饋控制過程
概述
企業的技術創新能力是企業擁有的通過運用知識、信息和技術, 經過一系列的研發、實驗、生產和銷售等環節的創新過程, 使企業獲得商業利潤或競爭優勢的特性。只有對企業技術創新能力的構成要素進行深入分析, 才能對技術創新能力的衡量指標做有益分解, 從而對其做出科學合理的評價。要想對企業技術創新能力進行正確的分析和評價, 必須有正確和科學的認識論為指導, 這樣才能透過複雜的表面現象, 抓住事物的本質特徵。由於缺乏統一的理論和概念框架的指導, 許多學者在對企業技術創新能力進行分析和評價時, 往往出現指標羅列和概念混淆的現象。利用系統控制原理來對企業的技術創新能力進行分析, 是把企業的技術創新過程看作一個具有自我調節能力的反饋控制系統, 即把企業的技術創新過程看成一個由不同的環節和要素組成的複雜系統, 內部各環節和要素之間不僅產生相互影響和作用, 而且整個系統還要受外部環境因素的影響。同時, 作為企業生產管理系統的一個子系統, 企業的技術創新過程要受管理系統中其他子系統和構成要素的影響。利用反饋控制系統的特性, 可以對企業技術創新能力的構成要素和影響企業技術創新能力效率發揮的要素進行科學的歸類和區分。
企業技術創新的反饋控制過程
反饋控制系統
控制系統是控制論中研究的系統, 是指用某種方式調節和控制信息流、能量流、物質流等的任意一個系統。它一般應包括三個必要的元素: 主控系統( 即控制主體或控制器) 、受控系統( 即受控客體) 以及將控制作用傳遞到受控體的傳遞者。一個開環的控制系統一般由三個子系統組成, 即輸入子系統、輸出子系統和狀態子系統,在開環控制系統中, 輸出量對控制沒有影響,信號從輸入到輸出, 沿前向傳送。其構成簡單, 但控制精度低, 不能對擾動產生控制力, 使用於要求不高的場合, 如馬路的紅綠燈控制。
但在現實的生產活動中, 受外界環境等多種因素科學學與科學技術管理的影響, 輸出的結果可能並不理想, 需要根據輸出的結果及時調節系統的輸入和運行, 以增強系統的環境適應性, 於是就形成了閉環控制系統, 又稱反饋控制系統。在反饋控制系統中,輸出量通過反饋產生控制作用, 信號不再是單向傳輸,提高了控制的精度, 有效的抑制作用於被控對象的干擾。
由於企業的技術創新過程是個複雜的系統過程,在現有的技術條件下, 很難對其整個過程進行精確描述, 這樣我們可以藉助系統的“黑箱”原理, 把複雜問題相對簡單化。所謂“黑箱”原理是指, 在認識的某一階段, 把認識對象看作一個封閉的箱子, 只了解外界對它的輸入、輸出, 而不深入其內部了解其具體機構。這種方法可以引導人們自覺、主動地討論問題的層次和範圍, 在這一層次的問題弄清楚之後, 再根據需要深入到下一層次的細節, 這樣通過逐步分解法, 可以逐步把“黑箱”變成“灰箱”,最後變為“白箱”。把企業的技術創新過程看成一個反饋控制系統,是因為它符合反饋控制系統的基本特徵: 企業技術創新的目的是通過不斷創新產品、工藝、服務等來增加企業的價值; 而且整個創新過程需要在人、財、物、信息的投入和運行方面相互協調配合; 企業的技術創新過程是由創新的各個階段構成的複雜整體, 各個階段又有其相應的構成要素; 作為一個連續性的過程, 它需要根據企業內外環境的變換、創新的實施情況, 對創新過程的內部結構及運行進行及時協調, 以便使企業的創新更符合市場的需求。因此企業的技術創新過程具有反饋控制系統的目的性、整體性、層次性、環境適應性和反饋性。按照反饋控制系統的結構, 可以把企業的技術創新過程看成由輸入、創新過程、輸出、反饋等要素組成的系統。
(1)創新輸入
創新輸入是技術創新系統之外對企業技術創新過程投入的資源、信息、能量。主要包括企業生產組織管理系統投入的資金、人力資源、儀器設備、技術、信息、知識等要素。在創新的輸入過程中不僅要保證各種輸入的來源, 而且要處理好投入要素在不同創新項目間的分配問題。需要企業提前進行相應的預算、策劃和籌措, 根據企業的實際情況確定最佳的投入方案, 即保證創新的投入水平, 又要提高資源的配置效率。企業技術創新的過程也是一個知識的生產過程,信息、知識、技術等無形資源的投入能實現邊際效益的遞增, 因此在創新的輸入階段, 企業尤其要重視相關知識和信息的輸入。
(2)創新過程
創新過程是企業技術創新系統的受控對象, 是利用企業投入的資源進行技術創新的具體實施過程。對企業技術創新系統整個的輸入到輸出的過程來講, 這個過程是指相對狹義的創新過程, 即從新概念的產生然後經過細緻的設計或試驗計畫, 再通過反覆的試驗和測試到最後新技術成果的產生過程。正如威爾特和克拉克所說的那樣, 企業技術創新的過程是一個循序漸進地通過解決一系列問題降低不確性的過程, 從審視階段進入選擇階段, 再到最後的實施階段, 從而最終將技術和市場結合在一起。他們將這一過程稱為“開發漏斗”(如圖4) , 即從最初創意的出現到最後的成果輸出, 通過不斷的設計、試驗, 不確定逐步減少,成果目標越來越明確。
市場的競爭日趨激烈, 創新過程充滿複雜性和不確定性, 機會稍縱即逝。所以需要採用先進的手段對創新過程進行管理和控制, 對創新的實施進行隨時的跟蹤和檢查, 以儘可能提高創新速度, 減少創新風險,避免不必要的損失。
(3)創新輸出
創新的輸出是企業技術創新系統的最終成果, 也是整個系統存在和運行的目的。對於企業來說, 創新的輸出過程也是企業技術創新成果與市場結合的過程, 是企業進行新技術推廣套用的過程。技術創新的輸出階段也是一個複雜的系統工程, 因為在新產品的推廣過程中, 需要大量的市場投入。一方面需要加大宣傳力度, 增加客戶對新技術產品的認知程度。另外,要選擇目標客戶群進行推廣試驗, 通過現身說法來增強潛在客戶對新產品的信心。面對激烈的市場競爭和一些不法企圖, 在新技術產品的推廣過程中, 企業要加大對自己產品的智慧財產權保護力度, 避免受到不法侵害。
(4)反饋過程
由於當前國內外對企業技術創新的研究中, 很少有人把企業的技術創新過程看成一個反饋控制系統,使企業的技術創新過程始終處於一個直線輸入和輸出過程, 而不是一個閉環的連續過程。反饋過程的引入, 使企業的技術創新過程變成有計畫、有目的的系統工程, 使其更加科學合理, 符合實際情況。一個完善的企業創新系統就是一個需要根據技術創新的實際結果不斷完善和提高的自適應系統, 因為創新過程本身就是一個反覆試驗的過程, 其不確定或不可控因素很多, 需要根據變化的情況及時調節創新投入和實施過程, 為今後技術創新工作提供有益的指導意見, 這樣才能更好地實現創新系統的總體目標。技術創新的反饋過程實際上是一個信息的蒐集和傳遞過程, 反饋控制過程需要明確反饋內容、反饋方式、反饋時間等,企業需要根據自己的實際情況確定反饋過程的具體實施。反饋的內容包括要客戶對新技術產品的反應信息、市場的潛在需求信息、競爭對手的相關信息等。在信息反饋過程中, 既要保證獲得企業創新發展所需要的信息, 又不至於使企業陷入垃圾信息的汪洋大海,浪費相關人員的時間和精力。既要保證信息的及時傳送, 又要防止信息傳送過程的失真變形。二、企業技術創新能力的構成要素按照企業技術創新系統的構成要素, 可以把企業技術創新能力分為投入能力、研發製造能力、產出能力和反饋能力。
創新投入能力
創新投入能力是指企業投入創新資源的數量和質量。一般分為R&D 投入和非R&D 投入,R&D 投入能力集中體現在經費、人員和設備的投入上, 包括技術人員的數量、文化技術素養、設備的投資額、設備的先進程度等。非R&D 投入是指企業技術引進和技術改造的費用, 還包括政府對企業的支持和投入。由於我國目前大多數企業自主研發能力比較弱, 技術引進與消化吸收及技術改造可能成為企業技術創新的重要內容。
研發製造能力
研發製造能力反映了企業利用現有的信息、知識、人力及各種物質投入, 通過選題、制定方案、反覆試驗, 從而解決企業生產經營過程中碰到的技術難題的能力。研發製造能力一方面反映了企業對現有的科學技術知識進行新的組合和綜合, 並結合當地市場環境和本企業的特點, 對基礎研究成果進行進一步的開發, 增強其市場適用性的套用研究能力。另一方面反映了企業通過新材料、新工藝、新產品等的研製來提高企業收益水平和市場份額的技術開發能力。對於通過外部的合作引進技術的企業來說, 任何一項技術都有它的使用條件和設備人員要求, 因此企業的研發制科學學與科學技術管理能力則表現在企業對引進技術的消化、吸收、甚至創新的能力。只有對引進的新技術進行很好的消化、吸收, 才能在技術引進中提高企業的自主創新能力,減少企業對外部的技術依賴。
創新產出能力
企業創新的產出能力是反映企業通過一系列的投入、研發過程產生成果的能力, 創新產出是企業創新系統運行的目標, 其能力的強弱反映了企業技術創新系統運行的效果。企業技術創新產出可以分為直接產出和間接產出。直接產出包括一種新產品、新材料、新工藝、新技術、新智慧財產權, 甚至是企業產品的一種新包裝等, 是企業技術創新的直接成果。間接產出是直接產出通過產品的市場化給企業帶來的效益, 包括銷售額的增加、利潤率的提高、收益的增加等。直接產出只有化為間接產出即給企業帶來效益才真正實現企業技術創新的目的。只有具有較高的間接產出能力才能提高技術成果的商品化程度, 增加企業創新的動力。間接產出能力同時也受直接產出能力的制約, 如果企業直接產出能力較弱, 同樣不可能帶來較高的創新收益。直接產出能力和間接產出能力只有相互配合, 協調發展, 才能提高企業的創新效率。
反饋控制能力
反饋控制能力反映的是企業在技術創新過程中信息的蒐集、甄別、加工處理和傳遞能力。信息的蒐集能力需要企業能及時的獲得儘可能全面的、有益提高企業技術創新水平的相關信息, 尤其是創新產出及實施方面的信息, 以便能跟預期的目標作比較, 找出差異和應對措施。但是由於信息的來源和渠道各不相同, 有些信息可能對企業技術創新能力的提高並沒有多大的利用價值, 甚至有些可能是虛假信息, 因此需要企業有較高的甄別水平和分辨能力, 要去偽存真,提高信息的質量。簡單的信息羅列一方面不利於信息的傳輸和使用, 同時可能很難從這些原始的信息中發現其反映的實質問題, 因此需要對蒐集到的原始信息進行歸類整理、加工分析, 增強信息的實用性。加工整理好的信息要通過一定方式和渠道反饋到相關的技術研發部門, 這樣才能發揮信息對技術創新過程的指導作用。信息傳輸的能力要求企業快速、準確的把加工整理好的信息傳遞給信息的使用部門。
液壓控制過程
概述
液壓控制過程的建模與仿真是研究液壓控制過程動態特性常用的方法，影響液壓控制過程動態特性的因素較多，且影響程度各不相同，其之間互相影響、相互制約。如何定量確定與組合液壓控制過程中設計到的各個參數，使液壓控制系統整體性達到最佳，成為相關領域及學者研究的重點方向之一，受到了越來越廣泛的關注。分別對液壓控制過程中涉及到的液壓容腔、液壓缸、液壓控制元件的動態特性進行數學建模，採用集中參數法完成非線性數學模型的線性化與簡化處理，依據改進的自適應遺傳算法，使得交叉機率與變異機率可自動隨適應值變化，獲取數學模型的最優解，通過Simttlink 提供的仿真模組對所有液壓控制過程中元件的數學模型進行描述，將所有組成元件的Simulink 仿真子模組之間相應的輸入輸出相連，塑造液壓控制過程的Simulink 仿真模型。在Simulink 模組中引入改進遺傳算法Simulink 模組，對某些結構參數進行最佳化，實現液壓控制過程的最佳化設計仿真。仿真實驗表明，最佳化後的液壓控制過程具有很高的穩定性。
1建立數學模型
液壓容腔
液壓系統主要包括液壓元件與管路，一般情況下，液壓元件自身具有若干油口，同時和管路相連，由上述元件組成的即為液壓容腔。所以，在進行數字仿真的過程中，本文通過節點法塑造液壓系統的數學模型，也就是將液壓管路的匯交點看作節點，塑造所有節點的流量平衡方程，從而對節點壓力與進出該節點流量之和的聯繫進行描述，獲取一組方程。液壓系統主要包括 V1~ V4 四個容腔，對每個元件的油口進行標號，從而直觀地對液壓元件的不同油口進行判斷。完成每個容腔壓力-流量方程的塑造之後，依次對每個液壓元件的特性方程進行塑造，獲取每個油口的流量計算公式，即可實現液壓控制過程動態特性的有效描述。
2.液壓控制過程的最佳化設計
2.1 改進遺傳算法
基於上節獲取的液壓過程數學模型，採用改進的自適應遺傳算法，使得交叉機率與變異機率可自動隨適應值變化，獲取數學模型的最優解，為塑造液壓控制過程的仿真模型提供可靠的依據。遺傳算法的行為及收斂性直接取決於交叉機率 P 與變異機率 P 的選擇。Srin-vivas 等人提出一種自適應遺傳算法，使得 P 與 P 可自動隨適應值變化，從而在開拓與探索間達到一個權衡。如果所有個體的適應度基本相同或達到局部最優，則 P 與 P 增加，當群體適應度分布較分散時，則 P 與 P 減少。並且，對於適應值超過群體平均適應值的個體，其與相對較低的 P 與 P 相應，從而保護上述個體並進入下一代；對於未超過平均適應值的個體，其與相對較高的 P 與P 相應，上述個體被淘汰。所以，自適應的 P 與 可給出相對某個解的最佳 P 與 P 。
2.2 基於simulink的液壓控制過程的仿真模型
對液壓控制過程中所涉及到的元件進行數學建模後，即可通過Simttlink 提供的仿真模組對所有元件的數學模型進行描述，一個子模組可描述一個元件。再將所有組成元件的Simulink 仿真子模組之間相應的輸入輸出相連，每個子系統模組均具有輸入與輸出變數，且具有一定的物理意義。通過Sin⁃lulink 的子系統功能能夠塑造具有遞階結構的液壓控制過程的仿真模型。液壓控制過程仿真模型遞階結構的層次基本上不受約束。所有仿真模組均可移至其它仿真過程中。為了方便使用，完成元件仿真模型的塑造後，可對元件子模組進行封裝操作，從而便於使用。Simulink 可為液壓控制過程的仿真建模提供需要的全部子模組。所以，本文首先塑造能夠反映所有元件特徵的微分方程，再通過Simulink 對其進行描述。同時通過Simulink 中非線性模組對液壓控制過程中常見的某些非線性因素進行保存，從而獲取存在非線性環節的仿真模型，使得液壓控制過程的仿真模型更加精確。
所述的元件子模組均未經封裝，在對液壓控制過程進行仿真時，若需調整某個參數值，只需打開其所處的子系統進行調整。經過封裝的元件子模組，可通過一個參數對話框實現與外界的通信，更加便於使用，適用於已經定型的仿真模組。
主動控制過程
概述
電動汽車換電站(battery swap station，BSS)是一種重要的集中式充電基礎設施，其V2G 運行方式具有廣闊的套用前景。但是，當BSS 放電功率較大時，會對中壓配電網現有的故障處理過程產生較大影響，需要有合理的應對措施。
目前有關BSS 在V2G 運行方式下對中壓配電網保護與自動化配置的影響的研究仍很少見，但充放電機在向配電網放電時與逆變器型分散式電源的工作原理存在共性，相應造成的影響也較為類似。針對該類問題，目前存在2 種解決思路：一是根據分散式電源接入後造成影響的特點，改變中壓配電網的保護及自動化配置；二是從分散式電源側入手，限制分散式電源的容量或者及時檢測配電網的運行狀態並主動調整分散式電源側的控制方式，儘可能降低影響。
對於第1 種思路，目前已有較多研究成果。修正了分散式電源接入後的保護配置，並利用了額外的斷路器、方向繼電器或距離繼電器等繼電保護器件，但是這種方法不夠靈活，每次新接入分散式電源時都要對保護重新配置；採用自適應保護，分散式電源接入配電網後可以自動改變保護特性、定值，但是必須配備通信單元和快速計算單元，需要額外的投資。
第2 種思路近年來也吸引了學術界的關注。利用了故障限流器，在配電網正常運行時呈現小阻抗狀態，當故障發生後立即轉變為大阻抗，將故障電流限制在較低水平，但是這種方法需要額外的投資，而且正常運行時會對配電網產生一定的影響；通過分散式電源在配電網中準入容量的計算確定允許接入的分散式電源的最大容量，但是這種方法限制了分散式電源的利用。
綜合上述研究成果，本文的貢獻在於利用BSS 內動力電池具有一定程度的自由度和可支配性的特點，提出了主動控制策略。該策略包括BSS 在不同線路類型配電網中的故障判別與應對策略和 BSS 內各充放電機的協調控制策略，不僅控制靈活迅速，而且不需額外的設備和投資，也不會因為保護系統的要求而限制BSS 的容量。
1BSS 對中壓配電網故障處理過程的影響
1.1 基於饋線自動化的配電網故障處理過程
1）基於饋線終端單元(feeder terminal unit，FTU)的配電網饋線自動化系統故障處理過程。
目前城市配電網大量採用基於FTU 的饋線自動化以提高供電可靠性。架空線路發生故障時，變電站出線重合器跳閘切斷故障電流，若重合器重合成功，則判定為瞬時性故障，否則判定為永久性故障，根據各負荷開關的信息迅速判斷出故障區段，遙控故障區段兩側負荷開關分閘以隔離故障區段，並遙控相應的重合器和聯絡開關合閘，恢復非故障區段供電。而電纜線路發生故障後即認定是永久性故障，故障處理方式與架空線路發生永久性故障時一致。
2）基於重合器-熔斷器配合的配電網故障處理過程
重合器與熔斷器配合也是一種重要的饋線自動化保護方案，利用了重合器能夠重合且其開斷特性具有雙時性的特點。當熔斷器支路發生故障時，重合器快速跳閘，若重合閘後故障消失，說明發生了瞬時性故障；否則說明發生了永久性故障，在重合器延時跳閘前熔斷器的熔體熔斷，實現線路故障區段的隔離。
1.2 BSS 對基於FTU 的饋線自動化的影響
在V2G 運行方式下，會對饋線自動化產生如下影響：
1）使得瞬時性故障發展成為永久性故障。故障發生後重合器R1 跳閘，在R1 重合閘之前，BSS仍向故障點提供電流，使得故障點電弧無法熄滅， R1 重合閘失敗，即使是瞬時性故障也會發展為永久性故障，降低了供電可靠性。
2）當故障點在BSS 上游時可能會導致故障區域判斷不正確。例如故障點在圖1 中的f1 點，當故障發生後，BSS 向f1 提供短路電流。雖然BSS 放電時由於充放電機中逆變器的限流要求導致BSS 提供的最大短路電流僅為其額定放電運行時的2 倍，但BSS 容量較大時，也將提供較大的短路電流，可能導致系統判定負荷開關2 也流過短路電流，從而錯誤地將故障區域判斷為負荷開關2 和3 之間。
3）當故障點在BSS 下游時重合器R1 檢測到的故障電流減小。當故障發生後，R1 檢測到的故障電流比BSS 不接入時小，可能會對饋線自動化產生一定的潛在影響。
2配電網故障時BSS 的主動控制過程
2.1 基本原理
根據IEEE STD.1547 標準，分散式電源的併網點電壓在0.88~1.1 pu 之間時，分散式電源處於正常運行狀態，因此當BSS 併網點電壓 U<0.88 pu 時，可認為配電網處於不正常運行狀態，需要啟動BSS 主動控制策略。
BSS 根據其工作狀態的不同自動選擇對應的控制策略。BSS 充電時，發生故障後直接切除BSS，直到 U³0.88 pu，說明配電線路故障已經消失或被隔離，重新投入BSS 對其充電。BSS 正常放電運行時，只有電池SOC 滿足條件的才允許放電，考慮到換電的工作原理，必有一部分電池充電時間較短而不滿足放電條件，因此BSS 中只有一部分電池在放電。當 U<0.88 pu 時，放電的電池給剩餘的電池充電，即放電電流由流向配電網變為流向未放電的電池，如圖4 所示，從而有效地減小向故障點提供的電流。此外，配電網線路類型不同時 BSS 的主動策略也略有不同，以全架空線路和全電纜線路為例分別介紹其主動策略。
2.2 全架空線路情況下 BSS 的主動控制策略
配電網線路均為架空線路情況下 BSS 的主動控制策略如圖 5 所示。BSS 根據 U< 0.88 pu 的持續時間 t 與整定時間 t0 的比較來判斷 BSS 所在最小配電區域是否發生了永久性故障，並有相應的控制策略。若 t< t0，說明配電線路發生了瞬時性故障或者 BSS 最小配電區域之外發生的永久性故障已被隔離並恢復了非故障區域的供電；否則，說明 BSS 所在的最小配電區域發生了永久性故障。因此，整定時間 t0 與重合器分閘時間、重合閘時間、判斷隔離故障區域及恢復供電時間有關。
3換電站V2G 運行時充放電機協調控制過程
放電的充放電機控制策略
典型的充放電機由隔離變壓器、濾波器、 AC/DC 環節和DC/DC 環節組成。由於充放電機放電時由 DC/DC 環節維持逆變器直流側電壓的恆定，動力電池提供需要的電能，因此DC/DC 環節和動力電池可用一個恆壓源來代替。正常放電運行時 BSS 中的充放電機採用 PQ 控制策略，按照指令 P*和 Q*發出有功和無功。簡化後放電的充放電機拓撲結構及其正常放電運行時的控制策略。當U<0.88 pu 時，若放電的充放電機數量較多且放電功率指令較大，可能造成充電的充放電機給電池充電的電流過大，從而降低電池的使用壽命。
