考虑稳定边界和侧倾稳定的车辆路径跟踪控制

为了解决无人驾驶车辆的路径跟踪任务中跟踪精度和车辆稳定性之间的冲突问题,提出了一种考虑横向和侧向稳定的路径跟踪控制器.首先以四轮独立驱动智能车为研究对象,设计了一种基于主动转向和电机驱动扭矩分配的整体模型预测控制器,以保证车辆在极端工况下的稳定和跟踪精度.然后通过相位图法和轮胎最大侧偏角设计车辆稳定性约束以优化动力学性能,利用零力矩方法建立侧倾约束,防止侧倾.最后在仿真中对比现有控制器,结果表明,所提出的控制器能够最大化地发挥车辆动力学极限,并在保证车辆稳定性的同时提高车辆的路径跟踪精度.

基于弱稳定边界理论的低能地月转移轨道设计

针对弱稳定边界轨道求解困难、模型复杂、对初值的敏感程度较高等问题,提出了一种基于弱稳定边界的地月低能转移轨道设计方法,通过一种双层优化算法求解流形拼接问题,实现航天器低能地月转移。首先计算地月L2点Halo轨道及不变流形;随后将其与日地系统Halo轨道的不变流形进行拼接,计算离散流形拼接点,根据离散流形拼接点的速度和位置选择优化初值;最后建立流形拼接的优化模型,优化求解得到双圆限制性四体模型下的转移轨道。仿真结果表明,该轨道设计方法转移所需的能量较低,并满足多种约束条件,可为未来地月探测低能轨道设计提供参考。

基于全纯嵌入法的电力系统高维电压稳定边界

电力系统静态电压稳定边界(static voltage stability boundary,SVSB)对于判断电压稳定性、评估电压稳定裕度具有重要的指示作用,因此,快速准确地计算SVSB对于电网安全稳定运行具有重要意义。电力系统作为一个超高维多变量的复杂非线性系统,其电压稳定边界本质上是某一拓扑结构下所能维持电源和负荷功率平衡的极限电压所构成的非线性高维边界。因此,将SVSB考虑为高维场景下的电压稳定超曲面,提出计算电压稳定边界的新方法。首先,利用多维全纯嵌入法(multidimensional holomorphic embedding method,MDHEM)求得节点电压的多变量幂级数(multivariate power series,MPS)表达式;然后,基于柯西-阿达马定理,推导并证明电压稳定边界与节点电压幂级数前后项系数之间的解析关系,并通过理论证明将所提出的方法从单维推广到高维场景;接着,基于推导的SVSB解析表达式,提出高维电压稳定边界计算与电压稳定性快速评估方法;最后,在IEEE 14节点、新英格兰39节点和IEEE 118节点系统中验证所提方法的有效性。

中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所在次中尺度运动对稳定边界层相似性关系影响的研究中取得进展

次中尺度运动是一类大气现象,空间尺度通常介于几百米到几千米之间,时间尺度介于几分钟到几十分钟之间。常见的大气密度流、孤立波、重力波、低空急流、微冷锋、水平蜿蜒流等都可归为次中尺度运动。稳定大气边界层(SBL)的湍流统计特征会受到非平稳的次中尺度运动的影响,这限制了湍流相似理论在稳定边界层中的应用,导致在强稳定条件下近地层温度、风速等气象要素场的预报存在较大的不确定性。中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所王敏仲研究员和张海亮副研究员提出了一种利用离散正交小波对稳定边界层次中尺度运动进行识别和滤波的方法,利用2021年6月29日—7月31日塔克拉玛干沙漠夜间高频三维风速和空气虚温的观测数据,分析了滤除次中尺度运动前后湍流相似性关系的变化特征,旨在深入认识次中尺度运动对稳定边界层相似性关系的影响特征和作用机制。

电力系统稳定边界的研究

根据非线性系统稳定域边界理论 ,非线性系统在系统稳定边界上不稳定平衡点处的不变稳定流形的集合为受扰动后系统的稳定边界 ,某不稳定平衡点处的稳定流形可以通过对非线性系统进行特定的线性及非线性变换求得。该文提出了新的非线性变换形式 ,使得在求得稳定边界后 ,确定临界切除时间 ,从而避免了多值映射的问题 ;推导了在原始系统中系统运动方程的矩阵表达式 ;推导了经线性映射后系统运动方程的矩阵公式和四阶非线性变换的矩阵表达式 ;给出了系统在主导不稳定平衡点处稳定边界的解析式和确定临界切除时间的方法及公式 ;

对转压气机转速比变化对稳定边界的影响

以实验室对转压气机为研究对象,采用数值模拟方法研究了不同转速比对压气机稳定性的影响。着重分析了转速比对压气机失速边界和堵塞边界的影响规律,并对不同转速比下各转子的稳定性进行了初步的研究。结果表明:(1)当转速比R2:R1>1.0时,转速比增大会导致失速边界和堵塞边界均向小流量方向偏移。(2)当转速比R2:R1<1.0时,随转速比增大失速边界变化不大,但堵塞边界向大流量方向偏移。(3)转子1转速变化对转子2气动性能具有很大的影响,而转子2转速变化却对转子1性能影响不大。(4)在不同转速比下,导致该对转压气机失稳的主要因素也不同。

不稳定边界层下地形重力内波

水槽实验及线性理论研究表明 ,当低层大气处于近中性或不稳定时 ,如果地形引起的动力扰动足够强 ,地形扰动可在上部稳定层结中激发出重力内波 ,波动反过来影响低层流场 ,引起动量输送。低层大气处于近中性或不稳定时 ,地形波同样对大气运动可产生波阻 ,这应引起模式工作者的重视。最后讨论了大气粘性对中性或不稳定层结下地形波的影响。

不稳极限环——一类暂态稳定边界的研究

在分歧理论和中心流形理论的基础上, 针对系统出现亚临界分歧的情况,借助不稳极限环,提出了分析这种在临界点附近的电力系统暂态稳定的方法。这种方法可计及任意复杂模型,与SBS(数值积分)方法相比,计算速度快,能给出明确的暂态稳定边界, 并能获得非常直观的稳定度的结果。文中系统地给出了数值计算中心流形变量高阶偏导数,求取2阶中心流形,形成分歧方程的方法,为构建一种新的特定条件下的暂态稳定边界提供了一个有效的工具。

黄土高原复杂地形受中尺度运动影响的稳定边界层湍流特征

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(Semi-AridClimateandEnvironmentObservatoryofLanzhouUniversity,简称SACOL)2008年12月观测资料,研究了稳定边界层湍流特征。使用涡动相关资料研究湍流通量时,定义湍流的平均时间τ内的中尺度运动是造成湍流统计量变化范围大的主要原因,稳定情形τ取几十秒至几分钟。对梯度理查森数大于0.3的强稳定情形的湍流尺度分解(MRD)谱分析表明,感热通量在112.4～449.9s存在谱隙,尺度大于谱隙的中尺度运动造成了通量观测资料离散性大,甚至有支配性影响。动量通量的谱隙在112.4～224.9s之间。弱风时,中尺度运动的影响更大,垂直风速标准差以0.1的比率随中尺度风速变化;垂直风速标准差同广义风速表现出很好的相关性,并随着广义风速消失而消失。三维风速标准差与摩擦速度呈很好的线性关系,垂直、水平、横风风速的无量纲标准差分别为1.35、2.54、2.21。对湍流动能的研究发现,在梯度理查森数大于0.3的条件下,仍然存在连续的湍流。以湍动能为依据,分析了湍流的平稳时间长度,其长度随稳定度变化而变化,2008年12月7～11日从133.5s变化到856.2s,湍流平稳时间长度反映了中尺度运动的发生频率。

兰州市城区稳定边界层变化规律的初步研究

兰州市城区空气污染严重与其特殊的大气边界层密切相关。利用兰州市城区现有大气边界层探测资料 ,采用多种稳定度参数计算方法 ,统计分析了该市大气层结稳定度的时空分布规律及其与天气形势的关系 ,发现兰州市城区冬季大气稳定边界层日间存在发生或发展的特有现象 ,并探寻了其形成机制 。

电力系统参数空间暂态稳定边界构建及在线快速更新方法

为适应在线暂态稳定分析与控制,提出了一种电力系统参数空间中的暂态稳定边界构建及快速更新方法。对于给定的关键故障和既定故障前后的网络拓扑结构,首先,基于横向可扩展的宽度学习系统,构建了极限切除时间与电力系统参数之间的映射关系。为提高实际故障切除时间阈值附近的预测准确率,通过构建二次比例因子对临界误差进行修正。然后,结合预设故障切除时间阈值确定相应暂态稳定边界,并评估当前系统的稳定裕度。最后,在保证暂态稳定评估准确性的基础上,基于增量学习方法提出了无须重新训练全部网络的在线快速更新策略。通过对IEEE 39节点测试系统和中国南方电网实例系统仿真分析发现,所构建模型能够对系统暂态稳定性进行准确评估,并具有良好的泛化性能。同时,快速更新策略可在保证预测准确率的情况下,大幅减少模型更新时间,为在线暂态稳定评估提供了支撑。

夜间稳定边界层中小尺度地形激发的形式阻力和波动阻力

通过求解含有摩擦耗散的线性化大气动力学方程组,得到了在夜间稳定大气边界层中小尺度地形产生的波动阻力和形式阻力的解析解.结果表明边界层中的稳定度、风速和湍流状态、边界层厚度、上部残余层中的稳定度和风速以及地形高度和坡度,都会影响波动阻力和形式阻力的大小,应在数值模式的参数化方案中给予考虑.分析还表明,当地形坡度减到一定程度时,形式阻力可以忽略不计.

一种求解电力系统稳定边界上不稳定平衡点的方法

提出一种基于伴随系统和变号系统的求解电力系统经典模型稳定边界上不稳定平衡点的方法。对于一个非线性自治动力系统,存在一个伴随系统,该伴随系统是一个梯度系统,原始系统的所有平衡点都是伴随系统的渐近稳定平衡点,并且每一平衡点存在解析形式的Lyapunov函数。变号系统能将电力系统经典模型降维系统的稳定平衡点变为I型不稳定平衡点,利用该平衡点的1维不稳定流形,生成一族轨迹,沿轨迹寻找伴随系统Lyapunov函数达到极小值的点,这些点一般位于某平衡点伴随系统的稳定域内。以该点为初值对伴随系统进行积分即可收敛到该平衡点。该方法能快速有效的寻找到稳定边界上的不稳定平衡点。在IEEE-10机39节点系统和IEEE-17机162节点系统上仿真,验证了该方法的有效性。

正规形理论在电力系统稳定性研究中的应用(四)——复杂电力系统的稳定边界研究

正规形理论应用于电力系统的暂态稳定性分析中,可以依据所采用的非线性变换的阶数对电力系统故障后的主导不稳定平衡点上的稳定流形作几阶近似,从而得到某阶近似的电力系统稳定边界的解析式。更进一步地,可以得到系统的极限切除时间。以新英格兰系统为例,推导了四阶近似的局部稳定边界的解析表达,计算了几种故障情况下的极限切除时间,与逐步积分法的比较结果表明采用四阶近似的稳定边界是较精确的。

发电机的静态稳定边界与低励限制

本文提出了适合于一般情况的发电机安全运行静态稳定边界的确定方法，及其相应的适用于微机励磁调节器的低励限制计算新方法。

大涵道比涡扇发动机整机稳定边界预测方法

为了评估风扇/压气机在整机环境下的稳定边界,采用加源项的一维欧拉方程构建小扰动线性化的发动机整机控制方程组,建立了大涵道比涡扇发动机稳定性分析模型,利用李雅普诺夫稳定性理论,对其整机环境稳定边界进行了评估分析。计算结果表明,风扇/压气机在整机环境和单独部件环境下稳定边界存在差异。风扇整机环境稳定边界和部件环境稳定边界基本重合,整机环境稳定裕度略有减小;增压级整机环境稳定边界下移,可用稳定裕度减小;高压压气机随着换算转速降低整机环境稳定边界下移,稳定裕度减小。

一种实用的二维参数静态稳定边界追踪方法

提出了一种实用的二维参数稳定边界追踪方法,假设在研究的稳定边界范围内系统不会出现双重鞍结型分岔点,即仅由鞍结型分岔点和极限诱导型分岔点构成,通过对两个参数轮流进行轨迹追踪、分岔点搜索和识别,以增加少量计算点为代价,克服了传统二维参数分岔边界计算方法需要计算和因子化二阶海森矩阵、在线实用化困难的缺点。对一个3000节点实际系统的应用表明,所提方法有效、鲁棒、适合在线应用。

一种舰船电力系统电压稳定边界计算方法研究

随着舰船电力系统容量的不断增大,系统的稳定运行点越来越接近其静态电压稳定边界。建立基于连续潮流方法的舰船电力系统模型,并对舰船电力系统的静态电压稳定性进行分析,提出能够在给定的发电及负荷增长方向上计算静态电压稳定边界的方法。所提出方法应用在一个13节点舰船电力系统中,分析结果表明常规舰船电力系统的稳定运行点远离其静态电压稳定边界,但随着系统传输容量的增大,会导致其逐步逼近这一边界,最终导致系统失稳。

不确定性矩阵在区域集合中的稳定边界

本文研究非结构不确定性矩阵的鲁棒稳定边界问题。通过计算非结构不确定性矩阵谱范数的上界 ,可以保证非结构不确定性矩阵的特征值均位于复平面的指定D域———线性矩阵不等式 (LMI)域内 ,文中推导出D域为若干个LMI域的交集或并集时的LMI表达式 ,计算非结构不确定性矩阵在LMI域集合中的稳定边界。最后 ,分别就D域为单一LMI域、LMI域的交集和并集三种情形举例说明非结构不确定性矩阵稳定边界的计算过程 ,经过与以往方法计算的结果进行比较 。

直流调速系统稳定边界法PID校正的设计与仿真

本文探索了采用稳定边界法的思想去仿真设计直流调速系统PID调节器,通过具体的仿真实例,说明在控制系统的性能不能满足系统需要时,需设置PID调节器,运用稳定边界法较好解决了PID调节器的三个参数Kp、Ti与Td的整定问题。