Analysis of Convolution Quadrature Applied to the Time-Domain Electric Field Integral Equation

We show how to apply convolution quadrature(CQ)to approximate the time domain electric field integral equation(EFIE)for electromagnetic scattering.By a suitable choice of CQ,we prove that the method is unconditionally stable and has the optimal order of convergence.Surprisingly,the resulting semi discrete EFIE is dispersive and dissipative,and we analyze this phenomena.Finally,we present numerical results supporting and extending our convergence analysis.

利用舰船内部磁场的反演建模方法

积分方程法被广泛应用于舰船磁场反演建模当中,但模型要求有足够多的测量点用于获取舰船在特定深度的磁场。针对积分方程法利用近场磁场建模时精度较差的问题,提出一种增加约束方程的改进措施,并分别开展了薄钢板模型和三维舰船模型磁场数值仿真。采用有限元方法对舰船内部测量点进行初始化选择,基于舰船内部磁场测量值构建了反演模型,采用奇异值分解法求解磁源参数并预测船外空间磁场,舰船外部空间磁场预测结果的均方根误差小于12%。舰船舱段模型磁场推算实验表明,由舱段内部磁场预测外部磁场的均方根误差约为13%,证明了所提出方法的有效性,可以改善传统反演模型的不稳定和精度不足的问题,研究结果可为舰船闭环消磁的算法设计提供思路。

标量磁位积分方程法计算舰艇三维静磁场

掌握舰艇磁场分布规律是实施舰艇磁防护技术的重要前提,采用积分方程法计算舰艇三维静磁场是有效手段之一。积分方程法通常建立以剖分单元内磁化强度或者磁感应强度为待求量的方程组,基于所求得的源区值获得整个场域的解。若想进一步提高磁场计算精度,需要增加网格密度,代价则是计算机的内存需求和计算量急剧增加。针对这一问题,采用一种以标量磁位为待求量的积分方程。将铁磁源区划分为四面体单元,根据变分原理将未知函数分片展开,按照单元和节点的相对位置关系寻找奇异积分,采用参数替换的方法转化为非奇异积分。球体解析模型表明:使用标量磁位进行建模仅需将源区离散为粗糙的网格单元即可得到高精度的磁场计算结果;网格加密后,标量建模方法在保持计算精度的同时,内存需求和CPU执行时间大幅小于矢量建模方法。开展了三维舰船磁场的虚拟验证实验,对于大型船体等需要精细划分网格的铁磁物体,标量磁位积分方程法计算得到的磁场与有限元商业软件的计算结果吻合较好,并且与矢量建模方法相比更加高效和节约内存。

磁场积分法在永磁步进球形电动机场分析中的应用

用积分方程法建立了永磁步进球形电动机磁场的数学模型,导出了用于计算其磁场分布的离散计算公式。计算结果与有限元法结果比较,表明积分方程法对于永磁步进球形电动机场分析是行之有效的。

非线性PID控制器在超导磁储能装置中的应用研究

非线性比例–积分–微分(Nonlinear Proportion-Integral-Differential,NLPID)控制是一种利用非线性跟踪–微分器和非线性组合方法对线性 PID控制进行改进的新型控制策略,它具有不依赖于被控系统模型的特点。作者设计了用于电力系统超导磁储能(Superconducting Magnetic EnergyStorage,SMES)装置的 NLPID 控制器,该控制器通过对由跟踪-微分器提取的转子角速度和机端电压的偏差及其微分和积分信号分别进行适当非线性组合,产生用于协调控制SMES 和系统之间的有功和无功功率交换的控制信号。仿真结果表明该 NLPID控制器具有较好的适应性和鲁棒性,且改善了系统的阻尼特性,提高了系统电压的稳定性。

磁场积分法在稀土永磁齿轮传动机构场分析中的应用

用积分方程法建立了稀土永磁齿轮传动机构的物理模型和数学模型，导出了用于计算其磁场分布及分布状态的离散计算公式，并在此基础上开发了计算软件。

积分方程法计算舰船感应磁场

积分方程法是取得舰船感应磁场的有效方法 ,且简便易行 .以某型舰船为算例 ,介绍了积分方程法在舰船感应磁场计算中的应用 ,给出了剖分方法 .算例结果与工程实际测量结果相吻合 ,可应用于工程实际 .

载体感应磁场的改进积分方程法

针对几何结构复杂的载体感应磁场计算问题,提出采用面单元和体单元分别对铁磁物体薄壳体结构、非薄壳体结构剖分,并实现了感应磁场的积分方程法计算。球-球体模型解析算例表明,所提方法数值精度可靠,其平均相对误差不超过0.27%;船舶模型仿真算例表明,该方法在单元量规模较小时计算精度较好,体现了方法在载体感应磁场建模方面的优势。将该方法分别应用于潜艇主舱段-设备模型和潜艇主舱段模型磁场计算时,数值结果与实验结果平均相对误差均小于2%,数值和实验结果比较表明,铁磁设备对模型磁场影响显著。仿真和实验算例均表明所提方法可有效应用于载体的感应磁场计算,具有一定的工程实用价值。

应用矩量法分析山体对雷电辐射场的影响(英文)

雷电辐射电磁场的准确掌握对雷电定位、雷击过电压分析具有重要意义,基于矩量法重点分析了山体对雷电辐射场的影响。计算不考虑山体时的雷电辐射场,以前者的计算结果作为入射电磁波计算山体的散射,最终的雷电辐射场为两者的叠加。分析时,假设山体为介质体,分别讨论了山体的电阻率、高度、宽度以及山体距雷击点和观测点的距离对辐射场的影响,利用快速傅里叶变换得到相应的时域结果。计算结果表明了在一定范围内山体对雷电辐射场影响显著。对影响规律进行了总结。

地磁场中空心铁磁圆柱体纵向磁化状态数值分析

在磁探测工作中,将潜艇壳体、武器弹药壳体等铁磁物体等效为空心薄壳铁磁圆柱体,对于分析它们的外部磁特征具有重要意义.采用三维积分方程法,建立了地磁场中空心铁磁圆柱体纵向磁化状态的数学模型,并按照不同的剖分格式进行了计算分析.一个典型实例的计算结果表明,三维积分方程法只需要少量剖分单元就可以很好地满足计算精度要求,大大减少了计算前的数据准备工作量.另外,根据磁感应强度求解问题,计算时间大大少于根据磁场强度求解问题,大幅度地加快了计算速度.三维积分方程法计算结果与实测结果具有很好的一致性,表明该计算方法是有效可行的,非常适合于计算空心薄壳铁磁圆柱体在地磁场中的纵向磁场特征.

采用边界积分方程和Tikhonov正则化方法延拓潜艇磁场

为了解潜艇磁场的分布规律,以研究潜艇的磁隐身性能,利用边界积分方程建立了潜艇磁场延拓的数学模型。由磁场测量值确定模型参数时,考虑了模型参数的约束条件,并且为了有效抑制测量噪声对计算值的干扰,采用Tikhonov正则化方法求解模型参数。比较了3种正则化参数选取方法,分析表明广义交叉校验比较适合模型参数的确定。最后通过铁质船模实验验证了该方法的有效性,结果表明该方法精度较高,稳定性较好,有一定的工程实用价值。

航空磁探中潜艇磁场建模方法分析

为提高航空磁探中潜艇磁场模型精度,分析现有潜艇磁场建模方法,对边界积分法、有限元法、积分方程法、磁体模拟法等主要潜艇磁场建模方法的基本原理和推导过程进行分析。通过数值分析比较各方法的建模精度,最后归纳潜艇低空磁场建模方法的基本要点。

舰载活动设备磁场建模分析研究

舰载设备的磁性是现代反水雷舰艇磁场特征的主要来源,舰载固定设备产生的磁场可以通过舰载消磁线圈进行补偿,但是舰载活动设备,如舰载吊车等的位置和状态都是变化的,其所产生的磁场特征需要进行评估。以一座虚拟的舰载吊车为例,将其看作是由形状和厚度不一的铁磁薄钢板构成的,采用薄板情形的积分方程法分别计算了其在地磁场作用下处于收起状态和工作状态时的感应磁场分布。计算结果表明:舰载吊车产生的干扰磁场的峰值和变化值都是一个显著的磁场幅值,对全船感应磁特征的贡献是不可忽略的;并且这种磁场难以通过舰载消磁线圈进行补偿,建议采用低磁材料建造此类设备。

潜艇感应磁场的三维积分方程法数值计算研究

论述了应用积分方程法计算潜艇感应磁场的数值方法 ,采用底面为部分圆环的柱体剖分单元 ,推导了耦合系数的计算公式 .编制了数值计算程序 ,对潜艇船模进行了计算 ,取得了较好的计算结果 .

永磁同步电机速度跟踪控制

永磁同步电机(PMSM)系统控制方法大多是基于模型的,而通常机理建模获得的模型存在一定的舍入误差。针对此问题,在应用id=0控制策略实现系统解耦的基础上,运用多正弦辨识方法辨识出系统q轴电压输入与PMSM转速输出之间的状态空间方程。利用辨识得到系统模型信息,并加入输出误差积分量这一新状态,设计出增广状态反馈控制器,实现了电机转速输出对输入信号的跟踪。通过设计PMSM系统并进行实验,获得了良好的速度跟踪效果。与传统PI控制效果进行比较,得出增广状态反馈控制方法收敛速度快、稳态时电机转速波动率小等优点。

微机械电磁继电器三维磁场分析及其电磁系统优化设计

基于微机电系统(MEMS)技术研制的微型继电器具有体积小、功耗低、开关迅速、稳定性高等优势,将有效弥补传统电磁继电器和固态继电器之间的不足。其三维磁场分析是电磁系统优化设计的基础。文中应用毕奥–萨伐尔定律和积分方程法,分析了微机械电磁继电器磁场分布特性,计算结果与有限元法结果进行比较,表明所用方法对于微机械电磁继电器三维恒定磁场的分析是可行的。基于已有模型的结构特点设计了电磁系统的改进方案,通过分析比较活动电极电磁吸力的分布规律,确定了中心平面线圈结构设计方案将更加合理。结合线圈圈数、激励电流与电磁吸力之间的关系,完成了电磁系统的优化设计。所得结论对于微机械电磁继电器的设计具有一定的理论意义与实用价值。

求解任意形状目标时域电磁散射的隐式算法分析

推导了采用不同差分格式求解时域磁场积分方程的隐式算法表达式,将不同差分格式的电场和磁场积分方程相结合,建立了9种混合时域积分方程。采用不同入射信号形式分别对金属球体、导弹缩比模型进行仿真,分析了3种(电、磁、混合)积分方程不同差分形式隐式算法的性能。通过与球体散射数据的解析解以及导弹模型暗室测量数据和频域结果的逆傅立叶变换数据相比较验证方法的有效性。

舰船主甲板模型感应磁场的计算

应用电磁场的积分方程法，对大型舰船主甲板模型的感应磁场进行分析与计算．计算结果与实测数据进行比较，其相差在工程允许范围之内．

非磁性船舶涡流磁场数值建模方法

为了有效解决涡流磁场补偿仿真输入问题,本文采用磁变模拟方法对船舶涡流磁场等效建模,利用泰勒级数分解为磁变模拟函数,将暂态问题转化为稳态问题。积分方程法求解时,球壳体解析算例和简易船舶模型仿真算例的最大相对误差均不超过1. 50%。考察场点磁感应强度总量在一周期内的最大值为63. 13 n T,分别为2种不同相对磁导率情况下感应磁感应强度的29. 50%、13. 58%;对比结果表明涡流磁场是非磁性,并且低磁性船舶周围的干扰磁场不可忽略。研究表明所提出的方法可有效地用于获取船舶涡流磁特征,可为扫雷舰艇涡流磁场消磁技术的研究提供参考。

低磁舰艇设备磁场简化建模方法研究

铁磁设备的磁性是低磁舰艇磁性的主要来源,在用静磁场积分方程法求解低磁舰艇的磁场时,由于铁磁设备众多导致的磁源复杂性严重影响了计算的速度,为此提出了设备磁场简化建模方法。为验证该方法的正确性和有效性,将其应用于地磁场磁化下柴油机的磁场计算中。计算值和实际值的一致性表明该方法完全可应用于低磁舰艇设备的简化建模,有一定的工程实用价值。