或VAN1)。切换控制是对各相分别进行控制,以A相切换为例说明,B、C控制方式相同。SSTS切换控制系统接收到电压检测系统发出的切换指令后,切换控制系统判断备用电源的电压是否正常。当备用电源电压正常时,切换控制系统封锁晶闸管VPP1/VPN1的门极控制信号,而后根据VPP1/VPN1的端电压upsa极性,触发备用电源侧晶闸管VAP1或VAN1。如果upsa>0,说明电流是由电源流向负荷,流经晶闸管VPP1,此时触发晶闸管VAP1。触发晶闸管VAP1后,若备用电源电压的瞬时值高于主电源,那么在主、备用电源共同作用下晶闸管VPP1上会被施加一个反向电压,强制晶闸管VPP1中的电流减小,缩短了切换时间。当晶闸管VPP1中的电流减小到零,主电源A相被断开时,触发晶闸管VAN1,完成负荷的切换过程。如果upsa<0,控制方式相似。值得一提的是,采用MBB控制方式,在切换过程中,各相电压的瞬时值等于主、备用电源电压瞬时值的平均值。因此,MBB控制方式与BBM控制方式相比,能缩短切换时间,减小电压暂降的幅值,但并不能完全消除电压暂降。
切换过程完成之后,敏感负荷由电压质量相对较好的备用电源供电。如果主电源电压恢复正常供电,为了确保主电源完全恢复,SSTS切换控制系统延时4~5个周期,而后封锁晶闸管模块A的门极触发信号,在各相电流过零点处触发晶闸管模块P。
2 仿真研究
基于EMTDC/PSCAD对SSTS进行了数字仿真,主要参数说明如下:主、备用电源相电压0.4 k V(有效值),频率50 Hz,容量1 MV·A,电阻0.015Ω,电抗0.471Ω,敏感负荷承受极限值是额定电压的80%。图3是主、备用电源故障前相差10°(本文以主电源相位为参考),主电源a相发生接地故障,电压下降50%时,SSTS投切的仿真波形。波形由上到下分别为主电源侧三相电压uabc_p,主电源电压dq值udq和切换信号S,主、备用电源的a相电流ip、ia,SSTS的输出三相电压ulabc。从仿真波形可看出,t0=0.491 s故障发生,t1=0.493 s检测到主电源发生故障,t2=0.495 s投切操作完成,SSTS输出的三相电压波形恢复正常;SSTS的总体投切时间4 ms,其中检测时间2 ms,切换时间2 ms。由图3的仿真波形,还可以看出在主电源a相发生电压暂降时会伴随相位跳变;SSTS在切换时,主、备用电源线路上没有产生巨大的环路电流,切换很平稳;SSTS的输出三相电压中b、c相电压几乎没有畸变,只有a相电压有一些微小畸变。SSTS的总体投切时间包括检测时间和切换时间。它们与故障类型、故障前2个电源的相位差、故障发生的时刻、电压暂降的幅值、负载功率因数、电压暂降引起的故障相位跳变等多个因素有关。本文研究了影响切换时间的4个主要因素:故障类型、故障前2个电源的相位差、故障发生的时刻和电压暂降幅值。
针对故障发生前主、备用电源之间的相位差影响SSTS运行的问题,在相差-30°~30°范围内进行了仿真。仿真的假定条件为:主电源线路发生最典型的单相接地故障,故障时故障相电压下降到额定值的50%,故障发生时刻t0=0.491 s,仿真结果如表1中所示,列出了相位差θ影响下检测时间td、最大切换时间tTmax和切换期间SSTS的输出三相电压的有效值Ulabc。本文以主电源的相位为参考,备用电源滞后主电源为正相位差,超前主电源为负相位差。
对于故障类型、故障发生的时刻和电压暂降幅值影响SSTS运行的问题也进行了大量类似仿真,从仿真数据看出,检测时间更容易受故障发生的时刻、故障类型的影响;最大切换时间更容易受故障前主、备用电源的相角差以及电压暂降幅值的影响。仿真数据还表明:
a.dq坐标变换的检测算法一般情况下检测速度很快,1~2 ms即可检测出故障发生,但在某些情况下比较慢,需要3~5 ms;
b.所提出的切换控制策略十分有效,切换操作速度非常快,一般不会超过5 ms。
3 结论
校园网静态IP地址的安全管理策略 篇3
1 建立严格的IP地址分配原则和管理制度
一般来说, IP地址的分配主要遵循以下几个原则:1) 唯一性。为了避免出现网络冲突, 分配给用户的IP地址在其子网中是唯一的;2) 有序性。为了提高IP地址分配效率和利用率, 采用自上而下、自下而上或二者结合使用的分配顺序;3) 可持续性。在分配IP地址时要考虑到以后网络用户数量的增加, 留有部分冗余地址;4) 当IP地址不能满足用户需求时, 可以将公用地址与私用地址按需分配、结合使用, 解决地址数量不足问题。
制定并实施严格的IP地址管理制度, 为网络安全维护奠定基础。在地址申请、发放和变更流程, 临时IP地址分配流程要认真审核, 并且做好整个校园网终端用户主机的命名, 指定IP地址, 登记终端主机网卡地址、硬盘序列号、入网地点、联系方式等信息, 建立用户、IP、MAC等的对应列表档案, 严格执行IP地址非法使用的处罚制度。
2 IP盗用现象和查找冲突的方法
简单来说, IP地址盗用的主要原因是一些已经上网的用户通过盗用地址越权使用, 或一些人通过非正式方式入网占用其他合法用户使用的或未分配的IP地址。
盗用IP地址的方法主要有以下几种:1) 静态修改地址配置。如果用户不使用网络管理员分配的IP地址, 而网络管理员又无法限制用户对IP地址的静态修改, 就形成了地址的盗用;2) 同时修改IP地址和MAC地址。在没有身份认证的网络中, 一些人为突破IP-MAC地址绑定技术的限制, 同时修改IP和MAC达到上网的目的。3) IP电子欺骗。IP欺骗通常是用编程来伪造某台主机地址, 发送带有假冒源IP地址的IP数据包, 绕过上层网络软件, 动态修改自己的IP地址与网络连接。
改动后的IP地址在联网运行时可能导致三种结果:1) 非法的IP地址, 即自行修改的IP地址不在规划的网段内, 网络呼叫中断;2) 重复的IP地址, 与已经分配且正在联网运行的合法的IP地址发生资源冲突, 导致合法用户无法上网;3) 在合法用户下线时, 非法占用已分配的资源, 盗用其它注册用户的合法IP地址联网通讯, 使合法用户的权益受到侵害。[1]IP地址盗用侵害了校园网正常用户的权利, 干扰了网络服务器和网络设备的正常运行, 给网络安全和网络运行带来了很大的负面影响。
在局域网发展初期, 网络设备不支持端口的管理, 只能采用人工轮询检测的方法查找冲突, 这种方法效率低下, 且只有盗用者在线时才有效。[2]通用的查找冲突的流程是:1) 通过IP规划的VLAN查找冲突所在的网段;2) 断开合法用户的主机与网络的连接;3) 使用PING命令确定所找的机器仍在网络上;4) 使用ARP-A命令查找冲突的MAC地址或nbtstat命令查找非法主机的工作组、计算机名和MAC地址;5) 确定VLAN内存在冲突的交换机位置, 即登陆交换机, 使用DIS MAC或SHOW MAC命令查找MAC地址所在的端口号, 进而找到主机的使用者。随着设备的完善更新, 现在查找变得方便了很多。如可以应用TCP-New View等软件来测出校园网中所有客户端的MAC地址, 或运用H3C IMC等智能管理软件来审计用户的上网行为, 直接找到冲突的端口, 获得源IP地址、源端口、目的IP地址、目的端口、开始/结束时间等信息, 找到IP地址盗用者。
3 IP地址管理的技术手段
为了解决IP地址盗用问题, 网络管理员们采取了很多有效的管理措施。
3.1 划分基于端口的VLAN
基于端口的VLAN就是将基于交换机中的一个或多个端口定义为一个VLAN。VLAN可以将不同的工作组隔离开来进行分组管理, 便于实现可控的相互访问。同一个VLAN中的站点具有相同的网络地址, 所发送的数据包仅转发至属于同一VLAN的站点, 不同的VLAN之间的通信需要通过路由器来实现。
通过VLAN的划分, 将用户的限制在某一个区域或场所内使用, 可以有效防止IP地址的盗用。即使用户在网内修改IP地址, 所产生的网络冲突也被限制在本范围之内, 不会波及整个网络的正常运作。划定基于端口的VLAN, 便于集中化管理控制, 能够增加网络的安全性, 抑制网络上的广播风暴。需要指出的是, 当网络结点转移端口时, 如果新端口与旧端口不在同一VLAN中, 则只有通过管理员更改交换机端口的VLAN配置或用户终端更改其主机的网络配置。
3.2 基于静态ARP表的路由器隔离技术
路由器隔离技术, 主要是以MAC作为以太网卡地址的全球唯一性为依据, 在路由器中建立一个IP与MAC对应的静态ARP表, 只有IP与MAC匹配的合法注册的主机才能得到正确的ARP应答。如果非法访问的IP与MAC不一致时, 路由器根据正确的静态设置不会将所转发的数据转给非法主机。采用这种方法能够较好地解决IP地址擅自修改和盗用问题, 但也存在一定缺陷。缺陷存在的前提是网卡的混杂接收模式, 所谓混杂接收模式是指网卡可以接收网络上传输的所有报文, 无论其目的MAC地址是否为该网卡的MAC地址。[3]如果把IP与MAC成对修改, 实现地址欺骗, 隔离技术也将无能为力。
3.3 IP、MAC、VLAN与交换机端口的绑定
采用这种绑定方法的依据是用户连接交换机的物理端口具有不可改变性。根据用户的IP地址, 在交换机端口上设置IP所在的VLAN, 再将用户的IP、MAC和交换机的端口进行绑定。进行绑定后, 当用户访问网络时, 要进行“IP-MAC”, “MAC-PORT”, “PORT-VLAN”的三重验证, 提高了网络安全性能。即使用户更改MAC地址, 由于MAC地址与交换机的端口不匹配, 交换机将拒绝其访问网络。但是, 由于个别上网场所终端用户较多, 而室内网口数量有限, 要满足所有终端用户上网的需求, 出于成本考虑就需要添加集线器或者简单交换机, 而绑定是在上一级交换机完成的, 这样就又可能存在盗用IP地址现象。同时, 这种绑定方法也会给用户带来一些不便, 如:房间调整、网卡更换、VLAN的重新划分、IP地址的重新分配等。
3.4 结合应用层的身份认证
用户认证的管理策略是指在网络用户连网的同时, 综合运用用户名、口令、加密及其他应用层的身份认证机制, 构成多层次的严密的安全体系。简单来说, 如果将合法的用户帐号和密码与IP地址建立对应关系, 用户上网前必须要提供合法的帐号及相应的密码。通过对IP地址与帐号和密码的绑定, 能够在一定程度上杜绝非法用户进入网络并使用网络资源。
3.5 多元绑定技术
所谓多元绑定, 就是在上网认证时将用户的帐号、密码、IP地址、MAC地址、交换机物理端口和端口VLAN这六要素进行绑定, 如果有一项不符将不能上网。现在大多院校采用AAA服务器和接入层交换机相结合的绑定技术。当用户接入校园网时, 如果用户信息与AAA服务器存有的信息不符, 用户将被拒绝接入;当用户通过认证后修改自己的IP时, 用户信息与接入交换机的ACL表不符, 用户将被强制下线。
4 结束语
通过以上措施, 校园网IP地址盗用问题可以在很大程度上得到解决。随着网络设备功能的日趋完善和网络管理人员管理水平的不断提高, 会出现更多行之有效的防范IP地址盗用的措施。只有综合运用管理手段和技术手段来处理IP地址非法使用问题, 才能实现高可靠性的系统运行与低成本的管理维护的统一。
摘要：随着计算机和网络的发展和扩大, IP地址的安全管理愈显重要。文章分析了在校园网中IP地址的分配原则和管理制度, IP地址盗用的原因、方法、后果以及查找网络冲突的办法, 采用对上网用户身份进行认证, 把IP地址、MAC地址、交换机物理端口、VLAN对应绑定的安全策略, 在一定程度上杜绝了IP地址被盗用的可能, 保证了网络的正常运行。
关键词：IP盗用,IP绑定,管理策略
参考文献
[1]邵泽云.论局域网中IP地址非法使用及其管理[J].陇东学院学报, 2007, (10) .
[2]王坤, 尹志本.校园网中IP盗用监控管理系统的研究与实现[J].成都信息工程学院学报, 2002 (6) .
静态策略 篇4
食品质量安全涉及国计民生,各国政府一直给与严密关注,中国政府也不例外。但是随着国民经济的快速发展,一些问题也不断暴露出来。例如苏丹红事件[1],上游供应商利己行为导致供应链最终销售商KFC蒙受经济损失。食品质量安全问题已经摆到我们这个社会面前,不容我们不引起重视和关注。许多方面就此展开了许多相关工作,包括理论研究和政务实践,取得了一些明显的成绩。
国内学术界对供应链上食品质量安全风险向后传递的行为的研究集中在成因与对策方面,认为食品质量安全问题的成因来自市场机制的缺陷,对策是依靠政策法规来完善市场,防止食品质量安全问题的发生。包括提出建设公共安全系统工程的思想,将食品质量安全作为其中的子系统进行建设和发展[5],从反恐怖主义的角度出发阐述食品供应链安全性重要意义并以报告形式建议政府采取相应措施[6],描述某一具体食品的供应链作业流程并就此提出行业建议性标准[7],以经济全球化为背景,研究如何在多个国家之间推广并统一食品工业安全标准,以促进全球食品供应链的安全[8],引进新型食品加工设备与工艺,采取统计方法实际验证其是否改善了某一地区食品供应链安全状况[9]。
食品质量安全风险可能通过供应链上任何一个环节进入到食品流通领域中。食品是国民大宗消费品,流通速度快、数量大,一旦出现食品质量安全风险而不及时补救,风险将随着供应链向下游急剧扩散,引发大规模社会危机。食品的生产与销售、消费构成完整的供应链,应该放到供应链上进行研究。美国供应链协会解释供应链是囊括了涉及生产与交付最终产品和服务的一切努力,从供应商的供应商到客户的客户,供应链管理是一种动态的连结功能,其主要任务是连结主要的经营业务功能和经营业务在企业内以及企业间进行的一种密切连接和高效执行的经营模式的处理。供应链上各企业以自身的核心竞争力和技术优势发挥各自的作用,以获取供应链的集体竞争优势。由于供应链由许多独立成员组成,各成员之间信息不对称,导致出现机会主义。食品供应链上独立的成员为提高经济收益而在生产过程中违规操作,可能引发食品质量安全问题,并将风险传播给下游其他成员。
本文从供应链管理出发,采用博弈论的研究方法,分析了供应链上食品质量安全风险产生与传播的动因、条件以及后果,建立了以供应商、制造商、销售商与消费者组成的三阶段线性供应链静态博弈模型,定义了质量风险传递因子与监督传递因子,并通过对该模型的三阶段联合求解,得到了供应链上各行为主体的最优混合策略与混合策略的纳什均衡,定量分析了静态博弈模型中上游厂商向下游传递风险的规律以及下游消费者对上游厂商的监督效应,提出了相关的食品供应链上质量风险防范措施,可供有关方面参考。
2 前提假设
根据实际案例的分析不难看出,在食品供应链上,供应商和制造商为降低其产品的生产成本,或为提高产量、性能指标、使用寿命,或为扩大市场分额,以获取超过正常市场销售收入为目的,有可能在生产、运输、包装等过程中违反政府规定添加有害物质。销售商为降低销售成本,提高市场占有率,在运输、仓储、包装、再加工等流程中违反政府规定添加有害物质或对上游产品放松监管。厂商这些趋利的行为将直接增加供应链上食品质量安全的不稳定因素,是导致有害物质进入食品供应链、造成食品质量安全风险向下游扩散的主要原因。
食品质量安全风险在供应链中向后传递时,各个企业所采取行动的简要流程如图1所示。
为简便计,本文中研究的供应链由一个供应商、一个制造商、一个销售商和消费市场组成的线性供应链。假定供应链上只生产一种产品,为讨论的方便,假定如下:
假设供应商在制造并销售非正常原材料所获得的超常收入高于正常原材料的收入,因此供应商有动机制造并销售非正常原材料,向下游传播食品质量安全风险。制造商为避免下游厂商检查出产品有问题而拒绝采购,将检查这些原材料,为此制造商要承担因检查带来的费用。当检查到原材料存在安全问题后,制造商即将原材料退回供应商而另外选择其他供应商的原材料。供应商的损失是它该生产周期内的收入。假定制造商能够及时重新组织货源,重新布置制造计划,不影响未来收益。
制造商存在三种情况,一种为求得高于正常情况下的超常收入,成为食品质量安全风险的制造者和主动传递者;第二种情况是,存在侥幸心理,为节省检查费用或无力负担检查费用,对原材料未进行检查就进行加工生产,从而被动传递食品质量安全风险;最后一种为检查上游的原材料,按照规定工序加工成正常产品出售,此时不存在食品质量安全风险的制造和传递。
相应的,销售商也存在三种情况,一种情况为求得高于正常情况下的超常收入,在流通加工过程中成为食品质量安全风险的制造者;第二种情况为节省检查费用或无力负担检查费用,对产品未进行检查就进行销售,从而被传递食品质量安全风险;最后一种情况为检查上游的产品,按照规定销售正常产品。消费市场为避免自己的利益受到影响,将检查这些产品,为此付出检查费用。当检查到食品存在质量安全问题后,消费者拒绝消费该类产品,另外选择其他销售商的产品。销售商的损失将是它该销售周期内的收入。假定消费者能够及时重新转向其他销售商,重新布置采购计划,不影响未来收益。
消费者未检查而消费有质量安全问题的食品,将蒙受损失。文中定义消费者损失为食用有害食物所带来的医药费用、误工费用和精神伤害等直接损失。
为讨论的方便,假定参数如下:
s代表供应商,m代表制造商,r代表销售商,c代表消费者。
U代表厂商和消费者正常情况下的收入。U′代表厂商的超常收入。
C代表下游厂商和消费者检查有毒产品的费用。S代表消费者损失。
销售商与消费者静态博弈如表1所示。
因为Uc>Uc-Cc>-S,Ur′>Ur,博弈不存在纯策略纳什均衡。同理,制造商与销售商、供应商与制造商的博弈也不存在纯策略纳什均衡。根据纳什定理I,模型必定存在唯一的混合策略纳什均衡。假设p为厂商在产品中制造食品质量安全风险的概率,假设q为下游厂商和消费者检查的概率。
3 混合策略的静态博弈模型建立与求解
将供应链上的博弈过程分为三个静态博弈来分别讨论。
3.1 供应商与制造商混合策略的静态博弈
求得供应商、制造商的收益函数如下:
假设模型为静态博弈过程,在各个企业决定是否添加有害物质之前,和其他企业没有事先通气。
联立
将上述参数代入收益函数,得到:
定义最大风险因子为上游厂商添加有害物质概率之和,制造商的风险因子为
定义拦截因子为到本级厂商为止检查产品的概率,制造商的拦截因子为
3.2 制造商与销售商混合策略的静态博弈
πr=qr(Ur-Cr)+(1-qr)(1-qc)Ur
+(1-ps)(1-pm)(1-qr)Urqc (10)
令
令
将上述参数代入收益函数,得到:
销售商的最大风险因子为
销售商的拦截因子为
3.3 销售商与消费者混合策略的静态博弈
求得销售商与消费者的收益函数如下:
令
令
解得:
消费者的风险因子为
消费者的风险拦截因子为
4 具体算例
以蔬菜生产销售为例,我们进行了具体的算例计算与分析,数据来自某市某大型蔬菜食品市场实地调研。数据如表5所表示(单位为万元)。
根据式(1)、式(2)、式(9)、式(10)、式(18)、式(19),设计程序并得到运行结果如表6所表示。其中ps表示供应商掺入有害物质的可能性,(qm,pm)分别表示制造商检查有害物质的可能性以及制造商掺入有害物质的可能性,(qr,pr)分别表示销售商检查有害物质的可能性以及销售商掺入有害物质的可能性,qc表示消费者检查有害物质的可能性。
根据最大风险传递因子和检查拦截因子的定义,(θm,βm)分别为制造商的最大风险传递因子和检查拦截因子,(θr,βr)分别为销售商的最大风险传递因子和检查拦截因子,(θc,βc)分别为消费者的最大风险传递因子和检查拦截因子。根据定义设计程序,结论如表7所示。
5 结论与建议
根据式(5)、式(14)、式(23)可以得到,主动制造和传递含有有害物质的食品并不能为厂商增加额外的收入,因为检查机制的作用,厂商最多只能获得正常情况下的期望收入,同时根据式(6)、式(13)、式(24)可以得到,上游厂商添加有害物质的行为减少下游厂商和最终消费者的正常收入。
设pi=0,i∈{s,m,r},则qj=0,j∈{m,r,c},此时供应链上加工销售的都为正常产品,则供应链的总收入为
通过式(3)、式(11)、式(20)可以看出,上游厂商的超常收入越高,下游厂商的检查概率也越大。从实际情况分析,厂商的超常收入越高-越容易导致上游厂商铤而走险,因此市场管理者的检查重点应当放在那些掺入有害物质后将获得成倍收入的厂商身上,如经营不善的厂商可能借助添加有害物质摆脱经营困境。通过式(5)、式(21)、式(22)可以观察到,下游厂商单次检查费用越高,上游厂商添加有害物质的概率越高。从实际情况分析,下游厂商因为单次检查费用过高,因而会降低检查的概率,则使上游厂商有机可趁。
根据式(1)、式(2)、式(9)、式(10)、式(18)、式(19)可以看出,下游厂商检查概率越低,则上游厂商的期望收入越高。当最终消费市场不检查产品时,可以肯定所有的上游厂商都会不检查产品同时添加有害物质以获得超常收入。单个消费者无力承担检查费用,因此需要市场管理者对最终市场产品进行强制检查。根据式(18)、式(19)下游消费市场的检查的概率将会直接影响销售商的收入函数,改变其决策,从而根据式(13),将会直接影响制造商添加有害物质的概率,根据式(4)可以看出销售商的决策会直接影响供应商添加有害物质的概率。市场监督者通过对供应链末端最终市场的监督,将在供应链上形成厂商自发的监督控制机制,这是典型的末端驱动机制。
根据式(7)、式(16)、式(25)可以推论出,质量风险传递因子在线性供应链中并不一定完全呈线性增长趋势,即没有固定增长率,越到下游,厂商所面对的风险将越大。在各级存在监督的情况下,风险传递因子可能随检查概率加大而保持不变或减小,但当某一级的检查概率减小时,该环节上的风险因子将得到放大。
参考文献
[1]中国经济周刊.世界卫生组织发出丙烯酰胺警报,肯德基和麦当劳首当其冲[Z].新浪财经频道,2005.
[2]河南报业网.消费者再告宝洁SK-II商家称事发后购者寥寥[Z].新浪财经频道,2005.
[3]竞报.立顿速溶茶被指影响骨骼发育[Z].新浪财经频道,2005.
[4]京华时报.天津超市投害案调查:有害牛奶如何进超市[Z].搜狐财经频道,2005.
[5]张启人.发展公共安全系统工程[J].系统工程,2005,23(1).
[6]Wells D.SAFEGUARDING AUSTRALIA:Anti-terrorism and Food Chain Security[Z].AustralianFood and Grocery Council,2003-08-01.
[7]Vo Thi Thanh Loc.Quality management in shrimpsupply chain in the Mekong Delta,Vietnam:prob-lems and measures[Z].CAS Discussion paper No43,2003.
[8]Baines R N.Reducing Risks in the Food SupplyChain-Co-Recognition of Food Safety Systems ora Single Global Scheme[R].2000.
静态策略 篇5
1 静态功角稳定与静态电压稳定内容概要
静态功角稳定和电压稳定的极限均是求取系统潮流的极限值, 但静态功角稳定的推导是建立在单机无穷大系统基础上, 静态电压稳定的推导则是建立在电源电压恒定的基础上。在实际工作中, 需要依据正确的分析结论来辅助电力系统稳定运行管理。因此, 就需要针对静态功角稳定与静态电压稳定的相关概念及内容进行具体剖析。
1.1 静态功角稳定
从概念上来看, 静态功角稳定意味着当电力系统受到一定程度的干扰以后, 整个电力系统是否能够保持原本的工作动力, 更重要的判别依据是电力系统是否能够维持在初始工作点, 从而令系统本身不受扰动的影响或者没有对供电服务带来影响。
从以往研究电力系统的内容以及实践过程中可以了解到, 容易导致电力系统静态功角不稳定的境遇是, 发电机的功角近90度时, 通常在临近这一功角值时, 电力系统就极易出现问题。实质上, 这一情况必须运用正确的功角稳定判别分析来阐释, 否则会对后续电力系统的维护处理工作带来不利影响。具体情况如图1所示。
从图1中可以看到, 如若发生图1所呈现的状况时, 则电力系统内部被注入的电流可能为容性电流。经如此判别, 可对电力系统的稳定性的维护带来正确的指引。
1.2 静态电压稳定
静态电压稳定是指系统在受到干扰以后, 系统维持负荷节点电压在初始工作点的能力。相对于静态功角稳定而言, 静态电压稳定需要重点关注的内容是系统的负荷节点电压值。长期以来, 在电力系统的实际运作及管理过程中, 一直运用静态稳定储备技术来评估静态功角稳定, 实际上, 这是一种不够严谨的评估策略, 会诱导电力系统的运作方向出现偏差。
2 静态功角稳定和静态电压稳定判据比较分析及相关结论内容
近几年来, 随着我国电力事业的快速发展, 电网调控一体化运行管理模式在电力系统普遍实施, 但也需要根据实际的电网运行情况来判断系统的稳定性, 如若发生异常情况, 则需初步判断才能够采取相应的措施来处理问题。
2.1 静态功角稳定和静态电压稳定判据比较分析
静态功角稳定主要指的是发电机转子角之间的角度差, 从理论及实践过程来看, 当系统中的电阻与电抗相等时, 则电力系统的有功功率达到最高值, 与此同时, 发电机的功角为45度。具体的情况如图2所示。
从图2中可以清楚的看到, 在电力系统的负荷逐渐增大的过程中, 电压发生降落, 促使发电机功角稳定的状态被打破, 直至达到90度, 也就是静态功角稳定的临界点, 而且, 电力系统静态电压稳定的临界点与之重合。经有效判别, 可以了解到, 通常情况下, 静态功角稳定与静态电压稳定的交点是线路两端相位差为45度, 如若超出这一角度, 则就为静态功角稳定失衡。此外, 传输感性无功功率则会影响到电力系统的静态功角稳定, 这样一来, 则意味着会造成系统静态功角稳定的下降和传输功率的下降, 而传输容性无功功率正好相反。
2.2 静态功角稳定和静态电压稳定判据比较分析的结论阐述
从电能物理传输原理上对静态功角稳定判据和静态电压稳定判据进行了推导, 在以往的研究资料中可以看到, 由于两个不同假设条件推导出的静态电压稳定和静态功角稳定判据的不足, 如若按照这些内容来进行决策与处置, 则会对电力系统造成负担。通过系统的分析与深入了解电力系统的整个运作过程, 结合稳定状态等现象来探究电力系统失衡的影响因素, 从中可以明确这样几个问题:其一, 当系统受到一定程度的干扰时, 人们往往凭借对静态功角稳定和静态电压稳定二者的错误认知来判断系统的运行状况是否良好, 这样一来, 就可能误导最终的处理决策;其二, 传输感性无功功率影响电力系统的静态功角稳定, 电力系统的反应是, 静态功角稳定与传输功率这两项指标都下降, 相对而言, 传输容性无功功率则正好相反。经有效判别, 不仅可以提升供电单位电力系统的稳定性, 还可以进一步完善供电系统的整体能效。
结束语
原油静态计量技术 篇6
在原油贸易交接计量中, 我国一般采用吨等质量单位。在国外原油贸易交接中则采用体积单位, 典型的有桶、加仑、升和立方米等。因原油的体积随温度和压力的变化而变化, 因此在贸易交接中必须是在标准条件下进行。我国原油交接的标准条件是:压力为101.325kPa, 温度为20℃;美国的标准条件是:压力为101.325kPa, 温度为60℉;国际单位制规定的标准是:压力为101.325kPa, 温度为15℃。由于使用了标准条件, 原油的体积就可以看成是保持不变的量, 石油贸易者就可以进行正常的交易。
静态计量技术的计量方式
静态计量是在大气压力下测量大罐液面的高度, 把测得液面高度通过容量表转化成体积量。
1大罐标定和容量表
为了获得大罐容量表, 必须对大罐进行标定。最普通的油罐标定方法是人工围测法, 即通过测量大罐的外围周长来确定大罐的内径, 进而确定大罐的体积。为了提高准确度, 必须使用标定过的合格的钢卷尺。为了计算大罐铁壳的热膨胀还应引入修正因子, 对周向应力进行修正。将大罐体积的增量和体积单位考虑上, 最后就得到大罐的容量表。
大罐的标定除人工围测法外, 还有光学参照法及光学三角法。光学三角法现在还不是API标准, 但该方法记录在国际标准ISO 7507中。
2大罐测量
测量大罐液面常常称之为“规测”, 常用检尺方法为检空尺法, 测量的是从计量孔顶部参照点到罐中液面的距离。检实尺法比检空尺法计量精度偏低些, 因为尺锤可能倾斜或者可能触到罐底内的脏物。所有检尺方法均在美国API标准第3章中有详细的规定。
根据检尺数据, 结合容量表, 就可确定大罐的原油的毛体积, 对毛体积进行温度、杂质和含水的修正, 就可确定净油体积。
3大罐温度的测量
通常由温度计或电子温度计测得大罐内油品的温度。测量油罐温度的程序在API标准第7章中有详细规定。推荐的方法是取上 (上1/3处) 、中 (液面中间高度) 、下 (下1/3处) 的平均温度, 也可只测取中间温度代表整个大罐的温度。
4大罐取样及重度的确定
获得大罐样品和化验水质含量的工作通常是一起完成的。为了获取油样, 常常采用取样器以得到所期望的液位处的样品。与测量温度一样, 通常采用等体积三级取样法, 用取得的样品来分析含水杂质与重度。
5油量的计算
机床静态及动态分析 篇7
有限元是一种求解常微分和偏微分方程的数学方法,因为这是一种数值法,于是一些复杂的问题可以通过转化为数学模型,用常见的微分方程来代替,进而用有限元法求解。
1.1静态分析
静态分析计算结果显示的是施加静载荷的影响,由于变形速度和加速度都很小,于是忽略了惯性力和阻尼 力。因此,静态分析包括稳定的惯性载荷(如重力和旋转速度)和随时间变化的载荷,即近似地认为静态当量载荷(如通常以许多建筑物代码定义的当量风载和地震载荷)。静态分析是为了确定施加不会导致严重惯性和阻尼效应的载荷后引起的构件或部件的位移、应力、应变和作用力。
1.2动态分析
动态分析可以确定一个构件或部件设计时的振动特性(固有频率和振型)。同时它可以用来做更详细的动态性能分 析,例如瞬态分析、谐响应分析、频谱分析等。动态分析 是研究构件在振动激励下的动态性能。
1.3假设
模态分析中忽略阻尼的影响;忽略所有 外加负载;如果是预应力模态分析,而且模型间存在接触连接,其计算结果基 于静态分析时的状态。
2关于 ANSYS
ANSYS是一款通用的有限元分析软件,有限元分 析是用数学方法把一个复杂的系统重新划分为很多小的网格(根据情况定义网格大小),我们称之为单元。通过ANSYS能解析控制机构行为的方程,并解决相关问题,通常这些问题由于太复 杂而不能由人工算法实现。对于其几何形状、数量和控制方程太复杂的系统,通过ANSYS进行分析尤为合适。
3边界条件
3.1铣床的边界条件
铣床床身是固定的,因此位移 边界条件 是施加在 床身上的。例如固定 坐标系UY=UX =0和旋转坐 标系RX=RY =RZ=0,位移约束施加在固定基准区域的各个自由度上。施加在组件上的载荷是组件的自重。
3.2车床的边界条件
车床床身是固定的,因此位移 边界条件 是施加于 床身上的。例如固定 坐标系UY=UX =0和旋转坐 标系RX=RY =RZ=0,位移约束应用于解决固定面自由度问题。施加在组件上的载荷是组件的自重。
4应力计算
解决上述方程后可获 得元素节 点位移q。因为σ=Dε和ε=Bq,于是单元的应力为σ=DBq,3个主应力可以通过下面的关系方程式计算。3个不变应力张量是:
我们定义:
主应力公式如下:
5结构分析
通过软件得到静态分析结果如下:
(1)铣床组件:VonMises应力结合了拉伸和剪切应力,最大值为200.793N/mm2。
(2)车床组件:VonMises应力结合了拉伸和剪切应力,最大值为342.223N/mm2。
静态分析的基本目的是找出应力和在静态加 载条件下 结构的位移,铣床及车床静态分析结果如表1、表2所示。
单位:N/mm2
6动态分析
模态分析用于确定结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型),与此同时进行设计。固有频率的结果是通用后置 处理所得,根据后处理结果总结出所有组的结果并进行检查和记录,铣床及车床模态分析结果如表3、表4所示。
表3显示的是铣床前6阶固有频率的状态,第1阶固有频率是3.49Hz。模态分析的重要结果显示在接下来动态分析的结果图片中,是动态分析的重要输入。铣床1~6阶振型图 如图1所示。
表4显示了车床结构的前6阶固有频 率。第1阶固有频率被发现是10.852Hz,最大频率标记为20.662Hz。车床1~6阶振型图如图2所示。
7结论
上文表中显示了施加载荷后机床部 件产生的 偏转。在本文中尝试分析了2个机床结构在铣削和车削情况下的静态和动态性能,我们观察了解到车床受到更大的应力,整个机器 所受应力沿X轴方向逐渐变大;铣床的偏移变形更明显,同理可用分析车床的方式在铣床上得到相关结果。可以进一步 得出结论:偏转随着频率的增加而变大。对于前5阶固有频率的分析已能满足实际要求。
摘要：静态和动态分析在提高机床的工作效率和精度等方面起着非常重要的作用。静态分析可以用来估算应力、应变和挠度,动态分析可以用来预测机床的固有频率和振型,进而进行有效设计,防止机床结构产生突变破坏。鉴于此,对机床静态及动态分析进行简要探讨。