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    备份软件关键特性详细介绍

    备份软件关键特性详细介绍

    前期文章介绍了备份软件的系统架构和组网方式,今天我们重点讨论下关键特性,数据重删压缩是备份软件的基本特性。为了达到真正备份数据的目的,数据副本一般需要通过广域网备份到异地备份中心,数据重删压缩就可有效节约网络带宽、减低客户带宽租用成本,另外通过重删压缩还可以节约备份介质存储空间,降低客户备份投资。

    备份软件关键特性详细介绍

    备份方案的重删压缩类型非常丰富,一般分为源端重删、目标端重删和介质重删。

    源端重删由备份软件提供,在服务器备份客户端完成重删,可以有效节约网络传输带宽,但对业务有所影响。

    目标端重删也是由备份软件提供,在介质服务器上完成数据重删,目标端重删的优势是可以让每个客户端共享重删数据指纹,实现全局重删。

    介质重删一般有备份介质提供,常见的有VTL和存储系统(自带重删压缩功能),物理带库的线性读写模式限制它只能实现压缩,当备份软件发现物理带库或VTL备份介质时,也会关闭重删压缩功能。介质重删根据数据在备份介质中重删压缩的时机不同,还分为Inline和Postline重删压缩,当然,Inline会更加节省存储空间。

    数据重删首先以固定块为单位进行计算Hash值,把计算出Hash值跟重删Hash数据库进行比对,如果Hash已经存在,那对应数据块就不再进行存储,只是用索引或指针来记录该数据块;如果Hash不存在,说明该数据块是新数据,需要进行物理存储,再用索引记录,相同的数据块物理上只存储一次。通过索引指针,可以看到完整的数据逻辑视图,而实际上物理存储的数据却很少。

    备份软件关键特性详细介绍

    今天我们通过SimPana和AnyBackup备份软件,来分析下备份软件的重删压缩、复制等功能,希望对大家了解备份软件重删压缩有所帮助。

    SimPana重删压缩原理

    SimPana是采用两级重删指纹数据库架构(SSDB和DDB),支持源端重删和目标端重删同时开启,但是考虑到性能影响,一般建议只开启其中一种。备份任务开始时,如果客户端配置了源端重删,备份客户端将首先会把备份数据进行压缩,然后按照重删SHA 512 Hash算法,切成固定大小计算Hash值。

    如果该Hash值在本地服务器源端重删数据库(SSDB)没有记录,说明该数据是新数据,则需要通过网络把Hash值传输给MA介质服务器,在MA的DDB中查找并把比对结果返回本地服务器客户端,有记录说明是重复数据不需要备份数据块,没有记录则需要发送数据块和Hash索引到MA介质服务器,备份该数据块到备份介质,并更新本地服务器SSDB和MA的DDB数据库记录。

    如果该Hash值在本地服务器源端重删数据库(SSDB)有记录,说明该数据块是重复数据,只需记录数据索引不需要备份数据到备份介质中。

    备份软件关键特性详细介绍

    全局重删主要依赖于两级重删指纹数据库架构(SSDB和DDB),SSDB在客户端本地保留一个数据库,并把Hash值同步到MA介质服务器DDB数据库,所以每个客户端通过共享DDB实现全局数据重删。使得几百个客户端的重复数据,可跨越不同的存储系统、不同的存储策略,最大限度地消除多个数据中心的重复数据。

    介质服务器并行重删

    因为单个MA的性能和支持的重删压缩空间是有限的,为满足大规模去重需求,把一组MA介质服务器及存储介质组成一个集合(MA介质服务器间共享DDB,且MA集群之间要同步索引和DDB指纹数据),组成并行重删域,以获得最佳性能。

    备份软件关键特性详细介绍

    随着并行重删网格中MA节点的增加,可线性提升重删容量、吞吐率和并发性能,同时内置自动故障切换能力,网格中即使有一个MA节点不可用,剩余的MA节点可以继续工作接管备份。并行重删网格中MA节点可实现自动负载均衡。

    数据复制功能

    数据恢复操作与常规恢复完全一样,通过Hash索引指针建立逻辑视图恢复,恢复过程不需要重组重复数据删除数据,也不需要使用重复数据删除数据库,所以恢复速度比较快。

    SimPana还支持备份数据的远程复制容灾,通过MA之间复制,可以实现对非重删数据副本和重删数据副本的容灾。非重删数据副本复制称为Auxiliary

    Copy,重删数据副本复制成为Dash Copy,相比之下Dash Copy应该更广泛。下面我们重点看看Dash Copy技术。

    备份软件关键特性详细介绍

    在备份管理服务器的控制下,在源端MA上的复制数据副本任务,首先读出需要复制数据的Hash值并传输到目标MA端,在目标端的DDB中对Hash值进行比对,只有新数据块才传输真实数据块到目标MA端复制到介质服务器,否则,在目标MA上只记录数据索引即可。并且通过介质跟踪(Vault Tracker)功能可以实现从源端恢复数据。

    硬件快照IntelliSnap

    硬件快照是实现Server Free备份的基础,也是基于备份软件实现存储应用联动的一个特性,目前很多存储厂商都已近和备份软件厂商合作,实现硬件快照,实现对DB2, MySQL, Oracle, SQL Server, SAP关键应用基本无影响的备份。

    备份软件关键特性详细介绍

    部署该方案,首先要在业务服务器上安装iDA,识别业务应用、生产存储LUN和卷设备,通过命令对业务打快照、刷数据,最终在介质服务器MA上能对快照建立索引、挂载快照进行备份。通过结合备份策略实现本地去重备份、通过介质服务器MA间复制实现异地容灾和长期保存。

    AnyBackup重删原理

    AnyBackup其产品架构也是采用备份管理服务器和介质服务器架构,但是要求备份服务器和介质服务器部署在一起,暂不支持独立部署。除了支持主流应用和操作系统外,还支持国内操作系统和应用如,中标麒麟、RedFlag红旗、Gbase(南大通用)数据库、武汉达梦数据库等。

    备份软件关键特性详细介绍

    AnyBackup的重删技术和Simpana类似,也是在客户端首先进行数据切块,根据Hash算法计算指纹在客户端本地进行比对,如果没有找到记录,数据将在客户端会在进行二次切片,再到备份服务器端查询指纹记录(Hash指纹请求通过网络传输到备份服务器端),如果记录存在说明数据是冗余数据,则不会备份数据到备份介质。

    否则,备份数据和指纹将一起传输到备份服务器端备份到存储介质,并更新客户端和备份服务器端是重删指纹数据库。AnyBackup采用二次切片和变长数据块切片重删技术,可以提供重删率。

    AnyBackup远程复制技术

    由于AnyBackup当前不支持介质服务器单独部署(应该有规划分离部署),目前只能一个介质服务器是一个备份域,所以目前只支持备份域间复制。在一个介质服务器内,支持全局重删(备份管理和介质服务器一起部署)。

    AnyBackup虚拟机即时恢复

    即时恢复是虚拟机备份的一个亮点,他其实类似于虚拟机的容灾功能,当生产系统发生故障后,虚拟机可以通过配置文件直接在备份介质上拉起,无需把虚拟机文件从存储介质恢复到生产存储(Simpana采用私有备份数据格式,备份数据一般需要恢复才能拉起业务),明显降低业务切换和拉起时间。

    备份软件关键特性详细介绍

    首先对VM进行快照,通过过AnyBackup将快照文件备份到存储介质中,当生产存储、VM故障或需要恢复时,备份服务器通过解析虚拟机磁盘文件,把备份VM文件数据以NFS形式映射给ESXi直接拉起业务。这种即时恢复虚拟机的方式,目前Veeam、eBackup、AceSure等备份软件也支持,在虚拟机备份场景下具有很大优势。


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    产品需求分析与市场分析方法汇总(SWOT+PDCA+波士顿矩阵BCG+5W2H分析法+STAR关键事件分析法+目标管理SMART+时间管理紧急重要矩阵+WBS任务分解法)

    产品需求分析与市场分析方法汇总

    http://www.chanpin100.com/article/55744

    一、KANO模型

    KANO模型分为:基本型需求、期望型需求、兴奋型需求。

    1.基本型需求

    ,这类需求是应该得到满足,有是应该的,没有是会引起用户不满;所以这类需求是比较重要也是需求挖掘和需求分析应当用心做好的,这是一个产品的基础。

    举例说明,聊天表情,几乎任何具备聊天场景的IM,都有发送表情的功能,输入法也开发了自己的默认表情,如果你设计一款新的APP,缺少了表情,可能会让用户不满。

    2.期望型需求

    ,在做用户调研或则访谈的时候,用户反馈如果有某个功能,该多好,当你想深入了解的时候,用户或客户自己也说不明白为什么需要这个功能,就是觉得如果你有,就很好。

    如果没有其实也影响不大;还有种可能,用户使用了竞品友商的产品,进行相互对比的时候,告诉你某某产品有这个功能,我觉得你们也应该有,这类需求属于期望型需求同时也属于基本型需求,所以这类需求不满足,会引起用户的不满,得到满足,会给产品加分但是不会太多。

    对于期望型需求,我曾经也纠结过苦恼过,也设计过原型,一直迟迟没有提交开发,这类需求收集到了可以提前准备,等时机成熟(有很多用户或则客户都提到这个需求)或则有开发资源的时候,再做。

    举个例子,我现在在做的是ToB的产品,是专业的销售人员、外勤人员的行为管理软件,提需求的大部分是后勤人员,他们的工作就是使用后台进行监督、管理、汇总等,尤其是刚刚使用我们产品,对考勤管理特别用心,每天都会盯着考勤查看谁请假、出差、迟到早退、各种异常,然后每月工资也会按照考勤来制定。

    问题来了,用户提到如果考勤能这样排版、这样汇总、如果能够在一个页面看到所有信息等等。

    其实这些需求都是某些用户频繁使用产品,遇到的麻烦和想偷懒所提出的,他们期望软件帮他们完成所有的工作,然后自己每天就是坐在电脑前静静的等待结果。

    这类需求,需要慎重容易导致产品变得越来越臃肿,为了满足了任何人的需求,反而满足不了任何人的需求。所以很多文章都提到,产品经理面对需求,需要做减法。期望型需求,就是考验产品经理做加法还是做减法的判断力。

    3.兴奋型需求,

    让人出乎意料的产品属性,这类需求满足了会给产品增加不少魅力和好评。

    举个例子,我在使用番茄,遇到一个问题,我每天需要固定一个时间看书,去完成这个番茄计划,但是每天去设置是很麻烦的事情,我当时就想有没有一个循环设置的方式,只用设置一天的几点到几点我要完成某事,然后勾选重复每天,就可以以后不用在设置,每天按照计划完成就可以了。

    我把设置页面每个按钮都点了一边,意外发现有这样的功能,我非常兴奋,早上上班还给我们老板演示了下这个功能,和我们外勤管理软件的巡店模式非常接近。

     

    二、马斯洛需求层次

    马斯洛需求包含5个层次,分别是:生理上的需要、安全上的需要、情感和归属的需要、尊重的需要、自我实现的需要。

    1. 生理上的需要

    :食物 / 水 / 睡眠 / 生理平衡 / 分泌 / 性 / 呼吸;对应的移动互联网产品有美团外卖、陌陌等。

    2.安全上的需要

    :人身安全 / 健康保障 / 资源所有 / 财产安全 / 道德保障 / 工作保障 / 家庭安全;对应的移动互联网产品有支付宝、咕咚、乐运动、超级减肥王、动动记步、KEEP等。

    3. 情感和归属的需要

    :爱情 / 友情 / 性亲密;对应的移动互联网产品有珍爱网、世纪佳缘、生日管家、她趣等等。

    4. 尊重的需要

    :自我尊重 / 信心 / 成就 / 对他人尊重 / 被他人尊重;对应的移动互联网产品有新浪微博等。

    5. 自我实现的需要

    :道德 / 创造力 / 自觉性 / 问题解决能力 / 公正度 / 接受现实能力;对应的移动互联网产品有在行。

     

    三、5W2H法

    1. WHAT

    —— 用户目标是什么?产品目标是什么?企业目标是什么?

    2. WHO

    —— 谁是用户?谁是目标用户?他们有什么特征属性。

    3. WHY

    —— 为什么?为什么要这么做?理由何在?原因是什么?

    4. WHEN

    —— 用户在什么时候会用?使用的场景处于什么时间段。

    5. WHERE

    —— 用户在哪里使用?使用的场景所处的位置,如公交地铁、办公室、户外等。

    6. HOW

    —— 怎么做?如何提高效率?如何实施?方法怎样?用户会怎样使用?

    7. HOW MUCH

    —— 做到什么程度?当成核心功能做深做透还是只是浅浅的做。

     

    四、SWOT分析模型

    SWOT分别代表:

    S:strength(优势)

    ;内部因素,例如充足的资金、有影响力的品牌或公司形象、市场份额、牛x的技术力量等等。。

    W:weakness(劣势)

    ;内部因素,例如缺失人才、时间紧迫、资金缺口大等等。

    O:opportunity(机会)

    ;外部因素,例如发现市场空白点、竞争对手失误、等等。

    T:threat(威胁)

    。外部因素,例如出现新的竞争对手活着替代产品、目标用户流失、政策风险等等。

    根据以上四点,按照优先级或紧迫度分别列出符合的条件的事实,便可以构建出一个通用的SWOT矩阵或者模型。

    1、SO(优势-机会:增长性战略)

    这是一种理想的战略组合,充分利用内部优势和外部机会进行企业发展的战略。比如公司内部在某一领域具有绝对优势,且这一需求已然成为用户痛点,或非常受资本市场的青睐,那么就可以采取这一策略。

    2、WO(弱点-机会:扭转型战略)

    即利用外部机会来弥补内部弱点。例如目前很多有实力的大型互联网公司都推出了开放平台产品,利用自身的流量优势和影响力,吸引开发者,达到合作共赢的目的。对于开发者来说,推广与渠道可能恰恰是其弱点,如果充分利用大公司开放平台的机会,就很可能会使自己找到一条光明大道。

    3、ST(优势-威胁:多种经营战略)

    利用自身优势,尽量规避外部威胁。比如一些公司被同行业或竞争对手收购、合并或者合作就是采取这一策略。

    4、WT(弱点-威胁:防御型战略)

    公司在某一领域或项目产品中不存在任何优势、机会不大,甚至存在一些劣势和威胁的时候,通常会采取这种防御战略。比如某公司出了一款产品在市场中大行其道,那么为了自己不被彻底击败或者有效的阻击对手,那么他可能会做一款同样的产品,但又不会在这款产品投入太多资源,其实目的仅仅是为了能够起到一定的阻击对手的效果。

    SWOT分析法不需要考虑的过于复杂但需要全面,同事需要对自身和外部环境有一个比较客观的认识。通过这一方法,基本可以找到一款产品领域中自身所处的位置和采取怎样的竞争策略。

     

    五、波士顿矩阵

    1. 销售增长率和市场占有率“双高”的产品群(明星类产品);

    2. 销售增长率和市场占有率“双低”的产品群(瘦狗类产品);

    3. 销售增长率高、市场占有率低的产品群(问题类产品);

    4. 销售增长率低、市场占有率高的产品群(现金牛类产品)。

     

    六、PEST分析法

    PEST分析是指宏观环境的分析,P是政治环境(politics),E是经济环境(economy),S是社会环境(society),T是技术环境(technology)。

    PEST分析法可能不会经常用到,但是这是一个潜在我们不容忽视的思维,比如我们在分析竞品的时候我们知道我们有哪些技术优势,我们能够在什么地方可以领先别人;再比如我们现在正在做的项目,符合两会的主张,借着政策的利好,迎合政府的口号,去设计开发产品;并且获得了一笔小小的投资,也有了经济基础,目前正打算收购一家硬件厂商。

    有了政策、技术、经济环境,我们可以实现很多以前我们没有想过或则不敢做的需求。所以PEST分析法,我们可以无视它,但是不能否认它存在的意义。

     

    SWOT+PDCA+波士顿矩阵BCG+5W2H分析法+STAR关键事件分析法+目标管理SMART+时间管理紧急重要矩阵+WBS任务分解法

    https://doc.mbalib.com/view/db988a94ef1d9ae33b401b0bb24b4994.html

     

    SWOT+PDCA+波士顿矩阵BCG+5W2H分析法+STAR关键事件分析法+目标管理SMART+时间管理紧急重要矩阵+WBS任务分解法

    http://www.360doc.com/content/16/0803/14/35537456_580490548.shtml

    企业的成功一定是有办法的有技巧的!君子性非异也,善假于物也!

    SWOT分析法帮助企业从四个维度进行综合分析,正确识别自己在市场中所处的地位,扬长避短,聚焦优势资源,在500强工作的员工,SWOT分析是必须具备的技能,特别是做市场的员工,全面的思考竞争对手与自身的优势,才能做出及时的战略调整,所谓知己知彼,百战不殆。

     

    意义:帮员工清晰地把握全局,分析自己在资源方面的优势与劣势,把握环境提供的机会,防范可能存在的风险与威胁。

     

    1、问题型业务(高增长-低市场份额)

     

    它是处于高增长率、低市场占有率象限内的产品群。前者说明市场机会大,前景好,而后者则说明在市场营销上存在问题。其财务特点是利润率较低,所需资金不足,负债比率高。

     

    2、明星型业务(高增长-高市场份额)

     

    这类产品可能成为企业的现金牛产品,需要加大投资以支持其迅速发展。采用的发展战略是:积极扩大经济规模和市场机会,以长远利益为目标,提高市场占有率,加强竞争地位。

     

    3、现金牛型业务(低增长-高市场份额)

     

    又称厚利产品。它是指处于低增长率、高市场占有率象限内的产品群,已进入成熟期。其财务特点是销售量大,产品利润率高、负债比率低,可以为企业提供资金,而且由于增长率低,也无需增大投资。

     

    4、瘦狗型业务(低增长-低市场份额)

     

    也称衰退类产品。它是处在低增长率、低市场占有率象限内的产品群。其财务特点是利润率低、处于保本或亏损状态,负债比率高,无法为企业带来收益。对这类产品应采用撤退战略:首先应减少批量,逐渐撤退,对那些销售增长率和市场占有率均极低的产品应立即淘汰。

     

    意义:身为企业的员工,特别是营销人员,必须懂得将企业战略规划与资本预算紧密结合,波士顿矩阵能帮助企业识别出哪些产品值得投资,从而使业务组合达到最佳经营效果。

     

     

    自我管理在500强企业是很重要的话题,管理者没可能时时刻刻监督下属,如何在工作实现改进,PDCA的工作管理循环是一种不错的方法:

     

    Plan制定每天的目标与计划-Do开展当天的工作任务-Check对工作过程的检查与每天总结—Action处理工作偏差,对成果进行量化,制定新的目标计划。

     

    意义与作用:可以使我们的思想方法和工作步骤更加条理化、系统化、图像化和科学化。

     

    员工在日常工作中要制定计划,这个计划不仅包括目标,而且也包括实现这个目标需要采取的措施;计划制定之后,就要按照计划进行检查,看是否实现了预期效果,有没有达到预期的目标;通过检查找出问题和原因;最后就要进行处理,将经验和教训制订成标准、形成改善工作的习惯。

     

    意义及作用:在职场工作,5W2H能快速帮助我们思路的条理化,特别是向上司汇报工作的时候更有逻辑性。

     

    Why为什么:为什么要这么做?理由何在?原因是什么?

    What是什么:目的是什么?做什么工作?

    Who谁:由谁来承担?谁来完成?谁负责?

    When何时:什么时间完成?什么时机最适宜?

    Where何处:在哪里做?从哪里入手?

    How怎么做:如何提高效率?如何实施?方法怎样?

    How much多少:做到什么程度?数量如何?质量水平如何?费用产出如何?

     

    STAR分析法是HR必须掌握的技能,通过策略性的交谈与提问对应聘者的知识与才能做出判断,是很好的招聘面试工具。但其实STAR在职场的很多领域中都有它的发挥的地方,例如培训经理在分析企业内部业务所存在的问题时,STAR中的沟通技巧起到关键作用。

     

    意义及作用:人们在制定工作目标或者任务目标时,考虑一下目标与计划是不是SMART化的。只有具备SMART化的计划才是具有良好可实施性的,也才能指导保证计划得以实现。

     

    S(Specific)具体明确的

     

    所谓明确就是要用具体的语言清楚地说明要达成的行为标准。特别注意的是,很多团队不成功的重要原因之一就因为目标定的模棱两可,或没有将目标有效的传达给相关成员。

     

    M(Measurable)可衡量的

     

    衡量性就是指目标应该是明确的,而不是模糊的。应该有一组明确的数据,作为衡量是否达成目标的依据。

     

    A(Acceptable)可达到的

     

    目标是要能够被执行人所接受的,如果上司利用一些行政手段,利用权利性的影响力一厢情愿地把自己所制定的目标强压给下属,下属典型的反映是一种心理和行为上的抗拒:我可以接受,但是否完成这个目标,有没有最终的把握,这个可不好说。

     

    R(Realistic)相关/实际性

     

    目标的实际性是指在现实条件下是否可行、可操作。可能有两种情形,一方面领导者乐观地估计了当前形势,低估了达成目标所需要的条件,这些条件包括人力资源、硬件条件、技术条件、系统信息条件、团队环境因素等,以至于下达了一个高于实际能力的指标。

     

    另外,可能花了大量的时间、资源,甚至人力成本,最后确定的目标根本没有多大实际意义。

     

    T(Timed)时限性

     

    目标特性的时限性就是指完成目标是有时间限制的。管理者在下达任务的时候也应该明确注重完成绩效指标的期限。

     

    时间管理与自我管理是职场员工必须掌握的两项关键能力,而紧急重要矩阵是一个简单易用的工具,特别是刚入职场的新生代员工。时间管理矩阵的四个原则:

     

      第一象限的事情应该首先做;

      把大多数的时间放在第二象限的事情上;

      第三现象的事尽量少做;

      第四象限的事最好别做;

     

    意义及作用:学会分解任务,只有将任务分解得足够细,您才能心里有数,您才能有条不紊地工作,您才能统筹安排您的时间表及行动计划。

     

    WBS分解原则:将主体目标逐步细化分解,每个任务原则上要求分解到不能再细分为止。

     

    WBS分解的方法:至上而下与至下而上的充分沟通,一对一个别交流,小组讨论。

     

    WBS分解的标准:分解后的活动结构清晰逻辑上形成一个大的活动。集成了所有的关键因素包含临时的里程碑和监控点,所有活动全部定义清楚。

     

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    千次阅读 2020-08-07 00:00:00
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    1、计算机为什么需要操作系统?

    大部分人认为,操作系统本来就是与计算机(IT设备)一体的。究竟计算机为什么需要操作系统?可能我们并不会去特意想这个问题。

    其实,对于IT产品而言,操作系统的角色,就像我们人类身体中,大脑的角色一样。我们每天面对大量的或大或小、或简单或复杂、或紧迫或宽松的事情。大脑如何处理这些事情的处理的先后顺序和逻辑关系。

    来源:计算机教程

    我们先了解一下,操作系统为什么是计算机 (IT设备)一个核心必备软件系统?

    为了了解操作系统的必要性,我们先看几个简单的场景案例。

    1)计算机(任何IT产品)其实就是一个利用IT资源(计算资源、存储资源、网络资源)对各种数据进行处理的设备。而在计算机处理数据的时候,会遇到IT资源如何分配的问题。比如,如果同时有几个应用程序发出运行请求,各个程序之间运行的先后逻辑是什么?哪个程序优先运行,哪个程序后运行?每个程序又该分配多少计算资源?这些都是需要解决的问题。如果没有操作系统,多个程序同时运行,就会出现各个应用程序相互挤占计算资源,最终都无法运行的情况。

    2)在同一个计算机(IT设备)中,其运行着各种各样的应用程序。而在应用程序开发的时候,开发者关注的是自己的应用程序是基于什么操作系统开发的(这也是应用程序与操作系统之间的耦合关系),而不会去关注自己的程序是否会受到其他应用程序的影响。对于操作系统来说,就需要解决不同应用程序之间是否会相互干扰的问题。

    3)计算机(IT设备)是由硬件和软件组成。操作系统和在其之上运行的应用程序都是软件。由于硬件种类很多,同一硬件产品也都有不同的生产设计产商。对于这样的一个看似非标准化的硬件环境,如何能让应用程序都能适应这些硬件环境,不会出现某个应用程序只能在某一个硬件环境下运行,换一个硬件环境就无法运行的情况。

    解决以上问题的核心途径,就是采用操作系统。

    1)操作系统,可以对应用程序进行计算资源分配、运行管理、调用权限审核等。目的就是让各种应用程序都能够有序、快速地运行计算机资源分配包括:CPU的运算资源,内存条的主存容量,硬盘的读写流量,网卡的网络传输流量,主线的内部数据流量等。

    2)操作系统,可以将不同硬件造成的运行环境的差异进行标准化。无论什么样的底层硬件,上层应用程序运行的环境都是一样的。这就极大便利了应用程序开发者,可以将精力主要用在优化自身产品方面,而不用担心底层的计算环境。

    3)操作系统,可以进行多任务管理,控制程序并发运行。操作系统可以针对几个应用程序提出的并发运行请求,进行合理处理,安排优先级。合理有序对其进行计算、存储、网络等各种IT资源的分配。

    来源:计算机教程

    2、鸿蒙OS解读

    对于鸿蒙OS,大家印象比较深刻的是几个关键词:全场景、分布式、微内核、跨终端。这些都是鸿蒙OS相比传统其他OS不同的地方,当然也是鸿蒙OS的卖点所在。

    而华为对鸿蒙OS介绍中,花了大量篇幅来介绍鸿蒙OS的四大技术特性。说实话,这四大技术特性,对于非专业IT人士而言,可能大致能明白其表达的核心意思,但对于其背后的体现的IT内涵和程序模块间的逻辑关系,可能并不一定有多理解。而这些也正是鸿蒙OS相比其他操作系统的不同或者说优势所在。

    为了更好地理解鸿蒙OS,我们将围绕华为对鸿蒙OS四大技术特性的官方描述展开,来进一步理解其背后的IT逻辑关系和含义。

    鸿蒙OS,具备四大技术特性:

    鸿蒙OS技术特性一:分布式架构首次用于终端OS,实现跨终端无缝协同体验

    这里有个关键词,就是“分布式架构”,什么是操作系统的分布式架构?

    华为在介绍这一部分内容时,特别提到了两个专业术语“分布式OS架构”和“分布式软总线技术”。对于以上这种“分布式”的作用,华为的描述是通过公共通信平台,分布式数据管理,分布式能力调度和虚拟外设四大能力,将相应分布式应用的底层技术实现难度对应用开发者屏蔽,使开发者能够聚焦自身业务逻辑,像开发同一终端一样开发跨终端分布式应用,也使最终消费者享受到强大的跨终端业务协同能力为各使用场景带来的无缝体验。”

    那我们先了解下,操作系统的分布式架构是怎样的架构?

    分布式操作系统架构,是相对于集中式操作系统架构而言的。根据以上,我们知道,操作系统分别经历了从CP/M系统、DOC系统、集中式操作系统,到现在的分布式操作系统。

    分布式架构操作系统,能够对计算机的资源进行动态分配,并有效控制和协调操作系统中各任务的并行执行。分布式架构的操作系统,除了具备传统操作系统功能之外,还提供分布式进程通信、分布式文件系统、分布式进程迁移、分布式进程同步和分布式进程死锁等功能。

    分布式操作系统的特点是:分布性和稳定性。分布式操作系统中的微内核和其他应用程序,可以以多副本的方式运行,一旦系统中某一个部分发生故障,该分布式操作系统仍能够正常运行,保障了系统的稳定性。

    另外,分布式操作系统一般采用微内核及核外辅以若干实用程序的结构而此次鸿蒙OS特别提到,其利用的是微内核

    微内核是一种具有有限功能的较小的操作系统内核。我们可以将其理解为是一个功能缩小版的内核。微内核主要负责原来内核中几个基础的功能,包括中断、通信、调度等,其他的系统功能分配给微内核外的使用程度来执行。在分布式操作系统中,一台计算机对应配置一个微内核我,分布式系统之上运行的实用程序可以不同。这样可以使得,整个架构更加灵活,节省系统资源,保证系统的稳定性。

    同时,分布式操作系统,对应用程序开发者,将相应分布式应用的底层技术实现难度进行屏蔽,使开发者能够聚焦自身业务逻辑,像开发同一终端一样开发跨终端分布式应用。 以上是我们对“分布式架构OS”的理解。

    来源:计算机教程

    另外一个就是“分布式软总线技术”

    要了解分布式软件总线技术,我们需要一层一层的剥开。要知道分布式软件总线,需要了解软件总线,进而需要了解软插件,进而需要了解软件复用的概念。

    软件复用,是利用现有的软件成分(资源)来构造新的软件系统。该软件成分可以是已有的软件,也可以是专门开发的可以复用的软件构件。

    软件复用技术分为组装技术和生产技术。

    组装技术,是对已有的软件构件不做修改或者少做修改,直接将其插装在一起,来构造出一个新的软件系统。

    生成技术,是利用程序编译器来完成对软件结构模式的复用。例如V c++等。

    软插件模型,软插件技术从本质来讲是一种软件集成技术。对于一个新的软件系统,其中有大部分的工作量是用在重复编写已有软件部分。软插件是一种具有一组外接插头。如果构造一个软件系统的软插件都已存在,那开发者只需要对整个系统的构造策略和原则进行制定即可,从而提升软件生产效率。软件插件的特征包括:模块化好、独立性强、高可靠性、链接简单、封装功能等。

    软件总线,解决的是软插件的交互问题以支持软件工厂总装期间和运行阶段的高级通信问题。并解决软件系统内部各个软插件的互操作问题。

    分布式软件总线在分布式操作系统下,大量易购网络以及各个厂商推出的软硬件产品,带来分布式系统各个层次都存在互操作问题。如果将软件总线与操作系统、网络通信机制结合起来,就能够比较好的处理分布式系统的互操作问题

    华为给出的关于分布式软总线的关键指标,这将有利于我们对其的理解。主要包括:1)低时延:端到端时延小于20毫秒。2)高吞吐:有效图吞吐高达1.2Gbps。3)高可靠:抗丢包率高达25%。

    来源:计算机教程

    鸿蒙OS技术特性二:确定时延引擎和高性能IPC技术,实现系统天生流畅

    华为对改性能的解释为:鸿蒙 OS通过使用确定时延引擎和高性能IPC两大技术解决现有系统性能不足的问题。确定时延引擎,可在任务执行前,分配系统中任务执行优先级及时限进行调度处理,优先级高的任务资源将优先保障调度,应用响应时延降低25.7%。鸿蒙微内核结构小巧的特性使IPC(进程间通信)性能大大提高,进程通信效率较现有系统提升5倍。

    高性能IPC。IPC指的是进程间通信,Inter process communication。IPC是一组编程接口,让程序员能够协调不同的进程,使之能在一个操作系统里同时运行,并相互传递、交换信息。

    为什么需要进程间通信?

    在计算机实际运行过程中,可能会出现一个系统中好几个进程同时在进行的情况。这时,不同进程之间需要相互协作、相互沟通,以便更好的完成工作。而由于不同进程之间的相互独立性,进程间的沟通就变得比较困难。因此,就产生了不同进程间的通信方式,来解决不同进程之间的通信问题。

    因此,基于以上的解释,我们可以理解进程间通信的目的:

    1)数据传输:一个进程需要将它的数据发送给另一个进程。

    2)资源共享:多个进程间共享同样的资源。

    3)通知事件:一个进程需要向另一个或一组进程发消息,通知它们发生了某种事件(如进程终止时要通知父进程)。

    4)进程控制:有些进程希望完全控制另一个进程的执行(如Debug进程),此时控制进程希望能够拦截另一个进程的所有陷入和异常,并能够及时知道它的状态改变。

    而对于华为鸿蒙OS而言,其进程间通信(IPC)性能大幅提升,我们可以理解为不同进程之间的对话和沟通效率大幅提升。

    鸿蒙OS技术特性三:基于微内核架构,重塑终端设备可信安全

    华为对该功能的描述为“鸿蒙OS采用全新的微内核设计,拥有更强的安全特性和低时延等特点。微内核设计的基本思想是简化内核功能,在内核之外的用户态尽可能多地实现系统服务,同时加入相互之间的安全保护。微内核只提供最基础的服务,比如多进程调度和多进程通信等。

    这其中的一个关键词是:微内核。这也是鸿蒙OS的关键特性之一。

    在上面,我们提到了分布式操作系统与微内核的关系。一般分布式操作系统通过微内核的方式来实现。

    在理解微内核之前,我们先理解下,什么是内核?

    操作系统中的“内核”,内核是操作系统的核心部分,它管理着系统的各种资源,我们可以把他比作连接应用程序和硬件的一座桥梁,是直接运行在硬件上的最基础的软件实体。

    微内核的概念,是由Richard Rashid在卡内基梅隆(Carnegie-Mellon)大学开发Mach操作系统时提出的,目标是建立一个基于消息传送(message passing)机制的最小内核,以便在此基础上建造对其它操作系统的模拟层来模拟其它操作系统的特性。

    微内核(Microkernel)是一种内核的设计架构,由一组尽可能将数量最小化的软件程序组成,它们负责提供、实现一个操作系统所需要的各种机制与功能。这些最基础的机制,包括了底层地址空间管理,线程管理,与行程间通信(IPC)。

    内核的设计理念,是将系统服务的实现,与系统的基本操作规则区分开来。它实现的方式,是将核心功能模块化,划分成几个独立的行程,各自运行,这些行程被称为服务(service)。所有的服务行程,都运行在不同的地址空间。只有需要绝对特权的行程,才能在具特权的运行模式下运行,其余的行程则在用户空间运行。

    微内核提供一组“最基本”的服务,如进程调度、进程间通信、存储管理、处理I/O设备。其他服务,如文件管理、网络支持等通过接口连到微内核。而在传统的内核情况下,内核集成了大量的基础服务和其他服务,这样,内核显得就更加的笨重。

    微内核的功能:微内核设计带来了良好的兼容性、扩充性、灵活性、移植性、可靠性和网络支持。

    但是,微内核设计有一个重要缺点:由于微内核操作系统使用进程来隔离系统组件,这些组件之间的通信使用了消息传递方式来实现一个组件对另一个组件的调用-这实际上是进行了一次RPC(例如在NT上是LPC)调用。但这种类似RPC的方式是通过进程间通信(IPC)机制实现的,其性能一般低于传统操作系统的系统调用的性能。由于微内核操作系统的类似RPC调用是通过消息传送机制实现的,而传统操作系统的系统调用一般是通过类似trap的方法实现。相比于trap方法,通过消息传送机制实现的这种类RPC调用的方式较慢。

    鸿蒙OS技术特性四:通过统一IDE支撑一次开发,多端部署,实现跨终端生态共享

    华为对此性能的官方描述为“鸿蒙OS凭借多终端开发IDE,多语言统一编译,分布式架构Kit提供屏幕布局控件以及交互的自动适配,支持控件拖拽,面向预览的可视化编程,从而使开发者可以基于同一工程高效构建多端自动运行App,实现真正的一次开发,多端部署,在跨设备之间实现共享生态。华为方舟编译器是首个取代Android虚拟机模式的静态编译器,可供开发者在开发环境中一次性将高级语言编译为机器码。此外,方舟编译器未来将支持多语言统一编译,可大幅提高开发效率。”

    下面我们逐句来进行解读

    1)IDE,Integrated Development Environment ,即集成开发环境。IDE是一种编程软件,是集成了程序员语言开发中会需要的一些基本工具、基本环境和其他辅助功能的应用软件。IDE一般包含三个主要组件:源代码编辑器(Editor)、编译器、解释器(Compiler、Interpreter)和调试器(Debugger)集成了代码编写功能、分析功能、编译功能、调试功能等一体化的开发软件服务套件。

    开发人员可以通过图形用户界面访问这些组件,并且实现整个代码编译、调试和执行的过程。现在的IDE也提供其他帮助程序员提供开发效率的一些高级辅助功能,比如代码高亮,代码补全和提示,语法错误提示,函数追踪,断点调试等。

    现在有大量的免费开源的和商用的IDE,包括:

    1、微软 Visual Studio(VS)VS支持创建各种类型的程序,包括从桌面应用、Web应用、移动APP、到视频游戏。对于初学者到高级专业开发人员来说都是最棒的开发工具。VS有可定制仪表板和可停靠的窗口。它支持多大36种不同的编程语言,如:ASP.NET、DHTML、JavaScript、Jscript、Visual Basic、Visual C#、Visual C ++、Visual F#,XAML等。

    2、NetBeans:是一个免费开源的Java集成的开发环境软件,主要用于Java开发。适合从零开始或者对已有工程进行开发。NetBeans支持多种编译器,如CLang/LLVM、Cygwin(GNU)、MinGW和Oracle Solaris Studio等。

    3、PyCharm:是著名编程语言Python的IDE,由知名的IDE开发商JetBrains出品。除了Python之外,PyCharm还支持其他Web开发语言:JavaScript、Node.js、CoffeeScript、TypeScript、Dart、CSS、HTML等。

    除此之外,典型的IDE还包括:IntelliJ IDEA,Eclipse,Code:: Blocks,Aptana Studio 3,CodeLite等。

    2)多语言统一编译

    不同的集成开发环境IDE,支持不同的开发语言。比如,上面提到的微软Visual Studio 支持的编程语言包括:ASP.NET、DHTML、JavaScript、Jscript、Visual Basic、Visual C#、Visual C ++、Visual F#,XAML等。

    而鸿蒙OS 可以支持多语言统一编译,而这很大程度上是依赖于华为开发的方舟编译器。上面,我们提到,编译器是计算机(IT设备)系统软件中一个基础和核心软件。方舟编译器与鸿蒙OS结合,应用程序开发者可以利用方舟编译器来进行多语言同一编译。这在一定程度上能够显著提升开发展的开发效率。

    3)分布式架构Kit。Kit在IT行业指的软件工具包。我们认为,这里的分布式架构的工具包,是与鸿蒙OS的分布式架构自成一体的。分布式架构的思想体现在整个鸿蒙OS的各个组件当中。其能够带来分分布式架构OS的所带来的便利和功能。

    而以上鸿蒙OS的这一性能的核心意思是:通过华为提供的集成开发环境,和支持多语言统一编译的方舟编译器,应用程序开发人员,可以大幅提高软件开发效率,包括缩短应用程序开发周期、语言模块调用、应用程序的自动调优等。而且,通过华为提供的开发环境和编译器开发的应用程序,可以适应于多种不同类型的终端,包括手机、PC、汽车以及其他各种智能终端。

    鸿蒙OS之所以要要想尽一切办法,来给软件开发人员带来便利和效率,核心还是打造基于鸿蒙OS的IT生态。因为最终这些应用软件都要在鸿蒙OS上来运行。

    3、方舟编译器

    通过以上,我们看到鸿蒙OS之所以能够为软件开发者提供支持多语言统一编译的极大便利,核心还是基于方舟编译器的应用。

    首先,我们解释一下,什么是编译器?

    编译器,是将“一种语言(通常为高级语言)”翻译为“另一种语言(通常为低级语言)”的程序。编译器的主要工作流程:源代码 (source code) → 预处理器 (preprocessor) → 编译器 (compiler) → 目标代码 (object code) → 链接器 (Linker) → 可执行程序 (executables)。

    之所以需要编译器,只因为计算机是一个二级制单位,是通过0和1的组合来实现不同的操作。而人类的编程语言,从较早的汇编语言,到C、C++,再到我们现在看到的Java语言等。

    说的简单通俗点:编译器就是想一个翻译官一样,将人类的逻辑语言,翻译为机器可识别可理解可执行的机器语言。翻译的快慢可以影响沟通交流的效率,同样,编译器的效率也就影响了程序运行的效率。

    关于方舟编译器的发展历程

    2019年4月,在华为P30系列国内发布会上,华为首次发布了方舟编译器。方舟编译器是基于GCC开发的交叉编译器套件,它包括了C、C++、Fortran的前端,也包括了这些语言的库(如libstdc++、libgcc等)。

    方舟编译器,是对传统Android操作系统编译器的改进和突破。

    1)方舟编译器,可以实现多语言联合优化编译,大幅提升运行效率

    我们知道,在Android操作系统中,使用的语言是Java语言。而Android操作系统之上运行的各种各样的应用程序,其开发语言既有Java语言,也有C和C++。这就使得操作系统的Java语言与应用程序的各种语言进行交互。这种交互的接口就是JNI(Java Native Interface)。在数据访问、函数调用、生命周期维护、异常处理时,需要这两种语言交互,进行相互调用而在相互调用过程中,会占用一定的系统资源。使得系统之上的应用程序运行效率降低。

    方舟编译器,是业界首个多语言联合优化的编译器,开发者在开发环境中可以一次性将多语言统一编译为一套机器码,运行时无需产生跨语言带来的额外消耗,并可以进行跨语言的联合优化。

    2)方舟编译器直接编译出机器指令,无需繁琐的虚拟机运行

    在Android系统中,程序的运行,需要借助ART虚拟机来执行,编译器是把源程序的每一条语句都编译成机器语言并保存成二进制文件,解释器在执行程序时,一条一条地解释成机器语言来让计算机执行。而在这个动态编译和解释过程中,消耗了大量的系统资源。

    方舟编译器,可以在开发环境中,就可以完成全部代码的编译。所以在手机运营环境中,应用程序并不需要将进行语言的编译和解释,可以直接读取运行,提升运行效率。

    3)方舟编译器提供高效的内存回收机制

    早期C、C++需要开发人员自己管理程序,对系统内存的实用和释放,影响开发效率。Java的虚拟机模式提供了内存GC(垃圾回收)机制,但需要短暂中断应用,成为随机卡顿的根因之一。

    方舟编译器,可以对内存进行随时回收,而是回收时,并不需要暂停应用,保证了系统和应用程序运行的流畅性和高效性。

    全 文 总 结

    1、鸿蒙OS,只是冰山一角

    我们认为,鸿蒙OS只是华为建立自身IT生态体系的冰山一角。我们在之前的文章中分析了华为产品发展的逻辑。从IT产品形态角度来讲,华为经历了从早期的硬件产品向软件产品的演进。而在软件领域的不断突破,逐步奠定了华为在IT产业的核心地位。特别是在基础软件领域,华为的默默进取,在基础软件核心环节不断取得新的成就。

    目前我们看到的是鸿蒙OS和方舟编译器,都只是华为自身IT生态底层软件的一小部分在芯片、数据库等领域,华为同样取得了一些突破性进展。我们知道,如果在一套新的IT生态中,让基础软件都能充分发挥其最高性能,需要各个基础软件不断适配和完善,最终达到完美耦合。这也是我们在PC时代看到的Wintel以及移动时代看到Android+ARM坚不可破的原因。因此,我们可以想象,华为自身开发的这些基础软件,从一开始就是高度耦合的

    2、技术变革,带来产业格局变化

    每一次的重大技术变革都会预示着产业格局的演变,甚至对产业链进行重构,促进主流企业的重新洗牌。目前,我们看到华为已经在多个IT领域进行了产业格局的重构,从早期的路由器,到现在手机、存储等市场。而以上我们看到的只是硬件部分。其实,更重要的是随着5G逐步商用,华为正逐步在最为艰难的核心底层基础软件部分,来对市场格局进行重构。目前,我们已经看到华为在5G通信领域占据了全球产业链的话语主导权。未来,我们有望看到在芯片、操作系统、数据库等领域的不断崛起。

    3、硬件企业,软件化

    硬件企业逐步向软件方向延伸,在IT领域我们经常看到这样的例子。这也是硬件企业发展到一定阶段的必然选择。而在这个演化方向上,往往只有行业的领导者才有可能取得一定成功。至于从硬件到软件转化的原因,我们的理解:

    1)硬件发展到一定阶段,技术和架构逐步成熟,不同企业的硬件产品逐步趋同对于IT产品而言,只有差异化(有价值的差异化)才能获取高额利润。趋同带来的利润降低迫使行业领导者不断加快新技术的应用,即通过软件来增加硬件的功能或者提升硬件的性能。即硬件发展到一定阶段,可能决定硬件竞争力的倒不是硬件本身,而是软件。

    2)从技术角度来看,硬件产品的迭代速度较慢,迭代慢带来的结果是,客户采购新产品的动力和需求降低。通过软件的应用来加快硬件产品的迭代速度,缩短客户的采购周期

    3)在原来IT产业分工下,硬件和软件可以由不同的公司来提供,彼此发挥相对比较优势。但在现有的IT阶段下,硬件和软件的适配要求明显提高;在某些领域,硬件与软件只有做到相互定制、相互融合,其整体性能才能得到最大化释放。

    1、操作系统与芯片的耦合度

    鸿蒙OS的目标无疑是下一代5G通信技术下的核心操作系统。从IT底层软件发展规律来看,操作系统作用的发挥,需要与芯片进行长期、不断、反复的适配、修改和完善,以达到最大限度的相互耦合。这样才能最大发挥操作系统和芯片双方的功能。比如,PC时代的Windows操作系统与Intel芯片经历了几十年的适配,移动互联网时代的Android操作系统与ARM芯片也达到了高度耦合。对于鸿蒙OS操作系统,如果未来在5G时代发挥作用,需要不断与底层的芯片进行适配耦合。如果是华为自身开发的芯片,耦合度会非常高。如果是其他厂商的芯片,双方需要一段时间的适配过程

    2、鸿蒙OS的微内核

    微内核本身不是新鲜事物,相比安卓系统,华为鸿蒙OS将各种硬件驱动拿到核外进行处理,这在一定程度上带来了架构的灵活性。但凡事都是有利有弊,灵活性和扩展性增加的同时,对核内与核外之间的通信要求更高。未来鸿蒙OS在对全场景跨终端的适用方面,可能也需要与硬件厂商的产品不断进行适配。

    3、鸿蒙OS全场景的适配,也需要不断迭代过程

    鸿蒙OS的目标适用主题是全场景的IOT领域。客观来讲,这个适配的场景确实挺大的。从目前我们看到的历史操作系统来看,能够广泛适用这么多样化智能终端的的操作系统并不多。比如,PC、手机和汽车中适用的操作系统都是不一样的。鸿蒙OS要达到在每一个应用场景都能高效运行,需要其不断的根据不用应用场景对计算需求的特点,而不断改进和完善自身架构和性能。这是IT产品长期迭代的过程。

    4、开放、开源,而不要打造封闭系统

    核心底层基础软件的开发和应用,一方面是开发难度较大,更重要的是能否建立起以该基础软件为核心的一套完整的产业链,形成正向循环的产业生态体系。在全球IT发展历史上,我们既看到过封闭生态体系,比如苹果的产品;也看到开放生态体系,比如谷歌、微软的产品等。而对于未来的IT产业发展而言,只有不断开放,更加开放,才能与生态伙伴一起成长。

    而从PC历史发展来看,目前还没有看到通过封闭系统,来持续获得不断扩大的业务规模的。对于华为而言,目前正在逐步建立自己的核心底层生态体现,从芯片、算法到操作系统、数据库,更不用说早期发展起来的服务器、存储和网络设备。而对于未来5G产业,只有不断开放、开源,才能获得人生的“开挂”。

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  • 虽然是嵌入式技术,但它非常适合于关键任务新兴技术的应用,离岸风力涡轮机混合动力汽车技术,军事上的应用等故障的早期检测非常重要的场合。使用有限元分析进行二维模拟已经验证了不同条件下提出的方法。实验...

    本文提出了一种通过直接测量传感线圈的磁通量对永磁同步电机进行健康监测和多故障检测的新方法。不同于其他基于频谱的故障检测方案,这种方法仅需要测量用于故障检测的基频分量。因此,本方案的性能不受速度波动或者电源谐波的影响。此外,可以检测到匝间短路的位置和静态偏心的方向,这是其他方案都没有的。虽然是嵌入式技术,但它非常适合于关键任务和新兴技术的应用,离岸风力涡轮机和混合动力汽车技术,军事上的应用等故障的早期检测非常重要的场合。使用有限元分析进行二维模拟已经验证了不同条件下提出的方法。实验简介对定子匝间短路故障、失磁故障、静态偏心故障进行了讨论,对提出的方案进行实验,验证其有效性。

    关键词:故障检测,有限元分析、永磁同步电机、传感线圈。

    1.简介

    过去十年,永磁同步电机(PMSM)由于其高效率、高输出功率体积比和高转矩电流比,在诸如风力涡轮机和电动汽车中得到了很大的普及。在这些关键任务的应用中,一个意想不到的机器故障可能会导致非常高的维修或更换费用,甚至灾难性的系统故障。因此,这种场合需要坚固可靠的健康监测和故障检测方法,可以为预防性维护提供依据,延长使用寿命,减少机器故障。

    离线机故障检测与诊断的方法不能频繁地测试,经济上也不允许,研究人员已经提出了许多在线检测的方法,这类方法维修费用少、诊断结果更可靠。一个具有成本效益的方式是基于定子电流频谱,通常被称为电动机电流特征分析(MCSA)[1]-[6]。电机电流的特定次谐波可以作为某种特定故障的标志。由于离散傅里叶变换(DFT)不包含机器操作和快速变化的速度的时间信息,短时傅里叶变换可以权衡时间和频率的分辨率。然而,一个固定长度的窗口可能导致不同的电流频率[7]不一致,改变电机的速度使它难以确定谐波次数。为了避免时间分辨率和频率分辨率之间的矛盾,罗赛罗等人[7]利用连续小波变换(CWT)和离散小波变换(DWT)在一台机器非平稳状态下运行的退磁故障检测。埃斯皮诺萨等人[6]提出了相同的概念,采用希尔伯特-黄变换检测退磁。类似的方法也用于永磁同步电机[8]动态偏心故障检测。类似于目前的频谱,一些故障也隐藏在噪声、振动、转矩谱[9]-[13]。然而,由于加速度计、扭力计成本高,他们通常应用在相对较大的机器。这些频率分析算法比较费时,而且很难确定特定的谐波源。对于无刷永磁电机,由于部分退磁产生的谐波频率和动态偏心的标志一样,它们不能被区分开。在现实中,除了部分退磁,其他的不对称问题,如负载不平衡、失调,或振动载荷也可以产生[15]相同的谐波。

    另一种故障诊断方法是基于电机模型。负序和零序电流[16],[17],负序和零序阻抗[18],或负序和零序电压[19],[20]作为故障检测指标。这些指标对于机器不对称故障很敏感,故障产生的不对称信号可以被检测到。然而,任何不对称引起的机械结构或电源的不平衡可能会影响故障检测的准确性。基于电机模型,估计的物理参数,也可用于在线故障诊断,如定子电阻,电感,转子的转动惯量,摩擦,和反电动势常数[21]–[24]。在这种方法中,通常的电压、电流,和速度进行直接测量,其他参数是推算出来的,当数据发生变化或者不对称的时候就能够及时发现故障。然而,这需要机器在正常运行状态下的准确参数。此外,要注意的是,这些方法不讨论以前提供的故障定位。

    本文提出了一种利用测试线圈进行多故障检测的方法。这些线圈绕在电枢齿上,是嵌入式的,所以在制造或者制作绕组是就需要安装进去。事实上,对于电机故障检测,搜索线圈并不是一个新的概念。笔者等人[25][26]已经开发出一种方法,使用搜索线圈测量感应机的轴向漏磁信号进行感应电机中的一些常见故障的检测,如转子断条,绕线转子短路,匝间短路,偏心运转等。然而,他们也承认,由于电源中含有额外的谐波,而这种技术正是基于频谱分析,所以并不适用于变频调速系统。纳缇等人用安装在转子上的搜索线圈检测绕线转子的同步电机和双馈感应电机的定子匝间故障,这种方法基于测量搜索线圈电压的功率谱密度。在这种方法中,用搜索线圈测量定子中的磁通,只有测量电压的基频分量用于故障检测。所以他不受高频谐波的限制,这使得它适合于逆变/整流回馈电动机或发电机,如风力发电机和汽车系统。此外,该方法不需要机器参数的知识。而且,可以检测定子绕组短路准确位置和静态偏心的方向。

    为了评估所提出的方案的有效性,已经对一个永磁同步电机进行了仿真和实验。偏心,电枢绕组匝间短路,和不同的负载条件下退磁已通过有限元分析(EFA)模拟并进行了实验。

    Infolytica公司的有限元分析软件MagNet仿真了安装有搜索线圈的永磁同步电机的不同故障条件。本节介绍了二维有限元模拟的结果。

    测量12个搜索线圈不同负载条件下的电压,分解得到2个极图,如图7所示。图7表示了(a)电枢反应电压和(b)感应磁场电压。不同的颜色代表不同的负载状态。每条曲线都有12个星号,代表12个定子磁极,每一对磁极之间有30度的机械角度。极图中,星号与极图中心的距离代表测量线圈的电压。

    图7的两个极图表明,在不同负载条件下,电枢电压分量与负荷成正比,而励磁分量电压保持相同,除了直轴电枢有感应磁动势的干扰。

    图8表示电机在0.127 mm(0.005 in,20%)和0.254mm(0.01 in,40%)的静态偏心条件下,测量电压的励磁分量与正常情况下的对比。偏心的方向是正上方,在向量图中对应于90度。这种轻微的变化,在图中是90都,是很容易观察到的。

    图9表示30%动态偏心的情况。可以看出有45度的位置变化,是采集数据时转子发生变化的方向。动态偏心时,变化的方向随着同步转速旋转,图9表示在任意瞬间的分布。

     

    图10表示三种0度匝间短路的情况,分别为齿周围1匝、2匝和3匝电枢线圈发生匝间短路。这个位置安匝发生变化会导致电枢磁动势失真。可以看出,不同数量的匝间短路是可以被区分开来的。

    图11表示三相中有一相接地的情况。就像在第四节解释的那样,A相的齿有1/3的磁链幅值,分别在的位置,由相邻相产生,B相和C相的齿有5/6的磁链幅值。

    图12表示发生部分失磁的电机测量电压的励磁分量,分别为1/4极失磁20%和50%。由于转子以同步转速旋转,这个图像中的曲线是时变的,以同步转速旋转并保持形状不变。

    图13表示一台均匀失磁的电机在任意时刻测量电压的励磁分量,所有磁极分别发生20%和50%的失磁。因为磁极处于均匀失磁状态,尽管图中红色的曲线以同步转速旋转,但其形状是不变的。因此,通过检测线圈的测量电压的励磁分量可以得到永磁体性能的恶化情况。

    实验设置了一个匝间短路故障,电机重绕以便在两个绕组模式之间切换。一个无故障,另一个A相的定子齿A3发生四匝短路故障。图16是对定子进行重绕的过程。

    图17是A相的四个定子极的搜索线圈的电压。其中交轴电流为0.5A(矢量控制)。重绕的电机定子极A3发生4匝短路(每相一共18匝)。可以看出,A3脉冲(红色曲线)的幅度较低,这表明互感也比较小,说明A3绕组发生短路。图18是搜索线圈电压分解后的电枢分量。12条线代表一周12个定子极。可以看出,线圈A3的电枢分量小于其他组,这是比其他组少了4匝有效匝造成的。

    将图18转换到极坐标得到图19,这张图更明确地说明了电机在发生匝间短路故障的情况。

    实验也验证了电机的静态偏心故障的情况。为了创建一颗可预测的偏心,两个端板的内槽接地,加进去两块电工胶带。图20展现这种方案。

    电机的气隙长度是25mils(0.635mm),转子轴发生了大约7mils(电工胶带的厚度0.1778mm)的错位,使其发生大约28%的偏心。图21表示交轴电流设为0.4A,发生静态偏心时,A相4个定子极搜索线圈的电压。从图22可以看出,这4条曲线有不同的基波幅值。

    分解后,A相每个搜索线圈的测量电压的励磁分量如图22所示。图像表明,定子齿A4的励磁分量最高,A2最低,A1和A3居中。表明A4方向发生偏心,气隙长度最短。

    将12个搜索线圈的励磁分量放在一起,在一个极图中可以清楚地看出偏心的方向是电机的正下方,如图23所示。

    为了进行局部失磁实验,拆除了一部分转子磁极。永磁体是烧结钕铁硼。损坏的转子如图24所示,这种损坏的结果如图25所示。从图中可以看出,1/8的转子极的磁场大约小了15%。

    本文呈现了对永磁同步电机状态检测和故障诊断的新方案,为了能测量到气隙磁通密度,搜索线圈缠绕在每个定子齿周围。虽然该方法是嵌入式的,但由于故障检测只用到了一次谐波,能够排除电力电子装置产生的谐波。这项技术的另一个优点是不需要负载的状况就能够进行精确地故障诊断。

    二维瞬态有限元分析仿真了电机在不同运行状态下该方法的有效性。这样研究分析的故障包括静态和动态偏心、匝间短路、相对地短路以及部分和均匀失磁。结果表明,不同的故障,信号也不一样,可以轻松地区分开来,不需要耗时的模式识别算法。而且,可以得到偏心的方向和短路的位置。这种方法能够对每种故障的严重程度进行评估,这在关键任务应用程序如汽车、航空航天和军事中是极其重要的。

    由于这种技术是嵌入式的,所以已经投入使用的电机不能使用。同时需要注意的是,如果在制造或者重绕时搜索线圈就被安装上了,并不需要增加大量的费用,因为这些搜索线圈只是少量的铜线圈。对于大功率商用及工业应用,系统的可靠性要比费用重要,使这项技术成为一个状态监视和故障检测有效的工具。

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