工程机械系统的保护研究论文

摘要：本文立足于民机专向科研课题，以大型试验系统计量测试技术的研究制定为指南，研制了一套针对结构水平冲击试验系统的校准技术，为该水平冲击试验系统试验数据的准确可靠、试验结论的正确性提供了量值溯源依据。本文首先根据该试验系统的结构组成和工作原理设计了一种基于虚拟仪器的测试数据采集方案，并以最优化的方案搭建了该水平冲击台校准试验系统的硬件。下面是小编精心推荐的《工程机械系统的保护研究论文(精选3篇)》相关资料，欢迎阅读！

工程机械系统的保护研究论文 篇1：

超高压大功率电力电子装置在电力系统中动态特性的研究

【摘 要】 以灵活交流输电系统(Flexible AlternatingCurrent Transmission System-FACTS)技术、高压直流输电技术为代表的大功率电力电子装置作为电力系统的最新应用成果，在提高互联电网可靠性上有更广泛的应用前景，文中综述了FACTS装置在电力系统各方面动态特性研究，以及高压直流输电的运行控制原理。指出当系统出现异常状况时，由于电力电子装置内部的特性限制使系统呈现出异常的动态特性，从而影响了系统的可靠性。为此，文中提出了研究大功率电力电子底层控制特性的必要性，以及FACTS装置应用在交直流电力系统中的一些亟待解决的问题。

【关键词】 电力系统 电力电子 FACTS 高压直流　动态特性

1 引言

目前，随着电网互联的规模越来越大，保证并且提高电力系统运行可靠性已经越来越引起人们的重视；众所周知，提高电网的充裕度是确保电网运行可靠性的最基本的措施，关键所在即是如何大幅度提高超高压交流输电系统的输电能力。而以FACTS技术为代表的大功率电力电子换流技术及高压直流输电技术的引入，可以改善电力系统可控性及可靠性，从而使大幅度提高输电线路的传输能力及电网的可靠性成为可能，这方面国内外学者已经做了很广泛且深入的研究。

但是，当系统出现异常情况时，由于FACTS装置本身的特点及其与电力系统的相互作用，往往导致FACTS本身的不可靠，进而又引起系统的异常动态行为，对此目前的相关研究却很少。

随着直流输电应用的越来越广泛。如何利用直流本身的特点提高系统的输电能力，以及如何将FACTS装置与直流控制进行协调以提高整个电网的可靠性，这两方面也越来越成为研究的热点。

基于此，本文总结了FACTS装置在电力系统各个方面的特性研究及其对系统产生的影响，集中体现在3个方面：潮流控制；对继电保护的影响；阻尼控制(阻尼控制包括抑制低频振荡和抑制次同步谐振两方面)，将在下面各节中逐一阐述。随后深入介绍了高压直流输电的控制原理及新型电压源换相直流输电(VSC—HVDC)技术：最后提出FACTS在大互联电网及交直流互联电网中的应用前景。

2 潮流控制

2．1 潮流控制能力的研究

对于潮流的控制研究主要是稳态研究，FACTS装置的潮流控制方式主要有3种：(1)串联补偿，如可控串补(Thyristor Control Series Compensation—TCSC)、静止同步串联补偿器(Static Synchronous Series Com-pensation-SSSC)；(2)并联补偿，如静止同步补偿器(Static Svnchronous Compensation—STATCOM)；(3)移相调节，如可控移相器fThyristor Control Phase Shm—TCPS)；若要实现两种或是三种控制目的．则可以使用统一潮流控制器fUnified Power Flow Controller-UP．FC)或可转换静止补偿器(Controllable Static Comoen．sation-CSC)…。以前所做此方面的研究大多是计及FACTS装置的潮流计算分析．而对FACTS装置的潮流控制能力的研究却不多也不够深入．

在FACTS装置中．并联控制的如STATCOM等．因其对输电线路输入功率的影响较小．故研究的关键是串联FACTS装置的潮流控制能力。在文献[2]中指出潮流控制能力主要取决于装置的类型和输电线路的初始自然功率的分布情况。总结有如下两点：

(1)UPFC和TCPS的控制域：其中心和线路的自然功率有关：其控制范围只与相应FACTS装置的串联电压源模值比和线路阻抗值Z有关。

(2)TCSC的控制域：其中心和半径都与线路的自然潮流分布、‰和参数z有关。当支路R／X值较小时，TCSC控制域的半径比UPFC的大许多。当线路的自然功率较小(在坐标原点附近时)．则其控制范围比TCPS小：当线路的自然功率分布远离坐标原点时．则TCSC的控制范围比TCPS大。

由分析可知．UPFC的潮流控制能力最强：TCSC和TCPS的潮流控制能力的强弱则与线路的自然功率分布有关。

对于其他串联FACTS装置，如SSSC．它相当于在线路上串联一个三相同步电压源．其幅值与线路电流无关．而方向与线路电流正交．可提供感性或容性的补偿。可以提供较高的串联补偿度．而且也不似TCSC．要受次同步谐振等约束的影响．因此其潮流控制域比TCSC的要大许多。但有关SSSC的潮流控制实际应用还有待进一步研究。

利用FACTS进行潮流控制．可以实现潮流的实时快速调节，其中。TCSC和直流共同作用。可以进行有效地有功无功调节；而STATCOM在静态时．只能调节电压；UPFC和TCPS，既可进行有功调节．也可进行无功调节。因此，在互联系统进行潮流控制时．不仅要考虑不同装置的潮流控制能力，而且要考虑到不同装置控制效果的差别。特别是在研究联网方式时还应考虑不同的FACTS装置之间的相互作用。

2．2 潮流控制算法的研究

目前由于电网互联规模的增大．装设的FACTS装置越来越多．而如何利用多个FACTS装置之间的协调控制互联电网潮流．使其有最大可能的输出功率已经越发引起人们的关注。而解决这一问题的关键在于．如何建立多个FACTS之间的协调控制模型。这是一个优化的问题，由于各个FACTS装置之间的相互影响．若计算方法不当容易导致迭代振荡．使迭代次数大大增加．甚至不收敛。而且大电网本身就是一个复杂的强非线性系统，再加上多个FACTS装置的协调约束，更加强了系统的非线性性，因此常规的线性方法失去效用：以往常用的算法主要有遗传算法、人工神经网络算法等[3]。

2．3提高区域间可用输电容量的研究

可用传输容量(ATC)受诸多因素的制约．如暂态稳定约束，电压稳定约束，线路传输容量约束．电压限值约束等，可用输电能力值还受电力系统发电模式、负荷水平、网络运行方式、故障集等的影响。文献f7]中指出．在静态约束下，ATC的值主要受节点电压约束和网络传输容量约束。对于由节点电压约束的限制而导致的制约ATC容量的问题．可以考虑在受电区域增加无功电源的容量或配置无功补偿等。对于由于线路传输容量约束而导致的制约ATC容量的问题．最好的办法是考虑使用FACTS装置，它是通过改变网络的参数来调节系统的潮流，使得网络的输送容量得到充分的利用。

文献[7]还指出，可以通过优化潮流算法得到FACTS装置的最优控制参数．FACTS的安装位置对提高ATC的效用有很大影响．而前提则是在安装FACTS

装置前网络潮流的可调节容量没有达到极限值。同时参看1．2节所述，充分利用FACTS装置的关键还是潮流控制模型的建立。

3继电保护方面的影响

FACTS装置引入电力系统。不仅仅可以提高系统的可控性及可靠性，而且由于其自身的参数特点及连入系统的方式、位置．对整个电网的继电保护也会产生一定影响，从而引起系统在一定程度上的不可靠。FACTS装置对继电保护的影响主要有两个方面：一是由于FACTS装置可以单独或同时调节线路的基本参数(电压幅值、阻抗和相位)，而这些参数是线路继电保护装置动作的基本依据。参数的变化必将影响保护装置的正常测量．并最终在一定程度上引起保护区的变化。二是FACTS装置的内部电力电子元件产生的谐波．会对线路的电压电流波形产生影响，从而可能引起继电保护动作的失灵。

文献[8]指出，TCSC对距离保护的影响与其旁路与否密切相关。如果故障后，TCSC没有进行旁路操作，将发生电压反向现象。而这一特性有助于防止故障后的拒动或误动。TCSC的阻抗特性及其补偿度对继电保护的影响很小．基本不会影响距离保护在TCSC线路上的使用。这已经在很多研究中的到证明。

就谐波特性而言，在稳态时，TCSC的谐波特性对继电保护的影响很小。在短路情况下，谐波特性与故障点、故障时刻及触发角等多种因素有关。但从继电保护的角度讲．只有TCSC旁路与否才回给保护带来影响，主要是因为在故障后．若TCSC不旁路，则TCSC上的电压含有大量的高次谐波分量，它们对保护安装点电压有影响．此影响归根结底由短路点决定。对于STATCOM而言。文献[9]主要从对称故障和不对称故障两种情况下研究，得出以下两条结论：

(1)在电网对称故障条件下，若电网参数固定，随着STATCOM连接变阻抗的减小，α值增大，测量阻抗比实际值增大。随着故障点远离STATCOM安装处，测量阻抗也比实际值增大。当连接变阻抗较大时，对线路保护测量阻抗影响较小。因此，STATCOM的安装对线路保护影响较大。当故障点在线路保护安装出和STATCOM补偿点之间时．STATCOM对保护无影响。

(2)在不对称故障条件下，单相接地测量阻抗与相间故障测量阻抗受STATCOM影响程度都与故障点与STATCOM的安装距离成正比．并且随着补偿度的增加测量阻抗偏差增大。同样条件下，相间故障测量阻抗受STATCOM的影响比单相接地明显。

同样．对于UPFC而言，由于故障导致测量阻抗变化．只需在进行保护整定时，给出一定的裕度，UPFC就不会对线路原有的继电保护产生影响[10]。

目前抑制FACTS装置谐波对电力系统及保护的影响的关键即是就要从主电路设计上考虑，文献[11]中针对STATCOM提出了三种可行的抑制谐波方法：

①多重化技术：采用2、4或者8个三相桥逆变器或三个单相桥逆变器组合使用的方法，在成倍提高装置总容量的同时。根据具体情况，考虑交流侧变压器的连接方式．不同逆变器间的移相角度，及交流侧输出采用并联还是串联方式．就可以相应的消除一些高次谐波的含量。

②多电平技术：即是使每个单相桥桥臂的输出电平有多个值．此法可以有效的消除输出电压中的谐波，同时提高输出电压的等级。但对于采用5电平以上的电路．其结构和控制都很复杂，直流侧电容电压的平衡控制更加困难．因此在大容量的STATCOM装置中，一般只采用三电平的结构。

③单相桥串联技术：即所谓的链式连接技术。对所采用的串联的每个单相桥采用不同的驱动脉冲，使每个桥输出电压所含谐波大小和相位不一样，使最终迭加而成的总输出电压谐波含量很小。

4 FACTS装置对电力系统的阻尼控制

FACTS装置的阻尼控制作用主要体现在两个方面，一是用于抑制低频振荡：二是用于抑制次同步振荡。

4．1 FACTS装置抑制低频振荡

对于一个固定的电网，它的振荡模式有许多，在通常情况下．特征值最接近复平面内虚轴的主特征值对应的主振荡模式才是决定系统振荡的。因此FACTS装置的引入．主要是通过对当地信号进行一定角度的相位补偿．对主振模式施加一定的影响，从而实现对系统的阻尼补偿．进而使振荡得到控制。

而在现实系统中．主振模式对应的主振频率往往不是固定的．它可能随着潮流、线路参数、其他控制器参数的变化而变化。因此，为某一频率设计的补偿器可能不能适应系统变化后的工况，而快速地辨识当前系统主要模式的低频振荡就非常必要。文献[12]采用Pronv分析在线学习系统的主振频率，并实时调整基于STATCOM的相位补偿器的参数，仿真证明该法可以在暂态过程开始一个周期后完成相位补偿的参数调整。

但目前随着电网的规模增大，复杂性增加，其非线性就更强了。当扰动造成系统出现振荡时，往往不仅仅是一个主振荡模态决定的．还有多个模态互相作用导致振荡更剧烈。因此，在应用FACTS装置时，要充分考虑FACTS的引入对系统振荡模式的影响。

文献[13]提出了一个多机系统下的利用FACTS装置阻尼电力系统振荡的联合模型。此模型与Phillips-Heffon相似．是将基于FACTS装置的稳定器等价成为系统中每个发电机的阻尼转矩．这样如果这个特殊的稳定器的参数若是条件得当．就可以改善系统的振荡稳定性．

目前有许多研究中采用基于FACTS装置的Lva．punov能量函数法的阻尼控制策略14 J[1引。此法的优点是只需选用合适的当地测量信号就能实现阻尼控制．而无需考虑整个网络的拓扑结构。因为SVC是比较早应用在电力系统中，故在阻尼控制上的研究成果很多．相关结论参见文献[16]。

随着我国电网规模越来越大．由于局部扰动甚至造成国内外未见报道的“超低频振荡现象”．即系统振荡频率低至0．13Hz。现在低频振荡再度成为研究的热点，而FACTS装置的引入可以在某种程度上抑制振荡，提高系统稳定性。为此，我们更应该从FACTS装置与电力系统之间的相互影响的角度．找出系统振荡时．FACTS装置可能的不可靠的动态特性．从而可以找出抑制超低频振荡更可靠的方法。

4．2 抑制次同步谐振(Subsychronous Resonance-SSR)

目前，已经有多种FACTS元件抑制SSR的性能和机理研究，其中比较有代表性的是并联动态电阻器、SVC、NGH阻尼器、TCPS、TCSC、SSSC及高压直流输电(High Voltage Direct Current-HVDC)，其中以TCSC的研究居多，具体参见文献[17]。FACTS元件抑制SSR功能的实现，在很大程度上取决于控制器设计水平的优劣。研究表明：设计不好的控制器．不仅不利于发挥FACTS元件抑制SSR的功能．而且会恶化系统的次同

步谐振工况，甚至导致系统的次同步失稳。

次同步谐振和低频振荡相比，大多是由于输电线路中采用高串补度的固定串联补偿电容引起的．而可控的串联补偿FACTS装置能够有效抑制这一现象．4．2．1 SSR的控制方法及相关问题

FACTS元件抑制SSR功能的控制方法目前主要有PID控制、人工神经网络方法、模糊控制等．有时也根据元件的独特性来选择相应的控制方法．但在控制中要注意和系统中的其他元件进行协调控制。具体有以下几个方面：

①常规元件和FACTS元件在抑制SSR时是否存在不利的相互作用：

②如何协调常规元件和FACTS元件的行为以便达到最佳的SSR抑制效果：

③FACTS元件与FACTS元件之间是否可能因为控制目标冲突或调节反向等原因造成SSR抑制效果的下降．应该如何协调。

目前，国内外对这个问题的研究还不是很全面．只有少数几篇文献涉及这个问题。文献[18]将NGH阻尼器和附加励磁控制进行协调．解决了补偿度提高引发非主导模式失稳的问题；文献[19]探讨了SVC和PSS的协调控制问题。文献[20]将SSSC与原动机调速器协调来控制互联电网的频率振荡。文献[21]对多机电力系统中多台TCSC控制器间的交互影响进行了分析．只是指出了一种负交互作用的存在．但没有进行机理分析。

4．2．2 FACTS元件的模型建立问题

当早期研究FACTS元件抑制SSR的性能时．元件模型以往常套用已有的潮流分析模型或暂态模型．但深入研究时往往得不到正确的结果。后来有了基于时域方法的电磁暂态模型和基于频域方法的分析模型。

最早的模型是将FACTS元件视为等效的有功注入、无功注入、电压源或相角补偿量等。这种模型本质是稳态模型，在研究中确不能反应出由于SSR导致系统状态迁移时FACTS元件输出的大幅度变化。同时此模型不能区分元件主电路和控制系统．因此也不能很好的探讨控制系统所起的作用。而后出现的准稳态模型解决了此问题，但此种建模方法忽略了FACTS元件非线性开合行为造成的波形畸变．及次同步谐振工况中系统状态的剧烈变动。而且准稳态模型只反映了元件的基频响应特性，而忽视了其他频率分量。因此分析误差很大。

由上面的已有模型的分析可知，我们要得到更精确的模型需要涉及元件的内部动态过程。而此过程对于大电网条件下的次同步振荡分析，及考虑FACTS元件与系统之间的相互影响等工作是必要的。

目前研究FACTS元件抑制SSR的性能，应用最多的方法就是时域仿真法和频域分析法，或是两者的结合．以求能在线分析SSR现象并及时提出抑制措施。另外．进行动模仿真研究也是一个比较可行的方法，但目前对此研究还很少。文献[22]提出了结合谐波特征的可控串补动态相量法,建立了严格的、系统化的考虑三次及五次谐波的TCSC动态相量模型。此模型充分考虑了晶闸管开关的非线性动态特性，适用于电力系统的快速动态分析和频谱相关的机理研究。

4．2．3考虑HVDC的特殊电力系统次同步振荡现象

高压直流输电(HVDC)具有高度可控、调节迅速、传输功率大、运行灵活等特点，在远距离大容量输电、区域电力系统互联等方面有其优越性。但在另一方面，由于HVDC输电快速可控，存在着与汽轮发电机组轴系机械系统发生次同步扭振(Subsychronous Oscilla—tion-SSO)相互作用的可能性，其产生的机理不同于串联补偿输电引起的SSR。但目前，对这个问题的研究成果相对较少．一般大多都在进行分析方法的研究，从而揭示一些不同于传统认识的结论。

文献[24]采用特征值分析法研究交直流电力系统中HVDC换流器控制对次同步振荡(SSO)模态阻尼的影响。并通过仿真发现．SSO模态的阻尼并不是分别随整流控制器增益和时间常数单调变化的，而是有自己的一条最佳的模态阻尼脊线。因此，减小时间常数和提高增益可以从参数不稳定域到达参数稳定域或者远离参数不稳定域，这有利于提高鲁棒稳定性，但并不总是有利于改善SSO的模态阻尼。

而且随着我国南北互联，西电东送，交直流互联电网的规模越来越大，所以深入研究SSO的发生现象及机理也将是一个趋势。5高压直流输电

我国互联电网中直流线路越来越多，有关直流控制及其与其他FACTS装置的协调控制，一直是人们的研究热点。为此，我们有必要进一步了解高压直流输电的特性及其控制规律。

高压直流输电系统是高度可控的，它采用各种分层控制方式．以保证获得高效稳定的运行和灵活的功率控制．并同时保证设备的安全。

大多数运行中的HVDC联络线可以模拟为两端系统．有一个可控整流器和一个可控逆变器，并且联接到交流系统。一般地，基本换流器是标准设计，它们的控制方法和采用的控制变量性质随系统的不同而变化。基本的控制原理如下[25]：

(1)整流器采用电流控制和晶闸管触发角0限制控制。最小。参考角整定在5。左右，以保证触发时换流阀上有足够的正电压。从而保证换相成功。

(2)逆变器采用恒定熄弧角(CEA)控制和电流控制．在CEA控制方式下，熄弧角y被调节到15。左右，这个值表示了在可接受的无功需求和换相失败的低风险之间所能做的权衡。

(3)在正常条件下，整流器为电流控制方式，逆变器运行在CEA控制方式，如果整流端的交流电压下降．整流器触发角也会减小，直到它达到‰限制。这时，整流器切换为‰。控制，而逆变器设为电流控制。

(4)为保证良好运行和设备安全，确定电流指令时应考虑几个限制：最大电流限制、最小电流限制和依赖于电压的电流限制。

基于上述控制原理的控制方案分为四层：换流桥或换流器单元控制、极控制、主控制和整体系统控制。其中前三层属于器件底层控制方式，而整体系统控制方式是属于HVDC两端及AC系统协调方面的外部控制方式。目前有许多研究都集中在这一层。

需要说明的是．在高压直流输电系统中，基本的控制量是整流器控制的直流电流和逆变器维持的直流电压。这种控制方式下的直流联络线缓冲了一个受扰动的交流系统对另一个交流系统的影响。但是，它也阻碍了有利于维持交流系统稳定的同步功率的传输。实际上．从交流系统看来，直流换流器是一个对频率不敏感的负载．这可能产生系统摇摆的负阻尼，在系统摇摆期间．直流联络线甚至可能吸收过多的无功功率，而导致电压崩溃。为此，常常需要附加控制来拓展直流的控制能力，以改善交流系统的动态性能，提高系统可靠性：这就包括和FACTS装置间进行协调控制．采用控制理论的各种方法设计控制器进行控制。所能改善的系统性能主要有以下几个方面：

增加对交流系统机电振荡的阻尼：

①提高暂态稳定性：

②抑制交流系统的次同步振荡：

③隔离系统之间的干扰：

④孤立小系统的频率控制：

⑤无功功率调节和动态电压支持。

而且，从内部特性考虑，当今的HVDC技术多采用传统电流源型换流站(Current Source C0nverters-CSC)实现功率的传输，换流站的每个阀采用多个可控硅或晶闸管串联的方式，其电流可通可控．但电流的关断依靠交流电流的自然过零点关断．当系统交流电压在出现故障或扰动时发生跌落或畸变时．容易引起换相失败。目前很多研究都是集中在换相失败的机理研究及抑制措施上[26][引．

目前，随着大功率电力电子器件的发展和电力电子技术在电力系统中的应用日益广泛．电压源型换流站(Voltage Source Converters-VSC)在HVDC中的应用成为可能。国外就此技术已经进行了工程实践．证明这种VSC型HVDC在中小等功率规模下要比传统的直流和交流输电更经济，随着大功率电力电子技术继续发展，有望在大功率传输中得到应用。对比HVDC．这种新型的直流输电有很多优点㈣㈣㈣：

①可以同时控制有功和无功。在直流两侧都可以控制交流电压．

②不提供短路容量．可以通过DC电源向无源AC网络供电．

③在换流器之间不需要快速通信。

④可以单独控制一个换流站的无功潮流．而不受另一个站的影响。

⑤多个VSC可以接到一个固定极性的DC母线上，形成具有与交流系统相同拓扑结构的多端直流系统。

⑥用地下挤塑DC电缆．使陆地及海洋的输电更经济可行．

⑦VSC型换流器体积小，使得占地面积小．方便使用。

6 FACTS装置在电力系统中亟待解决的问题

综上可见，为了提高大电网的运行可靠性．引入以FACTS装置为代表的大功率电力电子装置的研究有以下几个方面的问题亟待解决：

(1)联网方式时或系统遭受扰动时．应重点考虑不同的FACTS装置之间的协调。如在系统遭受大扰动时，出于金属氧化物限压器(MOV)保护功能．TCSC在故障期间一般是闭锁的．从而限制了TCSC对首摆稳定的最大贡献。为此．这时就要考虑采取其他FACTS装置作为辅助控制，从而提高系统的可靠性。目前的一个研究热点——多代理(Multi-agent)技术是解决协调控制的一个有效方法．通过在每个FACTS装置上设置子代理，通过事先制定的通信规则与系统的总代理进行相互联系，在不影响系统稳定性的前提下决定装置的投入和退出。这只是个构想．实际应用还有待于进一步的研究．

(2)在交直流互联电网中．为了提高区域间的可用输电容量，利用FACTS装置的关键还是潮流控制模型的建立。以往建立的模型大多用在交流系统中．当存在直流线路时，关键是如何选取交直流系统的交界变量．以得到合适的反馈变量用于潮流控制。

(3)目前FACTS装置在保护方面的大多数成果是基于对称故障条件下得出的结论。但往往对称故障也是由不对称故障发展而来，在大多数不对称故障条件下，FACTS装置的动态特性有什么不同：能不能通过及时控制使之朝有利于系统稳定的方向发展．

(4)目前国内对SSSC在电力系统保护中的影响研究很少，而SSSC具有它的特殊结构优势．它是通过注入一个幅值可变的交流同步电压源串联在输电线上。通常这个同步电压能够等效成一个感性或容性的电抗．可以通过改变电抗的大小，使SSSC能够起到控制线路潮流的作用。由此可见，在故障条件下，研究SSSC是否对继电保护有影响，是否可以通过控制SSSC从而使线路上的继电保护装置保持正常运行是很有意义的．

(5)电力系统振荡往往不是由一个主振模态决定．系统的非线性性会导致两个或多个模态共同作用．加剧系统振荡。为此，在引入FACTS装置时，我们要充分考虑其动态特性对系统的模态的影响。充分利用FACTS装置可以提供阻尼的特点，开展对其本身的电气特性和动态行为的研究，目的找出抑制互联电网“超低频振荡”的可靠方法。

(6)在抑制次同步谐振时，要深入研究系统的电磁暂态仿真建模问题。目前有文献指出，由于电力电子装置易于产生谐波，引入SVC反而加剧了系统的次同步谐振现象，TCSC的补偿度过高也会使系统产生次同步谐振。为此，对FACTS装置本身的电气特性及其在遭受异常扰动后的动态行为的研究就是关键所在，而方法之一可以就动态相量建模法进行深入研究。

(7)随着电网规模的日趋庞大，在线分析系统出现的各种问题并及时解决已经成为必须。因此对于基于FACTS装置的研究，我们可以采用PMU及广域测量相量等方法，对所需要的控制信号进行在线检测，及时更新调整，使其适应网络拓扑的变化，以提高系统运行的可靠性。

(8)HVDC的换流器作为一个特殊的大功率电力电子设备，我们要深入研究其底层控制策略，当系统出现异常情况时，底层的相应参数及保护控制会有哪些相应的动作，只有这样，才能深入剖析HVDC与汽轮发电机机械系统发生扭振的相互作用，找出SS0发生的机理，从根本上提出抑制SS0的措施及提高交直流互联电网可靠性的方法。

7 结语

基于大功率电力电子器件的FACTS装置及HVDC，目前在国内外的实际工程应用中，在提高系统输电能力及改善系统可靠性方面已经取得了一定的成果。但是在研究其动态特性的同时也发现，当系统发生故障时，不仅系统电压可能出现严重的不对称、畸变或出现振荡，大功率电力电子装置也可能出现严重的负序电流、变压器偏磁过电流、谐波过电压等影响装置自身安全运行的问题。严重可能导致装置退出运行，从而影响系统的可靠运行。基于此，我们有必要在以后的研究中，深入探讨FACTS装置的底层动态特性，及其与电力系统的相互作用关系；从而在保证大功率电力电子装置可靠运行的同时，真正实现未来复杂交直流电力系统的可靠运行。

8 致谢

本文所做工作得到了国家重点基础研究特殊基金(N0．2004CB217907)、国家自然科学基金(No．50595412和No．50377017)及许继电力科技基金的资助。

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27欧开健．任 震．荆 勇．直流输电系统换相失败的研究(一)——换相失败的影响因素分析．电力自动化设备，2003(5)

28 李永坚．周友庆．宋 强．轻型直流输电技术的发展与应用[J]．高电压技术，2003．29(10)

29 Eriksson K，Jonsson T，Tollerz O．Small Scale Transmis-sion t0 AC Networks by VSC HVDC[A]．12th CepsiConference．Pattaya：1998：302-307

30胡兆庆．毛承雄，陆继明．适用于电压源型高压直流输电的控制策略，电力系统自动化2005 25.29(1)

作者：刘　隽　李兴源　汤广福

工程机械系统的保护研究论文 篇2：

结构水平冲击试验系统校准技术研究

摘要：本文立足于民机专向科研课题，以大型试验系统计量测试技术的研究制定为指南，研制了一套针对结构水平冲击试验系统的校准技术，为该水平冲击试验系统试验数据的准确可靠、试验结论的正确性提供了量值溯源依据。本文首先根据该试验系统的结构组成和工作原理设计了一种基于虚拟仪器的测试数据采集方案，并以最优化的方案搭建了该水平冲击台校准试验系统的硬件。另外，为了在功能上满足了整个水平冲击试验台的测试要求，软件部分我们利用LABVIEW设计了一种包含数据采集、存储、时域分析处理、数值积分和数值微分为一体的程序。最后，对试验台的急推率指标进行了量值校准和不确定度评估。

关键词：水平冲击台；校准试验系统；数据处理；不确定度评估

结构水平冲击试验系统主要用于中国民用航空规章第25部运输类飞机适航标准中规定的应急着陆情况下的结构试验，此类试验通过检验飞机结构和座椅及相关安全设备在飞机应急着陆时对乘员的保护能力，验证飞机的结构设计是否能够在轻度撞损着陆过程中给每一乘员提供以避免严重受伤的一切合理机会[1]。

目前，随着国外模拟碰撞技术的发展，结构冲击试验系统也越来越多地被各个实验室用于仿真汽车、飞机和其他运输形式所经历的撞击试验中，用于确定其结构的抗冲击性能及其抗冲击设计和分析计算，国外发达国家为了保证飞机撞击试验量值的准确可靠及统一，对试验设备的校准结果及影响的各项因素进行考核，以获得可靠的溯源性。但目前国内飞机撞击试验采用这种模拟碰撞技术还较少，没有公认的校准方法和专门的校准规范技术，无法保证测量结果和试验数据的准确可靠，因此需要对该试验台的校准技术进行研究，以满足试验系统校准要求，并为试验验证结论的正确性提供量值溯源依据。

1 结构水平冲击试验系统

1.1结构水平冲击试验系统的研究技术指标

该试验系统被设计用于模拟汽车、飞机、机载设备、舰载设备和车载设备等运输形式所经历的冲击试验。本文主要是通过对试验系统的急推率、人体头部伤害指标HIC等指标进行校准研究，根据美国Seattle Safety （SESA）公司对水平冲击试验台制作材料的技术规定各个相应量值指标及其校准范围的具体要求如下：

1）冲击试验台的加速度峰值：≤100g

2）冲击试验台的急推率

①≤20000g/s，有效负载：250kg

②≤8000g/s，有效负载：3000kg

校准装置的主要测量参数为急推率，校准结果应满足研究技术指标的要求。

1.2结构水平冲击试验系统的工作原理和结构组成

该水平冲击试验系统的设计基于美国Seattle Safety Servolsed原理，采用了计算机控制的气动—液压伺服系统，气动部分通过高压气室和低压气室的压差推动活塞杆，为试车台提供驱动力，伺服刹车系统则通过液压装置驱动刹车片在试车台上施加反向的刹车力，试车台在这两个力的合力作用下完成了水平方向的冲击试验，其组成框图如下：

实验过程中，若安装在试车台面上的负载较大，将会给冲击波形带来严重的影响，因为该水平冲击试验系统的设计和相关物理量计算均是基于单自由度机械系统进行的，产生波形的脉宽、加速度幅值等参数均与气缸驱动腔中气体的压力、气缸背压腔中气体的压力和伺服刹车系统特性等因素均有关系。因此，为了消除对整个试验的模拟性、再现性带来不良后果，正式试验前必须用试验样品或模拟试件对系统进行预调整。

1.3结构水平冲击试验系统的校准原理

结构水平冲击试验系统校准原理框图[2]如下：

结构水平冲击试验台的校准采用冲击测试台校准装置直接对测试台进行测量。冲击测试台校准装置一般是由加速度计（含三轴向加速度计）、桥路应变放大器、同步数据采集卡和计算机等辅助设备组成。

2 结构水平冲击试验系统的硬件搭建

结构水平冲击试验台校准技术总体方案框架如下：

本课题采用冲击加度测量系统实时采集冲击加速度-时间信号，得到与加速度相关的峰值、脉宽、上升时间等技术参数，本文的校准技术总体方案采用了虚拟仪器技术研制的便携式数据采集系统来实现现场数据采集、数据分析和数据显示，通过数据处理后得到相应的校准结果。试验台测量系统包含了加速度等多项参数，并分别对试验系统的整体性能指标进行检验，完成对数据的采集、分析、判断、显示、存储及生成。

在水平冲击试验系统的工作原理和实验要求基础之上，本文结合信号及数据采集方面的原理，给出了一种基于虚拟仪器的测试数据采集方案，并且对实现这一方案的硬件进行了最优化的选择，配以ENDEVCO-2262型压阻式加速度传感器、ENDEVCO—136型桥路应变放大器、PCI-6251数据采集卡等搭建了该水平冲击台校准试验系统的硬件，结构框图如下：

3 结构水平冲击试验系统的算法研究和软件设计

校准系统的软件设计是整个数据采集系统的核心，也是整个校准系统重要组成部分[3]。系统的软件设计采用模块化和层次化的思想，由上至下设计，根据系统的总体要求和性能参数，将系统划分为各个功能模块，如：采集、数据分析、储存和显示等，再将各个模块逐步划分为更小的子模块。系统可以实现对输入数据进行采集、分析、显示、储存、打印和历史数据回放等功能，并且具有良好的人机交互界面，易于维护和系统扩展。

信号显示与控制部分通过截断触发点所对应序号（在采集模式下，序号为0）以前数据的方法，将触发点以后的信号数据显示在显示屏上，从而实现了单点触发功能。并可以通过修改显示组件（Waveform Graph）的属性节点，实时调整显示时基。数据采集系统的主界面设计如下：

这是多通道数据采集系统的界面，实验时可以对输入终端、采集通道、数据采集卡的量程范围、传感器的极性、容差标准、触发沿和采集参数等等进行设置，还可以自由选择采集通道，点击前面板上运行按钮便可开始采集PCI-6251采集卡的九个通道的采集信号，若点击停止采集，那么从开始到停止这段时间内的数据将会自动保存[4]。

3.1原始信号的频谱分析和滤波处理

利用上述搭建的校准试验平台和DAQ数据采集程序从水平冲击实验中采集到峰值为100g，脉宽6ms的半正弦波如下，为了对信号进行准确测量和控制，我们将时域信号转换到频率域，对信号进行频谱分析以了解信号的频谱组成，进而对信号进行识别。从放大对比后可以看到，原始信号的频谱主要集中在200Hz附近，在1300Hz、2000Hz等几处有杂波分布。其中大约1500Hz以下、1Hz以上信号是我们所要保留的信号。

根据上述对原始信号的频谱分析可知，我们需要的实际信号处于某一个通频带内，为了能够得到相对平滑的波形曲线，将采集得到的数字信号应用于工程实际，我们采用巴特沃斯带通滤波器对采集到的数据进行滤波，巴特沃斯滤波器拥有最平坦的频率响应，在截止频率以外，频率响应单调下降，在通带中是理想的单位响应，在阻带中响应为零。对于半正弦脉冲，我们将巴特沃斯带通滤波器的截至频率上、下限分别设置为0.008/T、10/T，其中T表示半正弦脉脉冲在高于10%AP（AP加速度脉冲的峰值）之间的持续时间，即波形的脉宽，从图中可以计算出在高于10%AP之间，半正弦脉冲的持续时间为0.006781s，故截至频率的上、下限分别为1.1799Hz、1474.9Hz，于是，我们重新调用以上程序对采样序列进行带通滤波，并根据滤波前后的散点数据，将其绘制于同一坐标系中，并通过局部放大进行对比，从对比图不难看出，滤波后的冲击波形图比滤波前平滑很多，这样不仅让采集到的加速度幅值信号经过数字化处理后去掉其他高频和低频信号的干扰，而且通频带内的频率响应曲线能最大限度平坦，对于后面指标的校准实施提供了极大的方便。

3.2急推率的算法研究和校准

该试验系统校准技术指标中的急推率是指试验台输出的加速度的时间变化率，急推率反映了试验台输出的加速度对时间的变化快慢，实际就是对加速度时域信号的再次微分，可通过软件设计来实现，即对实时测量的加速度-时间历程进行微分，其微分方程：

急推率曲线图9所示：

上述数值算法实验表明：本文运用的中心差分算法在处理光滑数据的能力很强，但由于局部导数有间断点，导致急推率曲线是凹凸不平滑的，不能满足实际工程的要求，因此必须利用数字滤波器滤波后才能使原来的微分信号的发散状态有较大改善、信号品质得到进一步提高，将一个纯净的微分信号从很强的噪声背景中提取出来，从图10可看出滤波后得到的急推率曲线相对平滑。通过以上实验分析，可以得到以下几点结论：

1）急推率反映了在冲击过程中试车台加速度对时间变化的快慢，对于水平冲击台而言，由于台面较大，会使各处受力不均匀，从而九个通道的急推率波形有所不同，另外，试验台的厚度、材料、谐振频率等因素也会影响急推率曲线的峰值和平滑程度；

2）由于存在各种干扰，致使采用数值微分得到的信号一般不能直接使用，需要采取各种可行方法进行数字微分信号的提取和降躁处理，选取一定形式和阶次的数字滤波器对数字微分信号进行滤波，可以较好的改善数字微分信号的品质。

3）若数字微分信号在经过数字滤波器滤波后，如果还不能达到工程要求，可以在此基础上施加死区、惯性等非线性环节，可进一步改善信号品质。

以上我们利用水平冲击模拟试验中采集到的波形，编写微分算法求解了急推率，并对其进行校准，但在实际试验中，由于受到试车台面上负载大小的影响，会导致急推率曲线的峰值有所不同，简单来说，负载小的话，加速度峰值会较大，急推率峰值较小，反之，若负载较大，加速度峰值较小，急推率峰值会偏大；另外，台面上负载分布的方式也会导致九个通道的急推率的不同，从动力学的角度来分析，台面上负载分布相对集中的位置加速度峰值较小，但急推率峰值较大，而负载分布相对稀疏的位置加速度峰值较小，急推率较小。

综上所述，为了能过综合评定和反映整个试车台的急推率，实际试验时我们需对九个通道的急推率的峰值数据按照如下方法来处理：即

1）当试车台面负载分布均匀的情况下，我们可以对九个通道波形的急推率峰值取平均值来当作整个台面的急推率；

2）当试车台面负载分布不均匀的情况下，我们可以对各种波形的急推率峰值取加权平均值来当作整个台面的急推率，其中权重因子按如下方法设定，[λi=wiW]，[i]可以取一至九，wi表示每个区域内负载的质量，W表示台面上总的负载质量，且[i=19λi=1]；

3）当试车台面的负载为零时，我们可对取九个通道波形中最大的急推率峰值来做为整个台面的急推率。

4 不确定度的评估

试车台的急推率是通过对加速度时域信号的再次微分而求得，上一节运用中心差分算法做了详细的推导，即

[H=-ai+8ai+1-8ai-1+ai-212Δt] （7）

由上述公式易知，在进行数值微分求解计算的过程中，引入了微分算法的不确定度，所以急推率的不确定度来源主要包括以下几项：加速度a引起的不确定度分量uc（a）、微分算法引入的不确定度分量u1和时间t引起的不确定度分量，但由于时间的测量不确定度很小，因此急推率的不确定度主要是由加速度和算法的不确定度分量引起的，为了简化描述，这里我们忽略时间的影响分量[6]。

在加速度为38g的校准点，急推率峰值参量的合成标准不确定度如下表所示：

参考文献：

[1]. 吴溪浚，孟建军，祁文哲.中国民用航空法律法规汇总.中国民航总局，1992.

[2].杜小军.连续冲击实验控制与数据采集系统研究[D].西北工业大学，2007.

[3].孙春龙.基于LABVIEW多通道数据采集分析系统开发[D].武汉大学，2004.

[4]. 高品贤.测试信号分析处理方法与程序[J]..成都：西南交通大学出版社， 1999，54-60.

[5]. 曲东才.MATLAB平台下数字微分信号提取研究[J].控制系统仿真学报，14 （8）.

[6]. 李荣锋，谭伯聪.冲击试验测量不确定度实例分析[J].武钢技术学报，2004，42（2）.

作者：邓江流

工程机械系统的保护研究论文 篇3：

欧洲机器人学 的发展与未来创新

随着科学技术的飞速发展，在机器人领域涌现出许多显著的研究成果，机器人学的发展在全球范围内呈现出不尽相同的趋势，在2018世界机器人大会上，欧洲机器人协会副主席、库卡机器人有限公司德国总部研发负责人Rainer Bischoff，介绍了机器人学在欧洲的发展与未来创新。

欧洲机器人协会是一个非营利组织，也是欧洲最大的机器人组织，既代表了产业也代表了学术。组织成员中大约有1/3是产业代表，2/3是学术代表，协会大多数的决策是基于雙方各占50%的投票权进行的。因此，我们一直试图平衡产业和学术之间的意见，弥合两者之间的分歧。这样的做法在欧洲是非常独特的，能够使得学术和产业之间的合作更为紧密。如今，协会中有240多家成员，30多个话题组，我们共同探讨机器人的未来。我们会按照领域、平台、技术，甚至是按照社会学，对机器人进行分类，包括医疗机器人、农业机器人、工业机器人和物流机器人等。又或者我们会探讨机器人的总体技术架构是怎样的，也会从技术角度深入了解技术的发展会对未来产生怎样的影响，这些技术是如何更好地改善机器人的系统的。当然，我们也不能忽略总体的社会影响。

我们的协会是鼓励公私合作的。2014年，欧盟委员会和欧洲机器人协会启动了一个称之为“SPARC”的机器人研发计划，里面包含了欧洲最大的机器人研发项目，2014年到2020年总共接受了欧盟大约7亿欧元的资金用以进行研发工作。除此之外，来自行业、企业的私营部门也给予了20亿欧元的资金支持，协助我们进行相关的研发工作。这意味着我们总共有28亿欧元的资金用于时长为七的研发。一直以来，我们在不断更新研究领域，每年都会发布技术路线图以便告诉人们，我们的研发方向。

可以这样说，在欧洲，我们支持机器人和人工智能等技术研发的历史非常长，涵盖不同的时间点。从1998年一直到2020年，大概会有四至五个阶段。最开始它仅仅是一个学术网络，随后吸引了一些行业的合资伙伴，通过一些项目搭建起了学术界和行业的平台。2009年，我们开始致力于做研究，之欧洲机器人协会是一个非营利组织，也是欧洲最大的机器人组织，既代表了产业也代表了学术。组织成员中大约有1/3是产业代表，2/3是学术代表，协会大多数的决策是基于双方各占50%的投票权进行的。因此，我们一直试图平衡产业和学术之间的意见，弥合两者之间的分歧。这样的做法在欧洲是非常独特的，能够使得学术和产业之间的合作更为紧密。如今，协会中有240多家成员，30多个话题组，我们共同探讨机器人的未来。我们会按照领域、平台、技术，甚至是按照社会学，对机器人进行分类，包括医疗机器人、农业机器人、工业机器人和物流机器人等。又或者我们会探讨机器人的总体技术架构是怎样的，也会从技术角度深入了解技术的发展会对未来产生怎样的影响，这些技术是如何更好地改善机器人的系统的。当然，我们也不能忽略总体的社会影响。

我们的协会是鼓励公私合作的。2014年，欧盟委员会和欧洲机器人协会启动了一个称之为“SPARC”的机器人研发计划，里面包含了欧洲最大的机器人研发项目，2014年到2020年总共接受了欧盟大约7亿欧元的资金用以进行研发工作。除此之外，来自行业、企业的私营部门也给予了20亿欧元的资金支持，协助我们进行相关的研发工作。这意味着我们总共有28亿欧元的资金用于时长为七的研发。一直以来，我们在不断更新研究领域，每年都会发布技术路线图以便告诉人们，我们的研发方向。

可以这样说，在欧洲，我们支持机器人和人工智能等技术研发的历史非常长，涵盖不同的时间点。从1998年一直到2020年，大概会有四至五个阶段。最开始它仅仅是一个学术网络，随后吸引了一些行业的合资伙伴，通过一些项目搭建起了学术界和行业的平台。2009年，我们开始致力于做研究，之后成立了欧洲机器人协会。“SPARC”是一个公私合营的项目，每年都会发布技术路线图，欧盟委员会也会给予我们资金支持，从而能够更好地促进学术界和产业界的合作，这种合作如果没有各方的共同努力是不可能实现的。

我们认为，如今机器人已经对很多领域都产生了影响，它不仅能提升工业的竞争力，而且能提升人们的健康水平，并且在很多领域中还能够提升安全性。随着技术的进步，机器人的应用领域不再仅仅是小范围的领域，在大多数的常见领域中，也可以窥见它的身影，如汽车行业。可以说，机器人技术辐射的领域是非常广泛的，因为机器人是一个实体，能够在真实的世界中和大家互动，也能够操作和移动一些物体甚至是人。而这也正是机器人和人工智能的区别所在，机器人是一个实体，是一个能够看得见、摸得着的东西。

机器人产业的增长非常快速，欧洲方面的增长速度可能看起来并没有那么高，但实际上在欧洲有一个很好的开端。有些机器人公司的成立时间不长，但增长速度非常快。机器人影响了几乎所有的行业，但从传统的工业机器人的角度来看，大多数的应用可能还是在汽车行业中，在欧洲和美国可能皆是如此，电子行业也是一个增长速度非常快的行业。此外，在其它行业中，工业机器人的应用也日益变得越来越多。如今，在包括焊接在内的许多行业中，工业机器人的应用已经非常普遍。在欧洲，我们试图将工业机器人从那些比较成熟的行业转移到新的应用环境中，整体上可能还是在汽车这一大的行业范围内，但可以将其从做总装转移到其它的步骤上，也可以将其应用在其它行业中，因为在有些行业领域需要提高自动化，以降低成本，提升质量，又或者，工业机器人能够帮助某些具体的行业作出微调，以改进生产生活方式。

工业机器人有着广泛的应用领域

可以这样说，从机器人的发展形势来看，汽车行业仍然是主要的创新来源地，以ARENA2036这个企业来说，它主要是研究未来汽车装配的过程。在这一过程中，生产线是非常灵活的，机器人不断地进行移动、工作，从而生产出各种类型的汽车。当然，在未来，更为自动化的生产过程还需要我们花费更多的时间去进行研究探索，但至少我们找到了一个目标，而这正是我们可以为之努力的方向。

在医疗行业中，工业机器人的应用正日益变得普遍，我们可以通过机器人为医疗服务做一些相应的辅助工作。工业机器人只能做一些非常简单的动作，比如指向某一点，然后将某件物品转移到另一个地方，但是当我们把机器人技术用在医疗行业的多个不同领域中时，机器人技术加持下的医疗就可以为人类作出更多的贡献。

在农业领域，工业机器人的应用也是非常有趣的。一直以来，欧洲在养殖和挤奶机器人方面的研究非常领先，在一些农场中，一种融合了3D检测技术所研发的挤奶机器人，在挤奶过程中可以从奶牛身上挤出更多的牛奶。此外，在一项称之为“精准农业”的项目中，科學家研究开发出的机械机器人系统用途十分广泛。比如，在农作物种植的时候，可以用其去喷洒农药或者是去播种。在农作物收割的时候，可以用机械臂对这些种植好的农作物进行收割，极大地提高了工作效率。

在基础设施领域，工业机器人也有若干个应用方向。其实，欧洲在这个领域也具有很强的实力。我们不仅与各个国家之间开展合作，还在一些垂直的层面与多方面进行合作。比如，在挪威这种近海的油气行业中联合所有的利益相关者成立研究中心，以研究如何能够实现近海采油自动化。另外，在丹麦和荷兰也有诸如此类的机器人网络。所以说，我们与各个地区都在不断地进行合作和研发，充分利用合作资源。

目前，欧洲重点关注的是哪些技术呢？众所周知，机器人是多种不同技术和流程的复杂综合体，并不是一种简单的技术，而是一种融合的技术。比如计算、AI、通信等，所有这些技术必须融合在一起才能形成良好的系统。

首先，我们关注的是互动式的技术，包括人机互动、人机协作。当然，安全也是非常重要的。其次是更好的意识和行动，这里包括传感、信息解读、认知和感知等，然后是建立起更好的系统或者工具。由于机器人是一个非常复杂的综合体，因此需要一些很好的工具来开发机器人系统，对其进行模拟和编程，这些都是欧洲比较关注的技术领域。当然，我们对于技术的关注角度也是非常广泛的，对每一个领域的技术都会有所涉猎，但通常来说，这些技术都只有融合在一起才能生产出好的机器人，这一点是不容置疑的。因此，不能仅仅只关注某一种技术，而要把它们整合在一起进行研究和创新，探索AI潜在的巨大影响。

如今，人工智能的发展势如破竹，但我们不要忘记机械本身仍然是机器人的底层核心，这个领域仍然存有创新的余地。目前，对于欧盟来说，这也是一个非常复杂的过程，应该怎样确定优先领域，应该关注什么技术，这样的过程实际上是非常复杂的。在欧盟，共有250个组织在一起讨论下一个计划应该以什么领域作为优先考虑的领域。现在，我们已经对未来的优先领域进行了确认，认为应该在诸如医疗保健、农业食品、基础设施的维护和检查以及敏捷制造等领域中进行更多的政府部门的公共投资。

可以这样说，医疗保健是一个垂直的整合领域，农业方面主要是指农业、园艺等，基础设施方面包括物流、仓储、运输和交通等，欧盟决定将投入大量的资金以支持这些领域的发展。在医疗保健领域中，主要是要改进公民的生活质量。现在在这个领域中存在人手缺乏的问题，并不是很多人都愿意在这个领域工作，所以我们必须要实现自动化，以改进医疗保健领域中的服务质量、降低治疗成本。在农业食品领域中也存在类似的问题，如今大多数农民的年龄都超过了45岁，存在老龄化的问题，而且大多数人不愿意去做农民的工作，所以需要实现更多的自动化作业。此外，我们需要保护环境，这也就意味着我们需要尽量减少化学药品的使用，如今的资源越来越有限，那么如果我们想要改进庄稼质量就需要更多节约型的农业。在维修方面，除了要确保基础设施没有任何宕机时间，还要考虑安全性和经济方面的影响。在敏捷制造领域，需要技术的支持以改善劳动力老龄化的现状，现在工人的平均年龄增加了1岁，在一定程度上表明劳动能力减少了。因此，我们要减少那些不安全的工作，增加生产效率，提供定制化的产品，降低成本，同时保证欧盟的生产能力。

医疗保健机器人可以用于智慧医院的建设中，可以用于康复中心，也可以用于家庭中人员的照顾，为人们的生活带来便捷。今后，机器人的成本效益比将会变得更高，实现定制化、个性化的治疗，更好更精确的诊断，因此，我们需要支持医疗创新。

在农业食品行业中，我们需要实现精准农业、自动分拣及打包，以及对家禽家畜实现机器人管理。

在维护和检查基础设施方面，大家都知道，在我们的生活中基础设施的检修是非常重要的，所以我们需要找到更好的方式进行检修，同样，在能源水电、工业流程等领域也都需要好的基础设施。

再者就是敏捷制造，我们是从高量低混合到低量高混合的转变，需要设置自动化程度更高的ROI（投资回报率），也需要有更好、更容易安装、更易于使用的机器人。如今，技能型劳动力的人口数量存在缺口，我们关注的焦点是人与机器人之间的协作和共存，要解决的挑战包括需要在工厂里面实现数字化转型、需要人机协作、需要所有的机器连接起来、需要在“工业4.0”的状态下实现“物联网”。

机器人与人工智能融合发展

目前，在欧洲还有一个关于机器人和人工智能的争论。我们都知道，中国和美国在人工智能方面做得非常先进，欧洲也在思考，是否还要在AI领域进行投资，还是直接从中美的研究经验中进行借鉴？其实，欧洲也在对AI进行投资，但我们关注的焦点不太一样。我们希望把AI的研究与机器人相结合，将其称之为物理智能，我们希望能够保持安全性、伦理性和法律性。在机器人和人工智能的结合中，机器人应该能够智能地移动，具有自我学习系统，并且能够与现实世界进行互动。这是“机器人+AI”，而不仅仅只是AI。

机器人和人工智能会有什么互动呢？前面提到医疗保健、农业食品、基础设施的维护和检查以及敏捷制造四个应用领域，在这些领域中都需要对流程通过监测的方式进行优化，AI需要足够的数据来展现它的功能。最近，我们从欧盟获得了一笔AI平台的资助，虽然只有2000万欧元，但这是一个起点，将人工智能与机器人相结合，在这样的平台上，我们可以提供一些应用。

为什么说只有AI是不够的呢？我们需要先进的机械系统，这样才能提供更高级别的功能，所以我们不能仅仅满足于AI系统，还需要去考虑它的运动控制和感知系统等。我们需要高级别先进的系统工程，同时还需要它能够适应具体的环境，比如空间、水下、医疗等环境中。

在AI的市场上，同样存在一些垂直因素。除了和机器人相似的几个领域外，AI还有一个新的领域，也就是在金融、法律和公共服务方面提供相关的功能。如今，物理人工智能是欧洲特别关注的研究领域。

目前，“地平线2020”计划中有很多的建议性项目，但只有少数一部分得到了投资，投资金额达到了31亿欧元。可以这样说，虽然有很多的计划，但得到的资金并不多，所以我们必须珍惜所获得的资金资源，把它用在所聚焦的核心领域中。

未来，我们要把机器人和人工智能领域的各个相关方都连接起来，共同促进机器人和人工智能的发展研究。前面已经提到过，机器人技术是各种跨界技术的融合，所以我们需要联合起来协同发展。

（本文根据“2018世界机器人大会”现场演讲整理而成，未经演讲人审阅。）