随机扰动和摩擦下的斜齿轮系统动态特性分析

建立考虑随机扰动和摩擦的8自由度单级斜齿轮传动模型,根据齿轮啮合原理,求解系统所受的摩擦力和摩擦力臂,利用龙格库塔法对微分方程进行求解,结合啮合频率的分岔图、时间历程图和庞加莱映射图等。分析在含摩擦和随机扰动啮合频率作用下系统的动态特性。研究得到,随着啮合频率的增加,系统由周期运动进入混沌运动,摩擦因数不会改变系统的分岔特性,但是会影响混沌区域附近的倍周期现象,随机扰动啮合频率会改变系统分岔特性,使系统提前进入混沌。

一类具有随机扰动的SEIR传染病随机模型的稳定性分析

本文提出了一类非线性微分方程组成的SEIR传染病随机模型,该模型考虑了系统受到的白噪声随机扰动的影响,并且假定扰动与系统偏离平衡点的程度成正比。应用线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequalities, LMI)等方法,结合MATLAB找到符合矩阵不等式的矩阵,验证了平衡点的概率稳定性,并进行数值模拟验证结果。

随机扰动下具有分布式时滞的多权重网络指数同步

研究随机扰动下具有分布式时滞的多权重网络指数同步问题.鉴于分布式时滞和随机扰动给控制系统所带来的不确定性以及多权重网络具有的灵活性和普适性,通过设计有效的控制协议,利用伊藤引理和不等式技巧,选取合适的Lyapunov函数,得到多权重网络实现指数同步的充分性条件,并通过数值仿真验证理论结果的有效性.

随机扰动下的航天器姿轨保持自抗扰控制

空间飞行器在轨运行过程中除受空间摄动外,还因飞行器任务需要产生随机扰动力和扰动力矩。针对空间飞行器受随机扰动产生的耦合运动控制问题,提出了利用自抗扰方法进行轨道保持和姿态稳定的控制方法。通过引入二阶线性扩展状态观测器,对系统总扰动和状态进行观测。结合PD控制方法结合总扰动前馈补偿,克服空间主要摄动及飞行器本身产生的随机扰动,实现轨道保持和姿态稳定。仿真试验结果表明:该方法可以有效克服总扰动的影响,实现姿轨协同控制。

具有随机扰动和不确定性的中立型耦合神经网络有限时间同步

研究了具有时滞、不确定性和随机扰动的中立型耦合神经网络的有限时间同步问题.在Lyapunov稳定性理论的基础上,结合不等式技术得到了有限时间同步判据.接着构造合适的状态反馈控制器,使主从系统实现了有限时间同步.最后,通过一个数值仿真验证了所提出理论的有效性.

WRF模式中不同随机扰动方案在暴雨对流尺度集合预报中的对比评估

由于暴雨对流尺度集合预报模式中随机参数扰动能量偏小,本文利用WRFv3.9模式对我国长江流域一次特大暴雨天气过程开展对流尺度集合预报试验,对比分析随机参数扰动(SPP)方法和随机物理倾向扰动(SPPT)方法、随机动能补偿(SKEB)方法混合的扰动特征、评估多种混合扰动方案预报效果,主要结论如下:暴雨对流尺度集合预报中多随机物理扰动气象要素的离散度在单SPP方案基础上均增大,三种方案混合SPP+SPPT+SKEB的离散度最大,总体评分最优;其中SPP+SPPT试验较SPP+SKEB地面气象要素离散度更大,而SPP+SKEB试验较SPP+SPPT气象要素在高空(尤其是风场)离散度更大;SPP+SPPT试验在积分初期各气象要素离散度增加明显,SPP+SKEB试验随着积分时间的延长各气象要素离散度在各高度层增加更为凸显;多种随机扰动混合对降水的预报在集合平均、离散度分布和概率预报技巧等方面均优于单SPP方案,综合来看SPP+SPPT+SKEB方案总体评分最优。SPP+SPPT+SKEB综合了SPP、SPPT和SKEB的优势,在各高度层整个积分时间段各气象要素离散度达到最佳,多随机扰动方案的混合达到了有效互补的效果。

基于改进随机扰动近似算法的油藏生产优化

油藏生产优化属于大规模系统最优控制问题,鉴于伴随梯度类算法求解该问题过于复杂的局限性,通过引入控制变量协方差矩阵,提出了一种改进随机扰动近似求解算法(GSPSA)。该算法可对控制变量进行同步扰动获得搜索方向,计算简便,便于和任意油藏模拟器相结合,且搜索方向恒为上山方向,保证了算法的收敛性。计算实例表明,该算法收敛速度快,优化所得方案有效的改善了注水开发效果,且便于实际操作,同时该方法还可被进一步应用于注气驱或三次采油等开发方案的优化及制定。

GRAPES区域集合预报系统模式不确定性的随机扰动技术研究

为进一步描述GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)区域集合预报系统(GRAPES Me—soscale Ensemble Prediction System,GRAPES—MEPS)中GRAPES—Meso模式的不确定性特征,本研究在GRAPES—MEPS系统中引人了模式物理参数化倾向随机扰动方案(Stochastically Perturbed Parameterization Tendencies,SPPT),随机扰动型的产生是基于-阶马尔科夫链,其具有时间相关性特征,并服从正态分布,另外经过谱展开随机场具有空间结构特征,在水平结构上较平滑和连续。本文开展了基于SPPT方案的GRAPES—MEPS集合预报试验,针对SPPT方案中随机场的扰动幅度和时间相关尺度参数开展了一系列敏感性试验,并对试验结果进行了较全面的集合预报客观检验,此外,针对一次强降水过程,分析了SPPT方案对降水预报的影响。试验结果表明,引入SPPT方案能在一定程度上提高GRAPES—MEPS系统的预报技巧,降低系统的漏报率;且能显著改进预报后期大雨量级降水的预报技巧。通过敏感性试验发现,对于GRAPES—MEPS系统,SPPT方案的效果与随机扰动场幅度的范围,及扰动场的时间相关尺度选择相关,需经过敏感性试验确定出较适合的参数。

两种模式随机扰动方案比较及扰动传播分析

基于我国T213全球集合预报系统,设计了两种模式随机扰动方案,第一种方案对物理过程和动力过程积分总倾向项进行随机扰动(简称STPS),第二种方案仅对参数化的物理过程的积分倾向项进行随机扰动(简称SPPS)。将两种方案分别引入模式进行数值试验,评估集合预报效果,分析随机扰动特征及扰动传播机制。结果表明:两种随机扰动方案对T213模式预报变量都产生了明显的影响,垂直方向和水平方向上,扰动值都随着积分时间增加而增长,中高纬地区尤为显著。两种方案的差异是STPS方案预报变量扰动值偏大;SPPS方案预报变量扰动值更为合理,SPPS的扰动大值中心随预报时效增加从低纬向中高纬传播,且总能量偏差具有从小尺度向大尺度传播的特征。与STPS方案相比,SPPS方案的集合预报离散度、集合平均的均方根误差在积分后期明显更有优势,高发场和风场的预报准确性提高,降水量预报技巧也得到明显的改进。表明SPPS方案能更加合理地体现模式物理过程的不确定性,在一定程度上提高集合预报系统的预报能力。

随机扰动下一类混沌系统的同步

基于工程上广为应用的非线性鲁棒观测器思想,在随机扰动存在的情况下,对一类混沌系统成功地实现了同步。响应系统分两步进行设计,首先利用矩阵理论通过线性变换将受扰混沌系统进行扰动解耦,使系统部分状态与扰动无关,然后针对扰动解耦系统设计非线性观测响应系统。同时结合混沌吸引子有界性这一特点,将观测器存在条件化为求解系统的LMI,最终的仿真结果证明了该方法的有效性。

T213全球集合预报系统物理过程随机扰动方法研究

目前我国的T213全球集合预报系统采用BGM初值扰动方案,没有考虑模式扰动方法,在技术上滞后于国际先进数值中心的集合预报系统。本文参考ECMWF的模式扰动方法,设计了我国T213全球集合预报系统的物理过程随机扰动方法,并对2008年7月20—31日进行了集合预报批量试验。试验结果表明:T213全球中期数值预报模式对物理过程随机扰动很敏感,对物理过程扰动后,模式物理量的预报情况发生变化,且这种变化随着积分时间增长而迅速扩大。在水平方向上主要表现为南北半球中高纬度地区较赤道地区更敏感,在垂直方向上,表征大尺度运动特征的物理量(如位势高度、温度、风速等)在南北半球中高纬度地区的低层到高层都很敏感,尤以300 hPa最为明显,垂直速度、散度等物理量在赤道地区也非常敏感。多初值集合预报加入物理过程随机扰动后,集合平均均方根误差在积分后期略有改善,对降水预报水平也有较为明显的提高,这表明物理过程随机扰动方法具有较好的业务应用前景。

负荷随机扰动对电力系统电压稳定性的影响

运用非线性分岔理论与特征分析法对一个经典3节点电力系统的电压稳定性进行了详细分析。通过逐步增大系统参数Q_1,求取系统方程平衡点的雅可比矩阵的特征根,结合特征分析法判定系统的稳定性态,得到了系统运行的2个稳定区间。在此基础上考虑负荷的随机性建立了该系统的随机模型——一个4维随机微分方程组,并运用随机欧拉法对该随机微分方程组进行了数值仿真计算。数值结果表明,当系统运行在稳定边界的一个小邻域内时,负荷的随机扰动造成随机的小幅正向或负向累积,使得系统突然失去电压稳定,失稳模式既可能为霍普夫型,也可能为鞍结型。

一种求解最优机组组合问题的随机扰动蚁群优化算法

针对蚁群优化算法中易出现的停滞现象 ,设计出一种新颖的随机扰动蚁群优化算法。该算法包含了两个重要方面 :一是提出了采用倒指数曲线来描述的扰动因子 ;二是设计出了相应的随机选择策略和扰动策略。此外 ,还对该算法中参数的选取方法及取值范围进行了研究和探讨。利用该算法求解最优机组组合问题 ,并在模型的转化、约束项的处理等方面进行了深入的分析。通过对两个测试系统进行计算 ,并与基本蚁群算法进行比较 ,证明了该算法可以有效地克服基本蚁群算法计算时间较长和容易出现停滞现象的缺陷 ,具有更好的全局优化能力。

随机扰动下的电力系统强迫振荡分析

为了研究随机扰动下电力系统强迫振荡的特点,基于同步机机械功率上随机扰动的功率谱密度模型,为多机系统建立了模态叠加形式的频率响应模型.由功率谱密度分析方法得到了同步机功角的功率谱密度表达式,进而分析了随机扰动下系统强迫振荡的4个影响因素.在新英格兰39节点系统上比较了不同随机扰动的激励下同步机功角的随机振荡情况.结果表明,当随机扰动功率谱密度的峰值频率和系统固有频率一致时,发生随机意义上的共振现象.发生随机共振时,同样强度的随机扰动,谱密度峰度越大系统振荡越剧烈,而随机扰动的峰值频率在固有频率附近、扰动谱密度峰度较小时更容易激起系统强迫振荡.

云计算资源的动态随机扰动的粒子群优化策略

云计算环境中的资源具有动态性和异构性,大规模任务资源分配的目标是最小化完成时间和资源占用,同时具有尽可能好的负载均衡,这是一个非确定性多项式(NP)问题。借鉴智能群体算法的优点,提出基于改进的粒子群优化(PSO)算法构建混合式群体智能调度策略——动态随机扰动的PSO策略(DRDPSO)。首先,将PSO的惯性权重常数修改为变量,实现对求解过程收敛速度的合理控制;其次,缩小每次迭代的搜索范围,在保留候选最优集合的前提下减少无效搜索;然后,引入选择操作,筛选出优质个体并传递到下一代;最后,设计随机扰动,提高候选解的多样性,在一定程度上避免了局部最优陷阱。在Cloud Sim平台上进行了两类仿真测试,结果表明,处理同构任务时,在大部分情况下DRDPSO的指标都优于模拟退火遗传算法(SAGA)和遗传算法(GA)+PSO算法,总执行时间比SAGA减少13. 7%～37. 0%,比GA+PSO减少13. 6%～31. 6%;其资源耗费比SAGA减少9. 8%～17. 1%,比GA+PSO减少0. 6%～31. 1%;其迭代次数比SAGA减少15. 7%～60. 2%,比GA+PSO减少1. 4%～54. 7%;其负载均衡度比SAGA减小8. 1%～18. 5%,比GA+PSO减少2. 7%～15. 3%,且波动幅度最小。处理异构任务时,三种算法表现出相似的规律:CPU型任务的总执行时间最多,混合型任务次之,IO型任务最少,DRDPSO的综合指标最好,较为适合处理多种类型的异构任务,而GA+PSO算法适合快速求解混合型任务,SAGA则适合快速求解IO型任务。所提DRDPSO在处理较大规模的同构和异构任务时,能够较为明显地缩短总的任务执行时间,不同程度地提高资源利用率,并适当兼顾计算节点的负载均衡。

对一类具有随机扰动的混沌系统同步的新方法

本文基于工程上广为应用的状态观测器思想 ,在随机扰动存在的情况下 ,对一类非线性反馈混沌系统成功地实现了同步 .且在扰动很大时 ,系统仍能保持良好的同步性能 .最终的试验仿真结果也证明了这一点 。

水平不变浅海环境随机扰动对声传播的影响

本文主要讨论浅海水平不变波导中的低频声传播问题,为环境适配声纳设计奠定基础。通过仿真分析了海水及海底环境参数对传播损失的影响,根据仿真及实验结果,建立了声速剖面随机扰动及海面、海底起伏条件下的声强分布概率模型,并利用模型中的形状参数α和尺度参数β,提出了局部蒙特卡洛模拟加曲线拟合的声场敏感性分析方法。仿真及实验结果表明声场传播损失服从伽马分布,良好水文条件下10 km距离的声场能量起伏也达到10 d B,随着距离增加,声场敏感性增加。本文所提出方法通过对近场声场的测量和统计实现对远场声场敏感性的预报,与全声场蒙特卡洛模拟相比计算量减小一个数量级。

基于自然选择和随机扰动的改进磷虾群算法

针对磷虾群算法在求解高维复杂优化问题时容易陷入局部最优的缺点,提出一种基于自然选择和随机扰动的改进磷虾群算法.首先提出基于时变的非线性递减策略计算诱导权重和觅食权重,对磷虾群的诱导运动和觅食运动进行了改进;其次在产生新一代磷虾种群时加入随机扰动因子,并且借鉴自然选择中适者生存的进化机制提升磷虾种群中个体的质量,有效的提升了磷虾群算法的全局搜索和局部勘探能力.最后通过9个Benchmark标准测试函数的实验,将该算法与其他算法进行性能对比分析.实验表明,该算法能够有效地避免早熟收敛,在全局搜索和局部勘探能力上有着显著优势.

工艺随机扰动下非均匀RLC互连线串扰的谱域方法分析

考虑工艺随机扰动对互连线传输性能的影响,建立了互连线随机扰动模型,提出了一种基于谱域随机方法的互连线串扰分析新方法.该方法将具有随机扰动的耦合互连线模型在线元分析阶段进行解耦,分别采用随机伽辽金方法(SGM)和随机点匹配方法(SCM)进行串扰分析.最后,利用复逼近给出工艺随机扰动下互连线串扰噪声的解析表达式.实验结果表明本文方法不仅可以对工艺随机扰动下的非均匀耦合互连线串扰进行有效估计,相较于SPICE仿真还具有更高的计算效率.

Kerr系数随机扰动下孤子间相互作用的研究

从描述光纤中皮秒孤子传输的修正非线性薛定谔方程出发,应用对称分步傅立叶变换对色散位移光纤中Kerr系数随机扰动影响下的孤子间相互作用进行了数值研究。结果表明,Kerr系数随机扰动下孤子间的作用比Kerr系数不变时更为严重,前者增强了孤子间的相互作用,恶化了孤子的传输特性。研究结果还表明,传统的不等振幅传输法在一定程度上仍然可以有效地抑制Kerr系数扰动影响下的孤子间作用。