時間:2022-07-15 00:36:17
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇數模論文,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞:展開數模,長桁,工程數據集
長桁類一般主要以型材形狀進行分類,例如T型材,Z型材,工字梁等,對于這類展開數模的設計,主要在確保長桁總長度的同時,型材各相鄰面間的角度保證到90°同樣成為難點。該類展開數模設計最難的地方是其上面存在的切邊、下陷、銑切區等相對位置關系的保證,下面通過對實際案例進行分析,優化設計流程。
一、長桁類展開數模設計案例研究
(1)存在問題分析。該零件是典型的T型材零件如圖6,通過對生產現場實際胎線與加工成型的展開數模進行對比,發現實際展開數模與胎線對比情況:保證下陷及銑切線相對位置,左側尺寸比胎線短,而整體尺寸與原工程數據集尺寸相同。
分析原展開數模,發現工程數據集有三個方向的較大扭曲變化,在設計過程中,按照展開數模設計方式,借用原下陷定位建模基準中的平面,以保證展開數模內部下限與銑切線的相對位置,建模基準嚴格按照原工程數據集中所使用的框平面等作為展開數模各位置的定位基準和設計依據。然而由于曲率的變化導致局部尺寸變形,無法滿足實際數模尺寸要求。因此發生了在滿足下陷等相對位置尺寸的條件下局部長度不夠的情況。
(2)設計優化與方法的研究。放棄原工程數據集中相對建模基準和下陷相對位置,只針對每一處相對尺寸的正確性負責,即從復雜一側開始進行展開數模設計,以尺寸保證各位置相對準確性。
但是通過這種設計思路,受誤差累積和曲率變化導致的尺寸不規則性和金屬拉伸性影響,整體長度必然大于原數模總長度的2565mm。
經過實際分析,盡管當總長度比原來大時才能保證實際各位置尺寸的正確性,但是由于該零件的特殊性,可以在零件另一側增加部分長度。經過與胎線對比,在增加展開數模總長度之后其各位置(切邊、下陷、化銑區等)尺寸可以保證。因此通過增加6.04mm(比原數模尺寸長出部分)作為工藝余量,而對整個零件的加工和成形都沒有影響。
結論:因局部位置特點,為了更好的達到展開效果。本次對該零件的展開,與以往不同的是由于受到曲率、扭矩等展開因素影響,為了更好的保證各位置相對尺寸提高與胎的貼合度,在展開數模增加6.04mm余量,以此滿足各部位相對尺寸。經理論驗證,該方法可以適用于該零件的數控加工和鈑金廠的按胎成型。然后,如下圖7、圖8為該類零件設計方法所存在的設計風險,需在實際零件加工中得到進一步可行性驗證,并根據實際裝機情況進行人工手工處理。而本論文也將繼續對后續問題進行分析,以確保增加余量確保尺寸這種優化設計方法的適用性和廣泛性。
圖7兩處下陷長度及相對位置關系存在≤1°誤差圖8內外側銑切線相對位置存在≤1mm設計誤差。
總之,本論文結合國內飛機制造企業在機加類展開數模設計中出現的實際問題為出發點,通過對生產中出現的展開數模設計案例進行研究分析,論證新方法、發現新手段。以分析實際出現的加工問題為契機對壁板類、長桁類展開過程進行剖析。提供高效解決方案的同時,更是對該類零件的設計提供了進一步的改進,通過對展開數模設計的研究,這套設計方法和設計理論能夠很好的服務于數控加工和零件成型。保證零件質量的同時更是減少了飛機安全隱患。
此外,還存在如變厚度、多筋條等零件,這些仍是論文今后研究工作內容的重點。同時要求飛機制造企業設計人員在設計展開數模過程中,及時與數控加工工藝員進行溝通。確保數控加工方式,在必要的情況下可以根據生產實際給出相應設計調整。總體來說,展開數模的設計是為了數控加工,而其好壞直接影響接下來成型后是否與實際三維理論數模相一致。這也決定了后續工序及裝機等零件的搭接和固定能否進行。而本文對機加類展開數模設計方法的研究,可以極大程度的避免加工后出現錯誤這種延誤生產效率事件的發生。
參考文獻
關鍵詞:水平井建模,非均質性,塔河一區三疊系下油組
前 言
由于水平井在增大泄油面積、提高采收率等方面較直井具有諸多的優點,已被廣泛應用于開發低滲油氣藏、薄層油氣藏、復雜斷塊油氣藏和稠油油藏。論文大全,塔河一區三疊系下油組。而水平井開發油藏儲層建模技術的目標之一,就是建立能真實反映儲層非均質性的地質模型。
本文以塔河一區三疊系下油組水平井為例,在建模過程中,結合油藏構造、沉積和測井物性解釋等資料和儲層非均質性等特征,通過設置斷塊網格數的方式,對水平方向的參數采用不同的插值方法,使建立的三維模型既能更精確的刻畫儲層非均質性,又能適當減少網格單元密度,控制計算量。
1、塔河一區三疊系下油組基本地質特征
1.1 構造特征
圖1 塔河一區三疊系下油組構造頂面圖
塔河一區三疊系下油組位于塔里木盆地塔東北坳陷區沙雅隆起阿克庫勒凸起南部,是艾協克南—桑塔木鹽邊構造帶上的一個局部構造。塔河一區三疊系下油組構造為一長軸近SW-NE向的低幅背斜,構造南北兩翼近于對稱,南翼相對較陡,整個構造的平面形態為棒槌狀(西部寬緩,東部逐漸變窄)(圖1)。背斜長軸8km,短軸2.5km,長短軸之比為3.2,閉合面積為15.61km2,閉合高度可以達到37m。
1.2 儲層基本特征
塔河一區三疊系下油組孔隙度主要分布在18%~25.5%之間,平均22.06%;滲透率主要集中在18×10-3μm2~5245×10-3μm2之間,平均899×10-3μm2;屬中孔、高滲儲層。
塔河一區三疊系下油組大部分井都打在了1小層,1小層平面上孔隙度的分布以西面和中部TK107H、TK117H、TK120H三口井周圍及其水平段上孔隙度較高;而S29-S41井沿線以北孔隙度小于18%,TK110H井周圍孔隙度小于16%,屬于低孔隙度發育區。
塔河一區三疊系下油組1小層滲透率的變化特征總體趨勢與孔隙度相似,但所不同的是滲透率值的變化差異較大,低值區和高值區可以相差數百。滲透率在TK109H、TK121H、TK118H井點上及其水平段上滲透率達到400~1000×10-3um2,而在東面、北面以及TK102井附近滲透率小于100×10-3um2,屬于相對低滲區。論文大全,塔河一區三疊系下油組。因此對比孔隙度和滲透率的變化可以發現滲透率平面差異性較孔隙度大。
2、塔河一區三疊系下油組構造模型的建立
構造模型由斷層模型和層面模型組成。本次油藏的斷層模型是根據“斷層線→斷層組→斷層網→斷層模型”的流程建立的,而層面模型是在矢量化修編的砂體頂面總體構造特征的基礎上,通過井點處測井分層數據加以控制,采用井間普通確定性克里金插值建立的(圖2)。
圖2塔河一區三疊系下油組構造模型
3、塔河一區三疊系下油組屬性模型的建立
常規建模方法主要應用于直井。目前應用Petrel軟件的建模方法一般是在平面生成頂部、中部、底部三個骨架,建立邊界圈閉、斷層方向和趨勢線來控制網格單元,設置網格單元的密度,最后對中部骨架進行網格化并外推到其余兩個骨架。論文大全,塔河一區三疊系下油組。其優點是基于斷層建立,添加新的層位和分層數據之后更新模型很快。論文大全,塔河一區三疊系下油組。但是該方法僅僅來源于表面的斷層信息而不是基于“面”的概念,網格基于平均插值的計算,網格單元密度是自行設置的固定值,顯然不適用于水平井生產層段受平面非均質性影響較大時的建模。
本次研究中,通過設置斷塊網格數的方式,對水平方向的參數采用不同的插值方法,即在儲層非均質性較強區域,適當提高該區網格數,而在儲層非均質性較弱區域,設置較低的網格數,使建立的三維模型既能更精確的刻畫儲層非均質性,又能適當減少網格單元密度,控制計算量。
3.1 屬性參數概念模型的建立
選取了TK106、TK107共2口水平井,根據滲透率、孔隙度、突進系數、變異系數的疊合(圖3),設置了不同密度的斷塊分級,建立一個水平井概念模型(圖4、圖5)。圖4中看到平面網格在左、中、右位置的單元數不同。
圖3概念模型物性疊合分布圖
圖4概念模型網格單元示意圖 圖5 概念模型的構造模型
概念模型的孔隙度和滲透率屬性模型見圖6、圖7。
圖6孔隙度概念模型 圖7 滲透率概念模型
通過與物性平面圖對比,可以證明對水平井生產層段分斷塊劃分,能夠有效利用水平段上測井數據對周邊范圍的精確控制,以此建立的屬性參數模型能夠最大程度模擬儲層非均質性,更加逼近儲層真實屬性。論文大全,塔河一區三疊系下油組。
3.2 油藏屬性參數模型的建立
結合油藏構造、沉積和測井物性解釋等資料和儲層非均質性等特征,通過設置斷塊網格數的方式,對水平方向的參數采用不同的插值方法,選用地質統計學中適用于連續變量模擬的序貫高斯模擬算法,采用隨機過程的相控建模技術模擬得到了塔河一區三疊系下油組屬性參數分布模型(圖8、圖9)。論文大全,塔河一區三疊系下油組。
圖8 塔河一區三疊系下油組孔隙度三維模型
圖9 塔河一區三疊系下油組滲透率三維模型
4、結論
本文以塔河一區三疊系下油組水平井為例,在建模過程中,充分考慮油藏構造、沉積和測井物性解釋等資料和儲層非均質性等特征,通過設置斷塊網格數的方式,對水平方向的參數采用不同的插值方法,使建立的三維模型能夠最大程度模擬儲層非均質性,更加逼近儲層真實屬性。
參考文獻
[1]尹國棟,聶濤,范志國,等.塔河油田三疊系水平井優質快速鉆井技術[J].新疆石油科技.2006,16(2):10-12.
[2]閆文新,李桂卿,毛欠儒,塔里木盆地油氣開發中水平井的應用與展望,新疆地質,2001,19(2):157-158.
[3]余曉華,雷燕.油田開發后期儲層建模技術應用[J].內蒙古石油化工.2008(4):16-19.
[4]吳永彬,張義堂,劉雙雙.基于PETREL的油藏三維可視化地質建模技術[J].鉆采工藝,2007,30(5):65-66.
全國大學生數學建模競賽以輝煌的成績即將迎來她的第17個年頭,她已是當今培養大學生解決實際問題能力和創造精神的一種重要方法和途徑,參加大學生數學建模競賽已成為大學校園里的一個時尚。正因如此,為了進一步擴大競賽活動的受益面,提高數學建模的水平,促進數學建模活動健康有序發展,筆者在認真研究大學生數學建模競賽內容與形式的基礎上,結合自己指導建模競賽的經驗及前參賽獲獎選手的心得體會,對建模競賽培訓過程中的培訓內容、方式方法等問題作了探索。
一、數學建模競賽培訓工作
(一)培訓內容
1.建模基礎知識、常用工具軟件的使用。在培訓過程中我們首先要使學生充分了解數學建模競賽的意義及競賽規則,學生只有在充分了解數學建模競賽的意義及規則的前提下才能明確參加數學建模競賽的目的;其次引導學生通過各種方法掌握建模必備的數學基礎知識(如初等數學、高等數學等),向學生主要傳授數學建模中常用的但學生尚未學過的方法,如圖論方法、優化中若干方法、概率統計以及運籌學等方法。另外,在講解計算機基本知識的基礎上,針對建模特點,結合典型的建模題型,重點講授一些實用數學軟件(如Mathematica、Matlab、Lindo、Lingo、SPSS)的使用及一般性開發,尤其注意加強講授同一數學模型可以用多個軟件求解的問題。
2.建模的過程、方法。數學建模是一項非常具有創造性和挑戰性的活動,不可能用一些條條框框規定出各種模型如何具體建立。但一般來說,建模主要涉及兩個方面:第一,將實際問題轉化為理論模型;第二,對理論模型進行計算和分析。簡而言之,就是建立數學模型來解決各種實際問題的過程。這個過程可以用如下圖1來表示。
為了使學生更快更好地了解建模過程、方法,我們可以借助圖1所示對學生熟悉又感興趣的一些模型(例如選取高等教育出版社2006年出版的《數學建模案例集》中的案例6:外語單詞妙記法)進行剖析,讓學生從中體驗建模的過程、思想和方法。
3.常用算法的設計。建模與計算是數學模型的兩大核心,當模型建立后,計算就成為解決問題的關鍵要素,而算法好壞將直接影響運算速度的快慢及答案的優劣。根據競賽題型特點及前參賽獲獎選手的心得體會,建議大家多用數學軟件(Mathematica,Matlab,Maple,Lindo,Lingo,SPSS等)設計算法,這里列舉常用的幾種數學建模算法。
(1)蒙特卡羅算法(該算法又稱隨機性模擬算法,是通過計算機仿真來解決問題的算法,同時可以通過模擬可以來檢驗自己模型的正確性,是比賽時必用的方法,通常使用Mathematica、Matlab軟件實現)。(2)數據擬合、參數估計、插值等數據處理算法(比賽中通常會遇到大量的數據需要處理,而處理數據的關鍵就在于這些算法,通常使用Matlab作為工具)。(3)線性規劃、整數規劃、多元規劃、二次規劃等規劃類問題(建模競賽大多數問題屬于最優化問題,很多時候這些問題可以用數學規劃算法來描述,通常使用Lindo、Lingo軟件實現)。(4)圖論算法(這類算法可以分為很多種,包括最短路、網絡流、二分圖等算法,涉及到圖論的問題可以用這些方法解決,需要認真準備,通常使用Mathematica、Maple作為工具)。(5)動態規劃、回溯搜索、分治算法、分支定界等計算機算法(這些算法是算法設計中比較常用的方法,很多場合可以用到競賽中,通常使用Lingo軟件實現)。(6)圖象處理算法(賽題中有一類問題與圖形有關,即使與圖形無關,論文中也應該不乏圖片的,這些圖形如何展示以及如何處理就是需要解決的問題,通常使用Matlab進行處理)。
4.論文結構,寫作特點和要求。答卷(論文)是競賽活動成績結晶的書面形式,是評定競賽活動的成績好壞、高低,獲獎級別的惟一依據。因此,寫好數學建模論文在競賽活動中顯得尤其重要,這也是參賽學生必須掌握的。為了使學生較好地掌握競賽論文的撰寫要領,我們的做法是:(1)要求同學們認真學習和掌握全國大學生數學建模競賽組委會最新制定的論文格式要求且多閱讀科技文獻。(2)通過對歷屆建模競賽的優秀論文(如以中國人民信息工程學院李開鋒、趙玉磊、黃玉慧2004年獲全國一等獎論文:奧運場館周邊的MS網絡設計方案為范例)進行剖析,總結出建模論文的一般結構及寫作要點,讓學生去學習體會和摸索。(3)提供幾個具有一定代表性的實際建模問題讓學生進行論文撰寫練習。
(二)培訓方式、方法
1.盡可能讓不同專業、能力、素質方面不同的三名學生組成小組,以利學科交叉、優勢互補、充分磨合,達成默契,形成集體合力。
2.建模的基本概念和方法以及建模過程中常用的數學方法教師以案例教學為主;合適的數學軟件的基本用法以及歷屆賽題的研討以學生討論、實踐為主、教師指導為輔。
3.有目的有計劃地安排學生走出課堂到現實生活中實地考察,豐富實際問題的背景知識,引導學生學會收集數據和處理數據的方法,培養學生建立數學模型解決實際問題的能力。
4.在培訓班上,我們讓學生以3人一組的形式針對建模案例就如何進行分析處理、如何提出合理假設、如何建模型及如何求解等進行研究與討論,并安排讀書報告。使同學們在經過“學模型”到“應用模型”再到“創造模型”的遞進階梯式訓練后建模能力得到不斷提高。
關鍵詞:數學建模組織與培訓;數學基礎課程教學改革;教育模式
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)29-0278-03
全國大學生數學建模競賽是由教育部高教司與中國工業與應用數學學會聯合舉辦的一項全國性的基礎學科競賽,目的在于培養學生運用數學知識和方法來分析問題、解決問題進而處理實際問題的能力。特別是培養學生從實際問題中抽象出數學模型的能力、計算機編程能力、團隊協作和科技論文寫作能力,同時推動大學數學基礎課的教學改革。這項賽事從1992年開始,全國各高校師生積極參與,競賽的規模不斷擴大,參賽學校從1992年的79所增加到2013年的1326所,參賽隊數從1992年的314隊增加到2013年的23339隊。重慶理工大學從1995年開始組織學生參加全國大學生數學建模競賽,取得優異成績,到2013年累計獲得全國一等獎13項,二等獎59項,重慶賽區組織獎4項,重慶賽區優秀指導教師23人次,競賽成績名列重慶賽區前列。本文根據我校多年的參賽經驗,就數學建模競賽的組織和培訓做一總結和探討。
一、數學建模競賽組織
1.領導重視,經費落實。正如數學建模競賽的宗旨是團隊精神一樣,我校從1995年開始參加數學建模競賽起,歷年來十分重視競賽的組織工作;由教務處牽頭成立了包括各二級學院副院長、教務處長的學科競賽領導小組,負責競賽的學生組織、培訓和競賽場地的協調及相關經費的落實等工作。由數學與統計學院為主成立數學建模競賽教練組,承擔競賽的具體組織工作。學校主管教學的校長多次就數學建模競賽有關工作做批示,指示要全力以赴做好數學建模競賽各項工作,從經費上支持數學建模競賽的開展,并詢問各項工作的進展落實情況。競賽和培訓期間,校領導和教務處經常到培訓和競賽場地指導工作,聽取參賽師生的意見,解決具體的困難和問題,同時各二級學院和相關單位也對競賽的各方面如假期學生培訓場地和學生住宿落實,圖書資料借閱等方面提供支持,共同搞好競賽組織與協調工作。
2.全面動員,廣泛參與。數學建模競賽的目的是培養學生創新思維和解決實際問題能力,提高人才素質,吸收更多的同學參加,讓更多的同學受益。為了擴大數模競賽在學生中的影響,最大范圍地吸引學生參與該項賽事,我們主要開展了以下三方面的工作:①組建數學建模協會。從大一開始高等數學課教師就會在課程中向學生介紹全國大學生數學建模競賽,同時在課程教學過程中引入數學建模的案例,使學生對數學建模競賽有一個初步的認識。每年十一月通過數學建模協會大力宣傳我校在歷年競賽中所取得的成績,發展新會員,到目前為止,該協會已有600多位會員。派數模教練對協會工作進行指導。②組織全校性的報告會。邀請國內數學建模的專家進行有關數學建模的講座。③采取各種手段和渠道宣傳數學建模。為促進我校大學生數學建模競賽的深入開展,學校制定了《重慶理工大學關于開展全國大學生數學建模競賽活動的實施辦法》、《校級數學建模競賽章程》,對數學建模競賽規則、組織形式和學生獎和組織獎的評獎方式等方面做出了具體的規定和要求,進行政策激勵。通過以上活動的開展,吸引了許多優秀學生參加數學建模競賽。
二、數學建模競賽培訓
由教務處和學校數學建模競賽教練組負責競賽的培訓工作。具體流程如下:第一階段:每年3~5月由教練組教練開設全院選修課《數學建模技巧》。講解數學建模基礎知識,激發學生對數學建模的興趣。5月上旬舉行重慶理工大學校級數學建模競賽,通過競賽選拔優秀學生參加第二階段的培訓。第二階段:5月中旬~6月下旬,進行數學建模提高培訓。完善學生的建模知識體系,增強學生數學修養,增強問題分析、建模和求解的綜合能力。第三階段:8月中旬~賽前,組織參加全國大學生數學建模競賽的隊員暑假強化培訓。主要強化學生以下幾方面的能力。
1.強化計算機編程和相關數學軟件使用的能力。
2.強化學生從互聯網獲取資料的能力。
3.強化學生科技論文寫作的能力,進行專門的培訓和指導。
4.強化學生的團隊協作能力。實踐證明,隊員之間配合的默契程度直接關系到競賽的成功與否,通過模擬競賽及答辯對三名參賽隊員進行團隊合作訓練。
三、數學建模競賽組織和培訓的體會
1.數學建模競賽提高了學生的創新精神和綜合素質。數學建模競賽的賽題工程技術、管理科學和社會熱點問題簡化而成,參加數學建模競賽需要學生掌握數學建模的基礎知識如微分方程模型、數學規劃模型、概率模型、統計回歸模型等,具備計算機編程能力和科研論文寫作能力,因此數學建模競賽本身就是學生綜合能力提高的過程。數學建模競賽由于它的競賽賽題、組織形式和評判標準,適合培養有創新精神和綜合素質人才的需要,收到廣大學生的歡迎。學生們普遍反映,通過參加數學建模競賽,提高了知識分析和解決實際問題的能力,培養學生的合作意識和團隊精神。
2.推動了大學數學基礎課程的教學改革。①教學思想和教學內容的改革。數學建模競賽為大學數學基礎課程教學改革找到了突破口。從大學數學教學思想上說,培養大學生的綜合素質有兩個方面:一是通過分析、邏輯推理或計算能夠正確地求解數學問題,即對已有的數學模型用所學的數學知識進行求解;二是對所研究的實際問題,根據研究對象的特征,做必要、合理的簡化假設,用數學語言描述研究對象的內在規律,建立實際問題的數學模型。將數學建模思想融入到大學數學基礎課程的教學過程中是對加強對各方面能力培訓的很好方法。因此在數學課程的教學過程中我們強調了數學建模思想的突出作用,注重從實際應用背景中引入數學的基本概念和基本定理,并強調用如何所授數學知識解決實際問題。②教學方法和手段的改革。教學方法上引入案例教學。具體的做法是給出實際問題的相關背景資料、帶著所要解決的問題,講解相關的數學理論和方法,再用此方法解決實際問題。選擇案例的思路是:要有鮮明的教學目的性、趣味性、高度的擬真性、代表性,求解不太復雜。使學生從解決這些問題入手,從中體會應用數學知識解決實際問題的技巧和樂趣。教學手段上可采用多媒體教學。多媒體技術的運用,加大了信息量的傳授,尤其是在案例教學方面。同時為了直觀體驗數學實驗的過程與技巧,采用實驗軟件演示教學方法,形式直觀、生動、易理解,提高了教學效果。③教師隊伍建設。數學建模競賽培訓是一項涉及面廣,勞動量龐大的工作,建設一支高水平、高素質的教師隊伍是做好數學建模競賽培訓的保證,也是取得全國數學建模競賽優異成績的基礎。我校從1995年組織學生參加全國大學生數學建模競賽開始,先后有30多位教師參加了學校的數學建模競賽教練組。通過組織學生參加數學建模競賽,對學生進行賽前培訓和賽后總結,使教練的學術水平、教學水平和科研能力得到了提高。建設了一支以中青年教師為骨干的優秀數學建模教練團隊,為我校參加數學建模競賽取得優異成績做出了貢獻。近年來,校數學建模競賽教練組承擔國家級和市級教改項目6項,發表教研論文30余篇,獲得校級教學成果一等獎兩項。
四、進一步的思考
1.如何使學生在后繼課程的學習中,以及參加工作后在工作中繼續發揚參加數學建模競賽中所培養到的團結協作和創新精神,并開花結果?
2.如何構建一套適合普通工科院校教育特點數學建模教育模式,加大數學建模活動的受益面?
3.如何在不額外增加數學基礎課程總學時的基礎上,將數學建模的思想和方法有機地融入到大學數學基礎課程的教學中去?
4.如何對參加全國競賽的學生進行英語論文寫作及建模水平的再培訓,使學生在美國大學生數學建模競賽中取得好成績?
參考文獻:
[1]李蘇北.以學科競賽為載體,推動課程建設與學生創新能力培養[J].大學數數學,2009,25(5):8-11.
[2]李大潛.中國大學生數學建模競賽[M].北京:高等教育出版社,2007.
[3]王義康,王航平.數學建模競賽培訓策略研究[J].重慶科技學院學報,2010,(3):196-198.
關鍵詞: DDS; 雜散; 背景噪聲; DFT
An Analysis of the Background Noise of Direct Digital Synthesizers
Abstract: In this paper, two different kinds of spurious signals generated by the amplitude truncation are formulated and their waveform characters are briefly analyzed. Then, the frequency spectra of the amplitude-truncation spurious signals without the presence of phase truncation are emphatically simulated with the DFT method and some important conclusions are achieved, which are instructive to the application of DDS.
Key words: DDS; spurious signals; background noise; DFT
引言
直接數字頻率合成(DDS)是近些年迅速發展起來的一種新的頻率合成技術,它具有頻率轉換速度快、頻率分辨率高、輸出相位連續、相位噪聲低、頻率穩定度高等突出優點,因而在各種通信系統中得到了越來越廣泛的應用。但是,DDS的全數字結構也使得它有較大的輸出雜散,這一缺點限制了其進一步的應用和發展,當前,雜散分析是DDS研究的一個重點。DDS的雜散有幅度量化、相位舍位、DAC的非理想特性等三個來源。由于幅度量化雜散(也稱作背景噪聲)信號的幅度通常遠小于由相位舍位和DAC誤差引起的雜散信號幅度,因而一直沒有受到足夠的重視,對幅度量化雜散的分析目前尚不多見,但是,幅度量化雜散作為三大雜散之一,對其進行系統分析具有重要的理論和工程上的意義。本文對幅度量化雜散信號分別從時域和頻域進行了分析,得到了一些對DDS的應用有實際指導作用的規律性結論。
1 幅度量化雜散信號的時域分析
1.1 DDS的工作原理
DDS的工作原理框圖如圖1所示:
圖1:DDS的工作原理框圖
由原理框圖可知,DDS由相位累加器、只讀存儲器ROM、數模轉換器DAC及低通濾波器LPF等主要部分組成。圖中K為頻率控制字,N為相位累加器的位數,fc為時鐘頻率,M為相位累加器對ROM的尋址位數,L為二進制表示的ROM輸出的幅值位數,f0為輸出頻率。DDS的工作過程為:頻率控制字K在每一個時鐘周期與相位累加器累加一次,得到的相位值被送到ROM中對其進行查表,ROM將相位值轉換為與之對應的正弦幅度值,該數字化的幅度值序列經數模轉換和低通濾波后得到所需的輸出頻率f0 。f0由fc和K 共同決定,它們之間的關系為:
f0 = fc· K
最小頻率分辨率為:
= fc
由工作原理可知,DDS的雜散信號有三個來源:一、相位舍位。為了得到很高的頻率分辨率,相位累加器的位數N通常做得很大,但由于受ROM存儲能力的限制,用來尋址ROM的位數M要小于N,因而會引入相位舍位誤差。二、幅度量化。任意一個幅度值要用無限長的比特流才能精確表示,而實際中ROM的輸出位數L是個有限值,這就會產生幅度量化誤差。三、DAC的非理想特性。DAC的有限分辨率、非線性特征及轉換速率等非理想轉換特性會影響DDS輸出頻譜的純度,產生雜散分量。在DDS相位舍位雜散的分析上,國內外提出了雜散信號模型法和波形分析法,并已得出了較為成熟的結論,而關于幅度量化雜散方面的結論目前尚嫌不足,對幅度量化雜散的分析也就顯得很有必要。
為了便于分析,首先定義:
且要求式中的和是互質的,于是有。根據相位累加器的工作原理,該DDS可以等效成一個相位累加器位數為,頻率控制字為的DDS(為奇數)。等效后DDS的相位累加器舍去位數為B' = B-(B為實際DDS相位舍位的位數)。當 = m·(m為整數)時,B' ≤0,此時不存在相位舍位。
設時鐘周期為Tc ,當不存在相位舍位時,在t = n Tc時刻,均勻量化條件下幅度量化雜散信號為:
存在相位舍位時,在t = n Tc時刻幅度量化雜散信號為:
相位舍位雜散信號為: 其中為相位舍位誤差信號:
由(4)、(5)式可知, 的周期V = ,當為奇數時,V = (的典型值為32,48),此時的頻譜在區間[0,fc)上有根譜線,表現為背景雜散。由于V值很大,要想精確求出每根譜線的頻譜系數需對作V點的離散傅里葉變換(DFT),這是不現實的。分析時通常是將它看成是均勻分布的白噪聲,用統計方法得到總信雜比為:
同相比,的周期要小得多,它對應的頻率控制字為K = m·,其周期W = = 。可見,的頻譜在區間[0,fc)上至多有根譜線(目前DDS芯片中M值的范圍為8至15),其雜散能量較集中,可以通過作W點的DFT精確求出每根譜線的頻譜系數,下面就對進行分析。
2 無相位舍位情況下幅度量化雜散信號的DFT分析
2.1 e(n)的DFT仿真
由于的周期W相對較小,對其作W點的離散傅里葉變換,精確分析其頻譜是能夠做到的。我們通過快速傅里葉變換(FFT)對的頻譜進行了仿真,通過分析仿真結果得到如下結論:
一、e(n)的頻譜特征
的頻譜中只含奇次諧波,不含偶次諧波。而且,其能量在頻域上呈集中分布,能量最大的雜散頻點集中在輸出頻率f0最小的幾個奇次諧波點處,即3f0,5f0,7f0……處。另外,的總雜散能量以及能量最大的雜散頻點處的能量與X所取的具體值無關,它們是由L、I值決定的。進一步仿真還可以看出,的雜散總能量受I值的影響較小,主要由L值決定。 圖2: e(n)的仿真頻譜圖
表1給出了不同I、L值情況下的總能量對應的信雜比。可以看出,雜散總能量基本上與I無關,主要由L決定。
表1:不同I、L值情況下的總信雜比(dB)
I
L 8 10 13 15
8 50.11 49.60 49.73 49.76 12 73.96 73.99 73.96 74.00
二、初始相位對e(n)譜值的影響
在的表達式中,我們假設了初始相位P為零;當它不為零時,等效后的初始相位為P = P/,它可能是整數,也可能是小數。當P 是整數時,各次諧波譜線的頻譜系數模值同P 的具體取值無關;當P 是小數時,它對各次諧波譜線的頻譜系數模值影響很小。仿真結果如表2:
表2: 初始相位不同時各次諧波譜線的頻譜系數模值(10-5)
L =12、I =10、X =111
P f0 7.80 8.10 7.66 7.81 7.80
3f0 2.59 2.62 2.67 2.29 2.59 2.2 仿真結論的理論驗證
根據的表達式,并由X為奇數可以得出,在一個周期中前后兩個半周期的對應值互為相反數,即=-,也就是說,是一個奇諧序列,因奇諧序列只含奇次諧波,故的頻譜中只含f0 /,3f0 /,5f0 /…(-2)f0 /,f0 /,(+2)f0 /……等奇次諧波分量(f0 /是基頻)。
另外,等效后的DDS在一個周期中的個相位采樣值只能是的整數倍,即僅在,2·,3·……·中取值,且每個值只能被取一次,只是當X值不同時,取值的順序有所不同;相應地,在一個周期內的個取值也是確定的,X只決定取值順序,因而,X值的變化不影響的總能量,它是由I和L決定的。還可以進一步證明,在I和L確定的情況下,當X不同時,頻譜中一個周期內的根譜線是一一對應相同的,只是譜線的分布有所不同。
至于等效后的初始相位P 對頻譜的影響,根據上面分析,當P 是整數時,一個周期中的個相位采樣值仍只能是的整數倍,而且在I、L和X的值都確定的情況下,在一個周期內的個取值以及值的排列順序也都是確定的,只是當P 的值不同時,序列的起始值是不同的,這種起始值的不同相當于信號在時域上的平移,根據時頻對應關系,時域平移不影響頻譜系數的模值。當P 是小數時,一個周期中的個相位采樣值不再是的整數倍,而是隨P 值變化的,相應地,的頻譜也會隨P 的變化而有所不同。
關鍵詞 數學建模 協會 創新精神
中圖分類號:O29 文獻標識碼:A
0 引言
由教育部和中國工業與應用數學學會聯合組織的全國大學生數學建模競賽已成功舉辦了20屆,這項賽事已發展成為我國目前規模最大、影響最大的大學生課外科技競賽活動。數學建模競賽活動對學生創新思維的培養和實踐能力的提高具有很大的推進作用。
目前,我校學生參加數學建模活動已蔚然成風,每年有300多位學生參加全國大學生數學建模競賽、全國研究生數學建模競賽、數學中國數學建模網絡挑戰杯等數學建模活動,學生在參加數學建模活動的過程中,數學建模意識不斷提高,許多人考上了碩士、博士研究生。從事教學工作的同學,注重培養學生應用數學思想方法去發現、分析、解決問題,促進了數學的教學改革,其中有20多位是高校數學老師,他們已成為所在高校數學建模的骨干老師,有的被評為全國大學生數學建模競賽優秀指導老師,有的被評為全國大學生數學建模競賽廣西賽區優秀指導老師。這一成績的取得與數學建模協會日常開展的活動是分不開的。
1 數學建模協會簡介
我校數學建模協會的前身是廣西師范學院數學科學學院(數學與計算機科學系)學生會科協數學建模分會,從1995年開始組隊參加全國大學生數學建模競賽,經過十多屆科學生會科協會員的不懈努力,數學科學學院學生會科協數學建模分會發展成為廣西師范學院數學建模協會。數學建模協會的理念是“以團隊精神、創新意識為靈魂”;宗旨是“致力于活躍學校的社團活動,營造學術氛圍”;活動方針“是宣傳數模,發展數模,強我數模,讓大多數人了解數模,為數模愛好者提供一個展示才華的舞臺”;目標是“營造農厚的數學建模氛圍,提高數學建模能力和創新能力”。
2 數學建模協會是廣大學子的良師益友
數學建模協會在日常的活動中吸收全校數學建模愛好者,組織開展一系列與數學建模有關的活動,對會員進行數學建模的長期指導和培訓,為會員進行經驗交流提供平臺,提高會員對數學建模的認識,樹立團隊合作精神,讓會員的數學建模能力在日常的活動中能循序漸進地提高。會員們在活動中受益匪淺,都把數學建模協會當作自己良師益友。
3 數學建模協會出奇招,數學建模活動氛圍濃厚
(1)開設講座。數學建模協會請全國大學生數學建模競賽優秀指導老師、 全國大學生數學建模競賽廣西賽區優秀指導老師來給會員們做學術講座,老師們通俗易懂的講解,大大提高了會員對數學建模的興趣,激發和鼓舞會員們主動查閱數學建模的文獻資料,開展數學建模問題的討論、辯論。
(2)以老帶新。已參加過全國大學生建模競賽的師兄、師姐們積極主動對新會員進行培訓,培訓內容大多數是啟發性的,講一些基本的概念和方法,主要是引導同學們自己去學,充分調動同學們的積極性,充分挖掘同學們的潛能。培訓中廣泛地采用討論班方式,同學自己報告、討論、辯論,了解要使用計算機及相應的軟件,如Matlab,Lingo,Spss,甚至排版軟件等。
(3)觀摩成果展。在每年的學校社團文化藝術節中,展現歷屆師兄、師姐們在數學建模比賽中取得的優異成績以及他們走上工作崗位后的風采,營造一種生動活潑的文化環境和學術氣氛,讓同學們更深入地了解數學建模,主動發揚刻苦鉆研、努力拼搏的精神。
(4)建立網站。建立校園數學建模網站,宣傳數學建模的有關知識,展示歷年全國大學生數學建模競賽試題和優秀論文,讓同學們更加近距離接觸數學建模競賽。同時,在網站上給學生們提供有關數學建模的書籍、網址,方便同學們自主學習;在日常的數學建模學習過程中,如果同學們有什么疑難問題,可以以留帖子的方式咨詢、請教;同學們也可以通過校園數學建模的網站相互溝通、交流,相互探討、研究。
(5)校際合作交流。我校數學建模協會時常與其他高校數學建模協會進行學術交流,其中包括廣西財經學院數學建模協會、廣西電力職業技術學院數學建模協會、廣西教育學院數學建模協會。具體的做法是先由各高校代表介紹各自的特色活動,發展中遇到的困難以及對未來的計劃,隨后討論各高校數學建模協會今后的交流與合作可能會遇到的問題以及應采取的措施。各協會一致表示,萬事開頭難,要有克服困難的信心。各高校數學建模協間的合作與交流不僅是為了建立數學建模聯盟,更希望各高校數學建模協會能取長補短,為數學愛好者提供更好的學習交流平臺。與區內其兄弟院校協會的合作與交流,促進了我校數學建模學會的發展。
(6)開展數學建模知識競賽。現代教育思想的核心是培養學生創新意識及能力,而能力是在知識的教學和技能的訓練中,通過有意識地培養而得到發展的。教學中,數學建模方法和思想的融入,有助于激發學生的原創性沖動,喚醒學生進行創造性工作的意識,開展數學建模知識競賽,學生要從錯綜復雜的實際問題中,抓住問題的要點,并將問題中的聯系歸成一類,揭示出它們的本質特征,找出解決問題的重點與難點,自覺地運用所給問題的條件尋求解決問題的最佳方案和途徑,這一過程能充分發揮學生豐富的想象力和創新能力。
(7)環保展板宣傳。為配合環保局的低碳宣傳,我們協會以數學建模知識為基礎,建立模型來對環保知識進行宣傳,這一活動讓同學們了解到數學建模的生活性、廣泛性、實用性,大大地豐富了同學們的知識面,開拓了同學們在數學方面的視野,充分調動了同學們的學習積極性,激發了同學們的創造性思維。
高職高專數學建模教學改革從1992年舉辦首屆數學建模競賽至今,數學建模活動已經在全國各高校,特別是在本科院校中得到了蓬勃發展,培養了一大批富有創新觀念和實踐能力的優秀本科生,推動了本科院校的教學改革。然而,數學建模在高職高專院校只是剛剛起步,有許多問題尚需研究解決。同時,我國高職院校對數學建模作用的認識不深,對數學建模活動的開展、數學建模競賽的組織等都缺乏經驗。本文根據自己參賽的成功經驗,對高職學院開展數學建模活動進行探索,并提出了一些建議和看法。
一、高職院校開展數學建模活動的重要意義
數學建模對于提高學生運用數學和計算機技術解決實際問題的能力,培養創新與實踐能力,培養團結合作精神,全面提高學生的素質具有非常積極的意義,同時,也對教學改革起到了重要的促進作用。
(一)數學建模活動是高職高專院校培養應用型人才的需要
數學建模活動重在實踐與應用。從問題分析到模型建立、從模型求解到結果分析、從模型評價到應用前景展望,既沒有固定的模式可循,也沒有現成的方法可套用。參賽學生必須經歷問題分析、查找資料、調查研究、篩選研究方法、建立模型、利用計算機及數學軟件求解、完成論文的過程。不僅培養學生運用數學知識分析和解決實際問題的能力,同時,可以充分模擬學生畢業后參加實際工作的情況。數學建模對于高職院校培養創新型應用人才具有深遠意義。
(二)開展數學建模活動是提高高職高專學生綜合素質的需要
數學建模競賽和教學對提高學生的綜合素質具有重要作用,是對學生能力和素質的全面培養,既豐富、活躍了學生的課外活動。通過總結近幾年的經驗,發現以下幾點值得肯定:(1)學生應用數學進行分析、推理、計算的能力得到大大提高;(2)學生應用計算機、數學軟件能力大大提高;(3)培養了學生獨立查找文獻、在短時間內消化、閱讀、應用的能力;(4)培養和發展了學生的創造力、想象力;(5)培養了學生組織、管理、協調、合作能力;(6)培養了學生的交流、表達和寫作能力;(7)培養了競賽意識、堅強的意志力;(8)培養了學生自律、“慎獨”的優秀品質。
(三)開展數學建模活動是高職高專數學教學改革的需要
高職數學教育本身面臨的問題,就是教學內容與教學時數的矛盾問題,即如何在較少時間里讓學生掌握必需而夠用的數學知識;另一個問題,就是教學內容與實用性有機結合的問題。高職數學課程的教學改革應以突出數學的應用性為主要突破點。高職數學課程的一個重要任務就是培養學生用數學原理和方法解決實際問題的能力。在這些問題上,數學建模是一個可以選擇的解決途徑,是一個突破點,抓住了這個突破點,可以牽一發而動全身,進而推動高職數學課程教學改革。
二、高職院校數學建模競賽的組織與培訓
數學建模活動在本科院校已經開展了很多年,本科院校對數學建模競賽的組織與培訓工作有了有效的模式和成功經驗。高職高專院校由于參加數學建模活動時間較短,各方面的工作還處在摸索當中。同時,由于高職學生的基本功較差,數學課課時較少,使得高職院校數學建模競賽的組織與培訓也有別于普通本科院校。下面結合我院的成功經驗,從三個方面介紹我院在數學建模培訓與組織中的一些做法、體會和收獲。
(一)認識到位,重視到位,宣傳到位
認識到位,主要是指對數學建模的意義和重要性的認識到位。數學建模競賽涉及面廣,通過數學建模競賽不僅可以檢測出一個學校學生的綜合能力、綜合素質和創新能力,也可檢測出一個學校的綜合辦學能力和在辦學過程中存在的問題。基于此,數學建模活動的開展得到了教育部的高度重視,將其作為衡量高校教學質量、人才培養水平、反映學生綜合素質的重要標準。這也是國內、國際數學建模競賽日益紅火的重要原因。不僅要對數學建模競賽認識到位,還要重視到位。數學建模競賽的培訓和組織工作是一項系統工程,需要投入大量人力、物力、財力,涉及各個部門,需要學校領導的支持、協調和重視。
初次接觸數學建模的學生對它的認識比較膚淺、模糊,所以,需要宣傳到位。主要可以從以下幾個方面入手:(1)高數任課教師在教學過程中介紹數模活動;(2)通過校報、廣播、墻報等媒介宣傳數模活動;(3)舉辦數學建模普及講座;(4)介紹數學建模知識,刊登參賽學生體會;實踐證明,這種立體化的宣傳方式,可以吸引眾多優秀學生參加數學建模,為數學建模活動的開展打下良好基礎。
(二)數學建模培訓
高職院校學生數學基礎薄弱,絕大部分學生從沒接觸過數學建模知識,需要對他們進行系統化培訓。針對這些特點,我們合理地制定了培訓計劃,并分階段實施:
第一階段(上半年)為初級培訓階段。這一階段主要在周末進行,內容包括開設有關數學應用專題講座,初步樹立學生的數學應用意識,針對基礎差的學生,還應補充數學基礎知識,主要是線性代數和概率論知識。據統計,從數模競賽開賽至今,70%的賽題為優化類或者需要運用優化理論的題目,所以,這一階段的另一個重要培訓內容就是優化建模與數學規劃理論。
第二階段(暑期)為暑期集訓階段。數學建模涉及眾多數學分支和多種建模方法。這一階段,我們采用專題化的培訓方法,把培訓內容分為若干聯系而又相對獨立的專題,按需施教,并在每一個專題培訓后安排與其相關的建模問題,學用結合,使學生快速掌握建模知識和建模方法。具體安排如下:
第三階段,為模擬實戰與案例分析階段。這一階段,主要選擇歷年真題對學生進行實戰模擬,完全按照競賽的實際要求,令學生在三天內交出論文。其目的是使學生在教練的論文點評與案例分析指導下,不斷發現和改正存在的問題,全面提高建模水平,掌握應賽的必要技巧。
(三)數學建模組賽
數學建模的組賽也是一項系統的工作,涉及方方面面和各個部門。
報名與隊員選拔。數學建模需要長期積累,報名以學生自愿為主,數學任課教師推薦為輔,要求報名的學生具有較好的數學基礎,有自我提高的要求,有較好的紀律性等。在學生自愿報名后,教練組要根據學生在校表現、高數課程的學習情況等,確定參加數學建模培訓的學員,以降低培訓中學員的流失率,選拔優秀學員。我校的做法是:在報名初期做一次初步篩選,入選的學生進入數學建模第一階段的初級培訓,根據學員數學規劃課程的成績,選拔進入集訓的學員。集訓后,根據其建模能力和綜合素質,選拔進入第三階段培訓的學員。最后,在第三階段中期,根據學生模擬實戰的表現情況最終確定參賽隊員。后勤保障培訓期間,指導教師和培訓學員都必須全身心投入其中;競賽期間,學生除了吃飯以及少量的休息時間外,要把所有的精力全部放到建模上。這就要求有關部門有堅強的后勤保障,讓教師和學生沒有后顧之憂。在后勤保障方面,我校的做法是:由基礎部負責具體實施,各相關部門大力配合,為保證競賽活動順利進行,學院每年撥出專款為競賽購置必要的設備及所需教材、資料等,為數學建模競賽活動提供可靠的經費保證。學院為每支參賽隊伍配備三臺計算機。實踐證明,我院取得的優異成績與領導的重視、各部門的支持是分不開的。
三、以數學建模為切入點推動高職數學教學改革
(一)以數學建模為切入點推動高職數學教學內容和教學方法的改革
目前,高職數學的教學內容基本沿襲了經典數學的三大塊:微積分、線性代數、概率論與數理統計。這些內容都是單純的數學理論,缺乏與實際問題的結合,并且游離于專業課之外,不僅不能引起學生的學習興趣,而且也是專業系部壓縮數學課時的因素之一。教師的教學方法也只是注重數學知識的灌輸,教師講解、教師設問、教師給出標準答案,只管教不管懂,這種常規的“填鴨”式教學方法很難調動學生學習數學的熱情和積極性。
高職教育是培養高等應用型技術人才的教育。因此,高職數學的教學內容應充分體現“以應用為目的,以必需、夠用為度”的原則,并將其作為專業課程的基礎,強調其應用性以及解決實際問題的自覺性。一方面,可以進一步擴大數學建模的受益面,有條件的情況下可以開設《數學建模》與《數學實驗》課程,系統介紹數學建模的思想方法以及數學軟件的使用方法;另一方面,可以在高職數學教學中融入數學建模思想,將一些實際問題引入教學內容,利用一定的課時講解淺易的數學建模,以增強數學內容的應用性、實踐性、趣味性。在教學方法上,應注重理論聯系實際,注重將數學的應用貫穿于教學始終,提倡“啟發式”“互動式”的教學模式,采用多媒體、數學實驗等多種形式。
(二)以數學建模為切入點推動高職數學教學手段和教學工具的改革
隨著現代科學技術的飛速發展,數學的應用領域日益廣泛。數學建模的賽題都是一些經過適當簡化加工的實際問題,這些問題為數學知識的應用提供了很好的實例。這些實例能使學生認識到數學如何有用,進而深入了解數學應用的方法和技巧。在數學建模中,為了求得模型的解,必須使用計算機和相關數學軟件,數學應用與計算機已緊密結合。傳統的教學手段――一支粉筆、一塊黑板,已不適應數學的發展和應用,計算機進入數學教學勢在必行。首先,可以在數學教學手段上引入多媒體教學,提高學生學習數學的興趣;其次,在教學工具上引入數學軟件求解數學問題,采用數學實驗課的形式,促進數學與計算機的結合。
目前,高職院校只有少數人參與數學建模活動,而且大部分高職院校只是為了競賽而開展這項活動。對于如何擴大受益面的問題,本專科院校做了一些有益探索,如開設數學實驗課程或數學建模課程,但對于學制較短、職業性較強的高職院校來說,能否借鑒他們的經驗開設選修課,如何開設并安排數學建模的教學內容等,仍是有待解決的課題。
數學建模提供的教學、培訓模式和競賽方式,在成績較好的學生中取得了良好效果,但對于基礎較差的學生卻是一項高難度活動。因此,需要在實踐過程中不斷探索適用于高職院校所有學生的數學建模。
參考文獻:
[1]何文閣.在高職院校開展數學建模活動的意義與實踐[J].中國職業技術教育,2005,(9):40.
[2]張緯民.對數學建模競賽實施的點滴探索與認識[J].大學數學,2010,(3):33-34.
關鍵詞:結構方程模型;研究生;滿意度
中圖分類號:G643 文獻標識碼:A 文章編號:1006-4311(2012)18-0314-02
0 引言
研究生教育是高等教育中最高層次的教育,承擔著培養高層次學術研究與專門人才的重任。廣大研究生作為研究生教育服務的直接“消費者”,其滿意度評價應該是評價研究生教育服務質量的重要依據。
我國學者在研究生滿意度研究方面,不再局限于辦學條件等硬性指標,而是將指標體系擴展到校園文化、師生關系等軟性指標。如陳冬梅認為影響碩士研究生教育質量的學校內部因素分為導師因素、課程體系因素、教育經費和科研環境因素與管理體制因素[1]。然而,無論在理論上還是實證研究上,研究生滿意度研究仍然偏少,在量表的設計上差異也較大。本文將工商領域的顧客滿意理論移植到研究生教育服務質量管理領域,嘗試用結構方程的建模方法構建研究生滿意度指數模型。
1 研究生滿意度影響因素分析
研究生對教育服務質量的滿意度評價,這種評價是研究生將其對高校教育服務的期望與高校實際提供的服務相比較后得出的,其實質是研究生對教育服務質量的期望值與實際經歷之間的總體差距。可見,影響研究生感知績效的因素主要有三項:即研究生對教育服務質量的預期、對經歷過的教育服務的實際感知、體驗過服務后形成的感知價值。
1.1 研究生對教育服務質量的期望 研究生對教育服務質量的期望是指研究生希望通過研究生階段的學習,能夠達到的目的以及希望得到的結果。期望來自于研究生過去在學校享受過的服務體驗以及親戚、朋友、同學之間的各種言論,并要受到培養單位知名度的影響。
一般,研究生的需求和期望大致有:能夠為研究生提供學業上幫助的高水平的師資力量;適合自身發展的專業方向;優良的校園環境以及后勤保障設施;良好的就業出路;豐富的教育資源。
1.2 研究生所感知的教育服務質量 研究生所感知的教育服務質量是指研究生在接受高校提供的教育、生活等方面服務之后,對高校的教育服務質量做出的整體判斷,這種整體判斷要受到研究生本人知識、經驗、情感等因素的影響。
本文從投入質量、過程質量與結果質量這三個層面分析感知質量。其中,投入質量指的是高校在開展研究生教育之前就已存在的各種客觀實體。如各種生活與科研設施、師資力量等。過程質量指的是在接受教育過程中,研究生對所接受到的所有接觸做出的感知評估。包括與導師、授課教師的交流,與行政人員、后勤工作人員的接觸、以及教職工對其的關心程度、所體驗到的學校校風、學風等軟環境。結果質量,指的是學生對于接受高等教育服務后總的感知收獲與能力的提高。
1.3 研究生對教育服務質量的感知價值 研究生感知價值指研究生在求學經歷中所感知到的收獲與其付出的成本進行權衡后,對研究生教育服務的整體評價。其中,感知收獲可以是研究生知識、能力、素質的提高,人力資本的增值;付出的成本包括直接成本和機會成本。直接成本指研究生為學習付出的學費、時間與精力;機會成本指研究生為學習而失去的工作機會、收入所得等。
2 模型構建
結構方程模型(Structural Equation Model,簡稱SEM)是20世紀60、70年代出現的新興的統計分析手段,它在心理學、社會學和管理學等領域得到了廣泛的應用,被稱為統計學三大發展之一。
結構方程模型包括兩個部分:結構模型和測量模型。測量模型描述的是潛在變量如何被相對應的觀察變量所測量或概念化,結構模型指的是潛在變量之間的關系。結構模型的構建包括潛在變量的選取及潛在變量之間關系的建立兩個部分。
2.1 潛在變量的選取 借鑒當前高校學生滿意度測評的相關研究成果,結合上文中關于研究生滿意度影響因素分析,選取指數模型中潛在變量及相應的觀察變量。
2.1.1 學校形象 高校的歷史成就及社會對學校做出的綜合評價是學生顧客選擇是否進校的重要參考因素。學校形象一般選擇學校歷史、知名度、發展定位等指標來衡量。本文選取“學校整體形象”、“特色教育”等4個觀察變量來測量“學校形象”這一潛在變量。
2.1.2 學生期望 根據上文中“研究生對教育服務質量的預期”的分析,選取“對教育服務的整體期望”、“對科研設施的期望”等5個觀察變量組成該潛在變量。
2.1.3 感知質量 感知質量的觀察變量的選取是整個滿意度測評的核心。曾青霞將高等教育服務劃分為教學質量、校園生活等五項[2];王欣欣將高等教育服務質量定義為投入質量、過程質量以及產出質量三大維度[3]。本文借鑒以上兩位學者的研究成果,經探索性因子分析,將感知質量的33個觀察變量歸納為4個二階變量,分別為“物質資源”、“校園環境”、“結果質量”。
其中,“物質資源”由“圖書信息資源的豐富性、易獲得性”、“實驗室條件的完備性、先進性”等7個觀察變量構成;“師資力量”由“導師的學術水平”、“導師責任心”等8個觀察變量構成;“校園環境”由“學生表達意見的通暢性”、“校園學術氛圍”等14個觀察變量構成,“結果質量”由“我的能力、素質有了提高”、“我在學習期間收獲了很多快樂”等4個觀察變量構成。
2.1.4 感知價值 林卉將學生感知價值的維度設計成:相對所支付的學校費用(學費及相應的費用)下,對學校服務質量的評價;相對所接受的學校服務質量的水平下,對學校收費(學費及相應的費用)的評價兩個維度[4]。本文認為:研究生所感知的價值除了看得見的學費、住宿費等看得見的直接成本外,還應包括因學習而失去的工作機會、工作收入等看不見的間接成本。根據上文中對感知價值的分析,以“與我付出的費用相比、我認為是值得的”、“與我付出的時間、努力和精力相比,我認為是值得的”、“與我因學習而失去的工作機會相比,我認為是值得的”3個觀察變量來測量感知價值。
2.1.5 學生滿意 顧客滿意一般從整體滿意程度、與期望值的差距、和理想點的距離3個方面來衡量。參照通用做法,本文設計了“對學校的整體滿意程度”、“與期望相比的滿意程度”、“與理想中的學校相比的滿意程度”3個觀察變量。
2.1.6 學生忠誠 學生忠誠指學生對學校提供的教育、生活等方面服務滿意時,選擇母校繼續深造或向他人推薦母校及以后支持母校建設與發展等行為。本文將學生忠誠的觀察變量設為“深造再選擇”、“向他人推薦”、“與母校保持長久聯系”、“支持母校發展建設”等4個。
2.2 潛在變量因果關系假設 選取潛在變量之后,結構模型的建立需要界定各潛在變量之間的關系,從而建立起初始假設模型。
2.2.1 學校形象與相關變量的關系 學校形象通過對學生期望產生直接作用,再由學生期望對學生感知質量產生直接作用,來完成對感知質量的間接作用。同時,學校形象越好、知名度越高、它在學生心目中的效價就越高,學生對學校的滿意度就越高,因此,學校形象對學生滿意也存在著直接影響。對于企業形象與顧客忠誠之間的確切關系,到目前為止,學術界沒有定論。有證據證明存在企業形象到顧客忠誠的直接影響,但也有證據證明這種形象是通過企業形象顧客滿意顧客忠誠這條間接路徑完成。本文提出如下假設H1:學校形象對學生忠誠具有直接正向影響;H2:學校形象對學生滿意具有直接正向影響;H3:學校形象對學生忠誠具有直接正向影響。
2.2.2 學生期望與相關變量的關系 大量的研究表明,顧客期望對感知質量存在正向影響。同時,假設學生期望對感知價值也存在直接正向影響。對于期望與顧客滿意之間的關系,大部分學者認為期望的這種預測功能意味著公眾(學生)期望對公眾(學生)滿意具有積極的作用,因此,本文假設H4:學生期望對感知質量具有直接正向影響;H5:學生期望對感知價值具有直接正向影響;H6:學生期望對學生滿意具有直接正向影響。
2.2.3 感知質量與相關變量的關系 學生將實際感知質量與付出的成本相比較,形成學生感知價值,因此,感知質量是感知價值的前置因素。同時,學生感覺到的服務質量好,學生就滿意。本文采用國際主流國家顧客滿意度指數模型通行的做法,將感知質量作為顧客滿意的前置因素。假設H7:感知質量對感知價值具有直接正向影響;H8:感知質量對學生滿意具有直接正向影響。
并且,為了在驗證感知質量對學生滿意的同時,明確哪些因素對感知質量起著至關重要的作用,以便為學校指明行動的方向,為其制定具體策略提供依據,本文還設置了“物質資源”、“師資力量”、“校園環境”、“結果質量”4個變量,感知質量對它們產生直接正向影響,并假設H11:感知質量對物質資源具有直接正向影響;H12:感知質量對師資力量具有直接正向影響;H13:感知質量對校園環境具有直接正向影響;H14:感知質量對結果變量產生直接正向影響。
2.2.4 感知價值與相關變量的關系 感知價值在體驗研究生教育服務中產生,感知價值高勢必帶來高的滿意度,反之則相反。因此,感知價值必然是學生滿意的前因。本文假設H9:感知價值對學生滿意存在直接正向影響關系。
2.2.5 學生滿意與相關變量的關系 關于顧客滿意與顧客忠誠之間的關系,很多文獻都進行了分析。Aderson&Sullivan(1993)發現顧客滿意正向影響重復購買意圖[5]。從本文來看,只有學生滿意了,才有可能向他人推薦母校、支持母校建設等。因此,本文假設H10:學生滿意對學生忠誠具有直接正向影響。
2.3 研究生滿意度指數模型構建 根據上文對研究生滿意度影響因素的分析,本文應用結構方程的建模方法構建了研究生滿意度指數模型(圖1)。
該模型包含了10個基本結構變量,即學校形象、學生期望、感知質量、感知價值、學生滿意、學生忠誠、物質資源、師資力量、校園環境、結果質量,這樣經過一次調查既可以得到宏觀的滿意度數據,又可以得到微觀的質量改進信息。
模型中結構變量之間的假設關系為:學校形象為外生變量,它對學生期望、學生滿意、學生忠誠產生直接正向影響;學生期望對感知質量、感知價值、學生滿意產生直接正向影響;感知質量對感知價值與學生滿意產生直接正向影響,感知價值對顧客滿意產生直接正向影響,學生滿意的后置因素是學生忠誠,學生滿意對學生忠誠產生直接正向影響。此外,對感知質量對四個質量因子產生直接正向影響。
3 存在的不足及未來研究方向
由于條件所限,本文僅分析了影響研究生滿意度的因素,構建了研究生滿意度指數模型,并沒有對模型進行實證研究,開展實證研究,檢驗所構建模型的合理性并進行滿意度測評,是未來繼續研究的方向。
參考文獻:
[1]黎軍,陳冬梅.影響碩士研究生教育質量的學校內部因素[J].中南林業科技大學學報(社會科學版),2009(7):166-168.
[2]曾青霞.大學生滿意度測評體系研究[D].碩士論文,2009.
[3]王欣欣.我國高等教育服務質量統計評價——基于學生滿意度研究[D].碩士論文,2009.
一、在高中開展數學建模教學的重要意義
1. 開展數學建模教學的對提升學生能力的作用
數學建模體現了數學學以致用的特點,對學生能力的培養具有重要作用.首先,開展建模教學可提高學生的思維能力.模型的建立通過思維的分析,促進學生從感性認識上升到理性認識,能夠提高學生的抽象思維能力.其次,提高學生的自學能力.現實問題是多種多樣的,在數學建模教學中,教師提供給學生的只能是解決問題的大致思想和方法,許多東西還得靠學生自己去消化和領悟,這有助于學生自學能力的形成.再次,培養學生分析問題和解決問題的能力.學生通過實踐,能夠運用所學解決實際問題.最后,提高學生的創新能力.數學模型的建立需要學生運用數學方法,不斷加工和分析所掌握的材料,大膽猜想,提出假設,這是一個探究的過程,在這個過程中,學生的創造力得到提升.
2.開展數學建模教學對教育改革的意義
中國學生理論知識豐富,動手能力卻不足,這已經成為不爭的事實.不知何時起,我們的數學課教學逐漸遠離了現實生活,其終極目標只剩下解題,而這些被求解的題目都被理想化了,理論性強卻與實際脫節.許多學生甚至教師也越來越困惑,不知道學數學是為了什么.理論聯系實際,成為教育改革的最大呼聲.數學建模關注生活,與生活密切聯系,能夠解決實際問題,并極大地調動學生的學習興趣和積極性.在歐、美、日等發達國家,數學建模活動已經走進基礎教育,國際數學界也呼吁采用數學建模活動來推動數學教育改革,我國也開始意識到數學建模對于數學的重大意義,在高中教學大綱中明確提出要“能初步運用數學模型,解決實際問題”.這不僅是高中數學教育改革的需要,也是數學本身發展的需要,更是社會的需要.
二、數學建模的概念及實施過程
數學模型是在人們對課題本質進行細致深入地觀察和研究之后,巧妙靈活地運用數學符號、數學式子、數學圖形、表格和程序等,抽象簡潔地刻畫出事物的本質,揭示其內在規律,它既能解釋某一現象,又能預測其發展方向,并能為某一現象的發展提供策略.建立數學模型的過程就是數學建模.數學建模是一種數學思考方法,是溝通數學知識和數學應用的橋梁,是運用數學知識解決現實問題的強有力的手段.數學建模的實施過程有以下幾個部分.
1.模型準備
即了解問題的實際背景,明確建模的目的和意義,掌握必要的信息,用數學語言來描述研究對象.
2.模型假設
根據問題的特征及建模的目的,合理簡化問題,使用精準的語言,對其進行恰當假設.
3.模型建立
以模型假設為依據,適當采用盡可能簡單的數學工具,建立各變量之間的數學關系,形成相應的數學結構,建立初步的數學模型.
4.模型求解
根據獲取的數據資料,利用一定的數學知識和數學方法,解出數學模型,得出結論.
5.模型分析
從數學上分析模型求解的結果,有時需要根據情況對結果做出某種預測,或選出最佳決策等.
6.模型檢驗
把得到的結論同實際的情況進行對比,放到實際中去檢驗,以辨別它的真偽性,模型正確,則計算他的結果,解釋其含義;模型錯誤,則回到模型假設,重新建立模型.
7.模型應用
其方式因模型的目的而異.
三、如何將數學建模融入高中教學
數學建模雖然有基本的實施過程,但卻不是機械地套用固定的程序,而是有賴于建模活動的層層深入和各方面綜合能力的提高.數學建模能力的形成不是一朝一夕的,需要長時間的滲透和積累.這就需要教師在高中階段,將數學建模融入日常教學.
1.根據課本內容,在課堂教學的部分環節中“切入”數學建模的內容
所謂“切入”就是將數學建模過程分解成一些較小的部分,滲透到正常教學的部分環節.比如在講到橢圓的知識時,我們就可以巧妙地穿插一些數學建模內容――以太陽為焦點,行星環繞著太陽運行,它所形成的軌道就相當于一個橢圓――這樣就可以讓學生通過資料的查找,列出有關行星軌道的橢圓方程.建模“切入”的內容,必須要和正常的教學內容掛鉤,通過建模,加深學生對課本知識的理解和掌握.高中課堂教學內容,可以建立以下幾種模型.
(1)方程或不等式模型.如現實中的最優化問題可劃歸為函數最大、最小值問題,生產規劃、人口控制等可以歸結為不等式的模型;
(2)三角函數模型.與三角函數有關的如電流、聲波、航線、視角等問題,都可以通過建立三角函數模型來解決.
(3)數列模型.數列是一種特殊的函數,廣泛應用于生活中的各個領域,如經濟中的漲幅問題、利息問題、銀行存貸款問題,生物學中的細胞分裂問題,環境保護中的森林覆蓋率問題等.
(4)幾何模型.涉及幾何圖形的問題,如地球經緯度、人造衛星軌道問題、體積和容量問題、橋梁問題、建筑和航行問題等.
(5)概率模型.概率問題涉及的有中獎問題、擲幣問題、獲勝問題、風險決策、評估預測等,內容也十分廣泛.在課堂教學的部分環節中“切入”數學建模的內容,能夠打破課堂的枯燥,調動和激發學生探索的興趣和熱情,以便更好地完成教學目標.
2.精心設計貼近學生的數學建模課程,引導學生建模思想
要想讓學生更易于接受建模思維,掌握建模方法,就需要結合學生的特點,根據學生所掌握的知識結構、興趣愛好及其思維發展的特點,精心組織數學建模課程.例如,磁帶是我們生活中經常用到的,我們從它身可以上挖掘出許多值得探究的問題,這既不需要太多的專業知識,同時也符合學生的興趣.
3. 激發學生的建模熱情,提高學生的建模能力
首先,要關注社會熱點,在日常教學中融入現實問題.
將數學生活化,促使學生運用所學知識解決實際問題,這是數學建模教學的重要目標.在數學建模的日常教學時,可選擇與一些社會熱點相結合,以體現數學的應用的廣泛性.例如,蔬菜等作物的農藥殘留問題,曾引起人們的廣泛關注.以此為例,探討高中建模教學的實施.問題:將小白菜上的殘留農藥用一盆水清洗干凈, 是用一盆水清洗一次好,還是把水分成兩份,分兩次清洗好?讓學生根據“模型準備――模型假設――模型建立――模型求解――模型分析――模型檢驗――模型應用”完成建模過程,強化學生的數學建模能力.
其次,開展課外活動,加強學生的實踐能力.
關鍵詞:線性調頻信號,產生方法,壓縮方法
線性調頻信號具有非線性相位譜,能夠獲得較大的時寬帶寬積;與其它脈壓信號相比,很容易用數字技術產生,且技術上比較成熟;所用的匹配濾波器對回波信號的多卜勒頻移不敏感,因而可以用一個匹配濾波器處理具有不同多卜勒頻移的回波信號。這將大大簡化信號處理系統,因此它在工程中得到了廣泛的應用。采用這種信號的雷達可以同時獲得遠的作用距離和高的距離分辨率。
一、線性調頻信號的產生方法
隨著數字技術的發展,以前由模擬方法完成的許多功能逐漸被數字方法所取代,復雜的雷達信號的產生也基本完成了由模擬技術到數字技術的質的轉變。因為與模擬方法相比,數字方法具有靈活性好、可靠性高、失真補償方便,及易于實現相參等明顯優越性,現己成為產生高性能線性調頻信號的主要方法。數字方法產生線性調頻信號的方法主要包括兩種,波形存儲直讀法和直接數字合成法(DDS)。
波形存儲直讀法是一種經典的基帶信號產生方法。它是預先根據采用頻率、基帶帶寬、時寬等信號參數,通過線性調頻信號的數學表達式分別計算出兩路正交信號的采樣值,按照順序預先寫入高速內存中。通過對采用時鐘進行計數而順序產生高速內存譯碼地址,依次從高速內存中讀出預先寫入的兩路正交信號的采樣值。I、Q兩路分別經過數模變換、低通濾波產生兩路正交線性調頻基帶信號。這種方法具有原理簡單、成本低廉、對器件依賴小等優點,并具有較好的幅相預失真補償能力,但是存在電路結構比較復雜、需要高速控制電路配合,也增加了軟件的復雜度。經正交調制和倍頻器,對基帶信號進行帶寬擴展和頻譜搬移,輸出所需帶寬和頻段的線性調頻信號。直接數字合成(Direct Digital Synthesis,簡稱DDS)方法。用這種方法產生的線性調頻信號的技術日益受到重視并廣泛應用,它是根據線性調頻信號的頻率線性變化、相位平方變化的特點而設計的。直接數字合成法采用兩級相位累加結構來得到線性調頻信號的二次變化的相位,然后根據相位值查存儲在ROM里的正弦、余弦表,將查得的值經D/A轉化得到相應的I、Q兩路基帶線性調頻信號。這種方法通過數控電路能對DDS輸出波形、頻率、幅度、相位實現精確控制,可在調頻帶寬內對雷達系統的幅度和相位進行校正,產生近乎理想的線形調頻信號。只要改變某些電路的參數設置,就可以改變線性調頻信號的時寬和帶寬。但由于DDS的全數字的全數字結構,雜散電平高是其自身固有的缺陷。
二、線性調頻脈沖信號壓縮的實現方法
線性調頻脈沖信號的壓縮通常有兩種方式:模擬壓縮和數字壓縮。目前模擬式脈沖壓縮器件有:具有大帶寬、小時寬的聲表面波(SAW)器件;中等時寬和中等帶寬的體聲波反射陣列壓縮器等。隨著高速、大規模集成電路器件的發展,對于大時寬大帶寬信號的脈沖壓縮通常采用數字方式壓縮。
數字脈沖壓縮系統較之模擬方法具有一系列優點:數字法可獲得高穩定度、高質量的線性調頻信號,脈沖壓縮器件在實現匹配濾波的同時,可以方便地實現旁瓣抑制加權處理,既可有效地縮小脈沖壓縮系統的設備量,又具有高穩定性和可維護性,并提高了系統的可編程能力。科技論文,壓縮方法。因此,數字處理方法獲得了廣泛的重視和應用。
1、線性調頻脈沖信號的時域數字壓縮實現
線性調頻信號的時域數字脈沖壓縮處理,通常在視頻進行,并采用I、Q兩路正交雙通道處理方案,以避免回波信號隨機相位的影響,可減少約3dB的系統處理損失。中頻回波信號經正交相位檢波,還原成基帶視頻信號,再經A/D變換形成數字信號,進行數字脈沖壓縮處理。I、Q雙路數字壓縮按復相關運算(即匹配濾波)進行,雙路相關運算輸出經求模處理、D/A變換,輸出模擬脈沖壓縮信號;I、Q雙路相關輸出的數字信號還可送后級信號處理。
2、線性調頻脈沖信號的頻域數字壓縮實現
由于高速A/D變換器、大規模集成電路技術以及快速傅立葉變換技術的應用,使寬帶信號的實時處理成為可能。科技論文,壓縮方法。采用DSP及FPGA的頻域數字脈沖壓縮處理的優點是處理速度高、工作穩定、重復性好,并且具有較大的靈活性。
3、線性調頻脈沖壓縮方案
根據線性調頻信號的特點及其脈沖壓縮原理,數字脈沖壓縮系統首先要將回波信號經A/D采樣變成數字信號,再進行脈沖壓縮。時域數字脈沖壓縮實際上是將回波數據與匹配濾波器進行復卷積,而頻域數字脈沖壓縮則是通過對回波數據進行FFT后,與匹配濾波器的系數進行復數乘法運算,然后再經過IFFT得到壓縮脈沖的數字數據。對于N點長度的信號,在時域實現數字脈壓,需要進行L2次復數乘法運算,而頻域卷積法僅需2L1og2L次復數乘法運算,大大減小了運算工作量。另外,考慮到抑制旁瓣加權函數,若在時域實現數字脈壓,不僅要增加存儲器,而且運算量將增加一倍,在頻域實現抑制旁瓣加權函數,不需增加存儲器和運算量。
三、線性調頻脈沖信號的加權處理
線性調頻信號通過匹配濾波器后,輸出脈沖的包絡近似Sinc(x)形狀。其中最大的第一對旁瓣為主瓣電平的一13.2dB,其他旁瓣電平隨其離主瓣的間隔x按1/X的規律衰減,旁瓣零點間隔是1/B。在多目標環境中,這些旁瓣會埋沒附近較小目標的主信號,引起目標丟失。為了提高分辨多目標的能力,必須采用旁瓣抑制的措施,簡稱加權技術。科技論文,壓縮方法。加權可以在發射端、接收端或收、發兩端上進行,分別稱為單向加權或雙向加權。科技論文,壓縮方法。其方式可以是頻率域幅度或相位加權,也可以是時間域幅度或相位加權。科技論文,壓縮方法。此外,加權可在射頻、中頻或視頻級中進行。科技論文,壓縮方法。為了使發射機工作在最佳功率狀態,一般不在發射端進行加權。目前應用最廣的是在接受端中頻級采用頻率域幅度加權。
引入加權網絡實質上是對信號進行失配處理,所以它不僅使旁瓣得到抑制,同時使輸出信號包絡主瓣降低、變寬。換句話說,旁瓣抑制是以信噪比損失及距離分辨力變差為代價的。如何選擇加權函數這涉及到最佳準則的確定。考慮到信號的波形和頻譜的關系與天線激勵和遠場的關系具有本質上的共性,人們應用天線設計中的旁瓣抑制原理,曾提出海明加權、余弦平方、余弦四次方加權等幾種最佳加權函數。但是這些理想的加權函數都較難實現。因此,只能在旁瓣抑制、主瓣加寬、信噪比損失、旁瓣衰減速度以及技術實現難易等幾個方面進行折衷的考慮選取合適的加權函數。
結語:隨著數字技術和大規模集成電路技術的飛速發展,數字脈沖壓縮(也稱脈壓)技術以其性能穩定、抗干擾能力強、控制方式靈活以及硬件系統更小型化等優點,逐步取代早期的模擬脈壓技術,成為現代脈壓系統的發展趨勢。特別是近年來高性能通用數字信號處理器的出現,為雷達脈沖壓縮處理的數字化實現提供了一種工程實現途徑。數字脈壓系統的實現可以滿足體積小、功耗低和成本低等條件,其相關問題的研究成為國內外廣大學者研究的熱點問題之一。
參考文獻:
1、王世一《數字信號處理(第1版)》[J]北京:北京理工大學出版社1997;
2、任培紅《脈沖壓縮信號的特點、產生、及壓縮方法》[J]電訊技術1999(2);
3、姜田華《實現直接數字頻率合成器的三種技術方案》[J]電子技術應用2004(3);
【關鍵詞】 SVPWM DSP
1 引言
SVPWM控制技術利用逆變器各橋臂開關控制信號的不同組合,使逆變器的輸出電壓空間矢量的運行軌跡盡可能接近圓形。空間矢量脈寬調制技術,不僅可以使得電機脈動降低,電流波形畸變減小,而且與常規正弦脈寬調制(SPWM)技術相比,直流電壓利用率有很大提高,并更易于數字化。
2 SVPWM基本原理
SVPWM是從電動機的角度出發,著眼于使電機獲得幅值恒定的圓形磁場。它以三相對稱正弦波電壓供電時的理想圓形磁通軌跡為基準,用逆變器不同的開關模式產生的實際磁通去逼近基準磁通圓,從而達到較高的控制性能。
通常的三相電壓型逆變器采用6個功率晶體管;逆變器的工作狀態共有8種,分別對應8個電壓矢量,其中有6個基本矢量模長等于,另外2個分別對應于(000)和(111)狀態。SVPWM以三相對稱正弦波電壓供電時交流電動機產生的理想圓形磁鏈軌跡為基準,通過這8個空間矢量去等效參考矢量,從而使電機的實際氣隙軌跡逼近理想的圓形。
3 DSP實現兩電平SVPWM算法的軟件設計
TMS320F28035在一個器件中集成多個ePWM通道,ePWM單元可根據時序和控制要求對每個通道單獨控制,避免了各通道的相互依賴,這種相互獨立的結構為應用提供了很大的靈活性,使其成為很多功率控制系統必需的控制單元。ePWM模塊主要包括時間基準模塊、計數器比較模塊、動作限定模塊、死區控制模塊、PWM斬波模塊、錯誤控制模塊以及事件觸發模塊。根據ePWM模塊生成PWM波形的原理,可以得到應用其生成SVPWM波形的結構圖如下圖1所示。
ePWM單元通過配置時間基準(TB)模塊得到一定頻率的三角載波信號,再通過配置計數比較(CC)模塊中計數比較A(CMPA)寄存器的值,同時按照控制要求配置動作限定(AQ)模塊,進而得到符合要求的PWM脈沖EPWMxA;為防止上下橋臂兩個功率開關管同時導通,發生橋臂的直通現象,應對加在同一橋臂上的兩組脈沖加入死區控制,讓一個功率管完全關斷后,再開通另一個功率管。ePWM單元的死區控制(DB)模塊可以實現這一要求,將輸出的EPWMxA送入死區控制模塊,然后根據控制要求對死區控制模塊的寄存器進行相應的配置,從而可以得到一對互補輸出的PWM脈沖,根據文獻[1]對SVPWM的分析可知,功率管的開通關斷要符合利用SVPWM算法計算出的時間變量,這就要求在每個開關周期內根據時間變量的值不斷更新CMPA的值,本文通過配置事件觸發(ET)模塊相應寄存器,使其在三角載波信號過零點時進入中斷,然后在中斷函數中按照時間變量的值不斷重新裝載CMPA的值,從而得到需要的PWM脈沖,實現了SVPWM算法在DSP中的實現。
由以上分析可知,利用TMS320F28035芯片實現SVPWM 算法的關鍵問題是如何配置寄存器,下面將具體討論如何配置寄存器。
3.1 時間基準子模塊
每個ePWM模塊都有自己的時間基準子模塊確定相關事件時序,同步邏輯允許多個ePWM模塊采用相同的時間基準,要想獲得三角載波信號,應將時間基準控制(TBCTL)寄存器的計數模式選擇位TBCTL[CTRMODE]配置為0x2,即工作在遞增遞減模式下,在這種模式下,時基計數器從零開始遞增計數,直到等于周期值(TBPRD)。當計數值等于周期值時,時基計數器開始遞減計數到零。在此種工作模式下,不斷重復上述過程,從而產生三角載波信號。由上述分析可知,在遞增遞減計數模式下時三角載波信號的周期應為:
時間基準時鐘(TBCLK)是系統時鐘經過分頻得到的,對應關系如式(3.2)所示:
本論文將TBCTL[HSPCLKDIV]配置為0x0,TBCTL[CLKDIV]配置為0x0,未對其分頻,TBCLK采用系統時鐘(30MHz)。在第二章分析SVPWM算法實現時,功率開關管的開關周期選擇的是0.0002s,則大小為0.0002s,由式(3.1)可得:
3.2 計數比較子模塊
計數比較子模塊為時間基準計數值的輸入,本論文中時間基準計數器(TBCTR)不斷同CMPA比較,當兩者值相等時,計數比較單元產生相應動作。為防止軟件異步更改寄存器的內容,將CMPCTL(SHDWAMODE)配置為0x0,使得計數比較寄存器CMPA使用映射寄存器進行存儲,這樣只有在特定的操作點上刷新寄存器才實現硬件同步。由對SVPWM如何在DSP中實現的分析可知,CMPA要在中斷函數中不斷更新,而中斷是在TBCTR過零時發生的,所以應將CMPCTL[LOADAMODE]配置為0x0,在TBCTR過零時刷新CMPA的映射寄存器。
3.3 動作限定子模塊
動作限定子模塊在PWM產生過程中起著重要的作用——確定事件轉換的類型,在EPWMxA和EPWMxB輸出上產生需要的波形,本論文中采用高電平來開通功率開關管,所以應將AQCTLA[CAU]配置為0x2、AQCTLA[CAD]配置為0x1,在遞增計數值等于CMPA時,PWM輸出高電平;當遞減計數值等于CMPA時,PWM輸出低電平。
3.4 死區控制子模塊
一般功率開關管的開通關斷時間都需幾百納秒,為防止橋臂的直通現象,應對同一橋臂的兩組脈沖加入死區,通過配置DBCTL[IN_MODE]為0x0,選擇死區控制子模塊的輸入信號來自動作限定模塊的EPWMxA,再通過配置DBCTL[POLSEL]為0x2、DBCTL[OUT_MODE]為0x3,從而得到一對高電平有效互補輸出的PWM脈沖,至于死區時間可以通過寄存器DBRED和DBFED設置,死區控制子模塊支持獨立的上升沿和下降沿延時控制,延時大小計算公式如下:
3.5 事件觸發子模塊
本論文中通過配置事件觸發子模塊來產生中斷,進而在中斷函數中實現SVPWM算法。將ETSEL[INTSEL]配置為0x1,選擇當TBCTR為零時作為中斷觸發事件,再將ETPS[INTPRD]配置為0x1并且使能中斷,那么每當時間基準計算器為零時,就會產生中斷。
4 實驗結果分析
本文利用TMS320F28035最小系統板對所設計軟件進行實驗驗證,系統板的芯片的晶振頻率為30MHz,實驗所得波形如下圖3所示。
PWM脈沖在未加入死區時,由圖3a、圖3b可知,PWM1口輸出的PWM脈沖占空比是隨時間不斷變化的,并且輸出脈沖頻率符合理論推導值5KHz,對PWM脈沖進行濾波之后得到圖3c所示的波形,該波形頻率為50Hz且為馬鞍波,與理論推導相符。
5 結語
綜上所述,通過對實驗波形的分析可知,基于TI公司TMS320F 28035芯片所設計的用于實現SVPWM算法的軟件是正確可行的。
參考文獻:
[1]徐靜.異步電動機按定子磁鏈定向的連續型矢量控制策略的研究與實現 [博士學位論文].上海:上海大學,2006
[2]張衛寧等.TMS320C28X系列DSP的CPU與外設(上)(下)[M].北京:清華大學出版社,2002.
[3]謝青紅,張筱荔.TMS320F2812DSP原理及其在運動控制系統中的應用[M].北京:電子工業出版社,2009,106-152.
【關鍵詞】高職院校;數學建模;教學
在高職院校中開展數學建模教學是為了使學生將所學的數學方法與知識同周圍的現實世界聯系起來,甚至和真正的實際應用問題聯系起來.數學建模不僅使學生知道數學有用、怎樣用,更重要的是使學生體會到在真正的應用中還需要繼續學習.數學建模是一種創造性的活動,也是解決現實問題的量化手段.作為一種創造性活動它要求建模者具備敏銳的洞察力、良好的想象力、較強的抽象思維能力和創新意識;作為一種量化手段,它需要建模者具備較強的知識應用能力和實踐能力.因此,開展數學建模教學不僅可以加強知識積累,提高學生的科學素質,而且可以從根本上實現從應試教育向素質教育的轉變,解決高等職業教育的特色問題,構建一種滿足高職教育人才培養目標所要求的體系全新、特色鮮明的課程內容體系.為了更好地達到預期的教學效果,在教學過程中應注意的幾個問題:
一、合理安排教學內容
高職院校學生數學基礎薄弱,絕大部分學生從沒接觸過數學建模知識.針對這些特點,教學內容的選擇應該以數學知識和方法為縱向,以問題為橫向,由易到難,由淺入深.第一部分是補充知識,主要包括:規劃論、圖論、組合優化、概率統計、層次分析、微分方程、排隊論等數學理論和數學方法;第二部分是編程訓練,強化數學軟件包括Mathematica,Lingo等軟件包的應用和C語言編程能力;第三部分是數學建模專題訓練,從小問題入手,由淺入深地訓練,使學生體會和學習如何運用數學知識和數學技巧解決實際問題,建立數學建模的思想和方法.
同時還要注重提高學生的興趣,注意理論和實際相結合.一方面可以介紹一些學生感興趣的實際例子來說明問題,例如在彩票中概率知識的運用;另一方面可通過一些與學生專業相結合的數學模型來激起學生學習的欲望.
二、建模教學過程中要突出學生的主體地位
由于受到長期傳統應試教育的影響,學生一直處于被動學習的地位,動手能力差,應用意識薄弱.數學建模教學的特點決定了突出學生主體地位的重要性,傳統教學中滿堂灌的方式已經不再可取,以學生為主的探索討論式教學變得尤為重要.教學過程中以教師為主導,學生為主體,教師以教學內容為主線,圍繞教材章節,歸納講解不同類型的數學思維方法和常用的數學思維方法,在教學過程中教師起到引導和示范作用,引導學生發現問題、提出問題,探索解決問題的途徑,形成探究的教學模式,從而激發學生的學習興趣,增強學生學習的主動性.教師要做到充分尊重學生的權利,培養學生的積極性,確保其思考的自主性.另外,要鼓勵學生充分發表個人意見,并且不要輕易否定學生的思路或強行讓學生的思路沿著教師的思維走.要鼓勵學生大膽嘗試、動手操作、動腦思考,勇于提問、勇于探索、勇于爭論,讓學生始終處于主動參與、主動探索的積極狀態,真正地把學生培養成為能夠自主地、能動地、創造性地進行認識和實踐活動的主體.
三、建模教學中要注重學生綜合素質的培養
數學建模是一門綜合性的課程,除了要求建模扎實的數學基礎知識外,還必須補充額外的大量知識.但由于時間短,所有知識不可能由教師一一講授,所以必須發揮學生學習的主動性.高職院校的學生一般自主學習意識比較淡薄,學習的主動性不強,因此在課堂教學之外,教師還要更多地引導學生充分利用課余時間,加強自主學習、自我教育能力的培養.
具體的做法是在教學過程中根據學生的具體情況,適當進行分組,一般3個人一組,然后布置相應的數模題目,教師適當講解,給予學生方法性的指導,讓學生自己思考以達到對實際問題有一個清晰的理解,了解問題的實際背景,已知什么,未知什么,要解決什么問題,明確建模的目的,初步確定用哪一類模型.在模型準備階段,教師可引導學生主動查閱文獻收集資料,盡早弄清對象的特征,用所學的數學知識將實際問題進行轉化.這種訓練使學生在很短時間內獲取與題目有關的知識,鍛煉了他們從互聯網和圖書館查閱文獻、收集與處理資料的能力.由于數學模型大多是用符號語言描述,所以涉及如何把實際問題轉化為數學問題的翻譯能力,而這恰恰是傳統的課堂教學中所忽略的.
構造數學模型是一種創造性的工作,需要想象力、類比、猜測、直覺和靈感,更需要一種組合與選擇.教師必須注重培養學生的觀察能力和想象力.讓學生反復揣測題目,適當增加或減少參數變量,改變變量的性質,降低建模的難度,改變變量之間的函數關系,改變約束關系,改變模型形式等等,這樣的訓練能讓學生經過分析抓住問題的主要矛盾,舍棄次要因素,簡化問題的層次,對可以用哪些方法解決面臨的問題及方法的優劣可作出判斷,利用實際問題的內在規律和適當的數學工具,建立數學模型.
在求解模型時,要求學生既會用手工計算又會用數學軟件進行運算,像微積分、線性代數、概率與統計微分方程、運籌學、模糊數學等數學課程中的簡單計算要求學生進行人工計算.求解多維數據模型時要求學生能應用數學軟件,如Matlab,Lingo,Lindo等,或根據模型運用C語言進行編程,并根據得到的結果檢驗是否符合實際問題的情況.教師可設計層次不同的題目鍛煉學生應用數學軟件包的能力.
最后要求學生要按競賽委員會所規定的規格完成.要求學生注意細節,尤其強調熟練寫好摘要、關鍵詞、模型評價等,使學生熟悉數學建模論文的常規格式和結構.還可以引導學生在網絡搜尋歷年賽題優秀論文,閱讀優秀建模作品,揣摩其中的寫作方法和技巧.
教師在講評學生論文時,鼓勵積極開展討論和辯論.小組可以踴躍發表見解,介紹本組的解題思路和方法,其他組可以補充、修改,或提出質疑,也可以另辟新徑采用不同的建模方法,最后由教師點評各種方法的優勢和不足.
整個過程實際上就是自主學習,探索解決方法的過程,經過這樣的訓練讓學生具備了一定的學習和創新的能力,使學生真正成為學習的主體,從而激發學生的學習興趣和學習積極性,培養學生團結協作、共同奮斗的精神.同時,學生的自學能力、使用文獻資料的能力、應用計算機的能力以及寫作的能力也得到了提高.這恰恰符合社會對人才要求具備終身學習和自主創新的能力.
四、應采取先進的教學手段和教學方法
在開展數學建模教學過程中,為了達到精講多練的效果,突出學生應用能力的培養,我們要改變傳統的黑板加粉筆的教學方法,采用多媒體教學手段進行直觀教學.
教學方法上以問題驅動教學.教學中具體的是引入案例、提出問題、帶著問題、學習解決問題,使學生從這些問題入手,學習體會數學知識的技巧,激起學習的興趣.
教學手段上借助多媒體進行教學.多媒體系統具有很強的真實感和包含大量的不同種類的信息,并且具有直觀、形象的呈現方式.例如,在講解連續與間斷點時,一些簡單的函數圖像學生自己能夠作出來,但一些較復雜抽象的圖形不容易能準確作出.教學中教師借用Matlab軟件,只需幾行簡單的命令,就能畫出直觀準確的函數圖形,從而使連續、間斷以及間斷點一目了然.在演示程序的調試和運行過程中,實現了教學的直觀性和互動性,大大加快了授課速度,同時也提高了教學效果.
高職數學教學的目標是培養學生應用數學知識來分析和解決實際問題的能力,重視數學的應用性、實踐性是高職數學課程改革的趨勢.數學建模教學是實現這個目的的一個新的教學環節,它體現了數學理論與應用的緊密結合,充分調動了學生學習的主動性,對于提高學生用數學知識和計算機技術解決實際問題的能力,培養創新能力與應用能力,培養團隊合作精神,全面提高學生的素質具有積極的意義.因此,如何在高職院校更好地開展數學建模教學是我們應該不斷研究的課題.
【參考文獻】
[1]劉冬華,郭瓊瓊.對高職開展數學建模活動的幾點認識[J].鄭州鐵路職業技術學院學報,2006(12).