[科普中国]-控制过程

馈控制过程概述

企业的技术创新能力是企业拥有的通过运用知识、信息和技术, 经过一系列的研发、实验、生产和销售等环节的创新过程, 使企业获得商业利润或竞争优势的特性。只有对企业技术创新能力的构成要素进行深入分析, 才能对技术创新能力的衡量指标做有益分解, 从而对其做出科学合理的评价。要想对企业技术创新能力进行正确的分析和评价, 必须有正确和科学的认识论为指导, 这样才能透过复杂的表面现象, 抓住事物的本质特征。由于缺乏统一的理论和概念框架的指导, 许多学者在对企业技术创新能力进行分析和评价时, 往往出现指标罗列和概念混淆的现象。利用系统控制原理来对企业的技术创新能力进行分析, 是把企业的技术创新过程看作一个具有自我调节能力的反馈控制系统, 即把企业的技术创新过程看成一个由不同的环节和要素组成的复杂系统, 内部各环节和要素之间不仅产生相互影响和作用, 而且整个系统还要受外部环境因素的影响。同时, 作为企业生产管理系统的一个子系统, 企业的技术创新过程要受管理系统中其他子系统和构成要素的影响。利用反馈控制系统的特性, 可以对企业技术创新能力的构成要素和影响企业技术创新能力效率发挥的要素进行科学的归类和区分。

企业技术创新的反馈控制过程反馈控制系统

控制系统是控制论中研究的系统, 是指用某种方式调节和控制信息流、能量流、物质流等的任意一个系统。它一般应包括三个必要的元素: 主控系统( 即控制主体或控制器) 、受控系统( 即受控客体) 以及将控制作用传递到受控体的传递者。一个开环的控制系统一般由三个子系统组成, 即输入子系统、输出子系统和状态子系统,在开环控制系统中, 输出量对控制没有影响,信号从输入到输出, 沿前向传送。其构成简单, 但控制精度低, 不能对扰动产生控制力, 使用于要求不高的场合, 如马路的红绿灯控制。

但在现实的生产活动中, 受外界环境等多种因素科学学与科学技术管理的影响, 输出的结果可能并不理想, 需要根据输出的结果及时调节系统的输入和运行, 以增强系统的环境适应性, 于是就形成了闭环控制系统, 又称反馈控制系统。在反馈控制系统中,输出量通过反馈产生控制作用, 信号不再是单向传输,提高了控制的精度, 有效的抑制作用于被控对象的干扰。

由于企业的技术创新过程是个复杂的系统过程,在现有的技术条件下, 很难对其整个过程进行精确描述, 这样我们可以借助系统的“黑箱”原理, 把复杂问题相对简单化。所谓“黑箱”原理是指, 在认识的某一阶段, 把认识对象看作一个封闭的箱子, 只了解外界对它的输入、输出, 而不深入其内部了解其具体机构。这种方法可以引导人们自觉、主动地讨论问题的层次和范围, 在这一层次的问题弄清楚之后, 再根据需要深入到下一层次的细节, 这样通过逐步分解法, 可以逐步把“黑箱”变成“灰箱”,最后变为“白箱”。把企业的技术创新过程看成一个反馈控制系统,是因为它符合反馈控制系统的基本特征: 企业技术创新的目的是通过不断创新产品、工艺、服务等来增加企业的价值; 而且整个创新过程需要在人、财、物、信息的投入和运行方面相互协调配合; 企业的技术创新过程是由创新的各个阶段构成的复杂整体, 各个阶段又有其相应的构成要素; 作为一个连续性的过程, 它需要根据企业内外环境的变换、创新的实施情况, 对创新过程的内部结构及运行进行及时协调, 以便使企业的创新更符合市场的需求。因此企业的技术创新过程具有反馈控制系统的目的性、整体性、层次性、环境适应性和反馈性。按照反馈控制系统的结构, 可以把企业的技术创新过程看成由输入、创新过程、输出、反馈等要素组成的系统。

(1)创新输入

创新输入是技术创新系统之外对企业技术创新过程投入的资源、信息、能量。主要包括企业生产组织管理系统投入的资金、人力资源、仪器设备、技术、信息、知识等要素。在创新的输入过程中不仅要保证各种输入的来源, 而且要处理好投入要素在不同创新项目间的分配问题。需要企业提前进行相应的预算、策划和筹措, 根据企业的实际情况确定最佳的投入方案, 即保证创新的投入水平, 又要提高资源的配置效率。企业技术创新的过程也是一个知识的生产过程,信息、知识、技术等无形资源的投入能实现边际效益的递增, 因此在创新的输入阶段, 企业尤其要重视相关知识和信息的输入。

(2)创新过程

创新过程是企业技术创新系统的受控对象, 是利用企业投入的资源进行技术创新的具体实施过程。对企业技术创新系统整个的输入到输出的过程来讲, 这个过程是指相对狭义的创新过程, 即从新概念的产生然后经过细致的设计或试验计划, 再通过反复的试验和测试到最后新技术成果的产生过程。正如威尔特和克拉克所说的那样, 企业技术创新的过程是一个循序渐进地通过解决一系列问题降低不确性的过程, 从审视阶段进入选择阶段, 再到最后的实施阶段, 从而最终将技术和市场结合在一起。他们将这一过程称为“开发漏斗”(如图4) , 即从最初创意的出现到最后的成果输出, 通过不断的设计、试验, 不确定逐步减少,成果目标越来越明确。

市场的竞争日趋激烈, 创新过程充满复杂性和不确定性, 机会稍纵即逝。所以需要采用先进的手段对创新过程进行管理和控制, 对创新的实施进行随时的跟踪和检查, 以尽可能提高创新速度, 减少创新风险,避免不必要的损失。

(3)创新输出

创新的输出是企业技术创新系统的最终成果, 也是整个系统存在和运行的目的。对于企业来说, 创新的输出过程也是企业技术创新成果与市场结合的过程, 是企业进行新技术推广应用的过程。技术创新的输出阶段也是一个复杂的系统工程, 因为在新产品的推广过程中, 需要大量的市场投入。一方面需要加大宣传力度, 增加客户对新技术产品的认知程度。另外,要选择目标客户群进行推广试验, 通过现身说法来增强潜在客户对新产品的信心。面对激烈的市场竞争和一些不法企图, 在新技术产品的推广过程中, 企业要加大对自己产品的知识产权保护力度, 避免受到不法侵害。

(4)反馈过程

由于当前国内外对企业技术创新的研究中, 很少有人把企业的技术创新过程看成一个反馈控制系统,使企业的技术创新过程始终处于一个直线输入和输出过程, 而不是一个闭环的连续过程。反馈过程的引入, 使企业的技术创新过程变成有计划、有目的的系统工程, 使其更加科学合理, 符合实际情况。一个完善的企业创新系统就是一个需要根据技术创新的实际结果不断完善和提高的自适应系统, 因为创新过程本身就是一个反复试验的过程, 其不确定或不可控因素很多, 需要根据变化的情况及时调节创新投入和实施过程, 为今后技术创新工作提供有益的指导意见, 这样才能更好地实现创新系统的总体目标。技术创新的反馈过程实际上是一个信息的搜集和传递过程, 反馈控制过程需要明确反馈内容、反馈方式、反馈时间等,企业需要根据自己的实际情况确定反馈过程的具体实施。反馈的内容包括要客户对新技术产品的反应信息、市场的潜在需求信息、竞争对手的相关信息等。在信息反馈过程中, 既要保证获得企业创新发展所需要的信息, 又不至于使企业陷入垃圾信息的汪洋大海,浪费相关人员的时间和精力。既要保证信息的及时传送, 又要防止信息传送过程的失真变形。二、企业技术创新能力的构成要素按照企业技术创新系统的构成要素, 可以把企业技术创新能力分为投入能力、研发制造能力、产出能力和反馈能力。

创新投入能力创新投入能力是指企业投入创新资源的数量和质量。一般分为R&D 投入和非R&D 投入,R&D 投入能力集中体现在经费、人员和设备的投入上, 包括技术人员的数量、文化技术素养、设备的投资额、设备的先进程度等。非R&D 投入是指企业技术引进和技术改造的费用, 还包括政府对企业的支持和投入。由于我国目前大多数企业自主研发能力比较弱, 技术引进与消化吸收及技术改造可能成为企业技术创新的重要内容。

研发制造能力研发制造能力反映了企业利用现有的信息、知识、人力及各种物质投入, 通过选题、制定方案、反复试验, 从而解决企业生产经营过程中碰到的技术难题的能力。研发制造能力一方面反映了企业对现有的科学技术知识进行新的组合和综合, 并结合当地市场环境和本企业的特点, 对基础研究成果进行进一步的开发, 增强其市场适用性的应用研究能力。另一方面反映了企业通过新材料、新工艺、新产品等的研制来提高企业收益水平和市场份额的技术开发能力。对于通过外部的合作引进技术的企业来说, 任何一项技术都有它的使用条件和设备人员要求, 因此企业的研发制科学学与科学技术管理能力则表现在企业对引进技术的消化、吸收、甚至创新的能力。只有对引进的新技术进行很好的消化、吸收, 才能在技术引进中提高企业的自主创新能力,减少企业对外部的技术依赖。

创新产出能力企业创新的产出能力是反映企业通过一系列的投入、研发过程产生成果的能力, 创新产出是企业创新系统运行的目标, 其能力的强弱反映了企业技术创新系统运行的效果。企业技术创新产出可以分为直接产出和间接产出。直接产出包括一种新产品、新材料、新工艺、新技术、新知识产权, 甚至是企业产品的一种新包装等, 是企业技术创新的直接成果。间接产出是直接产出通过产品的市场化给企业带来的效益, 包括销售额的增加、利润率的提高、收益的增加等。直接产出只有化为间接产出即给企业带来效益才真正实现企业技术创新的目的。只有具有较高的间接产出能力才能提高技术成果的商品化程度, 增加企业创新的动力。间接产出能力同时也受直接产出能力的制约, 如果企业直接产出能力较弱, 同样不可能带来较高的创新收益。直接产出能力和间接产出能力只有相互配合, 协调发展, 才能提高企业的创新效率。

反馈控制能力反馈控制能力反映的是企业在技术创新过程中信息的搜集、甄别、加工处理和传递能力。信息的搜集能力需要企业能及时的获得尽可能全面的、有益提高企业技术创新水平的相关信息, 尤其是创新产出及实施方面的信息, 以便能跟预期的目标作比较, 找出差异和应对措施。但是由于信息的来源和渠道各不相同, 有些信息可能对企业技术创新能力的提高并没有多大的利用价值, 甚至有些可能是虚假信息, 因此需要企业有较高的甄别水平和分辨能力, 要去伪存真,提高信息的质量。简单的信息罗列一方面不利于信息的传输和使用, 同时可能很难从这些原始的信息中发现其反映的实质问题, 因此需要对搜集到的原始信息进行归类整理、加工分析, 增强信息的实用性。加工整理好的信息要通过一定方式和渠道反馈到相关的技术研发部门, 这样才能发挥信息对技术创新过程的指导作用。信息传输的能力要求企业快速、准确的把加工整理好的信息传递给信息的使用部门。1

液压控制过程概述液压控制过程的建模与仿真是研究液压控制过程动态特性常用的方法，影响液压控制过程动态特性的因素较多，且影响程度各不相同，其之间互相影响、相互制约。如何定量确定与组合液压控制过程中设计到的各个参数，使液压控制系统整体性达到最佳，成为相关领域及学者研究的重点方向之一，受到了越来越广泛的关注。分别对液压控制过程中涉及到的液压容腔、液压缸、液压控制元件的动态特性进行数学建模，采用集中参数法完成非线性数学模型的线性化与简化处理，依据改进的自适应遗传算法，使得交叉概率与变异概率可自动随适应值变化，获取数学模型的最优解，通过Simttlink 提供的仿真模块对所有液压控制过程中元件的数学模型进行描述，将所有组成元件的Simulink 仿真子模块之间相应的输入输出相连，塑造液压控制过程的Simulink 仿真模型。在Simulink 模块中引入改进遗传算法Simulink 模块，对某些结构参数进行优化，实现液压控制过程的优化设计仿真。仿真实验表明，优化后的液压控制过程具有很高的稳定性。

1建立数学模型液压容腔

液压系统主要包括液压元件与管路，一般情况下，液压元件自身具有若干油口，同时和管路相连，由上述元件组成的即为液压容腔。所以，在进行数字仿真的过程中，本文通过节点法塑造液压系统的数学模型，也就是将液压管路的汇交点看作节点，塑造所有节点的流量平衡方程，从而对节点压力与进出该节点流量之和的联系进行描述，获取一组方程。液压系统主要包括V1~V4四个容腔，对每个元件的油口进行标号，从而直观地对液压元件的不同油口进行判断。完成每个容腔压力-流量方程的塑造之后，依次对每个液压元件的特性方程进行塑造，获取每个油口的流量计算公式，即可实现液压控制过程动态特性的有效描述。

2.液压控制过程的优化设计2.1 改进遗传算法

基于上节获取的液压过程数学模型，采用改进的自适应遗传算法，使得交叉概率与变异概率可自动随适应值变化，获取数学模型的最优解，为塑造液压控制过程的仿真模型提供可靠的依据。遗传算法的行为及收敛性直接取决于交叉概率Pc与变异概率Pm的选择。Srin-vivas等人提出一种自适应遗传算法，使得Pc与Pm可自动随适应值变化，从而在开拓与探索间达到一个权衡。如果所有个体的适应度基本相同或达到局部最优，则Pc与Pm增加，当群体适应度分布较分散时，则Pc与Pm减少。并且，对于适应值超过群体平均适应值的个体，其与相对较低的Pc与Pm相应，从而保护上述个体并进入下一代；对于未超过平均适应值的个体，其与相对较高的Pc与Pm相应，上述个体被淘汰。所以，自适应的Pc与m可给出相对某个解的最佳Pc与Pm。

2.2 基于simulink的液压控制过程的仿真模型

对液压控制过程中所涉及到的元件进行数学建模后，即可通过Simttlink 提供的仿真模块对所有元件的数学模型进行描述，一个子模块可描述一个元件。再将所有组成元件的Simulink 仿真子模块之间相应的输入输出相连，每个子系统模块均具有输入与输出变量，且具有一定的物理意义。通过Sin⁃lulink 的子系统功能能够塑造具有递阶结构的液压控制过程的仿真模型。液压控制过程仿真模型递阶结构的层次基本上不受约束。所有仿真模块均可移至其它仿真过程中。为了方便使用，完成元件仿真模型的塑造后，可对元件子模块进行封装操作，从而便于使用。Simulink 可为液压控制过程的仿真建模提供需要的全部子模块。所以，本文首先塑造能够反映所有元件特征的微分方程，再通过Simulink 对其进行描述。同时通过Simulink 中非线性模块对液压控制过程中常见的某些非线性因素进行保存，从而获取存在非线性环节的仿真模型，使得液压控制过程的仿真模型更加精确。

所述的元件子模块均未经封装，在对液压控制过程进行仿真时，若需调整某个参数值，只需打开其所处的子系统进行调整。经过封装的元件子模块，可通过一个参数对话框实现与外界的通信，更加便于使用，适用于已经定型的仿真模块。2

主动控制过程概述电动汽车换电站(battery swap station，BSS)是一种重要的集中式充电基础设施，其V2G 运行方式具有广阔的应用前景。但是，当BSS 放电功率较大时，会对中压配电网现有的故障处理过程产生较大影响，需要有合理的应对措施。

目前有关BSS 在V2G 运行方式下对中压配电网保护与自动化配置的影响的研究仍很少见，但充放电机在向配电网放电时与逆变器型分布式电源的工作原理存在共性，相应造成的影响也较为类似。针对该类问题，目前存在2 种解决思路：一是根据分布式电源接入后造成影响的特点，改变中压配电网的保护及自动化配置；二是从分布式电源侧入手，限制分布式电源的容量或者及时检测配电网的运行状态并主动调整分布式电源侧的控制方式，尽可能降低影响。

对于第1 种思路，目前已有较多研究成果。修正了分布式电源接入后的保护配置，并利用了额外的断路器、方向继电器或距离继电器等继电保护器件，但是这种方法不够灵活，每次新接入分布式电源时都要对保护重新配置；采用自适应保护，分布式电源接入配电网后可以自动改变保护特性、定值，但是必须配备通信单元和快速计算单元，需要额外的投资。

第2 种思路近年来也吸引了学术界的关注。利用了故障限流器，在配电网正常运行时呈现小阻抗状态，当故障发生后立即转变为大阻抗，将故障电流限制在较低水平，但是这种方法需要额外的投资，而且正常运行时会对配电网产生一定的影响；通过分布式电源在配电网中准入容量的计算确定允许接入的分布式电源的最大容量，但是这种方法限制了分布式电源的利用。

综合上述研究成果，本文的贡献在于利用BSS 内动力电池具有一定程度的自由度和可支配性的特点，提出了主动控制策略。该策略包括BSS 在不同线路类型配电网中的故障判别与应对策略和 BSS 内各充放电机的协调控制策略，不仅控制灵活迅速，而且不需额外的设备和投资，也不会因为保护系统的要求而限制BSS 的容量。

1BSS 对中压配电网故障处理过程的影响1.1 基于馈线自动化的配电网故障处理过程

1）基于馈线终端单元(feeder terminal unit，FTU)的配电网馈线自动化系统故障处理过程。

目前城市配电网大量采用基于FTU 的馈线自动化以提高供电可靠性。架空线路发生故障时，变电站出线重合器跳闸切断故障电流，若重合器重合成功，则判定为瞬时性故障，否则判定为永久性故障，根据各负荷开关的信息迅速判断出故障区段，遥控故障区段两侧负荷开关分闸以隔离故障区段，并遥控相应的重合器和联络开关合闸，恢复非故障区段供电。而电缆线路发生故障后即认定是永久性故障，故障处理方式与架空线路发生永久性故障时一致。

2）基于重合器-熔断器配合的配电网故障处理过程

重合器与熔断器配合也是一种重要的馈线自动化保护方案，利用了重合器能够重合且其开断特性具有双时性的特点。当熔断器支路发生故障时，重合器快速跳闸，若重合闸后故障消失，说明发生了瞬时性故障；否则说明发生了永久性故障，在重合器延时跳闸前熔断器的熔体熔断，实现线路故障区段的隔离。

1.2 BSS 对基于FTU 的馈线自动化的影响

在V2G 运行方式下，会对馈线自动化产生如下影响：

1）使得瞬时性故障发展成为永久性故障。故障发生后重合器R1 跳闸，在R1 重合闸之前，BSS仍向故障点提供电流，使得故障点电弧无法熄灭， R1 重合闸失败，即使是瞬时性故障也会发展为永久性故障，降低了供电可靠性。

2）当故障点在BSS 上游时可能会导致故障区域判断不正确。例如故障点在图1 中的f1 点，当故障发生后，BSS 向f1 提供短路电流。虽然BSS 放电时由于充放电机中逆变器的限流要求导致BSS 提供的最大短路电流仅为其额定放电运行时的2 倍，但BSS 容量较大时，也将提供较大的短路电流，可能导致系统判定负荷开关2 也流过短路电流，从而错误地将故障区域判断为负荷开关2 和3 之间。

3）当故障点在BSS 下游时重合器R1 检测到的故障电流减小。当故障发生后，R1 检测到的故障电流比BSS 不接入时小，可能会对馈线自动化产生一定的潜在影响。

2配电网故障时BSS 的主动控制过程2.1 基本原理

根据IEEE STD.1547 标准，分布式电源的并网点电压在0.88~1.1 pu 之间时，分布式电源处于正常运行状态，因此当BSS 并网点电压U