水轮机的几种模型研究
河流发电是一种无需建坝获取电能的方式;河流水轮机和常规水轮机的主要区别在于低流速﹑低压力和需要很大的水流通道面积。河流动能用“水轮机”提取,转速慢，它是一种可将水流的部分动能转换为电能的水轮机。
1.河流水轮机的工作机理
一台转子功率系数为Cp,效率为的涡轮机,其额定功率为: 32
1Av C p p ρ= 因为水的流速不能降低到零,功率系数Cp 受到所谓贝兹极限(Bets limit)16/25=59%的限制。仅此而言,用于河流能的水轮机与风轮机的物理学原理是相同的。但是,在量与方向上却有很大的区别:虽然河水密度约比空气密度大816倍,然而河流的流速要低得多。同时,对于风轮机来说,流动空气的方向较为发散,而河流的流动方向相对集中，涡轮叶片相对较多。
2. 模型比较
2.1戈尔洛夫水轮机
戈尔洛夫螺旋形水轮机(图1)可稳定地单向转动,效率优于Darrieus 水轮机,可用于河流发电。这两种风力机平均风能利用系数较为相近，略为0.28。
2.2 Darrieus （H 型）与Gorlov 风力机
图 3 Darrieus （H) 图4 Gorlov(Hellical)
H 型Darrieus风力机具有其优秀的空气动力和特别的扭矩设计，此款产品具有启动风速低和抗强风性好的特点，效率23.5%。Gorlov启动性能更好，效率达30%。这两种风力机可进一步设计用于水力发电。
2.3 WS系列
图 5芬兰 Windside 公司的小型 VAWT 系统
该风力机的风能转化效率为0.187，但有极强的风况适应能力，启动风速低, 可在风速低至 1 m/s 的状况下工作。曾创下在风速高达 60 m/s 的状况下也能继续发电的世界纪录，年发电量比水平轴风机的发电量增加50%，改进后，可用于水力发电。
2.4 涡轮机
图6 PacWind（美）公司的涡轮机图7 Gual industrie（法）公司的涡轮机 PacWind 公司的垂直轴风力发电机是一种全方位低风速发电机, 可以在任何有风的地方轻易地安装, 其 VAMT 外形如图6所示。这套系统从风轮类型上应归属于阻力型风力机, 但其通过增加叶片数目和改良设计, 使迎风面积显著大于阻风面积从而减小了迎风阻力, 增高了转化效率。
图7法国 Gual industrie 公司产品 StatoEolian 风力机是在垂直轴叶片的外围增加一圈导引叶片, 形成有加速功能的进流通道, 以增大转子叶片上的风速和转动扭矩, 整个系统比传统的水平轴风力发电机具有更好的低风启动性和运行安静的优点。它的启动风速约为 2 m/s, 风速在 40 m/s 时仍可工作, 有很宽的工作范围。使用该风力机发电量是传统水平轴的1.3倍。
以上两种类型改进后，可用于水力发电。
3拟开发河流涡轮机
利用风力涡轮机相关参数，并参考双击式水轮机组的模型，设计以下河流发电的涡轮机。涡轮机适用于1-15m/s的流速,工作效率约为50%。
水下涡轮转子有三个，通过涡轮转子下面的齿轮连接到中间轴齿轮，中间轴传递到增速器（未画出）。初步设计涡轮转速60转/分，涡轮轴齿轮和中间轴齿轮的传动比为2.5，再经过二级增速器（传动比为10），传递到发电机转子（1500转/分）。
初步设计涡轮半径为0.15m,涡轮高6m,叶尖速度0.942m/s。在水流速1-15m/s状态下可发电。在水流速3m/s时，发电机输出功率为15-20KW。
图 8 涡轮机简图
图 9水的流速与发电机功率曲线
设计涡轮加导叶，提高涡轮机发电效率。
图 10 涡轮加导叶
沿着河流安装数台机组，可抬高河道落差，进而提高发电效率。
图 11 河流发电机组
4第二套方案设计模型
Achard水轮机，发电效率0.269。
图12 法国Achard水轮机
图 13
图14 组合发电机组
从图3.16中可以看到,固定偏角H型风力机的速比较高,可以达到7以上,
峰值点对应的速比范围在3一5之间.能量利用率峰值可以达到0.4左右
而水轮机因为空泡问题的限制,速比较低,通常小于2,峰值点对应的速
一般在1左右,风力机模型在这么低的速比能量利用率只能达到10-2数量级。所以水轮机通常靠增加密实度来获得较高的能量利用率,增加密实度就会增加整个轮机结构的重量,在轮机尺寸和流速不变的情况下,平衡转速就会降低,速比也会进一步下降。所以固定偏角叶轮适合于H型风力机的设计,而水轮机的设计更倾向于使用变偏角叶轮。在偏心率相同的情况下,叶片数越多,密实度越大,轮机的能量利用率越高。
变偏角H水轮机轮机的能量利用率最大值不超过0.3,对应的速比在0.6一0.8之间,上一章提到水轮机的速比偏低,采用变偏角控制,可以使叶轮在小于或等于1的范围内达到能量利用率的最大值。在偏心率相同的情况下,叶片数越多, 密实度越大,轮机的能量利用率越高,本文的计算结果与实验值吻合的越好。
水轮机的模型试验 一、水轮机的模型试验的意义 前面讨论了水轮机相似的条件，这就从理论上解决了用较小尺寸 的模型水轮机，在较低水头下工作去模拟大尺寸和高水头的原型水轮 机。按相似理论，模型水轮机的工作完全能反映任何尺寸的原型水轮 机。模型水轮机的运转规模比真机运转规模小的多，费用小，试验方 便，可以根据需要随意变动工况。能在较短的时间内测出模型水轮机的全面特性。将模型试验所得到的工况参数组成单位转速11n和单位流 Q后，并分别以它们作为纵坐标及横坐标，按效率相等工况点连量11 线所得到的曲线图称为综合特性曲线。此综合特性曲线不仅表示了模 型水轮机的工作性能，同样地反映了与该模型水轮机几何相似的所有 不同尺寸，工作在不同水头下的同类型真实水轮机的工作特性。 水轮机制造厂可从通过模型试验来检验原型水力设计计算的结 果，优选出性能良好的水轮机，为制造原型水轮机提供依据，向用户 提供水轮机的保证参数。水电设计部门可根据模型试验资料，针对所 设计的电厂的原始参数，合理地进行选型设计，并运用相似定律利用 模型试验所得出的综合特性曲线，绘出水电站的运转特性曲线。为运 行部门提供发电依据，水电厂运行部门可根据模型水轮机试验资料， 分析水轮机设备的运行特性，合理地拟定水电厂机组的运行方式，提 高水电厂运行的经济性和可靠性。当运行中水轮机发生事故时，也可 以根据模型的特性分析可能产生事故的原因。 二、水轮机模型试验的方法 水轮机的模型试验主要有能量试验，气蚀试验，飞逸特性试验和 轴向水推力特性试验等几种。由于篇幅所限，本教材主要介绍反击式 水轮机的能量试验。反击式水轮机的汽蚀试验可参阅有关参考文献。 能量试验台分为开敞式试验台和封闭式试验台，封闭式试验台无 需设置测流槽，故平面尺寸要比开敞式试验小，而且水头调节更加方
1、水轮机调节的基本任务是什么？与其它调节系统相比，水轮机调节有哪些特点？ 基本任务：根据负荷的变化不断调节水轮发电机组的有功功率输出，并维持机组转速(频率)在规定的范围内。这就是水轮机调节的基本任务。 水轮机调节的特点： (1)水轮发电机组是把水能变成电能的机械，而水能要受自然条件的限制，单位水体 小所带有的能量较小，与其他原动机相比，要发出相同的电功率就需要通过较大的流量，因 而水轮机及其导水机构也相应较大。 (2)水电站受自然条件的限制，常有较长的压力引水管道。 (3)有些水轮机具有双重调节机构。 (4)随着电力系统的扩大和自动化程度的提高，要求水轮机调速器具有越来越多的自动操作和自动控制功能。 总之，水轮机调节系统相对来说不易稳定，结构复杂，要求具有较强的功能。 2、什么是调速系统的转速死区？其对调节性能有何影响？ 转速死区：在调速系统的转速上升和下降静态特性曲线中，相同开度下的转速之差与额定转度之比。 对调节性能的影响：转速死区使调节系统频率调节质量降低，使机组负荷分配误差增大，对调节系统稳定性也不利。 5、什么是调节保证计算？ 在设计阶段就计算出甩负荷过渡过程中的最大转速上升值及最大压力上升值，以判断甩负荷过程中的压力和转速是否超过允许值，工程上把这种计算称为调节保证计算。 6、什么是直接水击、间接水击？什么是水击相长？ 直接水击：阀门（导叶）的关闭（开启）时间Ts ’
计算机硬件课程设计--简单模型机设计
计算机硬件综合课程设计报告
简单模型机设计 一、设计要求 硬件：TDN-CM+计算机组成原理实验系统一台，PC机一台，排线若干，串口线一根。 软件：CMP软件 二、设计目的 1.通过对一个简单计算机的设计，对计算机的基 本组成、部件的设计、部件间的连接、微程序控制器的设计、微指令和微程序的编制与调试等过程有更深的了解，加深对理论课程的理解。 2.通过这次课程设计，建立整机的概念，对程序 进行编辑，校验，锻炼理论联系实际的能力。 3.通过本次课程设计熟悉和训练设计思路与实 现方法。 4.通过本次课程设计锻炼团队合作的能力和团 队问题的解决。
三、设计电路及连线 设计电路及连线实验图如下图1-1所示。 图1-1 简单模型机连线图 四、设计说明 本次课程设计将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器
来完成，CPU 从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。 本次课程设计采用五条机器指令：IN （输入）、ADD （二进制加法）、STA （存数）、OUT （输出）、JMP （无条件转移），其指令格式如下（前4位为操作码）： 助记符 机器指令码 说 明 微程序入口地址 IN 0000 0000 “INPUT DEVICE ”中 10 的开关状态→R0 0001 0000 ×××× ×××× R0+[addr]→R0 11 0010 0000 ×××× ×××× R0→[addr] 12 0011 0000 ×××× ×××× [addr]→BUS 13 0100 0000 ×××× ×××× addr →PC 14 ADD addr STA
三、解释下列名词（符号）的意义（每题3分，共24分） 1、GZ440-WP-750 2、单位流量 3、水轮机效率 4、轴流式水轮机的标称直径（图示） 5、水轮机的最优工况 6、叶片泵的基本方程 7、水轮机模型综合特性曲线 8、转浆式水轮机的协联关系 四、计算题（每题8分，共24分） 1、已知混流式水轮机的工作水头H=26m，流量Q=16m3/s，转轮直径D 1 =2m，同步 转速n=150r/min，水力效率ηs=0.9，导叶高度b 1=0.1D 1 ，假定无撞击进口和法 向出口，且进、出口水流均匀，忽略叶片排挤，试确定叶片进口角β 1 。 2、已知某水电站海拨高程为300m，设计水头H=15m，选用轴流式水轮机允许空化系数σ=0.6，若将水轮机转轮中心线距离下游最低水位确定为-0.5m，问是否满足要求？为什么？（取水轮机的空化安全系数K=1.1） 3、已知ZZ440-LH-330型水轮机轮毂比d B /D 1 =0.5，导叶相对高度b /D 1 =0.375， 导叶出口水流角α 0=50o，设计水头Hr=34.73m，设计工况下n 11 =120转/分，Q 11 =900 升/秒，试求D=2.64m的圆柱层上转轮进口的速度V 1、W 1 和角度β 1 （不计叶片排 挤，并设轴面水流均匀分布，导叶出口至转轮进口流动无撞击）。 五、问答题（每题5分，共20分） 1、简述轴流式水轮机的特点，并分析说明这种类型的水轮机为什么不能适应高水头？ 2、试说明水轮机选择设计的内容。 3、作出混流式水轮机模型综合特性曲线示意图，说明各曲线的含义。 4、试说明尾水管中的偏心涡带是怎样形成的？有何不利影响？ 三、解释下列名词（每题3分，共24分） 1、水轮机最优工况 2、水轮机蜗壳的包角 3、混流式水轮机吸出高度Hs（并画图表示） 4、水轮机飞逸转速 5、HL220—LJ—550 6、水轮机的相似定律 7、水轮机的无撞击进口和法向出口 8、空化、空蚀现象 四、计算题（每题8分，共24分） 1．已知轴流式水轮机下列数据：D 1=8m，d g =3.2m，设计流量Q=215.5m3/s，设计 水头Hr=14m，转速n=71.4转/分，水力效率ηs=0.92，试求在最优工况下，D 1 =8m
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运行 PC→AR PC+1 RAM→BUS BUS→IR P1 PC→AR PC+1 RS→BUS BUS→DR1 ALU=0→BUS BUS→RD SW→BUS BUS→RD 00(直接)CLR RD→BUS BUS→DR2 DR1+DR2→ BUS→RD 01 01 01 01 02 20 212325 52 53 31 27 RS→RD RS→299 RRC 299→RD RS→299 RLC 299→RD 01 3032 54 55 36 67 70 IN MOV RRC SUC RLC RD→LED 01 STOP 01 26 24 ADC RS→BUS BUS→DR2 RD→BUS BUS→DR1 DR1→DR1 DR1+1→ BUS→DR1 DR1→DR1 DR1+DR2→ BUS→RD 56 57 60 61 RD→BUS BUS→DR1 RS→BUS BUS→DR1 RD→BUS BUS→DR1 35 0101 INC DR1+1→ BUS→RD 01 01 01 34 62 33 RD→BUS BUS→DR2 63 DR1^DR2→ BUS→RD 65 AND 66 PC→AR PC+1 PC→AR PC+1 PC→AR PC+1 20 RAM→BUS BUS→DR1 03 RAM→BUS BUS→AR 04 RAM→BUS BUS→DR1 06 RAM→BUS BUS→AR 05 RAM→BUS BUS→AR 07 40 RAM→BUS BUS→DR1 15 22 RI→DR2 16 DR1+DR2→ BUS→AR 17 DR1+DR2→ BUS→DR1 45 RAM→BUS BUS→DR1 46 PC→BUS BUS→DR2 47 DR1+DR2→ BUS→AR 50 DR1+DR2→ BUS→DR1 51 72 P2 RAM→BUS BUS→RD 40 RD→BUS BUS→RAM 41 DR1→BUS BUS→PC 4243 P3 DR1→BUS BUS→PC 6444 010101 BZC JMP STA LAD 10(变址) 01(间接)11(相对)COM 40 4040 01 01 44 01 Y N P4 PC→AR PC+1 PC→AR PC+1 SW→BUS BUS→DR1 DR1→RAM RAM→BUS BUS→DR1 DR1→LED 01 00 11 14 74 10 12 73 13 WRITE(01)READ(00)RUN(11) SW B 10 →B U S B U S→R D 1 DR DR1→DR1 37 71 SWA 图2-8复杂模型机微程序流程图 H L T A OUT 六、实验结果： （1）取in指令送IR： （2）采集从数据开关输入的数据07H并送R0：
基于内模控制的水轮机调节系统的优化设计２０１０．№ｌ １引言 基于内模控制的水轮机调节系统的优化设计 陈亮亮１，张江滨２ （Ｌ中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，西安７１００６５； ２．西安理工大学水利水电学院，西安７１００４８） ［摘要］水轮机调节系统是一类典型的非最小相位系统，为抑制其右半复平面零点所造成的负调，提出一种采用极点镜像映射法的ＩＭＣ．ＰＩＤ控制和模糊逻辑设定值加权的混合策略。采用内模控制极点映射方法设计ＰＩＤ控制器，能够降低不稳定零点带来的负调；引入的模糊逻辑设定值加权系数可以在线修正控制器的比例增益，．从结构上有效抑制负调产生。仿真结果表明，该控制器对水轮机调节系统具有良好的控制效果。［关键词］水轮机调节系统；内模控制；仿真研究 ［中图分类号】ＴＫ７３０．４＋ｌ【文献标识码】Ａ【文章编号］１０００．３９８３（２０１０）０１－００６０－０５ ＯｐｔｉｍａｌＤｅｓｉｇｎｏｆＨｙｄｒｏ－ｔｕｒｂｉｎｅＲｅｇｕｌａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＩｎｔｅｒｎａｌＭｏｄｅｌＣｏｎｔｒｏｌ ＣＨＥＮＬｉａｎｇ－ｆｉａｎ９１。ＺＨＡＮＧＪｉａｎｇ．ｂｉｎ‘ （１．ＨｙｄｒｏｃｈｉｎａＸｉｂｅｉＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｘｉ’ａｌｌ７１００６５，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｘｉ’ａｌｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴ＆ｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００４８。Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｙｄｒｏ－ｔｕｒｂｉｎｅｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓａｔｙｐｉｃａｌｎｏｎ－ｍｉｎｉｍｕｍｐｈａｓｅｓｙｓｔｅｍ，ｆｏｒｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｕｎｄｅｒｓｈｏｏｔｃａｕｓｅｄｂｙｚｅｒｏｓｉｎｔｈｅｒｉｇｈｔ．ｈａｌｆｐｌａｎｅ．ａＩＭＣ－ＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｆｕｚｚｙｌｏｇｉｃｓｅｔ－ｐｏｉｎｔｗｅｉｇｈｔｍｉｘｅｄｓｔｒａｔｅｇｙｈａｓｂｅｅｎａｄｖａｎｃｅｄ．，ｒＩｌｅＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｍｏｄｅｌｃｏｎｔｒｏｌｗｉｔｈｐｏｌｅｍａｐｐｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｕｎｄｅｒｓｈｏｏｔ，ａｎｄｔｈｅｆｕｚｚｙｌｏｇｉｃｓｅｔ—ｐｏｉｎｔｗｅｉｇｈｔｆａｃｔｏｒｔｈａｔｃａｌｌｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｇａｉｎ．ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｌｙｅｆｆｅｃｔｉｖｅｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｕｎｄｅｒｓｈｏｏｔ．１１ｌｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｍａｋｅｈｙｄｒｏ－ｔｕｒｂｉｎｅｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｈａｓｇｏｏｄｃｏｎｔｒｏｌ ｅｆｆｅｃｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒｏ－ｔｕｒｂｉｎｅｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ｉｎｔｅｒｎａｌｍｏｄｅｌｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｙ 水轮机调节系统由于水流惯性的存在，使整个系统成为一个典型的只有右半复平面零点的非最小相位系统【ｌｊ。从控制原理知道，右半复平面的正零点属于不稳定零点，由此产生的负调现象是系统控制所不希望的。 针对水轮机调节系统一类的非最小相位特点，很多学者进行过研究。基于经典控制理论的设计大都局限于线性控制器，难以同时抑制负调、超调和调整响应时间；而基于智能控制的设计方法【２】虽然也得到了研究，却因为自身的复杂性而使得实际的操作难度倍增；近年来，以预测算法、模型参考等为基础的控制方法［３－５１有了长足的发展，其中更是以内模控制【６’７】受到了大家的广泛关注。 以内模控制极点镜像映射的方法为基础，针对水轮机调节系统的非最小相位特点设计ＰＩＤ控制器，从而通过参数整定有效的抑制负调；并结合模糊控制技术对控制器的设定值进行加权，从系统结构上抑制负调的产生。理论分析和仿真结果均验证了该混合策略的有效性。 ２问题描述 目前，工业控制系统使用最为广泛的仍然是结构简单的经典ＰＩＤ控制。虽然有学者进行过基于内模控制的设计【８】，而且也取得了不错的效果。但是，将内模控制和ＰＩＤ控制的优点结合起来，才会更有实用价值，所以本文采用基于内模控制的ＰＩＤ设计方法。 内模控制器的传统设计方法很难满足非最小相位系统的需要，而水轮机调节系统正是一个典型的非最小相位系统，所以需要重新定义设计公式，故本文采用极点镜像映射法设计系统控制器。 根据经典ＰＩＤ设计方法，引入设定值加权系数１９】后，系统得以从结构上抑制负调的产生。但此系数的大小会影响系统响应的快速性，所以需要在系统响应过程中动态计算该值的大小。 万方数据
实验四简单模型机实验 1.1实验目的 1）将微程序控制器模块通过总线同运算器模块、存储器模块联机，组成一台模型计算机； 2）用微程序控制器控制模型机数据通路； 3）通过CPU运行5条机器指令组成的简单程序，掌握机器指令与微指令的关系，牢固建立机器的整机概念。 1.2电路图 本次实验用到前几次实验所有电路，将几个模块组成一台简单计算机，由微程序控制器控制数据通路，实现cpu从内存取出一条机器指令到执行指令结束的一个指令周期，由微指令组成的序列来完成，一条机器指令对应一个微程序。 图1 电路图 1.3 实验原理 （1）PC计数器初始值为“0”，微程序默认从00地址开始执行，产生控制信号，使PC的地址通过ABUS将送到存储器（6116）的地址锁存器AR中， PC=PC+1;（2）读出存储器中存放内容,通过DBUS送到IR指令寄存器中，实现指令译码，指令的操作码送至微程序控制器的程序跳转控制部分，在P(1)的控制下与微程序中储存的下一条指令地址进行逻辑运算，产生真正的下一条微程序地址；（3）在微程序的控制下单步执行微指令序列。
1.4 微指令格式 表1 微指令格式 1.5 微程序流程图： 图2 微程序流程图
1.6微程序代码表 1.7 数据通路总体图 图3 数据通路总体图
五条机器指令格式(其中，A为内存地址8bit)： RAM中装入的程序和数据(其中，地址为8进制)： 1.8 实验任务及步骤 （1）实验连线：本次实验大部分的连线已由教师完成，请同学们对照微指令格式，完成微程序控制器的剩余部分连线。 （2）实验环境初始化：实验平台通电前请关闭DR1（74ls273），DR2（74ls273）,存储器（6116）的地址锁存器（74ls273），微程序控制器的地址锁存器（74ls175）的自动清零功能，将几个芯片的-MR引脚置为“1”。 时钟发生器的功能设定为单步执行，具体信号为：STOP=0，STEP=1。 （3）加电运行初始化：①指令寄存器IR自动清零，程序计数器PC手动清零，将两片74ls163的ENT,ENP引脚置“1”，-CR引脚置“0”，打开三态门开关，给单步时钟脉冲；
计算机组成原理实验报告 题目复杂模型机设计实验 专业计算机科学与技术 姓名张蕾 学号 1310632
目录 一、实验目的 二、实验原理 1 数据格式 2 指令格式 三、实验内容 四、实验代码设计思想 1 机器程序设计 2 微代码设计 五、实验代码 六、实验接线图 七、实验总结
一、实验目的 （1）综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。 （2）加深对计算机各组成部件之间的相互关系以及指令系统设计方法的理解。 二、实验原理 CPU由运算器（ALU），微程序控制器（MC），通用寄存器（R0），指令寄存器（IR），程序计数器（PC）和地址寄存器（AR）组成，通过写入相应的微指令后，就具备了执行机器指令的功能。 1.数据格式 模型机规定采用定点补码表示法表示数据，字长为8位，8 位全用来表示数据（最高位不表示符号），数值表示范围是： 0≤X≤2^8－1。 2.指令设计 该复杂模型机设计包含运算类指令、控制类指令、数据传输类指令三大类指令。 （1）运算类指令仅用到了算术运算，算术运算设计有 3 条运算类指令，分别为：ADD（两寄存器值加法）、INC（寄存器值自加1）、SUB（两寄存器值减法），所有运算类指令都为单字节，寻址方式采用寄存器直接寻址。 （2）控制转移类指令有三条HLT（停机）、JMP（无条件跳转到指定的指令地址）、BZC（判断寄存器内容是否为0，为0则跳转到指定的指令地址），用以控制程序的分支和转移，其中HLT为单字节指令，JMP 和BZC 为双字节指令。 （3）数据传送类指令有IN、OUT、LDI、LAD、STA 共5 条，用以完成寄存器和寄存器、寄存器和I/O、寄存器和存储器之间的数据交换，均为双字节指令。 3.指令格式 所有单字节指令具有相同的指令格式，如下图所示： 7654 32 10 OP-CODE RS RD 其中4位OP-CODE为操作码，2位RS为源寄存器，2位RD为目的寄存器，并规定： RS或RD 选定的寄存器 00 R0 01 R1 10 R2 11 R3 IN和OUT的指令格式为： 7654 32 10 7~0 OP-CODE RS RD P IO地址空间被分为4个区如表所示： A7A6 选定地址空间 00 IOY0 00~3F 01 IOY1 40~7F
《水轮机》模拟试卷 一、判断题（正确打“V”，错误打“X”，每小题2分，共10分） 1、混流式水轮机比转速越高，转轮叶片数越少。（） 2、混流式水轮机在部分负荷时尾水管内压力脉动比满负荷时尾水管内 压力脉动大。（） 3、轴流转桨式水轮机的最大出力主要受空化条件的限制，因此在模型综合特性曲线上不作出力限制线。 4、对于反击式水轮机，高比转速水轮机在偏离最优工况时效率下降比低比 转速水轮机慢。（） 5、水轮机工况相似，则水轮机比转速必然相等，反之，亦然（） 二、填空（每空1分，共22分） 1、在反击式水轮机中，________________________________ 水轮机的应用水 头范围最为广泛，____________________________ 水轮机应用水头较低，常用于 潮汐电站。 2、水斗式水轮机的过流部件 有______________________________ ______________________________ 和______________________ 。 3、水轮机牌号XLN200-LJ-300表 示___________________________________________________________ 。 4、金属蜗壳按其制造方法 有____________________________ 、__________________________ 和__________ _______________ 三种类型。 5、为提高水斗式水轮机的比转速，常采 用_______________________________________ 、 ____________________________ ______________ 途径来实现。 6以______________________________________________________________ 为纵、横坐标轴的特性曲线称为模型综合特性曲线， 以__________________________________________________________________ 为 纵、横坐标轴的特性曲线称为运转综合特性曲线。 7、混流式转轮按制造加工方法的不同可分 为_________________ 、____________________ 和______________________ 三种
实验八 简单模型计算机实验 一、实验目的 1)通过实验分析简单模型机结构，了解计算机的工作原理。 2)掌握计算机微程序控制器的控制方法，掌握计算机指令执行过程 二、实验原理 基本整机模型数据框图如图所示，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。 数据的通路从程序计数器PC的地址送到主存的地址寄存器，根据地址寄存器的内容找到相应的存储单元。 存储器中的数据是指令时，那么数据是从RAM送到总线，再从总线送到IR 中。 存储器中的数据是需要加工的数据时，那么数据是从RAM送到总线，再动总线送到通用寄存器中等待加工。 数据加工过程中，两个数据是从总线上将数据分别分时压入两个暂存器中，等待运算部件的加工，在数据加工完成以后。运算结果是通过三太门送到总线上。 三态门的控制时由微控制器来控制。
图：模型机的数据通路图 三、实验过程 1.连线 按实验逻辑原理图连接以下控制信号。 1)时钟单元（CLOCK UNIT）的T1-T4接到微程序控制单元（MAIN CONTROL UNIT）
的T1-T4. 2)手动控制开关单元（MANUAL UNIT）的KA ，KB接到指令单元（INS UNIT） 的KA，KB。 3)指令单元（INS UNIT）的J（1）-J（5）、SE6-SE0、B-IR 接到的微程序控制单 元（MAIN CONTROL UNIT）的J（1）-J（5）、SE6-SE0、B-IR。 4)输入/输出单元（INPUT/OUTPUT UNIT）IO-W，IO-R接到微程序控制单元（MAIN CONTROL UNIT）的IO-W，IO-R,Ai接到地址单元（ADDRESS UNIT）的A0. 5)主存储器单元（MEM UNIT）M-W、M-R接到微程序控制单元（MAIN CONTROL UNIT）的M-W、M-R，A7-A0 接到地址单元（ADDRESS UNIT）的A7-A0. 6)地址单元（ADDRESS UNIT）的B-AR、B-PC、PC+1、PC-B接到微程序控制单元 （MAIN CONTROLUNIT）的B-AR、B-PC、PC+1、PC-B. 7)通用寄存器单元（REG UNIT）的B-R、R0-B 接到微程序控制单元（MAIN CONTROL UNIT）的B-DR、DR-B。 8)把算术逻辑单元（ALU UNIT）的B-DA1、B-A2、ALU-B Cycn、CyNCn、S3-S0、 M、Ci接到微程序控制单元（MAIN CONTROL UNIT）的B-DA1、B-A2、ALU-B、Cycn、CyNCn、S3-S0、M、Ci。 2.写入、检验微代码 这项操作与实验七的操作过程相同 3.装入机器指令汇编程序操作 1)微程序控制单元（MAIN CONTROL UNIT）编程开关置于“RUN”状态。 2)手动控制开关单元（MANUAL UNIT）的“STEP/RUN”开关置于“STEP”状态。 3)手动控制开关单元（MANUAL UNIT）的KA，KB开关置于1、0写主存储器状 态。 4)拨动开关从１1—0—1，产生一个负脉冲，清零程序计数器ＰＣ、微地址 寄存器。 5)拨动“START”按钮一次，从微程序控制存储器的00H微地址开始执行微指 令，暂停在0AH微地址处。 6)此时在输入数据开关上拨入实验用机器指令汇编程序表中对应00H地址的
实验一寄存器实验 实验目的：了解模型机中各种寄存器结构、工作原理及其控制方法。 实验要求：利用CPTH 实验仪上的K16..K23 开关做为DBUS 的数据，其它开关做为控制信号，将数据写入寄存器，这些寄存器包括累加器A，工作寄存器W，数据寄存器组R0..R3，地址寄存器MAR，堆栈寄存器ST，输出寄存器OUT。 实验电路：寄存器的作用是用于保存数据的CPTH 用74HC574 来构成寄存器。74HC574 的功能如下： - 1 -
实验1：A，W 寄存器实验 原理图 寄存器A原理图 寄存器W 原理图连接线表： - 2 -
- 3 - 系统清零和手动状态设定：K23-K16开关置零，按[RST]钮，按[TV/ME]键三次，进入"Hand......"手动状态。 在后面实验中实验模式为手动的操作方法不再详述． 将55H 写入A 寄存器 二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据 55H 置控制信号为： 按住STEP 脉冲键，CK 由高变低，这时寄存器A 的黄色选择指示灯亮，表明选择A 寄存器。放开STEP 键，CK 由低变高，产生一个上升沿，数据55H 被写入A 寄存器。 将66H 写入W 寄存器 二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据66H
置控制信号为： 按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器W 的黄色选择指示灯亮，表明选择W寄存器。放开STEP 键，CK 由低变高，产生一个上升沿，数据66H 被写入W 寄存器。 注意观察： １．数据是在放开STEP键后改变的，也就是CK的上升沿数据被打入。 ２．WEN，AEN为高时，即使CK有上升沿，寄存器的数据也不会改变。 实验2：R0，R1，R2，R3 寄存器实验 连接线表 - 4 -
评语：课中检查完成的题号及题数: 课后完成的题号与题数: 成绩：自评成绩： 实验报告 实验名称：__________ 简单模型机实验报告____________ 日期： _________________ 班级：学号：姓名： -、实验目的： 1掌握一个简单CPU的组成原理。 2、在掌握部件单元电路的基础上，进一步将其构造一台基本模型计算机。 3、为其定义五条机器指令，编写相应的微程序，并上机调试掌握整机概念。 二、实验内容： 本实验要实现一个简单的CPU并且在此CPU的基础上，继续构建一个简单的模型计算机。CPU由运算器（ALU、微程序控制器（MC、通用寄存器（R0，指令寄存器（IR）、程序计数器（PC和地址寄存器（AR组成，如图2-1-1所示。这个CPU在写入相应的微指令后，就具备了执行机器指令的功能，但是机器指令一般存放在主存当中，CPU必须和主存挂接后，才有实际的意义，所以还需要在该CPU的基础上增加一个主存和基本的输入输出部件，以构成一个简单的模型计算机。
图1-4-1基本CPU 构成原理图 除了程序计数器（PC ，其余部件在前面的实验中都已用到，在此不再讨论。系统 的程序计数器（PC 由两片74LS161和一片74LS245构成，其原理如图1-4-2所示。PC_B 为三态门的输出使能端，CLR 连接至CON 单元的总清端CLR 按下CLR 按钮，将使PC 清 零，LDPC 和T2相与后作为计数器的计数时钟，当LOAD 为低时，计数时钟到来后将CPU 内总线上的数据打入PG 图1-4-2程序计数器（PC ）原理图 本模型机和前面微程序控制器实验相比，新增加一条跳转指令 JMP 共有五条指令: OUT （输出）、JMP （无条件转移），HLT （停 机）， 其指令格式如下（高4位为操作码）： 助记符 机器指令码 说明 IN 0010 0000 IN — R0 ADD 0000 0000 R0 + R0 — R0 OUT 0011 0000 R0 — OUT JMP addr 1100 0000 ******** addr — PC HLT 0101 0000 停机 址码。微程序控制器实验的指令是通过手动给出的，现在要求 CPU 自动从存储器读取指 令并执行。根据以上要求，设计数据通路图，如图 1-4-3所示。 IN （输入）、ADD （二进制加法）、 其中JMP 为双字节指令，其余均为单字节指令, ******** 为addr 对应的二进制地 LDPC T2 CLR LOAD
实践报告 计算机组成原理--模型机设计报告 作者姓名： 专业：计算机科学与技术 学号： 指导教师： 完成日期：年月号 ******学院 计算机工程系
摘要 “计算机组成原理”是计算机科学与技术系的一门核心专业基础课程，在计算机专业中起了很重要的作用。课程中分部分介绍了计算机的各个部件，我们有必要将它们组合起来以对计算机有一个整体的认识。这次课程设计通过对一个简单模型机的设计与实现，是我们对计算机的基本组成、部件的设计、部件间的连接有更深的理解。依次设计计算机的几个部件并进行连接使成为一个完整的模型机。通过运行和调试，使之正常工作。 关键词：运算器；控制器；存储器；输入输出接口；模型机
正文： 一、课设目的要求： 《计算机组成原理》是一门理论性、实践性均较强的专业基础课，要求学生具有一定的电路分析、指令系统编写能力、软件设计能力。通过计算机组成原理实践周，要突出《计算机组成原理》理论联系实际的特点，培养实践动手能力。 1.培养学生运用理论知识和技能，构建建立问题逻辑结构，锻炼学生分析解决实际 问题的能力。 2.培养学生使用PROTEUS软件分析和设计计算机内部器件的方法和技巧。 3.培养学生调查研究、查阅技术文献、资料、手册以及编写技术文献的能力。 4.通过实践设计，要求学生在指导教师的指导下，独立完成设计课题的全部内容， 包括： （1）通过调查研究和上机实习，掌握PROTEUS软件的设计和仿真调试技能。 （2）掌握计算机系统的组成结构及其工作原理。 （3）设计实现一个简单计算机的模型机，并能够使用PROTEUS软件进行电路仿真验证 二、课设内容： 利用所学的计算机结构和工作原理的知识，要求学生独立完成简单计算机的模型机设计，并用PROTEUS软件进行验证。在分析设计过程中，要求学生养成良好的习惯，学会分析实际问题，并利用所学的知识建立系统的逻辑结构，学会PROTEUS调试技巧和方法，通过逻辑设计和工程设计培养调试硬件电路的实际动手能力。要求学生掌握数字逻辑电路中故障的一般规律，以及排除故障的一般原则和方法；锻炼分析问题与解决问题的能力，在出现故障的情况下，独立分析故障现象，并排除故障。 三、课设设备： 计算机组成原理教学实验系统及电脑一台。 四、模型机组织结构： 组织结构分为运算器控制器存储器输入输出接口。 运算器是数据的加工部件，是CPU的重要组成部分。基本结构中必须有算数/逻辑运算单元、数据缓冲存储器、多路转换器和数据总线等逻辑构件。控制器是计算机的指挥中心,负责决定执行程序的顺序,给出执行指令时机器各部件需要的操作控制命令，由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器组成。存储器用来
1、反应电能质量指标：电压和频率。 2、水轮机调节：在电力系统中，为了使水轮发电机组的供电频率稳定在某一规定的范围内而进行的调节。 3、水轮机调节系统由调节对象和调速器组成。调节对象有引水系统、水轮机、发电机和电力系统。。 4、Kf 越大，或者δf 越小，或者转速死区越小，离心摆的灵敏度越高。 5、系统越稳定:TW 越小、TA 越大、en 越大、TD 越大、bp 越大 6、Tw 大则应增加bt 以减小水击。，Ta 小则应增加bt 以减小转速变化值。 7、水轮机调节的途径：改变导叶开度或喷针行程，方法是利用调速器按负荷变化引起的机组转速或频率的偏差调整水轮机导叶或喷针开度使水轮机动力距和发电机阻力距及时回复平衡从而使转速和频率保持在规定范围内。 8、水轮机调节的特点：自动调节系统、一个复杂非线性控制系统、有较长引水管道开启或关闭导叶时压水管道产生水击、随电力系统容量的扩大和自动化水平的提高对水轮机调速器的稳定性，速度性，准确性要求高。 9、调速系统的组成：被控对象，测量元件，液压放大元件，反馈控制元件。 10、引导阀的作用：把转动套的位移量的变化变转变为压力油的流量的变化，去控制辅助接力器活塞的运动。 11、硬反馈又称调差机构或永态转差机构，输出信号与输入信号成比例的反馈称为硬反馈或比例反馈。用于实现机组有差调节，以保证并网运行的机组合理地分配负荷。 12、软反馈又称缓冲装置或暂态转差机构或校正元件，只在调节过程中存在，调节过程结束后，反馈位移自动消失，这种反馈称为软反馈或暂态反馈。作用是提高调节系统的稳定性和改善调节系统的品质。 13、硬反馈的作用：实现机组有差调节保证并网运行的机组合理非配负荷。 14、硬反馈的组成：反馈椎体、反馈框架、螺母、螺杆、转轴、传动杆件。 15、软反馈的作用：提高调节系统的稳定性，改善调节系统的品质。 16、缓冲装置的组成：壳体，主动活塞组件，从动活塞组件，针塞组件，弹簧盒组件。 17、 18、调差机构的作用：用于改变机组静特性斜率，确定并列运行机组之间负荷的分配，防止负荷在并列运行机组之间来回窜动。 19、调差机构的组成：螺母，螺杆，反馈框架，转轴 20、转速调整机构的作用：当机组单机运行时用于改变机组转速，当机组并列于无穷大电网运行时用于改变机组所带的负荷。 21、转速调整机构的组成：手轮、螺杆、螺母。 22、调节系统的静特性：统节系统处于平衡状态时机组转速与发电机出力之间的关系。 23、调节规律的输出信号接力器位移y 与输入信号转速x 之间的关系称为调节规律。PI ：比 例积分型S K K S G I P PI /)(+=，PID 比例积分微分型s K s K K s G D I P PID ++=/)( 24、 bp 与调节系统的构造有关，与机组特性和运行水头无关。 ep 与两者都有关。 25、调速器的典型环节：比例环节、积分环节、理想微分环节、实际微分环节、惯性环节。 26、按元件结构不同分为：手动、电动、机械液压型、电气液压型、微机调速器； 27、按容量分为：特小型、中小型、大型调速器； 28、按执行机构不同分为：单调节（混流，轴流定浆式）、双调节调速器（轴流转浆，贯流转浆，冲击式）； 29、按调节规律：PI 型，PID 型 30、按所有油压装置和主接力器设置情况分为：整体式和分离式。 31、离心摆工作原理:当离心摆在额定转速时，如果转速增加则离心力增大，重块外张使转动套升高；反之则转动套下降，这样，离心摆转速的变化就以转动套位置的高低反映出来 32、离心摆的作用：将机组转速偏差信号按比例装换成装套的位移信号，传递给引导阀。 33、离心摆静特性：离心摆静态方程式表示在稳定工况时，离心摆的转速几乎与转动套行程之间的对应关系。 34、离心摆的输出量转动套位移与输入量转速偏差时成比例的。
哈尔滨工程大学 实验报告 实验名称：复杂模型机设计与实现 班级： 学号： 姓名： 实验时间： 成绩： 指导教师：程旭辉附小晶 实验室名称：计算机专业实验中心 一、实验名称：复杂模型机的设计与实现 二、实验目的：
1．综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。 2．设计指令系统。 3．编写简单程序，在所设计的复杂模型计算机上调试运行。 三、实验设备： GW-48CPP系列计算机组成原理实验系统。 四、实验原理： 1．数据格式 8位，其格式如下： 其中第7位为符号位，数值表示范围是：-1≤1。 2．指令格式 所设计的指令分为四大类共十六条，其中包括算术逻辑指令、I/O指令、访问、转移指令和停机指令。 （1）算术逻辑指令 设计9条算术逻辑指令并用单字节表示，采用寄存器直接寻址方式，其格式如下： 其中， （2）访问指令及转移指令 访问指令有2条，即存数（STA）、取数（LDA）；2条转移指令，即无条件转移（JMP）、结果为零或有进位转移指令（BZC） 其中，OP-CODE指令）。D为位移量（正负均可），M为寻址模式，其定义如下： 在本模型机中规定变址寄存器RI为寄存器R2。 （3）I/O指令 输入（IN）和输出（ 其中，addr=01时，选中“OUTPUT DEVICE”中的LCD
点阵液晶屏作为输出设备。 （4）停机指令 指令格式如下： 3．指令系统 共有16条基本指令，其中算术逻辑指令7条，访问内存指令和程序控制指令4条，输入/输出指令2条，其
本模型机的数据通路框图如图7-1。根据机器指令系统要求，设计微程序流程图及确定微地址，如图7-2。 图7-2 微程序流程图 五、实验内容： 按照系统建议的微指令格式，参照微指令流程图，将每条微指令代码化，译成二进制代码表，并将二进制代码表转换为联机操作时的十六进制格式文件。 微代码定义如表7-1所示。
水轮机的几种模型研究 河流发电是一种无需建坝获取电能的方式;河流水轮机和常规水轮机的主要区别在于低流速﹑低压力和需要很大的水流通道面积。河流动能用“水轮机”提取,转速慢，它是一种可将水流的部分动能转换为电能的水轮机。 1.河流水轮机的工作机理 一台转子功率系数为Cp,效率为的涡轮机,其额定功率为: 32 1Av C p p ρ= 因为水的流速不能降低到零,功率系数Cp 受到所谓贝兹极限(Bets limit)16/25=59%的限制。仅此而言,用于河流能的水轮机与风轮机的物理学原理是相同的。但是,在量与方向上却有很大的区别:虽然河水密度约比空气密度大816倍,然而河流的流速要低得多。同时,对于风轮机来说,流动空气的方向较为发散,而河流的流动方向相对集中，涡轮叶片相对较多。 2. 模型比较 2.1戈尔洛夫水轮机 戈尔洛夫螺旋形水轮机(图1)可稳定地单向转动,效率优于Darrieus 水轮机,可用于河流发电。这两种风力机平均风能利用系数较为相近，略为0.28。 2.2 Darrieus （H 型）与Gorlov 风力机 图 3 Darrieus （H) 图4 Gorlov(Hellical)
H 型Darrieus风力机具有其优秀的空气动力和特别的扭矩设计，此款产品具有启动风速低和抗强风性好的特点，效率23.5%。Gorlov启动性能更好，效率达30%。这两种风力机可进一步设计用于水力发电。 2.3 WS系列 图 5芬兰 Windside 公司的小型 VAWT 系统 该风力机的风能转化效率为0.187，但有极强的风况适应能力，启动风速低, 可在风速低至 1 m/s 的状况下工作。曾创下在风速高达 60 m/s 的状况下也能继续发电的世界纪录，年发电量比水平轴风机的发电量增加50%，改进后，可用于水力发电。 2.4 涡轮机 图6 PacWind（美）公司的涡轮机图7 Gual industrie（法）公司的涡轮机 PacWind 公司的垂直轴风力发电机是一种全方位低风速发电机, 可以在任何有风的地方轻易地安装, 其 VAMT 外形如图6所示。这套系统从风轮类型上应归属于阻力型风力机, 但其通过增加叶片数目和改良设计, 使迎风面积显著大于阻风面积从而减小了迎风阻力, 增高了转化效率。 图7法国 Gual industrie 公司产品 StatoEolian 风力机是在垂直轴叶片的外围增加一圈导引叶片, 形成有加速功能的进流通道, 以增大转子叶片上的风速和转动扭矩, 整个系统比传统的水平轴风力发电机具有更好的低风启动性和运行安静的优点。它的启动风速约为 2 m/s, 风速在 40 m/s 时仍可工作, 有很宽的工作范围。使用该风力机发电量是传统水平轴的1.3倍。
目录前言 目次 1总则 1.1范围和目的 1.1.1范围 1.1.2目的 1.2引用文献 1.3术语、定义、符号和单位 1.3.1概述 1.3.2单位 1.3.3术语、定义、符号和单位表 1.4与水力性能有关的保证值的性质和范围1.4.1概述 1.4.2模型试验法验证的主要水力性能保证值1.4.3模型试验法不能验证的保证值 1.4.4附加性能数据 2试验的执行 2.1试验安装和模型的要求 2.1.1试验室选择 2.1.2试验装置安装 2.1.3模型要求 2.2模型和真机的尺寸检查 2.2.1概述 2.2.2需检查的模型和真机的尺寸 2.2.3表面的波浪度和粗糙度 2.3水力相似、试验条件和试验程序 2.3.1水力相似 2.3.2试验条件 2.3.3试验程序 2.4测量方法介绍 2.4.1主要水力性能保证值的测量 2.4.2附加数据与测量 2.4.3数据的采集和处理 2.5物理性质 2.5.1概述 2.5.2重力加速度 2.5.3水的物理性质
2.5.4大气的物理性质 2.5.5水银密度 国际标准IEC60193由IEC TC4即水轮机技术委员会编制。 第二版IEC60193将取消和替代1965年出版的第一版IEC60193及其补充1（1977），IEC60193A（1972）以及IEC60497（1976）和IEC60995（1991）。 本标准的第1至第3章覆盖了上述出版物，第十章给出。 3附加内容 本标准的文本基于下列文献： 上表的表决报告给出了本标准表决标准的所有情况。 附录B、F、G、K、L和M内容是本标准不可分割的一部分。 附录A、C、D、E、H、J、N和P是供参考内容。