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永磁同步电机恒压频比（V/F）开环控制系统Matlab/Simulink仿真分析及代码生成到工程实现

news 来源：原创 2024/5/8 15:25:29

文章目录

  • 前言
  • 一、 恒压频比（V/F）控制原理
  • 二、永磁同步电机恒压频比开环控制系统Matlab/Simulink仿真分析
    • 2.1.仿真电路分析
      • 2.1.1.恒压频比控制算法
      • 2.1.2.输出处理
      • 2.1.3.主电路
    • 2.2.仿真结果分析
      • 2.2.1.设定目标转速为1200r/min
      • 2.2.1.设定目标转速为变化值
  • 三、永磁同步电机恒压频比开环控制系统代码生成及工程实现
    • 3.1.功能需求
    • 3.2.硬件设计
    • 3.3.软件设计
      • 3.3.1.STM32CubeMX底层配置
      • 3.3.2.应用层与底层的接口开发
      • 3.3.3.Matlab/Simulink恒压频比控制算法代码生成
      • 3.3.4.应用层与底层的代码集成
    • 3.4.仿真验证
  • 总结

前言

本章节采用恒压频比的开环控制方法驱动永磁同步电机的转动，首先分析恒压频比的控制原理，然后在Matlab/Simulink中进行永磁同步电机恒压频比开环控制系统的仿真分析，最后将Simulink中的恒压频比控制算法生成代码加载到实际工程中进行工程实现。

一、 恒压频比（V/F）控制原理

在这里插入图片描述

二、永磁同步电机恒压频比开环控制系统Matlab/Simulink仿真分析

永磁同步电机恒压频比控制方法与异步电机恒压频比控制方法相似，也是控制电机输入电压与频率同时变化，从而使气隙磁通保持恒定。该控制方法没有电机电流、电压、位置等物理量的反馈，动态性能较差，在给定目标转速发生变化或者负载突变的情况下容易产生失步和震荡的问题，但该控制方法胜在简单，多适用于对转速精度要求不高的场合。
永磁同步电机恒压频比开环控制系统Matlab/Simulink仿真框图如下：
在这里插入图片描述

2.1.仿真电路分析

2.1.1.恒压频比控制算法

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恒压频比控制算法：永磁同步电机转速与频率的换算关系如下所示：
在这里插入图片描述
首先，将设定的电机目标转速通过上式换算为频率，由于该开环控制系统没有自动限制启动电流的作用，因此加入了一个斜坡函数使频率有一个平缓的变化过程。例如仿真中设定的目标转速为1200r/min，换算为频率的过程如下图所示：
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然后，由恒压频比V/F控制算法特性（下图所示），使输入电压与频率同步变化，从而保持气隙磁通恒定。低频时Us和Eg都较小，定子电阻和漏感压降所占分量比较显著，不能再忽略，此时人为的把定子电压抬高一些，近似的补偿定子阻抗压降，如下图b线所示：
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由上图可知输入电压与频率的关系为（带低频补偿的b线，已知（0，U0）（f1N，UsN））：
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将频率通过上式换算为电压，由电机额定转速计算出额定频率f1N（永磁同步电机转速与频率的关系）。永磁同步电机的恒压频比控制为基频以下调速，系统最高频率不能超过额定频率f1N，例如仿真中所选永磁同步电机的额定转速为12540r/min，计算出额定频率f1N为1463Hz，为系统最高设定频率。
目标转速为1200r/min，将转速换算为频率，再由频率的变化得到输入电压的变化，如下图所示：
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此处作了一个归一化处理，将电压的变化除以电机额定电压，使输出电压的范围落在[0,1]区间内。
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将频率转换为相角，如下图所示：
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此时已获得输入电压的幅值U与相角wt，再通过下式将幅值与相角的电压表示转化为两相坐标系下的电压表示：
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接着采用反Clark变换，得到最终输入到电机的三相电压：
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2.1.2.输出处理

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对恒压频比控制算法的输出电压做处理，使其落在[0,1]的范围内：
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2.1.3.主电路

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此处为了偷懒，没有再搭建三相逆变电路，采用Average-Value Inverter模块直接生成三相正弦电压送入永磁同步电机进行控制，永磁同步电机采用BR2804-1700电机，参数如下：
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目标转速1200r/min时，生成的送入电机的三相电压如下图所示：
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2.2.仿真结果分析

2.2.1.设定目标转速为1200r/min

目标转速与实际转速：
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电机定子电流：
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电机转子位置：
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2.2.1.设定目标转速为变化值

目标转速设定：
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目标转速与实际转速：
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电机定子电流：
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电机转子位置：
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Id和Iq电流值：
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电磁转矩：
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三、永磁同步电机恒压频比开环控制系统代码生成及工程实现

3.1.功能需求

实现永磁同步电机的恒压频比控制，可通过按键调节永磁同步电机的转速。

3.2.硬件设计

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控制板：STM32F302R8
驱动板：X-NUCLEO-IHM07M1
永磁同步电机：BR2804-1700
控制板与驱动板的详细信息请阅读：
直流有刷电机驱动基于STM32F302R8+X-NUCLEO-IHM07M1（一）
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3.3.软件设计

3.3.1.STM32CubeMX底层配置

1、RCC设置外接HSE（Crystal/Ceramic Resonator），时钟设置为72MHz
2、PC10、PC11、PC12设置为推挽输出、无上下拉电阻、高速，初始化状态设为0；PB13设置为推挽输出，下拉电阻、高速，初始化状态为0；PC13设置为输入，无上下拉电阻。
3、设置TIM1时钟源为内部时钟，TIM1_CH1（PA8）设置为PWM输出，TIM1_CH2（PA9）设置为PWM输出，TIM1_CH3（PA10）设置为PWM输出；TIM1预分频值设置为3-1，计数模式选为中央计数模式1，ARR设计为1200-1（1/（1/（72000000/3））*1200=20KHz），内部时钟无分频；使能TIM1更新中断，中断优先级设置为（1,0）
4、USART2设置为异步，115200波特率，8位数据位，无奇偶校验位，1位停止位
5、Project Manager->工程名+IDE配置，Code Generator配置，生成工程代码
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3.3.2.应用层与底层的接口开发

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Speed_Ref用于设定目标转速；Duty[3]用于接收恒压频比控制算法生成的三相电压，该三相电压作为调制波，TIM1计数器（中央计数模式）作为载波，频率20KHz与Simulink仿真设计一致。调制波与载波进行调制生成PWM，控制三相逆变电路的驱动输出，此处采用SPWM控制方法进行控制；Vmin用于设定恒压频比控制算法中的补偿电压值U0。
有关PWM控制技术请阅读：
PWM控制技术+Simulink仿真详解

3.3.3.Matlab/Simulink恒压频比控制算法代码生成

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具体代码生成步骤及设计，请阅读：
直流有刷电机开环调速基于STM32F302R8+X-NUCLEO-IHM07M1（三）
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3.3.4.应用层与底层的代码集成

具体代码集成步骤，请阅读：
直流有刷电机开环调速基于STM32F302R8+X-NUCLEO-IHM07M1（三）
在主函数中调用：PMSM_VF_initialize()初始化函数。

int main(void)
{/* USER CODE BEGIN 1 */uint8_t count=0;/* USER CODE END 1 *//* MCU Configuration--------------------------------------------------------*//* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */HAL_Init();/* USER CODE BEGIN Init *//* USER CODE END Init *//* Configure the system clock */SystemClock_Config();/* USER CODE BEGIN SysInit *//* USER CODE END SysInit *//* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_TIM1_Init();MX_USART2_UART_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */PMSM_VF_initialize();  //Simulink初始化函数/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */if(Key_Scany(KEY_GPIO_Port,KEY_Pin)==1){HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, EN1_Pin|EN2_Pin|EN3_Pin, GPIO_PIN_SET);  //使能三相桥臂HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_1);   //使能三路PWMHAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_2);HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_3);__HAL_TIM_ENABLE_IT(&htim1,TIM_IT_UPDATE);  //使能TIM1更新中断__HAL_TIM_CLEAR_FLAG(&htim1,TIM_IT_UPDATE);Speed_Ref+=500;  //设定转速，每按一次按键转速增加500if(Speed_Ref>=12000)Speed_Ref=12000;}HAL_Delay(1);count++;if(count%50==0){count=0;HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);  //程序运行指示灯,50ms闪烁周期}}/* USER CODE END 3 */
}

在TIM1更新中断函数中调用：PMSM_VF_step(Speed_Ref, Duty)函数，实现恒压频比控制算法。

/* USER CODE BEGIN 1 */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{//Simulink函数 20KHz V/F控制PMSM_VF_step(Speed_Ref, Duty);  //每调用此函数相当于在Simulink中执行了一次模型运算for(int i=0;i<3;i++){Duty[i]=(1-Duty[i])*htim1.Init.Period;}TIM1->CCR1=Duty[0];  //设置占空比，进行SPWM控制TIM1->CCR2=Duty[1];TIM1->CCR3=Duty[2];}
/* USER CODE END 1 */

3.4.仿真验证

编译下载到开发板观察实验现象

恒压频比开环控制系统Simulink仿真及工程实现


高清视频文件太大了，传个模糊的凑活了，哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈！！！

总结

本章节采用恒压频比的开环控制方法驱动永磁同步电机的转动，分析了恒压频比的控制原理，然后在Matlab/Simulink中进行了永磁同步电机恒压频比开环控制系统的仿真分析，最后将Simulink中的恒压频比控制算法生成代码加载到实际工程中进行了工程实现，为后续章节的分析奠定基础。

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编程日记 2024/5/3 18:36:57

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你可以了解世间万物&#xff0c;但追根溯源的唯一途径便是亲身尝试。——《心灵捕手》 前言&#xff1a; 大家好&#xff0c;我是拳击哥&#xff0c;今天给大家讲解的是mysql表GRUD操作中的新增数据、查询数据以及表中数据的排序、去重等。因篇幅过长&#xff0c;分为两期来讲解…...

编程日记 2024/5/4 0:55:15

HTML5期末考核大作业、HTML个人主页界面设计源码

&#x1f389;精彩专栏推荐&#x1f447;&#x1f3fb;&#x1f447;&#x1f3fb;&#x1f447;&#x1f3fb; ✍️ 作者简介: 一个热爱把逻辑思维转变为代码的技术博主 &#x1f482; 作者主页: 【主页——&#x1f680;获取更多优质源码】 &#x1f393; web前端期末大作业…...

编程日记 2024/5/7 22:52:41

计算机毕业设计Java酒店信息管理(源码+系统+mysql数据库+lw文档)

计算机毕业设计Java酒店信息管理(源码系统mysql数据库lw文档) 计算机毕业设计Java酒店信息管理(源码系统mysql数据库lw文档)本源码技术栈&#xff1a; 项目架构&#xff1a;B/S架构 开发语言&#xff1a;Java语言 开发软件&#xff1a;idea eclipse 前端技术&#xff1a;La…...

编程日记 2024/5/3 18:19:45

ARM 汇编编写 LED 灯

一、一步步点亮LED 1. 硬件工作原理及原理图查阅 LED 本身有 2 个接线点&#xff0c;一个是 LED 的正极&#xff0c;一个是 LED 的负极。LED 这个硬件的功能就是点亮或者不亮&#xff0c;物理上想要点亮一颗 LED 只需要给他的正负极上加正电压即可&#xff0c;要熄灭一颗 LED…...

编程日记 2024/5/8 9:06:42

用python编写远程控制程序

1.前言 远程控制是网络安全的一个极为重要的内容&#xff0c;无论是网络安全的维护者还是破坏者都会对此进行研究。维护者的目标是保证远程控制的安全&#xff0c;而破坏者的目标是希望能够凭借各种手段实现对目标设备的远程控制。 本文主要研究三个内容。 1.如何编写一个基于…...

编程日记 2024/4/30 16:59:31

安装docker,docker-compose

安装docker,docker-composeLinux时间不对ARM同步时间X86同步时间centos8更换源安装dockerARM安装dockerX86安装dockerdocker设置阿里镜像源docker 下载拉取报错安装docker-composeARM X86安装docker-composemac安装docker-composeLinux时间不对 ARM同步时间 # 安装chrony yum…...

编程日记 2024/5/8 1:41:54

一文带你深入理解【Java基础】· 泛型

写在前面 Hello大家好&#xff0c; 我是【麟-小白】&#xff0c;一位软件工程专业的学生&#xff0c;喜好计算机知识。希望大家能够一起学习进步呀&#xff01;本人是一名在读大学生&#xff0c;专业水平有限&#xff0c;如发现错误或不足之处&#xff0c;请多多指正&#xff0…...

编程日记 2024/5/7 13:48:45

RabbitMQ学习笔记

目录 尚硅谷mq视频学习笔记 1.1. MQ 的相关概念 1.1.1. 什么是MQ 1.1.2. 为什么要用MQ 1.1.3. MQ 的分类 1.ActiveMQ 2.Kafka 3.RocketMQ 4.RabbitMQ 1.1.4. MQ 的选择 1.Kafka 2.RocketMQ 3.RabbitMQ 1.2. RabbitMQ 1.2.1. RabbitMQ 的概念 1.2.2. 四大核心概念…...

编程日记 2024/5/7 22:57:20

Java安全-CC1

CC1 这里用的是组长的链子和yso好像不太一样&#xff0c;不过大体上都是差不多的。后半条的链子都是一样的&#xff0c;而且这条更短更易理解。yso的CC1过段时间再看一下。 环境 Maven依赖&#xff1a; <dependencies><dependency><groupId>commons-colle…...

编程日记 2024/5/5 13:40:23

【得到日期对象NSDate的各个部分 Objective-C语言】

一、得到日期对象NSDate的各个部分，年月日时分秒 1.例如，我这儿有1个NSDate对象， NSDate *date = [NSDate date]; 这个日期里面是不是有年、有月、有日、有时、有分、有秒 我想单独的拿到这个日期里面的年，该怎么拿 用date.year属性，行吗，不行，因为没有这个属性 用…...

编程日记 2024/5/7 18:47:46

前端面试常考 | CSS垂直居中解决方案

文章目录一. 前言二. flx布局实现三. Grid布局实现四. 绝对定位transform五. 绝对定位负margin五. 绝对定位calc六. 定位加margin一. 前言 前段时间刷到一篇帖子&#xff0c;说面试竟然遇到了CSS的考点&#xff0c;让回答CSS实现垂直居中的方式有哪些?&#xff0c;都2022年了…...

编程日记 2024/5/4 23:51:06

Flink中的UDF的实现

Flink 的 Table API 和 SQL 提供了多种自定义函数的接口&#xff0c;以抽象类的形式定义。当前 UDF 主要有以下几类&#xff1a; 标量函数&#xff08;Scalar Functions&#xff09;&#xff1a;将输入的标量值转换成一个新的标量值&#xff1b;表函数&#xff08;Table Funct…...

编程日记 2024/5/7 6:31:30

Linux教程

Linux 目录结构 /bin&#xff1a;&#xff08;binary&#xff09;存放的是一些二进制文件&#xff0c;但是在Linux中二进制文件是可以被执行的。这个目录中的命令文件是给普通用户使用&#xff08;非超级管理员用户&#xff09;。 /etc&#xff1a;Linux下所有的配置文件都会…...

编程日记 2024/5/8 6:50:51

1.3 Apache Hadoop的重要组成-hadoop-最全最完整的保姆级的java大数据学习资料

文章目录1.3 Apache Hadoop的重要组成1.3 Apache Hadoop的重要组成 HadoopHDFS(分布式文件系统)MapReduce(分布式计算框架)Yarn(资源协调框架)Common模块 Hadoop HDFS&#xff1a;&#xff08;Hadoop Distribute File System &#xff09;一个高可靠、高吞吐量的分布式文件系统…...

编程日记 2024/5/7 10:51:26

【蓝桥杯】第十四届模拟赛第一期及第二期填空汇总

目录 1.A题&#xff08;进制位数&#xff09; 位运算符 第一期 问题描述 解析 第二期 解析 代码 2.B题&#xff08;日期问题&#xff09; 第一期 问题描述 解析 代码实现 执行结果 第二期 问题描述 解析 3.C题&#xff08;数学问题&#xff09; 第一期 问题…...

编程日记 2024/5/6 19:11:23

Go学习之路-环境搭建

默认运行设备系统&#xff1a;MacOS 安装 安装包下载地址&#xff08;下面3个都可以&#xff09;&#xff1a; https://studygolang.com/dl https://golang.google.cn/dl/ https://golang.org/dl/ 我这里选择 pkg包、一键安装、默认的安装路径 /usr/local/go 环境 设置go语言…...

编程日记 2024/5/8 11:57:10

Siamese Neural Network (SNN: 孪生神经网络)

【学习参考】&#xff1a; https://blog.csdn.net/MyArrow/article/details/122539749https://blog.csdn.net/MyArrow/article/details/122539749 Siamese network 孪生神经网络--一个简单神奇的结构 - 知乎 (zhihu.com)https://zhuanlan.zhihu.com/p/35040994 【Siamese和Ch…...

编程日记 2024/5/6 20:55:02

22个每个程序员都应该知道的 Git 命令

在这篇文章中&#xff0c;我写了一个快速学习 git 命令的备忘单。它将包括开发人员每天使用的命令&#xff0c;如 git add、git commit、git pull、git fetch&#xff0c;并共享其他有用的 git 命令。 我一直使用Git的一些命令&#xff0c;今天这个列表清单&#xff0c;希望也…...

编程日记 2024/5/6 3:20:31

Android动画——使用动画启动Activity

1、使用动画启动Activity概述 我们在Android开发应用时&#xff0c;会遇到一个页面跳转到另一个页面的情况&#xff0c;这时候我们如果使用动画过渡会使得页面更加的流畅。这是一个滑动式的进入和退出的动画可以看到Android的过渡动画可以在不同状态之间建立视觉联系。您可以为…...

编程日记 2024/5/2 12:39:29

【Unity】Mathf

【Unity】Mathf 1.Math与Mathf 推荐使用Mathf Math是C#中封装好的用于数学计算的工具 类&#xff0c;Math位于System命名空间中Mathf是Unity中封装好的用于数学计算的工具 结构体&#xff0c;Mathf位于UnityEngine命名空间中Mathf比Math方法多&#xff0c;不仅包含Math中的方…...

编程日记 2024/5/8 2:59:08

cmake进阶：目录属性之 INCLUDE_DIRECTORIES说明一

一. 简介 前一篇文章学习了 cmake的一些目录属性&#xff0c;其中最重要的是 头文件搜索路径。文章如下&#xff1a; cmake进阶&#xff1a;目录属性说明一-CSDN博客 本文主要学习 一个目录属性 INCLUDE_DIRECTORIES&#xff0c;即头文件搜索路径。 二. cmake进阶&#xff1…...

编程日记 2024/5/8 1:54:15

Java clone

Java clone 原型模式用一个已经创建的实例作为原型&#xff0c;通过复制&#xff08;clone&#xff09;该原型对象来创建一个和原型对象相同的新对象。Java中对象克隆需要重写Object.clone()方法&#xff0c;并实现Cloneable接口。 浅克隆 浅克隆仅仅克隆本对象&#xff0c;…...

编程日记 2024/5/7 18:00:52

LeetCode-1463. 摘樱桃 II【数组 动态规划 矩阵】

LeetCode-1463. 摘樱桃 II【数组 动态规划 矩阵】 题目描述&#xff1a;解题思路一&#xff1a;动态规划一般有自顶向下和自底向上两种编写方式&#xff0c;其中自顶向下也被称为「记忆化搜索」。解题思路二&#xff1a;0解题思路三&#xff1a;0 题目描述&#xff1a; 给你一…...

编程日记 2024/5/8 14:32:12

理解 C++ 中的 “placement new“ 和 `reinterpret_cast`

概述 在 C 编程中&#xff0c;我们经常会遇到需要进行低级内存操作的情况。在这种情况下&#xff0c;了解和正确使用工具变得至关重要&#xff0c;以确保我们的代码既高效又安全。本文将深入探讨两个在 C 中经常用于低级内存操作的工具&#xff1a;“placement new” 和 reint…...

编程日记 2024/5/7 6:53:38

前端递归常见应用

概览 在 JavaScript 中&#xff0c;递归是一种编程技术&#xff0c;指的是函数直接或间接调用自身的过程。 递归通常用于解决可以分解为相同子问题的问题。通过不断地将问题分解成更小的、相似的子问题&#xff0c;直到达到某种基本情况&#xff08;不再需要进一步递归的简单情…...

编程日记 2024/5/7 0:38:10

Spring中用到的设计模式有哪些

工厂模式，BeanFactory就是简单工厂模式的体现，根据传入一个唯一的标识来获得Bean对象。 单例模式，Spring依赖注入Bean实例默认是单例的。Spring依赖注入(包括lazy-init方式)都是发生在AbstractBeanFactory的getBean里。getBean的doGetBean方法调用getSingleton进行bean的创…...

编程日记 2024/5/8 14:36:01

销量？模糊销量？精准销量？如何获取淘宝商品销量数据接口

淘宝爬虫商品销量数据采集通常涉及以下几个步骤&#xff1a; 1、确定采集目标&#xff1a;需要明确要采集的商品类别、筛选条件&#xff08;如天猫、价格区间&#xff09;、销量和金额等数据。例如&#xff0c;如果您想了解“小鱼零食”的销量和金额&#xff0c;您需要设定好价…...

编程日记 2024/5/8 5:57:58

Zabbix+Grafana-常见报错及异常处理方式记录

文章目录 Zabbix安装篇Zabbix Web页面连接数据库失败 Zabbix使用篇中文显示不全 Zabbix报警篇新建的用户&#xff0c;配置报警后&#xff0c;无法收到报警 Grafana安装篇Windows系统安装时&#xff0c;添加zabbix报错&#xff1a;An error occurred within the plugin Zabbix安…...

编程日记 2024/5/8 5:04:23

Day1| Java基础 | 1 面向对象特性

Day1 | Java基础 | 1 面向对象特性 基础补充版Java中的开闭原则面向对象继承实现继承this和super关键字修饰符Object类和转型子父类初始化顺序 多态一个简单应用在构造方法中调用多态方法多态与向下转型 问题回答版面向对象面向对象的三大特性是什么&#xff1f;多态特性你是怎…...

编程日记 2024/5/8 4:45:16

Linux —— 信号（3）

Linux —— 信号&#xff08;3&#xff09; Core dump为什么core默认是被关闭的阻塞信号信号其他相关常见概念信号递达信号未决信号阻塞两者的区别信号的结构 信号集操作函数一个简单使用例子sigpending的使用例子 我们今天接着来了解信号&#xff1a; Core dump 大家不知道有…...

编程日记 2024/5/8 3:09:41

【C++ 所有STL容器简介】

【C 所有STL容器简介】 1. vector2. list3. deque4. set / multiset5. map / multimap6. unordered_set / unordered_multiset7. unordered_map / unordered_multimap8. stack9. queue10. priority_queue C 标准模板库&#xff08;STL&#xff09;提供了一系列常用的容器&#…...

编程日记 2024/5/8 1:21:52