Hybrid Dynamic Modeling and Control of Molten Carbonate Fuel Cell Stack Shutdown

A hybrid automaton modeling approach that incorporates state space partitioning, phase dynamic modeling and control law synthesis by control strategy is utilized to develop a hybrid automaton model of molten carbonate fuel cell (MCFC) stack shutdown. The shutdown operation is divided into several phases and their boundaries are decided according to a control strategy, which is a set of specifications about the dynamics of MCFC stack during shutdown. According to the control strategy, the specification of increasing stack temperature is satisfied in a phase that can be modeled accurately. The model for phase that has complex dynamic is approximated. The duration of this kind of phase is decreased to minimize the error caused by model approximation.

基于离散混合自动机的园区综合能源系统多模式建模与日前优化

综合能源园区是推进能源系统低碳发展的关键应用场景。针对电、气、冷、热耦合的综合能源园区,给出一种供需互动的园区综合能源系统日前优化方法。基于离散混合自动机(discrete hybrid automaton,DHA)架构,搭建考虑多种运行模式的综合能源系统设备级模型与系统级模型;通过搭建用户空调负荷预测模型,给出基于调节价格的园区需求侧负荷响应机制;通过搭建供需互动的园区综合能源系统双层优化模型,计算在低成本模式与低碳模式下的园区综合能源系统日前优化结果。算例仿真验证了所提建模方法在描述设备运行模式的优势,计算园区供需互动带来的经济效益,并评估园区在低碳运行模式下的减排能力。最后,讨论通过清洁机组与储能设备的升级改造实现零碳园区的可行性,以及在设计规划阶段需要考虑的评估指标。

基于混杂模型的上下文相关主机入侵检测系统

主机入侵检测的关键是监测进程的运行是否正常.现有的基于静态分析建模的方法具有零虚警的优良特性,但是,由于缺乏精确性或者效率的问题仍然不能实际使用,先前的工作试图在这两者之间寻找平衡点.基于NFA(nondeterministic finite automaton)的方法高效但是不够精确,基于PDA(push down automaton)的方法比较精确但却由于无限的资源消耗而不能应用.其他模型,例如Dyck模型、VPStatic模型和IMA模型使用一些巧妙的方法提高了精确性又不过分降低可用性,但是都回避了静态分析中遇到的间接函数调用/跳转问题.提出一种静态分析-动态绑定的混杂模型(hybrid finite automaton,简称HFA)可以获得更好的精确性并且解决了这一问题.形式化地与典型的上下文相关模型作比较并且证明HFA更为精确,而且HFA更适合应用于动态链接的程序.还给出了基于Linux的原型系统的一些实现细节和实验结果.

基于手势的人机交互的研究

人机交互的本质是人的多维信息认知空间和计算机的信息表示空间之间的相互映射。传统的用户界面范型遵循着一种基于命令的交互 ,交互的输入、输出是离散的事件流 ,交互中人的意图不能自然、高效地表达 ,需要交互者较多的认知努力。基于手势的人机交互以手势表达交互意图 ,手势中含有大量的交互信息 ,同时又符合人的认知习惯。基于手势的交互具有非精确、多通道、连续等特点 ,能够实现人的认知空间和计算机计算空间之间的平滑过渡 ,从而有效地改善了人机交互的瓶颈现象。基于笔的手势交互有很大的现实意义 ,对它的分析研究有助于推动计算机便携化的快速发展。

切换系统优化控制方法研究

针对一类特殊的混杂系统——切换系统的优化控制问题 ,提出了分段梯度下降优化方法 ,它是连续系统优化控制梯度下降法的推广 .对分段线性切换系统 ,通过一定变换 ,可以把切换系统转化成关于特定变量的连续系统 ,证明了切换系统整体优化控制目标等价于各子模态连续系统的优化目标之和 ,从而得到切换系统最优控制的梯度下降优化算法 ,该方法能够有效地得出切换系统优化控制的局部最优解 .给出了具体示例 。

三电平直流变换器混杂系统建模与控制

建立了三电平直流变换器的混杂自动机模型,并提出了相应的闭环控制算法,算法核心是使系统进入周期循环稳定的工作中并对输出电压进行调节,能够同时满足电感电流连续模式和不连续模式,具有宽负载范围。将输出电压稳压调节问题转化为离散状态转换条件选择问题,推导了离散状态转换条件。使用Matlab/Simulink中的状态流程图实现了基于混杂自动机的三电平直流变换器控制系统,并进行了详细的仿真以检验闭环控制算法的正确性。仿真结果表明,三电平直流变换器在4种工作模式下稳态性能均良好,模式切换过程中动态响应快超调小。

升压型DC-DC开关变换器的混杂建模与控制研究

基于混杂系统理论,建立了升压型开关变换器的混杂自动机模型,使得开关变换器的控制简化为混杂自动机模型的边界选择问题。与传统的状态空间平均法和电路平均法相比,该模型中没有任何假设和线性近似,建模精度高,可以对电力电子电路进行更好的分析与控制。根据开关变换器电感最小电流与输出电流的比较,将电感电流连续模式细分为完全电感供能模式和不完全电感供能模式两种子模式,提出一种新的混杂控制策略,应用电路理论方法给出了理想变换器和考虑输出电容寄生电阻的混杂控制边界的综合方法和计算公式。数值结果和分析表明了混杂建模和控制策略的有效性。

一种高效的正则表达式匹配方法

为实现网络安全检测中大规模正则表达式的匹配,分析了在从非确定型有限自动机(NFA)到确定型有限自动机(DFA)的子集构造过程中导致状态爆炸性增长的原因,并提出了一种高效的正则表达式匹配方法。这种方法通过将部分DFA状态转变成受限的NFA状态来消除状态数量的剧烈增长,并会形成一种DFA状态与受限的NFA状态交替出现的有限自动机,称为DNFA。DNFA将DFA与NFA结合在一起,实现匹配速度与内存空间占用的平衡,其多层结构也更加适合复杂正则表达式规则。实验结果表明,上述方法可以在大大减少内存需求的情况下,实现正则表达式的高效匹配。

现代温室温度混杂系统的建模

为了解决中国温室系统输入输出变量连续而环境控制设备动作离散的建模问题,通过将室外环境因子作为系统的连续输入量,天窗的开启和关闭状态作为离散变量,室内温度作为连续输出量,建立了温室混杂自动机的模型.首先采用有外源输入的自回归滑动平均模型描述每个子系统,其次,采用统计假设检验法与模型机理相结合的方法确定模型结构,然后,采用递推增广最小二乘法辨识模型参数,智能级监督模型参数的收敛性,最后,依据有限状态自动机的基本模型建立温度混杂自动机.采用实测数据进行仿真,该温度混杂自动机模型的拟合度可达90%以上,混杂系统控制的最大预测误差为2.8℃,能较好地预测温室温度系统的动态特性.

基于混合元胞自动机的柔顺机构多目标拓扑优化方法

采用无梯度优化方法——混合元胞自动机方法进行体积约束下柔顺机构多目标拓扑优化设计。以应变能最小化和互应变能最大化为目标,以结构体积为约束,采用标准化方法定义多目标拓扑优化的目标函数,消除不同性质目标函数在数量级上的差异。将混合元胞自动机方法用于多目标优化问题的求解,以比例控制作为局部控制规律。数值算例结果表明,该方法用于柔顺机构多目标拓扑优化设计是有效的,优化迭代次数较少,且结构不易出现单节点铰链现象。

区间参数柔性机构设计的混合元胞自动机方法

进行柔性机构设计时,应考虑不确定性参数对机构性能的影响。基于此,将柔性机构物理参数及其外载荷视为区间变量,基于柔性机构的刚性测度和柔性测度,建立在连续域中利用结构拓扑优化设计柔性机构的数学模型。采用固体各向同性惩罚方法进行设计域材料的参数化,将材料相对密度作为设计变量,结构受载时的应变能和交互势能线性加权的极大化作为目标函数,结构体积作为约束。优化设计求解策略采用混合元胞自动机方法,用区间有限元法进行结构总体分析以获取优化过程中的每次迭代信息,设计变量中的局部改变由基于比例—积分—微分控制律的局部设计规则来确定。数值算例证明了所建模型及其解法的有效性。按照数值算例结果之一进行等比例尺寸放大后的实物制造,并进行简单试验验证。

混合自动机的多项式phase-portrait近似

抽象近似是验证混合系统安全性的主要方法,模型转换是构造一个可判定的(或半判定的)混合自动机来近似原混合自动机。本文将线性phase-portrait近似推广到多项式phase-portrait近似,叙述了如何自动构造多项式phase-portrait近似自动机及如何精化近似模型。

混合系统的分析

在人们日常生活中,混合系统(Hybrid Sstem)应用的实例很多,如汽车中的计算机控制系统、飞机中的平稳飞行痤制系统等都属于混合系统的范畴,并且随着计算机技术的发展,混合系统的应用范围会更加广泛,入们的生活会更加依赖于混合系统,固此社会应用的需求要求研究人员对混合系统进行比较深入的研究,保证混合系统运行的正确性。

直接力与气动力复合控制拦截弹建模与控制

建立了大气层内直接力与气动力复合控制拦截弹的姿态运动模型,应用混杂自动机建立了拦截弹的切换模型,给出了控制系统的切换规律和直接力的控制规律。该方法反映了拦截弹在不同状态间的切换,便于拦截弹的控制,易于工程实现。仿真结果表明,该方法能够在节省使用脉冲发动机的情况下有效的实现拦截弹的姿态调整,显示了该方法的有效性和优越性。

基于不规则元胞的主轴温度-结构场耦合热拓扑优化设计方法

为了适应复杂的几何形状,避免传统的规则矩形元胞不能均匀地覆盖设计区域的问题,实现主轴结构耦合场热拓扑优化设计,提出基于不规则元胞的混合元胞自动机法(HCAM)耦合场主轴热拓扑优化设计方法.该方法以数值传热学的相关理论为基础,用三角形元胞来替代传统的矩形元胞,并引入局部网格细化的思想,在应力集中或应变急剧变化的区域实现局部元胞细化,使得整个结构的元胞尺寸自适应变化.通过案例对比分析验证了该方法的可行性,该方法可以有效地适应复杂结构形状、减少元胞单元和有限元网格的数量以及降低元胞单元与有限元网格之间映射的难度.利用不规则元胞的HCAM对主轴结构进行不同工况下的温度-结构场耦合热拓扑优化设计研究,最终获得的热拓扑优化构形结果不仅减少了主轴结构材料,而且改善了其热态特性.

流体随机Petri网的混杂自动机模型

为了克服数值分析方法在流体随机Petri网模型检验中的缺点,根据形式化方法,本文提出了借助混杂自动机实现流体随机Petri网模型的分析和验证的有效方法,同时介绍了流体随机Petri网到一阶混杂Petri网模型的转化方法.并根据改变不变行为状态事件之间的相互作用提出了正确的一阶混杂Petri网模型行为演变算法,在此基础上给出了流体随机Petri网的混杂自动机模型构造方法.实例分析表明,借助一阶混杂Petri网的行为演变及混杂自动机能够有效地实现流体随机Petri网模型的分析与检验.

汽车车身耐撞框架结构设计研究

为求解车身耐撞框架结构非线性耐撞拓扑优化问题,提出了基于能量控制混合元胞自动机的拓扑优化方法。首先运用LS-DYNA显式有限元算法,以混合元胞自动机作为优化计算模型,根据比例局部控制规律确定设计变量中的局部改变,同时在拓扑结构中划分柔性区域和刚性区域并赋予其不同的设计尺寸和质量分数约束,增加能量控制约束及最优约束条件选取。然后通过单工况和多工况连续体拓扑优化说明该方法的可行性和准确性。最后,将方法用于汽车前保险横梁的设计,耐撞性能得到明显提高,说明该方法具有很好的工程实用价值。

常压炉加热系统形式建模的验证

文章运用基于流管道的混合动态系统形式验证方法,解决了常压炉加热系统工艺参数的验证问题;通过对常压炉加热系统的运行机理进行分析并建立混合自动机模型,应用状态可达集的过近似方法计算近似流管道;通过对近似流管道的分析,验证常压炉加热系统设定的燃料流量是否满足生产工艺要求;经多次验证,最终得到了燃料流量的取值范围。

间歇生产过程的自动机模型

在间歇生产过程中，过程的信息结构由离散状态和连续状态构成．本文以自动机为工具，研究具有混合信息结构的间歇生产过程的描述、控制与优化等问题．

定性推理在矩形phase-portrait近似中的应用

抽象近似是验证混合系统安全性的主要方法,矩形phase-portrait近似是通过构造简单的线性混合自动机来近似原混合自动机。phase-portrait近似的关键步骤是如何划分状态空间。本文采用定性推理的方法,叙述了如何根据系统动态特征来划分状态空间及如何精化抽象模型。