數學建模魯棒性分析范文
時間：2023-12-29 17:52:36
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篇1
關鍵詞：串聯諧振逆變器；建模；離散滑?？刂?；感應加熱
A Current Controller for Induction Heating Power Supply Based on Variable Structure Control
DAI Bin
(Yuncheng University,Yuncheng,044000,Chinaオ
Abstract：The analysis literature about the establishment of mathematic model of series resonant converter for induction heating based on quasi-sliding mode variable structure control,including the selection of the switch surface parameters,certification of the reachable condition and analysis of stability.Simulation results show the sliding mode control possessed of a better dynamic performance and improved robustness to the external perturbations.Results validate the effectiveness of proposed control method.
eywords：series resonant inverter;modeling;quasi-sliding mode variable structure control;induction heatingオ
1 引 言
本文介紹一種應用軟開關技術的感應加熱逆變電源控制器。運用軟開關技術，功率器件在電流過零點時進行切換，電流控制器采用離散時間狀態。在電路參數有規律的采樣中，輸出電流可以離散化，得到離散數學模型。針對感應加熱電源逆變控制器，提出了一種準滑?？刂撇呗浴Ｔ摽刂品桨傅膬烖c有：設計的系統控制簡單，容易滿足實際的工業應用，可進行數字化處理；設計的系統控制對逆變器參數變化不敏感；控制系統可以實現全范圍的系統操作。
篇2
關鍵詞：背景差分法、混合高斯模型、目標檢測
1.前言
隨著計算機科學技術的發展，視頻監控已經從軍事、交通、科研等領域向人們的日常生活滲透。如何自動識別監控目標，實現監控智能化已經成為計算機應用技術之圖形圖像處理研究領域的一大熱門課題。運動目標檢測就是實現檢測并提取出與背景存在相對運動的目標的技術。它是對運動目標進行行為理解和分析的前提和基礎[1]，是監控智能化應用和發展的重要研究內容。
目前，運動目標檢測常用的方法主要是：幀間差分法[2]、背景差分法[3]和光流法[4]。其中，因受計算復雜，抗造性能差且不利于實現等條件的制約，光流法一般不適用于視頻序列圖像中的運動目標檢測。在差分方法中，幀間差分法檢測比較容易受到運動目標的速度的影響，無法對運動速度過快或過慢的目標進行正確檢測。三幀差分在檢測較大面積的運動物體時，容易出現目標“空洞”，不利于后期運動目標的識別和分析。與幀間差分相比，背景差分法檢測出來的運動目標信息更完整，位置更準確，且操作簡單，在運動目標的深入研究中有較大的優勢。
2.背景差分法
背景差分法[3]是在運動目標檢測方面最常用的方法之一，它的基本理念是通過判斷當前幀和背景幀的對應像素點的變化程度來判斷運動目標是否存在。如果對應的像素點變化值小于指定閾值，則該像素將標記為背景像素，否則為前景像素。其算法具體描述如下：
①獲取某一時刻t的背景幀Bt（x，y）；
②獲取與① 中對應時刻t的當前幀Pt（x，y）；
③將倆者進行差分運算，得到其的相對變化結果：
（1）
④選用閾值T對③中的得到的相對變化結果進行二值化，根據二值化來判斷對應像素點是背景像素還是前景像素，從而得到目標二值化圖像：
（2）
其執行流程及實現效果如圖1、圖2所示：
根據上面實驗可以發現，背景差分法的算法比較簡單，容易操作，可以較快實現檢測目的。而且檢測出來的運動目標信息完整，位置準確，非常有助于進一步對目標進行識別與分析。此外，從理論上說，只要能有合適的背景和經過相應的圖像后期處理，運動目標就能被較快、較準的檢測出來。
但是，通過對其進一步深入分析，就可以發現：背景差分法檢測的效果對背景的依賴非常大。首先，在相機拍攝位置不變的情況下，背景差分法的檢測需要一個純粹的、沒有任何運動目標的背景幀，或者需要一個可以提供準確且穩定背景的算法[5]。其次，背景差分法檢測的是背景幀與當前幀的區別，如果一直不更新背景，那么對新加入視頻后靜止不動的目標就一直無法排除。最后，如果一直固定檢測背景幀不變，那么實際背景中的光線變化、背景擾動等客觀事物的變化將會以目標的形式出現在目標檢測的結果上，干擾檢測，甚至直接導致運動目標檢測失敗。
因此，在實際的背景差分法應用中，我們需要用一個合適的模型來描述背景，并在檢測過程中不斷對其進行更新，以便其更貼近于實際背景，提高目標檢測的準確性和魯棒性。
3.混合高斯背景建模
在對背景進行建模的方法中，最經典的是Stauffer和Grimson提出的自適應混合高斯模型[6，7]。它基本的理念是：每一個像素點的特征都通過用K個高斯模型加權建模進行表示，再通過分析該像素點的變化情況來確定背景點與前景點。其算法的具體描述為：
①背景建模：當前像素點出現的概率是K個高斯分布的加權建模，可用以下公式表示：
（1）
其中K表示高斯分布的個數。（一般來說，K值越大，一個像素點的特征描述所含有的高斯分布就越多，則描述出來的背景與實際背景就越接近。但K值越大，意味著每個像素點的建模計算就越復雜，對系統的內存和計算速度的要求就越高，否則就無法實現實時背景建模的要求，從而導致無法準確的檢測出運動目標。在實際應用中，一般會根據系統硬件情況及實踐經驗，將K的取值范圍制定為 。）此外， 表示對應的第i個高斯函數的權值， 則表示第i個高斯分布函數，其具體公式為：
（2）
4.后處理
在數學形態學[8]中，膨脹和腐蝕是對二值圖像處理進行濾波的基本操作。膨脹操作的基本理念是通過增加目標的像素點，從而實現消除目標中的空洞和間隙。與膨脹相反的是，腐蝕則是通過減少目標的像素點，從而實現消除目標中的噪聲點。它們的基本定義為：
一般來說，膨脹和腐蝕只能處理較小面積的空洞和噪聲點，對于相對較大面積的噪聲點和目標黑洞，則需采用連通性的原則來處理。即先對原始二值圖像進行連通性分析，通過計算各連通區域的面積來判斷該對象是否為后處理對象。當其連通面積大于設定閾值時，則不需要進行任何處理。當面積小于設定閾值時則對該像素進行相應的取反操作，從而實現填充空洞和消除噪聲的影響[9]。
5.基于混合高斯模型的運動目標的檢測
結合前面的學習和分析，本文先采用混合高斯加權建模的方式來構建背景，然后用該背景進行背景差分法對運動目標進行檢測。此外，對前期檢測出來的結果進行相應的后處理，從而實現運動目標的檢測和識別。其具體的流程圖及實驗結果如下圖3、圖4所示：
圖4 混合高斯背景建模檢測效果圖
Figure4 mixgaussian background model test rendering
從實驗結果發現：在攝像機固定的情況下，與傳統的背景差分法相比，利用混合高斯背景建模的差分法具有更強的魯棒性和準確性。它通過用多個高斯分布加權構建實時背景，更貼近實際場景；同時減少了光線變化、空氣流動及相機抖動這些客觀事物對檢測過程的干擾，避免了對新加入后靜止不動的目標的誤判發生。一定程度上減少了背景差分法對純粹背景的依賴。同時經過膨脹、腐蝕和連通性分析等后期處理之后，得到了較清晰和完整的運動目標，為進一步研究運動目標的特征提取和目標的識別打下基礎。
6.結論
本文首先對運動目標檢測方面使用最廣泛的背景差分法進行學習，通過實例來分析其存在的優缺點以及改進的方向。然后對混合高斯背景建?；纠碚撨M行分析后，并通過實例實現了基于混合高斯背景建模的背景差分法在運動目標檢測方面的應用。實驗表明，混合高斯加權建模的背景差分法與形態學后期處理結合后，能較快速、準確且清晰的實現單目攝像機較簡單背景下的運動目標檢測。而如何實現結構復雜的背景下的運動目標快速和精確檢測將是下一步研究的方向。■
參考文獻
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篇3
自1960年起，隨機圖論一直是復雜網絡的主要研究理論。到90年代末期，美國康奈爾大學的Watts和Srro-gatz通過文章《“小世界”網絡的群體動力行為》建立了小世界網絡模型，通過這個模型進一步揭示了復雜網絡的小世界特性;1999年，Barabasi和Albert發表了《隨機網絡中標度的涌現》一文，該文進一步揭示了復雜網絡的無標度性質，并建立了一個無標度網絡模型。這兩篇文章發現了復雜網絡的小世界性和無標度性，開辟了復雜網絡研究的新紀元。以這兩篇文章的發表為起點，復雜網絡的研究不僅僅局限于數學領域的研究，它開始涉及物理、系統科學、交通運輸、機械制造和物流等多個領域的研究，為這些領域的研究發展做出了重大的貢獻。本文將從四個方面對復雜網絡理論在物流領域的應用進行論述。
2復雜網絡在物流領域的應用
2.1基于復雜網絡的物流網絡的研究
在物流網絡中各種各樣的制約因素影響著運輸、倉儲、包裝、流通和配送等各個物流環節，這種復雜性可以讓我們運用復雜網絡的研究方法去研究物流網絡中存在的問題。在研究物流網絡時，以各級影響因素為節點，對有制約關系的節點連邊，根據各節點的性質賦予每個節點不同的邊權，這時將該網絡視為一個簡單的加權網絡，通過構建模型等方法，可以得出物流網絡具有鮮明的無標度性質。目前，國內外學者運用復雜網絡對物流網絡主要進行了以下的研究:潘坤友等依據三軸和完全覆蓋原則、時間最短原則、多重樞紐配置原則等構建了干線通道和支線通道，形成安徽沿江地區中心城鎮“軸—輻”物流網絡。董艷梅等認為城市節點作為區域物流網絡系統的重要組成部分，應建構在經濟中心城市或節點間的軸線(物流，信息流)之上。在應用復雜網絡知識研究物流網絡時，許多學者認為他的理論研究基礎是，物流節點相互之間的關系并不是獨立的而是相互依賴、相互作用的。楊廣華等分析區域物流網絡關系的程度中心性、中介中心性、凝聚性、核心—邊緣結構性等結構關系指標，通過與其他數據結合分析，對區域物流結構進行優化。楊廣華在其博士論文中以復雜網絡理論為基礎進一步對區域物流網絡進行了研究，構建了區域物流網絡節點優化模型和線路優化模型，為構建區域物流網絡物流節點、線路、網絡等提供參考。覃儒展等分析各個節點在整個物流網絡中的重要程度，反映各個環節的瓶頸問題以及物流網絡中節點的相互變化、市場的變化和環境的變化對物流網絡的影響。通過以上文獻綜述可知:采用復雜網絡理論可以有效補充物流管理領域宏觀層面研究的不足。當代網絡分析技術特別是網絡模型分析技術取得了重大進展，通過研究網絡整體運作及對網絡整體進行模擬等，揭示出物流網絡的結構。這些都對物流網絡理論的研究提供了重要工具。在以后的研究中，復雜網絡在物流領域可以重點研究各個物流節點之間的關系怎樣影響以及在多大程度上影響網絡成員的行為、物流網絡整體發展對單個物流節點的限制和制約等諸如此類的問題。
2.2復雜網絡在供應鏈中的應用
供應鏈在本質上講它是一個開放的復雜巨系統，其復雜性體現在它的實體復雜性、結構復雜性和各環節相互聯系的復雜性等。將復雜網絡理論應用于供應鏈時，把核心企業、顧客和供應商作為節點，供應鏈中存在的物流、信息流、資金流和決策流等各種意義上的“流”作為網絡的邊，創建一個以復雜網絡理論為基礎的供應鏈網絡。通過對這種網絡的分析可知:復雜供應鏈網絡的結構不是穩定的網絡結構，它將隨著外部條件的改變而改變。劉燕楚建立了集聚型供應鏈網絡動態演化模型，分析了供應鏈網絡的魯棒性與不確定性、抗毀性的關系，最終從供應鏈視角提出了兩種集聚型供應鏈網絡的魯棒性優化方案。劉小峰、陳國華分析了供應鏈網絡在受到不同干擾以及有無局部聯盟的情形下，供應鏈網絡的穩定魯棒性和性能魯棒性表現，為實際進行供應鏈魯棒性分析、提高其抗干擾能力、增強其魯棒性提供了一定的研究思路。朱冰心等從評價網絡結構、衡量網絡效率、識別重要網絡節點三個方面闡述了復雜網絡在供應鏈應急管理中的應用前景。ChristianKuhnert發現城市的物資供應中，占少數的核心節點發揮重要的物資調度和配送作用，整個物資供應是一個無標度網絡。葉笛認為，可以利用復雜網絡理論來深入分析供應鏈系統整體運行規律和宏觀行為、供應鏈網絡的特征以及供應鏈網絡動態生長演化規律。張紀會、徐軍芹提出了基于復雜系統理論的適應性供需網的一個初步框架，并建立了其復雜網絡演化模型。劉利軍對煤炭的供應鏈特性進行分析，證明了煤炭供應鏈網絡的復雜性和無標度性。郭進利建立了Poisson有向網絡，通過對網絡的研究發現有向網絡的出度分布冪律特性受老節點之間相互連接的概率控制，但是入度分布與該概率無關。從以上文獻綜述可知，學者運用復雜網絡理論在供應鏈的結構、網絡等方面對其進行初步的研究，但是現有的研究一般只是證明供應鏈符合小世界特性、無標度特性，具有高魯棒性等，沒有給出具體的模型。隨著復雜網絡理論在供應鏈中的研究不斷地深入，我們不應僅僅是建立一個供應鏈網絡結構的描述性模型，還應朝著細化各種模型參數并量化模型的方向進行研究。
2.3復雜網絡在配送網絡中的優化研究
在利用復雜網絡對配送網絡優化的研究中，主要研究問題有道路最短研究、配送中心選址研究和配送路線優化研究三方面。薛艷肖通過對配送網絡中的節點進行分類，基于無標度網絡形成機理，建立了物流配送網絡演化生長模型。運用平均場解析方法計算分析該模型的度分布函數，指出了配送網絡具備復雜網絡的無標度、小世界等特性。聶郁蘭在研究配送網絡時以復雜適應理論為指導，構建分析復雜物流配送系統的適應能力，為配送網絡的研究提供新的研究思路和方法。張旭鳳等通過計算分析發現第三方物流企業的配送網絡符合無標度特性，為建立物流配送網絡中的配送節點和客戶節點的生成模型提供理論基礎。從以上的文獻研究可以看出，學者證明配送網絡符合無標度網絡的特征，同時利用無標度網絡，進行了配送網絡的建模和優化、從無標度網絡的統計性質的角度進行分析構建復雜物流配送網絡的模型等研究，但是現在國內外有關于復雜網絡理論在配送網絡中的應用還是很少。
2.4復雜網絡在物流其他領域中的應用
武云霞以中鐵快運行包快捷運輸服務網絡為例，證明了行包快捷貨運服務網絡具有小世界特性。白世貞、王文利從系統的自組織角度出發，通過構造吸引力函數，給出了各地區物流行業投資吸引力的計算方法。高義佳利用無標度網絡模型，確定影響冷鏈物流網絡抵抗各種隨機或惡意毀壞的關鍵統計參數，并進行優化仿真分析，通過調整網絡參數，改變網絡結構，實現網絡優化的最終目的。通過以上文獻綜述可以看出，學者運用不同的方式證明了冷鏈物流網絡、集裝箱運輸網絡和行包快捷運輸網絡符合無標度特性，并進行了相關的建模和優化。復雜網絡在這些領域的研究還是相對較少，有關的研究也沒有深入。
篇4
【關鍵詞】智能控制；機電一體化；應用
機電一體化技術是指將機械技術、微電子技術、電力電子技術、信息技術等多種技術融合在一塊的并且用于實際的綜合技術。隨著機電一體化的發展，機電一體化系統對控制的技術水平要求越來越高，原來的控制技術已經不能滿足機電一體化系統的要求，因此，人們開始將目光投向發展比較迅速的智能控制，期望通過智能控制，達到機電一體化系統的控制目的。因此，本文將分析智能控制的特點和主要方法，探討智能控制如何在機電一體化系統中得到應用，從而更好地實現對機電一體化系統的控制。
1.智能控制
1.1簡單介紹
智能控制綜合了多門學科，比如自動控制、人工智能、信息論和運籌學等，它克服了傳統控制理論的許多缺點，能夠用來控制各種復雜的系統。
1.2智能控制與傳統控制的比較
首先，智能控制包括傳統控制，智能控制是傳統控制的高級階段。與傳統控制相比，智能控制處理信息的綜合能力更強，而且能夠從全局優化系統。從結構上來看，智能控制的分布式、分級式和開放式結構也比傳統控制更加先進。
其次，智能控制是多門學科進行交叉的結果，因此它比傳統控制在理論體系上更加完善。
再次，從對象和任務方面來說，智能控制適用的對象和任務可以更加復雜、高度非線性、模型可以具有不確定性。而傳統控制適用的對象和任務比較單一、數學模型必須精確和能夠滿足線性要求。從系統設計重點來看，智能控制強調描述數學模型、識別環境和符號、設計推理機和知識庫，而傳統控制則側重于運用傳遞函數、動力學方程、運動學方程來描述系統。
最后，智能控制的組織功能、適應功能和學習功能比傳統控制要強，對不確定的和高度復雜的被控環境和對象有較強的克服能力。智能控制系統還具備仿人智能和擬人智能。此外，智能控制系統還可以用數學表示混合控制過程，用知識描述非數學的廣義模型，采用多模態控制方式，這種方式是定性決策、定量控制和開閉環控制相互結合的體現。
1.3主要方法
目前，智能控制運用的主要方法為遺傳算法控制、神經網絡控制、模糊系統控制、專家系統控制、分級遞階控制、組合智能控制、混沌控制、集成智能控制、小波理論等等，前四種方法在機電一體化系統中有著廣泛的使用。智能控制的基礎為運籌學、人工智能、計算機科學和控制理論。
2.智能控制在機電一體化系統中的應用
2.1智能控制在機械制造過程中的應用
機電一體化系統的機械制造需要向智能制造系統的方向發展，通過智能控制實現模擬專家智能活動，延伸或者取代部分的人腦勞動。在現代先進的機械制造系統中，智能控制能夠實現用一些不完整或者精確的數據預測一些情況，通過神經網絡和模糊數學對機械制造的過程實行動態的環境建模，通過傳感器融合技術綜合和預處理信息。智能控制還能夠通過神經網絡識別在線模式，對不完整的信息進行處理；通過模糊關系和集合的魯棒性，運用模糊信息控制動作。智能控制還可以用“Then-If”的逆向推理反饋，選擇比較令人滿意的控制參數和模式對控制機構進行修改。
在機械制造領域，智能控制的應用主要包括智能學習、機械故障的智能診斷、決策與預測、機械零部件的可靠性分析、機械零件的優化設計、切削參數的優化、制造系統監控和智能檢測、加工過程控制和智能傳感器等方面。
2.2智能控制在交流伺服系統的應用
伺服驅動裝置是一種轉換部件和裝置，它能夠使電信號轉換為機械動作，并且決定著控制的功能和質量以及系統的動態性能，它是機電一體化的重要的組成部分。智能控制中電力電子技術的發展能夠提高交流調速系統性能，實現直流的伺服系統向交流的伺服系統的轉變。將智能控制引入交流伺服系統，能夠幫助交流伺服系統應對比如負載擾動、參數時變、被控對象和交流電動機嚴重的非線性特性以及較強的耦合性這樣一些不確定的因素，幫助交流伺服系統通過不確定的模型獲得較滿意的PID參數，滿足系統的高性能指標要求。
常規的PID控制和智能控制技術相結合，能夠形成智能PID，方法就是通過非線性的控制方式將人工智能引入到控制器，使系統的控制性能更好，并且能夠不依賴控制器參數和精確的數學模型進行自動地調整，使得系統的適應性增強。如果只運用智能控制中的模糊控制算法，那么也能夠提高交流伺服系統的靜態性能和動態響應速度以及抗干擾能力，只是在自學習、自組織能力和抖振問題方面還存在著一些欠缺。因此，在交流伺服系統中還要用到智能控制中的神經網絡等技術，從而減小抖振問題。
2.3智能控制在機器人領域的應用
在動力學方面，機器人是非線性、時變和強耦合的；在控制參數方面，是多變量的；在傳感器信息上，是多信息的；在控制任務的要求方面，是多任務的，因此，從這些方面的分析可以得出智能控制非常適合運用于機器人領域。而且，目前在機器人領域也廣泛地使用到了智能控制技術，比如機器人地行走路徑規劃、機器人的定位和軌跡跟蹤、機器人的自主避障、機器人姿態控制等。在機器人領域，人們可以通過采用智能控制中的模糊控制、人工神經網絡、專家系統技術進行環境建模和檢測、機器人定位、汽車柔性制造等。
為了提高機器人系統的適應能力和魯棒性，人們可以綜合運用幾種智能控制技術，比如神經網絡控制和模糊控制相結合、變結構控制和模糊控制相結合、專家系統控制和模糊控制相結合等。
2.4智能控制在數控領域的應用
目前，數控系統要求性能具有高可靠性、高精度和高速，還要具備擴展、延伸和模擬智能行為的很強的知識處理功能，比如制造網絡通信的能力、自學習和自組織的能力、感知加工環境能力、自規劃能力等等。其中有的功能能夠建立清晰的數學模型，但是有的功能不能夠建立數學模型，所以為了實現這些功能，在數控領域必須運用到智能控制。比如，運用模糊控制，可以優化控制加工過程；運用模糊推理規劃，能夠診斷數控機床故障；運用模糊集合理論，可以調節和整定數控系統中的一些參數。
在數控領域，還可以利用遺傳進化算法，找到數控系統的最佳加工路徑；還可以運用智能控制中的預測和預算功能，在高速加工時加強對綜合運動的控制。
3.總結
智能控制技術在機電一體化中有著廣泛地使用，比如在數控領域、機器人領域、交流伺服系統領域和機器制造領域等。智能控制在機電一體化中有著很重要的作用，它能夠實現傳統的機械自動化技術無法實現的功能，使機電一體化系統更加完善。人們需要繼續努力，使得機電一體化朝著高度智能化的方向發展。
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篇5
關鍵詞：跟蹤； Unscented變換； UKF； FMSRUKF
中圖分類號：TN957.5134文獻標識碼：A文章編號：1004373X(2011)23000403
Research on Improved UKF Algorithm and Its Target Tracking Performance
CHEN Weiheng, ZHAO Yihuan
(China Airborne Missile Academy, Luoyang 471009, China)
Abstract： The principle of Unscented transformation and UKF (Unscented Kalman Filter) algorithm are studied. To simplify computational complexity of the tracing system, identity matrix was introduced into the Unscented transformation, and the complicated matrix calculation was replaced by simple numerical calculation for solving matrix square root, that is UKF algorithm was improved into FMSRUKF (Fixed Matrix Square Root Unscented Kalman Filter). The simulation results of variably accelerated motion target tracing under three dimensional coordinate show that FMSRUKF achieves better precision and robust.
Keywords： tracking; Unscented transform; UKF; FMSRUKF
收稿日期：20110615非線性濾波問題中最優解法需要得到條件后驗概率的完整描述才能夠求解［1］，但這種精確描述需要大量參數而且無法實際應用［2］。非線性濾波問題有兩種次優近似解決方法：一種是 EKF［3］(Extended Kalman Filter,擴展卡爾曼濾波),忽略高階項，線性逼近非線性狀態；另一種是 UKF［4］(Unscented Kalman Filter,Unscented變換卡爾曼濾波),采樣逼近非線性分布。EKF存在精度低，計算涉及Jacobian矩陣等不足之處，限制了EKF的應用［1］。UKF是以Unscented變換為基礎，通過采樣方式達到更精確逼近狀態分布的濾波方法，具有精度高，無須計算Jacobian矩陣等優點。隨著研究的不斷深入，UKF的應用范圍也在不斷得到擴展。本文在研究UKF算法基礎上，提出了一種根據系統特性簡化Unscented變換的改進UKF算法，該算法提高了系統精度和魯棒性。
1系統模型
對觀測站和運動目標在同一平面內的跟蹤問題展開算法的應用討論。對于三維目標定位時可以應用同樣的方法。測量模型如圖1所示。
設運動目標所在的平面是以測量站為坐標原點的二維坐標系。目標以速度矢量在平面內運動，在某一時刻t1位于點P1(x1,y1)，在下一時刻t2位于點P2(x2,y2)。在t1,t2兩時刻，測量站可以測得目標距站距離ρ1,ρ2以及它們相對于x軸的夾角θ1,θ2,且在某一觀測時刻有如下計算關系：ρ=x2+y2
θ=arctanyx(1)目標不同時刻間的坐標(x,y)變化不僅包含了每一時刻所處的位置信息，而且還包含了速度以及加速度的大小。測量值(ρ,θ)與對應時刻的坐標(x,y)之間有式(1)所示的非線性轉化關系。根據連續測量到的某一時間段的若干(ρ,θ)值，可以掌握目標的完備運動狀態信息。直接測量得到(ρ,θ)不可避免地會混有各種噪聲。于是，如何減小噪聲的影響，從而得到較為精準的目標位置信息就成為濾波算法應用的直接目的。
2Unscented變換及UKF算法流程
Unscented變換是一種計算隨機變量在經歷非線性變換后的統計特性的方法。通過一個非線性函數y=f(x)，對L維的隨機變量x進行非線性傳播。記x的均值和方差為x和Px。根據式(2)：χ0=x
χi=x+((L+λ)Px)i，i=1,2,…,L
χi=x－((L+λ)Px)i－L，i=L+1,L+2,…,2L (2)
圖1測量模型得到2L+1個矢量χi(Sigma點)，組成矩陣χ。
式(2)中λ=α2(L+k)－L，λ是一個尺度參數，取一個較小的值；常數α決定這些矢量在點x附近擴展范圍，一般取10－4≤α≤1；k是另一個尺度參數，通常取0； ((L+λ)Px)i為矩陣平方根的第i列。對式(2)所獲得的矢量點χi通過式(3)非線性函數f(•)進行非線性傳播，得到變換后的矢量點Yi：Yi=f(χi),i=0,1,2,…,2L(3)利用加權樣本值均值和協方差逼近系統輸出y的統計特性Y，Py:Y≈∑2Li=0wmiYi
Py≈∑2Li=0wci(Yi－Y)(Yi－Y)T (4)其中:wm0=λ/(L+λ)
wc0=λ/(L+λ)+(1－α2+β)
wci=wmi=1/［2(L+λ)］,i=1,2,…,2L (5)且滿足∑2Li=0wmi=1，∑2Li=0wci=1。α同式(2)中λ中參數，β包含x分布的先驗信息,在高斯分布下β=2。
這種以Unscented變換為基礎的統計特性傳播方式應用到Kalman濾波中，即是UKF。具體計算過程如下［47］：
設非線性系統狀態方程和觀測方程為：xk+1=Axk+uk
zk=H(xk)+wk (6)式中:A為狀態轉移矩陣;H(•)為觀測矢量轉換矩陣;uk為過程噪聲高斯白噪聲序列;wk為觀測噪聲，也設為高斯白噪聲序列。
(1) 濾波初始化xE=E［x0］
P0=E［(x0－xE)(x0－xE)T］ (7)式中：E［•］代表取矩陣均值。
(2) 根據式(2)進行Unscented變換，得到Sigma點χi，i=0,1,2,…,2L。
(3) 計算狀態矢量矩陣yk|k－1(i)=Aχi,i=0,1,2,…,2L(8)(4) 預測狀態均值和方差xE(k|k-1)=∑2Li=0wmiyk|k-1(i)
P(k|k-1)=∑2Li=0wci［yk|k-1(i)-xE(k|k-1)］•
［yk|k-1(i)-xE(k|k-1)］T+Q(9)式中Q為系統噪聲協方差矩陣。
(5) 預測測量采樣點Vk|k－1(i)=H［yk|k－1(i)］,i=0,1,2,…,2L(10)(6) 預測測量值方差及其與狀態矢量的協方差zE (k|k-1) = ∑2Li = 0wmi Vk|k-1 (i)
Pzz = ∑2Li = 0wci［Vk|k-1 (i)-zE (k|k-1)］•
［Vk|k-1 (i)-zE (k|k-1)］T+Rn
Pxz=∑2Li=0wci［yk|k-1(i)-xE(k|k-1)］•
［Vk|k-1(i)-zE(k|k-1)］T(11)式中Rn為測量協方差矩陣。
(7) 計算UKF增益、更新狀態矢量和方差矩陣W=PxzP-1zz
xE(k|k)=xE(k|k-1)+W［z(k)-
zE(k|k-1)］
P(k|k)=P(k|k-1)-WPzzWT(12)式中z(k)為觀測值。
3對UKF的改進
UKF的計算以Unscented變換得到χi點為基礎，而每一次Unscented變換都要進行MMSE(最小均方誤差)矩陣的矩陣平方根((L+λ)Px)i的獲取。矩陣平方根可以通過下三角Cholesky分解等矩陣三角分解算法獲得，矩陣的三角分解計算量相當于作一次高斯消去過程的計算量，大約L3/3次計算［8］(L為矩陣維數)。每一次濾波迭代都要進行此種計算，無疑要占用大量計算資源，拖延整個UKF計算周期，降低了系統時效性。為此，在研究系統特性基礎上提出FMSR(Fixed Matrix Square Root,固定矩陣平方根)算法以簡化χi點獲取方法。
在矩陣(L+λ)Px中，對于特定系統(L+λ)為定值，Px攜帶狀態分布信息，隨系統模型確定而確定，在每次迭代進行時會隨統計特征的變化而更新。實驗發現：Px主隊角線元素攜帶狀態向量主要信息；其對角線各元素隨濾波進行，能快速穩定收斂，此后只在此收斂值附近有微小的波動。波動反映了單次計算統計規律的變化，但是此種波動較小，可以看作是系統分布規律的高階影響。忽略此高階影響對計算結果不會有顯著影響。于是，在掌握系統分布特性的基礎之上，設置能夠替代(L+λ)Px矩陣反映狀態向量分布特性的確定矩陣σI，其中σ為由(L+λ)Px對角元素確定的一個常數，I為與Px同形的單位矩陣。
記Ii為I的第i列，則I=［I1,I2,…,IL］，i=1,2，…,L。 Ri=(σI)i為矩陣σI的矩陣平方根第i列。由于I是單位矩陣，所以Ri=σIi，i=1,2,…,L。計算一次σ即可求得矩陣平方根Ri，可省去約FL3/3次L×L維矩陣的三角分解過程(F為濾波次數)，降低了計算復雜性。改進后， 式(2) 變為：χ0=x
χi=x+σIi,i=1,2,…,L
χi=x－σIi－L,i=L+1,L+2,…,2L (13)以此Sigma點為基礎進行UKF計算即構成FMSRUKF。
4仿真驗證
為了驗證FMSRUKF在本文跟蹤模型中的應用效果，分別在模型中應用UKF，MAUKF\[9\]，FMSRUKF三種方法進行數據仿真。
初始位置［x(t0),y(t0)］T=［50,200］T m；初始速度［vx(t0),vy(t0)］T=［2,2］T m/s；加速度［ax,ay］T=［0.01,0.015］T m/s2；距離測量誤差為服從均值為0,方差為0.1的高斯分布。采樣間隔為1 s。式(13)中σ取10－5。分別計算UKF，MAUKF，FMSRUKF的估計誤差,仿真結果如圖2，圖3所示。
圖2x軸向誤差對比圖3y軸向誤差對比由圖2,圖3可以看出，FMSRUKF在精度和魯棒性上均優于MAUKF和UKF。
5結論
通過一種簡化Unscented變換構成FMSRUKF。省去了用矩陣分解方法求解最小MSE矩陣中矩陣平方根的過程，優化了濾波計算。通過系統建模仿真驗證，FMSRUKF在簡化UKF計算的基礎之上，能進一步提高系統的精度和魯棒性。
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篇6
本文提出了旅游服務供應鏈研究的基本框架,綜述了旅游服務供應鏈研究中有關供應鏈內涵、供應鏈網絡結構、供應鏈管理和供應鏈評價方面的內容。在此基礎上,文章認為,旅游服務供應鏈的網絡結構研究有待深化、管理研究應加強宏觀角度的研究、評價研究應增加評價維度。同時,通過對復雜網絡理論內容的介紹,文章提出了旅游服務供應鏈的復雜網絡特征：有向圖,節點隨機增長但具有非對稱性,遵循擇優選擇機制以及局域性。最后,提出了未來旅游服務供應網絡的研究方向。
關鍵詞：
旅游服務供應鏈; 復雜網絡; 生長演化模型
收稿日期： 2010-09-08; 修訂日期： 2010-12-16
基金項目：
國家社會科學基金項目《旅游業促進經濟增長機理、創新模式與整合戰略研究》(09BJY087);秦皇島軟科學項目《秦皇島旅游服務業集聚效應及產業升級研究》(200901A336)
作者簡介：
舒波(1971-),女,燕山大學旅游管理系副教授,博士研究生。研究方向為旅游企業戰略管理,供應鏈管理。
進入21世紀以來,旅游服務行業進入了產業升級的關鍵時期。旅游服務行業在各部門協調、配合和整體合作效率方面存在著不容忽視的問題,在眾多旅游企業單體規模小、競爭力弱的現實情況下,迫切需要利用旅游研究的新思維應對和解決旅游服務行業發展的現實問題。加強對旅游服務供應鏈的研究將有益于上述問題的解決,但目前國內外該領域的研究處于成長階段,亟需理論整合。復雜系統理論是系統科學中的一個前沿研究方向。在旅游服務供應鏈研究中引入復雜網絡理論,可以拓展研究的廣度和深度,具有重要的意義。因此,本文對國內外旅游服務供應鏈研究以及復雜網絡理論在供應鏈研究中的應用進行了綜述,并分析旅游服務供應鏈的復雜網絡特征和研究方向。
1 國內外旅游服務供應鏈研究的內容
雖然國內外研究者對于旅游服務供應鏈的研究在廣度和深度上落后于以制造業為背景的供應鏈研究,但已經形成了基本的理論基礎和研究框架。圖1顯示了旅游服務供應鏈研究的框架結構。如圖1所示,旅游服務供應鏈的研究內容主要集中在四個方面：內涵研究、網絡結構研究、管理研究和績效評價研究,部分研究內容相互融合、相互影響。
圖1 旅游服務供應鏈研究框架
資料來源：本文作者根據文獻［3］的相關論述整理繪制。
①②
參見文獻［1］。
1.1 旅游服務供應鏈內涵
由于供應鏈管理的概念來自制造業,因此旅游服務供應鏈的具有特殊性的內涵成為業內學者研究的重要基礎內容。早在1975年,國際旅游組織(UNWTO)發表了關于旅游產業銷售渠道的研究報告,認為銷售渠道和營銷活動是旅游供應鏈的重要構成部分①。1997年,Sinclair等人提出旅游產業中供應活動的重要性②。2003年Page提出了多級旅游供應商的網絡結構［1］。
目前國內外學術界所公認的旅游服務供應鏈的內涵有廣義和狹義之分。2004年Tapper和Font提出了廣義旅游服務供應鏈的概念,他們認為,供應鏈是“由向旅游者提供旅游產品和服務的所有供應商所組成”［2］,包括旅游產品供應體系中所有用來滿足旅游者需求的商品和服務的供應者以及旅游者在旅游過程中直接向其購買商品或服務的目的地其它供應商;這些供應商所提供的商品或服務包括住宿、交通、吸引物、酒吧、餐館、紀念品和手工藝品、食品生產、垃圾處理系統以及對旅游業的發展起支持作用的目的地基礎設施等。也就是說,旅游供應鏈是一個由提供了不同旅游產品與服務的參與者所構成的旅游組織網絡,參與者涉及廣闊的范圍：既包括企業,又包括政府部門［3］;既包括產品的直接供應者,又包括產品的間接供應者。狹義的旅游服務供應鏈則不考慮旅游產品與服務的間接供應者,例如食品生產企業、旅游紀念品生產企業和旅游目的地基礎設施提供者等。例如,根據代保屏關于旅行社供應鏈的定義［4］,伍春和唐愛君提出旅游供應鏈是圍繞滿足旅游者的需求而構建的一種既包括食、宿、行、游、購、娛供應商,又包括分銷商、零售商直至最終用戶的網鏈結構,鏈上各節點企業建立戰略伙伴關系［5］。這種定義屬于狹義的旅游服務供應鏈概念范疇。國內外學者根據各自不同的研究目的選擇狹義或廣義的旅游服務供應鏈內涵作為其研究基礎。
1.2 旅游服務供應鏈網絡結構
旅游服務供應鏈網絡結構是指,由供應鏈成員按照旅游產品和服務的供應方向排列起來并表明各級供應商和顧客之間關系的網絡構成。在旅游服務供應鏈網絡結構中,不同級別的供應商重要程度不同,同樣級別的供應商地位也不同,分為核心企業和一般企業。國內外對旅游服務供應鏈網絡結構的研究集中在供應鏈企業重要成員構成、核心企業選擇等方面。另外,也有學者對不同級別供應商的市場結構進行了研究。
1.2.1 供應鏈網絡構成
Page 的研究提供了旅游服務供應鏈網絡的代表性結構［1］。在此基礎上,國內外學者按照兩種供應鏈定義構造了旅游服務供應鏈網絡結構。例如,Zhang等人提出了包括旅游產品與服務的直接供應商和間接供應商的完整的供應鏈網絡結構［3］。如圖2所示,虛框內的企業是間接提供旅游產品與服務的供應商,如果考慮虛框內的內容即為廣義概念框架下的旅游服務供應鏈網絡結構,否則是狹義概念框架下的旅游服務供應鏈網絡結構。在旅游服務供應鏈中,服務流由供應商流向顧客,信息流由目標市場流向上游供應商。
1.2.2 供應鏈核心企業
按照現代供應鏈理論,核心企業在供應鏈的運作和管理中具有信息的交換中心、物流集散的調度中心、資金的結算中心和統籌規劃的協調中心的地位,具有一定程度的影響力、吸引力和融合力。在我國,許多學者對旅游服務供應鏈核心企業問題進行了研究,且多把核心企業確定為旅行社或景區。路科在旅游業供應鏈研究中提出我國現有供應鏈模式是以旅行社為核心的［6］。李萬立等人認為,在旅游供應體系中,餐飲、住宿、購物、娛樂、參觀、游覽部門中的任何企業都有可能成長為核心企業,這將依靠節點企業對資源的掌控能力來實現［7］。秦紹林從旅行社在旅游供應鏈中的產業地位特征演變過程入手,分析其旅行社產業地位被弱化的原因及帶來的問題,提出旅行社回歸旅游供應鏈系統中核心產業地位的發展取向［8］。楊麗和李幫義提出了以旅行社為核心企業的供應鏈的構建過程［9］。
1.3 旅游服務供應鏈管理
旅游服務供應鏈管理是指,以旅游者需求為中心,以貿易伙伴之間的合作為基礎,對供應鏈中的服務流、信息流、資金流進行計劃、組織、協調及控制,以尋求實現價值增值的有效途徑。旅游服務供應鏈管理領域的研究包括供應鏈協調管理、供給、需求與庫存管理、信息技術管理等方面。
所謂旅游供應鏈協調,是指供應鏈企業之間的溝通并采用相互匹配的決策模式,其目的是為了達到供應鏈的總體目標,如降低成本、增加利潤、提升服務質量、建立穩定的合作關系等。缺少協調的主要原因之一是由于競爭而引起的企業之間的目標沖突。供應鏈協調管理研究主要集中在兩個方面。第一是協調管理的障礙。李萬立和李平提出旅行社供應鏈次優化問題,認為成員之間容易因為目標的差異引發潛在的信任危機,從而增加供應鏈管理的難度和成本;同時他們分析了旅游供應鏈合作模式,認為缺乏基于市場細分策略的分層次的合作伙伴體系,各環節合作同步不足,缺乏合理的責任、風險和利益分配機制,“委托―”鏈過長導致游客效益損失,旅行社在供應鏈上凝聚力、協同力弱等問題導致了供應鏈集成化程度較低［10］。舒波對旅行社面臨的不確定性因素的來源進行了分析,并說明不確定性因素形成了供應鏈難以協調的障礙［11］。第二是實現旅游服務供應鏈協調的好處、程度和途徑。Theuvsen對旅游服務提供者航空公司、酒店同歐洲旅游經銷商之間的協調問題進行了研究后認為,價格、質量等因素對供應鏈協同有重要影響,旅游業能夠明顯從供應鏈協調管理中受益［12］。一體化方式是旅游服務供應鏈協調方式的重要表現,Lafferty和 van Fossen對旅游企業橫向和縱向一體化進行了研究［13］。在國內,張曉明等人應用博弈模型、經典報童模型就旅游服務供應鏈中若干環節的協調進行了研究［14］。楊樹和杜少甫研究了由主題公園和旅行社組成的包價旅游供應鏈中旅行社的最優服務質量決策問題,提出主題公園提高自身的服務質量并不一定能夠激勵旅行社選擇提供高質量的服務［15］。伍春和唐愛君以旅行社為供應鏈核心企業,綜合考慮核心企業競爭力、質量、柔性等諸多方面因素,構建了旅游供應鏈可靠性評價指標體系［5］。
在供求與庫存管理方面,國外學者在旅游節點企業與其上游旅游企業的關系、供應商選擇、供應鏈需求預測、超額預定等方面進行了研究［16-19］。例如,Bastakis等人對旅游運營商和酒店的關系進行了研究,發現下游企業對供應商效益影響很大［20］。Tsaur等人對旅游經銷商和旅游零售商之間的關系進行了研究［21］。在國內,楊麗等人基于單個組團社和單個地接社組成的旅游供應鏈對分散定價和聯合定價條件下組團社和地接社的定價策略和利潤進行了研究［22］,李萬立等人對旅游供應鏈中存在的兩層“委托―”關系進行了分析［23］。供應商選擇是旅游服務供應鏈中的重要問題,旅游供應商績效是旅游者選擇特定供應商的重要信號。在供應商選擇方面,Cobanoglu等人調查了612個土耳其旅游者確定他們選擇酒店的重要影響因素［24］,Pearce調研了新西蘭的旅游運營商選擇旅游供應商的主要影響因素［25］;在對供應鏈中旅游企業的需求預測方面,學者們偏重于利用統計模型對旅游需求進行預測［26］。
信息技術的發展對旅游服務供應鏈管理產生了深遠的影響。2008年,Buhalis和Law對近20年的信息技術在旅游業發展中的應用進行了闡述和研究［27］,從中可見國外諸多學者對信息技術應用于供應鏈管理的必要性和如何提高信息技術的利用效率等問題進行了深入研究。但國內這方面研究成果未見發表。
1.4 旅游服務供應鏈評價
旅游服務供應鏈評價是指對供應鏈績效、競爭力等方面進行分析,以反映供應鏈的效率。目前在旅游服務供應鏈管理領域,國外主要的供應鏈評價集中于供應鏈績效評價方面,包括財務績效、運作績效和總績效評價。從財務角度對旅游供應鏈評價主要采用系列財務指標體系評價(采用總成本、庫存成本、投資回收率、利潤等指標構成指標體系),例如Yimlaz和Bititci對酒店供應鏈的財務績效構造了指標體系進行了評價［28］。運作績效評價涉及旅游產品質量、旅游者響應時間等方面［3］。由于旅游供應鏈涉及旅游產品服務的各個環節,對供應鏈總體評價更為重要。旅游供應鏈總體評價兩個主要的研究方面是旅游者對供應鏈的滿意度評價和旅游供應鏈彈性評價［3］。但是,國內在旅游服務供應鏈評價方面研究成果較少且質量不高。
1.5 有待深入研究的內容
綜觀國內外旅游服務供應鏈的研究成果,本文認為以下內容有待深入研究。
第一,對旅游服務供應網絡的研究目前基本上處于靜態的、以基本結構研究為主的淺表研究階段,還沒有出現針對供應鏈網絡的生成過程、動力機制演化過程等進行深入分析的研究。第二,旅游服務供應鏈協調管理和供求關系是研究的核心內容,國外的研究側重節點旅游企業之間的協調關系,國內的研究偏重從旅行社的角度分析供應鏈的協調問題,都著重于微觀視角,從宏觀角度研究旅游服務供應鏈網絡的成果偏少。協作供應鏈預測研究、將信息技術應用于旅游服務供應鏈管理的研究在國內幾乎是空白點。第三,旅游供應鏈研究滯后于其他領域的供應鏈研究,供應鏈魯棒性、集成性等評價內容并沒有及時移植到旅游服務供應鏈管理領域,使旅游供應鏈評價內容單調。第四,與國外研究方法相比,國內的旅游服務供應鏈較少使用數量分析、實證方法和案例分析,主要使用理論分析的方法,僅見楊樹等少數學者在其研究中應用了博弈論、自回歸滯后計量模型等方法［15］。
可見,國內旅游服務供應鏈研究一方面要密切關注國際同領域的研究熱點,另一方面要及時跟蹤供應鏈管理、系統科學理論的發展方向,形成移植-創新-突破-領先的研究發展進程。鑒于此,本文引入復雜網絡理論的研究內容,期望對旅游服務供應鏈研究領域的拓展有所裨益。
2 復雜網絡研究的前沿問題
2.1 復雜網絡的研究內容
復雜網絡作為大量真實復雜系統的高度抽象,近年來成為國際學術界一個新興的研究熱點。2006年,項林英等人對信息領域復雜網絡在建模、分析和控制方面的研究進展進行了全面綜述［29］。2009年,劉建香對國內復雜網絡研究進展進行了綜述［30］。以下簡述復雜網絡的統計特征、生長演化模型、復雜網絡特性和復雜網絡控制等理論的研究進展。
2.1.1 復雜網絡的統計特征
復雜網絡的統計特征可以用以下指標表示：① 平均路徑長度L。指網絡中所有節點對的平均距離,反映了網絡中節點間的分離程度。② 聚集系數C。節點的聚集系數是指與該節點相鄰的所有節點之間連邊的數目占這些相鄰節點之間最大可能連邊數目的比例;所有節點聚集系數的平均值為網絡的集聚系數,它表明網絡的聚集性。③ 度及度分布。節點的度是指與該節點相鄰的節點(或邊)的數目,網絡的度k指網絡中所有節點度的平均值;度分布P(k)指網絡中一個任意選擇的節點,它的度恰好為k的概率。④ 介數。節點介數指網絡中所有最短路徑中經過該節點的數量的比例,邊介數指網絡中所有最短路徑中經過該邊的數量的比例;介數反映了相應的節點或邊在整個網絡中的作用和影響力。⑤ 小世界效應。指盡管網絡的規模很大,但是網絡的平均路徑長度L很小(隨網絡的規模呈對數增長)的特點;大量的實證研究表明真實網絡幾乎都具有小世界效應。⑥ 無標度特性。節點度的冪律分布為網絡的無標度特性,在這樣的網絡中,大多數節點的度都很小,而少數節點的度很大,說明節點具有異質性。
2.1.2 復雜網絡的生長演化模型
復雜網絡的生長演化模型是研究復雜網絡的基礎。自20世紀末小世界網絡模型和無標度網絡模型被提出后,引發了大量的復雜網絡生長演化模型的研究。例如廣義無標度動態演化模型、局域世界演化模型、多局域世界演化模型、富標度網絡演化模型等。下面介紹局域世界演化模型。
局域世界演化模型是在無標度網絡模型的基礎上更接近于實際網絡的演化模型。這種演化模型繼承了無標度網絡模型的隨機增長和優先連接機制,但強調優先連接法則適用于局域世界。局域世界的建立過程是：① 初始狀態,網絡有m0各節點和e0條邊;② 隨機從網絡已有的節點中選擇M個節點,作為新加入節點的“局域世界”;③ 加入新的節點并與該“局域世界”的m個節點建立m條邊的連接;④ 新加入節點與已經存在的節點之間按照優先連接法則建立連接。ki表示第i點的度,Πlocal(ki)表示局域世界i點的鏈接概率,則優先連接法則為：
И
Πlocal(ki)=Π′local(i∈local)ki∑i localki
И
其中Π′local(i∈local)ki=M/(m0+t)。諸多研究已經證明,局域世界網絡是真實網絡的普遍性質。
2.1.3 復雜網絡特性
復雜網絡的特性表現在魯棒性、脆弱性等方面。魯棒性概念來自于控制理論,是那些具有恢復、自我修復、自控制、自組裝、自我復制能力的系統所具有的特性。粗略地講,魯棒性就是系統的性能對付不確定性的“強健”程度。復雜網絡的魯棒性是指去掉網絡中的一些節點后網絡是否依然完整。無標度網絡相對均勻分布網絡而言,對隨機錯誤具有很強的免疫力(魯棒性),但在遭受惡意攻擊時性能急劇下降(脆弱性)。
2.1.4 復雜網絡控制
復雜網絡控制理論涉及反饋強制控制、擁塞控制和魯棒控制等。反饋強制控制策略是規則網絡中用于控制時空混沌的一種常用方法,包括隨機強制控制和特定強制控制。隨機強制控制從網絡中隨機選擇部分節點進行控制,特定強制控制依節點的度由大到小選擇節點控制次序。由于網絡自身流量和處理速度的限制會出現擁塞現象。節點的性質和網絡的無標度性對擁塞現象有顯著影響,在介數大的節點處增加連接節點能夠有效地改善擁塞現象。魯棒控制通過設計魯棒自適應器實現網絡在不確定因素情況下的正常運行。
2.2 復雜網絡在供應鏈研究中的應用
在運用復雜網絡理論研究供應鏈網絡方面已取得了一些進展。在國外,Helbing等人從復雜網絡理論的視角研究供應鏈網絡,認為供應鏈網絡屬于復雜網絡系統,具有自組織、涌現、非線性、動態和演化等諸多特征;他們認為供應鏈管理中的牛鞭效應與供應鏈網絡拓撲結構的性質關系密切,合理的供應鏈結構不但可以減弱牛鞭效應,也能夠增加供應鏈的穩定性［31］。Laumanns和Lefeber用一階微分方程模擬供應鏈網絡的動態變化,并用魯棒最優控制方法實現了供應鏈的最優化目標［32］。Kuhnert 和Helbing認為在城市的物資供應網絡中只有少數的核心節點對物資調度和配送的作用非常重要,因此,城市的物質供應網絡服從無尺度分布網絡的特性［33］。在國內,郭進利分析了供應鏈網絡的基本特征,提出了節點到達過程是更新過程、新增入邊和出邊數是具有Bernoulli分布隨機變量的供應鏈型有向網絡,并研究了這類網絡節點的瞬態度分布和網絡的穩態平均度分布［34］。張昕瑞和王恒山建立了復雜供應鏈網絡結構模型［35］。胡一f和朱冰心探討了復雜網絡理論在物流運輸、供應鏈設計和優化、供應鏈中企業利益的協調等方面的應用前景［36］,陳曉和張紀會在局域世界演化模型的基礎上對復雜供需網絡建立了局域演化生長模型并進行了仿真模擬［37］。
3 復雜網絡理論對旅游服務供應鏈研究的啟示
3.1 旅游服務供應鏈復雜網絡的特征
由于Internet、交互式Web應用以及電子商務的發展,旅游服務供應鏈顯示出復雜拓撲結構網絡的顯著特征。在旅游服務供應鏈網絡中,食住行游購娛供應商所生產的旅游產品主要有以下兩種途徑銷售給旅游者：其一,通過旅游運營商和旅游零售商的整合銷售給旅游者;其二,直接將各自的旅游產品銷售給旅游者。同時,同級供應商之間也存在少量的相互供應關系,例如,宿供應商(如酒店)相互提供客源、行供應商為游娛供應商提供客源、旅游經銷商之間的轉客情況等。
圍繞n個旅游產品的生產銷售過程,多級旅游服務企業作為復雜網絡中的節點,構成節點集V(G)。V(G)包含三個子節點集,即V(G)={V1(G),V2(G),V3(G)},各節點集和子節點集包括若干節點企業。如圖3所示：V1(G)為一級供應商節點集,即旅游商節點集,V1(G)={TA1,TA2,…,TAl},其中TA1,TA2,…,TAl表示旅游商節點;同理,V2(G)={TO1,TO2,…,TOh}為二級供應商節點集,即旅游運營商節點集;V3(G)為三級供應商節點集,包括宿、行、游娛、購和食供應商,即V3(G)={V31(G),V32(G),V33(G),V34(G),V35(G)},其中V31(G)={AC1,AC2,…,ACn},AC1,AC2,…,ACn表示宿供應商節點(如酒店)。旅游服務企業之間競爭與合作形成的各種關系表示為邊eijk,其中i表示始點的供應商級別、j表示終點的供應商級別、k表示排序后特定的上級供應商與下級供應商的組合,例如邊e30k表示宿供應商AC1直接將產品和服務提供給旅游者。eijk構成的邊集E(G)與節點集V(G)一起構成網絡G(V,E),顯示了旅游服務供應鏈的復雜網絡結構。
,結合旅游服務業的特殊性,旅游服務供應鏈復雜網絡的基本特點主要有：
(1) 有向網絡。網絡定旅游企業與其它節點之間的關系分別為供應商(始點)或客戶(終點),構成有序對,形成有向網絡。例如,圖3(按照供應鏈物流方向,圖3是一個特定的有向圖)中e321=,表示第一個宿供應商AC1與第一個旅游運營商TO1之間的供應關系,AC1為始點,TO1為終點。在有向圖D=中,E中以v為起始點的有向邊的個數稱為v的出度,記作d+(v);E中以v為終點的有向邊的個數稱為v的入度,記作d-(v)。出度與入度之和稱為v的度,記作d(v)。例如在圖3中,節點TO1的出度d+(TO1)為4,入度d-(TO1)為5,度d(TO1)為9。
(2) 節點增長服從隨機分布,但不同級別節點增長隨機分布規律不完全相同,呈現非對稱性。文獻［16］假設供應鏈節點增長服從泊松分布P(λ),這改善了BA模型(無標度網絡模型)均勻增長理論在供應鏈應用中的局限性。旅游服務供應鏈網絡中節點增長有其特殊性,不同級別的節點增長規律不完全相同。例如,旅游資源節點數量受區域旅游資源的影響,長時間變化不大,相對處于靜態;旅行社、餐飲企業等節點增長變化較快。
(3) 節點間是擇優連接。旅游服務供應鏈中新節點的增長機制為積累優勢機制,表現出動態演化系統存在少數節點大量鏈接,而多數節點少量鏈接的無標度網絡特征。在t時刻,當一個新節點進入網絡時,此節點具有m(m≤m0)條邊將選擇與網絡中已有的m個節點連通,這時,如果新節點是始點,則選擇終點vi的概率W依賴于節點vi的入度d-(vi),滿足
И
W(d-(vi))=d-(vi)∑jd-(vj)
(1)
И
如果新節點是終點,則選擇始點vi的概率W依賴于節點vi的出度d+(vi),滿足
И
W(d+(vi))=d+(vi)∑jd+(vj)
(2)
И
在圖3中,每一類供應商中都可能存在入度和出度相對較大的節點,例如節點AC1、TR2、SEj、SHi、DI2、TO2和TAl。這些節點企業在品牌效應、信譽和信息管理等方面擁有更多的優勢,是新進入的旅游企業優先選擇的合作伙伴,體現了積累優勢機制。
(4) 局域性
在實踐中,BA模型所表述的優先連接機制不是對整個網絡都起作用,而只是在每個節點各自的局域世界里被遵守。于是Li和Chen等針對確定性和隨機性共存的具體機制提出的優先連接法則只適用于局域世界網絡模型［37］。受區域旅游資源的影響,旅游服務供應鏈網絡具有顯著的局域特性。例如,旅游者出游時間和空間局限在一定范圍內、旅游開發所形成的景區以及依傍旅游資源而建成的酒店不可移動等,使得區域內旅游企業之間自然形成局域世界網絡。
3.2 旅游服務供應鏈復雜網絡的未來研究方向
(1) 結合旅游服務供應鏈復雜網絡特點構建生長演化模型,深入分析旅游服務供應鏈復雜網絡結構。如前所述,旅游服務供應鏈在網絡結構研究方面處于淺表研究階段,動力機制與生長演化機制的研究需要新的工具。復雜網絡理論為旅游服務供應鏈網絡結構的研究提供了有效的途徑。未來應當加強實證研究,尋找旅游服務供應鏈的網絡拓撲特征,利用計算機建模,這是一項富有挑戰性的工作。
(2) 改進現有旅游服務供應鏈網絡評價體系的不足,形成魯棒性和集成性的評價框架。旅游服務供應鏈網絡極易受不確定性因素影響,“脆弱性”較大,因此旅游服務供應鏈評價研究僅僅關注供應鏈的績效是不夠的。魯棒性和脆弱性是與協調性相關但視角不同的評價維度。未來的研究應利用復雜網絡現有的分析框架,分析評價旅游服務供應鏈的魯棒性、脆弱性等特征,結合旅游服務業特點確定評價方法。
(3) 比較和選擇現有復雜網絡的控制技術,實現復雜網絡理論和旅游服務行業實踐的對接。分析復雜網絡控制技術中的反饋強制控制、脈沖控制、魯棒控制和擁塞控制方法在旅游服務供應鏈中的應用前景,分析各種不同的控制策略對旅游服務供應網絡可能產生的影響等,通過深入的分析研究找到適用于旅游服務供應鏈網絡的控制策略或策略組合。
(4) 旅游服務供應鏈復雜網絡研究中尚有許多實踐中需要解決而研究不足的問題,例如旅游服務供應鏈復雜網絡的競合關系及其模型研究,旅游服務供應鏈融資問題研究等。在復雜網絡理論與旅游服務供應鏈理論結合的基礎上,期待出現有效解決這些問題的思路。
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篇7
關鍵詞：純電動汽車；模糊PID；動力系統；自調節；目標車速
中圖分類號：U461.2文獻標文獻標識碼：A文獻標DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2014.05.09
Abstract：From the perspective of complete vehicle integrated control of longitudinal dynamics， a new control scheme of PEV speed hierarchical control system was proposed. The accelerator aperture was transformed into the corresponding hierarchical target speed， anda complete vehicle power system based on the vehicle speed feedback self-regulation using fuzzy PID control was designed. Then the system model was built and carried out in Matlab/Simulink. The results of simulation demonstrated that the system overcomes the disadvantages of repeated adjustment and complicated operation in traditional control systems， met the requirements of vehicle control under some typical electric vehicle driving conditions， and hence showed great relevance to applications.
Key words：PEV； fuzzy PID； power system； self-regulation； target speed
行駛的汽車是一個由駕駛員-汽車-環境構成的閉環系統，駕駛員的操縱方式和汽車的行駛環境（外界路面環境、交通狀況等）決定了汽車的行駛狀態[1]。汽車縱向行駛過程中，駕駛員根據行駛環境的不同，使用感官采集汽車的行駛狀態信息，通過不斷地操作加速和制動踏板來實現對發動機輸出轉矩和整車制動力的控制，進而達到對整車車速的控制。因此，駕駛員的工作是一個不斷調節、反復修正的過程，相當于一個智能反饋控制器，極易使駕駛員感到疲勞。
近年來，在增強汽車可操作性和降低駕駛疲勞方面，國內外學者做了很多研究，就電動汽車動力系統控制而言，主要有：（1）電機驅動控制[2-6]，電機輸出特性優化，尤其是線性化的力矩輸出特性和電機調速性能及抗擾動等方面的研究。（2）變速器換擋控制，包括換擋控制策略[7]和換擋機構優化及智能控制研究[8-9]。（3）整車傳動系控制，如整車控制策略[10-12]、匹配及協調控制的研究[13-14]等。這些研究都是在原動力控制模式基礎上進行的優化改進，在一定程度上使整車性能有所提高，其意義重大，但是前述的問題仍然沒有從根本上得到解決。為此，本文提出了一種新型實用的純電動汽車速度分級調控系統，其核心思想是利用速度的分級控制以及電子系統的閉環反饋自調節，代替駕駛員完成部分加速踏板修正的操作，實現對車速的半智能控制。
1 驅動系統控制原理
1.1 純電動汽車控制原理
純電動汽車使用電動機代替內燃機作為主要動力源，其控制系統框圖如圖1所示，取消了傳統汽車中的離合器結構，通過改變三相逆變器輸入到電機中的電流，實現對電機輸出轉矩和轉速的調節，而電機輸出的動力經機械連接的變速器、傳動機構到輪胎直接驅動汽車行駛，其動力響應相對傳統汽車更加快速、高效。
目前，純電動汽車動力控制策略依舊與傳統內燃機汽車控制策略保持一致，駕駛員通過操作加速踏板開度來調節動力源的轉矩輸出特性，從而實現對整車驅動行駛的控制；需要制動的時候，則通過制動踏板帶動制動回路，給車輪施加制動力矩，使車輛減速。這種整車控制策略使得在汽車縱向行駛的過程中，駕駛員必須不斷修正加速踏板，以保證汽車以一個良好的期望車速不斷行駛。駕駛員操作流程如圖2（a）所示，可以看出，駕駛員在行駛過程中操作繁瑣，需要反復調節加速和制動踏板，車輛控制效果不佳。
1.2 速度分級調控系統控制原理
本文提出的控制系統理想模型是通過加速踏板控制整車車速的單自由度車速控制系統模型。純電動汽車行駛時，首先檢測駕駛員輸入加速踏板的開度信號，通過速度分級表轉化成對應的定值目標車速，同時檢測車輪的轉速，形成整車車速閉環反饋控制。利用一體化控制器對電機和變速器進行耦合協調控制，協調電機和變速器轉矩、轉速輸出并實現適時換擋，優化系統的加速性能和動力輸出，最終達到電動汽車智能控速、平穩行駛的狀態。改變加速踏板區間，加減速的過程自動實現，其響應速度由路況、汽車動力性及控制算法共同決定。制動減速系統仍舊是機械動力系統結構，制動時切斷加速信號，其過程與傳統汽車一致。
該系統利用電子系統的閉環反饋調節，代替汽車行駛過程中駕駛員的反復調節過程，在一定程度上簡化了系統控制模式。不同的踏板開度對應相同的車速，隨著加速踏板開度變大，從一個區間進入另一個區間，目標車速增加，系統控制車速上升，這與駕駛員的駕駛感受和習慣都是一致的。其駕駛員操作流程如圖2（b）所示，避免了車速保持過程中的反復修正，大大簡化了駕駛員的操作，同時增強了電動汽車的可操作性和可靠性，降低系統能耗并提升道路行駛安全性。
2 速度分級調控系統實現方案
2.1 系統方案結構
純電動汽車速度分級調控系統結構示意圖如圖3所示，角度傳感器9采集加速踏板4和制動踏板8開度信號輸入給一體化控制器5，一體化控制器通過矢量控制方法調節逆變器7輸入到永磁同步電機1的電壓矢量來調整電機的輸出特性，同時通過控制換擋機構10的操作實現AMT11的適時自動換擋，取消了傳統汽車傳動系統中的離合器部件，電機輸出的力矩通過與之機械連接的變速器、傳動機構3，最終傳遞至車輪2驅動整車行駛，通過車輪轉速傳感器6反饋的車輪轉速信號，實現整車車速的實時反饋。
2.2 系統目標車速的制定
參照我國對于特殊路段限速的標準和法規以及關于行車安全車速研究的相關文獻[15]，綜合考慮良好路況的車速控制誤差和駕駛員駕駛習慣等因素，人為制定了系統的目標車速分級，見表1，共分為8個區間，汽車在達到穩定狀態下以下列車速穩定行駛。將加速踏板的開度百分比對應的目標車速固定化，作為整車分級調速的目標車速，簡化了整車動力系統的控制和換擋策略的制定，增強了系統的抗干擾性。
2.3 系統控制方法
為了使車輛快速響應目標車速達到穩態，并保持穩定的行駛狀態，系統針對不同路況輸出的轉矩應能夠實現自動調節，以達到驅動力與行駛阻力的平衡。永磁同步電機的輸出轉矩調節是系統控制的核心，它是對坐標變換后產生磁通的勵磁電流id和產生轉矩的轉矩電流iq進行解耦和獨立調節，如圖4所示，在轉矩電流電流環的基礎上，加入速度反饋形成轉矩速度雙閉環控制。速度環采用增量式的模糊PID控制器調節，可以使速度環具有速度脈動率小、頻率響應快、調速范圍寬等優點。
在速度環控制算法的選擇上，因為模糊控制可以引入專家經驗，而且不需要知道動力系統的精確數學模型，在速度保持和加速踏板區間變化時可以分別調節、平滑過渡，具有較好的適應性。單獨使用模糊控制不易消除達到目標車速穩態偏差，且對控制器運算性能要求較高，而PID算法簡單又可以較好地消除穩態偏差，但動態性能不佳，因此綜合兩者的優點，利用模糊控制實時修正PID參數，提高了系統的控制精度和魯棒性，具有良好的系統控制性能。
3 仿真結果與分析
本文設計的純電動汽車速度分級調控系統整體仿真模型如圖5所示，control模塊模擬仿真行駛工況負載和輸出駕駛員操作踏板開度，ECU模塊執行查表獲得目標車速及擋位控制，SVPWM模塊實現永磁同步電機的空間矢量控制，fuzzyPID模塊是針對不同路況制定的速度環和電流環反饋控制策略模塊，PMSM模塊包括永磁同步電機系統和信號輸出檢測兩部分，car模塊對應汽車行駛系部分建模。根據汽車行駛時的各個不同工況，選擇control模塊的仿真工況，設置仿真時間為10 s，分別對起步、加速、上坡、制動減速4種工況分別進行仿真。
仿真結果的整車車速和電機轉矩如圖6～9所示，由于電機的轉矩響應迅速，采用純電動汽車速度分級調控系統，駕駛員通過簡單操作加速踏板，就能夠控制整車車速，實現對與區間相對應的目標車速的跟隨，達到車速的平穩控制。
（1）起步過程，模擬駕駛員制動過程操作，加速踏板保持在第3區間，車輛平地起步，車速平穩上升至目標車速29 km/h，并保持。
（2）加速過程，加速踏板從在3 s時由第3區間階躍至第4區間，車速先保持，在3 s時逐漸由29 km/h上升到38 km/h。
（3）上坡過程，加速踏板保持在第2區間，車輛在2 s時駛上20°的斜長坡，車速小幅波動后穩定在目標車速20 km/h。
（4）制動過程，加速踏板先保持在第4區間，車輛行駛2 s后，間隔0.2 s后制動1.3 s，間隔0.2 s后，加速踏板最后保持在第2區間，車輛實現制動減速，車速由38 km/h迅速降至20 km/h并保持穩定。
4 結論
（1）本文設計的純電動汽車速度分級調控系統形成了整車車速的反饋閉環自動調節，它采用速度分級控制的思想，通過踏板區間控制車速，使駕駛操作簡便、高效。
（2）起步過程平穩快速，加速、上坡和制動減速3種典型工況下，整車車速都能在5 s內恢復到目標車速誤差±3%范圍內，該系統滿足車輛的實際行駛需求，是一種合理可行的純電動汽車動力系統控制方案。
（3）速度分級調控系統集成模糊PID控制，充分發揮了矢量控制電機轉矩的快速響應能力，轉矩響應小于0.1 s，具有實用性。
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篇8
[關鍵詞]液力偶合器；調速控制；原理；傳動；模糊控制
中圖分類號：TG303 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）17-0195-01
液力偶合器作為通用液力傳動的元件，置于工作機以及動力機之間，可以傳遞兩者動力，從而保證主動軸同從動軸之間柔性連接，將主動軸轉矩等值傳遞到從動軸。液力偶合器有著結構簡單、節約能源以及性能可靠能方面的優點，在冶金、船舶、發電、紡織以及化工等行業得到廣泛應用。
一、液力偶合器調速控制的原理
液力偶合器的主要構件有泵輪、渦輪以及殼體，其中殼體通過螺栓同泵輪之間實現固定連接，作用在于避免工作液體的外溢，泵輪同動力機連接，渦輪則同負載鏈接，泵輪以及渦輪都有徑向葉片[1]，同時泵輪以及渦輪葉片間凹腔形成圓環狀的工作腔，在腔內填充液體從而傳遞動力，可以說液力偶合器通過液體的運動實現能量轉換，動力機帶動泵輪轉動的過程當中，工作腔內部工作液體受離心力以及工作葉片作用，從小半徑的泵輪入口加速拋向大半徑泵輪出口，其中液體動量矩不斷上升，泵輪則將動力機的機械能轉化為液體動能，并且泵輪拋出工作液可以沖擊渦輪葉片，從而帶動渦輪以及泵輪的同向運動，最終實現渦輪負載做功，將液體動能轉化成為機械能，而實現動能轉化之后液體繼續流回泵輪，進行后續的循環，這樣一來就能夠不用機械連接而傳遞能量[2]。
在液力偶合器的調速原理方面，調速型的液力偶合器在保持輸入轉速前提下，改變工作腔內部的充油量，從而實現調節輸出轉速的效果，工作腔的進出口流量相等的時候，液力偶合器的工作腔保持充液量恒定不變，要想調節工作腔充液量，就需要避免工作腔進出口流量相等[3]。按照調節充液量不同的方式，液力偶合器的調速類型有以下三種。第一種是進口調節式，該類型的調速偶合器通過操縱勺管來調節流道工作油量，同時能夠進一步分成固定導管閥式、噴嘴導控式以及固定導管泵控式等。第二種是出口調節式，該類型的調速偶合器運轉過程當中流道進油量保持恒定不變，而是用移動流道的排油勺管確定流道當中的充油量，同時根據勺管移動的不同方式能夠分成伸縮式勺管以及回轉式勺管[4]。第三種是復合調節式，該調速偶合器運轉過程當中一方面使用排油勺管的位移實現調速，另一方面還利用控制閥以及冷油循環門來控制偶合器流道進油。調速偶合器目前廣泛應用在工作機需要進行無級調速的環境，例如離心式水泵以及風機配合，能夠在調速的過程當中大量地節約電能。
液力偶合器進行調速的節能原理方面，主要是通過改變轉速從而改變特性曲線來調節流量，根據離心風機水泵工作的原理，其流量同轉速一次方是成正比的，壓力同轉速平方成正比，同時軸功率同轉速三次方成正比，因此在降低轉速調節流量的時候，軸功率根據轉速三次方的比例而大幅下降，在流量以及轉速下降1/2的時候，根據理論計算可以得出軸功率會下降為原值1/8，因此有著顯著的節能效果[5]。
二、液力偶合器調速控制系統的應用
液力偶合器調控控制系統主要應用于工作機屬于葉片機械傳動系統當中，有著比較理想的調速節能效果。這里的調速節能指的是調節流量或者間歇運行的那些風機水泵，通過液力偶合器實現調速，從而替代耗能落后的節流調節，可以節約大量的能源。除此之外，液力偶合器調速系統在煉鋼轉爐風機、管道輸油泵以及熱電鍋爐的給水泵方面的應用同樣有著顯著的節能效果，并且在大功率的水泵以及風機調速控制方面，液力偶合器調速控制系統因為性價比突出的特點，應用日趨廣泛。
在液力偶合器調速系統的控制方面，大部分使用PID控制，這一方法有著簡單實用并且精度高的優點，不過PID控制對于模型有著比較強的依賴性，同時收到控制系統時變性以及非線性的影響比較明顯，液力偶合器的內部流動狀態非常復雜，同時在工作的過程當中，不同的工況以及工作環境之下，不同壽命周期的模型在參數方面會存在較大的區別[6]，所以建立數學模型的過程中往往存在一定的困難，因此單一PID的控制無法很好實現液力偶合器的調速系統控制，模糊控制則是近年來逐漸發展流行的新型控制器，通過使用模糊理論以及模糊運算來實現系統控制，在液力偶合器調速系統當中的應用有著以下方面的優點。第一是模糊控制基于規則控制，同時根據操作人員經驗或者是專家知識而建立控制規則，并不要求建立精確數學模型，因而設計簡單并且便于應用。第二是從工業過程定性角度出發，更加容易制定語言控制的規則，模糊控制對數學模型無法獲取的動態特性更加適用。第三是模型控制的算法以及系統設計的方法，因為出發點以及性能指標的區別而容易出現較大區別，語言控制的規則更加獨立性，通過這些控制的規則實現模糊連接，可以實現優于常規控制的效果。第四是模糊控制基于啟發性知識以及語言決策的規則而設計，能夠模擬人工控制方法，提高控制系統適應的能力，有著一定程度的智能性。第五是模糊控制系統魯棒性好，干擾以及參數變化對于控制效果帶來的影響較小，適合非線性以及純滯后系統控制。不過模糊控制有著控制精度不高以及穩態誤差等方面的缺點，因此研究人員提出模糊-PID控制的方法，在液力偶合器的調速控制系統當中逐漸得到應用。
液力偶合器調控控制系統的應用呈現出下列發展趨勢。液力偶合器作為傳動裝置使用的時候，主要研究原始特性以及外特性等，還包括同原動機以及負載機械之間匹配的關系，機變是研究其調節的特性，只是涉及靜態調節，不過作為液力傳控當中的傳動控制單元，需要進一步研究動態特性。此外，目前的液力偶合器調速控制系統主要使用PID控制技術，在系統控制效果方面不夠理想，因此需要進一步研究新型控制方法改善液力偶合器的調速控制效果，最終實現自動調速控制，尤其是伴隨計算機技術的發展，可以考慮使用計算機動態仿真控制液力偶合器的調速控制系統，從而省去大量實驗并減少工作量。
綜上所述，偶合器調速可以說是節電的一種重要手段。在性能、性能、價格、應用條件以及操作經驗方面的差異，使得不同調速裝置都有著巨大的應用前景，在調速方式選擇的過程中應當因地制宜并且講求實效。液力偶合器調速控制系統運行簡單，同時使用維護簡便，有著見效快、投資少以及節能效益明顯的特點，因此應當進一步推廣應用。
參考文獻
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篇9
關鍵詞：電力系統；自動化；新技術
中圖分類號：F407.61
隨著計算機技術，控制技術及信息技術的發展，電力系統自動化面臨著空前的變革。多媒體技術、智能控制將迅速進入電力系統自動化領域，而信息技術的發展，不僅會推動電力系統監測的發展，也會推動電力系統控制向更高水平發展。
1我國目前電力系統及其自動化的研究方向
1.1智能保護與變電站綜合自動化
目前我國科學工作者將國內外最新的人工智能、模糊理論、綜合自動控制理論、自適應理論、網絡通信、微機新技術等理論應用于新型繼電保護裝置中，使得新型繼電保護裝置具有智能控制等特點，大大提高了電力系統的安全水平。對變電站自動化系統進行了多年研究，研制的分層分布式變電站綜合自動化裝置能夠適用于35～500kV各種電壓等級變電站。微機保護領域的研究處于國際領先水平，變電站綜合自動化領域的研究也已達到國際先進水平。
1.2電力市場理論與技術
基于我國目前的經濟發展狀況、電力市場發展的需要和電力工業技術經濟的具體情況，我國電力研究專家們認真研究了電力市場的運營模式，深入探討并明確了運營流程中各步驟的具體規則，提出了適合我國現階段電力市場運營模式的期貨交易、轉運服務等模塊的具體數學模型和算法。
1.3電力系統實時仿真系統
研究人員還對電力負荷動態特性監測、電力系統實時仿真建模等方面進行了研究，引進了加拿大teqsim公司生產的電力系統數字模擬實時仿真系統，建成了全國高校第一家具備混合實時仿真環境的實驗室。該仿真系統不僅可以進行多種電力系統的穩態實驗，提供大量實驗數據，并可和多種控制裝置構成閉環系統，協助科研人員進行新裝置的測試，從而為研究智能保護及靈活輸電系統的控制策略提供一流的實驗條件。
1.4電力系統運行人員培訓仿真系統
電力系統運行人員培訓仿真系統是針對我國電力企業職工崗位培訓的迫切要求，將計算機、網絡和多媒體技術的最新成果和傳統的電力系統分析理論相結合，利用專家系統、智能CAI機輔助教學）理論，進行電力系統知識教學、培訓的一種強有力手段。本系統設計新穎，并合理配置軟件資源分布，教、學員臺在軟件系統結構上耦合性很少，且系統硬件擴充簡單方便，因此在學員臺理論上可無限擴充。
1.5配電網自動化
配電自動化是一個龐大復雜的、綜合性很高的系統性工程，包含電力企業中與配電系統有關的全部功能數據流和控制。從保證對用戶的供電質量，提高服務水平，減少運行費用的觀點來看，配電自動化是一個統一的整體。
1.6電力系統分析與控制
這一方向對在線測量技術、實時相角測量、電力系統穩定控制理論與技術、小電流接地選線方法、電力系統振蕩機理及抑制方法、發電機跟蹤同期技術、非線性勵磁和調速控制、潮流計算的收斂性、電力負荷預測方法、電網調度自動化仿真、基于柔性數據收集與監控的電網故障診斷和恢復控制策略、電網故障診斷理論與技術等方面進行了研究。同時對非線性理論、軟計算理論和小波理論在電力系統應用方面，以及在電力市場條件下電力系統分析與控制的新理論、新模型、新算法和新的實現手段進行了研究。
1.7人工智能在電力系統中的應用
結合電力工業發展的需要，我國開展了將專家系統、人工神經網絡、模糊邏輯以及進化理論應用到電力系統及其元件的運行分析、警報處理、故障診斷、規劃設計等方面的實用研究。在上述實用軟件研究的基礎上開展了電力系統智能控制理論與應用的研究，以提高電力系統的運行與控制的智能化水平。
1.8現代電力電子技術在電力系統中的應用
目前我國開展了電力電子裝置控制理論和控制算法、各種電力電子裝置在電力系統中的行為和作用、靈活交流輸電系統、直流輸電的微機控制技術、動態無功補償技術、有源電力濾波技術、大容量交流電機變頻調速技術和新型儲能技術等方面的研究。
1.9電氣設備狀態監測與故障診斷技術
通過將傳感器技術、光纖技術、計算機技術、數字信號處理技術以及模式識別技術等結合起來，針對電氣設備絕緣監測方法和故障診斷的機理進行了詳細的基礎研究，開發了發電機、變壓器、開關設備、電容型設備和直流系統等主要電氣設備的監控系統，全面提高電氣設備和電力系統的安全運行水平。
2電力系統自動化新技術
2.1電力系統的智能控制
電力系統的控制研究與應用在過去的40多年中大體上可分為三個階段：基于傳遞函數的單輸入、單輸出控制階段；線性最優控制、非線性控制及多機系統協調控制階段；智能控制階段。電力系統控制面臨的主要技術困難有： 1）電力系統是一個具有強非線性的、變參數（包含多種隨機和不確定因素的、多種運行方式和故障方式并存）的動態大系統。2）具有多目標尋優和在多種運行方式及故障方式下的魯棒性要求。3）不僅需要本地不同控制器間協調，也需要異地不同控制器間協調控制。
智能控制是當今控制理論發展的新的階段，主要用來解決那些用傳統方法難以解決的復雜系統的控制問題；特別適于那些具有模型不確定性、具有強非線性、要求高度適應性的復雜系統。
2.2 FACTS和DFACTS
1）FACTS概念的提出
所謂“柔流輸電系統”技術又稱“靈活交流輸電系統”技術簡稱FACTS。這是一種將電力電子技術、微機處理技術、控制技術等高新技術應用于高壓輸電系統，以提高系統可靠性、可控性、運行性能和電能質量，并可獲取大量節電效益的新型綜合技術。
2） FACTS的核心裝置之一ASVC的研究現狀
各種FACTS裝置的共同特點是：基于大功率電力電子器件的快速開關作用和所組成逆變器的逆變作用。ASVC是包含了FACTS裝置的各種核心技術且結構比較簡單的一種新型靜止無功發生器。
ASVC由二相逆變器和并聯電容器構成，其輸出的三相交流電壓與所接電網的三相電壓同步。它不僅可校正穩態運行電壓，而且可以在故障后的恢復期間穩定電壓，因此對電網電壓的控制能力很強。與旋轉同步調相機相比，ASVC的調節范圍大，反應速度快，不會發生響應遲緩，沒有轉動設備的機械慣性、機械損耗和旋轉噪聲，并且因為ASVC是一種固態裝置，所以能響應網絡中的暫態也能響應穩態變化，因此其控制能力大大優于同步調相機。
3） DFACTS的研究態勢
DFACTS是指應用于配電系統中的靈活交流技術，它是Hingorani于1988年針對配電網中供電質量提出的新概念。其主要內容是：對供電質量的各種問題采用綜合的解決辦法，在配電網和大量商業用戶的供電端使用新型電力電子控制器。
2.3基于GPS統一時鐘的新一代EMS和動態安全監控系統
2.3.1基于GPS統一時鐘的新一代EMS
目前應用的電力系統監測手段主要有側重于記錄電磁暫態過程的各種故障錄波儀和側重于系統穩態運行情況的監視控制與數據采集（SCADA）系統。前者記錄數據冗余，記錄時間較短，不同記錄儀之間缺乏通信，使得對于系統整體動態特性分析困難；后者數據刷新間隔較長，只能用于分析系統的穩態特性。兩者還具有一個共同的不足，即不同地點之間缺乏準確的共同時間標記，記錄數據只是局部有效，難以用于對全系統動態行為的分析。
2.3.2基于GPS的新一代動態安全監控系統
基于GPS的新一代動態安全監控系統，是新動態安全監測系統與原有SCADA的結合。電力系統新一代動態安全監測系統，主要由同步定時系統，動態相量測量系統、通信系統和中央信號處理機四部分組成。采用GPS實現的同步相量測量技術和光纖通信技術，為相量控制提供了實現的條件。GPS技術與相量測量技術結合的產物PMU（相量測量單元）設備，正逐步取代RTU設備實現電壓、電流相量測量（相角和幅值）。
