DZ244电机多速段运行的变频控制
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二 八 届 毕 业 设 计电机多速段运行的变频控制学 院:信息工程学院 专 业:电子信息工程姓 名: 杨 璐学 号: 2403040206指导教师: 冯 晓 明完成时间:2008年6月8日二八年六月长安大学毕业设计开题报告表课题名称电机多速段运行的变频控制课题来源自选项目课题类型工程设计指导教师冯晓明学生姓名杨 璐学 号2403040206专 业电子信息工程一、课题的意义交流调速中最有发展前景的技术当属变频调速。变频调速是以变频器向交流发电机供电,并可以构建开环或闭环系统。变频器可将原先固定电压及频率的交流电源转换为可调电压和可调频率的交流电源,变频器已经成为现代交流调速的核心部件。目前变频器正向着PWM型变频器和多重化技术方向发展,交-交变频器在低速大容量系统中的应用有着明显上升的趋势。在各种变频器中,电压型PWM方式的交-直-交变频器发展最快。从20世纪70年代末80年代初开始,由于电力电子器件的飞速发展,变频技术的不断完善,使得变频器性能得到大幅度提升,同时交流电动机的控制技术也在逐步提高,由于这些因素,促使现代交流调速达到了很高的水平。随着新型电力电子器件的不断绒线,变频技术也获得了飞速发展。就中、小容量交流电机控制而言,采用全控器件的全数字控制PWM变频器已经实现了通用化。全数字控制方式的软件功能不但考虑到通用变频器自身的内在性能,而且还融入了大量的使用经验和技术技巧,使得通用变频器的可靠性、可使用性、可维修性得以充实。由于通用变频器具有调速范围宽、调速精度高、动态响应快、运行效率高、功率因数高、操作方便且便于同其他设备接口连接等一系列优点,所以应用十分广泛,社会效益非常显著。二、国内外发展状况近十年来,随着电力电子技术、微电子学、计算机技术、自动控制技术的迅速发展,电力船东领域正发生着交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术的革命。交流变频调速以其优异的调速和起、制动功能,高效率、高功率因数和节电效果,被国内外认为最有发展前途的调速方式,成为当今节电、改善工艺流程以及提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。1)我国变频调速技术的发展概况在电气传动领域,人们关心的是如何合理地使用电动机以节约电能和有目的地控制机械的运转状态(位置、速度、加速度等),在实现电能-机械能之间的转换过程中达到优质、高产、低耗的目的。近年来交流调速中最活跃、发展最快的就是变频调速技术,是交流调速的基础和主干内容,其根本原因在于变频调速在节能和调速特性等方面优良的特性优于其它调速方式,当然,电力电子器件发展、计算机技术、自动控制技术的迅速发展也为它的实现提供了基础。我国关于变频调速的研究开始于20世纪60年代初期,当时典型的技术是交-交变频器供电的交流变频调速船东;继此之后80年代主体技术为电压或电流型六脉冲逆变器供电的交流变频调速传动;从90年代中期至今,随着电力电子器件、调制技术以及控制技术的发展,BJT(IGBT)PWM逆变器供电的交流变频调速传动空前发展,并得到广泛应用。我国是一个发展中国家,许多产品的科研开发能力仍落后于发达国家。目前国内变频调速方面主要的产品状况如下: 在中、小功率变频调速中主要是IGBT的PWM逆变器供电的交流变频调速设备。这类设备的市场很大,总容量占的比例虽然不大,但台数多,需求增长快。 电流源型晶闸管逆变器供电的交流变频调速设备。目前功率装置由国内自行生产,数字化控制装置的控制设备由国外进口,应用软件有国内自行开发设计。 产品的生产状态是功率装置由国内自行生产,数字化控制装置的控制设备由国外进口,应用软件由国内自行开发设计,但系统可靠性发面与国外还有很大差距。2)国外变频调速技术的现状当前国外交流变频技术高速发展,主要有以下几个特点: 近些年来不断涌现出高电压、大电流的大功率电力电子器件以及大功率强劲的并联、串联技术的发展应用,使得高电压、大功率变频器产品的生产及应用得到很大发展。 矢量控制、磁链控制、直接转矩控制、模糊控制等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础;16位、32位高速处理微处理器,数字信号处理器(DSP),精简指令集计算机和高级专用集成电路技术的快速发展,使得变频器朝高精度、多功能化方向发展。国外产品已实现控制全数字化、产品系列化、功能多样化,产品已进入很成熟的阶段。 由于相关的基础工业和各种制造业的高速发展,已经使变频器调速装置相关配套件的生产社会化、专业化,产品可靠性更高。三、本课题的研究内容、方法、手段及预期成果用改变异步电动机定子电压来实现调节电动机转速的控制系统称为调压调速系统。这种系统电路简单、调试方便、成本低廉,多用于对调速性能要求不高的中、小容量拖动装置中。 异步电动机变电压调速时,若采用普通电动机则调速范围很窄,采用高转子电阻的力矩电动机时,调速范围虽然可以大一些,但机械特性变软,负载变化时的静差率太大。开环控制很难解决这个矛盾。对于恒转矩性质的负载,调速范围要求在D2时,一般需采用带负反馈的闭环控制系统,调速性能要求不高时也可采用定子电压反馈代替转换反馈信号。 变频调速控制系统的应用范围很广,各种机组都有其具体的要求。例如造纸机除要求可靠、迅速外,还要求动态速降小,恢复时间短,因此在设计时必须满足这些要求。 为了达到这些目的,对于动态、静态指标要求比较高的生产工艺系统,在变频调速控制系统中要求经常利用速度反馈、电流反馈、电压反馈、张力反馈、位置反馈等。总之,是利用反馈组成一个控制策略优良的字条系统来改善系统的性能。对于动态、静态指标要求不高的生产工艺系统,在变频调速控制系统中也有电流反馈、位置反馈等。但是这些反馈一般都是开关量型的,因此通常用于变频调速控制系统的保护。闭环调速控制系统设计的关键在于调节器的设计。调节器分为先行调解器和智能调节器。在变频调速控制系统中,如果对外是转速环,现在已经拥有较为成熟的控制方案。例如通用变频器采用矢量控制,其转速环的结构和智流调速系统是一样的,可以建立与直流调速系统一样的数学模型,而且并不复杂,采用PID控制就已经能够取得基本满意的效果。但是如果对外环不是转换环,例如外环是位置环或张力环等,尤其是变频器网络系统,控制对象具有多变量、变参数、非线性,使得线性PID调节器常常不能胜任,不能使系统在各种工况下都保持设计时的性能指标。为了解决常规PID调解器的不足,人们开始把智能控制引入到变频调速控制系统中。智能控制可以不问对象的数字模型,仿照人的智能,只根据系统误差及其变化来决定控制器的输出,并自动调整控制器。变频调速控制系统的基本设计步骤: 无论生产工艺提出的动态、静态指标要求如何,其变频调速控制系统的设计过程基本相同,其基本设计步骤是: 了解生产工艺对转换变化的要求,分析影响转速变化的因素,根据自动控制的形成理论,建立调速控制系统的原理框图。 了解生产工艺的操作过程,根据电气控制电路的设计方法,建立调速控制系统的电气控制电路原理框图。 根据负载情况和生产工艺的要求选择电动机、变频器及其外围设备。,最好如果选用能够思想线运行的通用变频器。 根据掌握被控对象数学模型的已知情况,决定是选择常规PID调解器还是选择智能调节器。 根据所选设备绘制调速控制系统的控制电路原理图。四、任务完成的阶段安排及时间安排序号 设计各阶段名称 日期1 系统设计原理性和可行性分析 2008.3. 3-2008.3.242 信息收集及资料整理 2008.3.24-2008.4.143 完成系统设计 2008.4.14-2008.5.124 完成设计论文 2008.5.12-2008.6. 8五、参考资料1 谭弗娃金如麟,谢宝昌.电机拖动与控制基础M .上海:上海交通大学出版社,2002:105一11O2 张勇主.电机拖动与控制M北京:机械工业出版社,2001:78953 卢子广.电力驱动系统实时控制虚拟实验平台J中国电机工程学报, 2003.23(4):ll91234 张登山.三电平双PWM 变频凋速系统研究J中国电机工程学报, 2003.33(4):22245 陈培民,杨冠鲁.基于电压空间矢量的嵌入式变频器的设计J.微计算机信息,200622(2):51536 陈伯时.电力拖动自动控制系统M.北京:机械工业出版社,2003:45-56. 指导教师意见及建议:指导教师签名: 年 月 日注:1、课题来源分为:国家重点、省部级重点、学校科研、校外协作、实验室建设和自选项目;课题类型分为:工程设计、专题研究、文献综述、综合实验。 2、此表由学生填写,交指导教师签署意见后方可开题。摘 要 变频器技术是工业企业和家用电器中普遍使用的一种新技术,也是高科技领域的综合技术。目前中小型低压变频器已经非常普及和成熟,大功率的中压变频器也正在被人们关注和逐步应用。变频器除了有卓越的无级调速性能外,还有显著的节电和环保作用,是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的,当在定子绕组上接入三相交流电时,在定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转磁场,它与转子绕组产生相对运动,使转子绕组产生感应磁场,出现感应电流,此电流与旋转磁场相互作用,产生电磁转矩,使电机转动起来。变频调速是利用异步电动机的同步转速随频率变化的特性,通过改变异步电动机的供电频率进行调速的方法,但在诸多调速方法中,变频调速的性能最好,它使用方便、调速范围大、运行效率高、可靠性高、稳定性好、经济效益显著,近年来在我国逐步得到推广应用。关键词:变频调速,多速段运行,电机ABSTRACTInverter technology is the industrial enterprises and household appliances in the widespread use of a new technology, but also high-tech field of integrated technologies. Currently small and medium-sized low-voltage inverter is already very popular and mature, high-power inverter in the pressure of peoples attention also is being gradually and application. Apart from the excellent inverter stepless speed regulation performance, inverter has a significant role in the energy-saving and environmental protection.It is the technological transformation of enterprises and product upgrading of the ideal speed devices.The frequency conversion velocity modulation achieves the velocity modulation through the change of electrical machinery stator winding power supply frequency , When turns on the three-phase AC when the stator winding, produces a rotary field between the stator and in rotors air clearance, it has the relative motion with the rotor winding, causes the rotor winding to produce the induction field, presents the induced current, this electric current and the rotary field interaction, have the electromagnetism torque, causes the electrical machinery to rotate.The frequency conversion velocity modulation which using asynchronous motors synchronous speed along with the frequency shift characteristic, carries on the velocity modulation through the change asynchronous motors power supply frequency the method, but in many velocity modulation methods, the frequency conversion velocity modulations performance is best, its easy to operate, the governor deflection are big, the operating efficiency is high, the reliability is high, the stability good, the economic efficiency is remarkable, in recent years obtained the promoted application gradually in our country.KEY WORDS:variable voltage variable frequency, multispeed section movement,motor,control毕业设计任务书课题名称 电机多速段运行的变频控制 学院(部) 信息工程学院 专 业 电子信息工程 班 级 24030402 学生姓名 杨 璐 学 号 2403040206 3 月 3 日至 6 月 8 日共 14 周指导教师(签字) 教学院长(签字) 2008 年 1 月 8 日一、设计内容 设计两方面的闭环控制:(1) 对电机组运行速度的闭环控制(2) 对电机组位移的闭环控制二、设计原始资料(1)变频器说明书(2)接近开关使用说明(3)闭环控制电路三、设计完成后提交的文件和图表1.设计说明部分:(1)变频器(2)变频控制2、图纸部分:(1)变频器外部连接图(2)变频器参数设置表四、毕业设计进程安排序号 设计各阶段名称 日期1 系统设计原理性和可行性分析 2008.3. 3-2008.3.242 信息收集及资料整理 2008.3.24-2008.4.143 完成系统设计 2008.4.14-2008.5.124 完成设计论文 2008.5.12-2008.6. 8五、主要参考资料1 谭弗娃金如麟,谢宝昌.电机拖动与控制基础M .上海:上海交通大学出版社,2002:105一11O2 张勇主.电机拖动与控制M北京:机械工业出版社,2001:78953 卢子广.电力驱动系统实时控制虚拟实验平台J中国电机工程学报, 2003.23(4):ll91234 张登山.三电平双PWM 变频凋速系统研究J中国电机工程学报, 2003.33(4):22245 陈培民,杨冠鲁.基于电压空间矢量的嵌入式变频器的设计J.微计算机信息,200622(2):51536 陈伯时.电力拖动自动控制系统M.北京:机械工业出版社,2003:45-56.汉语翻译在图像处理中颜色的用途是靠两个主要因素来促成的。首先,颜色是一种强大的形容标志,它能经常从一个场景中简化物体的鉴别和提取。其次,与大约只有二十四种灰度阴影相比,人们能辨别数以万计的颜色阴影和强度。而这第二种因素对于人工图像分析是非常重要的。彩色图像处理被分成两个主要区域处理:全色彩和伪色彩处理。在第一区域中,被考虑的典型的图像被用一个全色彩传感器获取,譬如彩色摄像机或彩色扫描器。在第二种区域中,问题是标志一种颜色到一个特殊单色强度或强度范围。直到最近,大多数数字彩色图像处理已经达到了伪色彩处理的水平。然而,在过去的十年中,处理彩色图象的彩色传感器和硬件已经在合理的价格上被应用。结果,全色彩图像处理技术现在被广泛的应用,包括出版, 可视化, 和互联网。 在1666年,牛顿发现,当一束太阳光通过一个玻璃三棱柱后就不在是原来的白光而是由连续的各种颜色的光谱组成,两边是紫色和红色。光谱可以被划分为6种区域:紫、蓝、绿、黄、橙和红,把这几种颜色复合起来就是无色光谱了,但是各种色彩连续的排列着。事实上,颜色是人类或者其它动物在看一个物体时由自然界中这个物体的反射光所决定的。可见光是由电磁波谱中一个相近的窄带谱组成,一个反射光的物体中和了所有可见光波而呈现给观察者的是白色。然而,一个人的倒影在一个很有限的可见光谱中呈现出一些彩色阴影。例如:绿色物体是反射波长为500-570纳米范围的光波而吸收大多数其他波长的光的能量。光的特点关键在于它的自然颜色。如果光是消色的,那么他的作用就只在于它的强度,量。消色光是观察者在看黑白电视所看到的,它已经是我们讨论数字图像处理的一种矛盾元素,而且以前也大量应用过,灰度水平涉及到一种强度测量方法,范围是从黑色到灰色,最终到白色。彩色光是电磁波当中波长大约400-700纳米的波,三个基本量被用于描述彩色光源的质量:辐射、亮光、光强。辐射是光源的总额能量, 并且它通常用的测量单位是瓦特。光亮, 测量单位用流明,观察员观察一个光源能量可以有很多措施。例如,从光源散发出的光在光谱较远的红外线区域有重大能量,但观察员几乎不会察觉到;它的光亮会几乎会是零。最终,亮光是实际无法测量的一个主观形容标志。它包括强度的消色概念和描述彩色传感器的一种关键因素.锥体是在眼睛中负责对颜色视觉的传感器,各种细节的实验性证据已经建立,在肉眼中的6 到7 百万个锥体被划分成三个主要感觉的类别, 大致对应于红色, 绿色和蓝色。大约65% 锥体对红灯是比较敏感的,33%的对绿色比较敏感,只有2%的对蓝色比较敏感(但是蓝色锥体是最敏感的)。图1 表明,平均实验曲线是由眼睛中的红色、绿色和蓝色锥体吸收光而构成的。基于人眼的这些吸收特性,彩色就可以看成是有所谓的基本颜色红、绿、蓝所混合而成的。为达到标准化的目的,1931年CIE 选定 以下具体波长的为三原色:蓝色=435.8纳米,绿色=546.1纳米,红色=700纳米。这个标准是在图1这个细节性试验曲线之前建立的,1965年被采纳。因而CIE 标准只是近似地对应于实验数据。没有单独的颜色被称作红色、绿色、或者蓝色。而且,在思想上明确这一点是很重要的,那就是标准化具体的三原色波长并不意味着这三个组合的RGB 元素会单独产生所有光谱颜色。当混合以各种各样的强度比例,可以生成所有的可见颜色,对基本颜色的应用已经很广泛的被误认为是三种标准颜色的选择。当我们一眼看上去,这种解释是不正确的。除非波长也是被允许变化的,在这种情况下我们就不在使用混合的标准三原色。图1这些原色可以混合产生光洋红色(红色加蓝色), 深蓝(绿色加蓝色), 和黄色(红色加绿色)的二次色。在适当强度下混合三种三原色,或者一种二次色加上和它相反的原色,会产生白光。光的原色和颜料或染料的原色之间的区别是很重要的。在后者中,一种原色被定义为一个减去或吸收光的原色和反射或传送其它两种原色。因此,颜料的原色是光洋红色、深蓝、红色,而二次色是红、绿、蓝。适当的三种颜料原色混合或者一种二次色与它相反的原色混合会产生黑色。彩色电视的接收是淡色叠加的例子。 很多彩色电视的显像管内部就是由很多电子敏感黄磷的三角小点样式的排列组成。当它受到刺激时,三角的各个点都能在原色的一种中产生光。红色散发的黄磷小点的强度是由一个在显像管里面的电子枪调整,这可产生对应于“红色能量”的脉冲可通过摄像机看见。在各个三角 的绿色和蓝色的黄磷小点是以同一种方式被调制的。电视接收器的效果、视觉是从各黄磷三角中的三原色叠加而当作一幅全色彩图像被人眼的颜色敏感锥体所接受的。每秒三十幅连续图像在三种颜色完成的图像显示在屏幕上。用于区别于其它颜色的一般特点是亮光、色彩, 和饱和。在光波混合物中,颜色是和主要波长联系的属性。颜色展现的是被观察者接受的主要色泽。所以,当我们称一个物体是红色、橙色或者黄色,我们是指它的颜色。饱和就是涉及到相对纯净或相当数量白光被混合以颜色。纯光谱是全饱和的。象桃红色(红色和白色混合)、淡紫色(紫色和白色混合)是比较饱和的。饱和程度是和所加的白光的量成反比的.颜色和饱和合在一起叫做色度,所以,一种颜色可以用它的光强和色度来衡量它的特征。相当数量红色, 绿色, 和蓝色需要形成任一种特殊颜色叫三色值,它们各自用x 、y, 和z 表示。三色系数就会确定一种颜色。定义为x=X(X+Y+Z)y=Y(X+Y+Z) 和z=Z(X+Y+Z) 这必须满足方程式,x+y+z=1 对于任何可见光波谱的光波长,三色值必须产生对应于那个波长的颜色,这个波长可以直接地从被编写了的广泛的实验性结果的曲线或表格中获得。确定颜色的另一种方法就是用CIE色度表格,它描述了颜色的构成,象x表示红色,y表示绿色。对任意x和y的值,就有相对应的z(z表示蓝色)的值从等式x+y+z=1即z=1(x+y)中获得。例如这个点数就大约是62%绿色,25%红色。从等式得出,蓝色就大约是13%。色度图对于颜色混合是非常重要的,因为在表格中直线段加入任何两点就定义可能由叠加性结合获得这两种颜色的所有不同的颜色变异。试想一下,例如,一条从红色点到绿色点的直线。如果红光比绿光多的话,代表新颜色的确切的点将是在线段部分,但是这条线段离红色点比绿色点近。相似的,一条从等能量点到图表任何边界点的直线将被定义成特殊光谱颜色的所有阴影。图2这个做法引伸对三种颜色是直接的。在色度表里任意给定的三种颜色,为了确定颜色的范围,我们就可简要的画出三种颜色点的连线。这个结果是三角形,在三角形里的任何颜色都可以由三原色混合而产生。在图2当中,一个端点在任何三种固定颜色的三角无法覆盖整个颜色区域。这观察图解支持的评论没有使所有颜色被用三个单独的, 混合的原色就能获得。 图3的三角给出了一个典型的颜色范围(被称作颜色全不),这个范围是由RGB显示器产生的。三角里不规则的区域面是今天优质颜色打印设备的颜色全部的代表。 图3彩色打印器的轮廓边界是不规则的,因为彩色打印是叠加性和减少性颜色混合的一个混合物,是一个比起在显示器上显示颜色更难控制的过程,它是以三高度可控制的光原色附加物为基础的。 一个彩色模型(也被称为色彩空间或者色彩系统)的目的是在一些标准上促进颜色的规格,是一般可以被接受的方法。实质上,一个颜色模型是在系统内不一个调节系统和一个子空间的一个规格,在这个系统中各种颜色都是靠一个单独的点来代表的。使用中的今天多数颜色模式被安置或往硬件(例如彩色显示器或者打印机)或往应用,在这些应用中的操作都是一个目标(例如为动画在彩图的创作)。根据数字图像处理,硬件安置模型大多数被用于实践的是为彩色显示器的RGB(红色,绿色,蓝色)模型和一个宽广的彩色影象照相机组为彩色打印的CMY(深蓝,洋红色,黄色)和CMYK(深蓝,洋红色,黄色,黑色)模型;还有HSI(颜色,饱和,密度)模型,这种模型严密对应以人描述和解释颜色的方式。这个HIS模型还有个优点,那就是它可以描述一幅图像的颜色和灰度信息,在这本书中可以适应用于很多灰阶技术的发展。现在有很多颜色模型在应用,这主要是由于颜色自然是一个包含很多应用领域的广泛领域,在这里倾向于简单的阐述一些模型,这是因为这些模型很有趣而且富有信息性。然而,要进行手边的任务,在这里讨论的模型就会导向图像处理。在RGB模型中,每种颜色呈现出它的主要成分光谱的红色,绿色 和蓝色。 这个模型是基于坐标系的。被感兴趣的颜色子空间被立方性的显示于图4,RGB值都在3个角落;深蓝,洋红色,黄色在三个另外的角落;黑色在原点;而白色在离原点很远的角落。在这个模型当中,灰阶(点等于RGB的值)从黑点到白点并沿着它们的连线扩散。在这个模型中不同颜色是在立方体表面上或者里面的点,也是由从原点的载体延伸定义的 。为了重复这个过程中用每个滤波产生的三个黑白图象,它们是彩色场景的色度分量。(在实际中,RGB彩色图像传感器通常结合这一进程中成为一个单一的装置 )。图4在24位GRB 图象中,当高端显示卡片和显示器提供颜色的合理的翻译, 今天使用中许多系统对256 种颜色也被限制,它们被无意义的使用而少于一百种已经有很多例子了,而且有时颜色会更少。系统品种在当前的使用, 它是可观的利益有可能可靠地被再生产一个子集颜色,合理地独立的颜色,或套所有系统安全颜色.在互联网应用中,它们叫做安全网颜色或安全浏览器颜色。假定, 256 种颜色是可能由任一个可靠的系统再生产的最小数字颜色,这些系统是都一个将被显示的期待的结果,它是有用于接受一个标准记法,这些记法涉及到这256个颜色中的四十种,即为人所知的颜色由各种各样的操作系统不同地处理,只留下216 种颜色是多数系统所共同的。这216种颜色已经成为安全色彩的事实上的标准,尤其是在互联网上的应用。它们被无时无刻的应用着,由多数人观看出现同样的效果是被渴望的。二 地下电磁波理论和无线电通信实践的发展史电磁波已用于地下遥感测绘地质特征、特殊军事用途(隧道检测)、 在井下工作或被困于隧道中的矿工的无线电通讯。近年来,它在水下潜艇沟通方式已经得到广泛研究和发展。 早在1922年,无线电通讯实验在Bruceton附近已经进行。美国西屋矿局工程师的井下实验表明在无线基站附近,信号可以同过关闭电源的电缆线被接收到。尽管无线电信号可以在地下矿井中被接收到,但是没有找到一种方法将信号传到井外。这些试验表明,在地下隧道无线电波通信是可行的,但是在地下矿井中却不实用。地下无线信号通过低频第一次被应用在铁路业上,这些收发被称为感应电话。欧盟开关信号公司匹兹堡的PA研制出无线电收发机,它可以使无线信号沿着铁轨和临近的电话线传播,它为机车和守车内的人员提供了可靠的通讯联系。它主要是利用一个直径大约为30米的回路。第二次世界大战前,wiggentHomestake矿业公司研制出无线电信号传输系统。这种无线系统提供吊篮和控制者之间的信息传送,通过铁丝的变压器耦合。二战以后,在匹兹堡设计出适应铁路运输的无线传输的煤矿安全和电器公司的工程师,在矿井通信方面提出了研究申请。参议调频无线电接收机被称为矿井电话,这种通信系统不是采用回路天线,而是应用电容器和附近的电力电动车相耦合,发射机输出功率大于20瓦,而通讯距离以公里(英里)为标准。 Homestake矿和MSA的前期工作表明,吊钢索和无轨电车导线/轨道可作为无线电低频信号传输频段的导波结构。在20世纪40年代后期,南非Witwatersrand矿的Wadley、Felegy和 Coggeshall在美国对无线电波矿井通信进行了实验。Wadley开发了783单边带无线电技术用于矿山井下。在这个时代,这个技术在美国和联合国与先进的中频和ssb技术引起了争论。1955年, Wyke和Gill推荐应用导向,利用现有矿井的电缆引导无线电技术。 在19世纪60年代早期,Wait、Carolan、 de Bettencourt 、Burrows和Viggh广泛研究发射的信号能否穿过很深的地层到达通信系统,这将是一个核冲击。干岩层被有导电性的岩石包围将在地层里形成一个天然波导,上面的导电层假定为潮湿、裂缝或多孔沉积层,波导底部是深的基岩,它存在与被假定为地球炙热的区域。 Tsao and de Bettencourt采用立式电偶极天线,在钻孔稍以100赫兹和4200赫兹演示了6000ft射程的信号传输。距离比在新墨西哥州的钾盐接缝中的超低频频段大750米(40000尺)。应当指出,1882年以前, Heaviside提出了可以用电离层(折线)和地球表面形成天然波导来传输无线信号。在20世纪70年代早期,英格兰的消防部门利用周围大型混凝土建筑物来实现消防队员之间信号的发射和接收。振幅调制通讯系统采用中频波段的SSB技术。整个20世纪70年代,南非商务矿一直支持地下无线通信技术的发展。Nelson 和Austin在一个地下煤矿通信中描述了中低频信号的测试。在英格兰Plessey发明了应用于铁轨的SSB传送接收技术。这项工作表明,在中频信号波段的低谷将可以较低的衰减率在地下矿井隧道中与固定的电话通信。在英格兰和欧洲大陆在地下通信方面很具有影响力的英国煤矿和采石场法中规定安全是根本。在美国,地下矿井通信设备20瓦中频电量的需求被认为和标准相比太高而不能保证。因此,超短波通信技术在英格兰和欧洲大陆被遗弃。而全世界的煤炭专家马丁指出泄露同轴电缆可以被应用,这个泄露电缆在电缆附近创造了电磁波领域。这个系统有它实际的优点,它可以是无线接收在商业上变为可能,为在泄露中弥补高衰减率申请了“菊花链”。在1968年西弗吉尼亚煤矿灾难后,美国国会授权国家研究委员会调查可以在矿井中实现的安全改进问题。这项研究的结论,它是被困井下人员的通信系统和矿井无线通信系统的一个发展。USBMPRC被给予责任和大学、政府、工业研究所和开发实验室联合起来实现这个研究工作。USBM的Sacks、Chufo、Chufo et a1、Emslie和Cory进行实地试验测量煤层及指挥波导中低频信号的衰减率。这项工作描述了Wait的煤层中的自然波导。SSB之上的调频可以自动去除(射频自动增益控制)接受到的矿井下的噪音信号,SSB接收机在自动射频增益的释放时间仍然工作。通过对比,调频接收机在限制器工作时抑制噪声,当接收到冲击燥声时不能保持工作状态。作为 USBMPRC科研项目的一部分,5个超高频泄露系统和20个SSB接收机在金属和非金属矿中被广泛应用。该馈线泄露系统通过漏泄馈线电缆允许双向制导无线电信号在巷道中传输。高衰减率(超过21db/1000ft)要求中继的安装近似距离最大不能超过3000英尺。经过5年的评价,只有一对VHF漏泄馈线系统仍然正常工作,并且SACM接收机被发现对往往产生于电力系统的噪音敏感。硫化物,使矿井水极为腐蚀性,在潮湿和灰尘环境中的泄露馈线电缆的维修被发现是一个严峻的问题,泄露馈线电缆的分布信号系统成本需要是5.00美元/米。研究煤矿事故的报告提供了更多的对于不依赖同轴电缆或电话线的无线系统技术。研究美国的矿井事故发现,一个巨大灾难事故的前或后都伴随着通信系统的故障。其中除了对于高电噪声,该SACM SSB MF无线电系统可提供高质量的广播巷道复盖范围,移动-移动通信距离往往超过1220米(4000英尺),但是,该系统并不能提供较大的复杂的矿井中移动-移动的通信。 英语文章 The use of color in image processing is motivated by two principal factors.First,color is a powerful descriptor that often simplifies object identification and extraction from a scene.Second, humans can discern thousands of color shades and intensities,compared to about only two dozen shades of gray.This second factor is particularly important in manual(i.e.,when performed by humans)image analysis. Color image processing is divided into two major areas:full-color and pseudocolor processing.In the first category,the images in question typically are acquired with a full-color sensor,such as a color TV camera or color scanner.In the second category,the problem is one of assigning a color to a particular monochrome intensity or range of intensities.Until rencently,most digital color image processing was done at the pseudocolor level.However,in the past decade,color sensors and hardware for processing color images have become available at reasonable prices.The result is that full-color image processing techniques are now used in a broad range of application,including publishing,visualization,and the internet. In 1666,sir Isaac Newton discovered that when a beam of sunlight passes through a glass prism,the emerging beam of light is not white but consists instead of a continuous spectrum of colors ranging from violet at one end to red at the other. The color spectrum may be divided into six broad regions:violet,blue,green,yellow,orange,ane red.When viewed in full color,no color in the spectrum ends abruptly,but rather each color blends smoothly into the next. Basically,the color that humans and some other animals perceive in an object are determined by the nature of the light reflected from the object.Visible light is composed of a relatively narrow band of frequencies in the electromagnetic spectrum.A body that reflects light that is balanced in all visible wavelengths appears white to the observer.However,a body that favors reflectance in a limited range of the visible spectrum exhibits some shades of color.For example,green object reflect light with wavelengths primarily in the 500 to 570nm range while absorbing most of the energy at other wavelengths.Characterization of light is central to the science of color.If the light is achromatic(void of color),its only attributc is its intensity,or amount.Achromatic light that views see on a black and white television set,and it has been an implicit component of our discussion of image processing thus far,and used numerous times since,the term gray level refers to a scalar measure of intensity that ranges from black,to grays,and finally to white.Chromatic light spans the electromagnetic spectrum from approximately 400 to 700nm.Three basic quantities are used to describe the quality of a chromatic light source,luminance,and brightness.Radiance is the total amount of energy that flows from the light source,and it is usually measured in watts(W).Luminance,measured in lumens(lm),gives a measure of the amount of energy an observer perceives from a light source.For example,light emitted from a source operating in the far infrared region of the spectrum could have significant energy(radiance),but an observer would hardly perceive it;its luminance would be almost zero.Finally,brightness is a subjective descriptor that is practically impossible to measure.It embodies the achromatic notion of intensity and is one of the key factors in describing color sensation. Cones are the sensors in the eye responsible for color vision.Detailed experimental evidence has established that the 6 to 7 million cones in the human eye can be divided into three principal sensing categories,corresponding roughly to red,green,and blue.Approximately 65% of all cones are sensitive to red light,33% are sensitive to green light,and only about 2% are sensitive to blue(but the blue cones are the most sensitive).Figure1 shows average experimental curves detailing the absorption of light by the red,green,and blue cones in the eye.Due to these absorption characteristics of the human eye,colors are seen as variable combinations of the socalled primary colors red(R),green(G),and blue(B).For the purpose of standardization the CIE designated in 1931 the following specific wavelength values to the three primary colors:blue=435.8nm,green=546.1nm,and red=700nm.This standard was set before the detailed experimental curves showm Fig.1 become available in 1965.Thus,the CIE standards correspond only approximately with experimental data.No single color may be called red,green,or blue.Also,it is important to keep in mind that having three specific primary color wavelengths for the purpose of standardization does not mean that these three fixed RGB components acting alone can generate all spectrum colors.Use of the word primary has been widely misinterpreted to mean that the three standard primaries,when mixed in various intensity proportions,can produce all visible colors.As we will see shortly,this interpretation is not correct unless the wavelength also is allowed to vary,in which case we would no longer have three fixed,standard primary colors.图1The primary colors can be added to produce the secondary colors of lightmagenta(red plus blue),cyan(green plus blue),and yellow(red plus green).Mixing the three primaries,or a secondary with its opposite primary color,in the right intensities produces white light.Differentiating between the primary colors of light and the primary colors of pigments or colorants is important.In the latter,a primary color is defined as one that subtracts or absorbs a primary color of light and reflects or transmits the other two.Therefore,the primary colors of pigments are magenta,cyan,and yellow,and the secondary colors and red,green,and blue.A proper combination of the three pigments primaries,or a secondary with its opposite primary,produces black.Color television reception is an example of the additive nature of light colors.The interior of many color TV tubes is composed of a large array of triangular dot patterns of electron-sensitive phosphor.When excited,each dot in a triad is capable of producing light in one of the primary colors.The intensity of the red-emitting phosphor dots is modulated by an electron gun inside the tube,which generates pulses corresponding to the “red energy”seen by the TV camera.The green and blue phosphor dots in each triad are modulated in the same manner.The effect,viewed on the television receiver,is that the three primary colors from each phosphor triad are“added”together and received by the color-sensitive cones in the eye as a full-color image.Thirty successive image changes per second in all three colors complete the illusion of a continuous image display on the screen.The characteristics generally used to distinguish one color from another are brightness,hue,and saturation.Hue is an attribute associated with the dominant wavelength in a mixture of light waves.Hue represents dominant colors as perceived by an observer.Thus,when we call an object red,orange,or yellow,we are specifying its due.Saturation refers to the relative purity or the amount of white light mixed with a hue.The pur spectrum colors are fully saturated.Colors such as pink(red and white)and lavender(violet and white)are less saturated,with the degree of saturation being inversely proportional to the amount of white light added.Hue and saturation taken together are called chromaticity,and,therefore,a color may be characterized by its brightness and chromaticity.The amounts of red,green,and blue needed to form any particular color are called the tristimulus values and are denoted,X,Y,and Z,respectively.A color is then specified by its trichromatic coefficients,defined as x=X(X+Y+Z)y=Y(X+Y+Z) andz=Z(X+Y+Z) It is noted from these equations that,x+y+z=1 For any wavelength of light in the visible spectrum,the tristimulus values needed to produce the color corresponding to that wavelength can be obtained directly from curves or tables that have been compiled from extensive experimental results.Another approach for specifying colors is to use the CIE chromaticity diagram,which shows color composition as a function of x(red)andy(green).For any value of x and y,the corresponding value of z(blue) is obtained from x+y+z=1 by noting that z=1(x+y).For example,the point marked has approximately 62% green and 25% red content.From z=1(x+y),the composition of blue is approximately 13%.The chromaticity diagram is useful for color mixing because a straight-line segment joining any two points in the diagram defines all the different color variations that can be obtained by combining these two colors additively.Consider,for example,a straight line drawn from the red to the green points shown in Fig.2.If there is more red light than green light,the exact point representing the new color will be on the line segment,but it will be closer to the red point than to the green point.Similary,a line drawn from the point of equal energy to any point on the boundary of the chart will define all the shades of that particular spectrum color.图2Extension of this procedure to three colors is straight forward.To determine the range of colors that can be obtained from any three given colors in the chromaticity diagram,we simply draw connecting lines to each of the three color points.The result is a triangle,and any color inside the triangle can be produced by various combination of the three initial colors.A triangle with vertices at any three fixed colors cannot enclose the entire color region in Fig.2.This observation supports graphically the remark made earlier that not all colors can be obtained with three sigle,fixed primaries.The triangle in Figure3 shows a typical range of colors(called the color gamut)produced by RGB monitors.The irregular region inside the triangle is representative of the color gamut of todays high-quality color printing devices.图3The boundary of the color printing gamut is irregular because color printing is a combination of additive and subtractive color mixing,a process that is much more difficult to control than that of displaying colors on a monitor,which is based on the addition of three highly controllable light primaries.The purpose of a color model(also called color space or color system)is to facilitate the specification of colors in some stardard,generally accepted way.In essence,a color model is a specification of a coordinate system and a subspace within that system where each color is represented by a single point.Most color models in use todey are oriented either toward hardware(such as for color monitors and printers)or toward applications where color manipulation is a goal(such as in the creation of color graphics for animation).In terms of digital image processing,the hardware-oriented models most commonly used in practice are the RGB(red,green,blue)model for color monitors and a broad class of color video cameras;the CMY(cyan,magenta,yellow)and CMYK (cyan, magenta, yellow,black)models for color printing;and the HIS(hue, saturation, intensity)model,which corresponds closely with the way humans describe and interpret color.The HIS model also has the advantage that it decouples the color and gray-scale information in an image,making it suitable for many of the gray-scale techniques developed in this book.There are numerous color models in use todey due to the fact that color science is a broad field that encompasses many areas of application.It is tempting to dwell on some of these models here simply because they are interesting and informative.However,keeping to the task at hand,the models discussed here are leading models for image processing.图4In the RGB model,each color appears in its primary spectral components of red,green,and blue.This model is based on a Cartesian coordinate system.The color subspace of interest is the cube shown in Fig.4,in which RGB values are at three corners;cyan,magenta,and yellow are at three other corners;black is at the origin;and white is at the corner farthest from the origin.In this model,the gray scale(points of equal RGB values)extends from black to white along the line joining these two points.The different colors in this model are points on or inside the cube,and are defined by vectors extending from the origin.For repeating this process with each filter produces three monochrome images that are the RGB component images of the color scene.(In practice,RGB color image sensors usually integrate this process into a single device).While high-end display cards and monitors provide a reasonable rendition of the colors in a 24-bit RGB image,many systems in use today are limited to 256 colors.Also,there are numerous applications in which it simply makes no sense to use more than a few hundred,and sometimes fewer,colors.Given the variety of systems in current use,it is of considerable interest to have a subset of colors that are likely to be reproduced faithfully,reasonably independently of viewer hardware capabilities.This subset of colors is called the set safe RGB colors,or the set of all-systems-safe colors.In Internet applications,they are called safe Web colors or safe browser colors.On the assumption that 256 colors is the minimum number of colors that can be reproduced faithfully by any system in which
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