基于非定常气动力低阶模型的气动弹性主动控制律设计

传统的气动伺服弹性系统设计主要采用基于频域的非定常气动力有理函数拟合方法。该方法用于非线性非定常气动力情况 ,比如跨音速飞行时往往失效。针对该问题 ,在发展了非线性非定常气动力建模方法的基础上 ,提出了将非定常气动力低阶模型用于气动弹性系统主动控制设计的一般方法。该方法将气动伺服弹性系统分解为气动、结构和控制 3个子系统 ,分别建立各子系统状态空间模型 ,然后组装成完整的气动伺服弹性模型。非线性非定常气动力状态空间模型采用基于Volterra级数的非定常气动力低阶模型方法。根据研究对象的具体情况 ,分别建立了气动伺服弹性系统的全耦合模型和部分解耦模型。最后以一个二自由度气动弹性系统的主动控制律设计为例 ,详细说明了该方法建模、分析和设计的全过程。算例表明该方法能够用于非线性情况 ,适用性强 ,可扩展性好 ,具有良好的集成性 。

建立低阶模型的POD方法

将分析湍流拟序结构中的最佳正交分解技术运用到流动和传热问题中,并使用最佳正交分解技术建立了物理问题的低阶模型。通过对样本矩阵实施最佳正交分解得到一组特征函数。将控制方程采用Galerkin投影的方法投影到基函数所代表的空间上,从而得到原物理问题的低阶模型。计算结果表明,通过POD方法得到的低阶模型可以非常准确,并且快速地得到问题的解。

求解对流换热反问题的低阶模型

在低阶模型的基础上开发了一种求解对流换热反问题的算法,并采用最佳正交分解方法分别建立了直接问题、敏感度问题和伴随问题的低阶模型,反问题求解采用了共轭梯度法.算例为一圆管内流动充分发展、换热初始段时,反求圆管壁面外未知热流密度的反问题.分别研究了测量位置、测量误差对算法性能的影响,结果表明通过将测量位置移向未知热流可以显著地提高解的精度和算法的稳定性,同时共轭梯度法可以显著地减小测量误差对结果的影响.所开发的算法可以在非常短的时间内得到较准确的解,基于CFD模型的反问题算法迭代一步需要6.5 s,而文中算法迭代一步仅需要0.078 s,与基于CFD模型的反问题算法相比,速度提高了80倍.

管翅式换热器流动和换热的低阶模型模拟

采用最佳正交分解技术（POD）建立管翅式换热器的低阶模型,通过数值模拟的方法得到管翅式换热器在雷诺数为100~2 000时的流场和温度场。通过对系统样本实施最佳正交分解得到该物理问题的POD基函数和谱系数。POD基函数具有能量最优的特性,即在重构公式中使用较小的截断自由度可将原物理问题的解准确地表示出来,重构公式在非设计参数时的谱系数由线性插值的方法得到。研究结果表明,基于POD的低阶模型可以快速、准确地预测出管翅式换热器内的温度场和速度场,计算时间仅为SIMPLE算法的1/1 200。

一种采用低阶模型的MRACS的新方法及其在非线性液压伺服系统上的应用

本文把液压伺服系统作四阶系统,跟随一阶参考模型,提出了一种新的高阶对象和低阶模型的 MRACS 的方法。阶跃响应和频率响应实验表明系统有较好的跟踪效果,与 PID 控制作了对比实验,控制效果明显优于 PID。

高阶系统跟踪低阶模型的混合自适应控制方案

基于混合误差模型 ,采用滤波器降阶的方法 ,设计了一种高阶系统跟踪低阶参考模型的混合模型参考自适应控制方案 .使用低阶参考模型简化了系统结构 .应用混合模型参考自适应控制 ,避免了系统因数字化而引起的非最小相位问题及非线性影响 ,有利于进一步提高系统的鲁棒性 .

基于低阶模型参考自适应的交流调速系统设计

提出了一种基于低阶模型参考自适应的交流变频调速系统的设计方案。讨论了自适应控制器在调速系统中的设计方法,并在此控制方案的基础上针对电机的非线性特性引入一个自适应增益补偿表,使自适应控制器能更快速准确地达到预定目标。仿真结果证明,该方案简单有效,系统具有良好的静、动态性能,是一种较为实用的自适应调速控制器。

高阶对象和低阶模型自适应系统

本文从理论上分析了具有高阶对象和低阶模型的模型跟随自适应控制的可行性。讨论了当参数不知时,自适应机构的建立。论证了这种自适应系统与PID控制的反馈控制系统的关系,从自适应控制的角度对其进行了实时仿真,取得了满意的效果。

油藏注水开发低阶模型及最优控制仿真研究

油藏注水开发最优控制问题计算规模大、控制变量与计算网格多,且控制变量与目标函数之间的关系为一组非线性偏微分方程控制,若直接进行数值求解,对于目前的计算机计算速度和存储空间是个巨大负担.本文采用最佳正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)方法提出了基于低阶模型的油藏注水开发最优控制问题,这样,控制变量与目标函数之间的复杂关系被转变为解析函数,仅以少量的POD系数作为优化变量且只需采用非线性规划方法即可求解,大幅度地降低了原问题的求解复杂度与计算量.以二维五点井网的一个井组为应用实例进行仿真研究,结果表明:基于低阶模型的最优控制问题所求解的最大生产净现值与经典的伴随梯度法相比仅有不超过2.5%的误差,且计算速度优势极为明显,当网格数为40×40时,计算速度可提高30倍以上,网格数越多,计算速度优势越明显,当网格数为70×70时,可提速60倍以上.

油藏油水两相流低阶模型算法

目前,油藏数值模拟主要采用的方法如有限元方法、有限容积法等在油藏数值计算时均需要较长的计算时间,很大程度上限制了油藏注采的实时预测与快速动态模拟.该文以一种高效的数据处理方法(最佳正交分解(POD)方法)为基础,对油藏油、水两相流抽取特征函数,并对油藏两相流模型进行Galerkin投影得到新的低阶计算模型.数值计算表明,POD方法所得到的特征向量能量具有最优的特征,能以较少的特征向量捕捉到数学模型中较大的“能量”,因此能最大限度地描述油藏的特征(压力、饱和度),对油藏偏微分方程模型起到较好的降阶作用.结论表明,低阶模型的计算结果与隐压显饱(IMPES)所得计算结果吻合较好,且能节省更多的计算时间,因此能较好地在油藏注采数值模拟中进行历史拟合与仿真计算.

电动汽车直流充电站的低阶RLC阻抗电路模型

[目的]虚拟惯性阻尼控制(Virtual Inertia and Damping Control,VIDC)潜在的正反馈可能加剧控制环路内部的相互作用进而引起母线电压低频振荡,破坏电动汽车直流充电站(Electric Vehicle DC Charging Station,EVCS)的稳定性。虽然已有多时间尺度阻抗模型解释VIDC的稳定机制和VIDC控制下EVCS的低频振荡机理,但其本质上是一个高阶传递函数,获取阻尼控制策略的解析表达式。[方法]针对这一问题,文章对环路虚拟阻抗进行了详细的阻抗分析,直观地揭示了每个控制环路阻抗高阶属性的根本原因。[结果]通过伯德图近似提出了控制环路闭环增益的降阶拟合方法,建立了低阶阻抗电路模型。[结论]通过Matlab/Simulation仿真结果验证了所提出的多时间尺度低阶阻抗电路模型的有效性。

油藏单相流动POD低阶模型研究

针对油藏模拟的高精度快速计算需求,本文将特征正交分解方法应用于对油藏模拟控制方程的降维处理,建立了油藏单相流的POD低阶模型。在90个算例中,对渗透率均匀/非均匀分布、各向同性/各向异性等情况,所建立的油藏单相流POD模型的计算结果相对于有限差分法计算结果的偏差在10^(-6)~10^(-3)量级范围内,计算时间约为有限差分法的1/3000~1/9000。

预测新能源接入电网受扰后频率最低点的通用ASF模型

电网受扰后频率最低点预测对新型电力系统的频率安全评估非常重要,而目前已有频率动态分析模型较难快速、准确、灵活地预测电网受扰后频率最低点,其中同步发电机调速系统的低阶通用建模以及新能源接入的影响建模是主要挑战。首先提出了充分考虑频率响应特性的发电机调速系统低阶通用模型,结合新能源场站的通用频率响应模型,建立了新能源接入电网的通用平均系统频率(generic average system frequency,G-ASF)模型,在保证准确度的同时有效降低了模型阶数。然后,基于G-ASF模型直接预测电网在给定功率损失下的频率最低点。最后,在IEEE 3机9节点系统以及含新能源的IEEE 10机39节点系统中进行了仿真,结果表明提出的模型和方法在不同扰动或不同系统结构下均能准确预测频率最低点,且能够用于快速计算频率安全约束下的新能源渗透率极限值,验证了模型的准确性和通用性。

基于涡量流函数方程的POD低阶模型研究

现有流动的POD低阶模型大都是对N—S方程建立的,由于在建立过程中推导较复杂且研究发现,涡量流函数低阶模型重构流场所需的基函数个数少于N—S低阶模型所需的个数,因此本文研究基于涡量-流函数方程的POD模型。本文将此模型应用于顶盖驱动流验证该模型的计算精度。数值计莽表明:当采用较少个数的基函数时,基于涡量流函数的POD低阶模型较基于N—S方程的POD低阶模拟计算精度更高;保证计算精度相同时,基于涡量流函数的POD低阶模型所需基函数个数更少;且该模型与有限容积法计算结果吻合良好。

基于低阶频率响应模型的双馈风电机组下垂系数修正方法

在频率下垂控制期间,由于减载备用曲线运行点会随转子转速变化而发生偏移,造成双馈风电机组实际贡献的一次调频能力低于设定期望值。为了解决这一问题,首先根据小信号分析理论建立了由双馈风电机组与火电机组构成的分布式系统低阶频率响应模型。然后利用该模型分别推导出评估双馈风电机组实际与期望一次调频能力的量化计算式,提出将设定的下垂系数乘以一个缩小因子后,可使双馈风电机组贡献出期望一次调频能力。最后选用某实际分布式系统对提出的下垂系数修正方法进行了有效性验证,仿真结果表明,当双馈风电机组采用所述方法进行下垂系数修正后,不仅能使系统准稳态频率偏差达到期望水平,还进一步改善了系统最大频率偏差。

一类高阶系统跟随低阶参考模型的鲁棒MRACS分析与设计

研究了从模型取状态多变量ＭＲＡＣ系统跟随低阶参考模型的稳定性条件；设计了一类高阶系统跟随低阶参考模型的鲁棒ＭＲＡＣ系统。仿真验证控制效果良好。

低阶大气环流模型的Hopf分岔分析

分析两种情况下低阶大气环流模型的分岔特性,利用多尺度法研究模型的Hopf分岔类型及周期解的稳定性,并通过数值仿真实验验证理论分析的正确性.

低阶大气环流模型的稳定性与分岔分析

研究了低阶大气环流模型的稳定性和分岔性质.用李亚普诺夫方法和定性理论分析了模型的稳定性,证明了全局一致渐进稳定和极限环的存在性,并给出了低阶大气环流模型的分岔条件.此外,研究了模型的Hopf分岔,并用规范形理论得到了Hopf分岔临界状态,最后运用数值仿真对所给的定理和条件进行了验证.

基于低阶加权与卷积稀疏学习的齿轮箱故障诊断

为了提升在噪声与复杂传递路径调制下齿轮箱故障诊断的精度,提出了一种基于低阶加权与卷积稀疏学习的齿轮箱两阶段源特征恢复方法。首先利用源特征的周期性自相似性结构,设计了一种低阶加权模型,当两种波形耦合在同一频带内时,可以有效地区分调制波和干扰波。然后采用卷积滤波器直接描述传输路径的调制过程,保证了脉冲源包络的可靠恢复。同时,通过非负有界稀疏先验保证了反褶积能力。最后数值仿真与风力发电机组实验结果证明了低阶模型主能够分离聚焦特征波形,卷积稀疏学习能够突出脉冲源特征,从而有效提升齿轮箱的故障诊断精度。

动态寻优极值调节控制对象模型简化及降阶的研究

对动态寻优极值调节控制对象的模型简化及降阶进行了研究 ,提出了用低阶模型与纯时滞环节的串联近似代替高阶精确模型的动态寻优方法。该方法在实际工业生产过程中使用方便 。