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关键词:急救药品;管理方法;体会
[中图分类号]R954
[文献标识码]A
[文章编号]1672-8602(2015)04-0041-02
急诊室是抢救急危重症患者的第一线,是保证急危重症患者生命的首要场所,因此急诊室的抢救药品及器材是否随时保持良好的应急状态,是否方便使用,工作人员是否知道抢救药品的位置、数量、性能及使用方法,对抢救患者的生命是至关重要的。
在急诊抢救室只配备抢救车,急救药品按照国家及医院规定种类设置,并将药品分类全部放入抢救车内的药袋中,在药袋外贴药品名称标签,抢救药品全为针剂,种类15种,每支药品为5支。药品的剂量、批号、有效期只有药品的安瓿上有标识,每天护士接班时要每一支清点,看每支的标识。这样反复接触摩擦容易导致针剂原有的标识模糊或完全擦掉,导致针剂不能使用,只能废弃,造成药品的浪费。另外,大部分针剂的有效期或到期标识印在包装盒上,针剂上只标明生产日期,而抢救车的针剂散装存放,且同种药品生产厂的有效期不同,使护士不能明确药品的有效期,而抢救车同种药品在补充过程中常出现不同生产批号及有效期的药品混放因此在抢救中很难按生产日期的先后顺序使用易造成药品的过期,同时也容易造成紧急抢救时看不清而用错药。
2 改进后的管理方法
2.1调整药品的数量及种类
根据医学的发展及我科平时抢救病人的情况,在抢救车内原有药品的基础上增加药品的种类,另外增设急救药品柜,柜内除备有抢救车内的同样的药品种类和数量外,加大了多巴胺和肾上腺素的备用量至15支,便于急救用药。还增加了胺碘酮、氯解磷定、甲基强的松龙、纳洛酮等各5支,共15种药品的配备。除针剂外还配备了几种常用的急救口服药各一瓶,如硝酸甘油、速效救心丸、阿司匹林。从而使抢救车内的急救药品达到20种,共100支;急救药品柜内有药品40种,共250支。除抢救车和急救药品柜外,还配备了三个急救药箱,便于院前急救和在抢救室以外抢救病人时的紧急使用,从而满足了急诊急救时的使用所需。
2.2药品的管理采用目视管理,使其一目了然。
将所有的药品种类按顺序编号,全部放在原包装盒内,并保留药品使用说明书。将药品的名称、规格及编号打印成醒目的标签,贴在包装盒的侧面,包装盒的外面用透明胶布保护,使其经久耐用。不再使用抢救车内的药品袋,而是将药盒按编号顺序,标签向上或向外,整齐的摆放在抢救车和抢救柜内,使药品的种类和剂型一目了然,交接班或使用时只需打开药盒即可,避免了因反复取放药品而使标签模糊或脱落。在急救车和抢救柜内分别配备清单和摆放示意图,所有急救药品和物品按统一规定规范放置。配备的急救物品名称、数目与《急救物品请单相符。急救物品及药品抢救用后及时补充,急救车和抢救柜分别设有交接班登记薄,实行班班交接并签全名,必须使急救药品齐备完好率达100%。
2.3急救药品效期实行动态管理
为了使药品能够有效的使用,尽量减少药品的过期和失效,保证急救药品的安全使用,我们建立了急救药品的有效期管理登记簿,对急救药品的有效期进行动态管理。将抢救柜、急救车、和急救药箱内的药品分别登记管理,登记的内容包括药品的名称、规格、生产批号、药品的失效期及数量,如果同一种药物有多个失效期,均一一登记,并注明每一失效期药品的支数。如果使用后,补充的药品失效期不一样,要重新登记补充药品的批号、失效期及数量,并更改已使用的失效期登记的数量。由于生产厂家、药名、规格的不同,不是每一支药上都标明了失效期,因此我们采用特制不干胶条贴在安瓿上标明药品的失效期,但要注意避开药品标签的位置。并按药品有效期的先后顺序从右到左摆放在相应的药盒内,即摆放在最右边的近效期,最左侧的为远效期,使用的时候严格按照左放右拿的原则取放药品,使用后需补充的药品与药房老师取得合作,尽量领取远效期的药品,及时贴上有效期标签,按有效期的先后顺序摆放,并在有效期管理登记簿上登记。
2.4质量管理
实行急救药品专人管理,由科室质控人员负责。除班班交接并书写交接记录外,责任人每周负责检查两次并签名,护士长每周检查一次并签名,护理部每月检查一次并签名。另外护士长及责任人在每一节假日前均要进行一次彻底的大检查,检查的内容包括:药品是否齐备、定位、有无过期、变质、失效、破损及标识是否清楚,并对半年内即将过期的药品和物品给予调换成远效期的,同时根据药品有效期的情况整理有效期管理登记簿。
2.5急诊科工作人员熟练掌握抢救药品的管理
除定期组织急救药品的管理查房外,还定期对工作人员进行抢救药品相关知识的业务培训,培训的内容包括:常用的急救药品的种类名称、临床作用、剂量和用法、不良反应、注意事项以及在使用中容易出现的问题。护士长在晨交班时随时抽查工作人员对急救药品的熟练程度,包括药品摆放的位置顺序及摆放取用方法、常用的剂型作用用法、科室内备用该药品有几种规格、效期的管理及急救药品管理采用的方法等。
3 改进管理后应用体会
3.1通过改进管理方法,增加抢救药品的数量种类,满足了抢救用药,避免了急救时因药品不够,护士反复到药房借药,而耽误抢救,目视管理让护士对急救药品的位置、数量、有效期等一目了然,方便护士取用及日常管理,明显缩短了抢救时取用急救药品的时间和日常查对的时间,提高了护士的工作效率。也避免了医疗纠纷。
3.2保证了急救车整洁活动自如,处于良好备用状态,提高了抢救药的合格率及抢救成功率。使急救药品器材真正做到了定位放置、定数量、定种类、定期消毒,无过期、无变质、无失效,及时检查、及时补充,专人管理。两年来我科急救药品物品检查合格率均为100%。
3.3对工作人员的严格要求和定期的知识培训,大大提高了抢救药品的熟悉程度,能随时说出药品的位置剂量作用及用法,使用原包装、编号及统一的放置模式,便于临床工作的识别及快速使用,急救时做到准而快地执行医嘱。药品包装盒内保留使用说明书利于随时查看药品的作用适应症副作用及临床带教。
【关键词】急诊;管理;护患纠纷
急诊科是抢救危重病人的重要场所,病人具有发病急、病情复杂多变、时间性强、随机性大、可控制性小等特点,这既给医务人员提出了较高的要求,同时也给护理行为带来了一定的风险。因此,作为护理管理者应针对高风险的科室,在实施具有超过各种服务之上的高科技行为组合的活动中进行风险鉴定、评估、采用切实可行的管理方法、措施,这对减少或减低护理风险的发生、保证病人安全、防止护患纠纷发生具有重要意义。2006年以来,我院急诊科实施风险管理取得了较好的效果,现总结如下:
1 善于识别风险,做好风险评估
风险是指医院内病人在诊疗过程中发生的一切不安全事件。在护理活动中,即使是极为简单或看似微不足道的护理活动,都带有危险性[1]。进行风险识别是风险管理的第一步,也是风险分析和管理的基础工作。两年来,笔者针对急诊护理活动中容易发生的矛盾、纠纷、投诉等主要项目进行调查、分析、总结,搜寻可能出现的风险事件,掌握可能发生风险事件的相关信息,并对其后果进行评价,从中发现以下情况易造成急诊护理风险的发生。
1.1 各项急救护理技术操作:吸氧、吸痰、洗胃、心电监护等技术操作常应用于危重病人的抢救,对这类病人,尤其是在面对遭遇意外的灾难事故、突发伤、批量伤的病人救治中,每一项操作、每一个环节都可影响病人的病情变化,如抢救技术、规程及知识,仪器、机械突然故障,护患沟通技巧等,都存在着许多已知及未知的高风险因素。在给深昏迷病人吸痰时,病人的口咽部、鼻部有可能出现出血,也有可能造成呼吸骤停等风险。在给中毒病人洗胃时,当病人意识丧失、吞咽反射消失时有可能造成置管困难、置管异常、口鼻黏膜损伤出血、病人误吸、窒息等意外发生。另外,危重病人的各种管道,如吸氧管、输液管、引流管都有可能发生弯曲、堵塞,甚至松动、滑脱等,诸如此类高风险的技术操作,都需要护理人员去预见,并加以识别、处理。
1.2 危重病人的院内转运:为了使危重病人得到进一步救治,急诊病人绝大多数都需要输送到病房,尤其是ICU病区。在此期间,尽管医生已对病人病情的严重程度进行了评估,权衡了转运途中的风险及专科救治的效果,家属一时也选择、认同这种做法,但护士在实际转运的各个环节稍有疏忽,例如:①转运前未再次评估病情及生命体重,未及时汇报、记录;②未通知所转科室及时做好急诊接待等工作;③路途转运中的机械、物品没有备齐备足;④后勤保障服务不到位,如电梯受阻;⑤途中有可能发生的意外,特别是心肺复苏后行气管插管、机械通气的病人因的改变、路途的颠簸而造成管道扭曲、移位等。这些都将使护士成为护患纠纷的焦点、承担风险的责任人。因此,只有预见、识别,才能有效防止风险事件的发生。
1.3 危重病人的医疗检诊:在急诊科,为明确诊断,医生常根据病情做出相关检查的决定,如CT、B超、X线摄片等。但由于病人个体差异大,病情复杂、多变、发展迅速,即使在最好的医疗单位,由富有经验的医生检查,出现并发症的内在风险仍难以完全消除[2]。客观上在检查中,对病人已经发生意外的风险,如心跳呼吸骤停或痰液、血块阻塞气道发生窒息,若医务人员具有敏锐的观察力、极强的洞察力,立即就地争分夺秒组织抢救,做好医患、护患间沟通,及时抢救无效死亡,病者家属在哀伤失意中仍能明白、理解、接纳和承担风险代价。例如,我院急诊科2007年收治1例69岁老年病人,此病人既往有高血压、糖尿病、心肌梗死等病史,本次因突然昏迷、失语、半身不遂、二便失禁来我院就诊。在急查CT的过程中出现恶性心律失常,这时医护人员全力以赴组织抢救,但由于病情严重,最终抢救无效死亡。在此期间再次履行告知的义务,让家属正视事实,认真对待,主动接纳风险,事后家属不仅没有指责,相反还表示感谢,这就是对预见性风险处理所产生的效果。
2 制定管理制度,进行风险预防
实施风险管理的核心内容就是用制度来规范、约束各项活动,以达到预防风险事件发生的目的。目前,我院急诊科针对引起护理事件的主要原因制定相应的管理制度:危重病人护送、检查、登记、告知、沟通制;危重病人转送、签字、报告制;急救技术操作告知制;制定各种新技术、新设备、新仪器操作规程,明确操作目的、适应证、禁忌证,对可能发生的问题、相关的处理技巧和注意事项加以说明,使护士、病人或家属明白各项操作、检查等护理活动均存在已知或未知的风险因素,让病人主动承担起风险义务,减少护患纠纷的发生。
3 实施风险控制,严格督促检查
风险控制是通过各种技术、经济手段将风险减少、分散和转移的行为[3]。它是风险识别和风险衡量的最终目的。因此,在明确医疗护理工作是一个高风险职业的基础上,加强对风险控制措施的执行、落实、检查。具体做法:科内成立风险管理小组,明确管理职责、范围、内容,根据急诊特点分成6组:①急救器械、物品管理、使用、保养、供应小组;②就诊病人接待、转送、检查、服务组;③专科技术操作培训组;④危重抢救质量管理组;⑤文件书写、记录、检查、督促组;⑥护患纠纷、矛盾、投诉、处理组。每组设组长1名,每周定期检查至少1次,护士长每日有重点跟班、督促、检查,对工作中执行不到位的现象,除及时当面指出整改外,还记录在风险管理质量控制台册上,以便大家查阅,引以为戒,护士长每日晨会提醒,每月总结点评,并与科内奖罚条例挂钩。
4 体会
4.1 强化风险意识可减少护患纠纷:我院急诊科通过风险管理,提高了医护人员对当前急诊风险管理必要性的认识。大家能针对国际公认“医疗风险,无处不在”状况,结合护理行为的各项活动、各个环节,善于识别风险,鉴定、评估风险,尤其是与医疗活动中紧密相关的风险因素,如各种疾病的严重性、病情变化的复杂性、医疗检诊和可能引起的并发症、仪器和机械故障、医护服务系统和组织工作问题、人为错误、医患沟通障碍等,尽早进行预见性判断,减少人为因素,使高风险因素降低到最低。两年来,我院急诊科护理投诉和纠纷,从2006年前平均发生12起降为3起,护理冲突发生率为零。
4.2 加强风险管理密切了护患关系:通过护患双方的沟通,护士能根据护理活动中有可能发生的潜在风险,与病人从中所获利益效果所占比例客观地加以分析。用心与病人或家属进行交谈,尊重病人的意愿,满足病人的需求,让病人在理解、配合、支持的情况下主动接纳风险治疗护理,调整心态,承担风险权利,使护患双方关系得到了进一步融洽,两年来我院急诊科在“医院管理年”行风建设检查服务态度调查中病人满意度从93.5%上升到98%,在省市多次明察暗访中均得到了好评。
【参考文献】
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郑州紧急医疗救援中心,河南郑州 450000
[摘要] 目的 研究急诊护理对急腹症并发症的预防效果以及相应的护理体会。方法 选取2012年1月—2013年6月在我院进行住院治疗的150例急腹症患者,按随机分组原则将其分为实验组和对照组,对照组实施常规急救护理方案,实验组在常规急救护理的基础上实施急诊护理,对比两组患者并发症的发生状况、平均住院时间、患者对护理服务的满意度情况,并进行效果评价。结果 实验组患者并发症发生率明显低于对照组,平均住院天数少于对照组,患者对护理服务的满意度明显高于对照组,P<0.05,实验结果有统计学差异。结论 在急腹症患者的急救过程中结合急诊护理可明显降低并发症的发生,提高治疗效果,优化护患关系,建议在临床上推广应用。
[
关键词 ] 急腹症;急诊护理;并发症;预防效果;护理体会
[中图分类号] R47
[文献标识码] A
[文章编号] 1672-5654(2014)05(a)-00011-02
随着社会的发展和人们生活方式的改变,急腹症的发病率逐年增加,是常见的急诊疾病之一[1]。该病起病迅速、病情复杂、变化多、进展快,并且发病部位涉及盆腔、腹腔等多个脏器器官,如不进行及时救治,极易发生严重不良后果,甚至死亡[2]。因此,如何对该类患者进行及时救治,降低并发症,提高治疗效果成为临床上备受关注的话题。本研究从护理角度出发,通过在急腹症患者的急救中应用急诊护理,取得了显著临床效果。现报道如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料
选取2012年1月—2013年6月在我院进行住院治疗的150例急腹症患者,男患者63例,女患者87例,年龄在15~73岁之间,平均年龄为(42.58±4.76)岁,其中85例为外科急腹症患者(31例胆结石、15例胆囊炎、14例阑尾炎、6例腹膜炎、10例泌尿系统结石、8例肠梗阻、7例胃穿孔),52例为内科急腹症,13例为妇科急腹症(4例宫外孕,7例急性盆腔炎,2例流产导致大出血)轻重疼痛。按随机分组原则分为实验组和对照组,每组75例患者。实验组男患者32例,女患者43例平均年龄为(41.93±4.15)岁;外科急腹症患者43例,内科急腹症患者26例,妇科急腹症患者6例。对照组实验组男患者31例,女患者44例,平均年龄为(42.65±4.33)岁;外科急腹症患者44例,内科急腹症患者26例,妇科急腹症患者5例。以上两组患者在年龄、性别、疾病类型、病情等方面无明显差异,P>0.05,具有可比性。
1.2 方法
1.2.1对照组护理措施 对照组组患者住院后实施常规急救措施。①加强生命体征观察,使用多功能心电监护设备检测血压和脉搏改变。②观察患者意识改变:急腹症患者可能发生休克,早期呈兴奋状态,以后逐渐转为抑制,甚至昏迷。③加强末梢循环观察:注意查看患者体温、肤色,唇、面部、指端血运状况,一旦出现四肢湿冷、面色苍白,及时实施抢救措施。④并发症预防:及时判断患者有无出现休克体征,一旦出现,及时进行抗休克治疗,遵医嘱补充电解质、血容量等,纠正体液紊乱状态,同时应用抗休克药物,肾上腺素为首选;出现呼吸窘迫综合症患者给患者呼吸支持,并使用扩血管等药物。
1.2.2 实验组护理措施 实验组患者在常规急救护理的基础上给予急诊护理措施。①加强临床观察:患者就诊后,护理人员及时进行病情评估,了解疼痛时间,检查疼痛部位,程度,性质,有无出现腹膜刺激征,观察患者步态、面容、姿势,测量血压、脉搏,查看有无休克体征,若就诊人员过多,根据病情轻重进行合理安排。②紧急实施急救护理:给患者取合适,未发生休克者取半卧位,抬高床头40°,休克患者取休克;迅速建立静脉液路,遵医嘱用药;给患者高流量吸氧,严重呼吸困难者,使用呼吸机辅助呼吸;严格遵循四禁原则:禁饮食、禁用止痛药物、禁灌肠、禁用泻药以免掩盖病情。根据病情需要,给予胃肠减压;对于需要辅助检查患者,及时留取标本送去化检。③做好分诊工作:根据患者病情、病史,配合内、外、妇科疾病特点进行准确分诊。外科急腹症患者疼痛部位、疼痛性质明确,如阑尾炎疼痛部位一般为右下腹、胆石症为阵发性绞痛等,并常伴随腹膜刺激征、休克体征;妇科患者常有白带异常、阴道出血,发病部位在小腹盆腔处,主要见于急性盆腔炎和宫外孕破裂,并且均有相应病史和妇科疾病伴随症状。内科急腹症患者疼痛部位不易定位,压痛点不明确,腹肌相对柔软,并且疼痛发生前有腹泻、发热、心悸等先兆症状,常见于急性心梗、胃肠炎、过敏、膈胸膜炎等疾病。诊断时,可结合辅助检查如心电图、B超进行诊断。④加强心理护理:面对突发疾病,多数患者会出现恐惧、焦虑心理,又加之疼痛刺激,疾病需要长时间确诊,患者负面情绪相对较重,部分老年内科疾患患者由于长期治疗,悲观心理较为强烈,不能积极配合治疗,严重救治效果。此时护理人员应做好沟通工作,安慰患者,使其放松紧张情绪,利用转移注意力方式缓解患者疼痛。⑤做好护理记录:对患者病情变化、治疗用药等做好详细记录,并标注对应时间,为诊断治疗提供依据,必要时还可充当法律依据。
1.3 效果评价指标
根据两组患者并发症的发生情况进行评价。
根据两组患者平均住院时间和其对急诊护理服务的满意度进行评价。通过指导患者填写我院自制满意度调查表对护理服务进行打分,满分为100分,分数越高,满意度越高。
1.4 统计学处理方法
将全部数据录入软件包,用spss 21.0软件进行数据处理。以χ2检验进行数据比较,用t检验进行数据计量。当P<0.05时,认为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 两组患者并发症发生状况比较
实验组患者并发症发生率明显低于对照组,P<0.05,差异有统计学意义。实验数据详见表1。
表1 两组患者并发症发生情况比较[n(%)]
注:与对照组相比,*P<0.05。
2.2 两组患者平均住院时间和满意度评分比较
实验组患者平均住院时间明显少于对照组,患者对护理服务的满意度明显高于对照组,P<0.05,差异有统计学意义。实验数据详见表2。
表2 两组患者住院时间和满意度评分比较(x±s)
注:与对照组相比,*P<0.05。
3 讨论
急腹症是急诊科常见的疾病之一,以急性腹部疼痛为主要临床症状。由于腹痛涉及多个组织器官,并且起病急、病情复杂、变化快,又加之剧烈腹痛刺激、呕吐、失血等伴随症状,极易发生休克、电解质紊乱等并发症[4]。该病由于发病原因不同,治疗方法也存有较大差异,因此给予该病正确诊断和适宜护理措施尤为关键。目前临床上主要通过询问患者病史和体格检查进行疾病诊断,很少应用大型医疗设备辅助诊断,在评估中,患者在疾病状态下不能进行准确、及时的回答,这些都给疾病判断造成困难,从而延长治疗时间,错过最佳救治时机[6]。尽管目前医疗水平得到大幅度提升,但临床上仍有10%急腹症患者出现诊断错误,从而给患者抢救造成阻碍,导致患者不良预后,甚至死亡,给患者本人和家庭造成巨大损失[7]。因此,给予准确、及时的治疗、护理措施是降低术后并发症发生率、提高治疗效果的关键所在。
在本研究中,在实验组患者急救护理中实施急诊护理,强化急救措施,接诊后,对患者病情进行全面综合评估,根据相应临床表现和评估结果,给予针对性、预见性护理方案[8]。患者病情稳定后,结合内、外、妇科疾病知识,对患者进行准确分诊,然后送往相应科室进行治疗。该种护理方案程序化、全面化,可有效缩短住院时间,提高治疗效果。另外,根据目前急诊科医疗纠纷事件发生率逐年上升的现状,我科加强抢救记录管理,使整个护理抢救过程一目了然,这不但可以为患者治疗提供依据,必要时还可充当法律依据,避免了不必要的麻烦。通过以上综合措施,实验组患者并发症的发生率仅为13.33%,符合陈群芬,徐金萍等[9]研究,这充分体现了该种护理方式的有效性,但也对急诊护理人员的急救意识和专业知识能力提出了更高的挑战。这就要求护理人员在工作中强化急救观念,丰富专科知识,熟悉疾病特点,准确及时发现问题,并迅速给予解决方案,从而使患者得到有效护理,提高救治成功率[10]。另外,通过合理救治,患者住院时间明显缩短,节省了医疗资源和住院费用,患者满意度也得到明显提高,这对于缓解紧张护患关系也有重大意义。
综上,在急腹症患者的急救过程中结合急诊护理可明显降低并发症的发生,提高治疗效果,优化护患关系,建议在临床上推广应用。
[
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民用机场飞行区应急救援的开展越发依赖于科学的预案,而预案的效果则需要科学的方法来检验。本文提出利用AnyLogic仿真软件根据相应的预案模拟应急救援的开展,同时利用仿真软件记录救援力量前往救援地点所用的时间以及该过程中的路径冲突等指标,并对其进行分析,由此定量比较救援路径对应急救援的影响,分析结果表明,调研所得的路径适用于18L跑道的应急救援场景,而重新规划的路径则使用于18R跑道的应急救援场景。
【关键词】飞行区 应急救援 评价分析 AnyLogic
1 引言
机场作为航空运输网络的节点,其功能的完整性与否将直接影响到整个航空运输网络的运输能力,飞行区安全是机场正常运行的基础,而飞行区的安全运行离不开科学的预案,因此制定科学的飞行区应急救援计划则成为保障机场运行的关键。
国内外关行区应急救援计划的研究多集中在应急计划的内容和方式上,梁世华等针对民航机场紧急事件非例行性、不确定性的特点,提出了以案例推理为技术主线,结合模糊推理等方法的机场应急救援规模决策模型。崔国山等针对机场应急救援中资源动态调配的特点,建立了基于多Agent的资源动态调配组织结构模型,并在分析每一个Agent成员组所要完成的主要功能的基础上.论述了协同运作模型和协同步骤。高强等分析机场飞行区地面网络结构图,创建了节点、弧段关系数据库以描述机场飞行区的网络拓扑结构,运用Dijkstra算法实现了快速最短路径搜索。Aghahowa通过研究机场应急救援案例并挖掘数据的方式开发机场设施管理的关键指标。Hojong Baik等利用基于时间的仿真模型,详细描述了飞机在滑行道上的滑行,并考虑飞行员和管制员之间的通信行为,以研究飞机在飞行区的操作行为。
本文拟利用AnyLogic软件对飞行区应急救援进行模拟仿真,通过对救援车辆到达出事地点的路径予以规划,模拟得出救援力量到达出事地点的时间和救援过程中车辆的拥堵情况,并将其与未规划的救援场景进行结果比较,以分析规划路径的效果,根据仿真模拟得出的结果优化救援流程,提高救援效率。
2 飞行区平面布局及应急救援事故场景假设
2.1 飞行区平面布局
飞行区平面布局图如图1所示,等级为4E,共拥有2条平行跑道,其中东侧的跑道号码为18L/36R,长度为3500M,西侧的跑道号码为18R/36L长度为3600M,两条跑道均支持双向运行,分别有2条入口滑行道和4条快速脱离滑行道。飞行区共有3条平行滑行道,分别为C、F和Z3;5条东西走向的滑行道,用以连接两条跑道,分别为C6、M 、S4、S5和Z4;8条机坪滑行道,分别为D1、Z2、Z3、Z4、Z7、Z8、Z9和Z18。
车道边位于航站楼西侧,故航站楼以西至滑行道C之间部分不属行区。其中航站楼和近机位之间留有道路供场内车辆行驶,如图1中的五角形所在区域和航站楼周围的空白区域所示。
2.2 事故场景及应急救援假设
根据航空器紧急事件的应急救援等级分为紧急出动、集结待命以及原地待命三种,本文将模拟紧急出动等级的事件。笔者实地调研的结果显示该机场共有3处应急救援集结点,分别为图1中的圆形区域和五角星区域,其中消防车辆的集结地点为圆形区域,北侧五角星区域为医疗车辆集结之用,其他车辆则在南侧五角星区域内集结。为了检验极端情况下的飞行区应急救援能力,本文将救援地点选在离应急救援集结点最远处,即图1中三角形所在区域。
同时提供两种路径供参加紧急出动的救援车辆行驶,其中第一条路径为实地调研所得,第二条路径则为规划所得,具体如表1所示,图1中的虚线表示各路径。
此外,为了提高模型的真实性并保证其正常运行,对模拟场景作出如下假设:
(1)在救援过程中,救援车辆优先通过滑行道;
(2)救援车辆不得在滑行的航空器前200 米内穿行或50 米内尾随、穿行;
(3)紧急出动命令前,机场运行按该日航班时刻表照常运行,紧急出动命令后,跑道暂时关闭;
(4)救援车辆的行驶速度不超过100km/h。
3 飞行区应急救援模拟数据分析
3.1 应急救援车辆参数设定
对每条跑道的紧急出动命令模拟4次,第3次和第4次仿真模拟中的救援车辆数量为第1次和第2次的2倍,详细参数如表2所示,此外,第1次和第3次仿真模拟中各种车辆按第一条路径行驶,第2次和第4次仿真模拟中车辆按第二条路径行驶。
3.2 模拟数据分析
选取救援力量到达救援地点所耗时间和前往救援地点过程中的路径冲突(航空器与救援车辆,救援车辆与救援车辆)次数作为评估应急救援规划方案的指标。表3给出了仿真模拟的结果汇总。
根据国际民航组织要求,在最佳能见度和道面情况下,消防车辆在机场内部的反应不能超过3分钟,表3给出的结果显示不论救援车辆的数量是否翻倍,消防车辆到达救援地点的时间均控制在3分钟以内,但考虑到此仿真模拟中的车辆前往救援地点的时间不包括车辆的集结时间,即,仅包括从集结点点前往救援地点的时间,实际中车辆前往救援地点的时间应有所增加,则18R跑道实验中的救援路径就很有可能不能满足相关应急救援的规定,建议机场当局重新规划消防车辆的集结地点以适应极端情况下的应急救援要求。
对于18L跑道而言,不论在救援车辆较少,还是救援车辆较多的情况下,第一条路径对应急救援的效果均优于第二条路径。其中,在救援车辆较少的情况下,第一条路径消防车到达所用时间与第二条路径相差无几,而全部救援车辆到达所用时间和路径冲突数却比第二条路径降低了21.9%和25.6%;在救援车辆较多的情况下,这两个的降幅则为19.4%和49.1%。
对于18R跑道而言,不论在救援车辆较少,还是救援车辆较多的情况下,第二条路径对应急救援的效果在部分指标优于第一条路径。其中,在救援车辆较少的情况下,第二条路径消防车到达所用时间与第一条路径基本相同,而全部救援车辆到达所用时间和路径冲突数却比第一条路径降低了3.4%和33.3%;在救援车辆较多的情况下,这两个的降幅则为-0.8%和35.7%。虽然第二条路径的全部救援车辆到达时间比第一条路径要多6秒,但其冲突次数却较第一条路径减少了15次,因此本文倾向于选择第二条路径作为18R跑道的应急救援须经。
此外,从表3中可以看出,救援车辆的增加对整体救援效果的影响因路径而已。 虽然救援车辆较少情况下的指标均优于同等情况下救援车辆较多的指标,但救援车辆的多少也关乎到整体救援效果的好坏,例如,第一条路径中救援车辆较多的实验同第二条路径中救援车辆较少的实验相比,虽然前者处于劣势,但前者各种指标较后者的增幅均控制在40%以内,另外,前者的救援车辆为后者的2倍,考虑到救援车辆较少的实验所得指标的绝对值,更倾向于认为第一条路径更加适合救援车辆较多的情况。类似地,认为第二条路径更适合实验车辆较多的情况。
4 结论
由上面分析,主要结论如下:
(1)不论是实际调研所得的路径还是规划路径,均满足国际民航组织关于在最佳能见度和道面情况下,消防车辆在机场内部的反应不能超过3分钟的规定;
(2)对于18L跑道而言,不论在救援车辆较少,还是救援车辆较多的情况下,第一条路径对应急救援的效果均优于第二条路径;
(3)对于18R跑道而言,不论在救援车辆较少,还是救援车辆较多的情况下,第二条路径对应急救援的效果基本优于第一条路径;
(4)第一条路径下的18L跑道更加适应于救援车辆较多的情况;第二条路径下的18R跑道更加适应于救援车辆较多的情况。
参考文献
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作者简介
唐志星(1989-),男,湖北省老河口市人。硕士学位。现为中国民航飞行学院助教。主要研究方向为民航安全管理,民航运行仿真。
关键词:机械加工设备;布局方案;仿真技术
前言:对于机械加工设备布局来说,主要有两种布局设计方式,一种是手工设计方式,这种方式依靠经验和手工推演计算,科学性有待商榷,一出现低效率和片面性问题,另外一种则是利用计算机辅助进行设计,通过企业的CAD/ERP/CAM等信息数据接口提取数据和分析数据,从而对机械加工时设备进行布局和仿真。通过仿真结果来评估机械加工设备和生产能力,从而为机械加工设备的布局以及加工生产调度计划制定提供依据。基于以上,本文简要分析了机械加工设备布局方法及其仿真技术。
1机械加工设备布局设计
1.1设计步骤分析
机械设备布局规划设计的步骤主要有四个阶段:①初步设计阶段:指的是对车间布局面积、零件年产量、工艺数据等相关企业信息进行收集,制定生产工艺的总体过程和纲领;②详细设计阶段:主要指的是对初步设计中的问题进行分析,完成机械设备布局的设计流程[1];③建模仿真阶段:指的是对机械设备、布局、工艺等数据进行模型的建立和仿真过程;④优化评价阶段:指的是对机械设备布局结果和仿真分析进行科学的鉴定和评价。
1.2建模过程
用编码对机械设备的长、宽、高、位置坐标、加工能力以及所属车间等一般属性进行表示,用特殊符号对必须紧邻、必须远离等机械设备之间的约束关系进行标示。综合考虑影响机械设备布局的参数,选择合适的机械设备车间物流类型和布置类型,例如工艺布置类型、成组布置类型、产品布置类型等。
1.3多目标优化
对影响企业生产和工艺规程的零件年产量、批量等参数进行研究。不同零件工艺想进成都以及不同工艺对应机械设备的加工时间都有着一定的差异性,通过数学建模的算法来计算出不同条件下对应的机械设备布局。布局优化目标是提升机械设备的利用效率、减少零件搬运距离、降低等待时间。
在优化的过程中,如何保证系统满足加工规则的基础上实现目标要求的满足是关键,计算机辅助机械设备布局可以通过仿真的方式来实现对机械设备生产线反馈信息优化,从而对机械设备布局进行调整和核对,使其满足系统目标函数。
1.4机械设备加工规则
在机械设备仿真过程中要满足一定的加工规则:①一个机械设备在同一时间只能够加工一个零件;②在选择加工顺序的过程中,要根据工艺路线选择对应设备来确定加工顺序,或者按照设备编号进行加工[2];③零件工序和时间提前输入设定,在允许范围内可以对机械加工设备的加工能力进行调整;④预先确定零件进入加工生产线的时间。
2方案设计与实现
2.1机械加工设备布局流程
用模型来表达复杂的加工过程,去除不必要的细节,对实际生产模型实现简化,之后建立仿真模型,进行仿真过程,输出仿真结果。
首先,对数据库中初始化机械加工设备布局位置值进行访问和获取,以此为基础对车间已有生产线的初始化布局进行绘制。采用物理距离最短、加工时间最少的优化目标制定布局的类型和作业计划,即对加工过程中操作状态进行规范化和标准化。
生产车间机械加工设备的布置形式可以分为两种,一种是线性布置方式,一种是网状布置方式。一般来说,机械设备布局主要采用线性布置方式,线性布局方案有很多种,例如蛇形模型布局方案、直线模型布局方案等。从本质上来讲,布局优化过程是复杂的组合优化过程。
2.2离散事件仿真技术
在计算机辅助机械设备进行布局的过程中,不仅需要设计布局,还需要对布局进行仿真和检验,机械设备布局仿真能够对结果进行预测和分析,等够为实际的加工生产过程提供重要的参考标准,例如生产时间、设备利用率、瓶颈工序等都可以通过仿真来获取。
在仿真的过程中,需要对实际的机械加工设备加工生产过程进行模拟,这就要建立机械设备、车间、工艺以及人员的数据表。对于机械加工来说,其生产线属于典型的离散事件,这就需要采用离散事件仿真的方法来对整个机械加工设备布局进行模拟仿真,离散事件仿真技术能够让生产线的加工任务在机械加工设备上流动加工。可以采用模拟时钟进行仿真,当机械加工设备完成一道工序之后,模拟时钟就会向前推进一个单位,加工任务的完成相当于一个事件,建立仿真程序,输入仿真参数和数据,对仿真程序进行初始化,定时器T=0,当有加工任务存在时,定时器T计时开始,之后进行加工仿真[3]。
2.3仿真方案技术实现
在相关平台中建立数据表,用关键字将数据表联系起来,采用ADOi数进行数据交互,仿真有着动态性的特点,需要及时刷新来显示具体的仿真效果,采用GDI来绘制图形。
面向对象建立CJob、CTask等仿真类,其中CTask与工艺表对应,CWorker与工人类对应,将CTask对象添加到CJob的数据链表中,此时完成仿真任务的建立。仿真类对象有着可重用性、可修改性和可集成性的特点,其属于模块性质,以机械加工设备、零件以及事件等的建立为基础,通过几何图形的二维特征或三维特征来对仿真事件的发生对象进行描绘,用不同颜色来对事件的状态进行区分,从而实现仿真方案技术的实现。
结论:综上所述,本文简要分析了机械加工设备的布局方法以及仿真技术,探讨了机械加工设备布局设计流程和具体的方法,研究了仿真技术方案的实现,旨在为相关研究提供参考。
参考文献
[1] 刘弟新. 机械加工设备布局方法及其仿真技术研究[D].大连理工大学,2006.
关键词:继电保护;图形化仿真;虚拟继电器
1 引言
电网本身是由众多元件连接成的统一的系统,对电网中继电保护设备的要求不仅仅局限于逻辑功能正确、动作可靠,更重要的是强调各级电网的继电保护设备的动作行为必须严格配合,在一次设备发生故障时,保护装置必须做到该动必动,不能误动。继电保护定值作为保护设备能否正确动作的直接依据,各级继电保护装置动作行为的配合实际上就是保护定值的配合。如果对保护定值的正确性进行校验就必须考虑到各级保护定值的逐级配合,联系各级电网对定值进行系统的校验。
由于电力系统故障的瞬时性、突发性、破坏性以及故障过程的不可逆转性,现有的技术手段尚不能对电网各级保护定值进行系统的检验。本系统在现已成熟的电网一次设备电磁暂态仿真(DDRTS仿真系统)技术的基础上,采用图形化仿真支撑平台系统建立电网中各种继电保护设备的数字化模型――虚拟继电器,将电网中各级保护定值置入虚拟继电器,通过对电网进行各种电磁暂态过程仿真,观察各虚拟继电器的动作情况,从而检验电网中各级继电保护定值的正确性。
2 电网一二次系统的数字化建模
DDRTS是基于微机开放式的体系结构和自主开发的全中文图形化电力系统仿真软件,用于模拟电力系统的电磁暂态过程,可以进行电力系统一次系统部分的仿真计算。
仿真系统中包括丰富的电力系统元件模型,如发电机、励磁机及励磁调节装置、调速器、电动机、变压器、负荷、断路器等,能够根据系统实际接线结构、元件参数对一次系统的运行情况进行准确的计算,输出与系统实际相同的电压、电流波形。
2.1 实际电力系统模型的建立
利用仿真软件提供的电力系统元件库,根据实际的电网接线图将有关元件进行连接,输入各元件数据,并通过编译生成电力系统一、二次电网数字化模型。
2.2 各种典型保护的建模
为构建电网二次系统,形成完整的电网模型,利用仿真软件建立各种典型保护的数字化模型,从而建立完善的一二次电网系统。
3 电网一二次系统闭环仿真测试
针对以上系统模型,模拟各种情况下系统的电流电压变化情况,根据仿真结果对比一、二次采样同步、数据计算模块运行情况,分析验证保护采样接口算法、滤波算法、各种保护算法的原理、配合效果,整定方案合理性等环节,从而对系统的正常、异常及事故运行情况进行预测,从而采取有效措施保证电网的安全稳定运行,减少事故损失。
⑴系统正常运行情况下一次系统潮流与二次系统采样分析
⑵系统故障情况下一次系统潮流与二次系统采样分析
利用已搭建的实际一二次系统的数字化模型,分析系统故障时不同安装地点保护的动作行为和相互配合情况。
4 二次系统整定方案校验
在已建立的一二次仿真模型上,将保护整定方案输入保护模块,实际模拟各种不同类型的故障和各种异常情况(主保护退出、开关拒动)下的故障,保护动作逻辑均正确,同时也反应出当主保护退出后,后备保护的配合不易整定。
5 结论
虚拟继电器开发及仿真研究系统的应用,有利于提高继电保护整定值校验的可靠性,避免因整定失误造成不可预见的电网事故,降低定值复核所投入的人力、物力大幅度提高了工作效率,对优化二次电网结构编制技术改造方案提供有力的技术支撑。
[参考文献]
【关键词】布料动画;仿真模型;方法:挑战
布料动画技术时代的到来,即模拟虚拟场景过程中,布料在不同的力的作用下随着时间的发展跟进展不断地发生变形,20世纪80年代时兴起的这一门技术,使得布料动画不断地应用于电视、服装工业,以及包括最新的游戏等不同的领域中,还有三维数字电影中,布料动画的在我们看来是角色视觉逼真性较高的技术,作为一种必要的技术手段,可以令服装模型随着角色的不同位置的运动产生最令人感觉真实的动态效果,在我们最近流行起来的三维游戏中,最令人印象深刻的着装虚拟角色,提高了布料动画中虚拟场景的着装角色,对“沉浸度”进行提高,使人有“身临其境”之感,我们的服装中,三维服装的CAD、虚拟试衣技术,展示了最新的服装设计和展示模式,设计师设计的服装达到顾客的满意。
布料动画技术应用于我们的生活中的成功,从而引起了学术界的关注,同时也引起了人们的研究,现在来看,人们对布料动画的研究,偏向于早期的文字记载等,少了对近期的研究与记载,从而限制相关研究,由于布料动画方的法是布料动画技术展现在我们面前的最为根本的核心问题,因此本文重点围绕布料动画方法进行介绍,其次,提未来得挑战性关键问题,并表现出布料动画在相关领域的研究与应用前景的方向。
一、布料动画方法
布料动画方法,叙述出布料在力的作用下的产生的变化,构造出布料动画的基本模型,是布料动画中最基本的核心问题。
1.约束动力学法
约束动力学法,经常是对其中的刚性成分定义成为约束,使得其在刚性变形的同时增强了稳定性。就是几何得约束力以拉格朗日乘子、约束力的形式增加到动力学系统中,建成约束动力学方程,用求解该方程,得到布料动画技术中最终变形在布料动画中。
2.并行计算法
并行计算法,应用于迫切增长的实时性的高需求,出从发展起来的,就是现在生活中在多核处理系统等等的多种计算资源构建出来的布料动画的并行计算模型,以加速动画模拟计算,提高动画的高效率。
3.混合法
混合法,就是以实时性作为研究的目标,将物理法、几何法系统的结合在一起,同时不降低逼真性,达到提高计算机的效率。有两种解决的方法,一是全局和局部混合策略的方法,使用物理的不同方法的运动方法趋势从而进行模拟,再利用几何的方法进行模型平滑的处理、或者生成褶皱等局部;另外的一种,是采用区域的混合的策略,是根据一定来说准则对服装模型从而进行区域额分割,然后分区域进行动画的建模,在保证实时计算的前提下,达到最可能的提高动画视觉的效果。
4.自适应网格法
自适应网格法,就是当物体在发生较多弯曲变形、丰富的褶皱区域进行高密度网格,其它地方采用相对稀疏网格,动画效果不变的前提下,动画的制作效率进行提升。建立自适应网格模型。
5.几何法
几何法,只需要考虑布料的几何属性,从而利用样条曲线、悬链线等变形,模拟布料布局或服装整体的整体造型,一开始的几何模型是悬链线的模型,进行计算两个约束点的之间悬链线的模型,表达布料的垂悬状态。对于逼真连贯布料变形动画是非常难的。
6.实例数据法
实例数据法,就是通过视频数据或三维数据,重新表达服装模型运动,或者是根据已经有的实例数据,出来新的动画。通过运动捕获的技术与动画合成技术,在计算机的领域中发展,从新建造重用额问题进行高效率研究,研究结果表明:一般来说,运动捕获技术的获取,实例数据通常是真实有效额,可靠性高的,使得服装动画合成达到效果。但是,通常在运动过程中的遮挡造成信息的丢失,达到“补漏”工作量的巨大。所以,做出合理运动模式,从而避免过度遮挡,设计有效的“补漏”方法,都是较为重要的问题。
7.物理法
物理法,就是考虑布料的物理属性,做出物理额受力模型,还有标准动力学方程,以及拉格朗日方程,从而对受力进行分析,得知变形状态,在中间主要包括物理受力模型,模型参数学习,及数值求解技术三方面要求的内容。
二、布料动画面临的挑战及其发展趋势
我们现在生活中,布料动画技术还尚不能满足动画电影、三维额游戏应用中交互式地、生成动画的要求。在我们生活中服饰细节信息同时降低时间、内存消耗等,取得真实感、高效性之间的矛盾,主要体现在以下方面:
1.布料动画的实时性
实时性是关键问题。在动力学方程的求解,以及碰撞检测的响应,是影响计算速度主要的因素。动力学微分方程求解中,通常显式方法是采取近似的方法进行数值的不同计算,计算复杂度相对较低。数值稳定性在模拟过程中的确保,降低了弹簧的刚度。时间的步长旨在获得单位时间长度的布料动画,其所需计算次数的不断增加;另外一点,取小弹簧的刚度,会达到“超弹性形变”,真实感明显降低。数值方法可以知道,隐式的方法相比较显式的方法,在布料动感模拟中,能使系统具有稳定性,能快速使系统趋于平衡,显示出高效性。比较困难的是如何在准确性、实时性上取一个中间的方法。
2.布料动画的真实感方面
布料动画存在的关键性问题是在于满足真实感的需求,而现有利用最为复杂的连续体模型,依旧不能模拟布料动画的某些行为。质点――弹簧模型,是一种表示简单、易于构建的动态建模的方法。生活中对该模型的研究已有多年的历史。然而,真实感、实时性的研究进展一直停滞,相比较生成视觉效果看,如何表现布料的褶皱成为关键。
3.基于物理的布料动画展望
总的来说,利用计算机图形的方法,达到对布料动画的仿真和模拟,但是也面临问题:在我们日常中追求“渲染速度”中,比较强调“真实感”,现在的布料动画研究成果,难兼顾实际的应用,提出高度真实感和实时性,使得布料动画出现了新的机遇和挑战。
三、结束语
布料动画是计算机领域的研究方向,研究的手段多样,最终达成布料的运动与应用。本文主要围绕布料动画的不同方法,从而对近年来的主要工作,进行了分类介绍,同时,对布料动画的现状与发展趋势做了表述,也提出了新的挑战,为布料动画的发展提供参考。
参考文献:
[1]Zhou C;Jin X G;Wang C L Shear buckling and dynamic bending in cloth simulation[外文期刊] 2008(3/4)
【关键词】发动机;怠速;仿人;预测控制;仿真
0 引言
发动机怠速工况是指发动机在不对外做功的情况下,以最低转速稳定运转的状态。在交通拥挤的城市里,车辆的怠速时间约占总运行时间的1/3,约有30%的燃油消耗与此,怠速工况对发动机的耗油量和废气排放有着重要影响[1]。汽车发动机在怠速时最易受到大用电设备使用情况的影响,导致怠速的波动,严重时会引起发动机熄火,它一方面限制了低怠速值,增加燃料消耗,另一方面也会引起车身振动,降低汽车的舒适性。因此怠速稳定性控制是一个综合协调的过程,是发动机控制研究的重要内容之一,国内外学者对此进行研究,怠速控制策略已经从传统的PID经典控制理论发展到模糊控制、预测控制等现代智能理论。但是由于发动机具有非线性、时变性及大滞后等特点,很难获得精确的发动机怠速数学模型,控制系统的参数识别和控制器参数的整定相当困难,导致怠速控制问题一直是发动机领域一个难点。为此,本文提出一种基于仿人逻辑预测控制的怠速控制策略,通过实验验证该方法在多状态切换及稳定性控制方面有明显的提高。
1 发动机因素分析
在发动机运行过程中,进气、供油、点火以及负荷变化等因素都会导致怠速转速发生变化。对这些因素进行分析,进气量、喷油量和点火角是三个变量,喷油量包括基本喷油量和补偿修正量两部分。进气量的多少决定了发动机的动力输出,点火角过大或过小都会影响发动机的燃烧特性,造成怠速化学能释放的稳定性以及尾气排放的特性。以进气量和点火角为例进行两个因素方差分析,考察节气门开度大小和点火提前角的大小对发动机曲轴转速的影响。对六缸、四冲程、2.7升汽车发动机进行MATLAB建立汽油发动机怠速平均值模型[2],模型能够良好的运行。通过MATLAB模型得到试验数据,将节气门开度值(A因素)分成A1~A41=10:0.05:12共41个水平,同时将点火提前角大小(B因素)分成B1~B41=2:0.2:10共41个水平,进行交叉分组试验,即不同节气门与不同点火提前角的配比下测定一次发动机曲轴转速,测定结果做数据表,试做方差分析。按两个因素单独观测值试验的方差分析公式如下:
式中C为校正数,误差平方和SSe=SSTSSA-SSB,总自由度dfT =ab-1,A因素自由度dfA=a-1,B因素自由度dfB=b-1,误差自由度dfe =dfT-dfA-dfB,计算结果形成方差分析表1。
根据df1=dfA=40,df2=dfe=1600,查临界F值,F=1.401684;根据df1 =dfB=40,df2=dfe=1600,查临界值F=1.401684。因为A因素(节气门开度)的F值10847.58>1.401684,故差异极显著;因素B(点火提前角)的F值4560.75>1.401684,故差异极其显著。
表1 方差分析表
通过以上两个因素方差分析得出以下两点:一是进气量和点火角对发动机曲轴转速的影响都是极显著的;二是进气量的影响比点火角的影响大些,所以通过对进气量的调节能提供比点火提前角控制更大的转矩,因此调节发动机的转速范围更大。虽然点火提前角控制产生的转矩更小,但是由于发动机任何参数的改变到发动机性能的体现都会存在延时现象,通常改变进气量来调节怠速转速时,这种时延为500ms,而改变点火提前角来调节转速的时延短的多,只有90ms左右[3]。因此,通过对点火提前角的控制方法来控制怠速时的发动机转速控制效果要快得多。最后,将怠速的控制量选为进气量和点火提前角。
2 怠速控制策略的研究
通过多因素分析确定改变怠速空气量和点火提前角对汽油发动机怠速转速实施控制。汽油发动机的怠速工况是一个非线性、时变和不确定的过程,需要找一个合适的控制方法。仿人智能控制在解决复杂问题多状态上有明显的优势,仿人智能控制器的原型算法于1979年由重庆大学周其鉴教授等人提出,1983年在国际上正式发表[4]。仿人智能控制器的原型算法为:
预测控制是一类用计算机实现的最优控制算法,建模方便,不需要深入了解过程内部机理,有利于提高系统的鲁棒性,简单实用的模型校正方法,较强的鲁棒性[5]。一个典型的预测控制系统组成大致包括原始模型、预测控制、参考轨迹和在线优化等四个部分。预测控制的实质就是使实际输出和设定的控制输入之间均方误差最小。预测控制的功能是根据被控对象的历史信息和未来输出来预测系统未来输出[6]。
仿人逻辑控制器是对人主动开环控制及强时变控制的模拟,预测控制是对师傅经验的模拟,其共同特征是主动时变控制[7]。两者的结合将是对人的控制思维特点的较全面模拟。仿人逻辑控制器系统在正常区间运行平稳,突发事件瞬间切换,能够确保系统安全,模型失配时也能保证满意运行。虽然这样的处理也许不是全局最优的,但却是在确保强鲁棒性基础上的局部最优,这样一种策略对于某些工业控制至关重要。因此,本文针对怠速控制设计了发动机仿人逻辑控制器,如结构图1。
控制器的工作原理如下:在系统工作时逻辑控制器和预测控制器同时工作,其控制输出量分别为K(t)和U(t)。逻辑控制设置较宽的误差控制带e0,其作用是用最短的时间将发动机转速转变到目标怠速状态,暂且不管小的波动。预测控制的作用是利用预测模型将发动机转速稳定在正常状态,并使控制曲线最优。控制量切换要选择合适的时机对这两种控制信号进行切换。具体而言,当发动机转速远离正常状态,即通过仿人逻辑状态判断其运行状态,通过控制量切换到预测控制器,此时相当于师傅的经验开始起作用。这样一种控制结构充分利用了逻辑控制对模型匹配要求极低的特点,在模型失配的情况下仍然能取得满意效果。此控制器的本质是时变开环控制加闭环校正控制,是将人的思维控方式融合到模型中的结果。
3 仿真验证
3.1 仿真条件及过程
汽车在启动的过程中,发动机曲轴转速是从低转速迅速到达目标怠速的过程,然而汽车在正常运行中,从运行状态到怠速是一种非常普遍的过程,在这个过程中,发动机曲轴转速是从高转速迅速降到目标怠速的过程,所以分析这种状态也是很有必要的。所以实验过程中,本文分了两种情况进行实验分析,即发动机曲轴转速从低转速到目标怠速的情况和发动机曲轴转速从2000r/min速降到怠速的情况。将发动机的目标怠速设定在850r/min, 对PID、模糊和仿人逻辑预测控制(HLPC)三种控制方法进行仿真对比,验证本文提出的控制方法的优越性。最后在达到稳定怠速的时间段内加入10N的外加力矩,仿真对比哪种控制方法好。
3.2 仿真结果
发动机曲轴转速从低转速到目标怠速的情况如图2所示,蓝色虚线的是仿人逻辑预测控制的结果。在模型完全匹配的情况下,本文提出的仿人逻辑预测控制器的结果是最优的,在仿真效果图中可以看出在此控制下发动机转速能够迅速的达到目标转速,明显比PID控制和模糊控制的效果好。整个怠速系统在10s时加入10N外加力矩,放大10s处外加力矩时的状态,可以看出仿人逻辑预测控制也能很好的达到要求,在受到波动的情况下能很快的恢复到稳定的状态,效果也比PID控制和模糊控制的效果好。
发动机曲轴转速从2000r/min速降到怠速的情况如图3所示,本文提出的仿人逻辑预测控制器的曲线在下降的过程中能够比较平缓并且迅速的过度到怠速的目标转速,稳定性明显比PID控制和模糊控制的好。整个怠速系统在20s时加入10N外加力矩,仿人逻辑预测控制的控制效果也是比较好的。
4 结论
对汽油发动机怠速控制仿真的研究表明,基于仿人逻辑预测控制策略的怠速控制器与单一的PID,以及模糊控制相比有更好的动态品质,且运行稳定,并在一定程度上解决了预测控制的鲁棒性问题,仿真结果对发动机怠速控制的台架实验具有指导价值。
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关键词:风力发电机;故障诊断;振动;监测
引言
面对当前不可再生资源的短缺状况,学者们不断的探索和发展可再生清洁能源,一二五规划的推动下风力发电已经建成规模,发展时又出现了新的问题,风力发电机组频出故障。因而对于风力发电机的故障诊断变得尤为重要,并且风力发电机是大型的旋转机械设备,其理论同样适用于其他大型机械设备,对风力发电机故障诊断的研究有很深远的实践意义。
1 风力发电机故障研究
振动是对旋转机械运行时各部分状态的有效反应,振动信号的采集和处理对故障诊断的正确性和及时性都有直接的影响。对于风力发电机来说,振动信号的非线性是对故障反应的最明显信号,通过对非线性信号的处理,并结合先进的知识工程、信息融合技术对风力发电机进行准确的故障诊断。
2 故障征兆及特征提取
风力发电机的振动信号能够直接反映风机设备的实时运行状态,可将振动信号分别在时域、频域和幅值域进行分析,将分析结果作为故障的征兆及特征。下面简述几种常用的故障分析方法。
2.1 时域分析
风力发电机运行时会有速度的变化,振动状态会随之改变,信号为非平稳信号。时域法是以时间作为变量,从时域的角度对信号进行描述和分析,分辨和推断出信号所携带的信息。能比较直观、清晰的观察到信号的变化,能对信号的整体状况有一个比较完整的大致了解,通常它包含的信息量大,对明显的、突发的故障有明显的特征,得到对信号的原始的、初步的判断。
2.2 频域分析
频域法是原信号在频域中的情况,频域的获取一般依靠傅里叶变换的方式,分析时,振动能量大的是幅值高的频率谱谱峰,分析产生高幅值的频率分量。分析中,要摒除对正常运行没有影响分量,即使存在较大振动分量而不随时间的变化而变化,则此分量对设备的整体运行的影响很小。值得注意的是一些幅值较小分量的迅速增长,可能是设备故障的一种预示,应重视。
2.3 功率谱估计
从频域的介绍中得知,风力发电机在频域中有一定的故障征兆和特征,进而又发展了一种功率谱估计技术。经典功率谱估计方法分直接法和间接法,均进行傅里叶变换。两方法分辨率低、方差性能差,因而出现改进的直接法,与经典法相比可以得到平滑谱线、高分辨率和高精度。
2.4 其它方法
对风力发电机故障诊断和预警可以延长使用寿命、节约经济成本。针对此类设备常用的分析方法有轴心轨迹、全息谱、角域分析、统计分析、相关分析、相干分析、时间序列分析、传递函数分析,下面简要介绍前两种。
2.4.1 轴心轨迹
轴心轨迹是旋转机械振动转子振动状态的一种重要征兆,不同的轴承结构有不同的故障特征,针对不同结构、不同型号的风力发电机也有不同的轴心轨迹来反应故障特征。
2.4.2 全息谱
风力发电机在运行时,转子受力使得转子发生弯曲和扭转振动,全息谱针对类似于风力发电机类得的旋转机械故障征兆提取的一种重要技术。全息谱在以FFT算法为基础,按自由方式采集振动信号幅值、频率和相位值,得到风力发电机的故障特性。
3 风机故障的诊断推理
故障诊断推理就是对故障的识别,按诊断方法大致可以分为三个方面:信号的处理;模型的分析;多种知识融合;针对上文所述,下面对故障诊断几种常用的方法进行一下概述。(1)专家系统的故障诊断方法:运用蕴含在专家系统中的经验知识,将接收到的故障信息进行故障推理,在系统中找到与之匹配的故障类型,判断所接收信息的故障类型,其中知识库和推理机是此方法的核心部分。(2)小波分析的故障诊断方法:在傅里叶分析的方法上发展起来的,在动态系统中,故障信号会引起整个系统的信号变化,小波变换可以用来检测信号的不规则点来对整个系统的工作状况进行判断。(3)神经网络的故障诊断方法:人工智能网络有很多优点,包括容错性、自适应性、鲁棒性、自学习性等,在故障诊断方面有优越性。在故障诊断系统中神经网络系统,一般包括两个阶段,训练学习阶段和诊断匹配阶段。(4)模糊逻辑故障诊断方法:以模糊集合为基础的模糊逻辑可以克服故障系统本身的不精确性、噪声干扰等问题,尤其在复杂的大型系统、时变方面、时滞方面、耦合方面都有其特有的优越性。选择运用恰当的隶属函数和模糊规则,根据实际的故障运行数据进行模糊逻辑推理,从而实现模糊故障的诊断。(5)故障树故障诊断方法:是一种对安全性好和可靠性高的故障诊断方法。故障树由故障形成的原因和结构够造出来的,故障树的顶事件是系统不希望发生,而中间事件和底事件的发生与否对顶事件的发生有一定的影响,再按照逻辑门的关系,得到倒树状的结构反映信息之间因果关系的模型树。
伴随科技水平的进步和提高,单一的故障诊断方法不再是发展的潮流方向,人们不断的尝试将多种智能的诊断方法结合,发现结合后互补各自方法的不足的同时还能将各自的优点突出。
4 风机状态监测与故障诊断技术的发展趋势
(1)向整体系统发展,集中控制,建立大型故障数据库,对风力发电机运行转台进行比对,及时发现故障、解决故障。整个系统向着可靠性、智能化、开放性及与设备融合为一体的方向发展。(2)采集器,作为对振动信号采集的关键部件向高精度、高速度、高集成以及多通道方向发展,精度从8位到12位甚至16位,采集速度从几赫到几万赫,采集方式从等时采样到等角度同步整周期采样方向发展。(3)数据传输,将传感器采集到的数据迅速传输回控制中心,由计算机的串行口和并行口通讯向着网络通讯的方向发展。(4)监测系统,界面更人性化、智能化、友好化,方便用户的观看和操作,融进多媒体技术,实现数据的动态显示。(5)诊断系统,诊断更智能化,可以实现多个故障的诊断,实现在线采集振动数据,实时诊断振动状态的方向发展。(6)数据存储,存储容量更大,存储方式更便捷的方向发展,建立通用安全的、可靠的大型数据库。
6 结束语
综上所述,我们可以看到近年来风力发电机在振动检测方面的故障诊断在迅速发展,以计算机技术、信号处理技术、人工智能技术为基础,进一步建立了更加智能化的风力发电机故障诊断技术,并且实践证明几种大型的诊断方法集成的诊断方法诊断效果更好。对于实用性极强的故障诊断技术,在理论的研究上已经很先进了,但工程实践方面较少,未来的发展趋势就是将理论与实践相统一,真正为实际工程所用。
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