基于ESO分数阶滑模调节的PMSM模型预测转矩控制

为了提高永磁同步电机调速系统的性能,提出一种基于扩张状态观测器的分数阶滑模预测转矩控制策略。采用扩张状态观测器对电机的综合扰动项、定子电流和反电动势进行实时观测,可快速准确得到它们的估计值并进行补偿;利用估计值构建分数阶滑模控制器来削弱系统抖振并提高鲁棒性;利用转矩和磁链无差拍预测控制,减少了遍历次数并降低了计算复杂度。通过仿真和半实物平台进行了验证,所得结果表明,所提出的方法能有效提升系统的鲁棒性,使电机具有良好的动态和静态性能。

冻结重塑黏土分数阶蠕变本构模型分析

人工冻土的蠕变特性受温度场、水分场、应力场的相互影响,而传统的岩土本构模型未能考虑温度、含水率等因素。为了表达冻土介于理想固体和理想流体之间的某种“勾兑效应”,基于岩土的经验模型,将分数阶导数理论引入其中,建立受水、热、力三场耦合影响的人工冻土分数阶蠕变模型。将西安某煤矿黏土重塑并进行不同温度、含水率的单轴抗压和单轴蠕变试验,得到温度和含水率对冻结重塑黏土强度特性和蠕变特性的影响规律。分析冻结重塑黏土在不同负温、含水率及两种应力等级下的蠕变曲线,得到lg t-lgε曲线的线性关系,进而得出冻结重塑黏土分数阶蠕变模型相关参数与温度、含水率的函数关系。对比分数阶冻土蠕变模型试验值与计算值,发现该模型能够很好地反映冻土在不同应力等级下其蠕变随温度和含水率的变化规律,对指导寒区冻土工程设计与施工具有重要意义。

具有媒体效应的分数阶SAIQR传染病模型

为探究Omicron新冠病毒的传播机理,预测疫情发展趋势,建立一类具有媒体效应的Caputo-conformable分数阶SAIQR新冠肺炎传染病模型。分析模型的基本再生数、平衡点、稳定性等动力学行为,利用真实数据和非线性最小二乘方法拟合模型参数,并对参数进行敏感性分析。仿真结果表明,媒体效应参数对感染人数的降低起重要作用,调节两个分数参数相比于调节单个参数使模型数值解拥有更大的自由度。

红层泥岩填料蠕变特性及分数阶五元件非线性蠕变模型研究

为揭示红层泥岩填料的蠕变力学特性,对甘肃红层泥岩填料开展分级加载三轴CU蠕变试验,分析不同含水率和偏应力水平下红层泥岩填料的轴向蠕变、蠕变速率、应力-应变等时曲线等蠕变特性。基于红层泥岩填料蠕变曲线特征分析,引入分数阶微积分,构建适用于甘肃红层泥岩填料的分数阶五元件非线性蠕变模型,并对模型参数进行辨识和分析。研究结果表明:甘肃红层泥岩填料存在明显的蠕变特性,呈非线性衰减蠕变,随含水率与偏应力水平增大,蠕变变形明显增大;应力-应变等时曲线呈现出非线性特征,存在明显拐点,甘肃红层泥岩填料的长期强度为瞬时强度的0.6~0.8;所构建的模型可以准确地描述甘肃红层泥岩填料的蠕变特性,对试验结果的拟合效果明显比Burgers和Merchant模型拟合效果好。

基于分数阶黏弹性缓冲系统的代理模型可视化研究

分数阶黏弹性缓冲系统模型可以准确描述黏弹性材料的力学性质,被广泛应用于工程车辆的减振控制中。但由于模型本身的复杂度使得在求解及优化过程中消耗大量的时间和计算成本,而代理模型很好地解决这一问题。通过引入图形用户界面(GUI)技术,开发出一种用户友好的复杂分数阶代理模型可视化实验系统,该系统主要包含实验设计模块、代理模型模块和误差分析模块3大模块。使用时根据需求选择不同的分数阶及代理模型,输入变量取值范围信息,即可得到代理模型拟合效果图以及误差,然后对比分析不同代理模型的误差结果,选择拟合效果最好的代理模型。以Maxwell分数阶模型为例,在同等变量选择范围下分析4种代理模型获得的代理效果。结果表明:当施加外力在0~100 N,系统固有频率在0~100 Hz的条件下,决定系数为0.989 7,均方根误差为0.146的混合自适应代理模型为拟合效果最好的代理模型。此系统的开发为代理模型在分数阶黏弹性缓冲系统的计算及优化研究中提供一定的应用价值,解决了复杂分数阶求解计算成本大的问题。

基于修正分数Poynting-Thomson模型的高压XLPE海缆绝缘评估

为利用频域介电谱准确评估高压交联聚乙烯(XLPE)海缆的绝缘状态,建立考虑直流电导率的修正分数Poynting-Thomson模型(分数P-T模型)以解析高压XLPE海缆的介电特性。首先,通过加速老化试验制备不同老化程度的高压XLPE海缆试样,并测得各组老化试样的力学、理化和介电数据。然后,应用修正分数P-T模型对实测介电曲线进行拟合,对比修正前后分数P-T模型表征实测介电曲线的效果。最后,通过仿真探究模型参数对介电曲线的影响规律,构建模型参数与绝缘程度之间的联系,将提出的老化特征参数与断裂伸长率(EAB)进行量化研究。研究结果表明,修正分数P-T模型能够准确拟合出不同老化程度高压XLPE海缆试样的介电曲线,提出的老化特征参数α、ε_(a)、ε_(b)和σ_(dc)可实现对高压XLPE海缆绝缘状态的量化评估。

基于分数阶模型多新息无迹卡尔曼滤波算法的超级电容SOC估计

对超级电容的SOC估计展开了研究。首先,搭建了超级电容测试平台,用于超级电容的参数辨识,并对超级电容进行了常规性能测试;其次,在不同的环境温度和动态工况下采用多种算法进行超级电容SOC估计。结果表明,采用分数阶模型多新息无迹卡尔曼滤波(FOMIUKF)算法对超级电容SOC的估计精度最高,对超级电容的路端电压跟随情况最好,估计结果的均方根误差和平均绝对误差的最大值分别约为1.8%和1.73%。

分数卷积灰色预测模型及其在信息传播中的应用

通过构造累加生成卷积序列的离散卷积运算实现了数据序列的累加生成,并推广到分数阶卷积幂以实现分数阶累加生成。离散序列卷积运算统一了累加生成和累减生成,给定阶数即可生成相应的卷积序列。引入离散卷积运算,可以从信号处理的角度来理解累加生成。累加生成系统可视为一个线性滤波器,累加卷积序列的本质是滤波器的单位冲击响应,卷积运算对应滤波过程。在分数累加卷积序列的基础上构建了分数阶灰色预测模型。最后给出数值实验和信息传播中的实际应用案例验证理论的正确性和方法的有效性。

分数阶微积分模型DWI结合SMS技术在乳腺良恶性病变中的应用价值

目的 探讨分数阶微积分(fractional-order calculus, FROC)模型扩散加权成像(diffusion weighted imaging, DWI)结合多层同时(simultaneous multi-slice, SMS)技术在乳腺良恶性病变中的应用价值。材料与方法 回顾性分析2021年1月至2022年12月在我院接受乳腺MRI扫描的124例患者(141个病变),所有患者均应用3.0 T MR行两组多b值(14个b值、最高b值3 000 s/mm^(2)) DWI扫描,一组为常规单次激发平面回波成像(single-shot echo planar imaging, SSEPI)-DWI,另一组为SMS-SSEPI-DWI。采用独立样本t检验或Mann-Whitney U检验比较良恶性病变组的图像质量评分、FROC模型参数值[异常扩散系数(D)、体素内扩散异质性参数(β)和空间参数(μ)]和表观扩散系数(apparent diffusion coefficient, ADC)值。并利用受试者工作特性(receiver operating characteristic, ROC)曲线评价各参数的诊断效能。应用Bland-Altman图评估两组DWI衍生参数间的一致性。结果 乳腺恶性病变的ADC、D、β值均低于良性组,差异具有统计学意义(P<0.05),恶性病变的μ值高于良性组,差异具有统计学意义(P<0.05)。在SSEPI-DWI和SMS-SSEPI-DWI序列中,D值曲线下面积最大,β值诊断敏感性最高,D值特异性最高。Bland-Altman图显示两组DWI序列衍生的相对应参数值均无偏倚,具有良好的一致性。结论 基于SMS-SSEPI-DWI FROC模型可以在临床可接受时间内提供良好的图像质量和病变特征参数值,与SSEPI-DWI相比,其在鉴别乳腺良恶性病变方面具有一致的诊断性能,D值和β值表现出较好的诊断性能。

基于分数阶积分的软弱夹层蠕变损伤模型研究

软弱夹层作为边坡的“薄弱环节”,时刻威胁着边坡的稳定性。以我国西南地区广泛存在的二叠系炭质泥页岩软弱夹层为研究对象,开展了软弱夹层蠕变特性的研究,在常规剪切试验的基础上进行分级剪切蠕变试验,系统分析了软弱夹层的剪切变形规律,并采用稳态蠕变速率法确定了软弱夹层的长期强度。基于Riemann-Liouville分数阶积分理论及统计损伤理论对传统西原模型进行了改进,利用自适应差分进化算法结合软弱夹层剪切蠕变试验曲线验证了模型的准确性,并进行了参数敏感性分析。研究表明,改进后的模型可以完整地描述软弱夹层蠕变的3个阶段;蠕变曲线的变化由微分阶次γ、形状参数m及比例参数F0共同控制;m反映软弱夹层的脆性特征,F0则表征软弱夹层的物理力学强度。该研究结果可为含软弱夹层边坡的防灾监控与稳定性分析提供理论依据。

砂-粉混合料的分数阶塑性本构模型

砂-粉混合料是自然界和岩土工程中常见的非均质土,密实程度、应力水平和细粒含量等因素对其颗粒接触状态和力学性能具有显著影响。为了能够较为全面地描述砂-粉混合料在细粒含量阈值内的复杂力学特性(FC<FCthre),基于分数阶微积分理论确定了能够统一描述相关联和非相关联的塑性流动法则,并采用等效骨架孔隙比的概念,将等效骨架状态参数嵌入剪胀方程和塑性模量中,进而建立了考虑细粒含量和状态相关的分数阶塑性本构模型。模型预测结果与试验数据对比分析表明,所建立的分数阶塑性模型能够有效反映砂-粉混合料在排水剪切条件下的应变软化(应变硬化)和剪胀(剪缩)等特性。同时,不排水条件下的关键特征,如流动和非流动行为也可以得到合理地描述。

基于改进Hofstetter模型的杨木组分体积分数对其弹性参数的影响规律

木材的微观结构和组分构成是影响其弹性参数的重要因素,但关于木材组分体积分数变化对其弹性参数影响的研究相对较少。通过引入灰分因素,对Hofstetter木材连续微观力学模型进行改进,并在此基础上分析杨木组分的体积分数变化对其弹性参数的影响规律。研究表明:改进的Hofstetter模型可较准确预测杨木的顺纹弹性模量,误差绝对值仅13.71%。结晶纤维素等自身刚度较大的组分体积分数增大时,杨木的弹性模量和剪切模量增幅较大;聚合物网络、无定形纤维素体积分数增大时,泊松比增幅较大;木质素、半纤维素体积分数变化对所有弹性参数的影响均较小。

基于深度学习的人工智能模型自动量化超声心动图左心室射血分数初步探索

目的 利用超声心动图静态视图,构建一种基于深度学习的人工智能模型,以自动量化左心室射血分数(LVEF)。方法 将1 902例成人左心室收缩末期和舒张末期的多切面超声心动图视图数据纳入本研究。将收集的数据集分为开发集(1 610例,其中1 252例用于模型训练,358例用于参数调整)、内部测试集(177例,用于内部验证)和外部测试集(115例,用于外部验证和泛化性检测)。该模型通过精确识别左心室心内膜边界和关键点检查,实现左心室分割和自动量化LVEF。采用Dice系数评估左心室分割模型的性能;采用Pearson相关系数和组内相关系数评估自动测量的LVEF与参考标准的相关性和一致性。结果 左心室分割模型性能良好,内部和外部独立测试集的Dice系数均≥0.90;自动测量的LVEF与心脏专家人工测量的一致性中等,内部测试集的Pearson相关系数为0.46~0.71,组内相关分析一致性为0.39~0.57;外部测试集的Pearson相关系数为0.26~0.54,组内相关分析一致性为0.23~0.50。结论 本研究构建了一种性能较好的左心室分割和关键点检测模型,但初步应用该模型自动定量LVEF的效能一般,尚需进一步优化算法,提高模型泛化性。

基于分数阶理论的软泥岩一维次固结蠕变模型

工程中因岩石蠕变而诱发的灾害屡见不鲜,其中的软岩蠕变在实际工程中也较为常见。为探讨软岩蠕变特性,并准确预测软岩蠕变变形,本研究首先对宁夏固原市隆德县的软泥岩进行了一维次固结蠕变试验,分析了一维次固结蠕变试验下软泥岩的蠕变特性;然后引入了分数阶理论的概念,推演能够描述非线性蠕变特征的分数阶Burgers模型本构方程;最后利用Matlab中lsqcurvefit算法对软泥岩一维次固结蠕变试验数据进行数值求解,分析了分数阶阶数对软泥岩一维次固结蠕变曲线的影响。蠕变试验表明:软泥岩蠕变机制符合固结蠕变中瞬时变形、固结变形、稳定变形三阶段,并呈明显的非线性特征,且原状、重塑试样在固结过程中均产生了较大程度的次固结蠕变,最大变形量可占总变形量的59%。数值模拟结果表明:分数阶Burgers模型能够更好地描述次固结蠕变的非线性特征;模型分数阶阶数γ有较强的敏感性,能够反映拟合曲线的弹性阶段及之后的非线性黏弹性阶段,而分数阶阶数β敏感性较差,仅能对黏弹性阶段的蠕变趋势做出细微反应。

基于购买意愿影响的英文评论分数模型

随着跨国电子商务的发展,在线评论丰富了产品信息和其他消费者的购物体验,为其他人提供了对产品质量与功能的有效参考,真实有效的在线评论对于消费者的影响越来越大。本文首先利用StructBERT-Transformer-CRF模型在英文文本分析中的优势,提取商品特征,对提取出的商品特征进行权重分析,并使用bert-bilstm模型进行细粒度的商品评价分析;另将评论质量作为影响指标加入模型中,获得更真实的评论对于购买意愿的影响分数,以期未来用于构建更准确的销量预测模型。

基于分数阶LS模型的多场耦合波的反射和透射

应用麦克斯韦电磁学理论引入洛伦兹力,反映外磁场对弹性波传播的影响,运用分数阶广义热弹性LS模型,反映热力耦合效应对弹性波传播的影响.通过色散方程,分析了外磁场和热力耦合效应对波动模式和色散特性的影响.应用连续性边界条件计算出各种反射波和透射波与入射波的能流比,并通过法向能量守恒验证了数值计算结果的可靠性.

微结构依赖的界面土分数阶本构模型

【目的】建立考虑微结构影响的界面土本构模型并对其进行验证。【方法】模型中引入考虑颗粒定向排列和颗粒破碎影响的微结构标量,该标量影响了剪胀状态线与临界状态线之间的距离。采用土体分数阶塑性本构方法,建立微结构依赖分数阶本构模型。采用带误差控制的欧拉-柯西算法,在Matlab中编写所建立的模型,并验证在三维和二维、不同边界条件、不同微结构边界值情况下,模型数值模拟与实际试验数据的应力变形规律的匹配性。【结果】建立了含有10个模型参数的界面土分数阶本构模型,该模型可以准确地描述在三维常法向应力/刚度条件下界面土的三维剪切行为。微结构标量向其边界值演化,在不同微结构边界值条件下,模拟预测值均高于实测值,但预测值的应力位移变化趋势均与试验数据的一致。【结论】所建模型可以较好地模拟界面土硬化、软化、剪胀和剪缩等力学行为,且模型参数均可通过试验获得。本研究可为考虑微结构影响的土与结构物接触面本构理论研究提供参考。

分数一阶电路等效模型估计锂离子电池SOC

等效电路模型可用于对锂离子电池进行监控和管理,其精度与复杂性至关重要。选用整数一阶、整数二阶和分数一阶等3种电路模型对锂离子电池进行等效建模,采用基于遗忘因子的递推最小二乘(FFRLS)法辨识模型中的参数,并应用辨识所得的参数,通过扩展卡尔曼滤波算法估计荷电状态(SOC)。对比模型预测的端电压与真实端电压,以及估计所得SOC与真实SOC,发现整数一阶模型估计SOC的误差约为8%,整数二阶模型的误差约为7%,而分数一阶模型的误差仅约为1%。

基于分数阶三参数模型的HTPB推进剂粘弹性力学响应分析

为拓展分数阶粘弹性模型在端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂中的应用,研究分数阶粘弹性模型预示推进剂频域下的动态模量变化。推导了三维下的分数阶三参数模型,并结合Grünwald-Letnikov定义编写UMAT子程序。为标定本构参数,推导了带有预加载的蠕变、松弛响应的解析解,并采用遗传算法分别标定了0.4 MPa和0.6 MPa应力下蠕变实验以及10%和30%应变下松弛实验的本构参数。计算得到的有限元数值与解析解、解析解与实验值的时程相对误差均小于5%。采用分数阶三参数模型动态模量对-5、25、60℃下的动态力学实验(DMA)结果进行拟合得到本构参数,动态模量与实验结果误差小于2%,同时随着温度升高,本构参数均减小,体现出HTPB推进剂升温软化现象。结果表明,分数阶三参数模型能精确地描述不同温度下多种频率的HTPB推进剂模量变化,结合二次开发本构,可为后续HTPB推进剂复杂边界下的力学响应的研究提供材料本构模型。

基于TVFEMD和多模型融合的变压器油中溶解气体体积分数预测方法

油中溶解气体分析可以反映变压器的运行状态,对其体积分数精准预测可以为变压器早期故障判别和预警提供理论支撑。为此提出了一种基于时变滤波经验模态分解和多模型融合的变压器油中溶解气体体积分数预测方法。首先,通过时变滤波经验模态分解将气体体积分数序列分解为多个子序列,降低其非平稳性;其次,利用多模型融合策略,将4种不同单模型的预测结果进行融合重构,因单模型权重系数对预测结果有显著影响,利用改进黏菌算法对权重系数进行优化,以提高预测精度;最后,通过算例验证表明,相比于传统的预测模型,所提方法具有更高的预测精度,可以更好地预测油中气体体积分数的变化趋势。