非线性电力系统
非线性电力系统（精选12篇）
非线性电力系统 第1篇
电力负荷预测对电力系统调度、用电、计划及规划等工作有着重要的影响。提高负荷预测的水平,有利于合理安排电网运行方式和机组检修计划。因此设计好的模型提高负荷的预测水平具有重要的实际意义,是电力科学研究的重要课题之一。灰色预测具有要求样本数据少、原理简单、运算方便、可检验等特点,因而灰色模型尤其是GM(1,1)模型在电力负荷预测中得到了广泛关注[1,2,3]。但GM(1,1)模型主要适用于负荷增长较平稳的情况,在预测增长较快的电力负荷时,预测精度较低,使得GM(1,1)模型的应用受到了一定的限制。一些专家学者对此进行了研究[4,5,6],并提出了一些新方案,改善了GM(1,1)模型的预测结果。
文献[7]证明GM(1,1)模型引入背景值x(1)(k)是导致模型在预测非平稳变化序列时精度不高的原因。本文主要工作如下:1) 针对GM(1,1)预测原理进行了模型的修正,提出了一个改进的预测公式,将改进公式和原始公式进行耦合,用于负荷预测;2) 确定参数a和u的值,将所得结果作为初始值,利用非线性回归对其进行进一步的优化求解。仿真实验表明,这种改进的非线性回归灰色预测优化模型(Nonlinear Regression Optimization Grey Model,简记为:NROGM),有效提高了预测精度,所得结果优于GM(1,1)模型及文献[6]中PSOGM模型的结果,拓展了灰色预测模型的使用范围,为工程应用提供了重要参考。
1非线性回归
非线性回归模型一般形式为:yi=g(xi,θ)+e,e～N(0,δ)。其中xi为系统输入向量,yi为系统输出向量,θ=(θ1,θ2,,θk)T为待定参数向量,e是均值为0、方差为δ2的白噪声,模型结构g的形式已知。现已知观测数据对(xi,yi),i=1,2,,n,非线性参数估计问题就是要求根据已知的数据对估计出向量的值,即求解满足偏差平方和
在现实问题中,变量之间通常不是简单的线性关系,而是非线性的,这就使得对实际问题的分析变得较为困难。对于非线性回归问题,常用线性回归方法解决它的预测问题,但并非所有的非线性模型都可以线性化,即使可以转化为线性模型,也可能造成模型随机误差项性质的改变。在这种情况下,直接采用非线性最小二乘法估计将比较有利。但非线性最小二乘参数估计采用的是迭代法求解,必须先给出参数的初始值,并且求解结果比较依赖于参数初始值。
2GM(1,1)预测原理
GM(1,1)模型是电力负荷预测常用的一种灰色模型。原理如下:设有n个原始负荷样本数据x(0)=(x(0)(1),x(0)(2),,x(0)(n)),作一阶累加生成序列x(1)=(x(1)(1),x(1)(2),,x(1)(n)),序列x(0)和x(1)中对应数据之间的关系为
其对应的差分方程组为
利用最小二乘法求得参数
式(3)中:
,
。
由式(3)求得a和u后,得原始数据预测公式
k=1,2, (4)
3灰色系统非线性回归预测模型
利用GM(1,1)模型进行电力负荷预测具有要求负荷数据少、不需考虑负荷分布规律和变化趋势、运算方便的优点。但模型在预测增长较快的负荷时,预测精度会变差,其主要原因是引入了背景值
为避免背景值取值不当造成误差,参数优化陷入局部最优解,灰色系统非线性回归电力负荷预测模型做如下改进:1) 对预测公式进行修正得公式(5):
在学习过程中采用式(4)、式(5)进行预测;2) 利用灰色系统对以上两个预测公式中的参数a和u进行计算,将所得结果作为线性回归的初始值进行优化,并利用公式(4)、式(5)对电力负荷进行预测,得两个预测结果;3) 利用黄金分割比例对两预测值进行耦合,将所得结果作为待预测年的电力负荷值。
4仿真实验
为正确评价预测模型的准确性,应用三组数据进行仿真实验,并将实验结果与GM(1,1)模型和文献[6] 中PSOGM模型所得的结果进行对比,原始数据如表1所示,表1中与前7个年份编号对应的数据作为考核模型的原始数据序列,而年份编号为8的数据就是k=8时对应的负荷值,该值将作为待预测年的准确值,用于对所得的预测结果的准确性进行评估。表1中的三组数据按近似的指数规律增长,增长率各不相同。
利用本文所提NROGM模型进行预测,结果如表2所示,表中还给出了GM(1,1)模型及PSOGM模型建模的结果。从表2中可以看出,随着负荷的不断提高,GM(1,1)模型的预测结果逐渐变差,PSOGM模型提高了预测模型的适应性,准确地预测了负荷的变化趋势。三种模型对负荷预测的相对误差比较如柱状图所示,从表2及柱状图1可以看出本文所提出的灰色系统非线性回归(NROGM)预测模型与GM(1,1)模型及PSOGM模型相比,其预测适应性更强、精度更高、误差更小。
5结论
针对GM(1,1)模型的应用局限性,文中建立了基于灰色系统的非线性回归 (NROGM) 预测模型,利用非线性回归对灰色系统所得的参数值进行优化、预测电力负荷值。实例分析表明,利用本文所提新模型、新算法预测的电力负荷结果精度较高,误差较小;另外,该模型本身不复杂,实现简单,操作方便,在科学与工程预测中具有一定的理论意义和应用价值。
参考文献
[1]周平,杨岚,周家启.电力系统负荷灰色预测的新方法.电力系统及其自动化学报,1998;10(3):45—50
[2]张友泉.一种基于灰色系统理论的中长期需电量预测模型.电网技术,1999;23(8):47—50
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[4]张大海,史开泉,江世芳.灰色预测负荷的参数修正法.电力系统及其自动化学报,2001;13(2):20—22
[5]张大海,江世芳,史开泉.灰色预测公式的理论缺陷及改进.系统工程理论与实践,2002;22(8):140—142
[6]牛东晓,赵磊,张博,等.粒子群优化灰色模型在负荷预测中的应用.中国管理科学,2010;22(4):41—44
非线性电力系统 第2篇
一类非线性系统分岔混沌拓扑结构分析
分析了一类非线性系统的.动力学行为.基于稳定性理论,讨论了CHEN系统平衡点的稳定性、局部拓扑结构.对CHEN系统进行数值模拟表明理论结果和数值结果一致.
作 者：邓学明 DENG Xue-ming 作者单位：浙江科技学院理学院,浙江杭州,310023刊 名：河北科技大学学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF HEBEI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY年，卷(期)：200829(3)分类号：O193关键词：CHEN系统 分岔 拓扑结构 全局复杂性
非线性振动系统的混沌研究 第3篇
非线性动力学中的复杂性现象的发现及分岔和混沌理论的建立，被认为是当代的基础科学的重大成就之一，它使非线性科学有了可靠的理论保证，并激励众多的自然科学、工程学和数学工作者深入探索和研究。今天非线性科学正促使整个现代知识体系成为新科学，而动力系统、分岔、混沌和奇异性理论方法的发展也已超越原来数学的边界，广泛应用于振动、自动控制、系统工程、机械工程等部门非线性问题的研究，并且对经典力学、物理学、固体力学、流体力学、化学工程、生态学和生物医药，乃至一些社会科学部门的研究和发展都产生了深远影响。同时，科学世界的进一步深化反过来又促进非线性动力学数学理论的纵深发展。
混沌理论为研究自然界各种复杂现象提供了有效的途径，它构成了非线性动力学近代理论的基本内容之一。
1.研究混沌的主要非线性方法
1.1时间序列分析和相图法
由微分动力系统的定义可知一个微分系统的解沿着时间的方向定义了一条解曲线，即它表示了动力系统的状态变量随时间的历程。相图是系统的解在维相空间中描出的曲线，此曲线称为相轨迹。
画出了时间历程图和相图后，可以通过对比分析和综合以确定解的分岔和混沌现象。在相空间中，周期运动对应封闭曲线，混沌运动对应一定区域内随机分布的永不封闭的轨迹（奇怪吸引子）。但当动力系统的相空间的维数超过2或运动很复杂时，相轨迹可能混乱一片，很难看出规律和头绪，这是它的局限性。
1.2庞加莱截面法
法国数学家H. Poincaré利用几何的观点，对非线性动力学系统进行了深入的研究，总结出了该方法。
定义1：Poincaré映射
其中，τ=τ（q）是经q点的轨线首次回到所需的时间（一般而言， τ依赖于q，但不一定等于闭轨γ的周期T=T（p） ，但是当q→p 时，将有τ→T）。称为Poincaré截面，整个过程如图所示。
显然，p点为Poincaré映射的一个不动点"同时，由Poincaré映射的定义可知， Poincaré映射可由微分方程的通解求得。
当系统的运动为极限环运动时，在Poincaré截面上简化为一个不动点；当系统运动为周期运动时，在Poincaré截面上简化为n个点（称为周期n运动）；当系统的运动为准周期运动时，在Poincaré截面上则为沿一条直线段或一条曲线弧分布着的点的集合。因此Poincaré映射可用来判断一个系统是否为混沌系统。显然，它是一种比较直观的方法。这种方法对于判断一个三维非线性自治系统是否具有二维环面（对应的是准周期运动）特别有效，但是这种方法也有缺陷，不能很好的判断一个更为复杂的混沌系统究竟是否是混沌或准周期运动。
定义2： 频闪采样法
为了避免复杂运动在相空间中轨迹的混乱不清，类似庞加莱截面法，可以只限于观察隔一定时间间隔（称采样周期）在相空间的代表点。即不管连续运动的轨迹如何，用隔一定时间闪光一次的频闪（观察）法观察轨迹上的一部分代表点（称为采样点）。这样原来在相空间的连续运动就被一系列离散点p0、p1、p2、...所代表。
在通常情况下，变量总是取有限值，从而采样点是在一定区域内的一片密集点。如果采样点足够多，不断加大分辨力，可得到不断重复原分布形态的微细几何结构。这表明吸引子有不同层次的自相似结构，从而系统的运动是混沌。
1.3重构相空间法
重构相空间法的目的是使一个时间序列在一个合适的空间坐标系中能显示出混沌吸引子的结构。判断混沌运动的可靠方法之一是构造相图， 寻求奇异吸引子。
假设从实验中测得一个数值序列x，x，...x，...， 其中x是第i时刻测量得到的试验值，由于此数据序列是按时间序列进行测量得到，所以称为时间序列。因为不知道实际的相空间的维数是多少，我们先用测得的这些数据支起一个m维空间。现在重新回到m维嵌入空间上来。构造维空间的方法很多，这里仅介绍一种较为直观且有效的方法。如取m=10，把x，x，...，x，...x 。作为10维空间中的一个矢量y1，然后，右移一步，把x，x，...，x，...x作为维空间中的第二个矢量y2。继续如上的步骤，构造出一批矢量y，y，...，y。任意两矢量之间差的绝对值r=
y
-y为矢量yi，yj端点间的距离。任意给出一个数ε，然后与所有的点对（y，y）间距离rij相比较，看有多少个r小于ε，其数目记为N1（ε），而rij>ε的数目记为N2（ε）。若令N（ε）=N（ε）+N（ε） ，把距离小于ε的点对在所有的点对中占的比例记为C（ε），即C（ε）= 。以上整个计算过程可以利用计算机来完成。
1.4功率谱分析方法
功率谱表示随机运动过程在各频率成分上的统计特性，可以采用标准程序软件计算或专用的频谱分析仪器测定其功率谱。为描述混沌振动的随机性，可以应用研究随机振动的频谱分析方法识别混沌运动。通常假设混沌是各态历经的，即时间上的平均量与空间上的平均量相等。
在许多实际问题中，人们往往只能观测到如下的离散事件序列
由于它反映了实际非线性动力系统的运动状态，而吸引子正是这种状态的归宿，因此吸引子的信息就包含在这一时间序列当中。从实验中可以直接测量的对象就是时间序列分析的功率谱。
对于随机信号的样本函数，对xi进行傅立叶变换。
对n个采样值加上周期条X=x ，可计算时间序xj的自相关函数Φm=xx ，自相关函数的傅立叶变换就是功率谱：
式中，S说明第k个频率分量对xj的贡献，其意义代表单位频率上的能量。
从时间序列上分析了非线性动力系统的波动状态后，就可以很容易地从功率谱上区分出周期函数、拟周期函数和非周期函数。
2.总结
非线性电力系统 第4篇
目前, 在电力系统计算、仿真、分析与控制过程中, 经常采用非线性高阶动态模型来提高描述系统动态行为的能力, 但同时带来了系统模型动态方程维数高、模型计算的复杂度 (包括计算时间、速度以及存储空间等) 增加等问题, 给工程研究人员带来了巨大的挑战。尤其对于多机电力系统, 随着系统规模不断增大, 其动态模型的阶数也随之增加, 这使得通过计算系统模型来快速完成各种功能变得非常困难[1,2,3]。
模型降阶是解决上述非线性电力系统模型高维动态行为计算复杂、难以分析等问题的有效方法之一。学者们也已进行了大量研究, 如奇异值摄动法[4,5,6,7]、解耦算法[8,9,10]、同调等值理论[11,12,13,14]、模态分析方法[15,16]、基于相关性的模型降阶方法[17]以及基于Krylov子空间的模型降阶方法[18]。但上述系统模型降阶多用于分析研究, 较少关注系统的输入控制, 或将输入控制作恒定处理;而应用于控制设计的系统模型降阶, 则需要考虑降阶模型是否能够保持原系统的动态行为和输入/输出特性的问题。
在众多模型降阶方法中, Gramian方法已在线性电力系统广泛应用。文献[19]为了简化区域电网振荡阻尼控制器的设计, 利用Gramian方法研究了电力系统模型降阶, 并验证基于降阶系统设计的控制器没有降低原系统闭环特性的结论;文献[20]也在抑制低频振荡问题上利用Gramian降阶方法研究了更大规模电力系统的模型降阶问题。但对于一般非线性动态电力系统模型降阶, 由于缺少有效的理论方法, 其模型降阶仍是研究的难点。本文利用经验Gramian方法和平衡实现理论, 探讨非线性电力系统动态模型的降阶过程, 并以某实际多机非线性电力系统为例, 验证经验Gramian降阶方法对非线性电力系统模型降阶的有效性。
1 非线性系统模型平衡降阶基本原理
1.1 模型降阶基本思想
具有输入和输出的非线性系统模型一般可以表示为:
其中, f (x, u) 描述非线性系统的动态行为;x (t) ∈Rn为非线性系统的状态变量;u (t) ∈Rp为非线性系统的控制输入;y (t) ∈Rq为非线性系统的输出。
模型降阶的基本思想就是对形如式 (1) 的非线性动态系统, 通过已知标准列正交转换矩阵, 将原系统变换到一个低维空间Rk (kn) 上, 并可用低维空间中的降阶系统来表示原系统, 从而降低了原系统理论分析难度和数据运算量。假设已知转换矩阵P, 由原始非线性系统 (1) 可以得到降阶系统:
其中, (t) ∈Rk是降阶系统的状态变量。模型降阶应保证降阶系统的输入、输出与原系统的输入、输出误差在一定范围内, 即保持原系统的一些基本性质, 如稳定性和有源性等。
1.2 Galerkin投影
目前, 模型降阶中最重要和最基本的方法就是Krylov子空间类方法, 经验Gramian方法也基于Krylov子空间原理, 即通过构建转换矩阵P来进行模型降阶。其中, 矩阵P是由Galerkin投影获得的。
Galerkin投影:一旦得到子空间的特征函数, 就可以利用Galerkin投影将系统 (1) 投影到该子空间。Galerkin投影矩阵P通常可表示为:
其中, Ikk为kk阶的正交矩阵;0k (n-k) 为k (n-k) 阶的全零矩阵。因此, 非线性降阶系统 (2) 中, 有 (t) =Px (t) 。
1.3 经验Gramian矩阵
对于一般非线性系统 (1) , 其输入与输出特性通常由系统的可控Gramian矩阵Wc和可观Gramian矩阵Wo来描述, 可控Gramian矩阵描述控制输入变化对系统状态的影响, 而可观Gramian矩阵描述输出对系统状态变化的反应。
对于线性系统, 其模型降阶可通过求解Lyapunov方程获得可控Gramian矩阵和可观Gramian矩阵, 然后通过分析Gramian矩阵的特征值, 来确定线性系统模型的降阶阶数[21]。而对于非线性系统, 由于无法获得Lyapunov方程, 目前仍没有直接计算可控Gramian矩阵和可观Gramian矩阵的解析方法。Sirovich在文献[22]中提出:通过仿真或实验获得系统状态变量和输出变量样本, 再根据采样的经验数据样本, 计算得到非线性系统模型的经验可控Gramian矩阵和经验可观Gramian矩阵。
经验Gramian方法得到的系统数据样本应满足在其稳定域内这一条件, 并且要尽可能反映各种可能的扰动行为。为此, 定义如下集合:
其中, Tn为一组r个正交的nn阶矩阵, r为激励或者扰动方向的矩阵数量;M为一组s个正常数, s为在每个方向不同扰动大小的数量;Ep为Rp中标准单位矢量。
定义1设Tn、Ep和M为以上所给定集合, 对于非线性系统 (1) , 经验可控Gramian矩阵Wc定义如下:
其中, φilj (t) = (xilj (t) -xssilj) (xilj (t) -xssilj) T∈Rnn, xilj (t) 为对应于脉冲输入u (t) =cjTleiδ (t) +uss的状态, xssilj和uss分别表示系统 (1) 稳态时的状态和输入, δ (t) 表示脉冲函数。
对于具有输入和输出的可控非线性系统, 只研究输入与状态的行为是不全面的, 同时也应考虑输出反映系统状态的行为。下面定义给出了经验可观Gramian矩阵的构建方式。
定义2设Tn、Ep和M为以上所给定集合, 对于非线性系统 (1) , 经验可观Gramian矩阵Wo定义如下:
其中, ψilj (t) = (yilj (t) -yssilj) T (yilj (t) -yssilj) ∈Rnn, yilj (t) 是非线性系统对应初始条件x (0) =cjTlei+xss的输出, yssilj和xss是系统 (1) 稳定状态下各自的输出和状态。
对经验可控和可观Gramian矩阵分别进行奇异值分解, 其非零特征值所对应的特征向量就可生成一个新子空间, 然后可以将系统 (1) 投影到该子空间, 得到降阶系统 (2) 。由此, 实现了反映系统可观性与可控性非线性系统的模型降阶。
1.4 基于经验Gramian平衡降阶
由上文可知, 一旦得到非线性系统 (1) 的可控与可观Gramian矩阵, 便可对其进行奇异值分解, 并利用可控或可观Gramian矩阵的奇异值大小来确定Galerkin投影矩阵P, 进而得到降阶模型的阶数。但对于一般非线性系统, 直接得到的可控或可观Gramian矩阵往往是不相同的, 如果以可控Gramian矩阵的奇异值进行降阶, 降阶系统的可控性获得较好的性能, 但系统的可观性稍差;反之, 以可观Gramian矩阵的奇异值进行降阶, 降阶系统可得到较好的可观性, 可控性能稍差。
为了使降阶系统的可控性和可观性都能获得较好的性能, 利用平衡实现理论对非线性系统 (1) 进行处理, 将经验可控与可观Gramian矩阵变换成平衡的可控和可观Gramian矩阵, 即将系统 (1) 变换成平衡系统。所谓平衡系统, 是指系统的可控Gramian矩阵与可观Gramian矩阵是相等的, 并且是对角的。下面给出了利用经验可控Gramian矩阵Wc和可观Gramian矩阵Wo计算系统 (1) 的平衡系统的步骤。
a.对经验Wc和Wo, 进行Cholesky因式分解, 得到矩阵X和Y。
b.构建积矩阵YTX, 并对积矩阵进行奇异值分解, 得到对角矩阵∑、正交矩阵U和V。
其中, ∑∈Rnn为Hankel奇异值矩阵。
c.根据式 (8) 可获得平衡转换矩阵T。
至此, 利用该平衡变换矩阵T就可获得系统 (1) 的平衡系统:
其中, (t) ∈Rn。
平衡系统与其原系统的动态行为是完全相同的, 只是平衡系统的状态变量变为一组新的状态变量x軈 (t) 。从线性系统理论而言, 平衡系统任一状态都是原系统所有状态的线性组合, 即x (t) =T-1 (t) 。因此, 对非线性系统 (1) 进行模型降阶, 若可控和可观Gramian矩阵不等, 就可先把系统转换成平衡系统, 再对平衡系统进行模型降阶, 该过程称为平衡实现。
针对非线性系统对应的平衡系统, 计算其经验Gramian矩阵c和o, 并对经验Gramian矩阵c和o进行奇异值分解。根据Hankel矩阵∑奇异值σ的大小, 当满足或者当前k个奇异值能量所占所有奇异值能量绝大部分时, 就认为k后面的奇异值所对应的状态变量对系统的输入影响和输出影响较小, 将其略去以实现模型降阶的目的。因此, 可以将 (t) 分为主要和非主要两部分, 如下:
其中, (t) ∈Rk为系统的主要状态成分 (t) ∈Rn-k为系统的非主要状态成分。
d.利用Galerkin投影矩阵P, 有1 (t) =P (t) , 可得到平衡系统 (9) 的降阶模型, 即非线性系统 (1) 的降阶模型:
2 非线性电力系统经验Gramian模型降阶
2.1 非线性电力系统模型
假设多机电力系统有Z台发电机, 同步发电机采用计及转子超瞬变过程且转子q轴要考虑阻尼绕组的6阶动态模型。第i台发电机模型描述如下:
其中, i=1, 2, , Z;δi为第i台发电机转子角;ωi为第i台发电机角频率;E′di、E′qi、E″di、E″qi分别为第i台发电机d轴和q轴暂态电势和次暂态电势;ωs为发电机额定角频率;ωref为发电机参考角频率;Pm i为第i台发电机的原动机输出机械功率;Pei为第i台发电机的电磁功率;Hi为第i台发电机机组惯性时间常数;T′d0i、T′q0i、T″d0i、T″q0i分别为第i台发电机d轴和q轴开路暂态、次暂态时间常数;Efi为第i台发电机机组的励磁电压;Di为第i台发电机定常阻尼系数;rai、xdi、xqi、x′di、x′qi、x″di、x″qi分别为第i台发电机定子电阻和d轴和q轴暂同步、瞬变、超瞬变电抗;Idi、Iqi、Udi、Uqi分别为第i台发电机d轴和q轴暂态电流和机端电压, 其关系为Udi=E″di-raiIdi-x″qiIqi, Uqi=E″qi+x″diIdi-raiIqi。
发电机与网络的接口方程为:
其中, Ixy=CSIdq;Uxy=CUdq;C为dq-xy坐标系的变化矩阵;S为网络容量和发电机容量之间的变化矩阵;Ys为电力系统节点导纳矩阵。
将xy坐标下的Ixy和Uxy转换到dq坐标系下, 代入式 (12) , 消去Idi和Iqi, 得到如下形式的具有输入和输出多机非线性电力系统模型:
其中, u (t) =[Pm1Pm ZEf1Ef Z]T∈Rp;x (t) =[δ1δZω1ωZE′q1E′q ZE′d1E′d ZE″q1E″q ZE″d1E″d Z]T∈Rn;f (x, u) 描述电力系统动态行为;y (x) 为系统的输出函数, 由关于状态x (t) 的非线性函数来表示。
其中, Ui为第i台发电机机端电压;y (t) ∈Rq。
2.2 非线性电力系统经验Gramian矩阵
对于非线性电力系统 (13) , 其经验可控Gramian矩阵和可观Gramian矩阵的计算, 由于涉及积分计算, 计算量非常庞大。假设系统的样本是在离散时间t1、、tm得到的, 那么状态或输出的相关矩阵可以写成如下离散形式:
其中, xk (t) 为系统的样本值;xss为系统状态的稳态值。
下面分别给出了经验可控和可观Gramian矩阵的离散定义。
设Tn、Ep和M为前文所给定的集合, p为系统的控制输入个数, 则系统经验可控Gramian矩阵Wc定义为:
其中, φilj (t) = (xilj (t) -xssilj) (xilj (t) -xssilj) T∈Rnn, xilj (t) 是非线性系统对应脉冲输入u (t) =cjTleiδ (t) +uss的状态, cj描述外加激励的大小, Tlei决定外加激励的方向, δ (t) 表示脉冲函数, xssilj和uss分别表示系统 (13) 稳态时的状态和输入。
设Tn、Ep和M为前文所给定的集合, 则系统经验可观Gramian矩阵Wo定义为:
其中, ψilj (t) = (yilj (t) -yssilj) (yilj (t) -yssilj) T∈Rnn, yilj (t) 是非线性系统对应初始条件x (0) =cjTlei+xss的输出, yssilj和xss是系统 (1) 稳定状态下各自的输出和状态。
利用经验样本数据, 通过式 (15) 和 (16) 便可计算出非线性电力系统 (13) 的经验可控Gramian矩阵Wc和经验可观Gramian矩阵Wo, 其计算精度取决于样本个数, 样本数量越大, 精度越高;此外, 还受外加激励大小的选择cj、外加激励方向的选择Tlei以及外加激励的个数p等因素的影响。
2.3 基于经验Gramian的非线性电力系统平衡降阶步骤
对于非线性电力系统动态模型 (13) , 利用经验Gramian进行平衡降阶方法的步骤如下。
a.根据定义 (15) 和 (16) , 计算非线性多机电力系统 (13) 的经验可控Gramian矩阵Wc和经验可观Gramian矩阵Wo。
b.利用式 (6) (8) 计算平衡变换矩阵T, 得到非线性多机电力系统 (13) 的平衡系统模型。
c.利用平衡变换矩阵T, 计算平衡系统的经验可控Gramian矩阵c和经验可观Gramian矩阵o:
d.计算平衡可控Gramian矩阵c和可观Gramian矩阵o的Hankel奇异值矩阵∑:
e.确定非线性多机电力系统降阶模型的阶数。如果满足
则平衡系统的降阶模型的阶数为r。其中, ε为接近于1的值。利用阶数r构造Galerkin投影矩阵P。
f.利用平衡变换矩阵T和Galerkin投影矩阵P, 计算得到形如式 (10) 的电力系统平衡降阶模型。
3 算例分析
对某实际20机电力系统模型进行降阶仿真分析, 系统接线图见图1。
首先, 形成多机电力系统分析模型, 每台同步发电机采用6阶动态模型, 负荷为恒阻抗模型。由于发电机模型采用dq坐标, 网络模型采用xy坐标, 因此, 需要xy-dq坐标变换实现发电机与网络的互联, 其过程见式 (11) (13) , 最后形成一个120阶的形如式 (13) 的非线性电力系统动态模型。
其次, 利用经验Gramian平衡降阶算法, 计算上述非线性电力系统的平衡变换矩阵T, 得到该系统的平衡系统。对平衡系统的经验Gramian矩阵进行奇异值分解, 利用奇异值分解得到Hankel奇异值矩阵∑, 奇异值大小分布如图2所示。
最后, 利用Hankel奇异值大小, 根据模型降阶阶数判定条件确定降阶系统的维数, 得到Galerkin投影矩阵P。由此, 利用平衡变换矩阵T和投影矩阵P, 得到20机非线性电力系统的降阶模型。
从Hankel奇异值角度分析, 当ε取0.99, 可以将原120阶非线性电力系统投影到50维的子空间中;当ε取0.95, 可将原系统降为32阶的非线性动态系统。理论上, ε取值越小, 降阶系统的阶数就越小, 但投影到子空间后的动态行为失真就越大。因此, 需要合理选择降阶模型的阶数。
对于该20机实际电力系统, 每台发电机均考虑调速控制和励磁控制功能, 这些控制器的参数在各降阶系统中都保持不变。在考虑三相短路故障 (故障点在线路33-34之间50%处) 情况下, 对各降阶模型的暂态动态变化过程进行仿真分析。为了节省篇幅, 以发电机7为例, 给出了其相应的仿真曲线如图35所示。图中, 功角δ、角速度ω、输出电压Ut均为标幺值。
从仿真曲线图35中可以看出:对于50阶的降阶系统, 除功角幅值误差稍大些外, 角速率和电压幅值与原系统输出相比误差都很小, 而且3个输出响应的频率特性 (即暂态过程) 与原系统的几乎相同;当系统降到49阶时, 功角、角速度和电压幅值3个输出响应的幅值变化不大, 但较50阶的降阶系统, 其与原系统的误差要比50阶系统大, 并有逐步增大的趋势。尤其, 当系统降到47阶或低于47阶时, 降阶系统输出响应的幅值误差增大, 观察功角和角速度曲线出现频率偏移, 即产生了频率失真。从Hankel奇异值角度分析, 投影到50维子空间的能量约为原系统能量的99.45%, 其能保留原系统的大部分能量, 即保留了原系统的各种特性和动态行为。
通过对所有节点仿真曲线进行统计分析可知:当ε选择大于0.99时, 降阶模型的误差都比较小, 能够将原系统的输入和输出动态行为保留下来。为了使降阶系统得到较为精确的幅频特性, 通常选择ε为0.99。本例中, 降阶系统模型的阶数可降到50阶, 其所有节点状态和输出与原系统相比, 误差都非常小。
4 结论
本文提出了一种针对多机非线性电力系统模型的经验Gramian平衡降阶方法, 并通过某实际20机非线性多机电力系统模型进行仿真验证。仿真结果表明:降阶系统能够很好地保留原非线性电力系统输入和输出的动态行为以及原非线性电力系统的稳态值。对于该20机非线性电力系统, 可以将120阶非线性动态模型降到50阶, 仿真结果证实了所提方法在非线性电力系统模型降阶中的有效性。
非线性离散系统镇定问题的一个注记 第5篇
关于非线性离散系统镇定问题的一个注记
研究了非线性离散系统的镇定问题,基于Lyapunov函数方法,通过对系统结构的分析,构造了一类离散系统的.具有普适意义的控制Lyapunov函数,并进而给出了相关的反馈控制律.
作 者：焦玉兰 唐风军 Jiao Yulan Tang Fengjun 作者单位：信息工程大学理学院,郑州,450001刊 名：河南科学 ISTIC英文刊名：HENAN SCIENCES年，卷(期)：27(6)分类号：O231.2关键词：镇定 控制Lyapunov函数 离散系统
非线性编辑系统在校园电视台的应用 第6篇
【关键词】非线性编辑；精品课程
随着现代教育教学技术的日益成熟和发展，现代高校中多媒体及网络等现代化信息技术手段的普遍使用将带来高校教育方法、方式的重大改革。在传统知识的传授中，基本都是以教师语言描述为主，更多的是需要学生去理解与领会。在今天的多媒体时代，教师可以使用模拟、仿真等技术手段，使所教授内容、结构变得非常直观，学生们更加容易理解。现代的教育教学技术手段在高校教育教学中的应用，不但丰富了传统的教学手法，也增加了信息传递的发式、方法，提高了教学效果和效率，极大地改变了传统的教学模式；同时，充分调动学生学习的主动性，提高学生学习兴趣，提高教学质量。在实现这些现代教育教学过程中，一个迅速发展的现代教学技术设备的功劳是不能忽视的，那就是非线性编辑系统。
一、非線性编辑系统的组成和工作原理
非线性编辑系统是相对于线性编辑系统而言的，它是通过非线性编辑机和一台具有编辑功能的录像机来完成整个编辑工作。非线性编辑机是以一台配有声卡、视频采集卡、高速硬盘及专用卡的计算机平台，通过相应的视、音频编辑软件的处理与控制进行编辑工作的。来自录像机或其他信号源的视频、音频信号，分别经过视频采集卡、声卡转换为数字信号（即A/D转换），按照需要压缩后存储在高速硬盘上。根据节目制作的需要，通过系统软件将高速硬盘上的素材进行加工处理，形成一个完整的节目片段，经过解压缩和D/A转换，还原成模拟的视频、音频信号并传送给录像机进行录制。整个工作流程包括素材的输入、编辑和完整视频输出。
非线性编辑系统是计算机和数字视频技术发展到一定程度后相结合的产物，该项技术在视频制作的过程中编辑功能强大、操作方便，既可以简单组合，也可以系统组合，不仅能够满足电视教材制作的要求，而且还能克服传统线性编辑中存在的种种问题。大致具有如下特点：（1）系统集成度高，集多种功能于一身，可长期使用且升级空间大，后期维护费用低，特别适于学校使用；（2）全部采用数字信号，消除了线性编辑中存在的信号物理损耗问题，图像质量高；（3）可创建各种电脑特技，提高制作水平，增加可视性，其方便快捷的操作能最大限度地发挥个人的创造性；（4）随机访问，搜索镜头方便，便于反复修改编辑，极大地提高了工作效率；（5）网络化系统，计算机网络可将非线性编辑系统构成一个网络制作系统，通过网络共享节目和素材，实现移动节目编辑和协同创作的梦想。
由于非线性编辑系统的以上特点，使得它能在视频教材制作中发挥很大作用，可以为教育工作者设计思想的实现提供良好的条件。
二、非线性编辑系统在现代教育技术中的应用
非线性编辑系统是新闻、多媒体与现代教育技术专业的学生必须掌握的基础设备之一，对于这些专业学生来说，非线性编辑技术就是他们的一门专业课。现代教育技术就是要运用一切现代的教育技术手段和方法来提高学生学习兴趣和教学质量。非线性编辑系统是基于计算机平台工作的，是多功能的综合系统，现代教育技术许多视频资料都可以在非线性编辑系统上进行剪辑制作成教学课件，教学过程中使学生从抽象的理性认识轻松地转变到对事物的感性认识，大大降低了学生对理论的理解难度。
（一）制作电视插播教材和各类教学影片
非线性编辑系统在电视系统的主要工作就是制作各类电视节目，在学校教学中，不但可以完成各类教学影片的制作，同时可以完成各类电视插播教材的制作。电视插播教材，是根据现有专题电视教材内容，并根据课程教学大纲、教学要求、教学内容，通过非线性编辑系统进行画面剪辑，在教学过程中适时插入播放的一种教学电视片。它具有电视和教材的双重特点，有利于呈现事物的本质特征，并能克服时空的局限，从多维度传递教学信息。适合于个人自学、课堂教学以及大规模教学，因此在各级各类学校中都有着广泛的应用。编制时，首先根据分镜头稿本拍摄和收集视频、音频、图形和图像等素材，并将拍摄的素材采集到非线性编辑系统中或直接调用以文件形式存储在磁盘、光盘上的字幕、动画、图形、图像或声音素材，然后在非线性编辑软件中完成素材的组接、特技和字幕的添加、音频的处理以及动画的制作和合成等编辑操作。在编辑时，充分利用特技和动画创造出具有趣味性的教学画面，使教材内容具有表现力和感染力。最后将编制完成的电视教材输出到录像带记录或以AVI、Mpeg-1、Mpeg-2等格式的文件储存，也可以直接使用硬盘播出。
（二）制作校园新闻节目
电视新闻节目有着其他方式无法比拟的优越性。它图像质量好，可以使观众仿佛置身于新闻事件的现场，时效性强，内容简单扼要，信息量大，把许多重要的、群众感兴趣的事件带到了观众面前。而学校里的电视新闻节目又为特定的对象开办。它的针对性强，在促进师生交流、提供教学与科研信息、宣传教育、做好正确的舆论导向、创造团结稳定的校园气氛都起到积极的作用。利用非线性编辑系统制作校园新闻节目时，首先根据新闻主题的需要制作节目策划，由摄像记者拍摄所需素材，然后将已有素材和记者摄制的视/音频素材都采集到非线性编辑系统中。用非线性编辑软件完成镜头的组接、切换和字幕的添加等，后期由播音员对照画面进行配音。节目制作完成后，经校园广播闭路电视节目播出系统把信号传送到教室的电视上，供师生观看，或者输出为rm格式或者wmv格式到校内新闻网上，供校内师生点播观看。
（三）制作精品课程
根据教育部《关于启动高等学校教学质量与教学改革工程精品课程建设工作的通知》（教高[2003]1号）的精神，精品课程建设是高等学校教学质量与教学改革工程的重要组成部分。精品课程是具有一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理等特点的示范性课程。通过精品课程的建设，充分利用网络教学资源的优势，不断开发优质教学资源，大力提倡和促进学生主动、自主学习，提高教学效果。利用非线性编辑系统制作精品课程时，首先设计制作方案，在制作前与主讲教师沟通，了解本次课程的教学内容、教学目标、教学手段、教学方法以及整个课程教学活动过程，然后进行策划，确定拍摄方案。在拍摄精品课程时，尽量选用配备有高亮度、高分辨率的投影仪的教室，这样即可避免由于在较亮的环境下，投影仪的内容清晰可见，也可解决教师授课场景曝光不足的问题。一般采用双机位进行拍摄，主机位主要全程拍摄教师授课情况，副机位主要负责拍摄学生听课状态。其次，后期制作过程。利用非线性编辑系统把拍摄的主、副机位上的视音频信号采集到计算机硬盘上，与授课教师一起通过视频采集窗口观看教学录像，遇到需要修改的地方，及时记下大致的时间位置，按照授课教师的要求和视频制作时的一些相关技术，用非线性编辑软件对素材进行剪辑、添加片头和课程相关的课件内容以及必要的字幕介绍。整个课程内容编辑完成后，与授课教师预览整体效果，如果主讲教师和其他编辑人员都满意，就要按照精品课程的要求进行输出，一般输出为wmv格式，便于上传、下载以及在线观看。
随着现代教育思想、教育理论的发展以及信息技术、尤其是计算机技术、通讯技术的发展与在教育教学中的应用，教育技术必将很快进入一个飞速发展的阶段；同时，借助于网络和多媒体技术，非线性编辑系统在课堂教学、实践教学、远程教育技术等教育领域中的应用将会更加广泛和深入，为现代化教学发挥其强大的作用。
参考文献：
[1]王达光，刘满元，周培春.应用现代教育技术推进教育教学改革
[2]尹俊华.教育技术学导论[M].北京.高等教育出版社，2002.
[3]姚力峰.非线性编辑系统的技术应用[J].浙江气象，2003.2.
[4]华传强，陈昱村.非线性编辑系统在电视教材制作中的应用[J].扬州职业大学学报，2004.6.
[5]丁陆爱.非线性编辑系统在现代教育技术中的应用浅析[J].湖南科技学院学报，2006.6.
[6]党方.浅论校园新闻制作[J].教材编制技术，2007.5.
非线性电力系统 第7篇
关键词：交直流电力系统,正则形,低频振荡
长期以来对电力系统低频振荡问题分析的方法常以线性系统理论和李雅普诺夫第一定律为理论基础的特征根分析法, 此方法是小干扰稳定分析的有效方法, 但其忽略系统的非线性, 无法分析模式间的非线性相互作用, 因此无法掌握电力系统的非线性本质。
正则形[1]方法充分考虑了系统的非线性, 既保留了特征根分析法的优点, 又计及了系统动态方程的泰勒级数展开的二阶或更高阶项, 更接近实际的非线性系统, 适用于对大干扰后系统的低频振荡分析。现将其应用于三机交直流联合输电系统对低频振荡进行分。
(一) 交直流系统数学模型的建立
1. 交流系统数学模型
发电机模型采用经典二阶模型, 其动态方程[2]为:
2. 直流系统数学模型
由整流器、逆变器及直流输电线路构成的双端直流系统的单线图如下:
V&p, V&q分别为整流器和逆变器的交流侧线电压, 变压器的变比分别为1∶np和1∶nq, 忽略内电阻, 内电抗为Xcp和Xcq。直流线路运动方程为:
换流器采用准稳态模型, 其控制器整流侧采用定电流控制, 逆变侧采用定电压控制, 则控制器数学模型为:
3. AC/DC接口方程
保留发电机x′d后的内节点及HVDC换流站交流母线上的p, q节点, 消去网络节点, 则有:
再将其与式 为变量的接口方程:
4. 发电机的电磁功率
根据Pegi=Re (E&giI&*gi) 有:
由以上得全系统数学模型表达式为:X&=AX
(二) 正则形理论
1. 正则形分析
将动态电力系统微分方程X&=F (x) 在系统发生故障后的稳定平衡点处进行泰勒级数展开, 展开式为:
首先进行线性变换X=UY, 展开至二阶项得:
当系统不存在二阶共振时, 可以找到一种非线性变换, 使得变换后的系统与原系统的二阶等价。
令:Y=Z+h2 (Z) (9)
系统在Z坐标系下有
由以上方程可得不同坐标下二阶解析解:
2. 线性及非线性相关因子
线性相关因子: 是第k个状态变量对第i个特征根的量度。将线性参与因子的概念引入到非线性系统中, 对 (9) 式反变换:zj=yj-h2j (y) 当x0=ek时, 正则形初值:
ix0=0, i≠k时, 第k个状态变量的解析式可以写成:
得二阶非线性参与因子公式:
p2ki表示第个k状态变量与第i个特征根的2阶非线性相互作用大小。其值为线性参与因子与该参与因子2阶非线性修正项之和。
用参与因子的概念来确定与某个状态变量强相关的特征根。
(三) 算例分析
分析图1的三机交直流互联电力系统, 发电机采用经典二阶模型 (δ, ω) , 高压直流系统采用准稳态模型, 整流侧采用定电流控制, 逆变侧采用定电压控制, 在图E点发生三相接地短路瞬时故障, tc时刻故障清除。
低频振荡模式求取
一号机为参考机, 状态变量为[δ21, δ31, ω1, ω2, ω3, I d, α, β], 利用仿真计算, 求出系统的特征根如表1。
利用线性相关因子公式 , 求出系统中单个模式的线性和非线性相关因子如表2, 表3。
低频振荡模式判断依据:
依此可以判断出λ4, 5, λ2, 3, λ6, 7对应的频率和机电回路相关比如表4:
由此判断出 是系统低频振荡模式。
从表2可以看出:模式4与δ31最强相关, 次之是1ω, 说明模式4是发电机1与3之间的局部振荡模式;模式6与ω2最强相关, 次之是δ21, 可知模式6是发电机1与2之间的局部振荡模式;模式2与Id强相关, 次之是α, 属于控制模。
对表2和表3比较可知:各振荡模式与状态变量间的相关性并没有明显的改变;但由于考虑了系统的非线性, 使得系统中直流控制模式与状态变量的相关程度有了较大的增加。
(四) 结论
传统的特征根分析方法是线性分析法, 对于非线性极高的交直流电力系统而言, 这种方法得出的结论不够精确, 将非线性相关因子应用到三机交直流系统中, 经过研究结果显示, 考虑系统的非线性更能准确的揭示出直流控制模式对直流电流的影响, 计算结果更加精确。
参考文献
[1]VijayVitta1, A.A.Fouad.Application of the Normal Form of Vector Fields to Predict Interarea Separation In Power Systems.[J]IEEE Transactions on Power Systems, Vol.12, No.2, May1997:844-850.
非线性编辑系统初探 第8篇
1 线性与非线性的概念
“线性、非线性”在数学中的含义与其在视频编辑系统中的含义是截然不同的。在数学中,两个变量之间的关系如果可以用直线来表达,则称之为线性变化关系;如果可以用曲线来表达,则称之为非线性变化关系。其实,“线性、非线性”用在视频编辑系统上时,这两个词已经产生了歧义,它主要表述的是视频信息存储的样式。在视频编辑领域,人们把信息存储顺序与接收信息的顺序相关的信息存储样式称为“线性”,而把信息存储顺序与接收信息的顺序不相关的信息存储样式称为“非线性”。
2 非线性编辑的工作过程
非线性编辑的工作过程是:把输入的各种模拟视频信号经图像卡和声卡转换成数字信号(即A/D模数转换),采用数字压缩技术,存入计算机硬盘中,将传统影视后期制作系统中的切换台、数字特技、录像机、录音机、编辑机、调音台、字幕机、图形创作系统等设备功能,用一台计算机来进行运算、完成,再将处理后的数据送到图像卡、声卡进行数字解压及D/A数模转换,最后将所得模拟视、音频信号录制成片。完成输入到输出过程中信号处理的设备,称为非线性编辑系统。
3 非线性编辑系统的组成
一个非线性编辑系统从硬件上看,可由计算机、视频卡或IEEE1394卡、声卡、高速AV硬盘、专用板卡(如特技加卡)以及外围设备构成。其中视频卡用来采集和输出模拟视频,也就是承担A/D和D/A的实时转换。从软件上看,非线性编辑系统主要由非线性编辑软件以及二维动画软件、三维动画软件、图像处理软件和音频处理软件等外围软件构成。
4 非线性编辑系统的特点及优势
4.1 数据处理随机非线性,提高了编辑效率
非线性编辑系统以计算机为工作平台,计算机硬盘的存储方式为非线性随机存取,不像磁带节目信息按时间线性排列,因而克服了编辑时在录像机反复搜索素材的缺点,插入、移动节目十分方便,编辑精度高,提高了编辑效率。
4.2 信号处理数字化,提高了节目质量
非线性编辑系统的处理过程是数字式的,编制过程完全由数字化信号处理,无论对录入的素材怎样反复编辑,都不会引起图像质量下降,不会增加噪声,克服了传统编辑系统的致命缺点。
4.3 设备功能高度集成,降低成本
非线性编辑系统集多种设备功能于一身,设备价格及维护费用都大大降低,节省了资金。同时,高度集成的编辑系统,消除了传统编辑系统中连接起来的机器间信号传输造成的衰减,提高了设备的可靠性和综合能力。
4.4 开放式结构,易于升级
非线性编辑系统所采用的,是易于升级的开放式结构,支持许多第三方的硬件、软件。通常,功能的增加只需要通过软件的升级就能实现。
4.5 编辑手段多种多样
在非线性编辑系统中,可以使用几十种甚至数百种视频、音频、绘画、动画、多媒体软件,设计出无限多种数字特技效果,使节目制作的灵活性和多样性大大提高。
4.6 便于利用网络资源,建立节目资料库
随着网络技术的发展,开放的非线性编辑系统网络功能也逐渐增强,可以方便快捷地利用网络资源,还可以建立丰富的节目资料库。
4.7 操作简单,易学易用
非线编系统有全中文图形化操作界面,主要有下拉式智能型菜单、预览窗口、编辑面板、时间线(编辑工作区)、状态栏(节目、素材、背景、字幕)、素材库(视频、音频、字幕、画面特技、过渡方式),操作简单,让人一看即懂,最大限度方便编辑操作,轻松完成各种编辑工作。
尽管非编系统的后期制作并非全能,但它对于线性编辑来说无疑是一种革命。非线性编辑系统的出现与发展,一方面使影视制作的技术含量在增加,另一方面,也使影视制作更为简便,越来越“大众化”。
摘要：通过介绍非线性编辑系统,具体到线性与非线性的概念、非线性编辑的工作过程、非线性编辑系统的组成、特点及优势几个方面,让大众对非线性编辑系统有彻底的了解。
关键词：线性,非线性,非线性编辑,非线性编辑系统
参考文献
[1]谢毅,张印平.电视节目制作[G].暨南大学出版社,2006:276-281.
浅谈非线性编辑系统 第9篇
从非线性编辑系统的功能来看，它能集录像机、切换台、数字特技机、编辑机、多轨录音机、调音台、MIDI创作、时基等设备于一身，几乎包括了所有的传统后期制作设备。这种高度的集成性，使得非线性编辑系统的优势更为明显，也使其在广播电视领域占据越来越重要的地位。概括地说，非线性编辑系统具有信号质量高、制作水平高、节约投资、保护投资、网络化等方面的优势。
使用传统的录像带编辑节目，素材磁带要磨损多次，而机械磨损也是不可弥补的。另外，为了制作特技效果，还必须“翻版”，每“翻版”一次，就会造成一次信号损失。“翻版”的次数越多，信号的损失越大。因而，有时出于对信号质量的考虑，往往不得不“忍痛割爱”，无奈地放弃一些很好的艺术构思和处理手法。而在非线性编辑系统中，这些缺陷是不存在的。无论你如何处理或者编辑，拷贝多少次，信号质量将是始终如一的。当然，在信号采集的数字化编码过程中，多少存在一些质量损失，但与“翻版”方式相比，损失已大大减少。一般情况下，采集信号的质量损失小于转录损失的一半。由于非编系统只需要一次采集和一次输出。因此，非线性编辑系统能保证你得到相当于模拟视频第二版质量的节目，而使用模拟编辑系统，绝不可能有这么高的信号质量。
使用传统的编辑方法，为制作一个10min左右的节目，往往要面对数倍时长的素材带，反复进行审阅比较，然后将所选择的镜头编辑组接，并进行必要的转场、特技处理，这其中包含大量的重复性劳动。而在非线性编辑系统中，大量的素材都存储在硬盘上，可以随时调用，不必费时费力地逐帧寻找。素材的搜索极其容易，不用像线性编辑机那样来回倒带。用鼠标拖动一个滑块，能在瞬间找到需要的那一帧画面，搜索、打点易如反掌。整个编辑过程就像文字处理一样，既灵活又方便。同时，多种多样、花样翻新、可自由组合的特技方式，使制作的节目丰富多彩，将制作水平提高到了一个新的层次。
非线性编辑系统对相关设备的高度集成，使后期制作所需的设备降至最少，有效地节约了投资。而且由于是非线性编辑，在使用录像机编辑的过程中，录像机只需要启动两次，一次输入素材，一次上传节目带。这样就避免了磁鼓的大量磨损，使得录像机的寿命大大延长。
影视制作水平的提高，总是对设备不断地提出新的要求，这一矛盾在传统编辑系统中很难解决，因为这需要不断追加硬件投资。而使用非线性编辑系统，则能较好地解决这一矛盾。非线性编辑系统所采用的是易于升级的开放式结构，支持许多第三方的硬件、软件。通常，功能的增加只需要通过软件的升级就能实现。
网络化是信息技术的一大发展趋势，非线性编辑系统可充分利用网络方便地传输数码视频，实现资源共享，还可利用网络上的计算机协同创作，对于数码视频资源的管理、查询，更是易如反掌。目前，在一些电视台中，非线性编辑系统都在利用网络发挥着更大的作用。
然而，任何事物都有其两面性。在实际工作过程中，非线性编辑系统也有不尽如人意之处，如素材的存贮容量受硬盘空间的限制，上载比较耗时、对素材的管理不直观、系统运行慢和死机等情况。
在实际工作中，我们认为，一个方便、灵活、可靠的系统，加上一套科学的组织和管理素材的方法，可以大大提高非线性编辑的效率，发挥系统自身的优势。
第一，素材的录入管理。
素材是节目制作的基础，素材录入的有效管理，能够大大降低上载时间。素材的录入主要需做好以下几方面的工作：
1）保证素材有连续完整的时码。
素材的采集与输入是指通过采集卡将模拟的视频、音频信号转换成数字信号存储到计算机中，或者将外部的数字视频直接存储到计算机中，成为可以处理的素材。把素材上载到硬盘有3种方法：手动、遥控和批量采集。其中遥控和批采集能够依据时码自动精确地采集相关素材。批采集能把所有素材一次性全部录到硬盘，大大降低了废品素材量和上载时间。如果素材带中间有断磁，系统就无法根据登录进去的时码来寻找磁带上的素材，没有时码的素材只能手动采集。因此，在采集时我们应尽量的保证时码的连续，可以有效的减少上载时间。
2）
对素材带和素材内容做详细的场记，便于寻找和确定素材带源。
第二，素材的管理。
通常在制作节目的过程中，大家总想尽可能多地采入素材，大量的无用素材会占据宝贵的硬盘空间。采入素材数量越多，在素材库中查找起来就越不方便，而且这些小画面会占用大量的计算机内存，使系统运行速度下降，这不仅大大影响显示的刷新速度而且找起来眼花缭乱，还得靠滚动条来阅读素材。对于素材的管理，我们原则上要做到能够有效利用硬盘资源，素材画面质量较高，易于寻找。
1）设定完备的素材采集信息。
素材采集信息一般包括：素材名、节目类型、磁带号，标识等有特征的信息便于素材寻找和节目编辑。
2）选择适当的素材采集压缩比。
影响素材存贮量大小的因素是硬盘容量和压缩比。我们可根据使用机的硬盘大小、素材多少，尽量选择高压缩比，并保证画面质量，防止因空间不够而出现的诸多麻烦。
3）定期更新素材库。
有时已经采入的原始素材太长，包括的镜头信息复杂，寻找和编辑不方便，这时可以将大段素材分成几个片段，分别处理，保留画面质量好的，有利用价值的画面，删除没用的素材。这样做可释放一部分空间，有效的利用有限的硬盘资源。
非线性编辑系统使用心得 第10篇
1 采集信号无法输入
采集上主要碰到的问题就是无法采集, 图象进不来, 遇到这种问题的话其实很简单, 确认设备管理器中是否认到硬件, 输入设置中是否选择了相应的输入接口, 是数字还是模拟, 是模拟的话是复合还是Y/C, 这些在软件设置中都有相应设置的, 输入的信号选择是否正确, 如果是采集HDV DVCPRO等信号的话, 确定自己的非编卡是否支持, 是否需要另外购买插件, 以上软件设置的问题排除之后, 确认硬件上是否有问题, 硬件驱动是否安装正确, 如果设备管理器中出现硬件错误的话, 我们可以换一个PCI插槽, 重新安装硬件驱动试试。如果DV不能采集, 就试一下模拟能不能采集, 如果可以的话, 就可以判断是DV口的硬件损坏, 及时联系厂家进行修理。
2 采集时的常见问题
1) 碰到采集窗口没有图象或显示第一帧画面, 绝大多数是和显卡有关系, 比如CANOPUS产品与6600显卡兼容性存在着一些问题, 我们可以修改CANOPUS的一些程序, 修改程序还是不行的话那我们只好通过更换显卡来解决这个问题了。
2) 如果采集好的素材被自动划分成N个文件, 那只要在采集设置中将自动划分文件的选项去了就可以了。
3) 采集过程出现报错, 重新安装软件, 确认是否是软件上的问题, 是否将防火墙打开, 测试硬盘读写速度, 判断硬盘是否有损坏, 在拍摄模式下进行采集, 看是否会有报错现象, 排除磁带造成的问题, 确认非编硬件是否有损坏。
4) 采集的时候图象有拉丝现象, 这是显卡回显所造成的, 一般我们是以监视器为最终画面, 在采集的时候我们可以输出到监视器上进行监看, 如果监视器上也出现拉丝现象, 那有可能是摄像本身操作上的问题, 可能移动过快, 可能是磁带问题, 这些我们都需要加以注意的。
3 编辑上的常见问题
1) 素材无法调入或调入时间线出现死机现象, 因为编码方式的问题, 所以不是所有的格式都能调入时间线进行编辑, 个人感觉EDIUS软件对格式的兼容性比较好, 即便如此, 我们在做编辑的时候如果出现格式无法调入的情况, 可以想办法转换成可兼容的格式就可以了。
2) 在时间线上编辑的时候出现回放停止。造成这种现象的可能性有很多, 判断所编辑的格式是什么类型的, 如果是高清格式的话实时性能肯定会低于普通AVI, 是否做了太多的特技效果, 特级效果是否用了需要渲染的3D特技, 是否有防火墙, 将防火墙关闭, 工程项目设置是否正确, 是否用到CANOPUS的硬件, 是否选择的是CANOPUS DVAVI的工程, 如果我们只是做普通AVI编辑确选择无损AVI工程的话, 那实时性也会很差, 硬件上, 我们同样可以将卡换一个插槽重新安装硬件。
3) 编辑的时候无法输出到监视器, 声音无法输出到喇叭。像这种问题, 主要还是看是否在工程项目输出设置中选择了CANOPUS产品硬件项目输出, 一般情况下, 选择了硬件输出的话, 肯定能够实时预监, 没有软件中的设置, 另外CANOPUS板卡本身是带声音输出的, 所以要接喇叭的话, 我们需要从板卡声音输出到声卡输入, 再由声卡输出到喇叭, 或者我们可以将声音接到监视器上监听, 注意声卡输入是否设置好。
4) EDIUS软件无法启动, 或者在EDIUS中编辑的时候出现死机, 如果碰到类似问题, 我们首先还是考虑调用的素材是否正确, 重新安装软件, 还是同样问题的话, 考虑是不是与其它软件有兼容性的问题, 比如暴风影音、QQ、淘宝旺旺、防火墙等软件都会对编辑造成一定的影响, 最好的解决方法是重新安装系统, 重新安装软件, 因此, 我感觉我们在非编的机器上, 尽量不要用它来上网, 防止中毒导致素材全部丢失。最后, 我们考虑是不是板卡与主板存在兼容性的问题, 具体配置询问商家。
4 常见报错问题
生成问题, 一般压缩上如果报错, 我们只要重新安装软件就可以将问题解决, 如果生成DVD视频无法在DVD机器上播放的话, 我们只要修改一下视频比特率, 一般调到6 000到6 500就可以了, 太高的话有些DVD机器认不到, 在音频上, 我们压缩MPEG2一般选择48KHz, VCD选择44.1KHz, 如果刻出的盘片有严重马赛克问题, 直接将压缩好的MPEG格式调入时间线, 直接输出到监视器, 如果没有问题的话, 可能是刻录机的问题, 也有可能是盘片的问题, EDIUS自身可以直接输出VOB格式的文件, 直接刻DVD, 但我还是推荐大家先生成M2P格式的文件, 再通过ULEAD MOVIEFACTORY进行刻录比较好, 一般刻录出来的片子质量比较好。如果有硬件支持的话, 压缩DVD的时间为1:1.5, 当然如果计算机配置提高的话, 压缩速度肯定还要快, 有些朋友会说我的压缩速度很慢, 是什么原因, 其实压缩快慢主要是看你编辑素材是否加了过多的特技和效果, 另外系统本身速度是否正常, 硬盘读写速度是否正常, 内存够不够大, 是否有硬件支持等等, 这些条件不仅对生成, 对采集, 对编辑的速度都有着很大的影响。
5 结论
分析了以上几个问题, 可以看出, 解决问题的方法其实也就这几点, 非编就是软件和硬件上的问题, 所以我们在遇到问题的时候按照通用的方法操作一下基本上都能将问题解决, 当然一些小问题还是需要我们平时多积累, 比如软件之间的冲突问题, 软件该如何设置, 视频行业的一些基础知识等等, 这些是需要平时多学习和积累的, 有问题的话在论坛中多向他人请教, 碰到问题多做总结, 其实每个人都会找到一种解决问题的好方法, 大家可以共同学习。
摘要：本文详细阐述了在使用非编的过程中, 可能会出现的一些主要问题, 以及它们的解决方案, 旨在为广大读者提供更好的使用非编方法技术。
关键词：非线性编辑系统,使用方法,采集信号
参考文献
[1]吴瑞坤, 柯珠华.非线性编辑技术研究及实现.福建师大福清分校学报[J], 2008 (2) .
非线性电力系统 第11篇
关键词：最优控制；动态规划；神经网络；自适应算法；汉密尔顿函数
中图分类号：TP273.1文献标识码：A
1 引言
最优控制是最近几年国内外新起的一个研究领域，最优控制就是寻找最节能最经济的控制策略。50年代，美国数学家Bellman为了解决非线性最优控制问题提出了动态规划方法（Dynamic Programming）[1]。动态最优化方法就是将最优化问题分多级讨论，寻求每一级的最优策略，从而达到全局最优。然而在实际问题中对于大量存在的非线性系统，需要求解汉密尔顿函数（HJB），由于维数问题，求解函弥尔顿函数是个很难解决的问题。
强化学习（Reinforcement learning）[2]是基于生物学习的新型理论。通过比强化学习和动态规划，Werbos[3]提出了新的自适应动态规划方法，从而解决了离散系统的动态最优求解的“维数灾难”问题[1， 4]。然而传统的增强学习方法一般用来解决离散系统，实际问题往往是连续的。
文献[5]将增强学习方法和动态规划方法结合，提出了自适应动态规划方法（Adaptive dynamic Programming）。Werbos[6]基于增强学习方法，提出评价和执行网对离散系统进行动态最优求解。Lewis[7]提出了一种新的基于神经网络的自适应动态最优方法对离散非线性系统进行离线求解。
本文基于一种新的自适应动态规划算法在线解决了非线性系统的最优控制问题。首先应用HJB对非线性系统进行最优求解，进而基于神经网络方法对最优控制中的性能指标进行估计，即应用评价结构解决了动态最优控制问题，同时省去了传统最优控制求解问题中的执行机构，很大程度上缩短了计算机计算的时间。文中引用了一种新的自适应算法[8， 9]在线求得基于神经网络的评价网的权重参数。最后本文对估计权重做了基于李亚普诺夫的收敛性分析，很大程度上提高了论文所提出理论的使用价值。
5结论
引进一种新的自适应算法对非线性连续系统进行自适应动态最优求解。不同Werbos[6]提出的评价执行结构，本文基于辨识评价结构，在线对连非线性系统进行最优求解。用神经网络逼近性能指标，而且基于自适应估计误差，在线估计神经网络权重。比现有文献所用梯度法和迭代法收敛速度更快，而且收敛效果更加良好。仿真结果更加有力的证明所提出方法的有效性。
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非线性编辑系统的融合升级 第12篇
我台早期非线性编辑系统建于2000年, 使用Fc双网结构, 有3台有卡站, 6台无卡站, 系统至今仍在运行, 取得很好的效果。随着使用时间的增长, 设备已经老化, 需要更新。我台还有一个使用IP-SAN结构的非线性编辑系统, 有2台有卡站, 3台无卡站。随着节目制作量的增加和制作效果要求的提升, 该系统已无法满足需求, 需要系统进行升级改造。
系统设计要求
可存储标清MEPG-2 25M素材600小时或MEPG-2 50M素材300小时;有卡高码流制作站点8台、无卡低码流制作站点8台、配音工作站2台、预留2台高清编辑工作站;原系统和新系统素材共享, 原系统可作为新系统的应急备份;系统安全高效, 应急方案准备充分、实施有效。
系统设计原则
系统建设立足本台实际情况和未来发展的要求, 把系统的安全性放在首位, 从硬件的安全、网络安全、数据安全进行考虑, 以安全、高效为原则;既保证系统的稳定性, 又要可扩展性, 在存储空间和站点增加等方面有冗余的准备, 构建高标清兼容的制作平台。
网络架构和存储设备选择
(一) 网络架构
目前非编系统采用是基于存储网络 (SAN) 的网络存储技术, 存储设备与计算机主机系统之间一对一的关系, 被可供多个系统共享同一个存储设备网络的关系所取代。为确保多大量客户端主机对同一存储设备的共享访问权限和和管理权限的统一, 就需要安装专门的存储共享管理软件或采用专门的共享文件系统。SANergy、StorNext等软件或文件系统就是为了实现存储设备共享而开发的。SAN又分为基于光纤通道协议的FC-SAN和基于以太网协议的IP-SAN。FC-SAN网络存储共享系统经常被称“FC+LAN”双网结构, 是指本系统由FC光纤通道网络和LAN以太网络两个网络共同构成, 其中以太网络负责工作站与MDC (MetaData Controller) 服务器之间的元数据信息传输和交换, FC光纤通道网络只负责实际数据的高带宽传输, 这种网络结构可充分利用两种网络的特点, 发挥两个网络的最大效率。IP-SAN网络存储被称为单网结构, 是指MDC服务器与工作站之间的元数据和实际数据都是通过以太网络来进行传输和交换。FC-SAN网络结构价格较高, 但带宽比较宽;IP-SAN网络结构价格低, 带宽小, 理论上, iSCSI的速度可达1Gb, 速度仍比不上FC SAN的2Gb。由于站点比较多, 通过分析计算, 网络架构采用成熟的FC-SAN双网结构, 存储设备和网络带宽才能满足实际需要。
非编系统使用标清视频格式, 支持Dvcpro、Dvcpro50、Mepg-2 I帧50Mb/s、Mepg-2 IBP、Mepg-4、Dvcam、Hdv、Wmv、Flv等高清、标清格式及部分流媒体格式。在标清环境下高码流制作使用Mepg-2 I帧50Mb/s, 低码流制作使用H.264 1.5Mb/s;高清环境下高码流制作使用Mepg-2 I帧100Mb/s, 低码流制作使用H.264 3Mb/s。
带宽参数需求如下表。
在各工作站使用二轨素材的情况下, 网络需要最大带宽为1308Mb, 超过IP-SAN网络带宽的最大值, 不能满足实际需要。FC存储为双控制器, 共可提供4Gb带宽, 带宽冗余量大, 能够满足以后增加站点的要求。
(二) 存储设备
视频网络的核心是在线存储系统, 集中保存所有的视音频数据, 其他设备都需要直接或间接的与存储系统连接, 因此中心存储系统实现数据共享的同时必须保证充分的安全性, 在性能上还要满足存储容量、带宽、容错的要求。容量计算如下
计算关系:格式码率÷83600÷1024=每小时耗费的空间
每小时耗费的空间存储时间需求÷1024=基本容量需求
基本容量需求110%=实际容量需求
在考虑匹配容量的时候, 为充分保障网络核心存储设备的容量安全考虑, 需要有10%左右的富余空间 (见上表) 。
根据需求, 以及网络存储容量和网络带宽的需求, 考虑以后的扩容需求, 本案设计使用DFT3992存储服务器, 带宽达到350MB, 配有16块容量为1T的SATA硬盘, 用其中的13块硬盘组成容量为12T的Raid5磁盘阵列, 3块作为热备硬盘。
系统设计
(一) 方案设计
在现有IP-SAN结构的非线性编辑系统的基础上, 用FC存储来对IP-SAN结构的制作网进行存储系统升级和扩容, 把IP-SAN和FC-SAN两种网络融合在一个网络里。
原ISCSI存储网络系统结构如下图1.
iSCSI存储设备对外的接口类型为以太网接口, 可通过以太网线直接将iSCSI存储设备连接到千兆以太网交换机, 通过IP网络来实现SCSI协议的传输。主机端采用标准的千兆以太网卡, 安装Initiator软件, 通过Initiator软件将以太网卡虚拟为ISCSI卡, 实现主机和iSCSI设备之间的SCSI协议和TCP/IP协议传输功能。这种方式由于采用标准千兆网卡, 无需额外配置适配器, 因此硬件成本最低。缺点是进行ISCSI包文和TCP/IP包文转换要点主机端的一部分资源。不过在低I/O要求、高带宽要求的编辑制作网环境中, 编辑工作站的配置越来越高, 协议转换所占用主机资源非常低, 不会影响到正常工作。
升级后的非编系统拓扑图如下图2.
IP-SAN与FC-SAN具有类似的共享方式, 两者都是在MDC服务器的管理下进行存储设备共享。FC-SAN和IP-SAN具有类似的数据传输方式, 两者都采用Block协议方式来传输数据。FC-SAN和IP-SAN采用相同的存储系统管理软件, 两都采用SANergy存储共享管理软件来实现存储共享卷的管理和访问权限控制。基于以上原理, 决定了IP-SAN和FC-SAN两种网络可以融合在一个网络里, 可以用FC-SAN存储来对IP-SAN结构的制作网进行存储系统升级和扩容。。ISCSI设备和FC光纤通道设备共用相同的MDC服务器, 共用相同的存储共享管理软件。所有主机在同一个MDC服务器的管理下访问网络中的FC光纤通道设备和ISCSI设备。IP-SAN网络中的数据通过千兆以太网络传输, FC-SAN网络中的数据通过FC网络传输。两个网络中的客户端主机对存储设备进行读写操作时, 都会先通过千兆以太网络向MDC服务器发送访问请求来获得文件路径、block地址等MetaDate信息, 都接受同一个MDC服务器的管理和控制。
将光纤通道存储网络和以太网存储网络整合, 特点如下:
1.工作站可以访问以太网网络中的存储设备
2.工作站可以通过IP网络访问FC SAN中的存储设备
3.提高存储资源的管理和共享能力
采用FC和ISCSI两种网络的融合结构, 新系统和原系统既可独立运行, 各主机又可访问两个存储体的数据, 满足数据共享的要求。
升级后, 增加了FC存储和FC交换机, 原服务器上已经安装了存储共享软件和数据库软件, 并不需要做大的更改, 运行的维护量也不会增加。使用了原系统的部分硬件和软件, 资金的投入也更小了, 既节约成本, 又提高性能需求。
采用ISCSI和FC两种网络的融合结构, 当FC网络非编介质上载采集生成文件后, 将重要栏目 (如新闻) 的文件数据采用高码率存放到两个磁盘阵列中, 数据得到镜像备份, 保证数据安全。
(二) 系统安全
1.MDC服务器负责的是网络系统的管理, 安装有多种管理软件。磁盘阵列也是由服务器进行管理和控制的, 分区映射为服务器的网络硬盘。为了服务器的安全可靠, 有效地工作, 对于服务器的系统硬盘, 要有磁盘镜像, 构成Raid1, 即把一个磁盘的数据镜像到另一个磁盘上。因此, 选择主板上集成Raid控制芯片的服务器, 让主板能直接实现磁盘镜像功能。服务器的电源, 要有冗余, 当一个电源模块出现故障时, 另一个还可以正常供电, 维持服务器运行。配有备用服务器, 安装配置好所有程序, 在主服务器出现故障时投入使用, 只要启动备用服务器系统可恢复使用。
2.磁盘阵列中存有所有用户的素材和它们的数据信息, 磁盘阵列损坏意味着音视频素材和用户信息的丢失。磁盘阵列安全性相关的因素有阵列的容错功能、阵列控制器的质量、硬盘的质量以及阵列的设计。对于磁盘阵列, 要求阵列提供备份冗余部件, 如双阵列控制器、双电源、备份风扇等。使用容错硬盘阵列, 采用Raid5方式组建磁盘阵列。预留热备硬盘, 当磁盘阵列中某块硬盘出现损坏时, 就利用这块备用硬盘替补, 自动将故障磁盘的数据重建到后备磁盘上, 从而保证Raid时时完整, 提高磁盘阵列的安全性。
3.将数据库数据存放在磁盘阵列上, 数据库服务器只安装应用程序, 配有备用数据库服务器, 在主数据库服务器出现故障时投入使用, 只要启动备用数据库服务器, 系统可恢复使用。对数据库的安全采取数据备份的方式, 在SQL2005管理程序中, 添加维护计划, 定时备份数据库到其他磁盘。当硬件出现问题或数据损坏时, 恢复到最近备份状态, 将损失降到最低。
4.非编网络安全性要求很高, 他的软件平台是建立在Windows操作系统上, 容易受到病毒的攻击, 建立强烈的病毒安全防范意识。采取非编网络相对独立, 不与外网相连;关闭工作站上光驱和USB接口;安装防病毒软件;安装网络管理软件, 监控工作站点的运行状态和流量, 可以及时排查故障;通过域控制器和组策略对用户进行认证和权限限制。
5.合理分配用户空间和权限, 把用户存储空间分配到磁盘阵列的各个逻辑分区中, 让每个逻辑分区中有10%的剩余空间, 保障系统的稳定。对不同用户设置相应的资源管理和访问权限, 保证系统制作流程合理, 安全。
6.对每天新闻栏目, 每条编辑完成后, 打包迁移, 异地存储, 保证数据安全。
(三) 应急方案
1.MDC和数据库服务器出现故障, 关闭主服务器, 启动备用服务器即可, 工作站可不关机, 恢复使用只需几分钟。
2.域控服务器出现故障, 工作站重新登录本机, 连接MDC服务器可恢复使用。
3.FC磁盘阵列或FC交换机出现故障, 节目可使用存放在iSCSI存储上的素材, 在原IP-SAN网络编辑制作。
(四) 系统环境安全保障措施
安全、可靠的配电是保障系统正常运行的重要环节, 采取UPS集中供电给配电柜, 配电柜装有备路电路。对服务器、磁盘阵列、交换机等设备的双电源, 分别用主备电路提供电源。系统设备有良好的接地, 保护人员、设备安全, 防止地线干扰。将强电、弱点分开布置, 系统做到强弱电线无交叉, 防止强电对弱电信号造成影响。
结束语
将本身协议完全不同的IP-SAN网络和FC-SAN网络加以整合, 增强数据共享能力, 提高存储资源利用率, 存储设备易于管理。升级后的系统投入使用后, 系统运行安全稳定, 每天制作节目约100分钟, 满足了节目制作的需要。
非线性电力系统
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