拓扑结构精选(九篇)
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第1篇：拓扑结构范文
对于学习过一些计算机知识的人来说，“拓扑”这个词应该不算陌生，对于常见的三种标准的拓扑结构——总线型、星型和环型也都会有所了解。“拓扑（Topology）是几何学和图论中的基本概念，用于描述点、线、面之间的几何关系；计算机网络技术中借用拓扑的概念来描述节点之间的相互关系，从而确定节点在网络中的确切位置以及它与网络中其他节点之间的相对关系。”[1]大多数人对三种标准拓扑结构的认识都是从它们的物理布局开始的。正如名称表示的那样，总线型是网络的所有计算机都通过一条电缆线互相连接起来；环型是每台计算机都与相邻的两台计算机相连，构成一个封闭的环状；而星型是计算机通过各自的一条电缆与一台中央集线器相连。
但学习网络的拓扑结构不仅仅要明确它们的物理布局和简单记忆各自的优缺点，更主要的是了解各种拓扑结构中数据流动的方式。通过对各种拓扑结构中访问控制方式的深入认识，加强各类型的对比，从而进一步体会各种网络拓扑结构的优缺点。
下面是总线型、星型、环型三种标准拓扑结构中访问控制方式的相关内容以及自己的一些理解和看法。
1 总线型
总线型拓扑结构也称点对点的拓扑结构，原因就是网络中的每台计算机均可以接收从某一节点传送到另一节点的数据。看似简单的数据传输方式却有许多值得思考的地方，例如某一时刻在共用的信道上，可以同时发送几个电子信号；如果某一时刻只能发送一个电子信号，那么怎样决定发送权等等。
总线型网络只有一条主电缆，该电缆仅能支持一个信道，所有计算机共享总线的全部容量。故而在某一时刻，只能有一台计算机发送电子信号。同时电缆线上的其他计算机均在监听传送中的信号，但只有那个地址与信号地址相匹配的计算机才能接收电缆上的信号，而具有其他地址的计算机对此信号不做反应。
总线型拓扑结构的网络一般采用分布式媒体访问控制方法。传统的总线型网络采取竞争的方式获得发送权，还有一种总线型网络在物理连接上是总线拓扑结构，而在逻辑结构上则采用令牌环。“‘令牌’是一种控制标志，由“空闲”与“忙”两种编码标志来实现。
“‘逻辑结构采用令牌环’的实现是总线型网络中的各个工作站按一定顺序，如按接口地址大小，排列形成一个逻辑环。”[2]只有令牌持有者才能控制总线，才有发送信息的权力。总线网中令牌的传递与环型网中令牌的传递相似，但由于是逻辑成环，所以控制电路对于真正的环型网络稍显复杂。
总线网结构简单、布线容易、可靠性较高，易于扩充，但若主干电缆某处发生故障，整个网络将瘫痪，且发生故障时不易判断故障点。
2 环型
环型拓扑中网络的所有节点都连接在一条首尾相接的封闭式通信线路上，整个网络既没有起点，也没有终点。在了解了总线型拓扑结构之后，我们不难想到环型拓扑就是把总线型拓扑中的首尾两节点连接在起来。
与总线型相同，环型网络在任一时刻最多也只能有一台计算机发送数据，并且也采用分布式媒体访问控制方法。环型网络中的“令牌机制”使每个节点获得数据发送权的机会均等。令牌处于空闲状态时沿着环型网络不停的循环传递。当一台计算机需要发送数据时，其本身的系统就会允许它在访问网络之前等待令牌的到来，一旦它截取令牌，该计算机就控制了整个网络。此时该计算机就会把令牌转换成一个数据帧，该帧被网上的计算机依次验证，直至达到目标计算机。目标计算机应答后会发送一个新的空的令牌，供其他需发送信息的计算机使用，进行新一轮的发送。[3]
环型网络控制简单、信道利用率高、通信电缆长度短，缺点是扩展潜力有限，以及同总线网相似的，任何一个节点发生故障都可能导致整个网络不能正常工作，且寻找故障点比较困难。
3 星型
有人将星型拓扑结构形象地将比喻为一个由车轴和辐条所组成的车轮，车轴部分就是中央集线器hub。由此可以看出，星型拓扑结构的网络属于集中控制型网络，整个网络由中心节点执行集中式通行控制管理，各节点间的通信都要通过中心节点。因此，星形网采用集中式媒体访问控制方法。
星型拓扑也是通过竞争方式获得发送权。只是每一个要发送数据的节点都将要发送的数据发送中心节点，再由中心节点负责将数据送到目的节点。因此，中心节点相当复杂，而各个节点的通信处理负担都很小，只需要满足链路的简单通信要求。中央节点有三项主要功能：“当要求通信的站点发出通讯请求后，控制器要检查中央转接站是否有空闲的通路，被叫设备是否空闲，从而决定是否能建立双方的物理连接；在两台设备通信过程中要维持这一通路；当通信完成或者不成功要求拆线时，中央转接站应能拆除上述通道”。[4]
星型网络结构简单、容易实现、便于管理、连接点的故障容易监测和排除。但不难看出，中心结点是全网络的瓶颈，中心结点出现故障会导致整个网络的瘫痪。
参考文献
[1] 倪玉兴.计算机网络技术基础第二章课件.2007
[2] 数字电视原理与实现
第2篇：拓扑结构范文
面对传统燃油汽车因尾气排放造成的污染及其对石油等自然资源的过渡消耗，电动汽车成为各国发展的热点。目前许多国家的政府、各大汽车生产厂商以及各个科研机构都在从事电动汽车技术的研究。而电动汽车车载充电机是电动汽车中的一个重要部件，对电动汽车的发展及推广应用都有很重要的作用。
【关键词】车载充电机 拓扑 PFC DCDC
电动汽车从供电电源处获取电能，并将电能转换为蓄电池的化学能，当汽车运行时提供给电动汽车行驶的动能。其充电技术是电动汽车的一项重要的技术，目前充电机根据应用环境，主要有地面式充电机和车载充电机。地面式充电机一般安装在地面，可适应不同的充电需求进行大功率地快充或者小电流地慢充。而车载充电机安装在电动汽车上，一般设计为能与普通的民用交流电源插座连接，用以对电动汽车进行小功率慢速充电，而车载充电机与地面式充电机不同，其除了要考虑充电对蓄电池的影响，还需要对整个充电机的体积、重量、环境因素、车内布局等因素进行考虑，同时由于其大部分采用民用电力进行充电，还需要考虑充电机对电网的影响。
1 车载充电机总体结构
国内外都针对电动汽车车载充电机进行了研究，目前采用的结构分为两大类，一种是不控整流加高频隔离直流变换器。这种结构一般来说对功率有很大限制且功率因数较低，对电网造成的污染较大，因而其大量接入电网可能会对电网的稳定产生影响，但是这种结构满足安全的要求，且一般成本较低，其体积和重量也较容易控制。该结构中，不控整流模块将电网的交流电能转换为直流电能，并进行稳压滤波后，再通过DC/DC变换器将电能变换为可以对蓄电池进行充电的电能。
另一种是前级功率因数校正，后级隔离直流变换器的结构。这种结构也可以满足安全的要求，且对电网污染小，能实现低谐波和高功率因数的要求，但是由于其两级结构导致其装置一般体积会较大，成本较高。该两级结构中的第一级为PFC电路，其可提高输入的功率因数并抑制高次谐波；而第二级为DC/DC变换器，其将电能变换为可以对蓄电池进行充电的电能。而这种两级结构中也有串联的并联两种连接方式，而串联型结构应用最多。其总体结构如图1所示。
2 车载充电机电路设计
由前级PFC和后级DCDC构成的两级结构由于其对电网污染小，能满足效率和功率因数的要求，因而应用最多。
2.1 前级PFC结构
前级PFC电路用于输出稳定的电压，同时使输入具有较高的功率因数。其典型的前级PFC电路结构由BOOST型升压电路、交错并联型PFC等。
2.1.1 BOOST型升压电路
Boost型升旱缏纷魑前级功率因数校正的应用由于其结构简单，控制结构简单，工作性能稳定等优点，因而应用很广，其拓扑结构如图2所示。
该电路的优点是输入电流连续，EMI和RFI较低，其输入电感可以降低对输入滤波的要求，功率因数较高，其缺电是随着输出功率的增加，其导通损耗增大，效率降低同时对散热也有较高要求，其电感体积较大，输出纹波电流也较大。
2.1.2 交错并联型PFC
随着功率等级的不断提高，BOOST型PFC的使用受到限制，而交错并联技术能够有效降低功率器件的电流应力，减小电流纹波和磁性元件的体积并提升设备的功率等级，因而交错并联型PFC在车载充电机中的引用也非常常见。其拓扑结构图如图3所示。
典型的交错并联Boost PFC电路采用两路Boost电路并联，相互互补工作。其电路的优点是工作时由于电路纹波电流的抵消使得输入和输出的纹波电流较低，其相应的滤波电路尺寸可以减小，相比Boost型升压电路，其损耗降低，但是其器件数目增加带来的控制电路使得其成本升高，其对散热也有较高要求。
2.1.3 其他PFC结构
除上述Boost型和交错并联PFC外，其他PFC电路，如全桥PFC、Buck、Buck/Boost、反激式、Cuk式、Zeta式，也在一些设计中有其应用。
2.2 后级DCDC结构
后级DCDC一般受控于电池管理系统，根据电池组反馈的电量信息和所需的充电模式，即使调整输出，以实现智能充电。
2.2.1 移相全桥DCDC变换器
其可以达到最大的输出功率，因而其适用于大功率的场合，但是由于其结构及其控制电路复杂导致其陈本较高，可靠性相对较低。其结构如图4所示。
2.2.2 LLC谐振变换
LLC谐振电路具有开关损耗低、输入电压输出电压调节范围宽的优点，由于其谐振元件都集中到一个磁性元件上因而减小了变换器的体积。然而由于其参数众多，因而导致其工作过程复杂，调试难度大。其结构如图5所示。
2.2.3 其他DCDC电路
除上述移相全桥型和LLC谐振外，还有推挽式电路，其通态损耗较小，驱动简单，这适用于低电压、大电流的工作场合，全桥DCDC电路适合一些大功率应用的场合，其他如有源钳位正激式电路等也在一些设计中有其应用。
3 总结
随着电动汽车在世界范围内受到越来越多的关注，其市场潜力十分大，而电池及其充电技术仍然是一个限制电动汽车普及的因素，其中的车载充电技术也是亟待发展的，电动汽车恶劣的车载条件对其效率、功率因数、功率密度和温度等提出了更高的要求。在现有市场中，其各种拓扑结构各有其优缺点，根据功率需求、输出电压、电流等级要求、成本等具体要求的不同，其车载充电机的具体拓扑结构是多种多样
参考文献
[1]陈柳钦.新能源汽车产业发展的政策支持[J].全球科技经济t望，2010（05）.
[2]孙逢春.电动汽车发展现状及趋势[J].科学中国人，2006（08）：44-47.
[3]高丽丽.大功率电动汽车多功能智能快速充电机的研究[D].山东：山东科技大学.2010（05）.
第3篇：拓扑结构范文
关键词：EPA 拓扑结构 实时性
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)12-0117-01
随着工业控制过程中对数据传输速率的要求不断提高，RS232或RS485等串口总线无法满足工业控制的要求，将以太网用于工业控制网络已经成为一种趋势。EPA(Ethernet for Plant Automation) 工业以太网是中国完全拥有自主知识产权的第一个也是唯一的现场总线国际标准。EPA采用了通过交换机或集线器建立起来的星型拓扑结构，当网络规模比较大时需要通过级联的形式组网，大量的集中布线，不但会增加成本，而且也增加了安装、调试的难度。此外采用交换机的EPA网络中的节点的最远直接传输距离受以太网物理层PMD电路驱动能力的限制，最大不超过200米（双绞线），因此采用EPA技术的工业以太网的节点分布距离只能在200米线缆范围（非地理范围）之内。对于一些不宜大量布线和传输距离较远的工业场合如城市地铁监控系统、矿井生产监控系统等，这些因素严重阻碍了EPA的推广应用。所以要进一步改进EPA的性能, 拓展EPA网络的应用范围,对EPA的拓扑结构展开研究很有必要。
1、 EPA及其微网段概述
为了提高网络的实时性能，EPA对ISO／IEC8802.3协议规定的数据链路层进行了扩展，增加了一个EPA通信调度管理实体（Communication Scheduling Management Entity,CSME）。CSME不改变IEC8802.3数据链路层提供的服务，也不改变与物理层的接口，只是完成对数据报文的调度管理，包括周期报文和非周期报文的调度。对于非周期报文，CSME不作任何处理直接传输；而对于周期性的报文，则要先根据事先组态好的控制程序和优先级大小，传送给数据传送设备，经过处理后再传到网络上，以避免同时向网络上发送数据，产生报文冲突。在EPA系统中，将控制网络划分为若干个控制区域，每个控制区域为一个微网段。这种方案能够完全避免冲突的发生，每个微网段通过EPA网桥与其他网段分隔，该微网段内EPA设备间的通信被限制在本控制区域内进行，而不会占用其他网段的带宽资源。处于不同微网段内的EPA设备间的通信，需由相应的EPA网桥转发控制。EPA网桥至少有2个EPA接口，当它需要转发报文时，首先检查报文中的源IP地址、目的IP地址和EPA服务标识等信息，以确认是否需要转发，并确定报文转发路径。因此，任何广播报文的转发也将受到控制，不会发生采用一般交换机所出现的广播风暴。这一方案比单纯集线器方式的反应速度更快,抖动也更小。
2、总线型拓扑结构
实际上以太网采用星型拓扑结构的目的，是由于以太网的MAC层协议是CSMA/CD，该协议使得在网络上存在冲突，特别是在网络负荷过大时，更加明显。对于一个工业网络，如果存在着大量的冲突，就必须得多次重发数据，使得网间通信的不确定性大大增加。采用基于交换机的全双工以太网，就从物理上避免了冲突的可能性。从前面分析可以看出EPA已经从协议上避免了报文冲突，所以EPA完全可以支持布线简单、无中心节点的共享介质拓扑结构，如总线型、环型等，如果采用环型结构需要对EPA网桥等物理硬件等进行重新设计，本文主要给出了总线型拓扑结构的设计方案,若要构成这样的拓扑结构，只需开发一个三端口的T型中继器，原来所有EPA设备均无须作任何改变，皆可以直接接入该网络。至于原EPA节点的总线供电问题，可以通过T型中继供电解决，每个T型中继由专用电源线独立供电。
3、线式拓扑结构的实时性能分析
用于测量与控制的数据通信的主要特点之一是：允许对实时的事件进行确定通信。实时性是工业控制过程中最重要的指标，下面我们将分析这种总线拓扑结构的实时性能。EPA实时性是建立在确定性通信通信的实现即CSME（通信调度管理实体）基础之上。通过CSME调度周期数据报文和各个优先级的非周期数据报文都会在当前周期的确定的时间发送到网络，从而使报文的发送及响应控制在一定时间内，保证实时性传输。其实时性能指标反映于EPA终端设备和EPA通信网络的实时处理能力。EPA实时性测试的目的是检验EPA被测设备的实时性能是否符合EPA标准的要求。T型中继器的功能是增加接口方便灵活组线，它对信号不做处理只是进行透明传输，所以延迟可以按连线处理。由于EPA网络中各节点预先设定顺序周期且有序进行通信，并且每次通信都是在确定的两个节点之间进行的，所以数据传输的时间延迟是确定的，可计算的。同星型拓扑结构相比，总线拓扑结构由于采用相同的通信调度算法不同的只是线路的传输时延，通过实验分析得出总线型拓扑结构在10个节点且两点通信线路距离小于1000米的情况下，通信实时性可以达到155μs，星型拓扑结构在10个节点且两点间通信线路距离小于200米情况下，通信实时性可以达到150μs。可见总线拓扑结构并没有影响实时性。
4、结语
通过上面的分析研究，可以得出EPA不仅支持总线拓扑结构，而且能满足工业控制的实时性要求。相对于只支持单一的星型拓扑结构，总线拓扑结构可以增加EPA的可应用范围，加速EPA的推广应用。
参考文献
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[2] 杨震斌,王平,王发茂.EPA安全网关原理与应用设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2007年第9期：
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[3] 姜秀柱,冯冬芹,徐钊,褚健.EPA的实时性能分析与计算[J].工矿自动化,2009年4月:39-42.
[4]胡晓钦,张晓光,尹春荣等.基于工业以太网的泵房综合自动化系统设计[J].工矿自动化,2009年06期:81-83.
[5] 姜秀柱,冯冬芹,徐钊,褚健.支持线性拓扑的EPA网络研究[J].计算机应用,2009第3期:53-55.
第4篇：拓扑结构范文
关键词：矿井；无线传感器网络；LEACH算法；层次拓扑；结构优化
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）16-3900-04
Abstract： Aiming at the characteristics of complex environment and wiring difficult in mine， according to mine real environment and system requirements， a four-storey clustering type chain topology of wireless sensor networks in the mine is built. The topology formation processes of stationary node networks， mobile node networks and whole networks are researched. Specially， the topology of mobile node networks is built by combination weighted LEACH algorithm，and the experiment simulation shows that the algorithm can reduce energy consumption effectively， and prolong the lifecycle of whole network. Meanwhile， aiming at the mobility of mine worker， the join strategy and leave strategy of mobile node are put forward respectively. The system has the specialties of multi-level， good stability and strong extensibility， which provides a good foundation for further data transmission and fusion and personnel location of mine monitoring system.
Key words：mine； wireless sensor networks； LEACH algorithm； hierarchical topology； structure optimization
我国煤矿井下自然环境复杂，矿井安全事故经常发生，造成了重大生命财产损失，同时也影响着煤炭工业的发展[1][2]。因此，建立一个有效的矿井环境及人员监测系统就显得非常重要。目前，国内矿井监测系统大部分使用的是有线方式，存在着灵活性差、布线和维护困难等局限性，无法对矿井重要参数及工作人员进行无缝的全面监控，给煤矿开采留下不可避免的安全隐患。因此，结合无线传感器网络构建矿井监测系统就成为了必然。将无线传感器网络技术与工业以太网相结合应用于矿井环境及人员监测，可以实现井内监测系统的灵活性和全面覆盖，降低布线的难度和成本，提高数据的稳定性和安全性。
矿井无线传感器网络的拓扑结构[3]是矿井监测系统进一步的数据传输、融合和人员监控的基础。目前已有研究者对矿井无线传感器网络的拓扑结构进行了初步的研究，并提出了基于Prim算法拓扑结构[4]、基于节点地址分配的矿井拓扑结构[5]、基于LEACH算法矿井网络拓扑结构[6]等等。现提出来的这些方案都还存在改进和完善的空间，因此本文将提出一种基于组合加权LEACH算法的矿井网络四层拓扑结构。
1 系统的整体规划
矿井监测系统是对无线传感器网络和有线工业以太网[7]的集成，由两部分组成：地面监控系统和井下信息采集系统。两系统之间通过以太网连接。地面监控系统包括服务器和用户终端。地面服务器负责收集数据信息，并存储和整理，用户终端通过访问服务器里的数据库，实时掌握井内环境变化情况和井下人员动态。井下信息采集系统包括以太网、交换机、汇聚节点和无线传感器节点。无线传感器节点包括固定节点和移动节点，负责对井下环境信息和工作人员位置信息的采集，并发送给汇聚节点。交换机则是无线传感器网络和以太网通信的桥梁，汇聚节点收集信息后通过交换机和以太网上传至地面服务器，地面监控系统收到信息后，做出相应的判断和应急反应。
2 系统拓扑结构
2.1 井下无线传感器网络架构
考虑到井下恶劣的环境条件，所部署的无线传感器网络能源受限，拓扑具有动态性，因此本文将设计一种多层次的、扩展性强的井下拓扑结构，如图1所示。
由图1可看出，整个井下网络由汇聚节点、固定节点、移动节点组成。网络拓扑结构包括四层，其中汇聚节点（CH1）为一级簇头，负责接收整个网络的数据，并与地面服务器通过有线网络连接；固定节点（CH2）为二级簇头，负责数据的融合和转发，同时还是未知节点定位的参考节点；三级簇头节点（CH3）是从移动节点中通过组合加权LEACH算法选出来的，负责簇内节点信息的收集并转发给二级簇头节点；第四层则是普通的移动节点（CN），各CN加入到各个簇，负责数据的采集。
2.2 固定节点网络拓扑结构
固定节点网络也可以称做上层骨干网，由事先安装在巷道内固定位置的汇聚节点（CH1）和固定节点（CH2）组成，汇聚节点一般安装在巷道口，固定节点则按一定间距安装在巷道内，它们的位置信息是已知的且存储在地面监控中心，固定节点一般是不可移动的。
固定节点作为网络的二级簇头，负责将网络内收集到的数据转发给汇聚节点，因此二级簇头节点和汇聚节点之间应建立一个有效的通信拓扑。LEACH拓扑控制算法中，认为所有簇头节点都能与汇聚节点直接通信，而在矿井实际环境中，这是无法实现的。因此根据巷道的长形结构，构建链状的上层骨干网，无法与汇聚节点直接通信的二级簇头节点选择不同的二级簇头节点作为它的父节点，由父节点承担数据转发任务。
首先，汇聚节点发起建网信息，CH2（二级簇头节点）向周围广播自身信息，若收到汇聚节点的响应信息，则发送链接请求给汇聚节点，收到链接响应后入网成功。未收到汇聚节点响应信息的CH2分析是否有其他已入网的CH2的响应信息，根据响应信息的信号强度值，选择距离较近的已入网CH2节点作为自己的父节点，并向其发送链接请求。网络中子节点的工作时隙表由其父节点为其分配。
二级簇头节点作为网络数据传输的中继节点，任务较重，能耗较大，因此在实际应用中可在重要的二级簇头节点周围部署备用节点，备用节点一直处于睡眠状态，只有在二级簇头节点能量耗尽时才被唤醒，替代原来二级簇头，同时向地面监控中心发送报警信息，提醒工作人员更换电池。备用节点的部署，保障了网络的稳定性，使矿井监测系统具有更好的鲁棒性和安全性[8]。
2.3 移动节点网络拓扑结构
在井下网络中，当众多移动节点同时发送信息给CH2时，容易引起信道冲突，造成能量的浪费，因此本文根据组合加权的LEACH算法来构建移动节点网络拓扑结构，在移动节点中选出合适的节点作为三级簇头（CH3），由CH3负责簇内信息的收集并转发给CH2节点，从而提高能量利用率，延长网络生命周期。
三级簇头的选举采用组合加权的LEACH算法，即为每一个移动节点分配一个权值W，该权值衡量了移动节点适合充当簇头的程度，权值W越小的节点越适合充当簇头。考虑到矿井环境的实际情况，权值W的计算考虑四个影响因子：剩余能量、节点度、节点的移动性、节点与其邻居节点之间的平均距离。因此，移动节点j的权值[W（j）]可由以下公式计算可得：
[W（j）=a1×E（j）+a2×D（j）+a3×M（j）+a4×P（j）]
其中，[E（j）]表示节点j已经消耗的能量，[D（j）]表示节点j的节点度与网络理想节点度之差，[M（j）]表示节点j 的移动性，[P（j）]表示节点j与其邻居节点之间的平均距离。[a1]，[a2]，[a3]，[a4]为权重因子，其取值关系为：[a1>a2>a3>a4]。
移动节点网络的拓扑形成过程描述如下：（1）移动节点网络多由矿井工作人员构成，他们通常聚集在一起进入井内，在下井之前就已成簇，由于各节点的初始能量相同（每个便携式设备都已充满电），设定第一轮的三级簇头由ID 号最小的移动节点充当；（2）当三级簇头的能量下降至初始能量的70%时，将进行下一轮的三级簇头选举，这时三级簇头会在本簇中广播一个权值查询命令，每个簇成员节点收到命令后按权值公式计算自己的权值，并发送给簇头节点，簇头节点选择一个权值最小的节点来充当下一轮簇头，并把新簇头ID号发送给簇成员节点，同时把自己设置为非簇头节点，簇成员节点把新簇头ID与自己ID相比较，若相等，则把自己设为簇头节点；（3）当选为三级簇头的节点在移动节点网络内广播簇头消息，其他移动节点收到簇头广播消息后，发送入簇消息给所选择簇的簇头，簇头节点收到所有入簇消息后，建立一个TDMA调度时间表，并发送给簇内每个节点；（4）当所有普通移动节点都收到时间表后，进人数据传输阶段，各簇成员节点按照TDMA时间表将采集数据发送给三级簇头节点，三级簇头节点收集所有成员节点发来的信息，对其进行融合处理并转发给二级簇头节点，簇内节点在TDMA时间表分配给自己的时隙之外关闭其通信模块。
每一轮中，当三级簇头的能量下降至充当簇头时能量的70%时，进行下一轮的三级簇头选举。移动节点网络中，基于组合加权LEACH算法的拓扑结构形成流程图如图2所示。
2.4 整个网络的拓扑形成
当上层骨干网建立后，若没有移动节点进入巷道内，固定节点处于睡眠状态，只对环境信息进行监测并周期性上传给汇聚节点。当有移动节点进入巷道内，移动节点自主组成簇结构，由三级簇头节点唤醒二级簇头节点（固定节点），二级簇头节点记录下移动簇群的信息并转发给汇聚节点。若某三级簇头节点在规定时间[Tw]内没有发送任何信息给二级簇头，二级簇头则认为该簇群已离开，同时从链接表中删除该簇群信息。
3 网络拓扑的动态变化
网络拓扑的动态变化是指移动节点的加入或离开。由于井下工作人员的移动性强，那么就必然涉及到单个节点的加入或离开，另外也有可能有节点出现失效的情况，从而引起网络的拓扑动态变化。节点失效也可看作是节点的离开。
1） 移动节点的加入：移动节点向周围广播入簇请求信息，收到请求信息的三级簇头节点回复响应信息，移动节点根据响应信息的信号强弱，选择信号强的三级簇头节点作为自己的簇头节点，并发送链接请求给所选簇头，当移动节点收到簇头分配的工作时间表后，加入成功。
2） 移动节点的离开：三级簇头节点会周期性的广播查询信息，簇内节点收到查询信息后会在自己的工作时隙内发送一个应答信息给三级簇头，如果三级簇头节点在规定时间[Tw]内未收到某节点的应答，则判断为此移动节点已离开本簇，三级簇头节点便在自己的链接表中删除该节点信息，并重新给簇内节点分配工作时隙。
4 仿真结果与分析
使用MATLAB对井下无线传感器网络进行仿真，设置巷道长为500m，宽10m，汇聚节点布置在巷道口，CH2按一定间距布置在巷道内，移动节点则随机分布在巷道内。分别对移动节点平均剩余能量和网络生命周期进行仿真，并与LEACH算法进行比较分析。
1） 移动节点平均剩余能量。即井下网络正常工作中，所有移动节点的平均剩余能量。移动节点平均剩余能量仿真结果如图3所示。
从图3可以看出，该文构建的井下网络中，移动节点的平均剩余能量要高于采用LEACH算法构建的井下网络。这是因为，该文采用组合加权的LEACH算法选举出的三级簇头综合性能好，并且当CH3的能量下降至充当簇头时能量的70%时，才进行簇头的更新，减少了簇头的更新次数，从而降低了选举簇头带来的能耗。
2） 生命周期。即网络维持正常工作所持续的时间。网络生命周期仿真结果如图4所示。
由图4可知，随着移动节点的最大通信距离的增大，该文算法与LEACH算法的网络生命周期都在减小，并且，在整个通信范围内，该文算法的生命周期都优于LEACH算法。其原因是：相比于LEACH算法，该文采用组合加权算法选出的三级簇头综合性能更好，节点能量能够得到有效利用，负载也更均匀，从而延长了节点存活的时间，整个网络的生命周期也更长。
5 结束语
本文基于组合加权的LEACH算法，提出了一种井下无线传感器网络的四层层次型链状拓扑结构，使得选出的三级簇头具有较好的性能，能够有效的降
低移动节点的能耗和延长整个井下网络的生存时间。另外，由于井下工作人员构成的移动节点具有强移动性，增添了单个移动节点的加入策略和离开策略，提高了网络的稳定性。设计出的井下网络拓扑结构具有能耗低、网络生命周期长、灵活性好等优点，可实现对矿井内部的无缝监测。下一步研究工作可对分簇算法与功率控制相结合的矿井拓扑结构建立机制做一定的尝试和研究。
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第5篇：拓扑结构范文
关键词：槽式太阳能；聚光器；拓扑优化；有限元
1.拓扑优化的设计理论
1.1拓扑优化的设计的基本要求
在满足硬度等一系列条件的情况下，在给定的设计空间里，开凿，挖洞，把不需要的东西全部去掉。找到更好的结构方式，让产品在要求中获得最成功的样子。拓扑优化具有其他优化方式无法具有的优点，比如可以对基本结构的布局进行修改，模拟出概念性设计的结构方案给设计者，使设计更具备实用性和经济性，在优化拓扑结构的过程中，设计者甚至不用去管拓扑结构形态，仅需提出设计范围，就可以寻找出最佳的结构分布状态，设计人员通过了解整个设计的结构特点，然后针对一个点进行设计。这种设计方式最终要达到的目的是在满足一系列要求的情况下，使结构的性能达到接近理想的状态。
1.2结构拓扑优化设计的原理和方法
就目前来说，连续体结构是拓扑优化设计的主流对象。这种方式的优化需要化整为零，把整体分成若干个小部分，然后根据所提出的基本要求和要达到的条件对这若干个小部分进行择优选择，形成犹如蜂窝一样的连续体，最终获得连续体的最优设计，目前这种优化方式比较适用的方法有，渐进结构优化方法，均匀化方法以及变密度方法。
1.2.1渐进结构的优化方法
具体操作比较简单，那就是对各种材料精挑细选，剔除糟粕，剩余的结构也就趋向于标准了。在这种优化迭代的计算方法中，用零来表示不存在的单元材料。同理，存在的单元材料用一进行表示，这种算法可以用有限元法，在计算机上通过迭代过程实现。这种算法应用范围广，而且结构的单元数规模相当巨大。
1.2.2均匀优化方法的应用
均匀优化的方法比较理论化，要用切实可行的方法应用在学科中，把细小的东西加入到应用结构的材料中，其中改变的是微小结构单胞大小，整体的材料密度和弹性由局部材料的大小和方式决定，单胞大小的整改可以对微结构进行改变，如此便扩大了涉及范围，从而对结构拓扑优化成功。
1.2.3变密度方法
变密度方法是比较常见的在拓扑设计连续体结构所用的方法。是一种材料勾画效果，通过分析材料物理和密度之间的联系，不许进行拓扑设计，只是考虑合理布置材料，将整体分成有限的单元后，然后看体积的要求，让每一个小部分的密度尽量一样，每个单位的密度是改变的，把结构的平顺柔软度减小。
2.槽式聚光器支架介绍以及拓扑优化的意义
槽式聚光器是一个接一个排列的，上面有一个个聚光镜对太阳光进行聚焦，对集热管进行加热，把里面的水加热后形成水蒸气，利用气压在催动发电机工作。聚光器是由驱动、传感器、反射镜、金属支架、吸收管和控制器等组成的太阳能聚热装置。而在整个聚光器的总体重量中，支架结构占有很高的比重，重量既增加了成本又增加了系统的负重，而且支架的强度和刚度对整个系统的强度和刚度都有影响，所以优化支架对于整个系统的好处是不言而喻的。因为拓扑优化对于轻量化的优化能力相对于其他优化方式更好，所以选用拓扑优化对聚光器的支架结构进行轻量化的优化。
3.太阳能聚光器支架拓扑优化设计方法
在选定拓扑优化设计为设计方法之后，就要确定支架和镜子的连接位置，优化结果的好坏取决于镜子的支撑位置对结构的受力状况，所以确定了镜子的位置之后就可以建立拓扑优化的模型。总体的优化流程可概括为：先选定拓扑优化方法进行优化设计，然后选定优化设计对象，在对镜子支点位置设计优化，接着对反射镜支架结构拓扑优化设计，最后对拓扑优化结果可制造化进行处理。
上文提到了各种拓扑优化的方法，最普通不过的是变密度法，这种方法得到的部分密度是数字规则分布的，有助于最后解决可制造的问题，所以，我们着重讨论一下变密度法的优化方式，借助合适的工具才能使用这个方法。可以用optistrtct进行工作，然后用可以利用三维视图的工具构建空间，在过程中不断地进行修复和改善，力求没有问题、一次通过。接着，把优化空间再进行处理，最后做出这个模型。模型建立完成后，需要通过拓扑优化计算，对结果进行分析考证，看结果是否能合理地运用且实际可行。如果结果合理，就能够进行下一项克制造化的处理，并且进行有限元的分析，最终实现结构的轻量化；如果结果不合理，那么就要一切从新来过，直到结果合理为止。
聚光器的支架拓扑优化的流程可以概括为：首先根据设计要求建立cad模型，然后建立pe模型，分析载荷和边界条件，接着对结构进行分析，对参数的定义进行优化，下面才进入到拓扑优化，再建立一个cad模型，并再次对结构进行分析，结果合理后结合工程实践进行设计。
4.结论
由此我们可以得出拓扑优化的严谨性，安全性，可用性，以及对软件技术的要求和对设计者的技术的要求，只有遵循这些要求，才能更好地进行太阳能聚光器支架结构的拓扑优化设计。
参考文献
第6篇：拓扑结构范文
关键词：指挥信息系统；通信网络；拓扑分析
指挥信息系统，主要为各级防空指挥员及指挥机关遂行防空作战指挥任务提供自动化的指挥控制平台。
通信网络是指挥信息系统各分系统组网运行的基础，是指控、情报等要素的重点保障。研究指挥信息系统通信网络的拓扑结构，对于分析装备使用过程中的风险点，使装备的使用风险最小、效能最大，对提高基于指挥信息系统的体系作战能力有着重要意义。
复杂网络就是具有复杂拓扑结构和动力行为的大规模网络。从复杂网络的定义，可以得出所要研究的该装备通信网络也是一个典型的复杂网络。因为该通信网由大量的节点所组成，且每个节点具有自身动力学特征，每个节点不是独立存在的，它们与其他节点具有相互连接、相互作用的特点，从而整个通信网具有非常复杂的动力学特征。故该装备的通信网络作为一个典型的复杂网络，用复杂网络理论对它进行可靠性研究是科学有效的。
本文对该装备的通信网拓扑结构进行分析，为该装备的通信网风险管理做基础性研究。
1 基本定义及通信网络拓扑分析模型
1.1 复杂网络的定义
复杂网络就是具有复杂拓扑结构和动力行为的大规模网络。就目前的研究成果而言，一般从图论和矩阵两种方式定义复杂网络。
从图论的方面出发，假设网络中存在n个节点和m条连接线，则可以定义节点集合V={v1，v2，v3，…vn}和边集E={e1，e2，e3，…em}来表示这个网络，其中的边可以有方向和无方向两种，为了简化计算，只考虑无向图。图1是一个网络图示例，它有5个节点和4条连接这些节点的边，可以将它视为端集V={1，2，3，4，5}，边集E={e12，e15，e23，e25}，其中节点4为独立节点。
从矩阵的角度出发，最常用的就是用一个邻接矩阵A来表示网络的图的结构信息，如果网络中的i节点和j节点是相互连接的，则矩阵上相应位置上Aij的数值为1，如果这两点之间不存在连接边，则相应的Aij的数值就为0，显然一个无向图的邻接矩阵式一个对称矩阵。为了方便对复杂网络的同步特性的研究，本文用比较特殊的对称邻接矩阵表示所对应的网络。
对角线上元素Aij=。对于图1的矩阵表示为
复杂网络的可靠性定义为：在自然或者人为的破坏下，复杂网络自身能够保持原有功能的能力。
从复杂网络的定义可以看出，包括了可靠性的研究对象、规定条件、原有功能着三个要素。首先研究对象就是：具有数量级大的节点和边的复杂网络，且这些节点具有非线性动力性、还要具有按照一定网络拓扑渐渐演化的过程。规定的条件：自然或认为的破坏作用，这里主要是指对网络中的节点和边进行随机攻击或者进行智能攻击。保持原有功能的能力指的是：复杂网络的存在都是为了完成现实中的一些客观存在的功能，如果对这些网络进行了随机攻击和智能攻击后，会对原来的网络造成一定的影响，然而在这种情况下，复杂网络仍然能够保持或者部分保持实现某一功能的能力。
1.2 指挥信息系统通信网络模型
为了计算的方便我们将导弹营、高炮营配属数量减半并简化，将节点编号如图3：
从网络拓扑的简化结构图可以看出节点对之间的连接关系，可以将它表示为
端集V={1，2，3，…，13}，
边集E={e12，e13，e14，e15，e16，e23，e24，e25，e28，e29，e2，10，e34，e35，e3，11，e3，12，e3，13，e45，e47}的图。
2 复杂网络的描述参数
复杂网络的描述参数有助于我们对网络的内部特征深入了解，描述参数有：网络的度、网络的聚集系数、网络的最短路径和耦合矩阵特征值。
2.1 节点的度
节点度数ki是第i个节点连接的边数目，即相当于i点的所有相邻节点的数目。在物理学领域中，节点的度表示本地的网络连接的连通性。通过邻接矩阵可以很简单地推出度ki的值：
节点的度分布是一个扩展的节点的度的概念。用分布函数P（k）来表示度的分布，P（k）是网络中某个节点具有k条边或k个邻接点的概率。网络的全局连通性和节点在网络中的重要性都靠节点度的分布，所以它是整个网络的基本统计特征，它同样可以表征网络的均匀性特征。复杂网络的平均度也是一个很重要的概念，平均度这里用表示：
网络的平均度是用来表征整个网络上的所有节点的平均度的数值，同样也可以来衡量网络的疏密程度，越大，对应的网络就越密集，越小，网络就越稀疏。
2.2 最短路径
我们将网络中某一节点到达另一节点所要经过的距离定义为路径长度，在本文中就是指节点直接相互连接所需要的边的数目。最短路径长度lij表示的是节点i到节点j的最短距离，即经过的最少的边的数目。从上述定义可以得出，最短路径长度是以边长作为单位的拓扑距离。与平均节点度概念类似，也存在平均最短路径长度L的概念，它表示的是图的任意两点的最短路集合{lij}的平均值。最短路径长度L的数值可以表征网络的特征尺寸，可以表征网络的连通度。
2.3 聚集系数
我们将图中某一节点的两个最近邻也是近邻的概率定义为聚集系数C。设点i的数目为Ei，k表示这些近邻点与i之间有连线的数目。则定义节点i的聚集系数为：
节点i附近环境的连通性用聚集系数Ci来表示。对网络上全部节点Ci进行平均计算得到的C即为平均聚集系数，整个网络的连通性用C来衡量。
2.4 耦合矩阵特征值
耦合矩阵的特征值是用来表征网络同步特性的重要参数，复杂网络的同步特征是一个重要的属性，反映复杂网络同步特征的参数就是耦合矩阵的特征值。
对于图3，可以得到每个节点的节点度，如k1=5，k2=7，则该网络的平均节点度=2.77，从平均节点度可以看出，该网络的密集程度不高。
3 网络的点攻击设计
为了对网络可靠性进行评价，首先要对网络进行攻击，本文中，分别对网络进行随机攻击和智能攻击，从而评价一个网络所能承受攻击的能力，为网络可靠性的评定提供依据。
3.1 随机攻击
随机攻击就是对网络中的点进行随机的撤除或对该节点的连接线进行随机的切断。在现实中可能发生的事故是由于网络自身的故障，而引起某个或部分节点失效。只要对网络相应的邻接矩阵中的某行和列进行随机的置零就完成了。
对网络进行随机点攻击的流程出图4：
随机点攻击的MATLAB代码如下：
T=input（‘T=’）；
p2=input（‘p2=’）；
N=size（A，2）；
c=randperm（N）；
h=1；
for k=1：T
h1=h+p2-1
for i=h：h1
A（c（i），：）=0
A（：，c（i））=0
end
h=h+p2
end
3.2 智能攻击
智能攻击就是有选择性地对网络中的点，按照一定的策略进行蓄意的破坏攻击。如，敌人在选择攻击目标时，总是先选择重要度高的目标进行攻击。为了研究对网络的智能攻击，我们对网络中的节点按照它的节点度的大小按照一定比例进行去除。与随机攻击类似，我们对网络相应的邻接矩阵按照节点度的大小将该矩阵的某一行和列上的元素进行置零，这样就可以对网络进行智能点攻击。
对网络进行智能点攻击的流程如图5
生成智能攻击的MATLAB代码如下：
T=input（‘T=’）；
p2=input（‘p2=’）；
N=size（A，2）；
for kc=1：T
dc1=sum（A）；
dc2=length（dc1）；
[sorted，index]=sort（dc1）；
cc=rot90（index，2）；
Ac（cc（1：p2*kc），：）=0；
Ac（：，cc（1：p2*kc））=0；
end
对通信网络进行随机点攻击和智能点攻击，可以评价一个网络的抗毁性。对某型指挥信息系统的通信网络进行攻击，在受到随机点攻击后，网络表现除的抗毁性比较强，但受到智能点攻击后，由于网络中节点度高的点被智能地去除，所有网络的连接度被破坏，网络的抗毁性下降的比较明显。
4 计算通信网络拓扑结构的可靠性
4.1 计算步骤
对于一个给定的网络，其网络结构包含三部分：节点N，连接节点之间的弧E和网络拓扑结构T，网络的抗毁性R与节点、弧及网络的拓扑结构有关。
若通信网共有n个节点，通信网拓扑结构抗毁性R的计算步骤如下：
（1）确定每条弧的可靠性，经过分析，我们简化设定每条弧的可靠性为rk=0.9；
（2）计算路径的可靠性，节点对i，j之间的第m条路径上弧的数目为p，则该路径的可靠性为：
（3）计算节点对之间的可靠性，节点对i，j之间共有m条路径，则节点对i，j之间的可靠性：
（4）确定整个通信网络的可靠性
4.2 数据仿真
对于ET90B通信网，首先根据第二步公式计算路径的可靠性，假设我们计算节点1到节点13的路径可靠性为0.81，则对应的节点1和节点13之间的可靠性为0.81，从而通过编程计算可以算出整个某型指挥信息系统通信网络的可靠性。这里算出的可靠性，可以为该装备通信网风险评估提供基础数据。
5 结语
利用复杂网络理论对某型指挥信息系统通信网络进行分析，可以简化网络模型，将通信网络抽象为只有节点与连接线的图，对网络进行随机点攻击和智能点攻击，来评价网络受到这两种攻击下抗毁性的变化，针对规程给出的拓扑可靠性计算步骤，对某型指挥信息系统通信网络拓扑的可靠性进行仿真计算，可以看出，该装备通信网络密集程度不高，拓扑结构较为可靠，但抗毁性不强，为该装备通信网风险评估相关研究开辟了蹊径、提供网络拓扑可靠性的基础数据。
参考文献
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第7篇：拓扑结构范文
关键词： 防误闭锁系统； 网络型； 拓扑结构； 电网
中图分类号： TN711?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）09?0156?04
Abstract： The problems existing in traditional three anti?misoperation locking systems of mechanical type， electrical type and microcomputer type are analyzed. For the above problems， the advanced network technology used to design the networked anti?misoperation locking system scheme for the substation based on topology structure is proposed. The identification method and locking mode of the network topology structure for the substation are determined. And then the hardware and software of this new anti?misoperation locking system are respectively introduced in detail. The networked anti?misoperation locking system for the substation based on topology structure can solve the problems existing in traditional anti?misoperation locking systems， and is easy to realize automation. The system has a practical guiding significance.
Keywords： anti?misoperation locking system； network mode； topology structure； power grid
如今，随着科学技术的发展，电力系统的规模也越来越大，但是，电气误操作造成损伤的案例却时有发生。随着电力系统规模的增大，电气误操作产生的危害也越来越大，它可以在一瞬间让电网大面积的停电，让生活和生产受到极大影响，它可以让一些价格昂贵的电力设备在瞬间毁坏，更有甚者造成人员伤亡。避免类似事件发生的系统，统称为防误闭锁系统。防误闭锁系统，就是利用自身既定的程序闭锁功能，装设在高压电气设备上以防止误操作的装置系统。虽然这一系统可以有效地降低误操作导致不良后果的概率，但是目前该系统依然存在不少问题：首先，防误闭锁系统的自动化程度太低，在系统的倒闸操作中增设了许多人为的操作解锁或闭锁的动作，导致过程耗时很长，不仅效率低而且耗费操作者大量的体力，增加了劳动强度。另一方面，电力系统发展出现了新的趋势，如无人值班变电所、电动操作设备的增多以及监控中心的建立，这些要求传统的防误闭锁系统必须进行相应的改进，以适应电力系统的新发展。因此，在网络技术发达的今天，要充分发挥现代网络技术的优势，将现代网络技术融入到变电站的防误闭锁系统中，使其在设计理念和科学技术上实现创新和突破。
1 传统防误闭锁系统分析
以往在发电厂或变电所等的电气生产作业过程中，为了达到规定的“五防”要求，发展形成了一些防误闭锁系统，本文首先对这些传统的防误闭锁系统（装置）作简要介绍，并分析存在的问题，针对这些问题，提出基于拓扑结构的变电站网络型防误闭锁系统设计方案。
1.1 传统防误闭锁系统类型
传统防误闭锁系统按照闭锁方式的不同，大体可以分为三种类型：
（1） 机械式防误闭锁系统。在机械锁防误闭锁系统中，有机械程序锁和机械联锁之分，但无论何种，这种防误闭锁系统，都是纯机械系统，利用特定的机械结构对电气系统的开关、刀闸等电气设备的操作实行机械目标定位来实现闭锁功能。程序锁是置换或充分利用钥匙随操作源程序传递而达到开锁先后操作的基本功能要求；联锁是指在开关柜的操作部位之间，充分利用联动与互相制约的机械构件实现先后运动的基本闭锁功能。
（2） 电气式防误闭锁系统。电气锁是在机械锁的基础上引入电磁控制。电和磁的相互转化使得电气的控制更加方便，有效的利用电磁锁的基本构件锁栓对网门、刀闸等电气设备的操作把手来实现机械的基本定位控制，并利用控制电路的通电和断电实现被控制开关或闸刀的开与合。
（3） 微机式防误闭锁系统。微机锁则是在电气锁的基础上进一步改进，把多点处的电气锁进行串联，利用计算机技术对多个电气锁进行控制，就形成了微机锁防误闭锁系统。该防误闭锁系统实现防误闭锁的基本数字化功能，而且还可以实现很多更具有挑战性的防误闭锁功能。
1.2 传统防误闭锁系统存在的主要问题
传统的三种防误闭锁系统，依然存在不少问题，主要有以下几方面：
（1） 走空程。所谓的“走空程”，就是指开锁后不经操作即跳入下一步。在传统防误闭锁系统中，这是最突出的问题，而且一直没能找到很好的技术措施，大多是依靠操作人员的责任心，人为因素导致事故的风险依然很大。在微机防误闭锁系统中，为解决这一问题，设置了检位锁，这样又引起了新的问题，一方面使得设备的维护量大大增加，另一方面使得操作异常繁琐，总给人一种得不偿失的感觉。
（2） 无实时对位。在机械式或电气式防误闭锁系统中，在倒闸操作中，对保护的投、退以及开关操作电源的拉、合等一些危险点很难实现强制闭锁，达不到保护的效果。而微机防误闭锁系统中的电脑钥匙又无法得到相关设备的变位信息，这又是一个隐患。
（3） 无法自动化。电力系统的扩大与系统运行的复杂化急需对变电站实现自动化控制。但传统的三种防误闭锁系统基本采用了“Key+Lock”的模式，这一模式根本无法实现自动化，因此与变电站控制发展的大趋势背道而驰。
2 基于拓扑结构的变电站网络型防误闭锁系统
设计
基于传统防误闭锁系统存在的问题，充分利用现达的网络技术，实现防误闭锁系统在理念和技术上的创新和突破，达到实时在线、根据设备的实时状态实现防误闭锁系统的响应功能，下面就基于拓扑结构的变电站网络型防误闭锁系统设计方案加以描述。
2.1 电网拓扑结构表示
如今电网规模越来越大，网络结构也越来越复杂，这样的结果就是电网的节点越来越多，如果仍然采用传统的邻接矩阵法，以穷举遍历的形式描述两个保护对象是否存在电气连接效率会大大降低。其实，尽管电网规模庞大，但是电网保护对象关联的支路是不变的，通常情况下，母线关联一般有二十几个支路，其中变压器为三个支路，一般线路要关联两个支路。在实际操作中，可利用双层的链表体系表示出某断路器的相邻节点状态，如图1所示，断路器指向某断路器的状态信息，链接[n]指向与本断路器近邻的断路器信息状态，因断路器均有正负极性端，因此双层链表的一层指正极性端直接相邻的接点信息，另一层指负极性端直接相邻的接点信息。
在实际情况中，电网的拓扑结构会因运行方式的不同而有所不同，需要根据实时的状态信息进行判别，看相邻断路器是否具有电气连接的条件，以便保护装置。图2是对一个电网结构进行上述拓扑的例子。
2.2 闭锁方式确定
对于变电站而言，需要设置防误闭锁的对象只有遥控操作和手动操作两类，前者像断路器，后者如地刀。遥控操作设备不需要人员到场，除非紧急情况遥控失灵，而手动操作设备，需要人员到场才能操作。因此，防误闭锁系统只要针对这两类设备设置防误闭锁就可以解决问题。
根据以上分析，确定基于拓扑结构的变电站网络型防误闭锁系统中采用的闭锁方式为：第一种方式是在刀闸的支路中串接一个接点，然后用现成控制器控制该点，这种方式主要用于遥控操作，其原理如图3所示；第二种方式是在电磁锁的支路中串联一个接点，这种方式主要用于手动操作的设备，这种电磁锁是另外配置的，如图4所示。
2.3 硬件系统
基于拓扑结构的变电站网络型防误闭锁系统的硬件设备包括以下几个部分：
（1） 闭锁接点：主要用于监控某些设备的闭锁和位置状态，闭锁接点的通断，由直流固态继电器控制。闭锁点可以探测出被控制设备的实时状况，并将这种状态传送到监控的主机，这样就可以很好的防止发生“走空程”。在某些情况下执行倒闸的基本操作时，控制器要将接到的主机传出的状态命令解读，然后将解锁的发出信号再发送给闭锁接点，闭锁接点接到该状态信号后，在其内部电路将实现通电，这样就可以实现解锁功能。当系统操作人员操作任务完成以后，闭锁接点的内部电路会检测到设备操作完成后的状态信息，会自动中断电源通路，这时的闭锁接点进入闭锁状态。
（2） 现场控制器：它的主要作用是依据本地设备的状态信息，控制间隔内设备闭锁接点的通断，自主的完成间隔内设备的逻辑闭锁操作。如果操作员在本地操作或防误主机发生故障，并触发间隔级防误功能时，现场控制器会呈现声光报警单元发出报警指令，同时会检验间隔带电单元实施自动闭锁，实时系统时钟会记录下故障或误操作的发生情况。
（3） 总线接口：本系统设计中采用串口转CAN总线接口的技术方案，其接口卡主要由三大组件构成，包括串口接口电路、微控制器与CAN总线接口电路，使其达到主机与CAN总线连接的功能。
（4） 通信网络：对于设备和控制器间的通信设计，要使用CAN总线网络将串口转CAN总线接口卡、防误主机，然后用施工现场控制器组成现场总线网络，实现现场间隔级设备与防误主机的通信功能。
2.4 控制器软件
现场控制器是一个间隔内的核心设备，控制器负责管理间隔内的所有闭锁接点。
现场控制器中断服务程序与引导程序Program0的流程如图5所示，现场控制器的应用程序在通电和复位后都要从Program0的入口执行基本操作，其流程中首先需要判断此次复位是否是由于接收到编程命令后操作的，即标志位ISP是否等于I，如果不是，要将程序指令引导到Program1；如果是，要等待接收编程数据。总线和Program0的通信要采用中断方式。当有报文接收时，要执行中断服务操作程序，对报文进行保存操作，并返回中断口；当CAN总线中断返回以后，Program0会对Program1重新进行编程，直到收到结束报文。这时，置VIS=1，ISP=0，使Program1可见并调用其中的程序运行。
现场控制器的终端用户主程序Program1的主要功能是负责管理间隔内的所有闭锁接点，并定期对闭锁接点的状态进行检测，保存到内部E2PROM中，并随时提供给设备主机查询。当检测到强行解锁功能操作时，则对设备状态的变化进行基本的逻辑判断，若不符合正常状态则给出警报信息并进行记录，供设备主机查询。当现场控制器接收到防误主机发出的命令时则根据命令内容执行相应的功能操作。终端用户主体程序Program1流程如图6所示。
3 结 语
在分析了传统的机械式、电气式和微机式三种防误闭锁系统存在的问题的基础上，提出了利用发达的网络技术设计基于拓扑结构的变电站网络型防误闭锁系统方案，首先确定了变电站网络拓扑结构的识别方法和闭锁方式，然后分别对该新型防误闭锁系统的硬件和软件加以详细介绍，基于拓扑结构的变电站网络型防误闭锁系统不仅解决了传统防误闭锁系统存在的问题，而且易于实现自动化，具有实际的指导意义。
参考文献
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第8篇：拓扑结构范文
中图分类号：O327文献标识码： A文章编号： 10044523（2013）02016909
引言
随着科学技术的发展和工程实际问题的需求不断提高，为了提高受控结构系统的总体性能，引入了结构控制一体化优化设计策略。智能桁架结构一体化拓扑优化能够除去桁架中不必要的节点和杆件，同时考虑了振动控制中所需作动器的数目，配置的位置和控制器参数，从而达到预期结构控制同时优化的目的。目前在这方面国内外已经取得了一些研究成果：赵国忠等建立了具有压电智能桁架的结构和振动控制的联合优化设计模型[1]，采用了基于灵敏度的优化求解算法；Hiramoto等以悬臂输液管道的外半径和传感器与作动器位置为设计变量[2]，以闭环系统关键流速最大为优化目标进行结构控制的一体化优化；在2004年至2007年的研究表明[3～5]，将结构尺寸拓扑参数、控制器设计参数和作动器配置参数（位置和数目）均处理为独立设计变量，能够极大地优化受控系统性能。但是在实际工程问题中，由于制造和各种环境因素的影响，使结构参数不可避免地呈现不确定性。以往的结构控制一体化优化设计研究都没有考虑这些不确定因素的影响，如果硬将这些不确定性因素作为确定性信息来处理，有时会得出矛盾或很不合理的结果[6]。
因而，针对区间参数压电智能结构控制一体化多目标拓扑优化，本文提出了一种区间参数结构控制多目标拓扑优化方法：对于目标函数处理引入决策风险因子和偏差惩罚项，对于不确定性约束函数转为非概率可靠性约束，将不确定性优化问题转化为风险因子意义下的确定性优化目标问题；优化求解策略采用基于个体排序的求解有约束多目标优化问题的Pareto遗传算法（CMOPGA）。将此方法应用于桁架结构，算例结果表明所提方法是有效的。
2性能灵敏度分析
针对小区间参数压电智能桁架的性能分析，本文采用一阶泰勒展开法，并且在小区间范围内，此法可以保证精度要求。
21开环系统
第9篇：拓扑结构范文
关键词：拓扑优化技术；汽车设计；应用
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.06.236
0 前言
作为结构优化设计的一门新技术，拓扑优化技术在汽车、机床、电子机械等领域中已经得到了广泛地应用。传统的结构优化设计具有一定的盲目性，完全依赖于工程师的经验，并且需要做大量的实验，周期较长且成本较高。现阶段，通过在结构优化设计的初始阶段引入拓扑优化技术，大大提高了结构设计的合理性，改变了传统的仅凭经验来设计的理念。
拓扑优化技术是指在指定的设计空间内，重新规划材料分布，使得部件的某种性能满足设计者的要求。拓扑优化技术主要探讨结构材料的分布形式和构件的联结方式，运用去除材料、增加孔洞数量等拓扑优化形式，旨在使结构在满足应力、位移等约束条件下，其强度或固有特性等指标达到最优。
1 拓扑优化技术概述
结构拓扑优化设计的主要思想是将结构优化问题转化为材料优化问题，并在给定的设计区域内进行优化计算。拓扑优化设计的思路首先需给定材料类型和设计方法，在此基础上得到既满足约束条件又能使目标函数最优的结构布置形式。由于拓扑优化设计初始约束条件较少，工程师仅需给定设计域而不必清楚具体的结构拓扑形式。
拓扑优化设计是在指定的设计区域内，通过迭代过程计算求解材料最优分布的一种优化手段。以某种材料为例进行说明，首先需定义材料分布形式，再以灵敏度计算、结构分析、修改材料分布等方式进行迭代计算。经过多轮迭代优化后，材料分布逐渐趋于稳定，优化过程结束。对于连续体优化问题，通过计算通常可得到最优的材料分布形式，使设计结构达到最优。
在进行优化设计之前需明确设计区域、目标约束及分析类型模型等因素，用户可直接监视优化过程，在优化结束后需对结果进行后处理。因拓扑优化后尽管结构最优，但局部区域仍不太完善，常需进行局部优化，如形状优化等。局部完善后需根据结果对结构进行三维建模从而完成结构的拓扑优化设计。由于需要修改参数等原因，常需对某一步或整个过程进行反复迭代。
2 拓扑优化设计的研究方法
目前拓扑优化方法主要有以下三种，分别为变密度法、均匀化方法以及渐进结构优化方法[2]。
（1）变密度法就是将材料密度与特性之间建立某种联系，假设材料的密度是可变的，其屈服极限、抗拉强度等物理参数与密度之间的联系也是人为假定的。在进行拓扑优化时，以材料密度为设计变量，这样结构的拓扑优化问题即转换为材料的最优分布问题。
（2）均匀化方法是建立在均匀化理论基础之上的，通过在拓扑结构材料中引入带有孔洞的单胞结构，并将设计区域离散成多个微结构单胞集合体，经计算可实现对连续体的拓扑优化。通过均匀化方法计算，可确定结构材料密度呈 0～1 分布，最终得出最优的拓扑结构。目前广泛应用于三维连续体、振动、热弹性、屈曲及复合材料的拓扑优化分析。
（3）渐进结构优化方法（Evolutionary Structure Optimization，ESO）的基本原理是将结构中多余或低效的材料逐渐去除，从而使剩余的结构趋于合理。该方法物理概念简单、明确、通用性好，易于被工程技术人员接受和理解，因此应用范围较广。ESO方法自提出以来，广泛应用于各类结构的尺寸、形状和拓扑优化，如应力、刚度、位移、振动频率、响应等稳定性约束的连续体结构拓扑优化设计问题。
3 拓扑优化技术的应用
随着计算机技术和数学优化算法的发展，拓扑优化技术取得了重大的成就，目前广泛应用于汽车工业、航空航天、机械制造、机车和复合材料等设计领域。拓扑优化技术在汽车工业上的运用，国外起步较早且应用较广泛，国内则相对较晚。汽车拓扑优化技术对象主要为车身本体构件、底盘和动力总成支架等；优化目标一般包括质量最小、能量吸收最优、柔顺度最好等；约束通常涵盖固有频率、应力和最大位移等[3]。
在对某车身整体结构进行拓扑优化时，以质量最小化为目标，首先获取整车的初始设计空间，以车身在实际工作过程中所承受的载荷为约束，并根据各种约束的重要程度分配不同的权重因子，在此基础上对该车身结构进行拓扑优化。优化结果表明：车身结构在质量、设计成本、乘员舱空间及能耗指标均得到了很大程度的优化。
汽车底盘系统的许多零部件均是实心结构，如控制臂、转向节、副车架等。因经验设计往往存在多余，从而造成整个结构重量加大。因此，在对该类零部件进行设计优化时，常以质量最小为优化目标。控制臂以质量最小化作为目标，以结构的最大应力作为约束，通过对该结构进行优化减重效果明显，比例达到 14%，结构应力控制在材料的屈服极限内。同样，在对转向节进行拓扑优化时，其目标设置为质量最小，约束为结构的应力和连接点位移。经过优化，转向节强度大幅度提高。但在局部位置出现高应力集中现象，可通过后续设计，降低这些部位的应力水平，增强连接点的刚度。
对于支架结构，频率和刚度是其关键指标。对某支架进行拓扑优化时，目标通常为质量最小，并将支架的一阶频率和载荷施加点位移控制在一定范围内。经过优化，质量减少了 42%，应力也控制在材料屈服极限内。
4 结论
随着环境问题和能源问题的日益凸显，如何快速地研发出产品，对各汽车制造商都尤为重要。拓扑优化技术可在前期设计阶段大幅度缩短项目的开发周期，并在满足性能目标的前提下使得结构设计最优。通过该技术，可以为工程师在设计企划阶段提供大量的优化方案，对后期整车轻量化具有重要的意义。
参考文献：
[1]范文杰，范子杰，桂良进.多工况下客车车架结构多刚度拓扑优化设计研究[J].汽车工程，2008，30（06）：531-533.
[2]刘林华，辛勇，汪伟.基于折衷规划的车架结构多目标拓扑优化设计[J].机械科学与技术，2011，30（03）：382-385.
