动态分析基本方法(精选8篇)

动态分析基本方法篇1

关键词：广域测量系统（WAMS）；同步相量测量装置；动态监测

随着电力系统总容量的不断增加、网络结构的不断扩大、超高压长距离输电线路的增多以及用户对电能质量要求的逐渐提高，对电网的安全稳定提出了更高的要求。建立可靠的电力系统运行监视、分析和控制系统，以保证电网的安全经济运行，已成为十分重要的问题。近来受到广泛关注的广域测量系统（Wide-area measurement system，WAMS）可能在一定程度上缓解目前对大规模互联电力系统进行动态分析与控制的困难。

1安全稳定控制系统

互联网稳定控制面临着较多的问题：互联系统的低频振荡问题及紧急控制等问题。如我国华中系统的低频振荡衰减时间较长，当系统出现故障时，华中系统的较长的动态过程势必会通过联络线影响到华东系统。传统的基于事件的就地控制不能够充分观察系统的动态过程，因而不能够较好观察系统的各种状态，比如某些系统目前无法较快地抑制低频振荡问题。基于响应的广域稳定控制增强了互联网稳定控制的可靠性和灵敏性。

目前的稳定控制系统，比如电气制动、发电机快速励磁、发电机组切除、自适应负荷减载及新兴的灵活交流输电等，发展到广域控制都应该是基于广域电力系统的信息:原来使用就地信息不能够满足控制对电力系统充分观察的要求。广域测量系统提高了电力系统的可观察性，通过各种分析手段，进行系统动态过程的分析，如通过频谱分析，可以实时计算出系统的振荡模式、系统状态量的变化趋势等:从而提供给广域控制充分的动态信息。

1、1 暂态稳定预测及控制

当今投入实际工业应用的稳定控制系统可分为两种模式，即“离线计算、实时匹配”和“在线预决策、实时匹配”。但分析表明，大停电往往由“不可预见”的连锁故障引起，在这种情况下以上两种稳定控制系统很可能无法响应。理论上最为完美的稳定控制系统模式是“超实时计算、实时匹配”。这种模式假设在故障发生后进行快速的暂态分析以确定系统是否会失稳，若判断系统失稳则给出相应的控制措施以保证系统的暂态稳定性。这种稳定控制系统的整个分析计算、命令传输、执行过程的时间极短，理论上可以对任何导致系统暂态失稳的故障给出相应的稳定控制措施，达到对各种系统运行工况、各种故障类型的完全自适应。

WAMS 在以下几方面的应用有助于实现上述自适应实时控制系统：

（1）对于 WAMS 提供的系统动态过程的时间序列响应，直接应用某种时间序列预测方法或人工智能方法预测系统未来的受扰轨迹，并判断系统的稳定性。但由于电力系统在动力学上的复杂性，这种直接外推方法的可靠性值得怀疑。

（2）以 WAMS 提供的系统故障后的状态为初始值，在巨型机或 PC 机群上进行电力系统超实时暂态时域仿真，得到系统未来的受扰轨迹，从而判断系统的稳定性。仅就算法而言，这种方法是可靠的，但在连锁故障的情况下，控制中心未必知道该方法需要的电力系统动态模型；再者，该方法要求的时域仿真的超实时度较高，目前对大规模系统而言可能还存在困难。

（3）基于 WAMS 提供的系统动态过程的时间序列响应，首先利用某种辨识方法得到一个简化的系统动态模型，然后对该模型进行超实时仿真，得到系统未来的受扰轨迹，并判断系统的稳定性。这种方法的可靠性比第一种方法好，同时仅基于WAMS 提供的实测信息，不需知道第二种方法必需的故障后系统动态模型的先验知识，应该是目前比较有前途的方法。

除了判断系统稳定性外，另一个重要问题是若干预测结果为系统失稳，那么该如何给出适当的控制量以避免系统失稳，这方面的研究相对于暂态稳定预测的研究还较薄弱。它涉及电力系统稳定量化分析和稳定量化指标对控制变量的灵敏度分析，即使在离线环境下这也是一个难点，实时环境下要求快速给出适当的控制量将更加困难。有些研究以WAMS 得到的故障后一小段时间内的实测量为输入向量，通过人工神经网络直接将这些实测量映射到控制向量（如切机、切负荷量等）空间，这种方法相当于将暂态稳定预测和求解控制量都隐含在神经网络之中。但人工神经网络的训练需要大量样本，如何保证这些样本对各种系统运行工况和各种可能发生的故障具有足够的代表性是一个难题。WAMS 得到的实测信息也可用作稳定控制后备的失步解列装置的触发信号，在这方面的研究中系统通常被等值成两机系统。

1、2电力系统稳定器（PSS）

传统的分散配置的分散控制器实际上是在简化模型下设计的“孤立”控制器，只考虑本机可测信号，不考虑多机系统之间的关联作用及系统中其它控制器的存在和交互作用影响，其结果是这种控制器只对改善本机控制特性有一定好处，但对系统其它相邻机组的动态行为不可能有确定的改善，相反存在着各控制器间动作无法协调，而使各自的控制特性恶化的可能性。北美系统在进一步加装PSS过程中曾有过由于相互协调而使低频振荡重新出现甚至加剧的实例。

广域测量系统提供了广域系统的同步状态量，为进一步开发相互协调动作的电力系统稳定器打下基础。基于广域测量系统，PSS可以观察动作以后系统各点的响应情况，并根据系统的状态，确定进一步的动作。

2 电压、频率稳定控制

2、1 慢速电压稳定控制

基于广域测量系统，人们可以开发较为慢速的广域控制，比如电压稳定控制。美国BPA公司正在开发"先进电压稳定控制"项目。该项目基于广域测量系统和SCADA系统提供的系统电压、电流相量、有功、无功及频率等综合信息开发以下控制：基于响应的快速控制，该控制措施包括发电机跳闸及无功补偿调节。该控制主要需要提供电压相量、频率、有功及无功的测量；利用无功补偿设备进行电压控制，基于广域测量系统提供的电压幅值及功角，无功补偿设备使用模糊逻辑控制来调节电压幅度；变压器自动调压避免变电站之间并联变压器的环流现象，提高电压稳定性；发电厂的电压调度在电压紧急的状态下，有较多无功储备的电厂可以提高电压，从而减少系统的无功损耗，并提高电容器组的无功输出。这些措施可以提高系统的无功平衡，从而加强电压的稳定。

2、2 静态电压稳定控制

相对于暂态稳定问题，静态电压稳定和频率稳定属于慢动态的范畴，更易于利用 WAMS 信息实现稳定监视和控制。如利用 WAMS 得到的各节点电压相量测量值将系统等值成两节点系统，能快速给出电压稳定裕度；以各节点电压相量测量值作为输入变量，以潮流雅克比矩阵的最小奇异值作为电压稳定指标，用大量样本训练得到一个模糊神经网络作为电压稳定分类器，输出变量为很安全、安全、警戒、危险、很危险等 5 种电压安全水平；以 WAMS 提供的节点电压相角差和发电机无功出力为输入变量，应用决策树快速评价系统的电压安全水平。

3动态过程安全分析

3、1 低频振荡分析及抑制

随着大电网的互联，区域间的低频振荡对互联电力系统的安全稳定运行构成了威胁。WAMS 可望在分析和抑制低频振荡方面发挥作用。直接将系统线性化状态空间方程离散化，利用WAMS 提供的各离散时间点的测量值，通过最小二乘法计算线性化状态空间方程的系数矩阵，进而计算该矩阵的特征根；基于 WAMS 提供的各离散时间点的测量值采用卡尔曼滤波方法计算系统的机电振荡模式；应用快速傅立叶变换和小波分析对 WAMS 提供的节点间的电压相角差振荡时间曲线进行分析，提取低频振荡模式。与常规离线分析相比，基于 WAMS 的低频振荡分析具有更高的可信度。

通常仅基于本地信息的阻尼控制器（如 PSS）不能很好地抑制区域间的低频振荡，因为本地信息并不能很好反映区域间的振荡模式，本地信号对于区域间的振荡模式的可观测性不好。WAMS 的出现为抑制区域间的低频振荡提供了强有力的工具，可通过 WAMS 获取区域间的发电机相对转子角和转子角速度信号等全局信息作为阻尼控制器的反馈信号构成闭环控制。将采用 WAMS 信号的区间阻尼控制器附加到发电机励磁控制器中，达到抑制区域间振荡的目的；采用 WAMS 信号作为装设于联络线上的 TCSC 装置的控制输入，基于线性 H∞控制理论设计了 TCSC 区间阻尼控制器采用 WAMS 信号作为控制器输入时，需要引起重视的是 WAMS 信号的时滞（Time Delay）问题考虑时滞后闭环系统成为一个时滞系统，若时滞过大可能引起闭环系统的不稳定采用最小二乘预测算法由历史 PMU 测量序列得到控制器当前的反馈输入，没有明确说明时滞的处理方法，但其采用的 H∞控制是一种鲁棒控制方法，对由时滞造成的影响有一定抑制作用。

3、2 全局反馈控制

以往乃至目前的电力系统控制研究领域一直强调分散性/就地性，即对电力系统中的某一动态元件仅采用本地量测量构成反馈控制，从便于控制实现的角度追求控制的分散性/就地性毫无疑问是可以理解的，但通常电力系统的动态问题本质上具有全局性（如暂态稳定问题），而分散/就地控制只是通过本地量测量间接地包含一些全局信息，因此在提高全系统稳定性上有一定局限性。随着 WAMS的出现和发展，研究和实现基于 WAMS 信号的全局信息反馈与控制成为可能。

基于 WAMS 提供的全局实时信号，将通过联络线互联的两个区域等值成一个两机系统，然后采用直接线性化技术设计了联络线上的 TCSC 控制器，数值仿真结果表明，所设计的基于 WAMS 信号的全局 TCSC 控制器有效提高了互联系统的暂态稳定性。在全局反馈控制的研究中，同样存在远方反馈信号的时滞问题，有必要采用时滞系统控制理论加以分析研究，以探明时滞对全局反馈控制的影响。另外，对于非线性全局控制，如何根据特定的控制目标选择合适的远方反馈信号也是一个值得研究的问题。

通过分析可见，建立广域测量系统成为我国电力系统发展的必然，必须从工程技术、经济等角度对其开发、应用进行整体规划。未来重点要编制现有技术应用的规范，并提出技术改进的各种方法。根据我国电力系统运行、规划、分析、控制、保护及EMS等系统的未来实际要求，确定与广域测量系统接口、数据管理、分析和交换等各种相关课题。

参考文献

[1] 严登俊，袁洪，高维忠，等、利用以太网和 ATM 技术实现电网运行状态实时监测[J]、电力系统自动化，2005，27(10)：67-70、

动态分析基本方法篇2

关键词：模态分析；有限元分析法；试验模态分析法；运行模态分析法

引言

模态分析方法就是以振动理论为基础以模态参数为目标的分析方法。它是研究物理参数模型模态参数模型和非参数模型的关系并通过一定手段确定这些系统模型的理论及其应用的一门学科[1]。我们知道，模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。模态分析就是要获得机械结构的模态参数，如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内，各阶主要模态的特性，就可能预知结构在此频段内，在外部或内部各种振源作用下实际振动响应，而且已通过模态分析知道模态参数并给予验证，就可以把这些参数用于设计过程，优化系统动态特性，或者研究把该结构连接到其他结构上时所产生的影响。因此，模态分析是结构动态设计及设备故障诊断的重要方法。一般模态分析分为3类[2]。：一是有限元分析法（Finite Element Analysis，简称FEA）；二是基于输入输出模态试验的试验模态分析法（Experimental Modal Analysis，简称EMA）；三是基于仅测量输出的运行模态分析法（Operational Modal Analysis，简称OMA）。

1、有限元分析法1、1有限元分析法的介绍

有限元分析法是将弹性结构离散化为有限数量的具体质量、弹性特性单元后，在计算机上作数学运算的理论计算方法。有限元分析法是将弹性结构离散化为有限数量的具体质量、弹性特性单元后，在计算机上作数学运算的理论计算方法。它的优点是可以在结构设计之初，根据有限元分析结果，便预知产品的动态性能，可以在产品试制出来之前预估振动、噪声的强度和其他动态问题，并可改变结构形状以消除或抑制这些问题。只要能够正确显示出包含边界条件在内的机械振动模型，就可以通过计算机改变机械尺寸的形状细节[3]。目前，国际上采用的有限元分析有如下趋势；（1）从单纯的结构力学计算发展到求解多物理场问题。近年来有限元方法已发展到流体力学、温度场、电传导、磁场、渗流和声场等“耦合场”问题的求解计算。（2）由求解线性工程问题进展到分析非线性问题。

1、2有限元分析法的局限性

有限元法的不足[4]是计算繁杂，耗资费时。这种方法，除要求计算者有熟练的技巧与经验外，有些参数（如阻尼、结合面特征等）目前尚无法定值，并且利用有限元法计算得到的结果，只能是一个近似值。正因如此，大多数数学模拟的结构，在试制阶段，做全尺寸样机的动态试验，以验证计算的可靠程度并补充理论计算的不足，特别对一些重要的或涉及人身安全的结构，就更是如此。

2、试验模态分析法

2、1试验模态分析法的介绍

试验模态分析属结构动力学反问题，都基于真实结构的模态实验，能得到准确的结果。试验模态分析是模态分析中最常用的，它与有限元分析技术一起成为解决现代复杂结构动力学问题的两大支柱。利用试验模态分析研究系统动态性能是一种更经济、更有实效的方法。在试验模态分析中大致可以分为四个步骤[3]：l）动态数据的采集及频响函数或脉冲响应函数分析；2）建立结构数学模型；3）参数识别；4）振形动画。和有限元方法相比较，结构动力修改的反问题在试验模态分析基础上要加容易。

2、2试验模态分析法的局限性

虽然试验模态分析的方法在理论上已经趋于完善，但是在应用上还是存在它的局限性。在实际工程结构中，要获得输入激励的完整信息是难以实现的，或者根本就没有获得任何输入信息，具体表现为：l）海洋平台、建筑物以及桥梁等在风、浪以及大地脉动作用下引起的振动；导弹以及航天器在飞行运输过程中所产生的振动等，这些结构在实际工作时所承受的载荷往往是不可测量或很难测得，因而无法获得结构系统的激励输入信息；2）某些结构待识别的自由度很多，并且所受载荷的空间分布复杂，往往没有足够的传感器，无法得到完整的输入信息；3）所需要的载荷测试量（力）与能够测试的量（加速度）不是同一类信号，所需要的量不能直接测试，不能满足识别方法的要求；4）很多实际工作中，例如武器结构的振动试验，已经得到大量的振动响应数据，但却没有输入数据。然而目前根据实测振动响应数据往往只能得到诸如共振频率、最大峰值、总均方根值等特征量，而不能进一步用于对产品结构的动力特性分析，这就难以对产品的整体变形、响应特性作完整了解，大量的试验结构不能得到充分利用。

3、运行模态分析法由于有限元分析法和实验模态分析法存在的局限性，继而发展出了OMA技术。OMA是指在结构运行过程中，只采集结构响应信号即可进行结构模态参数识别的方法。下面从频域法、时域法和时频法[5]3个方面对运行模态分析方法作一下介绍。

3、1频域法

结构模态参数识别的频域法是指从结构传递函数或频响函数识别出结构模态参数（频率、振型、阻尼比）的方法。目前，该领域的技术已相对较为成熟，但由于方法本身存在着局限性，参数识别的结果必然存在着一定的误差。

频域法的最大优点是直观，从实测频响函数曲线就可直接观测到模态分布。在处理实测频响函数过程中利用频域平均技术，最大限度地抑制了噪声的影响，但也存在着混频和谱泄露等问题

3、2时域法

结构模态参数的时域识别法与频域方法不同，它无需将所测得响应与激励的时间历程信号变换到频域中去，而是直接在时域中进行参数辨识。时域法所采用的原始数据主要为结构的自由振动响应，有的也采用结构的脉冲响应和强迫振动响应，这样可以无需知道激励就可单独从响应数据中辨识模态参数。

时域法可以克服频域法的一些缺陷，特别是对大型复杂构件，如海洋平台、建筑物及水工结构等受到风、浪及大地脉动的作用。它们在工作中承受的载荷很难测量，但响应信号容易测得，直接利用响应的时域信号进行参数识别具有重要的意义。时域法面临的问题是抗噪声干扰、分辨和剔除由噪声引起的虚假模态和模型的定阶等问题。

3、3时频法

实际工程中很多环境激励是不能近似成平稳激励的，响应信号是非平稳的时变信号。对于这种时变响应信号，上述的两种方法不能同时满足对信号在时、频两域进行局部分析的要求，而这又是处理非平稳信号最根本和最关键的技术。因此，越来越多基于小波变化[6]等的时频方法在运行模态分析中得到了广泛应用。比如，Alonge等[7]利用遗传算法和最小二乘优化技术进行结构选择和神经网络参数选择，提出了一种基于小波的神经网络系统辨识方法。徐增丙等[8]提出了一种基于改进的Morlet小波的模态参数识别方法，运用小波熵对小波参数进行了优化选择，针对小波分析时产生的端部效应问题，运用最小二乘支持向量机（LS―SVM）对小波骨架进行预测延拓的方法，经预测分析后可获得较准确的模态参数。

时频域法既有频域法的优点又有时域法的优点，它将结构响应在时频两域展开，更有利于辨识结构非线性响应特征，故时频域法是一种很有前途的动力学系统辨识方法。时频域法目前的发展趋势是努力研究和构造更多与结构固有特征相匹配的小波基函数，使得模态分析的精度越来越高。

4、结论

近年来，随着工程应用领域的不断拓展，运行模态参数识别已成为一个具有广阔前景的研究课题，受到了国内外广泛重视，具有很强的实际意义和工程应用价值。虽然对于运行模态分析方法已有大量的研究结果，但由于实际问题的复杂性，仍然存在一些问题需[8]进一步研究，这主要表现在：（1）对于旋转机械而言，能够采集到的信号主要以转子工频信号为主，微弱的模态响应信号被完全淹没在强大的工频信号中，如何从强大的工频信号中提取微弱的模态响应信号。（2）由于在实际的应用中所测到的响应信号中存在着大量的噪声信号，如何有效地剔除噪声模态。对于旋转机械还有可能存在着谐波干扰，如何消除谐波干扰。（3）现有的运行模态分析方法大多都是以白噪声激励为前提的，如何提高目前识别方法的鲁棒性。（4）由于结构在工作地过程中模态参数是变化的，如何有效识别时变的模态参数。（5）如何处理非线性模态的正交性、解耦性、稳定性、模态的分叉、渗透等问题是当前研究的重点。由于在运行模态分析的过程中得到的自然激励响应信号成分复杂是典型的非平稳信号，在未来的研究中、应充分利用现代信号处理技术，通过多种方法优势互补，寻找新的高精度混合识别方法，在解决现有问题的基础上进一步地提高识别精度和可靠性。（作者单位：西华大学机械工程学院）

参考文献：

[1]W、Heylen S、Lammens P、Sas Modal Analysis Theory and Testing KULeuven （ISBN9073802-61-X） 1998：2-5、

[2]祁克玉、一种改进的EMD设备故障诊断方法及裂纹定量诊断反问题研究[D]、西安：交通大学机械工程学院，2007：23-28、

[3]梁君，赵登峰、模态分析方法综述、现代制造工程，2006，8：1-5、

[4]陈孙水、先进试验模态分析中若干关键问题研究[D]、南京：南京航空航天大学，2005：3-10、

[5]任宜春、基于小波分析的结构参数识别方法研究[D]、长沙：湖南大学，2007：5-15

[6]蔡如华、基于小波变换的热辐射测温信号消噪处理、桂林电子科技大学学报，2005，25（6）：1-5、

动态分析基本方法篇3

[关键词] 动态能力传统战略范式比较研究

一、动态能力的基本内涵

关于动态能力的内涵，一个显著的特点是虽然许多学者都接受了动态能力这个概念，但是对动态能力的内涵的解释却存在一定的差异。比较普遍被接受的观点主要有以下几种。

1、teece(1994年)将动态能力定义为企业整合、建立和再配置内外部能力以适应快速变化环境的能力。动态能力是在动态环境下挖掘竞争优势新来源的一种逐渐显现出来和潜在的综合理论。

2、动态能力是可以确认的明确流程或者常规惯例。kathleen(1998年)认为动态能力是可以确认的明确的常规惯例(routines)或者流程(process)，动态能力包括:整合资源的动态能力(如产品开发常规惯例、战略决策形成)、重在重新配置资源的动态能力(包括复制、转卖常规惯例，被经理们用来复制、转变和重新组合资源)及获取和让渡资源有关的动态能力(如知识创新常规惯例、从外部获取常规惯例)。

3、subba和narasimha(2001年)借鉴生物学的基本原理，即免疫系统具有一种识别多种抗原多样性并在需要时产生相应抗体的能力，从而使人体有能力应对生物环境，提出动态能力是产生多样化的业务的知识特性。

4、董俊武、黄江圳和陈震红(2004年)认为，能力可以被作为企业知识的集合，能够改变能力的能力的背后是技术知识。企业改变能力的过程就是企业追寻新知识的过程。改变能力的结果是企业建立了一套新的知识结构。

二、传统战略范式的划分

在此研究过程中,为了让战略范式尽量“可视化”，我们采用了国际上比较主流的“共被引法”的核心思想作为寻找和划分不同战略范式的主要依据。同时，时间维度本身就是一种很好地寻找和划分不同战略范式的依据，因此，也在很大程度上为我们所用。

1、经典战略范式和定位战略范式：继巴纳德后，20世纪50～20世纪60年代，哈佛大学最早开始了企业政策方面的研究工作。在此基础上，安德鲁斯(1965年～1971年)和安索夫(1965年)先后开创了战略研究设计学派和计划学派，从而逐渐形成了经典战略范式。

定位战略范式始于20世纪70年代对战略定位工具的研究和应用，然后由波特进行了理论化的系统构建，从而形成了第一种真正意义上的战略理论，并基本主导了整个20世纪80年代的战略研究。

2、基于博弈论的战略范式:20世纪80年代，产业组织理论融入了大量旨在发展新理论的内容(tirole,1988年)，新一轮的研究几乎由对不完全竞争市场中的行为和绩效的博弈理论的研究所单独组成(shapiro,1989年)。同时，现代产业组织理论的最新研究与经营战略理论是联系在一起的，在这一时期，博弈论提供了唯一的仅有的战略逻辑分析的连贯方式，或者说它表现为分析业务战略的最主要的方法论。

3、以资源为基础的战略范式:以资源为基础的战略范式又称rbv(resource-based view)战略范式，它可以追溯到经典战略范式甚至更早，但其为什么会在20世纪80年代后期才逐渐开始成为战略研究的主流呢？一是这一时期由于企业联合兼并的兴衰，使得回归主业再一次成为众多企业明智的选择;二是企业内因的重要性在竞争优势中的凸现，例如，日本企业在生产方法体现的高效率备受世界各国企业重视，人们也由此发现，本来被认为并“无吸引力”的行业里其实也存在着许多成功的企业;三是经济理论对研究企业的非对称性产生了极大的兴趣;四是经验反常以及产业结构分析技术反映的技术机会所面临的管理挑战。

4、以核心能力为基础的战略范式:以核心能力为基础的战略范式又称cp战略范式，它是在rbv战略范式的基础上发展和演化过来的。

三、传统战略范式与动态能力战略范式的基本特质比较

传统战略范式将战略视为“行动之前的概念”，其基本思路是在对企业内部条件和产业环境作系统分析的基础上，把环境的机会和企业的力量相匹配，同时保护企业的弱点，使之免受环境的威胁。但由于这种分析方法是一种静态的分析方法，因此在高度动态的竞争环境中必将受到现实的巨大挑战。而作者认为，动态能力观强调战略的动态性，它把战略视为企业与其环境相互作用的过程，并强调学习和创新在战略中的重要作用。综合上述内容，我们可以将现有战略范式与动态能力战略范式在基本特质上的区别做一个对比分析，如下表。

动态分析基本方法篇4

一、成本性态分析理论

在成本会计学中，成本是指对企业生产经营过程中各种经济资源耗费进行对象化计算的数额。简言之，成本就是对象化的生产费用。成本性态分析随着成本核算理念和方法的完善而不断变化。由于研究的角度和应用目的不同，目前建立在作业成本基础上的成本性态分析模型主要有以下两类：

（一）作业层次理论下的成本分析思路

美国芝加哥大学的罗宾·库珀和哈佛大学教授罗伯特·s·卡普兰的研究是作业成本管理的重要里程碑，划分出了生产作业的类型和层次：1、与单位相关的作业。该作业的数量或水平与生产的产品个体的数量或其他数量成比例。2、与批量相关的作业。该作业的发生是由生产的批量数而不是由单个产品引起的。3、与产品支持相关的作业，称为产品支持性作业，该作业的发生是用于产品的生产和销售，但独立于实际产量或批量。4、与客户支持相关的作业。称为客户支持性作业，该作业保证公司将产品销售给个别客户，但作业本身使销售的产品或服务的数量独立。5、与业务支持相关的作业。称为业务支持性作业，该作业是进行业务的基本需要，它与产量或销售无关。

由上述的作业层次划分，可以将作业成本分为：单位层次成本、批量层次成本、产品层次成本和设施层次成本。其中：单位层次成本是每一单位产品或服务所消耗的资源。如直接材料、直接人工成本；批量层次成本是一组产品或服务而非每一单位产品所消耗的资源，如定单处理、设备调试成本等；产品层次成本是为了支持特定的产品或服务而消耗的资源，它不能追溯到产品的单位个数或批数，如产品设计、下达工程变更指令成本等；设施层次成本是用于支持整个组织运作所消耗的资源，无法分配到特定的产品或服务，这方面的成本包括管理等费用，通常并为一个作业成本库。设施层次成本要在全部产品中分配。相对于单位层次、批量层次和产品层次的成本而言，其作业成本向最终成本计算对象的归集是由于其所处层次的相关因素决定的。将每一层次的成本之间动因的类型联系起来，可以通过分析每一层次的成本动因，进一步化简成本库，相应地减少成本分析模型中的变量。作业成本层次理论下的成本分析模型为：

总成本=单位层次成本总额+批量层次成本总额+产品层次成本总额+设施层次成本总额

（二）作业成本性态下的成本分析思路

美国学者罗曼诺指出，成本动因“表示某一特定作业和一系列成本之间的因果关系”。成本动因可从不同的角度进行分类，以满足不同的需要。基于作业的成本性态的研究，选择从成本动因的属性进行分类，把成本动因分为数量基础成本动因（volume-based cost driver）和作业基础成本动因（activity-based cost driver）。一是与数量相关的成本动因，也称为数量基础成本动因，一般指传统成本计算方法下的成本动因，导致短期变动成本的发生，是短期变动成本分配的依据；二是与作业量相关的成本动因，也称为作业基础成本动因，它导致了长期变动成本的发生，是长期变动成本分配的依据。这种成本动因繁多，常用的作业基础成本动因包括生产批次、生产指令数、工艺变更指令数、计划的技术复杂性等。

在作业成本法下，用成本动因来解释成本性态，可将成本划分为三类：

1、短期变动成本，如直接材料、直接人工、机器能量成本等，短期内与产品产量成比例变动，故以数量基础动因来归纳这些成本。2、长期变动成本也称为作业成本。它们以作业为基础，并随作业量的变动而变动，且变动所需时间比较长，故以非数量作为成本动因。作业量的变化与长期变动成本的变化并不是同步进行的，两者之间往往存在一个时间差，其本期作业的增减变动并不一定立即引起本期长期变动成本相应变化，其影响可能要到下期或更长时间才能显示出来。而这一点恰恰是长期变动成本与短期变动成本的区别所在。正是由于长期变动成本的这一特点，在传统成本计算系统中，通常把这部分视为固定成本。3、固定成本。在一个给定时期内，不随任何数量和作业的变动而变动的成本。在作业成本法下，企业中有一部分辅助作业无法归集到某个作业中心，并通过作业动因追溯到产品中，但是这部分作业是维持企业正常经营所必不可少的。

基于作业的成本性态分析下的成本分析模型可以定义为：

总成本=短期变动成本总额+长期变动成本总额+固定成本总额

上述的作业层次理论与基于作业的成本性态分析将产品成本从不同角度进行分类，这两种分类存在密切的关系，如图1所示。

二、油田企业成本发展要求

按照作业系统对油田企业的成本进行划分，并且对各作业成本进行成本性态分析，体现了油田企业成本发展的要求。一方面，运用作业基础成本性态分析，将油田企业总成本按照成本性态分别归类，有助于管理者有的放矢地开展工作，它为应用作业成本法进行短期和长期的决策分析以及制定和实施全面的责任预算等工作奠定了定性分析的基础；另一方面，运用成本性态分析所建立的成本性态分析模型，又为成本、利润等要素的预测和决策工作以及作业基础本量利分析提供了定量分析的依据。因此，作业基础成本性态分析在油田企业经营决策和管理中具有十分广泛和重要的意义：

（一）成本性态分析是油田企业采用作业成本法计算油气产品成本的前提条件

石油开采具有清晰的作业流程，能够确定生产过程中发生的作业，在此基础上按照成本性态对成本进行分类，正确区分不同类型的成本，是进行作业成本计算的基础。

（二）成本性态分析为分析成本—业务量—利润之间的相互依存关系提供了方便

油田企业对产量指令性的指标和追求利润，通常会造成成本压力。如何处理好产量、成本和利润三者的矛盾也是油田企业成本发展需要解决的问题。依据作业基础成本性态建立的成本性态分析模型是一个总成本性态方程，对历史数据进行分析和研究，并在此基础上进行预测、决策和控制活动。

（三）成本性态分析可以作为评价各作业中心工作业绩的基础

油田企业成本事后控制机制也是成本管理发展的要求。企业控制程序一个很重要的部分就是通过比较实际指标值与计划（预算）指标值以衡量、评价实际工作的业绩。通过成本性态分析，可以区分可控的变动成本和不可控的固定成本。企业应当以可控成本的消耗情况来评价各作业中心的工作业绩。

三、油田企业成本构成

按照油气生产流程并结合油田的实际，可以将油气开采过程分为五个基本的生产作业系统（作业成本法下称作业中心），即提升作业系统、集输作业系统、注水作业系统、井下作业系统、运输系统及其它辅助生产系统。

依据油气开采的基本工艺流程进行的五项作业划分，就有了五项主要的作业成本：提升作业系统成本、注水作业系统成本、集输作业系统成本、井下作业系统成本和运输作业系统成本。笔者按照分系统核算原则，将提升、注水和集输三大生产系统作为生产作业的核心进行成本分析。

提升作业系统成本的界定为从采油井到联合站之间主要为采集油气所发生的相关成本费用。注水作业系统成本界定为从供水水源至注水井口区间内所发生的相关成本费用。集输作业系统成本界定为从联合站到集输公司的油气交接点以及联合站到污水外排口区间内的相关成本费用。

其他辅助生产成本主要包括井下作业系统成本和运输系统成本。作业系统成本界定为所有作业项目的相关成本费用。

四、油田企业基于作业的成本层次分析

油田企业作业层次成本分析模型设计的关键是生产经营指标概念的引入。生产经营指标是各种成本动因量的结合，是以产量为中心的各种经营信息、各种生产工作量指标；是作业成本层次理论与油田企业成本结合的切入点。生产经营指标可分为两类：一类是随产量变动而变动的生产工作量指标，如提液量、注水量和油气处理量；另一类是不随产量变动而变动的经营基础指标，如井站数量等。在提升、注水和集输作业系统中发生的环境成本、人工成本等设施层次作业，支持作业系统的正常运行。

提升作业系统的成本费用主要包括材料费、动力费、生产人员工资及附加费、油气资产折旧折耗、修理费、运输费、青苗赔偿费等，影响成本变化的主要生产指标包括油气井数、提液量、生产方式和综合含水率等。材料费主要划分为化学药剂、井口及配件、抽油机配件、计量站耗材、其他材料五个大类；电力消耗支出主要包括抽油机耗电、电泵耗电、其他耗电；修理费主要包括设备维修、地面工程维修，设备维修主要是车辆、电焊机等活动设备维修和分离器、加热炉、抽油机、电力设施等固定设备维修；地面工程维修包括计量站维修和管线维修；运费主要包括单井拉油等支出。在提升作业系统中，提液量是随产量变动而变动的生产工作量指标，开井数量、井次数量是不随产量变动而变动的经营基础指标。在提升作业系统中，电费、药剂费等费用的发生，随着提液量这一生产工作量指标的变动而变动，它们是单位层次的作业成本；直接材料、水费、燃料费、油井措施作业费、油井维护费、运输费等费用的发生，与开井数量、井站数量、井次数和运输台班等经营基础指标有关，是批量层次的作业成本；人工成本、折旧及摊销费用、环境成本、管理费用等为提升作业系统的运行提供了必须的人力、管理和机器设备，是设施层次作业成本。提升作业成本层次的分析如图2所示。

在注水作业系统中，费用主要包括材料费、动力费、人员工资及附加费、注入井、站、管网的折旧折耗等。影响成本变化的主要生产指标包括注入井数、注入量、注入方式、注入物质等。直接材料主要发生在注水站和水源井，成本的发生与注水站数和开井数等经营基础指标有关，注水井测试费用、维修费等的发生与井次有关，运输费用的发生与动因台班相关，这几类成本费用属于批量层次的作业成本范畴；电费、水费、燃料费、药剂费等随着注水量这一生产工作量指标的变动而变动，是单位层次成本范畴；人工成本、折旧及摊销费用、环境成本、管理费用等也为注水作业系统的运行提供了必需的人力、管理和机器设备，是设施层次作业成本。

在集输作业系统中，直接材料费、药剂费、电费、燃料费、维修费用等随着油气处理量这一生产工作量指标的变动而变动，是单位层次作业成本范畴，运输费用与台班相关，属于批量层次的作业成本范畴；人工成本、折旧及摊销费用、环境成本、管理费用等也为注水作业系统的运行提供了必需的人力、管理和机器设备，是设施层次作业成本。

对油田企业来说，只有油气产品这一单一产品，产品层次成本与并且只与产品种类有关，与产品产量和批次无关，油田企业作业层次理论下的总成本模型可以建立为：

各作业系统成本=单位层次成本+批量层次成本+设施层次成本

油田企业总成本=∑各作业系统成本

五、油田企业作业成本性态分析

油田企业作业成本性态分析是根据基于作业的成本性态分析理论与方法，结合油田企业生产成本的构成特点，将油气生产成本划分为短期变动成本、长期变动成本和固定成本三类，并按照不同成本的构成因素分析研究各类型成本的变化特点、变化规律和变化趋势等成本习性。在五项作业成本中，运输作业系统成本与井下作业系统成本（包括措施增油作业成本和维护作业成本）依据历史数据的产油量进行分摊，形成吨油作业成本，这两类作业成本直接随产油量的变动而变动，可以将其划分为短期变动成本；提升作业成本、注水作业成本、集输作业成本这三项在较长的生产时间内是与各自的作业量即提液量、注水量、油气处理量成比例变动的成本，可以划分为长期变动成本；在油气生产过程中与产油量和作业量没有直接关系的成本如折旧摊销费用、人工成本、管理费用和环境成本可以作为固定成本。油田企业作业成本性态划分如图3所示。

根据油气企业作业成本性态的划分，结合油田经营管理的实际，可建立作业成本性态分析模型如下：

总成本=短期变动成本（吨油变动成本）+长期变动成本+固定成本=吨油变动成本+（提升作业系统成本+注水作业系统成本+集输作业系统成本）+人工成本+管理费用+折旧及摊销费用+环境成本

六、两类模型的应用比较

动态分析基本方法篇5

关键词：协议分析；数据帧；编译技术

【abstract】 in process industry, there are many munication protocols, but they have many differences in structure、 in order to develop up-layerapplication, it needs to parse and process these protocols、 this paper discusses the protocol in which parsing and processing program can beimplemented when the protocol is described with the formalize-description, and the program based on formalize-description is independent of theprotocol、 this implementation can avoid coding parse and processing program for different protocols separately, and makes the program moreflexible and adaptable、

【key words】protocol analysis; data-frame; piling technology

在过程工业中，工业自动化技术日趋成熟，自动化控制系统的应用已经非常普及，但是各类控制系统绝大多数是封闭的系统，控制装置自身存在封闭性。不同的厂家为各自的产品提供不同的协议和通信方式，缺乏统一的、标准的开放式接口。如果要集成在一起，必须为它们开发专用的通信接口。随着工业自动化系统功能要求越来越复杂，完全用一个厂家的产品来构成整个系统是很困难的。用户在进行上层应用程序开发的时候，通常需要对协议进行解析，从中提取出所需数据项，并进行相应的存储、加工计算和显示等处理，这就要求用户不得不针对特定的控制系统开发特定的、专用的通信接口论文。

这些通信接口程序之间的结构非常类似，主要的区别在于对网络接口收到数据帧的理解和解释不同，极易造成整个应用系统的复杂和冗余。更为不利的是，一旦底层设备发生变化，就可能造成整个应用程序的重新编写和编译，大大增加了系统的维护量和开发人员的负担[1]。

1 控制设备协议分析

对于不同控制系统中的控制协议，其数据帧格式往往不同。但是在特定的控制系统中所涉及到的数据帧通常都有明确的格式定义，并且数据帧与数据帧之间往往是相对独立的。更为重要的是控制系统中的设备要完成通信功能必须在物理链路上建立逻辑连接。这里的物理链路包括以太网、串行口等，相应的逻辑连接是tcp/ip 协议、串行通信协议，在此基础上各种设备再定义自己的应用层协议。虽然应用层协议的类别会因设备和厂家的不同而有很大的变化，但是仔细分析就会发现，这些协议都各自具有确定的帧格式，如哪些字节表示命令、哪些字节表示参数名、哪些字节表示设备位号、哪些字节表示数值等。

既然所有的通信协议都遵守一定的帧格式，那么就可以根据已知的帧格式构造此协议的解析程序，针对每一种通信协议手工编写这样的解析程序是没有问题的，本文讨论的是能不能将通信协议数据帧格式的描述与协议的解析代码相分离，用稳定的程序来处理不稳定的数据帧格式。如果答案肯定，那么就能对不同设备采用同一个接口采集数据，如果底层设备的通信协议发生变化，只需要改变协议相应的描述，而不必重新编写和编译协议的解析程序，可以降低系统的复杂度，便于管理和扩充。

2 协议解析的解决方案

如前所述，编译原理中的基本词法分析和语法分析的思想为解决所面临的问题提供了理论基础，特别是词法分析器自动生成器和语法分析器自动生成器提供了很好的借鉴方法[2]。词法分析器自动生成器的基本实现思想是：(1)对输入流进行形式化描述生成一个状态转换图，根据此状态图可以识别此种输入流的所有形式；(2)由一个主控程序根据状态转换图对输入流进行扫描分析以识别符合描述的短语。把这种思想运用到本文所面临的问题上，问题的解决方案就可描述为：(1)把设备的通信协议形式化描述(描述的方式即采用正规式集的方式)；(2)由一个状态图生成程序产生对应这些正规式的状态图(在下文中把状态图称为驱动表、相应的状态图生成程序称为驱动表自动构造器)；(3)由一个唯一的主控程序根据此驱动表对接收到的数据帧进行分析识别，输出用户希望的数据格式。

2、1 总体设计方案

本文提出一种根据用户配置文件自动进行协议数据识别的解决方案，该方案主要由以下部分构成，即用户配置文件、词法分析器自动生成器、语法分析器自动生成器、数据帧识别器，方案结构如图1 所示。用户配置文件协议形式化描述语法规则配置词法分析器自动生成器语法分析器自动生成器数据帧识别器数据帧 数据帧分析结果图1 总体方案结构程序运行时，首先根据用户配置文件自动生成词法分析器和语法分析器，数据帧识别器把接收到的数据帧进行词法分析，然后进行语法分析，最后得到分析结果。这样做的好处是，一旦底层应用设备协议发生变化，就可以适当更改用户配置文件，而不必把整个程序重新编译。

2、2 用户配置文件设计

用户配置文件是本文方案的基础所在，一个良好的配置文件设计，能够大大简便以后词法分析器和语法分析器的生成。由图1 可以看出，在设计时采用了2 个文件单独配置的方法：(1)底层设备协议的形式化描述，该配置文件主要用来自动生成词法分析器；(2)用户定义的语法规则，用来自动生成语法分析器。

协议的形式化描述实际上就是通过分析设备的协议定义，用正规式集的方式表现出来，以便进行词法分析。一条命令帧或响应帧的基本格式为：命令头_命令_参数_数据命令头：gnn, anng：代表命令a：代表响应nn：命令或响应的序号命令：由两个字母表示的命令或响应的内容参数：参数表示了数据的来源、个数、大小、类型等数据：数据值，有的命令和响应没有数据部分_：代表一个或多个空格此类消息的形式化描述，即正规式集如下所示：digit [0-9]mandtype (a|g|p){digit}{digit}interrupt (p){digit}{digit}id [a-z][a-z0-9_ ]*integer {digit}{digit}*exp [ee][+-]?{digit}+float ({digit}*"、"{digit}+({exp})?)|({digit}+"、"{digit}*({exp})?)token [a-z0-9_]+mand (si)|(mn)|(sp)|(fg)|(fp)|(fs)| (ms)|(bf)| (bg)|(bd)|(bk)|(pm)|(sc)|(ac)datatype (int)|(flt)|(chr)|(der)bool (on)|(off)

value {integer}|{float}|{token}string语法规则定义是用户配置文件的主要部分，它既可以让用户定义一定的语法规则，还能够让用户决定在符合规则的情况下什么样的数据帧接受，什么样的数据帧抛弃，以及接受的数据帧哪一部分需要存储等一系列动作。该配置文件首先应该给出词法分析所能识别的协议关键字，这样用户就可以根据这些关键字和协议手册实现白己的配置。这些关键字的形式化描述上面己经给出。另外还应该包括己经提前定义的动作。本文在设计中采用了提前定义动作函数的方法。再就是规定用户配置条目的格式，具体设计包括两部分：

(1)语法规则条

语法规则条主要是用户根据具体需要写出程序应该能够识别的语法规则，该语法规则并不要求用户写出所有同该协议有关的条目，仅需要写出用户需要的规则即可。例如某用户仅需要识别返回数据的响应帧，就可以写成：mandtype_mand_integer_parameter_data不必将并非返回数据的命令帧mandtype_ mand__ _写出。

(2)相应动作项

相应动作项是发现符合用户定义的语法规则的数据帧后应该执行什么样的动作，常用的是存储，一般是数据项的存储，也可能是用户感兴趣的命令类型的存储等。例如，如果定义一个动作save(string key)可以把key 对应的实际数据值存到一个全局变量中，那么用户就可以在该分析器以外通过配置和调用从而获得感兴趣的数据。相应配置条目可以写成：mandtype_mand_integer_parameter_data {save(data);}表示发现符合上述语法规则的数据帧就接受，并且存储data 数据项到全局变量。

2、3 词法分析器自动生成器

词法分析器的主要目的是读取用户的形式化描述，然后自动生成协议驱动表，即本文所说的词法分析器。词法分析器自动生成器的主要部分就是3 个主要算法，这3 个主要算法实现了从正规表达式到最小化确定有限自动机的一步步转换。最后生成的最小化确定有限自动机，既可以包括所有形式化描述的最小化确定有限自动机，也可以是针对每一个形式化描述的最小化确定有限自动机。本文采取的是后者。相应的数据结构如下：sword[]单词数组，包含有3 个域：name 域代表可识别的单词名称；states[]代表该单词状态数组；trans[]是状态转移矩阵，nstate=trans[inchr] [curstate]。

(1)从正规表达式到nfa

设计中用状态转换图来分别表示相应的nfa 或dfa，而在内存中的表示，则使用状态矩阵表示，即上面提到的trans[]。在手工方式下，可以手工对每一类单词建立一张状态转换图，然后把所有的状态转换图合并成一张统一的状态图。在程序自动生成中，所有状态以及状态转换都需要保存，以便后继处理的使用。

(2)从nfa 到dfa

从不确定的有限自动机n 转换为一个等价的确定有限自动机m，可以用子集构造法完成[3]。m 的每个状态，对应于n 的一个状态的集合。其基本思想是：m 读入一个给定的输入串之后处于状态{x, y, z}，当且仅当n 可能处在x, y, z 中任何一个状态，视n 选定哪个状态而定。让m 记住n 可能走的全部可能路线，并让m 同n 平行地工作。m 的接收状态将是任何含有n 的接收状态的任何集合。

(3)dfa 的最小确定化

经过上述建立的dfa 并不是最优的，其状态数比必要的状态数可能要多，因此需要对这个dfa 进行最小化，其基本思想是：在一个状态集合中，还有不等价状态，就把不等价的状态分开，使一个集合中的状态等价。分开后，如果一个集合中的状态还有不等价的，就继续分开，直到每个分开的小集合中的状态都等价为止。

2、4 语法分析器自动生成器

有了以上的词法分析器自动生成器，就可以生成能够识别协议形式化描述中的所定义的单词。而这些单词，正是本文在用户语法规则条中所使用的。利用用户所定义的语法规则，生成相应的语法树。

由于该语法分析器是通过读取用户配置文件生成，因此首先要有一个小的词法分析器，能够识别文件中的单词，该词法分析器是按照文件中配置条的特殊字符进行分割，然后对比形式化描述文件中的定义，识别特定的和己经定义的单词符号。语法分析树自动生成器如图2 所示。

图2 语法分析树自动生成器

(1)脚本文件识别器

脚本文件识别器主要是识别配置文件中所定义的节点关键词，如mand, integer 等，即在语法配置文件中所出现的sword[]中的name 域。该识别器也是一个词法分析器，只不过，它所要进行的动作是按照特定的分割字符，识别关键词。例如配置条目mandtype_mand_integer_parameter_data {save(data);}中所出现的mandtype, mand, integer, parameter,data 等。

首先是把形式化描述中的名称定义为关键字，然后通过词法分析的方法，识别语法配置脚本中的关键词，并且记下识别的顺序。

(2)语法树生成

考虑到本文所要进行的语法分析，是一种比较简单的对比分析，只要符合配置条目中所出现的语法配置条，就可以执行其后的动作。因为在设计中把配置条目的动作也作为一个单独的节点挂在语法树叶子节点的。这样一旦语法分析走到叶子节点，就可以认为是语法匹配，再进一步走到动作节点，去执行相应的语法动作。

2、5 数据帧识别器

当词法分析器和语法分析器都建立起来以后，就可以对数据帧进行分析识别。数据帧识别器接收数据帧，然后调用词法分析器识别单词，然后根据识别出的单词的顺序去查语法树，最后执行能够识别的语法的对应动作。

当系统取得所要识别的数据帧后，首先把它转换成字符串，然后存到字符缓冲区；词法分析器从缓冲区的头部开始进行状态匹配，如果出现不匹配的情况要进行字符回退，词法分析的结果是把所有的单词识别出来并按顺序存储。随后这些按顺序存储的单词查找语法树，并执行能够匹配的语法树的动作。其结构如图3 所示。

图3 数据帧识别器结构

3 结束语

该系统如果底层协议发生变化，只需要在形式化描述文件中加入新的协议形式化描述，在用户语法配置文件中加入新的语法配置条。程序启动时，会自动生成相应的词法分析器和语法分析器，此时的词法分析器和语法分析器己经是不同于先前而是适合于现在底层协议的分析器，协议识别主程序就会调用该新生成的词法分析器和语法分析器分别进行词法分析和语法分析，从而进行相应的数据提取。此过程完全避免了应用程序的重新编译，而且，一般用户经过简单培训，也可以方便地对配置文件进行手工配置，解放了开发人员对整个应用程序的维护[4]。

本文所介绍的词法分析和语法分析的自动生成方法，在目前基于网络的应用程序开发中具有很大的意义(如可用于协议分析和协议转换等)。基于状态转换图的模式匹配方法具有一般匹配无可比拟的效率，可用于基于规则的网络入侵监测中等。

参考文献1 aho a, sethi r, ullman j、 pilers principles, techniques, andtools[m]、 ma: addison-wesley, 1986、

2 吕映芝, 张素琴, 蒋维杜、 编译原理[m]、 北京: 清华人学出版社,1998、

动态分析基本方法篇6

二、主要内容

控制系统的数学模型

2 自动控制系统的基本原理

2 自动控制系统的分类

2 控制系统的时域数学模型

2 控制系统的复域数学模型

2 控制系统的结构图与信号流图

线性系统的时域分析法

2 线性系统时间响应的性能指标

2 一阶系统的时域分析

2 二阶系统的时域分析

2 高阶系统的时域分析

2 线性系统的稳定性分析

2 线性系统的稳态误差计算

线性系统的根轨迹法

2 根轨迹方程

2 根轨迹绘制的基本法则

2 广义根轨迹

2 系统性能的分析与估算

线性系统的频域分析法

2 频率特性

2 典型环节和开环系统频率特性

2 奈奎斯特稳定判据

2 稳定裕度

2 闭环频率特性

2 系统时域指标估算

线性系统的校正方法

2 系统的设计与校正问题

2 常用校正装置及其特性

2 串联校正

2 反馈校正

2 复合校正

线性离散系统的分析与校正

2 离散系统的基本概念

2 信号的采样与保持

2 z变换理论

2 离散系统的数学模型

2 离散系统的稳定性与稳态误差

2 离散系统的动态性能分析

四、考试要求

控制系统的数学模型

2 理解并掌握自动控制系统的基本原理和基本概念

2 理解并掌握自动控制系统的实例和基本要求

2 熟悉自动控制系统的分类方法

2 熟悉并掌握控制系统的微分方程和状态方程的建立方法

2 理解并掌握控制系统的传递函数

2 理解并掌握控制系统的结构图或信号流图表示法，熟悉结构图化简方法，了解信号流图简化公式。

线性系统的时域分析法

2 熟悉并掌握线性系统时间响应的性能指标

2 掌握一阶系统的时域分析

2 掌握二阶系统的时域分析

2 了解高阶系统的时域分析

2 理解并灵活运用线性系统的稳定性分析方法

2 熟悉并掌握线性系统的稳态误差计算方法

线性系统的根轨迹法

2 熟悉并理解根轨迹方程

2 掌握根轨迹绘制的基本法则

2 掌握广义根轨迹理解并灵活运用根轨迹法分析控制系统性能指标和确定控制系统控制参数

线性系统的频域分析法

2 熟悉线性系统频率特性的基本概念

2 掌握并熟练绘制典型环节对数幅频特性曲线

2 掌握对数幅频特性简化绘制方法并熟练绘制开环系统频率特性曲线

2 熟练绘制奈奎斯特图，掌握奈奎斯特稳定判据

2 熟练掌握通过对数幅频特性分析控制系统的稳定裕度

2 了解闭环频率特性分析方法

2 理解并掌握高阶线性系统时域指标估算方法和计算公式

线性系统的校正方法

2 理解控制系统的设计与校正问题

2 熟悉常用校正装置及其特性

2 理解并灵活运用超前校正方法和滞后校正方法对控制系统进行设计和校正

2 熟悉并理解反馈校正方法对控制系统进行设计和校正

2 了解复合校正方法对控制系统进行设计和校正

线性离散系统的分析与校正

2 熟悉并掌握离散系统的基本概念、特点和研究方法

2 熟悉信号的采样与保持过程和掌握香农采样定理

2 熟悉并掌握z变换理论

2 熟悉并掌握离散系统的数学模型的建立方法

2 掌握离散系统的稳定性分析方法和稳态误差计算

2 掌握离散系统的动态性能的时域分析方法

动态分析基本方法篇7

[关键词]煤矿开采；地表移动；动态测量

中图分类号：TD325 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）27-0351-01

作为我国主要的一次能源，煤在我国的需求量非常巨大，在这种背景下，我国的煤矿开采业发展很快，开采量和开采效率都日渐提高。但煤矿开采会掏空地层，引发一系列水平或竖向变形，进而导致地表移动，轻则损坏建筑，重则导致山体滑坡等大型灾害。为了有效预知、规避、控制这些现象，我们需要分析该原因导致的地表动态移动规律，以获取必要的参考依据。

一、煤矿开采导致地表移动概述

（一）水平变形导致的地表移动

水平移动会对外体现为地表的压缩和拉伸，根据实际工程经验可知，建筑物普遍抗压缩能力强而抗拉伸能力弱，所以一旦地表的拉伸作用在建筑物上体现出来，对建筑物的影响非常大，如果地表拉伸移动的部位正处于建筑物关键部分，建筑物甚至有直接倒塌的可能。需要注意的是，这种影响作用并不是单向的，煤矿开采中的建筑物在微量破坏不断发生的情况下会产生水平附加力不断叠加的现象，这种叠加作用会令地表的水平移动进一步加剧，形成一个双向影响的恶性循环。

（二）竖向变形导致的地表移动

与水平变形相比，竖向变形对地表移动的影响更大，因为竖向变形会令工作面地基整个受到不均匀的支反作用力，进而在工作面上施加非常明显的剪力与附加弯矩。需要注意的是，当竖向变形与水平压缩变形同时叠加在地表时有可能相互抵消，取消实际的移动作用。

（三）移动角与地表移动的关系

移动角对地表移动的影响可以分为两方面，一方面是移动角本身的影响，另一方面是移动角的移动范围产生的影响。移动角是两类特殊位置点的夹角，一个位置点位于移动盆地的主断面，属于临界变形点，另一个位置点位于采空区边界的水平连线上，属于相对位置点。

二、煤矿开采所致地表移动的分析方法

为了更有效地规避或抑制煤矿开采所致地表移动的危害与负面影响，有必要分析这种地表移动的规律特征，具体分析策略如下。

（一）地表移动分析的方法种类

由于煤矿开采导致的地表移动具有很强的动态性，所以其分析方法相当复杂而且技术要求很高，我国受限于技术条件，常用的分析方法只有以下三种，分别是负指数函数法、典型曲线法、概率积分法[1]。从本质上来看，这三种方法都是动态曲线的建立方式，所以在具体应用时还要与具体的煤矿开采情况与分析需求结合使用。在这三种方法中，概率积分法的应用程度最高，因为该方法对各种动态因素的涵盖率最高，可以将特殊地形的山坡因素、山坡整体滑移因素等都囊括进去，所以在分析上可以保证更高的精度和准确度。

（二）地表移动分析的动态曲线

如前文所述，分析地表移动的三种方法，其本质都在于建立动态曲线，而无论哪种方法，在建立动态曲线时都应遵循如下原则：其一，曲线中的地表特性系数在计算获取上要相对简单，获得的地表特性系数应能描述地表的土层结构、区域植被、基本类型等特征指标。其二，作为动态曲线基础之一的滑移函数要能描述煤矿开采导致的坡体下滑现象，以及与山区沉陷之间的关系[2]。其三，动态曲线应包括一些基本参数以描述滑移影响、工作面走向、影响范围等。

三、煤矿开采所致地表移动的动态测量

在实际的煤矿开采中，我们是使用动态测量手段获取必要的分析参数，再结合上述的分析计算方法获取地表移动规律的。动态测量手段的具体应用要点如下：

（一）以动态测量分析地表移动的必要参数

根据实际经验可知，在地表移动的分析中，动态测量需要获得的参数有六个：第一个参数是特定时刻的下沉参数，该参数通过计算动态测量值与首次测量值之差得到。第二个参数是特定时刻的平移参数，该参数通过计算动态测量坐标与首次测量坐标关系获得。第三个参数是相邻两测点的变形参数，包括了水平移动与倾斜。第四、第五个参数也均为相邻两测点参数，分别是曲率变形参数与水平变形参数。第六个参数则为一定时间内特定测点的下沉速度参数[3]。上述参数为动态测量的主要参数，但动态测量的参数不只局限于这些，还可以添加其他参数以提高测量精度。

（二）以动态测量分析地表移动的具体措施

由于煤矿开采区的地形、地质条件比较复杂，所以想通过传统的测绘方法测量和获取这些参数比较困难，而且由于传统测量法的测量时间较长，获取的参数动态性会下降。为了保证所获参数的动态性、稳定性、精确性，目前通常采用GPS技术进行动态测量。具体方法是在选定的各个观测点分别建立GPS测站，然后通过卫星回线将全部测站所获信息同步统合到计算机，这样就能建立涵盖整个矿区的GPS观测网。由于GPS测量可以连续长时进行，所以可以藉此实现动态参数的获得。

（三）以动态测量分析地表移动的应用优势

动态测量不同于静态测量，由于可以获得一定时期内的动态参数变化，所以不仅可以藉由这种变换探究地表移动的总体规律，而且可以有效去除部分测量错误导致的特异点或偏差点，提高地表移动的分析精度。此外，动态测量基本可以实现全时性分析，有效规避了静态测量常见的现象遗漏问题[4]。现代的动态测量在引入GPS技术以后进一步提高了测量能效，藉由该技术实现的三维化、全天候、长时性、自动化、短周期测量，极大地提升了地表移动分析所需的参数总量，分析精度得到了极大的提升。

结语

针对地表移动进行的动态测量具有较强的技术性和复杂性，虽然在煤矿开采中获得了一定程度的实际应用，但基本是作为一个独立的观测模块进行应用的，其测量、分析几乎与煤矿的日常开采工作完全分离，分析得到的结果在回馈给煤矿的开采设计方时也具有一定的滞后性，所以虽然提高了分析精度，但应用能效并不高。因此，未来该技术的进一步应用研究应集中在其与开采规划的动态连接上。

参考文献

[1] 路向平，袁泽东、GPS定位技术在崔庙煤矿地表移动观测中的应用[J]、中州煤炭，2010（7）、

[2] 王秋衡，袁慧珍，刘美英等、矿山地质灾害的安全预报与预报研究[J]、地下水，2005（4）、

动态分析基本方法篇8

关键词：利益基本矛盾；生态制度；法统计学；地方区域投融资；研究方法创新

一、 引言

马克思主义经典理论对人类社会的基本矛盾采用“四分法”，即生产力与生产关系、经济基础与上层建筑是人类社会的基本矛盾。并同时认为，“人们奋斗所争取的一切，都同他们的利益相关”。因此，刘文华老师认为，在人类物质生活领域，社会整体利益与个体利益的矛盾存在并贯穿人类社会始终的基本矛盾。但是，集体利益包含社会整体利益，但当两个个人组成的集体时，该集体就不能称之为社会，特别是在现代社会，一个地方政府的部门与地方政府、该政府部门与部门官员个人，都存在却集体利益与个体利益的冲突。因此，从法律制度研究的视角来看，笔者结合社会学、法社会学及法益理论等基础理论，①采用“两分法”，人类社会基本矛盾归纳为“集体利益与个体利益的矛盾”。但是，如何发现、探索利益博弈基本矛盾的客观规律，如何研究、分析并运用生态制度，传统计的“行而上”法哲学、强调“效率”而难顾“公平”的法经济学等研究方法都显得有些力不从心。统计学是从现象中归纳、探索并检验规律的学科。因此，构建以法律及现象为研究对象的法统计学研究方法是生态制度研究方法的创新。

二、 社会制度变迁的根源及生态制度内涵法统计学分析

法统计学是综合法经济学和制度经济学研究方法，以广义的制度和法律为研究对象，探索和发现“生态、正义”的“应然之法”即应该是这样的法律制度，矫正与“应然之法”相背离的“实然之法”即现实生活中存在的法律制度，实现现实生活中法律制度的生态化即符合客观社会发展规律的法律制度。运用法统计分析方法对人类社会实践及其发展历史的分析归纳为，集体利益与个体利益的对立统一；其不但是存在于人类物质生活领域、精神生活领域，而且是贯穿人类社会始终的、永恒的基本矛盾。正是这对矛盾的运动导致了社会非正规制度及国家和法律制度等正规制度的产生。

1、 集体利益与个体利益的矛盾是最基本的社会矛盾及制度的根源。集体利益与个体利益的矛盾是在人类物质生活和精神生活领域支配、贯穿人类社会始终的基本矛盾。这对矛盾的运动是人类社会一切制度的源泉。

首先，集体利益与个体利益的矛盾，不但存在于人类物质生活领域，而且存在于人类精神生活领域；其中，物质生活是基础，精神生活是推动人类文明发展的动力。人类文明包括对外在的自然界和内在的人类本性的控制。人类在对外在的自然界的控制，即通过劳动获得或潜在获得物质财富。在这个过程中，由于人的能力的差异，合作所获得的财富大于个人，但是，合作的前提是按贡献公平分配。于是，合作就形成集体利益，而公平分配及合作的分歧就形成了集体利益与个体利益的矛盾。当社会进化到氏族部落或国家产生后，这对矛盾就转化为社会整体利益与个体利益的矛盾。因为，天赋人类的基础即生存权，由于人人都有生存权，这就要求实现自己的生存权不能损害或剥夺他人的生存权。但在远古时代，是从吃人的社会，人本身就是一种能给别人生存的食物。人类为了不至于因互相冲突、战争、杀戮而导致人作为一个种群而灭亡，于是在物质资料的生产过程中，就开成了控制人类内在本性的关系即安全的制度保障，如一些动物或古代的部落形成了互不侵犯的领地，如果一旦侵犯就以战争或相似的杀戮来制止这种行为。因此，从生产物质财富的过程中，为了保护自身及所创造的物质财富的安全，也要求建立控制别人或自己的内在的本性的各种制度，故集体利益与个体利益的矛盾不但存在于物质生活领域而且也存在于精神生活领域。

其次，社会整体利益与个体利益的矛盾包含于集体利益与个体利益的矛盾，并且后者一样是存在于人类社会始终并且永恒的支配人类社会存在和发展的最基本矛盾。当集体利益与个体利益的矛盾有机统一、协调发展时，就促进人类社会的发展，否则，就阻碍社会的发展。其一，人作一个群体性动物，当面临着动物的攻击、自然灾害或其他种群的攻击等集体利益危机时，如果不维护整体利益，就可能导致包括自己在内的整个种群灭亡。其二，在我国计划经济时代，由于过分强调社会整体利益而忽视了个体利益即个人私利的激励，导致因生产力低下而创造的物质财富缺乏，从而最终损害了个体利益，阻碍了人类文明发展。相反，西方资本主义社会过分强调个体利益，如2008年美国次贷危机引起的世界金融危机，导致了社会集体财富的缩水，也同样阻碍了人类文明的进步。其三，在现代社会，社会整体利益不仅是作抽象社会人的整体利益，而且由于社会是一个包括一切生物的有机整体其整体利益也包括生态平衡利益。在地球生物圈上人与其他生物是共生的，如果过分强调人的利益，特别是强调个别人的个体利益，而损害生态环境，导致特定的物种灭绝，最终将会因生物链断裂而导致人类自身的灭亡。因此，“应然之法”即“应该是这样法律”是体现集体利益与个体利益矛盾运动规律的相对静止的外在表现，是生态制度的本质属性。

2、 生态制度的本质是近似的“应然之法”。在人类社会发展史中，集体利益与个体利益的矛盾，在特定时间和范围内是相对均衡、静止的，但矛盾运动是绝对性与相对性的、绝对运动与相对静止的统一，这就要求有体现其博弈均衡相适应的制度；当两者不协调时，就会自发调整而达到新的均衡，这要求制度变迁以形成新的与其利益博弈新均衡相适应的制度。因而作为利益博弈规则的制度也应当是相对静止与绝对运动的统一。当集体利益与个体利益处于相对静止、均衡发展阶段，其制度是稳定的。当矛盾打破旧的均衡而建立新的均衡时，就要求制度变迁，构建新的利益博弈规则即新的制度。因此，“应然之法”是理想的、自动的体现集体利益与个体利益矛盾运动规律的制度。

然而，制度是人制定的“现实之法”，是提供人们交往的基本的结构，在整个人类历史上，人们通过这个基本结构来创造秩序并减少交换中的不确定性。因而，制度是“集体行动对个人行动的控制”；是包括个人之间的各种群体利益博弈的产物，也是解决冲突的博弈均衡解。均衡是各方都能接受的利益均衡点，虽然不是最理想的，但却是双方或各方都能接受最现实的最佳结果。因此，“实在之法”必须凭借人的主观能动性发现并认识客观规律即“应然之法”，并通过制度的变迁使“实在之法”符合“应然之法”而形成“生态实在之法”即生态制度。所以，生态制度是近似的“应然之法”。同时，集体利益与个体利益矛盾中的集体利益包括两个方面，一是人与人之间社会关系的集体利益，二是人与自然之间社会关系的集体利益。其矛盾也就存在两类子矛盾，即涉及人与自然之间的集体利益与个体利益的矛盾和涉及人之间的集体利益与个体利益的矛盾。相应地，体现集体利益与个体利益均衡发展的生态制度也包括两个方面，一是体现人与自然协调发展的自然生态制度；二是体现人与人之间协调、均衡发展的制度的生态制度。

三、 生态制度研究方法的法统计学方法运用

集体与个体利益的矛盾统一体是相对的，是有其范围的系统，如地方区域经济相对全国经济体系而言是个体，而相对地方区域内部的经济个体而言，又是集体，是一个相对独立的，相对独立的经济系统。作为特定系统内部的近似的“应然之法”的生态制度研究，必须要以探索、认识、分析并检验规律的统计分析方法来分析制度的生态规律，实现法统计学的生态制度研究方法创新。

1、 生态制度的法统计学内涵。制度又分为正规制度和非正规制度，其中，非正规制度是人们在社会实践中自发造成的调整人们行为的准则或规则，而正规制度则是原始部落或国家以维护其集体利益或集体中占主导地位小集团的利益并以集体或国家强制力保障的调整人们行为的规范。作为正规制度的法律制度，是由代表集体利益的机构国家制定的并用强制力维护的正规制度，其作用之一就是调整及调和包括个人和社会在内的各种相互冲突的利益。因为，如果人类文明要得以维持和发展、社会要避免无序和解体，法律就要为利益提供支持。因此，法律制度应当是与反应并体现“应然之法”的生态制度，是“引导、规范和强制”其他制度的制度，其目的是“旨在创设一种正义的秩序”。但是，客观规律是隐藏于客观现象背后的本质必然的属性。特别如生态的地方投融资制度，是典型的集体利益与个体均衡制度。传统的法经济学以效率为主难于计量公平；②法哲学强调的是“行而上”的“公平、正义”的分析，结构法学、历史分析法学等方法，都但很难度量和具体操作。因此，以法律制度及其相关的社会现象为研究对的法律及其制度统计分析即法统计学分析方法，就是探索、发现、分析并检验制度是否生态的方法，是生态制度研究方法的创新。

生态制度是符合集体利益与个体利益均衡发展的制度，而集体与个体利益对矛盾分类两类系统，一类是集体统一体为两个体组成，另一类是多数个体组成的集体统一体。生态制度法统计学的内涵条件为：合作创造的集体利益大于个体创造的利益并且利益的分配是公平的，其最终目的是实现个体利益的最大化。第一类生态制度用公式表示为：（1）■（a+b）？叟a或b；（2）■（a+b）∈a或b；两个条件必须同时存在，才是生态制度。第二类生态制度的公示衍化为：（1）■？撞ni=1（ai+b）？叟ai或b；（2）■？撞ni=1（ai+b）∈ai或b。

2、 生态地方投融资制度中法统计学运用。地方投融资本质是地方人民运用地方财政资金“矫正天然市场失灵”的重要工具；是根据孙中山先生的“权能分治理论”，“地方特定区域的人民”运用天赋的“政权”授权“地方政府”运用“治权”为优化区域产业结构和引导市场主体健康发展，是实现兼顾私人利益基础上的社会整体或区域集体利益最大化。地方投融资法律制度的关键问题是地方区域经济及其规划的生态问题、地方区域财税制度及投融资法律制度的生态问题以及地方投融资效果的生态问题。这些问题的生态化分析及效果的检测，都需要从大量的数据中运用历史分析法、回归分析法、大数定理分析、满意度调查分析法、相关度分析法等既能分析公平的秩序又能分析效率的统计学专业方法，从地方投融资及其相关的现象中抽样、收集客观数据，并对一些定性的东西进行量化，运用客观“数据说话”来探索、挖掘生态规律，矫正制度的“非生态化”。因此，地方投融资制度的生态化研究是法统计学方法运用的典型的案例。

首先，在地方区域集体经济体系及规划的生态化检测的法统计学运用中，其一、运用客观的历史经济数据采用如回归法、概率法、协方差分析等专业的统计分析方法分析、预测或预警经济结构的变化及趋势，制度或修正区域经济政策、规划，以实现市场自然失灵风险的“软着路”。其二，从规划制度来看，可运用回归分析、大数据分析，从自然生态和制度生态两个方面，制定生态规划。同时，既要防止规划超前，而造成浪费；又要防止滞后而导致“瓶颈效应”。

其次，地方投融资是一种公益性的不以盈利为目的的地方区域“经济杠杆”，其投资资金及融资成本的分析最终来源于地方区域人民的税收来分摊。在地方财税制度及投融资制度的法统计学运用中，其一，投资及融资额度都需要对历史的财税状态、经济结构和融资区域影响进行法统计分析，制定生态的投融资预、决算及运营制度。其二，运用"数据说话"的统计分析、归纳方法，制定生态的投融资实施制度，矫正因地方政府及其官员的代表利益与个体利益冲突的非生态制度。例如，从表1全国经济数据统计分析可知，非生态的地方投融资政策、制度是地方债务、地方经济危机的潜在因素之一。

最后，在地方投融资效果及责任制度的法统计学运用中，因为生态制度包括自然生态和制度生态，所以地方区域投融资效果分析，既要分析自然生态效果，又要分析社会、经济效果，并作为调整规划和财税制度的依据。在责任制度的构建中，一是在建立中央与地方分别所有的前提下，建立了地方政府投融资一般整体经济责任制度，即a6法律，SW=∑PW+∑（地方政府投融资）+a法律；其中a为系数，SW是指社会生态财富，PW是指地方区域内个体财富。当a=0，市场为自由竞争市场，SW=∑PW+∑（地方政府投融资）；二是在明晰内部各部门或机构之间的事权与财权的基础上，建立健全地方政府投融资管理中的岗位责任制度，即SW=∑PW+∑（地方政府投融资）+a[（损失补偿性矫正法+惩罚性矫正法）]；三是在上述科学的考核和监管机制下，完善责任追究制度；同时，运用“大数定理”建立具有一定存款功能的地方政府投融资责任保险制度作为生态责任制度的补充。

注释：

①“在德国刑法学笼罩在黑格尔的观念论之下时，维也纳的耶林等的研究却为法益概念奠定了理论基础。由宾丁与李斯特提升为刑法体系的基本概念，至此，法益概念获得德国刑法学的中的核心地位。耶林认为：“法律的目的是平衡个人利益与社会利益，实现利已主义和利他主义的结合，从而建立起个人和社会的伙伴关系”。（张文显：《20世纪西方法哲学思潮研究》，北京，法律出版社，1996年版，第20页。）法益是指由法所保护的、客观上可能受到威胁的人的生活利益。”参见，张明楷著：《法益初论》，北京，中国政法大学出版社，2000年5月第1版，第25页-167页。

②“与市场一样，法律用等同于机会成本的代价来引导人们促进效率最大化”，见[美]理查德・A、波斯纳（Richard A、Posner），蒋兆康译：《法律的经济分析》，北京，法律出版社，2012年1月第2版，第763页。

参考文献：

1、 孙国华，朱景文、法理学、北京：中国人民大学出版社，2004、

2、 （美）罗斯科・庞德著，廖德宇译、法理学、第三卷、北京：法律出版社，2007、

3、 （美）约翰・康芒斯，赵睿译、制度经济学（上）、北京：华夏出版社，2009、

4、 周明勇，易丹辉，肖宏伟、“论民间借贷制度演化”、现代管理科学，2013，（9）、

5、 （美）E・博登海默，邓正来译、法理学：法律哲学与法律方法、北京：中国政法大学出版社，2004、

基金项目：全国统计科学研究计划重大项目“中国生态文明建设：统计测度、国际比较与影响因素研究”（项目号：2013LD03）；环保公益性行业科研专项经费项目“环保投资核算体系优化与绩效评价体系建立研究”（项目号：20090911）。