时间:2022-07-15 00:36:17
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇数模论文,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
关键词:展开数模,长桁,工程数据集
长桁类一般主要以型材形状进行分类,例如T型材,Z型材,工字梁等,对于这类展开数模的设计,主要在确保长桁总长度的同时,型材各相邻面间的角度保证到90°同样成为难点。该类展开数模设计最难的地方是其上面存在的切边、下陷、铣切区等相对位置关系的保证,下面通过对实际案例进行分析,优化设计流程。
一、长桁类展开数模设计案例研究
(1)存在问题分析。该零件是典型的T型材零件如图6,通过对生产现场实际胎线与加工成型的展开数模进行对比,发现实际展开数模与胎线对比情况:保证下陷及铣切线相对位置,左侧尺寸比胎线短,而整体尺寸与原工程数据集尺寸相同。
分析原展开数模,发现工程数据集有三个方向的较大扭曲变化,在设计过程中,按照展开数模设计方式,借用原下陷定位建模基准中的平面,以保证展开数模内部下限与铣切线的相对位置,建模基准严格按照原工程数据集中所使用的框平面等作为展开数模各位置的定位基准和设计依据。然而由于曲率的变化导致局部尺寸变形,无法满足实际数模尺寸要求。因此发生了在满足下陷等相对位置尺寸的条件下局部长度不够的情况。
(2)设计优化与方法的研究。放弃原工程数据集中相对建模基准和下陷相对位置,只针对每一处相对尺寸的正确性负责,即从复杂一侧开始进行展开数模设计,以尺寸保证各位置相对准确性。
但是通过这种设计思路,受误差累积和曲率变化导致的尺寸不规则性和金属拉伸性影响,整体长度必然大于原数模总长度的2565mm。
经过实际分析,尽管当总长度比原来大时才能保证实际各位置尺寸的正确性,但是由于该零件的特殊性,可以在零件另一侧增加部分长度。经过与胎线对比,在增加展开数模总长度之后其各位置(切边、下陷、化铣区等)尺寸可以保证。因此通过增加6.04mm(比原数模尺寸长出部分)作为工艺余量,而对整个零件的加工和成形都没有影响。
结论:因局部位置特点,为了更好的达到展开效果。本次对该零件的展开,与以往不同的是由于受到曲率、扭矩等展开因素影响,为了更好的保证各位置相对尺寸提高与胎的贴合度,在展开数模增加6.04mm余量,以此满足各部位相对尺寸。经理论验证,该方法可以适用于该零件的数控加工和钣金厂的按胎成型。然后,如下图7、图8为该类零件设计方法所存在的设计风险,需在实际零件加工中得到进一步可行性验证,并根据实际裝机情况进行人工手工处理。而本论文也将继续对后续问题进行分析,以确保增加余量确保尺寸这种优化设计方法的适用性和广泛性。
图7两处下陷长度及相对位置关系存在≤1°误差图8内外侧铣切线相对位置存在≤1mm设计误差。
总之,本论文结合国内飞机制造企业在机加类展开数模设计中出现的实际问题为出发点,通过对生产中出现的展开数模设计案例进行研究分析,论证新方法、发现新手段。以分析实际出现的加工问题为契机对壁板类、长桁类展开过程进行剖析。提供高效解决方案的同时,更是对该类零件的设计提供了进一步的改进,通过对展开数模设计的研究,这套设计方法和设计理论能够很好的服务于数控加工和零件成型。保证零件质量的同时更是减少了飞机安全隐患。
此外,还存在如变厚度、多筋条等零件,这些仍是论文今后研究工作内容的重点。同时要求飞机制造企业设计人员在设计展开数模过程中,及时与数控加工工艺员进行沟通。确保数控加工方式,在必要的情况下可以根据生产实际给出相应设计调整。总体来说,展开数模的设计是为了数控加工,而其好坏直接影响接下来成型后是否与实际三维理论数模相一致。这也决定了后续工序及装机等零件的搭接和固定能否进行。而本文对机加类展开数模设计方法的研究,可以极大程度的避免加工后出现错误这种延误生产效率事件的发生。
参考文献
关键词:水平井建模,非均质性,塔河一区三叠系下油组
前 言
由于水平井在增大泄油面积、提高采收率等方面较直井具有诸多的优点,已被广泛应用于开发低渗油气藏、薄层油气藏、复杂断块油气藏和稠油油藏。论文大全,塔河一区三叠系下油组。而水平井开发油藏储层建模技术的目标之一,就是建立能真实反映储层非均质性的地质模型。
本文以塔河一区三叠系下油组水平井为例,在建模过程中,结合油藏构造、沉积和测井物性解释等资料和储层非均质性等特征,通过设置断块网格数的方式,对水平方向的参数采用不同的插值方法,使建立的三维模型既能更精确的刻画储层非均质性,又能适当减少网格单元密度,控制计算量。
1、塔河一区三叠系下油组基本地质特征
1.1 构造特征
图1 塔河一区三叠系下油组构造顶面图
塔河一区三叠系下油组位于塔里木盆地塔东北坳陷区沙雅隆起阿克库勒凸起南部,是艾协克南—桑塔木盐边构造带上的一个局部构造。塔河一区三叠系下油组构造为一长轴近SW-NE向的低幅背斜,构造南北两翼近于对称,南翼相对较陡,整个构造的平面形态为棒槌状(西部宽缓,东部逐渐变窄)(图1)。背斜长轴8km,短轴2.5km,长短轴之比为3.2,闭合面积为15.61km2,闭合高度可以达到37m。
1.2 储层基本特征
塔河一区三叠系下油组孔隙度主要分布在18%~25.5%之间,平均22.06%;渗透率主要集中在18×10-3μm2~5245×10-3μm2之间,平均899×10-3μm2;属中孔、高渗储层。
塔河一区三叠系下油组大部分井都打在了1小层,1小层平面上孔隙度的分布以西面和中部TK107H、TK117H、TK120H三口井周围及其水平段上孔隙度较高;而S29-S41井沿线以北孔隙度小于18%,TK110H井周围孔隙度小于16%,属于低孔隙度发育区。
塔河一区三叠系下油组1小层渗透率的变化特征总体趋势与孔隙度相似,但所不同的是渗透率值的变化差异较大,低值区和高值区可以相差数百。渗透率在TK109H、TK121H、TK118H井点上及其水平段上渗透率达到400~1000×10-3um2,而在东面、北面以及TK102井附近渗透率小于100×10-3um2,属于相对低渗区。论文大全,塔河一区三叠系下油组。因此对比孔隙度和渗透率的变化可以发现渗透率平面差异性较孔隙度大。
2、塔河一区三叠系下油组构造模型的建立
构造模型由断层模型和层面模型组成。本次油藏的断层模型是根据“断层线→断层组→断层网→断层模型”的流程建立的,而层面模型是在矢量化修编的砂体顶面总体构造特征的基础上,通过井点处测井分层数据加以控制,采用井间普通确定性克里金插值建立的(图2)。
图2塔河一区三叠系下油组构造模型
3、塔河一区三叠系下油组属性模型的建立
常规建模方法主要应用于直井。目前应用Petrel软件的建模方法一般是在平面生成顶部、中部、底部三个骨架,建立边界圈闭、断层方向和趋势线来控制网格单元,设置网格单元的密度,最后对中部骨架进行网格化并外推到其余两个骨架。论文大全,塔河一区三叠系下油组。其优点是基于断层建立,添加新的层位和分层数据之后更新模型很快。论文大全,塔河一区三叠系下油组。但是该方法仅仅来源于表面的断层信息而不是基于“面”的概念,网格基于平均插值的计算,网格单元密度是自行设置的固定值,显然不适用于水平井生产层段受平面非均质性影响较大时的建模。
本次研究中,通过设置断块网格数的方式,对水平方向的参数采用不同的插值方法,即在储层非均质性较强区域,适当提高该区网格数,而在储层非均质性较弱区域,设置较低的网格数,使建立的三维模型既能更精确的刻画储层非均质性,又能适当减少网格单元密度,控制计算量。
3.1 属性参数概念模型的建立
选取了TK106、TK107共2口水平井,根据渗透率、孔隙度、突进系数、变异系数的叠合(图3),设置了不同密度的断块分级,建立一个水平井概念模型(图4、图5)。图4中看到平面网格在左、中、右位置的单元数不同。
图3概念模型物性叠合分布图
图4概念模型网格单元示意图 图5 概念模型的构造模型
概念模型的孔隙度和渗透率属性模型见图6、图7。
图6孔隙度概念模型 图7 渗透率概念模型
通过与物性平面图对比,可以证明对水平井生产层段分断块划分,能够有效利用水平段上测井数据对周边范围的精确控制,以此建立的属性参数模型能够最大程度模拟储层非均质性,更加逼近储层真实属性。论文大全,塔河一区三叠系下油组。
3.2 油藏属性参数模型的建立
结合油藏构造、沉积和测井物性解释等资料和储层非均质性等特征,通过设置断块网格数的方式,对水平方向的参数采用不同的插值方法,选用地质统计学中适用于连续变量模拟的序贯高斯模拟算法,采用随机过程的相控建模技术模拟得到了塔河一区三叠系下油组属性参数分布模型(图8、图9)。论文大全,塔河一区三叠系下油组。
图8 塔河一区三叠系下油组孔隙度三维模型
图9 塔河一区三叠系下油组渗透率三维模型
4、结论
本文以塔河一区三叠系下油组水平井为例,在建模过程中,充分考虑油藏构造、沉积和测井物性解释等资料和储层非均质性等特征,通过设置断块网格数的方式,对水平方向的参数采用不同的插值方法,使建立的三维模型能够最大程度模拟储层非均质性,更加逼近储层真实属性。
参考文献
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全国大学生数学建模竞赛以辉煌的成绩即将迎来她的第17个年头,她已是当今培养大学生解决实际问题能力和创造精神的一种重要方法和途径,参加大学生数学建模竞赛已成为大学校园里的一个时尚。正因如此,为了进一步扩大竞赛活动的受益面,提高数学建模的水平,促进数学建模活动健康有序发展,笔者在认真研究大学生数学建模竞赛内容与形式的基础上,结合自己指导建模竞赛的经验及前参赛获奖选手的心得体会,对建模竞赛培训过程中的培训内容、方式方法等问题作了探索。
一、数学建模竞赛培训工作
(一)培训内容
1.建模基础知识、常用工具软件的使用。在培训过程中我们首先要使学生充分了解数学建模竞赛的意义及竞赛规则,学生只有在充分了解数学建模竞赛的意义及规则的前提下才能明确参加数学建模竞赛的目的;其次引导学生通过各种方法掌握建模必备的数学基础知识(如初等数学、高等数学等),向学生主要传授数学建模中常用的但学生尚未学过的方法,如图论方法、优化中若干方法、概率统计以及运筹学等方法。另外,在讲解计算机基本知识的基础上,针对建模特点,结合典型的建模题型,重点讲授一些实用数学软件(如Mathematica、Matlab、Lindo、Lingo、SPSS)的使用及一般性开发,尤其注意加强讲授同一数学模型可以用多个软件求解的问题。
2.建模的过程、方法。数学建模是一项非常具有创造性和挑战性的活动,不可能用一些条条框框规定出各种模型如何具体建立。但一般来说,建模主要涉及两个方面:第一,将实际问题转化为理论模型;第二,对理论模型进行计算和分析。简而言之,就是建立数学模型来解决各种实际问题的过程。这个过程可以用如下图1来表示。
为了使学生更快更好地了解建模过程、方法,我们可以借助图1所示对学生熟悉又感兴趣的一些模型(例如选取高等教育出版社2006年出版的《数学建模案例集》中的案例6:外语单词妙记法)进行剖析,让学生从中体验建模的过程、思想和方法。
3.常用算法的设计。建模与计算是数学模型的两大核心,当模型建立后,计算就成为解决问题的关键要素,而算法好坏将直接影响运算速度的快慢及答案的优劣。根据竞赛题型特点及前参赛获奖选手的心得体会,建议大家多用数学软件(Mathematica,Matlab,Maple,Lindo,Lingo,SPSS等)设计算法,这里列举常用的几种数学建模算法。
(1)蒙特卡罗算法(该算法又称随机性模拟算法,是通过计算机仿真来解决问题的算法,同时可以通过模拟可以来检验自己模型的正确性,是比赛时必用的方法,通常使用Mathematica、Matlab软件实现)。(2)数据拟合、参数估计、插值等数据处理算法(比赛中通常会遇到大量的数据需要处理,而处理数据的关键就在于这些算法,通常使用Matlab作为工具)。(3)线性规划、整数规划、多元规划、二次规划等规划类问题(建模竞赛大多数问题属于最优化问题,很多时候这些问题可以用数学规划算法来描述,通常使用Lindo、Lingo软件实现)。(4)图论算法(这类算法可以分为很多种,包括最短路、网络流、二分图等算法,涉及到图论的问题可以用这些方法解决,需要认真准备,通常使用Mathematica、Maple作为工具)。(5)动态规划、回溯搜索、分治算法、分支定界等计算机算法(这些算法是算法设计中比较常用的方法,很多场合可以用到竞赛中,通常使用Lingo软件实现)。(6)图象处理算法(赛题中有一类问题与图形有关,即使与图形无关,论文中也应该不乏图片的,这些图形如何展示以及如何处理就是需要解决的问题,通常使用Matlab进行处理)。
4.论文结构,写作特点和要求。答卷(论文)是竞赛活动成绩结晶的书面形式,是评定竞赛活动的成绩好坏、高低,获奖级别的惟一依据。因此,写好数学建模论文在竞赛活动中显得尤其重要,这也是参赛学生必须掌握的。为了使学生较好地掌握竞赛论文的撰写要领,我们的做法是:(1)要求同学们认真学习和掌握全国大学生数学建模竞赛组委会最新制定的论文格式要求且多阅读科技文献。(2)通过对历届建模竞赛的优秀论文(如以中国人民信息工程学院李开锋、赵玉磊、黄玉慧2004年获全国一等奖论文:奥运场馆周边的MS网络设计方案为范例)进行剖析,总结出建模论文的一般结构及写作要点,让学生去学习体会和摸索。(3)提供几个具有一定代表性的实际建模问题让学生进行论文撰写练习。
(二)培训方式、方法
1.尽可能让不同专业、能力、素质方面不同的三名学生组成小组,以利学科交叉、优势互补、充分磨合,达成默契,形成集体合力。
2.建模的基本概念和方法以及建模过程中常用的数学方法教师以案例教学为主;合适的数学软件的基本用法以及历届赛题的研讨以学生讨论、实践为主、教师指导为辅。
3.有目的有计划地安排学生走出课堂到现实生活中实地考察,丰富实际问题的背景知识,引导学生学会收集数据和处理数据的方法,培养学生建立数学模型解决实际问题的能力。
4.在培训班上,我们让学生以3人一组的形式针对建模案例就如何进行分析处理、如何提出合理假设、如何建模型及如何求解等进行研究与讨论,并安排读书报告。使同学们在经过“学模型”到“应用模型”再到“创造模型”的递进阶梯式训练后建模能力得到不断提高。
关键词:数学建模组织与培训;数学基础课程教学改革;教育模式
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)29-0278-03
全国大学生数学建模竞赛是由教育部高教司与中国工业与应用数学学会联合举办的一项全国性的基础学科竞赛,目的在于培养学生运用数学知识和方法来分析问题、解决问题进而处理实际问题的能力。特别是培养学生从实际问题中抽象出数学模型的能力、计算机编程能力、团队协作和科技论文写作能力,同时推动大学数学基础课的教学改革。这项赛事从1992年开始,全国各高校师生积极参与,竞赛的规模不断扩大,参赛学校从1992年的79所增加到2013年的1326所,参赛队数从1992年的314队增加到2013年的23339队。重庆理工大学从1995年开始组织学生参加全国大学生数学建模竞赛,取得优异成绩,到2013年累计获得全国一等奖13项,二等奖59项,重庆赛区组织奖4项,重庆赛区优秀指导教师23人次,竞赛成绩名列重庆赛区前列。本文根据我校多年的参赛经验,就数学建模竞赛的组织和培训做一总结和探讨。
一、数学建模竞赛组织
1.领导重视,经费落实。正如数学建模竞赛的宗旨是团队精神一样,我校从1995年开始参加数学建模竞赛起,历年来十分重视竞赛的组织工作;由教务处牵头成立了包括各二级学院副院长、教务处长的学科竞赛领导小组,负责竞赛的学生组织、培训和竞赛场地的协调及相关经费的落实等工作。由数学与统计学院为主成立数学建模竞赛教练组,承担竞赛的具体组织工作。学校主管教学的校长多次就数学建模竞赛有关工作做批示,指示要全力以赴做好数学建模竞赛各项工作,从经费上支持数学建模竞赛的开展,并询问各项工作的进展落实情况。竞赛和培训期间,校领导和教务处经常到培训和竞赛场地指导工作,听取参赛师生的意见,解决具体的困难和问题,同时各二级学院和相关单位也对竞赛的各方面如假期学生培训场地和学生住宿落实,图书资料借阅等方面提供支持,共同搞好竞赛组织与协调工作。
2.全面动员,广泛参与。数学建模竞赛的目的是培养学生创新思维和解决实际问题能力,提高人才素质,吸收更多的同学参加,让更多的同学受益。为了扩大数模竞赛在学生中的影响,最大范围地吸引学生参与该项赛事,我们主要开展了以下三方面的工作:①组建数学建模协会。从大一开始高等数学课教师就会在课程中向学生介绍全国大学生数学建模竞赛,同时在课程教学过程中引入数学建模的案例,使学生对数学建模竞赛有一个初步的认识。每年十一月通过数学建模协会大力宣传我校在历年竞赛中所取得的成绩,发展新会员,到目前为止,该协会已有600多位会员。派数模教练对协会工作进行指导。②组织全校性的报告会。邀请国内数学建模的专家进行有关数学建模的讲座。③采取各种手段和渠道宣传数学建模。为促进我校大学生数学建模竞赛的深入开展,学校制定了《重庆理工大学关于开展全国大学生数学建模竞赛活动的实施办法》、《校级数学建模竞赛章程》,对数学建模竞赛规则、组织形式和学生奖和组织奖的评奖方式等方面做出了具体的规定和要求,进行政策激励。通过以上活动的开展,吸引了许多优秀学生参加数学建模竞赛。
二、数学建模竞赛培训
由教务处和学校数学建模竞赛教练组负责竞赛的培训工作。具体流程如下:第一阶段:每年3~5月由教练组教练开设全院选修课《数学建模技巧》。讲解数学建模基础知识,激发学生对数学建模的兴趣。5月上旬举行重庆理工大学校级数学建模竞赛,通过竞赛选拔优秀学生参加第二阶段的培训。第二阶段:5月中旬~6月下旬,进行数学建模提高培训。完善学生的建模知识体系,增强学生数学修养,增强问题分析、建模和求解的综合能力。第三阶段:8月中旬~赛前,组织参加全国大学生数学建模竞赛的队员暑假强化培训。主要强化学生以下几方面的能力。
1.强化计算机编程和相关数学软件使用的能力。
2.强化学生从互联网获取资料的能力。
3.强化学生科技论文写作的能力,进行专门的培训和指导。
4.强化学生的团队协作能力。实践证明,队员之间配合的默契程度直接关系到竞赛的成功与否,通过模拟竞赛及答辩对三名参赛队员进行团队合作训练。
三、数学建模竞赛组织和培训的体会
1.数学建模竞赛提高了学生的创新精神和综合素质。数学建模竞赛的赛题工程技术、管理科学和社会热点问题简化而成,参加数学建模竞赛需要学生掌握数学建模的基础知识如微分方程模型、数学规划模型、概率模型、统计回归模型等,具备计算机编程能力和科研论文写作能力,因此数学建模竞赛本身就是学生综合能力提高的过程。数学建模竞赛由于它的竞赛赛题、组织形式和评判标准,适合培养有创新精神和综合素质人才的需要,收到广大学生的欢迎。学生们普遍反映,通过参加数学建模竞赛,提高了知识分析和解决实际问题的能力,培养学生的合作意识和团队精神。
2.推动了大学数学基础课程的教学改革。①教学思想和教学内容的改革。数学建模竞赛为大学数学基础课程教学改革找到了突破口。从大学数学教学思想上说,培养大学生的综合素质有两个方面:一是通过分析、逻辑推理或计算能够正确地求解数学问题,即对已有的数学模型用所学的数学知识进行求解;二是对所研究的实际问题,根据研究对象的特征,做必要、合理的简化假设,用数学语言描述研究对象的内在规律,建立实际问题的数学模型。将数学建模思想融入到大学数学基础课程的教学过程中是对加强对各方面能力培训的很好方法。因此在数学课程的教学过程中我们强调了数学建模思想的突出作用,注重从实际应用背景中引入数学的基本概念和基本定理,并强调用如何所授数学知识解决实际问题。②教学方法和手段的改革。教学方法上引入案例教学。具体的做法是给出实际问题的相关背景资料、带着所要解决的问题,讲解相关的数学理论和方法,再用此方法解决实际问题。选择案例的思路是:要有鲜明的教学目的性、趣味性、高度的拟真性、代表性,求解不太复杂。使学生从解决这些问题入手,从中体会应用数学知识解决实际问题的技巧和乐趣。教学手段上可采用多媒体教学。多媒体技术的运用,加大了信息量的传授,尤其是在案例教学方面。同时为了直观体验数学实验的过程与技巧,采用实验软件演示教学方法,形式直观、生动、易理解,提高了教学效果。③教师队伍建设。数学建模竞赛培训是一项涉及面广,劳动量庞大的工作,建设一支高水平、高素质的教师队伍是做好数学建模竞赛培训的保证,也是取得全国数学建模竞赛优异成绩的基础。我校从1995年组织学生参加全国大学生数学建模竞赛开始,先后有30多位教师参加了学校的数学建模竞赛教练组。通过组织学生参加数学建模竞赛,对学生进行赛前培训和赛后总结,使教练的学术水平、教学水平和科研能力得到了提高。建设了一支以中青年教师为骨干的优秀数学建模教练团队,为我校参加数学建模竞赛取得优异成绩做出了贡献。近年来,校数学建模竞赛教练组承担国家级和市级教改项目6项,发表教研论文30余篇,获得校级教学成果一等奖两项。
四、进一步的思考
1.如何使学生在后继课程的学习中,以及参加工作后在工作中继续发扬参加数学建模竞赛中所培养到的团结协作和创新精神,并开花结果?
2.如何构建一套适合普通工科院校教育特点数学建模教育模式,加大数学建模活动的受益面?
3.如何在不额外增加数学基础课程总学时的基础上,将数学建模的思想和方法有机地融入到大学数学基础课程的教学中去?
4.如何对参加全国竞赛的学生进行英语论文写作及建模水平的再培训,使学生在美国大学生数学建模竞赛中取得好成绩?
参考文献:
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关键词: DDS; 杂散; 背景噪声; 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
直接数字频率合成(DDS)是近些年迅速发展起来的一种新的频率合成技术,它具有频率转换速度快、频率分辨率高、输出相位连续、相位噪声低、频率稳定度高等突出优点,因而在各种通信系统中得到了越来越广泛的应用。但是,DDS的全数字结构也使得它有较大的输出杂散,这一缺点限制了其进一步的应用和发展,当前,杂散分析是DDS研究的一个重点。DDS的杂散有幅度量化、相位舍位、DAC的非理想特性等三个来源。由于幅度量化杂散(也称作背景噪声)信号的幅度通常远小于由相位舍位和DAC误差引起的杂散信号幅度,因而一直没有受到足够的重视,对幅度量化杂散的分析目前尚不多见,但是,幅度量化杂散作为三大杂散之一,对其进行系统分析具有重要的理论和工程上的意义。本文对幅度量化杂散信号分别从时域和频域进行了分析,得到了一些对DDS的应用有实际指导作用的规律性结论。
1 幅度量化杂散信号的时域分析
1.1 DDS的工作原理
DDS的工作原理框图如图1所示:
图1:DDS的工作原理框图
由原理框图可知,DDS由相位累加器、只读存储器ROM、数模转换器DAC及低通滤波器LPF等主要部分组成。图中K为频率控制字,N为相位累加器的位数,fc为时钟频率,M为相位累加器对ROM的寻址位数,L为二进制表示的ROM输出的幅值位数,f0为输出频率。DDS的工作过程为:频率控制字K在每一个时钟周期与相位累加器累加一次,得到的相位值被送到ROM中对其进行查表,ROM将相位值转换为与之对应的正弦幅度值,该数字化的幅度值序列经数模转换和低通滤波后得到所需的输出频率f0 。f0由fc和K 共同决定,它们之间的关系为:
f0 = fc· K
最小频率分辨率为:
= fc
由工作原理可知,DDS的杂散信号有三个来源:一、相位舍位。为了得到很高的频率分辨率,相位累加器的位数N通常做得很大,但由于受ROM存储能力的限制,用来寻址ROM的位数M要小于N,因而会引入相位舍位误差。二、幅度量化。任意一个幅度值要用无限长的比特流才能精确表示,而实际中ROM的输出位数L是个有限值,这就会产生幅度量化误差。三、DAC的非理想特性。DAC的有限分辨率、非线性特征及转换速率等非理想转换特性会影响DDS输出频谱的纯度,产生杂散分量。在DDS相位舍位杂散的分析上,国内外提出了杂散信号模型法和波形分析法,并已得出了较为成熟的结论,而关于幅度量化杂散方面的结论目前尚嫌不足,对幅度量化杂散的分析也就显得很有必要。
为了便于分析,首先定义:
且要求式中的和是互质的,于是有。根据相位累加器的工作原理,该DDS可以等效成一个相位累加器位数为,频率控制字为的DDS(为奇数)。等效后DDS的相位累加器舍去位数为B' = B-(B为实际DDS相位舍位的位数)。当 = m·(m为整数)时,B' ≤0,此时不存在相位舍位。
设时钟周期为Tc ,当不存在相位舍位时,在t = n Tc时刻,均匀量化条件下幅度量化杂散信号为:
存在相位舍位时,在t = n Tc时刻幅度量化杂散信号为:
相位舍位杂散信号为: 其中为相位舍位误差信号:
由(4)、(5)式可知, 的周期V = ,当为奇数时,V = (的典型值为32,48),此时的频谱在区间[0,fc)上有根谱线,表现为背景杂散。由于V值很大,要想精确求出每根谱线的频谱系数需对作V点的离散傅里叶变换(DFT),这是不现实的。分析时通常是将它看成是均匀分布的白噪声,用统计方法得到总信杂比为:
同相比,的周期要小得多,它对应的频率控制字为K = m·,其周期W = = 。可见,的频谱在区间[0,fc)上至多有根谱线(目前DDS芯片中M值的范围为8至15),其杂散能量较集中,可以通过作W点的DFT精确求出每根谱线的频谱系数,下面就对进行分析。
2 无相位舍位情况下幅度量化杂散信号的DFT分析
2.1 e(n)的DFT仿真
由于的周期W相对较小,对其作W点的离散傅里叶变换,精确分析其频谱是能够做到的。我们通过快速傅里叶变换(FFT)对的频谱进行了仿真,通过分析仿真结果得到如下结论:
一、e(n)的频谱特征
的频谱中只含奇次谐波,不含偶次谐波。而且,其能量在频域上呈集中分布,能量最大的杂散频点集中在输出频率f0最小的几个奇次谐波点处,即3f0,5f0,7f0……处。另外,的总杂散能量以及能量最大的杂散频点处的能量与X所取的具体值无关,它们是由L、I值决定的。进一步仿真还可以看出,的杂散总能量受I值的影响较小,主要由L值决定。 图2: e(n)的仿真频谱图
表1给出了不同I、L值情况下的总能量对应的信杂比。可以看出,杂散总能量基本上与I无关,主要由L决定。
表1:不同I、L值情况下的总信杂比(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、初始相位对e(n)谱值的影响
在的表达式中,我们假设了初始相位P为零;当它不为零时,等效后的初始相位为P = P/,它可能是整数,也可能是小数。当P 是整数时,各次谐波谱线的频谱系数模值同P 的具体取值无关;当P 是小数时,它对各次谐波谱线的频谱系数模值影响很小。仿真结果如表2:
表2: 初始相位不同时各次谐波谱线的频谱系数模值(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 仿真结论的理论验证
根据的表达式,并由X为奇数可以得出,在一个周期中前后两个半周期的对应值互为相反数,即=-,也就是说,是一个奇谐序列,因奇谐序列只含奇次谐波,故的频谱中只含f0 /,3f0 /,5f0 /…(-2)f0 /,f0 /,(+2)f0 /……等奇次谐波分量(f0 /是基频)。
另外,等效后的DDS在一个周期中的个相位采样值只能是的整数倍,即仅在,2·,3·……·中取值,且每个值只能被取一次,只是当X值不同时,取值的顺序有所不同;相应地,在一个周期内的个取值也是确定的,X只决定取值顺序,因而,X值的变化不影响的总能量,它是由I和L决定的。还可以进一步证明,在I和L确定的情况下,当X不同时,频谱中一个周期内的根谱线是一一对应相同的,只是谱线的分布有所不同。
至于等效后的初始相位P 对频谱的影响,根据上面分析,当P 是整数时,一个周期中的个相位采样值仍只能是的整数倍,而且在I、L和X的值都确定的情况下,在一个周期内的个取值以及值的排列顺序也都是确定的,只是当P 的值不同时,序列的起始值是不同的,这种起始值的不同相当于信号在时域上的平移,根据时频对应关系,时域平移不影响频谱系数的模值。当P 是小数时,一个周期中的个相位采样值不再是的整数倍,而是随P 值变化的,相应地,的频谱也会随P 的变化而有所不同。
关键词 数学建模 协会 创新精神
中图分类号:O29 文献标识码:A
0 引言
由教育部和中国工业与应用数学学会联合组织的全国大学生数学建模竞赛已成功举办了20届,这项赛事已发展成为我国目前规模最大、影响最大的大学生课外科技竞赛活动。数学建模竞赛活动对学生创新思维的培养和实践能力的提高具有很大的推进作用。
目前,我校学生参加数学建模活动已蔚然成风,每年有300多位学生参加全国大学生数学建模竞赛、全国研究生数学建模竞赛、数学中国数学建模网络挑战杯等数学建模活动,学生在参加数学建模活动的过程中,数学建模意识不断提高,许多人考上了硕士、博士研究生。从事教学工作的同学,注重培养学生应用数学思想方法去发现、分析、解决问题,促进了数学的教学改革,其中有20多位是高校数学老师,他们已成为所在高校数学建模的骨干老师,有的被评为全国大学生数学建模竞赛优秀指导老师,有的被评为全国大学生数学建模竞赛广西赛区优秀指导老师。这一成绩的取得与数学建模协会日常开展的活动是分不开的。
1 数学建模协会简介
我校数学建模协会的前身是广西师范学院数学科学学院(数学与计算机科学系)学生会科协数学建模分会,从1995年开始组队参加全国大学生数学建模竞赛,经过十多届科学生会科协会员的不懈努力,数学科学学院学生会科协数学建模分会发展成为广西师范学院数学建模协会。数学建模协会的理念是“以团队精神、创新意识为灵魂”;宗旨是“致力于活跃学校的社团活动,营造学术氛围”;活动方针“是宣传数模,发展数模,强我数模,让大多数人了解数模,为数模爱好者提供一个展示才华的舞台”;目标是“营造农厚的数学建模氛围,提高数学建模能力和创新能力”。
2 数学建模协会是广大学子的良师益友
数学建模协会在日常的活动中吸收全校数学建模爱好者,组织开展一系列与数学建模有关的活动,对会员进行数学建模的长期指导和培训,为会员进行经验交流提供平台,提高会员对数学建模的认识,树立团队合作精神,让会员的数学建模能力在日常的活动中能循序渐进地提高。会员们在活动中受益匪浅,都把数学建模协会当作自己良师益友。
3 数学建模协会出奇招,数学建模活动氛围浓厚
(1)开设讲座。数学建模协会请全国大学生数学建模竞赛优秀指导老师、 全国大学生数学建模竞赛广西赛区优秀指导老师来给会员们做学术讲座,老师们通俗易懂的讲解,大大提高了会员对数学建模的兴趣,激发和鼓舞会员们主动查阅数学建模的文献资料,开展数学建模问题的讨论、辩论。
(2)以老带新。已参加过全国大学生建模竞赛的师兄、师姐们积极主动对新会员进行培训,培训内容大多数是启发性的,讲一些基本的概念和方法,主要是引导同学们自己去学,充分调动同学们的积极性,充分挖掘同学们的潜能。培训中广泛地采用讨论班方式,同学自己报告、讨论、辩论,了解要使用计算机及相应的软件,如Matlab,Lingo,Spss,甚至排版软件等。
(3)观摩成果展。在每年的学校社团文化艺术节中,展现历届师兄、师姐们在数学建模比赛中取得的优异成绩以及他们走上工作岗位后的风采,营造一种生动活泼的文化环境和学术气氛,让同学们更深入地了解数学建模,主动发扬刻苦钻研、努力拼搏的精神。
(4)建立网站。建立校园数学建模网站,宣传数学建模的有关知识,展示历年全国大学生数学建模竞赛试题和优秀论文,让同学们更加近距离接触数学建模竞赛。同时,在网站上给学生们提供有关数学建模的书籍、网址,方便同学们自主学习;在日常的数学建模学习过程中,如果同学们有什么疑难问题,可以以留帖子的方式咨询、请教;同学们也可以通过校园数学建模的网站相互沟通、交流,相互探讨、研究。
(5)校际合作交流。我校数学建模协会时常与其他高校数学建模协会进行学术交流,其中包括广西财经学院数学建模协会、广西电力职业技术学院数学建模协会、广西教育学院数学建模协会。具体的做法是先由各高校代表介绍各自的特色活动,发展中遇到的困难以及对未来的计划,随后讨论各高校数学建模协会今后的交流与合作可能会遇到的问题以及应采取的措施。各协会一致表示,万事开头难,要有克服困难的信心。各高校数学建模协间的合作与交流不仅是为了建立数学建模联盟,更希望各高校数学建模协会能取长补短,为数学爱好者提供更好的学习交流平台。与区内其兄弟院校协会的合作与交流,促进了我校数学建模学会的发展。
(6)开展数学建模知识竞赛。现代教育思想的核心是培养学生创新意识及能力,而能力是在知识的教学和技能的训练中,通过有意识地培养而得到发展的。教学中,数学建模方法和思想的融入,有助于激发学生的原创性冲动,唤醒学生进行创造性工作的意识,开展数学建模知识竞赛,学生要从错综复杂的实际问题中,抓住问题的要点,并将问题中的联系归成一类,揭示出它们的本质特征,找出解决问题的重点与难点,自觉地运用所给问题的条件寻求解决问题的最佳方案和途径,这一过程能充分发挥学生丰富的想象力和创新能力。
(7)环保展板宣传。为配合环保局的低碳宣传,我们协会以数学建模知识为基础,建立模型来对环保知识进行宣传,这一活动让同学们了解到数学建模的生活性、广泛性、实用性,大大地丰富了同学们的知识面,开拓了同学们在数学方面的视野,充分调动了同学们的学习积极性,激发了同学们的创造性思维。
高职高专数学建模教学改革从1992年举办首届数学建模竞赛至今,数学建模活动已经在全国各高校,特别是在本科院校中得到了蓬勃发展,培养了一大批富有创新观念和实践能力的优秀本科生,推动了本科院校的教学改革。然而,数学建模在高职高专院校只是刚刚起步,有许多问题尚需研究解决。同时,我国高职院校对数学建模作用的认识不深,对数学建模活动的开展、数学建模竞赛的组织等都缺乏经验。本文根据自己参赛的成功经验,对高职学院开展数学建模活动进行探索,并提出了一些建议和看法。
一、高职院校开展数学建模活动的重要意义
数学建模对于提高学生运用数学和计算机技术解决实际问题的能力,培养创新与实践能力,培养团结合作精神,全面提高学生的素质具有非常积极的意义,同时,也对教学改革起到了重要的促进作用。
(一)数学建模活动是高职高专院校培养应用型人才的需要
数学建模活动重在实践与应用。从问题分析到模型建立、从模型求解到结果分析、从模型评价到应用前景展望,既没有固定的模式可循,也没有现成的方法可套用。参赛学生必须经历问题分析、查找资料、调查研究、筛选研究方法、建立模型、利用计算机及数学软件求解、完成论文的过程。不仅培养学生运用数学知识分析和解决实际问题的能力,同时,可以充分模拟学生毕业后参加实际工作的情况。数学建模对于高职院校培养创新型应用人才具有深远意义。
(二)开展数学建模活动是提高高职高专学生综合素质的需要
数学建模竞赛和教学对提高学生的综合素质具有重要作用,是对学生能力和素质的全面培养,既丰富、活跃了学生的课外活动。通过总结近几年的经验,发现以下几点值得肯定:(1)学生应用数学进行分析、推理、计算的能力得到大大提高;(2)学生应用计算机、数学软件能力大大提高;(3)培养了学生独立查找文献、在短时间内消化、阅读、应用的能力;(4)培养和发展了学生的创造力、想象力;(5)培养了学生组织、管理、协调、合作能力;(6)培养了学生的交流、表达和写作能力;(7)培养了竞赛意识、坚强的意志力;(8)培养了学生自律、“慎独”的优秀品质。
(三)开展数学建模活动是高职高专数学教学改革的需要
高职数学教育本身面临的问题,就是教学内容与教学时数的矛盾问题,即如何在较少时间里让学生掌握必需而够用的数学知识;另一个问题,就是教学内容与实用性有机结合的问题。高职数学课程的教学改革应以突出数学的应用性为主要突破点。高职数学课程的一个重要任务就是培养学生用数学原理和方法解决实际问题的能力。在这些问题上,数学建模是一个可以选择的解决途径,是一个突破点,抓住了这个突破点,可以牵一发而动全身,进而推动高职数学课程教学改革。
二、高职院校数学建模竞赛的组织与培训
数学建模活动在本科院校已经开展了很多年,本科院校对数学建模竞赛的组织与培训工作有了有效的模式和成功经验。高职高专院校由于参加数学建模活动时间较短,各方面的工作还处在摸索当中。同时,由于高职学生的基本功较差,数学课课时较少,使得高职院校数学建模竞赛的组织与培训也有别于普通本科院校。下面结合我院的成功经验,从三个方面介绍我院在数学建模培训与组织中的一些做法、体会和收获。
(一)认识到位,重视到位,宣传到位
认识到位,主要是指对数学建模的意义和重要性的认识到位。数学建模竞赛涉及面广,通过数学建模竞赛不仅可以检测出一个学校学生的综合能力、综合素质和创新能力,也可检测出一个学校的综合办学能力和在办学过程中存在的问题。基于此,数学建模活动的开展得到了教育部的高度重视,将其作为衡量高校教学质量、人才培养水平、反映学生综合素质的重要标准。这也是国内、国际数学建模竞赛日益红火的重要原因。不仅要对数学建模竞赛认识到位,还要重视到位。数学建模竞赛的培训和组织工作是一项系统工程,需要投入大量人力、物力、财力,涉及各个部门,需要学校领导的支持、协调和重视。
初次接触数学建模的学生对它的认识比较肤浅、模糊,所以,需要宣传到位。主要可以从以下几个方面入手:(1)高数任课教师在教学过程中介绍数模活动;(2)通过校报、广播、墙报等媒介宣传数模活动;(3)举办数学建模普及讲座;(4)介绍数学建模知识,刊登参赛学生体会;实践证明,这种立体化的宣传方式,可以吸引众多优秀学生参加数学建模,为数学建模活动的开展打下良好基础。
(二)数学建模培训
高职院校学生数学基础薄弱,绝大部分学生从没接触过数学建模知识,需要对他们进行系统化培训。针对这些特点,我们合理地制定了培训计划,并分阶段实施:
第一阶段(上半年)为初级培训阶段。这一阶段主要在周末进行,内容包括开设有关数学应用专题讲座,初步树立学生的数学应用意识,针对基础差的学生,还应补充数学基础知识,主要是线性代数和概率论知识。据统计,从数模竞赛开赛至今,70%的赛题为优化类或者需要运用优化理论的题目,所以,这一阶段的另一个重要培训内容就是优化建模与数学规划理论。
第二阶段(暑期)为暑期集训阶段。数学建模涉及众多数学分支和多种建模方法。这一阶段,我们采用专题化的培训方法,把培训内容分为若干联系而又相对独立的专题,按需施教,并在每一个专题培训后安排与其相关的建模问题,学用结合,使学生快速掌握建模知识和建模方法。具体安排如下:
第三阶段,为模拟实战与案例分析阶段。这一阶段,主要选择历年真题对学生进行实战模拟,完全按照竞赛的实际要求,令学生在三天内交出论文。其目的是使学生在教练的论文点评与案例分析指导下,不断发现和改正存在的问题,全面提高建模水平,掌握应赛的必要技巧。
(三)数学建模组赛
数学建模的组赛也是一项系统的工作,涉及方方面面和各个部门。
报名与队员选拔。数学建模需要长期积累,报名以学生自愿为主,数学任课教师推荐为辅,要求报名的学生具有较好的数学基础,有自我提高的要求,有较好的纪律性等。在学生自愿报名后,教练组要根据学生在校表现、高数课程的学习情况等,确定参加数学建模培训的学员,以降低培训中学员的流失率,选拔优秀学员。我校的做法是:在报名初期做一次初步筛选,入选的学生进入数学建模第一阶段的初级培训,根据学员数学规划课程的成绩,选拔进入集训的学员。集训后,根据其建模能力和综合素质,选拔进入第三阶段培训的学员。最后,在第三阶段中期,根据学生模拟实战的表现情况最终确定参赛队员。后勤保障培训期间,指导教师和培训学员都必须全身心投入其中;竞赛期间,学生除了吃饭以及少量的休息时间外,要把所有的精力全部放到建模上。这就要求有关部门有坚强的后勤保障,让教师和学生没有后顾之忧。在后勤保障方面,我校的做法是:由基础部负责具体实施,各相关部门大力配合,为保证竞赛活动顺利进行,学院每年拨出专款为竞赛购置必要的设备及所需教材、资料等,为数学建模竞赛活动提供可靠的经费保证。学院为每支参赛队伍配备三台计算机。实践证明,我院取得的优异成绩与领导的重视、各部门的支持是分不开的。
三、以数学建模为切入点推动高职数学教学改革
(一)以数学建模为切入点推动高职数学教学内容和教学方法的改革
目前,高职数学的教学内容基本沿袭了经典数学的三大块:微积分、线性代数、概率论与数理统计。这些内容都是单纯的数学理论,缺乏与实际问题的结合,并且游离于专业课之外,不仅不能引起学生的学习兴趣,而且也是专业系部压缩数学课时的因素之一。教师的教学方法也只是注重数学知识的灌输,教师讲解、教师设问、教师给出标准答案,只管教不管懂,这种常规的“填鸭”式教学方法很难调动学生学习数学的热情和积极性。
高职教育是培养高等应用型技术人才的教育。因此,高职数学的教学内容应充分体现“以应用为目的,以必需、够用为度”的原则,并将其作为专业课程的基础,强调其应用性以及解决实际问题的自觉性。一方面,可以进一步扩大数学建模的受益面,有条件的情况下可以开设《数学建模》与《数学实验》课程,系统介绍数学建模的思想方法以及数学软件的使用方法;另一方面,可以在高职数学教学中融入数学建模思想,将一些实际问题引入教学内容,利用一定的课时讲解浅易的数学建模,以增强数学内容的应用性、实践性、趣味性。在教学方法上,应注重理论联系实际,注重将数学的应用贯穿于教学始终,提倡“启发式”“互动式”的教学模式,采用多媒体、数学实验等多种形式。
(二)以数学建模为切入点推动高职数学教学手段和教学工具的改革
随着现代科学技术的飞速发展,数学的应用领域日益广泛。数学建模的赛题都是一些经过适当简化加工的实际问题,这些问题为数学知识的应用提供了很好的实例。这些实例能使学生认识到数学如何有用,进而深入了解数学应用的方法和技巧。在数学建模中,为了求得模型的解,必须使用计算机和相关数学软件,数学应用与计算机已紧密结合。传统的教学手段――一支粉笔、一块黑板,已不适应数学的发展和应用,计算机进入数学教学势在必行。首先,可以在数学教学手段上引入多媒体教学,提高学生学习数学的兴趣;其次,在教学工具上引入数学软件求解数学问题,采用数学实验课的形式,促进数学与计算机的结合。
目前,高职院校只有少数人参与数学建模活动,而且大部分高职院校只是为了竞赛而开展这项活动。对于如何扩大受益面的问题,本专科院校做了一些有益探索,如开设数学实验课程或数学建模课程,但对于学制较短、职业性较强的高职院校来说,能否借鉴他们的经验开设选修课,如何开设并安排数学建模的教学内容等,仍是有待解决的课题。
数学建模提供的教学、培训模式和竞赛方式,在成绩较好的学生中取得了良好效果,但对于基础较差的学生却是一项高难度活动。因此,需要在实践过程中不断探索适用于高职院校所有学生的数学建模。
参考文献:
[1]何文阁.在高职院校开展数学建模活动的意义与实践[J].中国职业技术教育,2005,(9):40.
[2]张纬民.对数学建模竞赛实施的点滴探索与认识[J].大学数学,2010,(3):33-34.
关键词:结构方程模型;研究生;满意度
中图分类号:G643 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2012)18-0314-02
0 引言
研究生教育是高等教育中最高层次的教育,承担着培养高层次学术研究与专门人才的重任。广大研究生作为研究生教育服务的直接“消费者”,其满意度评价应该是评价研究生教育服务质量的重要依据。
我国学者在研究生满意度研究方面,不再局限于办学条件等硬性指标,而是将指标体系扩展到校园文化、师生关系等软性指标。如陈冬梅认为影响硕士研究生教育质量的学校内部因素分为导师因素、课程体系因素、教育经费和科研环境因素与管理体制因素[1]。然而,无论在理论上还是实证研究上,研究生满意度研究仍然偏少,在量表的设计上差异也较大。本文将工商领域的顾客满意理论移植到研究生教育服务质量管理领域,尝试用结构方程的建模方法构建研究生满意度指数模型。
1 研究生满意度影响因素分析
研究生对教育服务质量的满意度评价,这种评价是研究生将其对高校教育服务的期望与高校实际提供的服务相比较后得出的,其实质是研究生对教育服务质量的期望值与实际经历之间的总体差距。可见,影响研究生感知绩效的因素主要有三项:即研究生对教育服务质量的预期、对经历过的教育服务的实际感知、体验过服务后形成的感知价值。
1.1 研究生对教育服务质量的期望 研究生对教育服务质量的期望是指研究生希望通过研究生阶段的学习,能够达到的目的以及希望得到的结果。期望来自于研究生过去在学校享受过的服务体验以及亲戚、朋友、同学之间的各种言论,并要受到培养单位知名度的影响。
一般,研究生的需求和期望大致有:能够为研究生提供学业上帮助的高水平的师资力量;适合自身发展的专业方向;优良的校园环境以及后勤保障设施;良好的就业出路;丰富的教育资源。
1.2 研究生所感知的教育服务质量 研究生所感知的教育服务质量是指研究生在接受高校提供的教育、生活等方面服务之后,对高校的教育服务质量做出的整体判断,这种整体判断要受到研究生本人知识、经验、情感等因素的影响。
本文从投入质量、过程质量与结果质量这三个层面分析感知质量。其中,投入质量指的是高校在开展研究生教育之前就已存在的各种客观实体。如各种生活与科研设施、师资力量等。过程质量指的是在接受教育过程中,研究生对所接受到的所有接触做出的感知评估。包括与导师、授课教师的交流,与行政人员、后勤工作人员的接触、以及教职工对其的关心程度、所体验到的学校校风、学风等软环境。结果质量,指的是学生对于接受高等教育服务后总的感知收获与能力的提高。
1.3 研究生对教育服务质量的感知价值 研究生感知价值指研究生在求学经历中所感知到的收获与其付出的成本进行权衡后,对研究生教育服务的整体评价。其中,感知收获可以是研究生知识、能力、素质的提高,人力资本的增值;付出的成本包括直接成本和机会成本。直接成本指研究生为学习付出的学费、时间与精力;机会成本指研究生为学习而失去的工作机会、收入所得等。
2 模型构建
结构方程模型(Structural Equation Model,简称SEM)是20世纪60、70年代出现的新兴的统计分析手段,它在心理学、社会学和管理学等领域得到了广泛的应用,被称为统计学三大发展之一。
结构方程模型包括两个部分:结构模型和测量模型。测量模型描述的是潜在变量如何被相对应的观察变量所测量或概念化,结构模型指的是潜在变量之间的关系。结构模型的构建包括潜在变量的选取及潜在变量之间关系的建立两个部分。
2.1 潜在变量的选取 借鉴当前高校学生满意度测评的相关研究成果,结合上文中关于研究生满意度影响因素分析,选取指数模型中潜在变量及相应的观察变量。
2.1.1 学校形象 高校的历史成就及社会对学校做出的综合评价是学生顾客选择是否进校的重要参考因素。学校形象一般选择学校历史、知名度、发展定位等指标来衡量。本文选取“学校整体形象”、“特色教育”等4个观察变量来测量“学校形象”这一潜在变量。
2.1.2 学生期望 根据上文中“研究生对教育服务质量的预期”的分析,选取“对教育服务的整体期望”、“对科研设施的期望”等5个观察变量组成该潜在变量。
2.1.3 感知质量 感知质量的观察变量的选取是整个满意度测评的核心。曾青霞将高等教育服务划分为教学质量、校园生活等五项[2];王欣欣将高等教育服务质量定义为投入质量、过程质量以及产出质量三大维度[3]。本文借鉴以上两位学者的研究成果,经探索性因子分析,将感知质量的33个观察变量归纳为4个二阶变量,分别为“物质资源”、“校园环境”、“结果质量”。
其中,“物质资源”由“图书信息资源的丰富性、易获得性”、“实验室条件的完备性、先进性”等7个观察变量构成;“师资力量”由“导师的学术水平”、“导师责任心”等8个观察变量构成;“校园环境”由“学生表达意见的通畅性”、“校园学术氛围”等14个观察变量构成,“结果质量”由“我的能力、素质有了提高”、“我在学习期间收获了很多快乐”等4个观察变量构成。
2.1.4 感知价值 林卉将学生感知价值的维度设计成:相对所支付的学校费用(学费及相应的费用)下,对学校服务质量的评价;相对所接受的学校服务质量的水平下,对学校收费(学费及相应的费用)的评价两个维度[4]。本文认为:研究生所感知的价值除了看得见的学费、住宿费等看得见的直接成本外,还应包括因学习而失去的工作机会、工作收入等看不见的间接成本。根据上文中对感知价值的分析,以“与我付出的费用相比、我认为是值得的”、“与我付出的时间、努力和精力相比,我认为是值得的”、“与我因学习而失去的工作机会相比,我认为是值得的”3个观察变量来测量感知价值。
2.1.5 学生满意 顾客满意一般从整体满意程度、与期望值的差距、和理想点的距离3个方面来衡量。参照通用做法,本文设计了“对学校的整体满意程度”、“与期望相比的满意程度”、“与理想中的学校相比的满意程度”3个观察变量。
2.1.6 学生忠诚 学生忠诚指学生对学校提供的教育、生活等方面服务满意时,选择母校继续深造或向他人推荐母校及以后支持母校建设与发展等行为。本文将学生忠诚的观察变量设为“深造再选择”、“向他人推荐”、“与母校保持长久联系”、“支持母校发展建设”等4个。
2.2 潜在变量因果关系假设 选取潜在变量之后,结构模型的建立需要界定各潜在变量之间的关系,从而建立起初始假设模型。
2.2.1 学校形象与相关变量的关系 学校形象通过对学生期望产生直接作用,再由学生期望对学生感知质量产生直接作用,来完成对感知质量的间接作用。同时,学校形象越好、知名度越高、它在学生心目中的效价就越高,学生对学校的满意度就越高,因此,学校形象对学生满意也存在着直接影响。对于企业形象与顾客忠诚之间的确切关系,到目前为止,学术界没有定论。有证据证明存在企业形象到顾客忠诚的直接影响,但也有证据证明这种形象是通过企业形象顾客满意顾客忠诚这条间接路径完成。本文提出如下假设H1:学校形象对学生忠诚具有直接正向影响;H2:学校形象对学生满意具有直接正向影响;H3:学校形象对学生忠诚具有直接正向影响。
2.2.2 学生期望与相关变量的关系 大量的研究表明,顾客期望对感知质量存在正向影响。同时,假设学生期望对感知价值也存在直接正向影响。对于期望与顾客满意之间的关系,大部分学者认为期望的这种预测功能意味着公众(学生)期望对公众(学生)满意具有积极的作用,因此,本文假设H4:学生期望对感知质量具有直接正向影响;H5:学生期望对感知价值具有直接正向影响;H6:学生期望对学生满意具有直接正向影响。
2.2.3 感知质量与相关变量的关系 学生将实际感知质量与付出的成本相比较,形成学生感知价值,因此,感知质量是感知价值的前置因素。同时,学生感觉到的服务质量好,学生就满意。本文采用国际主流国家顾客满意度指数模型通行的做法,将感知质量作为顾客满意的前置因素。假设H7:感知质量对感知价值具有直接正向影响;H8:感知质量对学生满意具有直接正向影响。
并且,为了在验证感知质量对学生满意的同时,明确哪些因素对感知质量起着至关重要的作用,以便为学校指明行动的方向,为其制定具体策略提供依据,本文还设置了“物质资源”、“师资力量”、“校园环境”、“结果质量”4个变量,感知质量对它们产生直接正向影响,并假设H11:感知质量对物质资源具有直接正向影响;H12:感知质量对师资力量具有直接正向影响;H13:感知质量对校园环境具有直接正向影响;H14:感知质量对结果变量产生直接正向影响。
2.2.4 感知价值与相关变量的关系 感知价值在体验研究生教育服务中产生,感知价值高势必带来高的满意度,反之则相反。因此,感知价值必然是学生满意的前因。本文假设H9:感知价值对学生满意存在直接正向影响关系。
2.2.5 学生满意与相关变量的关系 关于顾客满意与顾客忠诚之间的关系,很多文献都进行了分析。Aderson&Sullivan(1993)发现顾客满意正向影响重复购买意图[5]。从本文来看,只有学生满意了,才有可能向他人推荐母校、支持母校建设等。因此,本文假设H10:学生满意对学生忠诚具有直接正向影响。
2.3 研究生满意度指数模型构建 根据上文对研究生满意度影响因素的分析,本文应用结构方程的建模方法构建了研究生满意度指数模型(图1)。
该模型包含了10个基本结构变量,即学校形象、学生期望、感知质量、感知价值、学生满意、学生忠诚、物质资源、师资力量、校园环境、结果质量,这样经过一次调查既可以得到宏观的满意度数据,又可以得到微观的质量改进信息。
模型中结构变量之间的假设关系为:学校形象为外生变量,它对学生期望、学生满意、学生忠诚产生直接正向影响;学生期望对感知质量、感知价值、学生满意产生直接正向影响;感知质量对感知价值与学生满意产生直接正向影响,感知价值对顾客满意产生直接正向影响,学生满意的后置因素是学生忠诚,学生满意对学生忠诚产生直接正向影响。此外,对感知质量对四个质量因子产生直接正向影响。
3 存在的不足及未来研究方向
由于条件所限,本文仅分析了影响研究生满意度的因素,构建了研究生满意度指数模型,并没有对模型进行实证研究,开展实证研究,检验所构建模型的合理性并进行满意度测评,是未来继续研究的方向。
参考文献:
[1]黎军,陈冬梅.影响硕士研究生教育质量的学校内部因素[J].中南林业科技大学学报(社会科学版),2009(7):166-168.
[2]曾青霞.大学生满意度测评体系研究[D].硕士论文,2009.
[3]王欣欣.我国高等教育服务质量统计评价——基于学生满意度研究[D].硕士论文,2009.
一、在高中开展数学建模教学的重要意义
1. 开展数学建模教学的对提升学生能力的作用
数学建模体现了数学学以致用的特点,对学生能力的培养具有重要作用.首先,开展建模教学可提高学生的思维能力.模型的建立通过思维的分析,促进学生从感性认识上升到理性认识,能够提高学生的抽象思维能力.其次,提高学生的自学能力.现实问题是多种多样的,在数学建模教学中,教师提供给学生的只能是解决问题的大致思想和方法,许多东西还得靠学生自己去消化和领悟,这有助于学生自学能力的形成.再次,培养学生分析问题和解决问题的能力.学生通过实践,能够运用所学解决实际问题.最后,提高学生的创新能力.数学模型的建立需要学生运用数学方法,不断加工和分析所掌握的材料,大胆猜想,提出假设,这是一个探究的过程,在这个过程中,学生的创造力得到提升.
2.开展数学建模教学对教育改革的意义
中国学生理论知识丰富,动手能力却不足,这已经成为不争的事实.不知何时起,我们的数学课教学逐渐远离了现实生活,其终极目标只剩下解题,而这些被求解的题目都被理想化了,理论性强却与实际脱节.许多学生甚至教师也越来越困惑,不知道学数学是为了什么.理论联系实际,成为教育改革的最大呼声.数学建模关注生活,与生活密切联系,能够解决实际问题,并极大地调动学生的学习兴趣和积极性.在欧、美、日等发达国家,数学建模活动已经走进基础教育,国际数学界也呼吁采用数学建模活动来推动数学教育改革,我国也开始意识到数学建模对于数学的重大意义,在高中教学大纲中明确提出要“能初步运用数学模型,解决实际问题”.这不仅是高中数学教育改革的需要,也是数学本身发展的需要,更是社会的需要.
二、数学建模的概念及实施过程
数学模型是在人们对课题本质进行细致深入地观察和研究之后,巧妙灵活地运用数学符号、数学式子、数学图形、表格和程序等,抽象简洁地刻画出事物的本质,揭示其内在规律,它既能解释某一现象,又能预测其发展方向,并能为某一现象的发展提供策略.建立数学模型的过程就是数学建模.数学建模是一种数学思考方法,是沟通数学知识和数学应用的桥梁,是运用数学知识解决现实问题的强有力的手段.数学建模的实施过程有以下几个部分.
1.模型准备
即了解问题的实际背景,明确建模的目的和意义,掌握必要的信息,用数学语言来描述研究对象.
2.模型假设
根据问题的特征及建模的目的,合理简化问题,使用精准的语言,对其进行恰当假设.
3.模型建立
以模型假设为依据,适当采用尽可能简单的数学工具,建立各变量之间的数学关系,形成相应的数学结构,建立初步的数学模型.
4.模型求解
根据获取的数据资料,利用一定的数学知识和数学方法,解出数学模型,得出结论.
5.模型分析
从数学上分析模型求解的结果,有时需要根据情况对结果做出某种预测,或选出最佳决策等.
6.模型检验
把得到的结论同实际的情况进行对比,放到实际中去检验,以辨别它的真伪性,模型正确,则计算他的结果,解释其含义;模型错误,则回到模型假设,重新建立模型.
7.模型应用
其方式因模型的目的而异.
三、如何将数学建模融入高中教学
数学建模虽然有基本的实施过程,但却不是机械地套用固定的程序,而是有赖于建模活动的层层深入和各方面综合能力的提高.数学建模能力的形成不是一朝一夕的,需要长时间的渗透和积累.这就需要教师在高中阶段,将数学建模融入日常教学.
1.根据课本内容,在课堂教学的部分环节中“切入”数学建模的内容
所谓“切入”就是将数学建模过程分解成一些较小的部分,渗透到正常教学的部分环节.比如在讲到椭圆的知识时,我们就可以巧妙地穿插一些数学建模内容――以太阳为焦点,行星环绕着太阳运行,它所形成的轨道就相当于一个椭圆――这样就可以让学生通过资料的查找,列出有关行星轨道的椭圆方程.建模“切入”的内容,必须要和正常的教学内容挂钩,通过建模,加深学生对课本知识的理解和掌握.高中课堂教学内容,可以建立以下几种模型.
(1)方程或不等式模型.如现实中的最优化问题可划归为函数最大、最小值问题,生产规划、人口控制等可以归结为不等式的模型;
(2)三角函数模型.与三角函数有关的如电流、声波、航线、视角等问题,都可以通过建立三角函数模型来解决.
(3)数列模型.数列是一种特殊的函数,广泛应用于生活中的各个领域,如经济中的涨幅问题、利息问题、银行存贷款问题,生物学中的细胞分裂问题,环境保护中的森林覆盖率问题等.
(4)几何模型.涉及几何图形的问题,如地球经纬度、人造卫星轨道问题、体积和容量问题、桥梁问题、建筑和航行问题等.
(5)概率模型.概率问题涉及的有中奖问题、掷币问题、获胜问题、风险决策、评估预测等,内容也十分广泛.在课堂教学的部分环节中“切入”数学建模的内容,能够打破课堂的枯燥,调动和激发学生探索的兴趣和热情,以便更好地完成教学目标.
2.精心设计贴近学生的数学建模课程,引导学生建模思想
要想让学生更易于接受建模思维,掌握建模方法,就需要结合学生的特点,根据学生所掌握的知识结构、兴趣爱好及其思维发展的特点,精心组织数学建模课程.例如,磁带是我们生活中经常用到的,我们从它身可以上挖掘出许多值得探究的问题,这既不需要太多的专业知识,同时也符合学生的兴趣.
3. 激发学生的建模热情,提高学生的建模能力
首先,要关注社会热点,在日常教学中融入现实问题.
将数学生活化,促使学生运用所学知识解决实际问题,这是数学建模教学的重要目标.在数学建模的日常教学时,可选择与一些社会热点相结合,以体现数学的应用的广泛性.例如,蔬菜等作物的农药残留问题,曾引起人们的广泛关注.以此为例,探讨高中建模教学的实施.问题:将小白菜上的残留农药用一盆水清洗干净, 是用一盆水清洗一次好,还是把水分成两份,分两次清洗好?让学生根据“模型准备――模型假设――模型建立――模型求解――模型分析――模型检验――模型应用”完成建模过程,强化学生的数学建模能力.
其次,开展课外活动,加强学生的实践能力.
关键词:线性调频信号,产生方法,压缩方法
线性调频信号具有非线性相位谱,能够获得较大的时宽带宽积;与其它脉压信号相比,很容易用数字技术产生,且技术上比较成熟;所用的匹配滤波器对回波信号的多卜勒频移不敏感,因而可以用一个匹配滤波器处理具有不同多卜勒频移的回波信号。这将大大简化信号处理系统,因此它在工程中得到了广泛的应用。采用这种信号的雷达可以同时获得远的作用距离和高的距离分辨率。
一、线性调频信号的产生方法
随着数字技术的发展,以前由模拟方法完成的许多功能逐渐被数字方法所取代,复杂的雷达信号的产生也基本完成了由模拟技术到数字技术的质的转变。因为与模拟方法相比,数字方法具有灵活性好、可靠性高、失真补偿方便,及易于实现相参等明显优越性,现己成为产生高性能线性调频信号的主要方法。数字方法产生线性调频信号的方法主要包括两种,波形存储直读法和直接数字合成法(DDS)。
波形存储直读法是一种经典的基带信号产生方法。它是预先根据采用频率、基带带宽、时宽等信号参数,通过线性调频信号的数学表达式分别计算出两路正交信号的采样值,按照顺序预先写入高速内存中。通过对采用时钟进行计数而顺序产生高速内存译码地址,依次从高速内存中读出预先写入的两路正交信号的采样值。I、Q两路分别经过数模变换、低通滤波产生两路正交线性调频基带信号。这种方法具有原理简单、成本低廉、对器件依赖小等优点,并具有较好的幅相预失真补偿能力,但是存在电路结构比较复杂、需要高速控制电路配合,也增加了软件的复杂度。经正交调制和倍频器,对基带信号进行带宽扩展和频谱搬移,输出所需带宽和频段的线性调频信号。直接数字合成(Direct Digital Synthesis,简称DDS)方法。用这种方法产生的线性调频信号的技术日益受到重视并广泛应用,它是根据线性调频信号的频率线性变化、相位平方变化的特点而设计的。直接数字合成法采用两级相位累加结构来得到线性调频信号的二次变化的相位,然后根据相位值查存储在ROM里的正弦、余弦表,将查得的值经D/A转化得到相应的I、Q两路基带线性调频信号。这种方法通过数控电路能对DDS输出波形、频率、幅度、相位实现精确控制,可在调频带宽内对雷达系统的幅度和相位进行校正,产生近乎理想的线形调频信号。只要改变某些电路的参数设置,就可以改变线性调频信号的时宽和带宽。但由于DDS的全数字的全数字结构,杂散电平高是其自身固有的缺陷。
二、线性调频脉冲信号压缩的实现方法
线性调频脉冲信号的压缩通常有两种方式:模拟压缩和数字压缩。目前模拟式脉冲压缩器件有:具有大带宽、小时宽的声表面波(SAW)器件;中等时宽和中等带宽的体声波反射阵列压缩器等。随着高速、大规模集成电路器件的发展,对于大时宽大带宽信号的脉冲压缩通常采用数字方式压缩。
数字脉冲压缩系统较之模拟方法具有一系列优点:数字法可获得高稳定度、高质量的线性调频信号,脉冲压缩器件在实现匹配滤波的同时,可以方便地实现旁瓣抑制加权处理,既可有效地缩小脉冲压缩系统的设备量,又具有高稳定性和可维护性,并提高了系统的可编程能力。科技论文,压缩方法。因此,数字处理方法获得了广泛的重视和应用。
1、线性调频脉冲信号的时域数字压缩实现
线性调频信号的时域数字脉冲压缩处理,通常在视频进行,并采用I、Q两路正交双通道处理方案,以避免回波信号随机相位的影响,可减少约3dB的系统处理损失。中频回波信号经正交相位检波,还原成基带视频信号,再经A/D变换形成数字信号,进行数字脉冲压缩处理。I、Q双路数字压缩按复相关运算(即匹配滤波)进行,双路相关运算输出经求模处理、D/A变换,输出模拟脉冲压缩信号;I、Q双路相关输出的数字信号还可送后级信号处理。
2、线性调频脉冲信号的频域数字压缩实现
由于高速A/D变换器、大规模集成电路技术以及快速傅立叶变换技术的应用,使宽带信号的实时处理成为可能。科技论文,压缩方法。采用DSP及FPGA的频域数字脉冲压缩处理的优点是处理速度高、工作稳定、重复性好,并且具有较大的灵活性。
3、线性调频脉冲压缩方案
根据线性调频信号的特点及其脉冲压缩原理,数字脉冲压缩系统首先要将回波信号经A/D采样变成数字信号,再进行脉冲压缩。时域数字脉冲压缩实际上是将回波数据与匹配滤波器进行复卷积,而频域数字脉冲压缩则是通过对回波数据进行FFT后,与匹配滤波器的系数进行复数乘法运算,然后再经过IFFT得到压缩脉冲的数字数据。对于N点长度的信号,在时域实现数字脉压,需要进行L2次复数乘法运算,而频域卷积法仅需2L1og2L次复数乘法运算,大大减小了运算工作量。另外,考虑到抑制旁瓣加权函数,若在时域实现数字脉压,不仅要增加存储器,而且运算量将增加一倍,在频域实现抑制旁瓣加权函数,不需增加存储器和运算量。
三、线性调频脉冲信号的加权处理
线性调频信号通过匹配滤波器后,输出脉冲的包络近似Sinc(x)形状。其中最大的第一对旁瓣为主瓣电平的一13.2dB,其他旁瓣电平随其离主瓣的间隔x按1/X的规律衰减,旁瓣零点间隔是1/B。在多目标环境中,这些旁瓣会埋没附近较小目标的主信号,引起目标丢失。为了提高分辨多目标的能力,必须采用旁瓣抑制的措施,简称加权技术。科技论文,压缩方法。加权可以在发射端、接收端或收、发两端上进行,分别称为单向加权或双向加权。科技论文,压缩方法。其方式可以是频率域幅度或相位加权,也可以是时间域幅度或相位加权。科技论文,压缩方法。此外,加权可在射频、中频或视频级中进行。科技论文,压缩方法。为了使发射机工作在最佳功率状态,一般不在发射端进行加权。目前应用最广的是在接受端中频级采用频率域幅度加权。
引入加权网络实质上是对信号进行失配处理,所以它不仅使旁瓣得到抑制,同时使输出信号包络主瓣降低、变宽。换句话说,旁瓣抑制是以信噪比损失及距离分辨力变差为代价的。如何选择加权函数这涉及到最佳准则的确定。考虑到信号的波形和频谱的关系与天线激励和远场的关系具有本质上的共性,人们应用天线设计中的旁瓣抑制原理,曾提出海明加权、余弦平方、余弦四次方加权等几种最佳加权函数。但是这些理想的加权函数都较难实现。因此,只能在旁瓣抑制、主瓣加宽、信噪比损失、旁瓣衰减速度以及技术实现难易等几个方面进行折衷的考虑选取合适的加权函数。
结语:随着数字技术和大规模集成电路技术的飞速发展,数字脉冲压缩(也称脉压)技术以其性能稳定、抗干扰能力强、控制方式灵活以及硬件系统更小型化等优点,逐步取代早期的模拟脉压技术,成为现代脉压系统的发展趋势。特别是近年来高性能通用数字信号处理器的出现,为雷达脉冲压缩处理的数字化实现提供了一种工程实现途径。数字脉压系统的实现可以满足体积小、功耗低和成本低等条件,其相关问题的研究成为国内外广大学者研究的热点问题之一。
参考文献:
1、王世一《数字信号处理(第1版)》[J]北京:北京理工大学出版社1997;
2、任培红《脉冲压缩信号的特点、产生、及压缩方法》[J]电讯技术1999(2);
3、姜田华《实现直接数字频率合成器的三种技术方案》[J]电子技术应用2004(3);
【关键词】 SVPWM DSP
1 引言
SVPWM控制技术利用逆变器各桥臂开关控制信号的不同组合,使逆变器的输出电压空间矢量的运行轨迹尽可能接近圆形。空间矢量脉宽调制技术,不仅可以使得电机脉动降低,电流波形畸变减小,而且与常规正弦脉宽调制(SPWM)技术相比,直流电压利用率有很大提高,并更易于数字化。
2 SVPWM基本原理
SVPWM是从电动机的角度出发,着眼于使电机获得幅值恒定的圆形磁场。它以三相对称正弦波电压供电时的理想圆形磁通轨迹为基准,用逆变器不同的开关模式产生的实际磁通去逼近基准磁通圆,从而达到较高的控制性能。
通常的三相电压型逆变器采用6个功率晶体管;逆变器的工作状态共有8种,分别对应8个电压矢量,其中有6个基本矢量模长等于,另外2个分别对应于(000)和(111)状态。SVPWM以三相对称正弦波电压供电时交流电动机产生的理想圆形磁链轨迹为基准,通过这8个空间矢量去等效参考矢量,从而使电机的实际气隙轨迹逼近理想的圆形。
3 DSP实现两电平SVPWM算法的软件设计
TMS320F28035在一个器件中集成多个ePWM通道,ePWM单元可根据时序和控制要求对每个通道单独控制,避免了各通道的相互依赖,这种相互独立的结构为应用提供了很大的灵活性,使其成为很多功率控制系统必需的控制单元。ePWM模块主要包括时间基准模块、计数器比较模块、动作限定模块、死区控制模块、PWM斩波模块、错误控制模块以及事件触发模块。根据ePWM模块生成PWM波形的原理,可以得到应用其生成SVPWM波形的结构图如下图1所示。
ePWM单元通过配置时间基准(TB)模块得到一定频率的三角载波信号,再通过配置计数比较(CC)模块中计数比较A(CMPA)寄存器的值,同时按照控制要求配置动作限定(AQ)模块,进而得到符合要求的PWM脉冲EPWMxA;为防止上下桥臂两个功率开关管同时导通,发生桥臂的直通现象,应对加在同一桥臂上的两组脉冲加入死区控制,让一个功率管完全关断后,再开通另一个功率管。ePWM单元的死区控制(DB)模块可以实现这一要求,将输出的EPWMxA送入死区控制模块,然后根据控制要求对死区控制模块的寄存器进行相应的配置,从而可以得到一对互补输出的PWM脉冲,根据文献[1]对SVPWM的分析可知,功率管的开通关断要符合利用SVPWM算法计算出的时间变量,这就要求在每个开关周期内根据时间变量的值不断更新CMPA的值,本文通过配置事件触发(ET)模块相应寄存器,使其在三角载波信号过零点时进入中断,然后在中断函数中按照时间变量的值不断重新装载CMPA的值,从而得到需要的PWM脉冲,实现了SVPWM算法在DSP中的实现。
由以上分析可知,利用TMS320F28035芯片实现SVPWM 算法的关键问题是如何配置寄存器,下面将具体讨论如何配置寄存器。
3.1 时间基准子模块
每个ePWM模块都有自己的时间基准子模块确定相关事件时序,同步逻辑允许多个ePWM模块采用相同的时间基准,要想获得三角载波信号,应将时间基准控制(TBCTL)寄存器的计数模式选择位TBCTL[CTRMODE]配置为0x2,即工作在递增递减模式下,在这种模式下,时基计数器从零开始递增计数,直到等于周期值(TBPRD)。当计数值等于周期值时,时基计数器开始递减计数到零。在此种工作模式下,不断重复上述过程,从而产生三角载波信号。由上述分析可知,在递增递减计数模式下时三角载波信号的周期应为:
时间基准时钟(TBCLK)是系统时钟经过分频得到的,对应关系如式(3.2)所示:
本论文将TBCTL[HSPCLKDIV]配置为0x0,TBCTL[CLKDIV]配置为0x0,未对其分频,TBCLK采用系统时钟(30MHz)。在第二章分析SVPWM算法实现时,功率开关管的开关周期选择的是0.0002s,则大小为0.0002s,由式(3.1)可得:
3.2 计数比较子模块
计数比较子模块为时间基准计数值的输入,本论文中时间基准计数器(TBCTR)不断同CMPA比较,当两者值相等时,计数比较单元产生相应动作。为防止软件异步更改寄存器的内容,将CMPCTL(SHDWAMODE)配置为0x0,使得计数比较寄存器CMPA使用映射寄存器进行存储,这样只有在特定的操作点上刷新寄存器才实现硬件同步。由对SVPWM如何在DSP中实现的分析可知,CMPA要在中断函数中不断更新,而中断是在TBCTR过零时发生的,所以应将CMPCTL[LOADAMODE]配置为0x0,在TBCTR过零时刷新CMPA的映射寄存器。
3.3 动作限定子模块
动作限定子模块在PWM产生过程中起着重要的作用——确定事件转换的类型,在EPWMxA和EPWMxB输出上产生需要的波形,本论文中采用高电平来开通功率开关管,所以应将AQCTLA[CAU]配置为0x2、AQCTLA[CAD]配置为0x1,在递增计数值等于CMPA时,PWM输出高电平;当递减计数值等于CMPA时,PWM输出低电平。
3.4 死区控制子模块
一般功率开关管的开通关断时间都需几百纳秒,为防止桥臂的直通现象,应对同一桥臂的两组脉冲加入死区,通过配置DBCTL[IN_MODE]为0x0,选择死区控制子模块的输入信号来自动作限定模块的EPWMxA,再通过配置DBCTL[POLSEL]为0x2、DBCTL[OUT_MODE]为0x3,从而得到一对高电平有效互补输出的PWM脉冲,至于死区时间可以通过寄存器DBRED和DBFED设置,死区控制子模块支持独立的上升沿和下降沿延时控制,延时大小计算公式如下:
3.5 事件触发子模块
本论文中通过配置事件触发子模块来产生中断,进而在中断函数中实现SVPWM算法。将ETSEL[INTSEL]配置为0x1,选择当TBCTR为零时作为中断触发事件,再将ETPS[INTPRD]配置为0x1并且使能中断,那么每当时间基准计算器为零时,就会产生中断。
4 实验结果分析
本文利用TMS320F28035最小系统板对所设计软件进行实验验证,系统板的芯片的晶振频率为30MHz,实验所得波形如下图3所示。
PWM脉冲在未加入死区时,由图3a、图3b可知,PWM1口输出的PWM脉冲占空比是随时间不断变化的,并且输出脉冲频率符合理论推导值5KHz,对PWM脉冲进行滤波之后得到图3c所示的波形,该波形频率为50Hz且为马鞍波,与理论推导相符。
5 结语
综上所述,通过对实验波形的分析可知,基于TI公司TMS320F 28035芯片所设计的用于实现SVPWM算法的软件是正确可行的。
参考文献:
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[2]张卫宁等.TMS320C28X系列DSP的CPU与外设(上)(下)[M].北京:清华大学出版社,2002.
[3]谢青红,张筱荔.TMS320F2812DSP原理及其在运动控制系统中的应用[M].北京:电子工业出版社,2009,106-152.
【关键词】高职院校;数学建模;教学
在高职院校中开展数学建模教学是为了使学生将所学的数学方法与知识同周围的现实世界联系起来,甚至和真正的实际应用问题联系起来.数学建模不仅使学生知道数学有用、怎样用,更重要的是使学生体会到在真正的应用中还需要继续学习.数学建模是一种创造性的活动,也是解决现实问题的量化手段.作为一种创造性活动它要求建模者具备敏锐的洞察力、良好的想象力、较强的抽象思维能力和创新意识;作为一种量化手段,它需要建模者具备较强的知识应用能力和实践能力.因此,开展数学建模教学不仅可以加强知识积累,提高学生的科学素质,而且可以从根本上实现从应试教育向素质教育的转变,解决高等职业教育的特色问题,构建一种满足高职教育人才培养目标所要求的体系全新、特色鲜明的课程内容体系.为了更好地达到预期的教学效果,在教学过程中应注意的几个问题:
一、合理安排教学内容
高职院校学生数学基础薄弱,绝大部分学生从没接触过数学建模知识.针对这些特点,教学内容的选择应该以数学知识和方法为纵向,以问题为横向,由易到难,由浅入深.第一部分是补充知识,主要包括:规划论、图论、组合优化、概率统计、层次分析、微分方程、排队论等数学理论和数学方法;第二部分是编程训练,强化数学软件包括Mathematica,Lingo等软件包的应用和C语言编程能力;第三部分是数学建模专题训练,从小问题入手,由浅入深地训练,使学生体会和学习如何运用数学知识和数学技巧解决实际问题,建立数学建模的思想和方法.
同时还要注重提高学生的兴趣,注意理论和实际相结合.一方面可以介绍一些学生感兴趣的实际例子来说明问题,例如在彩票中概率知识的运用;另一方面可通过一些与学生专业相结合的数学模型来激起学生学习的欲望.
二、建模教学过程中要突出学生的主体地位
由于受到长期传统应试教育的影响,学生一直处于被动学习的地位,动手能力差,应用意识薄弱.数学建模教学的特点决定了突出学生主体地位的重要性,传统教学中满堂灌的方式已经不再可取,以学生为主的探索讨论式教学变得尤为重要.教学过程中以教师为主导,学生为主体,教师以教学内容为主线,围绕教材章节,归纳讲解不同类型的数学思维方法和常用的数学思维方法,在教学过程中教师起到引导和示范作用,引导学生发现问题、提出问题,探索解决问题的途径,形成探究的教学模式,从而激发学生的学习兴趣,增强学生学习的主动性.教师要做到充分尊重学生的权利,培养学生的积极性,确保其思考的自主性.另外,要鼓励学生充分发表个人意见,并且不要轻易否定学生的思路或强行让学生的思路沿着教师的思维走.要鼓励学生大胆尝试、动手操作、动脑思考,勇于提问、勇于探索、勇于争论,让学生始终处于主动参与、主动探索的积极状态,真正地把学生培养成为能够自主地、能动地、创造性地进行认识和实践活动的主体.
三、建模教学中要注重学生综合素质的培养
数学建模是一门综合性的课程,除了要求建模扎实的数学基础知识外,还必须补充额外的大量知识.但由于时间短,所有知识不可能由教师一一讲授,所以必须发挥学生学习的主动性.高职院校的学生一般自主学习意识比较淡薄,学习的主动性不强,因此在课堂教学之外,教师还要更多地引导学生充分利用课余时间,加强自主学习、自我教育能力的培养.
具体的做法是在教学过程中根据学生的具体情况,适当进行分组,一般3个人一组,然后布置相应的数模题目,教师适当讲解,给予学生方法性的指导,让学生自己思考以达到对实际问题有一个清晰的理解,了解问题的实际背景,已知什么,未知什么,要解决什么问题,明确建模的目的,初步确定用哪一类模型.在模型准备阶段,教师可引导学生主动查阅文献收集资料,尽早弄清对象的特征,用所学的数学知识将实际问题进行转化.这种训练使学生在很短时间内获取与题目有关的知识,锻炼了他们从互联网和图书馆查阅文献、收集与处理资料的能力.由于数学模型大多是用符号语言描述,所以涉及如何把实际问题转化为数学问题的翻译能力,而这恰恰是传统的课堂教学中所忽略的.
构造数学模型是一种创造性的工作,需要想象力、类比、猜测、直觉和灵感,更需要一种组合与选择.教师必须注重培养学生的观察能力和想象力.让学生反复揣测题目,适当增加或减少参数变量,改变变量的性质,降低建模的难度,改变变量之间的函数关系,改变约束关系,改变模型形式等等,这样的训练能让学生经过分析抓住问题的主要矛盾,舍弃次要因素,简化问题的层次,对可以用哪些方法解决面临的问题及方法的优劣可作出判断,利用实际问题的内在规律和适当的数学工具,建立数学模型.
在求解模型时,要求学生既会用手工计算又会用数学软件进行运算,像微积分、线性代数、概率与统计微分方程、运筹学、模糊数学等数学课程中的简单计算要求学生进行人工计算.求解多维数据模型时要求学生能应用数学软件,如Matlab,Lingo,Lindo等,或根据模型运用C语言进行编程,并根据得到的结果检验是否符合实际问题的情况.教师可设计层次不同的题目锻炼学生应用数学软件包的能力.
最后要求学生要按竞赛委员会所规定的规格完成.要求学生注意细节,尤其强调熟练写好摘要、关键词、模型评价等,使学生熟悉数学建模论文的常规格式和结构.还可以引导学生在网络搜寻历年赛题优秀论文,阅读优秀建模作品,揣摩其中的写作方法和技巧.
教师在讲评学生论文时,鼓励积极开展讨论和辩论.小组可以踊跃发表见解,介绍本组的解题思路和方法,其他组可以补充、修改,或提出质疑,也可以另辟新径采用不同的建模方法,最后由教师点评各种方法的优势和不足.
整个过程实际上就是自主学习,探索解决方法的过程,经过这样的训练让学生具备了一定的学习和创新的能力,使学生真正成为学习的主体,从而激发学生的学习兴趣和学习积极性,培养学生团结协作、共同奋斗的精神.同时,学生的自学能力、使用文献资料的能力、应用计算机的能力以及写作的能力也得到了提高.这恰恰符合社会对人才要求具备终身学习和自主创新的能力.
四、应采取先进的教学手段和教学方法
在开展数学建模教学过程中,为了达到精讲多练的效果,突出学生应用能力的培养,我们要改变传统的黑板加粉笔的教学方法,采用多媒体教学手段进行直观教学.
教学方法上以问题驱动教学.教学中具体的是引入案例、提出问题、带着问题、学习解决问题,使学生从这些问题入手,学习体会数学知识的技巧,激起学习的兴趣.
教学手段上借助多媒体进行教学.多媒体系统具有很强的真实感和包含大量的不同种类的信息,并且具有直观、形象的呈现方式.例如,在讲解连续与间断点时,一些简单的函数图像学生自己能够作出来,但一些较复杂抽象的图形不容易能准确作出.教学中教师借用Matlab软件,只需几行简单的命令,就能画出直观准确的函数图形,从而使连续、间断以及间断点一目了然.在演示程序的调试和运行过程中,实现了教学的直观性和互动性,大大加快了授课速度,同时也提高了教学效果.
高职数学教学的目标是培养学生应用数学知识来分析和解决实际问题的能力,重视数学的应用性、实践性是高职数学课程改革的趋势.数学建模教学是实现这个目的的一个新的教学环节,它体现了数学理论与应用的紧密结合,充分调动了学生学习的主动性,对于提高学生用数学知识和计算机技术解决实际问题的能力,培养创新能力与应用能力,培养团队合作精神,全面提高学生的素质具有积极的意义.因此,如何在高职院校更好地开展数学建模教学是我们应该不断研究的课题.
【参考文献】
[1]刘冬华,郭琼琼.对高职开展数学建模活动的几点认识[J].郑州铁路职业技术学院学报,2006(12).