Design of Simulation Competition Platform Based on Cognitive Behavior Modeling

Cognitive behavior modeling of agent is an important component of simulation system,and there are some difficulties in the simulation of course teaching.When students make simulation experiments about cognitive behavior modeling,such as algorithm design and model construction,there is no simulation competition platform that is controllable,flexible and scalable.To solve this problem,we propose a simulation competition platform based on cognitive behavior modeling,called TankSim,for undergraduate and graduate students.This platform aims to cultivate studenfs team collaboration and innovation capability,and improve their learning motivation.This paper elaborates the proposed platform from three aspects,including demand analysis,platform design,and content design.

Numerical Modeling of a Spar Platform Tethered by a Mooring Cable

Virtual simulation is an economical and efficient method in mechanical system design. Numerical modeling of a spar platform, tethered by a mooring cable with a spherical joint is developed for the dynamic simulation of the floating structure in ocean. The geometry modeling of the spar is created using finite element methods. The submerged part of the spar bears the buoyancy, hydrodynamic drag force, and effect of the added mass and Froude-Krylov force. Strip theory is used to sum up the forces acting on the elements. The geometry modeling of the cable is established based on the lumped-mass-and-spring modeling through which the cable is divided into 10 elements. A new element-fixed local frame is used, which is created by the element orientation vector and relative velocity of the fluid, to express the loads acting on the cable. The bottom of the cable is fixed on the seabed by spring forces, while the top of the cable is connected to the bottom of the spar platform by a modified spherical joint. This system suffers the propagating wave and current in the X-direction and the linear wave theory is applied for setting of the propagating wave. Based on the numerical modeling, the displacement-load relationships are analyzed, and the simulation results of the numerical modeling are compared with those by the commercial simulation code, Proteus DS. The comparison indicates that the numerical modeling of the spar platform tethered by a mooring cable is well developed, which provides an instruction for the optimization of a floating structure tethered by a mooring cable system.

SPACECRAFT DOCKING SIMULATION USING HARDWARE-IN-THE-LOOP SIMULATOR WITH STEWART PLATFORM

A ground-based hardware-in-the-loop （HIL） simulation system with hydraulically driven Stewart platform for spacecraft docking simulation is presented. The system is used for simulating docking process of the on-orbit spacecraft. Principle and structure of the six-degree-of-freedom simulation system are introduced. The docking process dynamic of the vehicles is modeled. Experiment results and mathematical simulation data are compared to validating the simulation system. The comparisons of the results prove that the simulation system proposed can effectively simulate the on-orbit docking process of the spacecraft.

An agent-based simulation with NetLogo platform to evaluate forward osmosis process(PRO Mode)

Forward osmosis(FO), as an emerging technology, is influenced by different factors such as operating conditions,module characteristics, and membrane properties. The general aim of this study was to develop a suitable(flexible,comprehensive, and convenient to use) computational tool which is able to simulate osmosis through an asymmetric membrane oriented in pressure retarded osmosis(PRO) mode in a wide variety of scenarios. For this purpose, an agent-based model was created in NetLogo platform, which is an easy-to-use application environment with graphical visualization abilities and well suited for modeling a complex system evolving over time. The simulation results were validated with empirical data obtained from literature and a great agreement was observed. The effect of various parameters on process performance was investigated in terms of temperature,cross-flow velocity, length of the module, pure water permeability coefficient, and structural parameter of the membrane. Results demonstrated that the increase in all parameters, except structural parameter of the membrane and the length of module led to the increase of average water flux. Moreover, nine different draw solutes were selected in order to assess the influence of net bulk osmotic pressure difference between the draw solution(DS) and feed solution(FS)(known as the driving force of FO process) on water flux. Based on the findings of this paper, the performance of FO process(PRO mode) can be efficiently evaluated using the NetL ogo platform.

Numerical Simulation of Float-Over Installation for Offshore Platform

In this paper,a numerical investigation of a float-over installation for an offshore platform is presented to verify the feasibility of the actual installation.The hydrodynamic performance of a T-barge is investigated in the frequency domain,and the coupled motions are analyzed in the time domain.We then compare with those of the model test and determine that the response amplitude operator and the time series agree quite well.The barge exhibits favorable hydrodynamic behavior in the considered sea state,and the equipment loads are allowable.Themooring systemand sway fender forces are within the permissible range.Based on these results,we can verify that the actual installation of the offshore platform is feasible.We accurately simulated many important factors and effectively reduced the risk associated with the offshore installation,which is of great importance.As such,we demonstrate that the numerical simulation of the float-over installation for offshore platforms has practical engineering significance.

基于R-L分数阶定义的CCM Flyback变换器建模与分析

针对电容电感都为分数阶这一事实,利用分数阶微积分R-L定义和状态空间平均法,对工作在电感电流连续模式(CCM)下的分数阶Flyback变换器进行建模与分析。推导CCM分数阶Flyback变换器的静态工作点和小信号传递函数以及变换器工作在CCM模式下的条件。其次,讨论Caputo模型与R-L导数模型的区别,得出在R-L分数阶定义下直流静态工作点不仅与占空比相关,而且还与电感和电容的阶数以及负载有关。最后,在PSIM中搭建R-L分数阶CCM Flyback变换器电路模型,得到不同分数阶电感电容阶数下分数阶Flyback变换器输出电压和电感电流的仿真波形,通过仿真结果与理论计算结果对比,验证所建模型的正确性,得出分数阶电感电容的阶数会影响闭环控制器的设计和分数阶模型能更加精确地描述Flyback变换器的工作特性。

基于虚拟仿真实验教学平台的网络安全实践教学体系研究与构建

基于CC2020胜任力模型,从实现网络安全核心知识的学习、攻防技能的提高、品行的培养出发,对网络安全实验教学体系进行了构建及研究。虚拟仿真实验教学平台和雨课堂平台,为实践开展提供了信息化教学的基础,同时提升了实践教学的可行性和创新性。结合学生现状,从教学内容设计、实验资源建设、教学方法策略、考核评价机制,多角度、多方位地提出了详细建设举措。实践课程的实施对培养网络安全创新型、实战型人才培养具有实际意义和参考价值。

基于键合图理论的斜盘多柱塞泵建模与仿真

为了研究9个柱塞组合而成的斜盘式轴向柱塞泵的性能特征,应用键合图理论,通过AMESim仿真平台建立模型,研究斜盘倾角和配流盘窗口前端的减振槽对柱塞泵流量脉动的影响,分析扩展模型中斜盘所受的力矩。结果表明:柱塞泵斜盘倾角越大,输出的流量越多,流量脉动幅度越大;配流盘窗口的减振槽形状和大小越合理,流量脉动越小;用AMESim仿真平台中的接收和发射元件可以扩展模型,获得斜盘所受的力矩曲线。

基于等效机械模型的液舱-运动模拟平台系统动力学分析

液化石油气等液态燃料在运输过程中受运载工具运动状态变化的影响易产生晃动,液舱晃动引起的流体冲击载荷将威胁运载船舶及车辆的安全性,严重时会发生倾覆。运用运动模拟平台进行液舱晃动试验是目前的重要研究手段,文中基于等效机械模型方法对液舱-运动模拟装置的动力学进行了研究。首先,建立了在纵荡激励下矩形充液液舱的等效机械模型,并通过试验及仿真对等效机械模型进行验证。基于矩形液舱等效机械模型,联合Stewart并联机构,建立了液舱-运动模拟平台系统的动力学模型。通过与等质量无晃动系统进行对比,分析了晃动产生的流体载荷对运动模拟平台受载的影响。结果表明:激励频率对运动模拟平台受载有显著影响,在接近液舱固有频率的情况下,运动模拟平台所受载荷明显增大。该研究可为晃动模拟平台的承载能力校核、设计及控制提供参考。

基于SMP2的网络化反导防御仿真系统设计与实现

网络化反导防御系统的作战特点,对其仿真系统的模型框架及建模规范提出了新的需求。引入联合作战指挥中心JOCC与公共作战图像COP模型,设计了其体系结构和模型概念框架。基于仿真模型可移植性标准(SMP2)对仿真系统进行设计与实现,讨论了模型设计、开发、装配集成与想定编辑以及仿真实验与数据记录等关键功能的实现。最后通过实例证明了模型框架的有效性及基于SMP2开发网络化作战系统的可行性和优越性。

建筑表皮综合环境数字孪生模型构建及模拟平台

建筑表皮是多物理环境交互的接口,当前的建筑性能模拟软件多为针对单一环境的模拟,多环境联合模拟的工具平台较少。基于建筑运动几何学,遴选动态表皮的可控运动形式,提取24类动态表皮设计原型,建立面向控制的建筑表皮综合环境数字孪生模型,并结合案例对数字孪生模型及模拟平台进行应用验证。使用Python语言将模型封装成动态表皮综合环境模拟平台,针对不同表皮设计形式和环境场景模拟,可以快速直观地分析动态表皮的环境响应关系和性能。模拟平台融合了热环境、光环境、声环境和空气品质这四个综合环境,解决了建筑性能模拟软件无法多环境联合模拟的问题,从而满足对建筑表皮的仿真、预测、优化和控制等实际应用需求。

基于Simulink的六自由度磁悬浮运动台的建模与仿真

动力学分析是运动装置设计过程中一项重要的内容。针对六自由度磁悬浮运动台,建立了基于牛顿力学的运动微分方程,分析了带有允余自由度的位置测量和计算方法、六自由度解耦多轴闭环反馈控制方法。基于Simulink软件,利用Simscape(物理模型)中的Multibody模块搭建了运动台的动力学模型和测量系统模型,通过控制模块建立了运动台的控制系统模型,将两者结合起来组成了能够按照设定轨迹运动的动力学仿真模型。为运动台设置加速度为2.4g的96场曝光轨迹,仿真得到运动台的各个电机在各个方向上的出力。该仿真模型搭建过程为多自由度运动装置的动力学分析提供参考。

液压足式机器人关节驱动系统实验台研究

为测试液压足式机器人关节驱动系统的控制性能,实现对外负载力的精确模拟并研究高性能控制策略,设计液压足式机器人关节驱动系统实验台。介绍了关节驱动系统实验台的工作原理、机械结构、液压系统及测控系统;在MATLAB/Simulink平台中建立了关节驱动系统实验台仿真模型,通过仿真分析,验证了实验台的负载模拟能力及控制性能。研究结果表明,实验台能够实现负载力加载并实现精确控制,为后续液压足式机器人关节驱动系统的研究提供平台。

双级磁悬浮超静载荷平台建模与指向控制研究

随着遥感成像卫星对地观测分辨率的不断提升,光学载荷对于载荷平台的指向精度、稳定度和隔振性能提出了越来越高的要求。提出一种双级磁悬浮超静载荷平台技术方案,建立了其两级三体多自由度动力学模型,提出并设计了双级磁悬浮指向隔振控制方法,并进行了动力学与控制仿真验证。结果表明:相比传统的主被动隔振平台和单级磁悬浮超静平台,双级磁悬浮超静载荷平台的指向、隔振性能更优。

基于改进粒子群算法的分散式电采暖负荷模型参数辨识

分散式电采暖负荷是一种具有巨大调节潜力的需求响应资源,但是,用户行为差异、太阳辐照度等随机因素为建立精确的分散式电采暖负荷模型增加了一定难度。首先,结合具体应用场景,搭建基于气候模拟平台的分散式电采暖负荷实验平台,采集负荷建模实验数据。然后,针对分散式电采暖负荷二阶等效热参数模型方程较为复杂的问题,以仿真温度与实测温度之间的误差最小为目标,提出基于改进粒子群算法的模型参数辨识方法,建立分散式电采暖负荷模型。最后,通过改变数据采样周期,对负荷模型进行优化。结果表明,所提参数辨识及建模优化方法可以有效地提高分散式电采暖负荷二阶等效热参数模型精度。

平面应力型相似模拟平台的设计与教学应用

平面应力模型是三维工程问题简化为二维力学模型的重要方法之一,也是本科生力学课程的重要知识点。文章基于平面应力模型的知识点论述,结合河南理工大学平面应力型相似模拟平台的建设,介绍了平面应力型相似模拟平台在解决实际采矿工程问题中的应用,并以本科生相似模拟实验教学为案例,介绍了平面应力型相似模拟平台的教学过程。通过实验教学,提高了学生运用基础力学模型解决实际工程问题的能力,对加深学生对专业知识点的理解、培养其创新能力具有积极意义。

Arduino与Matlab相融合的自控实验平台

为帮助学生构建分析实际控制系统的方法,开发基于Arduino与Matlab相融合的自动控制实验平台。以温度控制系统为例,建立温度控制系统的数学模型;搭建基于Arduino平台数据采集、Matlab软件数据分析仿真和Python求解器参数优化的系统模型辨识平台。设计了内模PID控制算法,利用Matlab软件对辨识的模型进行仿真测试,同时对温度控制系统进行测试;实现Arduino平台代码的自动生成、自动下载运行以及硬件在环调试等功能。实验结果表明:系统模型辨识较为准确,所提控制策略效果较好;系统模型搭建、算法设计、仿真分析和系统测试全流程的体验,有助于学生提升分析控制系统的能力。

基于IMM框架的多模型选择算法在多级运载火箭跟踪中的应用

通过研究多级运载火箭飞行全过程,搭建包括多级运载火箭仿真数据产生器、数字回波产生器、模拟目标跟踪系统、精度评估系统在内的半实物仿真平台,采用基于IMM框架的多模型选择算法进行模拟跟踪实验,得到一组匹配参数,将实测数据作为半实物仿真平台数据输入,进行算法验证。仿真结果表明,基于IMM框架的多模型选择算法具有鲁棒性高、跟踪无滞后的特征,适于工程实际应用。

基于ITS模型的短波宽带移动信道建模与仿真

短波宽带移动信道模型是远程机动平台移动通信系统性能分析评估的基础,现有短波宽带信道模型不能有效表征机动平台移动信道快时变多普勒效应,难以适应机动平台短波移动通信需要。鉴于此,在分析机动平台行为模式与信道时变多普勒效应的映射关系基础上,推导出了机动平台移动信道冲激响应表达式,基于ITS(international telecommunication society)模型提出了一种适用于固定与机动不同场景、不同传播模式、宽窄带融合的短波通信信道模型。利用信道冲激响应与信道散射函数从时域色散、频域色散两个维度对本文信道模型的有效性进行了验证。结果表明,该信道模型能够基于机动平台运动轨迹实现时变多普勒效应传播复现与信道模拟;也能在运动轨迹未知情况下,基于飞行器种类、机动频率等先验信息,实现具有各态历经性的机动平台短波宽带信道仿真,对机动平台短波移动通信系统效能评估有重要意义。

基于改进PID算法的钢铁行车系统建模与控制

行车是钢铁物流过程中最重要的设备之一,其运行的稳定性、安全性至关重要。综合考虑了负载摆动对行车系统的影响,利用拉格朗日方程对钢铁物流行车系统进行动力学建模,分析了系统动能和广泛力,并搭建了滑轨行车仿真实验平台。针对传统比例积分微分(PID)控制器在不确定、非线性系统中控制性能不理想的问题,采用模糊PID和误差反向传播(BP)神经网络自适应调整控制器参数,提高了系统的动态性和抗干扰性。将两种改进的智能PID控制算法与传统PID进行了仿真实验对比。结果表明,采用BP神经网络优化的PID控制器(BP-PID)和模糊PID性能均优于传统PID,且BP-PID的响应速度更快、鲁棒性更强。