利用转移矩阵模型研究江苏省长江岸线变化

开展长江生态环境监测,推动长江经济带发展是关系国家发展全局的重大战略,是加快推进生态文明建设的客观需要。以2015-2021年江苏省沿江2 km岸线范围内土地利用数据为研究对象,利用转移矩阵模型计算研究区域内各时间节点的转移矩阵表,分析生态、生活和生产空间用地的转入转出以及增减情况;再采用高斯-赛德尔迭代法绘制三生空间流转的桑基图,对江苏省长江岸线变化进行定量分析,为长江经济带(江苏段)的生态监测提供技术支持。

考虑安全性与可靠性的微电网电能优化调度

考虑微电网的安全与经济、节能与环保、效率与可靠等诸多因素,同时为消除间歇性发电设备出力、负荷以及系统设备的不确定因素带给微电网的影响,实现微电网的负荷最优分配,在满足系统约束条件下,建立考虑不确定因素下含低估或高估费用的微电网经济调度模型。模型中设置了满足系统安全性与可靠性的电压安全裕度与失负荷率的安全约束指标,同时利用改进的膜计算算法求解该数学模型。实际算例分析了微电网经济性与不同置信水平下安全、可靠约束指标的关系,验证了所提模型的正确性和求解方法的有效性。

采用PSO-BF算法的微电网多目标电能优化调度

考虑到微电网中各分布式电源的特点以及充分发挥分布式发电技术在经济、环境和能源方面的优势,在满足系统约束条件下,提出了一种综合考虑微电网的运行成本、电压偏差以及微电网削峰填谷能力的微电网多目标经济调度模型。同时针对粒子群算法(PSO)在求解优化问题时易陷入局部最优的缺点,提出一种粒子群-细菌觅食算法(PSO-BF)用于求解微电网电能优化调度问题。仿真结果表明该算法具有较强的全局、局部搜索能力且收敛速度快、精度高的特点。

分散式电动汽车入网策略研究

电动汽车数量的增长及其用电需求的增加将会对电网产生明显的影响,针对电动汽车用户行为的随机性和特殊性,分析了分散式电动汽车充放电模型;充分考虑电价和充放电电池折算成本对用户行为的影响,采用削峰填谷调度策略,引导用户在低谷时期充电、高峰时期放电;引入博弈的概念分析用户间行为模式,建立分散式充放电博弈模型,通过求解其纳什均衡来求解最优调度策略;最后以某区域内数据进行算例仿真,验证了模型的合理性和有效性。

基于响应面法的微操作平台多目标优化

为了提高微操作平台的操作空间和动态性能,基于响应面法对一种新型微操作平台进行了多目标优化设计。采用中心组合设计方法选取仿真试验点,根据试验点建立平台的参数化几何模型,应用软件ANSYS对平台进行静力学和模态分析得到其固有频率、位移放大倍数和最大应力的响应值。根据所得的仿真试验数据,采用最小二乘法和显著性检验建立反映平台性能指标的二阶多项式响应面模型。最后,计算了反映响应面拟合度的评价指标,验证了所建响应面模型的精确性。以微操作平台的放大倍数和固有频率为优化目标,强度为约束,建立了平台的多目标优化模型,采用多目标遗传算法对平台进行优化得到Pareto解集。从Pareto解集可知,固有频率与放大倍数之间是相互冲突的,故需权衡固有频率和放大倍数从Pareto解集选取最优解。比较优化前后平台的各性能指标可知,平台的固有频率增大了35.58%,放大倍数增大了2.33%,最大应力减小了38.97%,证明了提出的优化方法的有效性。

基于动态特性的复合桥式微动平台优化设计

为了实现复合桥式微动平台的精确运动，提出一种基于其动态特性的优化模型并对其结构参数进行优化。采用虚功原理推导出平台的运动、刚度和强度特性模型。采用伪刚体法和Lagrange方程建立平台的动态特性模型。建立的所有模型是以结构参数为变量的封闭形式，为平台优化设计提供理论模型。由理论模型与有限元分析的结果比较分析可知，两者所得的结果误差范围为6．0％-9．3％，表明所推导出的特性模型的正确性和精确性。根据固有频率和放大倍数封闭形式的模型，分析其对结构参数的灵敏度，由此选出对平台动态特性影响较大的优化设计变量。提出一种以平台的动态特性固有频率和放大倍数为目标，铰链强度、输入刚度和几何尺寸为约束的优化模型。结果表明优化后的平台能获得更大的固有频率和放大倍数，说明方案能满足其优化设计要求。

一种新型微操作平台的精确运动控制

设计一种具有2级放大的高精度微操作平台,建立压电陶瓷驱动的平台动态模型,采用PID控制策略综合平衡其性能。采用杠杆原理设计的2级放大机构,将平台设计为对称结构,提高了其运动精度。采用有限元法和振型截断法建立平台的传递函数,它可等效为一质量-阻尼-弹簧系统。将压电陶瓷驱动器的电气特性等效为RC电路,力学特性等效为具有一定柔度的器件,建立整个系统的开环传递函数和闭环传递函数。以综合平衡系统的动态性能和稳定性为目的设计PID控制器。结果表明,在PID控制器作用下,系统的相位裕度和幅值裕度均增大,提高了系统的稳态性能,但剪切频率减小,降低了系统的快速响应性。同时,系统的调节时间和超调量减小,提高了系统的平稳性。驱动器时间常数对微操作平台动态性能有较大的影响,时间常数选择于0.2 ms附近可以得到较小的调节时间和合适的超调量。

基于BP神经网络电力大客户信用等级评价研究

电费回收风险是供电企业电费安全风险管理的重要环节,而电力大客户的信用管理是规避电费回收风险的重要组成部分。为了能够更好地为供电企业规避风险,为电力客户提供差异化服务提供有力的依据,从供电企业的角度出发,根据电力客户行业的发展情况、客户的历史信用情况以及客户财务3个方面构建指标体系,并通过层次分析模型将电力大客户分成5个信用等级作为BP神经网络训练的目标值,通过训练得到的BP神经网络,能够对企业的信用等级进行评价,最后通过收集某市电力公司数据验证了该方法的可行性。

考虑温度效应的微操作平台的建模与性能分析

微操作平台处于温度变化的工作环境中会产生热误差、断裂或疲劳破坏等意外情况．为了提高基于直梁式柔性铰链的微操作平台的精度，采用有限元方法建立考虑温度效应的平台热响应模型，并基于该模型对其热误差和热应力进行分析．采用欧拉‐伯努利梁模拟直梁式柔性铰链和杆件的力学行为，采用最小势能原理得到计入温度效应的微操作平台的力学方程．采用模态截断技术推导出温度变化与热误差、热应力之间的传递函数．以桥式微操作平台为算例分析温度变化对其性能的影响．分析结果表明：热误差对温度变化的灵敏度为0.192μm／℃，温度变化会产生较大的静态热误差；通过选择合理的结构参数可减小热误差；当单位温度变化时会产生0～0．21μm振动和11.6 M Pa的热应力，在动态热载荷作用下会产生较大的热振动和热应力．所以，不能忽略温度效应对微操作平台的影响，需要通过优化设计和热误差补偿策略减小其影响．

面向自然资源管理的血缘分析技术研究

强化自然资源管理能力,履行自然资源“两统一”核心职责,提升国土空间治理能力和治理体系现代化水平,是实现高质量发展的必然要求。面对自然资源数据体量庞大、多源异构、关系错综复杂的特点,笔者基于数据血缘分析技术研究面向自然资源数据治理,探索自然资源全生命周期管理方法。通过数据分析,建立标准规范理论,构建自然资源数据之间的血缘关系,利用熵减分析方法向上追溯,对数据字段进行标签化,从而跟踪数据演绎轨迹,试图反映自然资源从资源保护、开发利用到治理修复的整个过程,为提升自然资源管理精细化水平提供支撑。

基于模型预测控制的高速柔性并联机构振动控制

由于高速柔性并联机构系统的非线性和不确定性,提出一种鲁棒模型预测振动控制策略以抑制系统的振动响心。以压电陶瓷为作动器,电阻应变片为传感器,采用有限元方法和模态截断技术建立机构不精确动力学模型。机构动力学模型中的非线性因素、耦合因素及系统高阶模态影响作为扰动,将模态力视为不确定扰动,并且考虑输出噪声对系统的影响,建立系统动态响应的预测模型,以预测输出值。采用Kalman滤波估计器估计系统状态量,以控制电压及其变化率为约束条件,将系统性能指标和约束条件化为一个标准二次规划优化问题,通过求解这一优化问题来得到最优控制输出,形成滚动优化控制输出来抑制系统振动响应。采用表征作动能量的可控性指标和表征观测信号能量的可观性指标,确定作动器和传感器的最优位置。以新型2自由度并联机构为实例,采用实验模态方法得到系统的前2阶固有频率和阻尼比,与有限元方法得到的结果比较分析表明理论模型不精确。基于该模型采用dSPACE实时仿真系统和MATLAB/Simulink搭建鲁棒控制系统,进行振动主动控制试验研究。试验结果表明,所设计的控制器能有效地抑制柔性构件产生的弹性振动,验证了控制器的有效性和鲁棒性。

基于响应面法的微操作平台可靠性稳健设计

以一种新型微操作平台为对象,考虑其结构参数的随机波动,提出一种基于6σ稳健设计思想和响应面法的可靠性稳健优化设计思路。采用筛选实验设计方法确定设计变量,采用中心组合试验设计方法建立反映平台性能指标的响应面模型。基于该模型采用一次二阶矩法得到反映平台可靠性和稳健性的性能指标,即平台位移放大倍数、固有频率和可靠性灵敏度的概率分布及可靠度。基于6σ稳健设计思想建立以平台位移放大倍数、固有频率和可靠性灵敏度的稳健性为目标,平台可靠度为约束的可靠性稳健优化模型,采用序列二次规划法对平台进行优化。将稳健优化和确定性优化结果进行比较分析可知,平台位移放大倍数、固有频率和可靠性灵敏度的方差分别减小了40.9%、49.4%、33.6%,可靠度由61.36%提高到99.78%,实现了可靠性稳健优化的设计要求,说明了设计思路和理论模型的有效性。

压电陶瓷驱动的精密微操作平台特性与优化

设计一种结构紧凑、具有大运动空间和响应快的微操作平台，并对其静态和动态特性进行分析和优化．利用杠杆机构和连杆机构设计一种能实现两级放大的微操作平台，结构对称地设计在同一平面，并采用导向机构实现精确的导向运动．利用功能原理，采用伪刚体方法建立反映平台的静态和动态特性封闭形式的理论模型．由理论模型与有限元分析的结果比较分析可知，两者所得的结果误差范围为6．0％～7．2％，说明所推导模型的正确性．基于理论模型分析构型参数和柔性铰链尺寸参数对放大倍数、输出刚度、应力和固有频率的影响．结果表明，结构参数变化对输出刚度与固有频率的影响是矛盾的，对放大倍数和应力的影响也相互矛盾，需要通过优化结构参数以综合平衡其性能指标．提出一种以综合平衡平台的静态和动态特性为目标，并考虑应力、放大倍数和几何尺寸为约束的优化模型．结果表明优化后的固有频率和放大倍数比优化前均提高，而输出刚度降低，说明优化后的平台性能更好．

4种柔性铰链的温度效应比较分析

为了减小温度效应对柔顺机构的影响,比较分析直梁、直圆、椭圆和抛物线型4种典型柔性铰链的温度效应,以便合理选取柔性铰链设计柔顺机构。将柔性铰链划分为2个变截面梁单元,计入温度变化产生的初应变,采用最小势能原理推导出4种柔性铰链的热载荷向量和刚度矩阵,采用拉格郎日方程得出其质量矩阵,得出铰链的力学模型。基于柔性铰链的有限元模型,并以柔顺四杆机构为算例,分别对基于4种柔性铰链的柔顺机构的精度、热应力和热振动进行比较分析,分析结果表明:直圆型铰链的热误差最大,抛物线型次之,椭圆型和直梁型最小;所受热应力由大到小的顺序为直圆、椭圆、抛物线和直梁型铰链;直梁型柔性铰链的热振动谐振频率最小,直圆型和椭圆型次之,抛物线型最大,说明直梁型柔性铰链更容易受动态温度变化影响,但抛物线型在谐振频率处的幅值最大,抛物线型铰链热振动更大。

四种不同柔性铰链的三自由度微定位平台性能比较

为了研究柔性铰链形式对微定位平台性能的影响,对正圆、椭圆、直角和三角柔性铰链的三自由度平台的静态和动态特性进行比较分析。采用有限元软件ANSYS对其特性进行比较分析,分析结果可得如下结论:不同平台的柔度有较大的差别,直角铰链平台柔度最大,三角铰链平台最小,正圆和椭圆柔性铰链柔度相近;铰链形式对平台运动性能有较大的影响,直角柔性铰链平台相对于其他平台具有更小的转角;不同铰链平台在各个方向的位移灵敏度存在差异,圆形铰链平台在各个方向具有更高的灵敏度;柔性铰链形式对平台的固有频率影响较大,直角铰链平台固有频率最小,三角铰链平台最大,正圆柔性铰链和椭圆柔性铰链柔度相近。综合不同柔性铰链平台的性能发现圆形铰链平台具有较好的综合性能。

传递矩阵法分析平面柔顺机构的振动特性

为了分析柔顺机构的动态性能和力学传递关系,提出一种新型的基于传递矩阵法的振动力学模型。柔顺机构由若干个柔性铰链与杆件顺序联接而成,采用传递矩阵法描述其力学状态量的传递关系。将柔性铰链视为拉伸和弯曲变形的弹性梁,应用材料力学理论建立反映其自振性能的传递矩阵。将杆件视为刚体,采用动量矩定理建立其动力学模型,得到描述振动刚体的传递矩阵。按照柔顺机构的联接形式,将每个元件的传递矩阵进行拼装,得到系统总传递矩阵。总传递方程以柔顺机构的边界点状态矢量为未知变量,矩阵中的元素为机构结构参数和频率的函数。应用边界条件,可得柔顺机构的特征方程,通过求解方程可得系统的固有频率和振型。将外力纳入传递矩阵,建立反映外力激励与系统的关系的扩展传递矩阵以求解系统的频率响应。通过2种常用平面柔顺机构的动态性能分析,结果表明所建立模型的正确性,能精确描述柔顺机构力学传递关系。

虚拟电厂运营模式下差别电价的二层优化模型

为了能在节能减排的同时促进高耗能企业健康发展,探索了一种新的供电方式用以优化高耗能用电。针对能耗大、高污染的高耗能企业,在差别电价研究的基础上,引入具有节能效应又具有分布式能源发电集群体的虚拟电厂概念,建立虚拟电厂运营模式下差别电价的二层优化模型,并对优化后所取得的社会综合效益进行分析。通过算例仿真得到虚拟电厂和供电公司各自售电量以及统一的最优销售电价;对比节能设备改造前后所取得的社会综合效益,结果表明:该双层优化模型的有效性和合理性,为政府机构制定合理的电价政策提供具有实际意义的参考,更好地促进企业健康发展。

基于激励补偿机制的电动汽车充电站规模优化

针对电动汽车用户行为的随机性和特殊性,基于排队理论建立了考虑误工补偿、环境价值补偿的用户充电费用最小和充电站充电设施费用最小的多目标数学模型;研究不同充电站规模、补偿情况下用户和充电代理商的收益变化,为合理选取充电站建设规模提供参考方案。与此同时,文章采用了日前申报机制引导电动汽车用户的充电行为。研究结果表明,通过合理的配置充电设施,可以使电动汽车用户和充电站均获得理想收益,从而验证了所建模型的实用性和有效性。

一种新型4自由度柔顺并联机构的设计和特性

设计一种新型4自由度精密微动平台，并对其静态和动态特性进行分析。在传统4一RRUR并联机构的基础上，采用替换法设计具有解耦的柔顺并联机构。采用有限元软件ANSYS对机构进行刚度和运动学分析，分析结果表明所设计的平台具有解耦的x和y方向平动，并能实现4自由度微动。对机构进行灵敏度分析表明该柔顺机构的各个方向的位移灵敏度约为6μm／μm，说明平台灵敏。对机构进行模态分析，从振型可以看出该机构能实现4自由度方向的运动，并分析了在有和无预应力两种情况下的固有频率，两者差值范围为17．2％～52．4％，说明预应力对机构的固有频率有较大影响。

基于有限元法的桥式柔顺机构动态性能分析

为了精确描述桥式柔顺机构的动态性能,采用有限元方法建立其动力学模型,并基于该模型分析其动态性能。采用欧拉-伯努利梁模拟柔性铰链和杆件的力学行为,采用最小势能原理得到桥式机构的刚度矩阵,采用拉格郎日方程建立机构的质量矩阵和动力学方程。基于桥式机构的有限元模型,分别进行铰链尺寸参数对固有频率的灵敏度分析、动刚度和动应力分析。分析结果表明:增大铰链厚度与长度之比可提高机构的响应快速性;在机构工作运动方向有较大的振动,而且在接近于固有频率处发生较大的超调;靠近驱动端的铰链所受的动应力较大,容易疲劳破坏。