张曙光，饶 宁

（1.杭州第一技师学院 浙江 杭州310023；2.杭州科技职业技术学院 浙江 杭州311402）

基于能耗最低的物联网传动系统传递能力优化

张曙光1，饶 宁2

（1.杭州第一技师学院 浙江 杭州310023；2.杭州科技职业技术学院 浙江 杭州311402）

基于提高物联网传动系统传递能力的目的，采用基于能耗最低的物联网传动系统传递能力优化方法，建立传递路径分析模型，通过对物联网传动系统传递路径的原理分析，建立物联网传动系统的动力方程，获得物联网系统路径的传递函数，对物联网传动系统的传递性能和能耗进行评估，适时对模型能量参数E进行调整修正，完成物联网传动系统传递能力的优化。通过物联网传动系统仿真模型试验，得出该系统能有效降低能耗，传递能力约为5622.3（N/m），比传统方法提高约51.2%，实际应用价值强。

能耗最低；物联网传动系统；传递能力分析；传递路径

近年来，物联网发展越来越快。物联网“The Internet of things”是新一代信息技术的重要组成部分，物联网就是物物相连的互联网[1-3]。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。物联网的定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[4-6]。而物联网各个系统之间的信息交换和通信，需要物联网传动系统高效率、低能耗完成。物联网传动系统直接关系到产品的传递效率和传递质量，有着十分重要的意义。而物联网传动系统具有动态性，提高其传递能力可以避免传递过程中造成系统能耗浪费，已经成为该领域的热点研究问题[7-9]。现阶段，物联网传动系统研究已经引起相关专家和学者的重视，其中很多取得了一定的研究成果。

1 传递能力分析原理

传递能力分析法是通过研究系统的传递特性，分析系统性能、预测系统响应并发现其中存在的问题的过程，具体原理描述如下[10-15]：

假定物联网传动系统具有线性不变性，系统模型如图1所示。

图1 传递能力分析原理图

分析图1可知，该线性系统的频域可描述如下：

其中，Y表示系统的输出，Xi表示系统的第i个输入，Hi表示传递函数，对公式（1）进行处理，利用公式（2）表示系统内存在的多个输出：

分析公式（2）可知，假定在没有信号干扰的理想状态下，则可利用公式（3）获取系统传递函数：

利用公式（5）对公式（4）进行变形：

分析公式（3）～（5）可知，对于第 j个传递路径而言，可以利用公式（6）计算第i个输入的贡献值：

根据不同路径中贡献值的大小，对所有传递路径中的传递能力进行排序，将结果进行输出，选取具有最大贡献值的传递能力的传递路径。

2 基于能耗最低的物联网传动系统传递能力优化分析

2.1 系统传递函数构建

首先，利用公式（10）建立物联网传动系统的动力方程：

其中，[M]、[K]用来描述比例常数，[C]用来描述比例阻尼。

由此，利用公式（9）获取物联网传动系统的最低传动能耗：

通过上述描述可知传递系统任意点i的响应，利用系统传递模态，建立基于能耗最低的系统点i至点j的传递函数为：

通过上述方法可以获得系统的传递函数，为分析模型的构建提供支持。

2.2 物联网传动系统的性能评估

利用2.1获取的系统传递函数，对物联网传动系统的传动性能进行评估，具体实现过程如下：

假定k0用来描述初始弹性系数，r用来描述弹性系数的增加概率，c用来描述移动高度。利用公式（11）获取物联网传动系统的动力微分方程：

假设x=Aert，将其代入公式（12），可知系统能耗

以能耗为目标，利用系统能量特征方程根，对物联网传动系统的性能进行评估，具体步骤如下：

1）依据输出的系统能量特征方程根按照设定顺序对物联网传统系统分析模块输出进行更新；

2）更新后，通过对物联网传动系统的模块离散状态的调用，获取系统的当前离散状态；对于传动系统的连续状态，获取其数值积分；

3）利用连续状态的数值积分与离散状态对比，检测物联网传动系统在连续状态下的非连续点，识别异常。

4）对模块的下一个采样时间进行计算，重复上述步骤，直至达到结束条件，输出分析结果，即为物联网传动系统的性能评估结果。

2.3 物联网传动系统传递能力优化

以物联网传动系统的性能评估结果为依据，适时对模型的能量参数E进行调整修正，完成物联网传动系统传递能力的优化。

实现物联网传动系统传递能力优化，具体实现过程如下：

假设系统在{Fs}i（B）激励下，系统传递物品A与传动系统结构B的传递响应之和即是产品的响应：特征方程根可描述如下：

通过利用公式（15）可以得到物联网传动系统各点的振动传递能力：

通过公式（15）可以对物联网传动系统的能耗情况进行评析，并根据评价结果适时对模型能耗参数进行调整修正，提高传递能力，完成物联网传动系统传递能力的优化。

3 仿真试验结果及分析

为了验证改进算法的有效性，需要进行一次实验。

试验过程，采用计算机仿真平台搭建物联网传动系统的仿真模型。在相同的环境下，采用不同算法进行基于能耗最低的物联网传动系统传递能力分析，实验过程及结果如下：

1）物联网传动系统传递能力有效性分析

将改进算法计算得到物联网传动系统的传递能力与实际值比较，得到的结果如图2所示。

图2 物联网传动系统传递能力有效性分

分析图2可知，改进算法计算得到的传动系统体动刚度与实际值基本一致，说明改进算法的有效性。

2）不同算法的物联网传动系统传递能力优化效率比对

将传统的基于动态子结构分析算法作为对照，对物联网传动系统部件传递能力进行优化，以优化效率为指标，得到不同算法的物联网传动系统传递能力优化效率比对结果。

图3 不同算法的物联网传动系统传递能力优化效率比对

由图3可知，在实验次数一定的情况下，采用本文的能力优化方法与传统的基于动态子结构分析算法进行优化效率方面的实验分析时，采用传统的基于动态子结构分析算法时，其传动能力优化效率约为74.8%，且实验次数在20～80次时，传动能力优化效率出现了很大的波动，稳定性较差；采用本文提出的能力优化方法时，传动能力优化效率约为95%，相比传统的优化方法传动能力优化效率提高了约20.2%，虽然在实验次数为20～50时出现了较大波动，但其优化效率均在传统方法之上，具有一定的优势。

4 结束语

提出基于能耗最低的基于能耗最低的物联网传动系统传递能力优化方法，建立传递路径分析模型，通过对物联网传动系统传递路径的原理分析，建立物联网传动系统的动力方程，获得物联网系统路径的传递函数，对物联网传动系统的传递性能和能耗进行评估，适时对模型能量参数E进行调整修正，完成物联网传动系统传递能力的优化。实验结果表明，基于能耗最低的物联网传动系统传递能力优化方法，能有效提高分析系统的传递能力，减小计算量，降低系统能耗，具有较强的实际应用价值。

[1]郭荣，周圣奇，章桐，等.基于逆子结构法的振源耦合虚拟传递路径分析[J].同济大学学报：自然科学版，2015，43（4）:584-591.

[2]王文凡，焦阳.基于动态权重的物联网自治区域路径发现算法[J].计算机仿真，2015，32（3）:340-343.

[3]艾超，孔祥东，陈文婷，等.液压型风力发电机组主传动系统稳速控制研究[J].太阳能学报，2014，35（9）:1757-1763.

[4]唐贵基，陈卓群.混合传递路径分析（TPA）方法的准确性验证 [J].噪声与振动控制，2015，35（2）:184-187.

[5]胡连华，李新平，汤伟.基于工业机器人的纸卷自动包装系统设计[J].中国造纸，2015，34（4）:48-51.

[6]王小伟，张秋菊.单巷道双堆垛机作业路径优化问题研究[J].电子设计工程，2016，24（2）:68-75.

[7]何亚运，张代胜.基于能量解耦和传递路径分析的发动机悬置系统优化[J].噪声与振动控制，2015，35（4）:65-70.

[8]张乐莹，刘艳.基于能耗最低的挤出机温度控制[J].包装工程，2015，36（19）:68-78.

[9]黄奕宏，何国林，曾智杰.行星传动系统啮合振动信号的传递路径分析[J].重庆理工大学学报：自然科学，2015，29（6）:37-40.

[10]王甜慧.Zigbee（物联网）技术在安科瑞电能管理系统中投入运行[J].电气传动自动化，2011（2）:48.

[11]伊新，宋长亮.RFID在智能交通物联网系统中的应用[J].电气传动自动化，2013，19（6）:35-38.

[12]王建军，朱长建，崔德刚，等.施工升降机新型传动机构与电控系统的研究 [J].建筑机械化，2015，36（5）:28-30.

[13]刘伟，阎春平.面向数字化集气站的站控系统设计与开发[J].机械，2013，40（12）:59-63.

[14]黄奕宏，何国林，曾智杰.行星传动系统啮合振动信号的传递路径分析[J].重庆理工大学学报:自然科学版，2015，29（6）:37-40.

[15]魏永清，贺慧英，向东，等.交流传动系统的混合型逆变器控制技术研究[J].电工技术学报，2015，30（14）:320-324.

Based on the minimum energy consumption of iot transmission system transmission capacity optimization

ZHANG Shu-guang1，RAO Ning2
（1.Department of Electrical Engineering of The first Hangzhou Technician College，Hangzhou 310023，China；2.Department of Information Engineering of Hangzhou Polytechnic，Hangzhou 311402，China）

For improving transmission transfer capability of the Internet of things，using the Internet of things based on the minimum energy consumption transmission capacity optimization method，to eatablish the transfer path analysis model，through analyzing the principle of Internet transmission system's transfer path，to establish Internet of things's transmission system dynamic equation，to obtain the Internet of things system path's transfer function，to assess the Internet of things transmission system's transmission performance and energy consumption，timely adjust the model's energy parameter E，to complete transmission system's transmission capacity optimization.Through Internet transmission system simulation model experiment，it is concluded that the system can effectively reduce the energy consumption ，transmission capacity is about 5622.3 （N/m），about 51.2%higher than that of traditional method，the actual application value is large.

the lowest energy consumption；coupling system；transfer path analysis；bang path

TN964.3

：A

：1674－6236（2017）14-0051-04

2016-04-16稿件编号：201604250

张曙光（1979—），男，湖南邵阳人，硕士，讲师。研究方向：检测技术及自动化装置。