基于多线程并行的动态自适应建表加速算法在气相爆轰模拟中的应用

在带详细化学反应机理的气相爆轰过程数值模拟中,化学反应源项的刚性和非线性会使计算花费大量时间。为了提高化学反应的计算效率同时不降低计算精度,针对包含氢气与氧气详细化学反应机理的二维气相爆轰过程,提出了各线程独自建表和所有线程共有单表两种基于多线程并行的动态自适应建表(ISAT)算法,以取代原始的直接积分(DI),在不损失计算精度的条件下提高计算效率。两种并行算法分别采用了各线程独立建表和所有线程共建单表的方式,以此分析建表方式对计算效率的影响。在此基础上,还分析了建表容差判据和数值格式对计算效率的影响。研究结果表明:基于ISAT的并行算法在所有条件下均能提供与DI结果相当的计算精度,各线程独立建表的计算效率较共建单表的方法有更高的计算效率,其化学反应计算的加速比为2.17~2.43;并行建表算法不仅能够准确地描述二维气相爆轰波的传播过程,还可以提高化学反应流并行计算的计算效率。

基于改进ViBe的自适应运动目标检测算法

针对ViBe算法无法去除动态背景,易出现鬼影及不能自适应光照变化的问题,提出一种复杂环境自适应的ViBe改进算法。通过计算区域的复杂度、闪烁波动度,对分类半径R和更新率T进行动态调整,对样本点进行有效性权重的计算,更高效地过滤背景噪声和适应光照渐变;在检测物体状态变化时,动态调整R和T,通过融合前景点计数和帧差法优化鬼影消除;通过识别最小外接矩阵区域差异加快去除鬼影;利用帧差法实时检测光照突变,及时进行重新初始化,避免大量误检。实验结果表明,改进ViBe算法在适应动态背景、光照变化及抑制鬼影等方面比原算法均有更好检测效果,检测精度平均提升了40.7%。

动态加速自适应遗传算法的应用

针对标准遗传算法收敛速度慢、易早熟,提出了一种基于进化阶段的动态加速自适应遗传算法,使遗传算法的搜索空间动态缩小并在遗传算法的选择算子中引入模拟退火机制,同时对交叉算子和变异算子做了自适应改进。将该算法应用于优选广东省韩江堂荆流域新安江模型的参数中,效果很好。

路况预测的动态建模与自适应算法

本文在回归分析模型的预测方法基础上，运用现代时间序列分析方法建立路况预测的动态模型和自适应算法。该方法采用状态空间模型描写路网参数系统，应用自适应ｋａｌｍａｎ滤波方法进行动态系统辩识，应用虚拟噪声补偿技术减小模型误差和观测噪声，并采用自适应递归算法进行路况状态估计和使用性能预测。本方法能自动适应环境因素的影响和过程的时变性，达到良好的预测效果。

并行建表化学加速算法研究及其在气相斜爆轰模拟中的应用

采用详细化学反应机理对气相斜爆轰问题开展数值计算时,由于组分之间的特征时间尺度相差很大,反应源项的直接积分(direct integration,DI)求解通常存在强烈的刚性及非线性现象,导致计算量很大.为了在不损失计算精度的基础上有效减少化学反应过程的计算时间,针对包含2H_(2)+O_(2)详细机理的二维斜爆轰并行计算,提出两类不同的并行策略并组成一系列并行建表化学加速算法,用以取代化学反应过程的刚性求解.结果表明,提出的所有算法均能满足二维斜爆轰计算的精度要求,并能提升反应源项的计算效率,计算结束时刻化学反应加速比最大可达3.71.通过爆轰波流场热力学状态分布规律进一步发现,并行策略的选取对计算效率的影响由状态空间内可重复区域占可达区域的比例决定.

混合型P2P网络中的基于Gossip的动态自适应算法

为了提高搜索的性能,出现了混合P2P网络搜索方法。在混合P2P网络中,关键的问题在于确定资源的流行程度。针对该问题,该文提出了一种基于Gossip的动态自适应算法(DAHG),通过抛硬币操作估计节点加入和离开P2P网络时所带入和带走的文档副本数;并通过Gossips传递估计值,获得资源的流行程度。仿真结果表明,该算法具有良好的适应性,能够反映P2P网络中节点和资源的动态性,从而选择出正确的资源搜索方法,减少搜索响应时间和提高资源的命中率。

基于IRBFNN和IRAN的非线性动态系统在线自适应建模

将资源分配网络算法(RAN)与相似隐单元合并操作、冗余隐单元删除操作和基于滑动数据窗连接权值学习相结合,形成了改进的资源分配网络(IRAN)算法。IRAN算法用于非线性动态系统的在线建模,能有效地改善模型精度和泛化能力。将改进径向基函数(RBF)神经网络(IRBFNN)和IRAN结合可以用于不确定非线性动态系统自适应建模。仿真研究表明:所提出的建模方法在模型精简、泛化和自适应等方面均具有优良的性能。

基于DSI算法的工作面煤层精准三维建模技术

为解决由于地质条件变化造成智能综采设备截割轨迹不准确而无法高效运转的问题,以布尔台煤矿42150工作面为例,采取基于离散平滑插值(DSI)算法的透明地质煤层三维建模技术进行相关研究。该技术通过收集工作面地质资料、地震槽波勘探、坑透勘探数据、测斜地质钻孔资料,将其与三维地震勘探成果耦合再解译,获得透明地质信息数据,利用DSI算法,完成静态建模。通过对3种插值算法的对比可知,DSI是最优算法。为提高静态建模的准确度,利用修正点对静态模型进行修正,建立动态模型;利用动态模型计算不同修正点位的平均绝对误差,确定最佳修正距离。结果表明:DSI算法能够有效降低平均绝对误差,平均绝对误差0.0145 m;工作面每回采5 m采集修正点修正1次,能够确保误差小于0.062 m,保证截割路线的精确度,实现自适应回采。

基于自适应模糊C均值算法的电力负荷分类研究

针对当前负荷建模中存在的负荷时变性问题,提出了基于自适应模糊C均值聚类的电力负荷动特性分类方法。探讨了聚类分析方法在负荷动特性分类中的应用,包括聚类特征向量的选取和分类方法研究两个方面。对原始模糊C均值聚类算法中的聚类数c进行了研究,在原始算法中融入新的聚类有效性函数,对算法进行了改进,改进算法不需要预先选择类的数目作为先验值。通过动模实验数据的负荷分类实例,表明该方法可自动获取最佳分类数,且分类效果要好于原始算法。

基于遗传自适应蚁群系统算法的中继路由方法

针对实际电力线载波抄表系统中现有中继路由算法的不足,提出一种基于遗传自适应蚁群系统算法的动态中继路由方法。利用遗传算法的快速全局搜索能力获得路径信息素的初始分布,再结合蚁群算法的正反馈收敛机制,同时依据搜索情况对状态转移概率因子、信息素挥发因子、信息素强度等参数进行自适应调整,最终获得最优路由线路。通过仿真实验验证该算法的收敛性、鲁棒性和抗毁性,算法能够根据电力线信道的变化情况以相对较少的迭代次数收敛到最优路径,提高整个抄表系统的时效性。

用多次建表的ISAT方法计算激波诱导火焰失稳

对减少燃烧反应化学计算时间的动态自适应建表(ISAT)方法进行了改进,采用多次建表的方法计算了激波诱导火焰失稳的二维瞬态过程.计算结果表明,ISAT方法与直接积分计算结果以及实验结果吻合较好,能够满足计算精度的要求.多次建表方法在没有降低ISAT方法效率的前提下,可有效限制数据表容量,总CPU计算时间可减少2.53倍,其中化学反应的CPU计算时间则减少3.75倍.对瞬态燃烧问题而言,多次建表ISAT方法提供了减少燃烧化学反应计算时间的有效思路.

变路网情况下多库房应急物资调度模型及算法

考虑一类大规模自然灾害应急救援情景,基于实际应用条件和需要,建立了最优变路网情况下多库房应急物资调度模型。探讨了车辆所依托的路网结构可变和多库房对调度算法的双重影响,设计了一种求解问题的动态加速自适应遗传算法。作为结论的直接应用,给出的仿真算例验证了问题模型及其求解算法的合理性和有效性。

基于在线学习的多模型自适应控制

针对传统自适应控制算法,实际工业过程在不同工况下的模型参数突变时系统暂态响应特性较差,该文提出了基于在线学习的多模型自适应控制方法。应用动态模型库技术来建立模型库,而无需被控对象的先验知识,所提出的建模方法和相应的多模型自适应控制器使系统的动态响应品质得到了明显的改善。文中证明了该算法能够保证闭环系统的稳定性和跟踪误差的渐近收敛性。计算机仿真结果表明该算法的有效性。

基于RBFN-AFS的开关磁阻电机非线性模型与动态仿真

针对开关磁阻电机(SRM)电磁特性存在饱和非线性、多变量、强耦合的特点,提出了一种基于径向基函数网络的自适应模糊系统(RBFN-AFS)建立SRM模型并进行动态仿真的新方法。该方法在实测SRM磁链和转矩特性的基础上,采用递阶自组织学习(HSOL)算法对RBFN-AFS网络进行学习训练,使网络从样本数据中估计出未知的模糊规则,并在学习训练过程中不断更新和修正网络隐层节点参数矢量和连接权值,最终实现磁链与转矩对转子位置角和相电流的非线性映射关系,与其他建模方法相比,该模型具有更快的计算速度和更好的泛化能力。将基于RBFN-AFS网络的电流-磁链和转矩模型应用于SRM调速系统的动态仿真分析中,通过仿真与实验比较,此方法能够很好地预测SRM的动态和稳态运行特性。这种基于RBFN-AFS的建模方法为实现SRM的各项性能分析和各种实时控制提供了一种新的思路。

船舶自适应逆控制操舵

经典反馈控制将对象动态响应的控制和噪声的消除放在同一个过程中进行,这种方法往往会产生为了 满足一个指标而牺牲另外一个指标的矛盾。本文介绍了一种新的控制方法--自适应逆控制,阐述了自适应 逆控制的特点,讨论了自适应逆控制系统的三个基本单元--对象建模、逆控制器建模和扰动消除器。自适 应逆控制将对象动态响应的控制和噪声的消除分开来考虑,解决了上述经典反馈控制的矛盾。在仿真软件 Matlab上进行船舶自动舵仿真时,分别采用了自适应逆控制方案的ELS(增广最小二乘)算法和经典反馈控 制的PID(比例积分微分)算法。仿真结果表明了自适应逆控制的优点。

基于动态分区概念的高超声速燃烧大涡模拟

本文基于动态分区概念开展了亿级网格的高马赫数全尺寸超燃冲压发动机内外流耦合一体化改进延迟分离涡(IDDES)模拟研究.研究建立了包括动态分区火焰面湍流燃烧模型(DZFM)、分区自适应化学(ZDAC)和分区并行自适应建表(Z-ISAT)的完整动态分区燃烧模拟框架,并通过1.15亿网格的马赫数12 REST标准高超声速燃烧室模型初步验证了分区模拟框架的保真性.DZFM通过分区解耦的思想既准确表征了当地湍流化学交互作用关系,又有效提升了整场湍流燃烧的计算效率.Z-DAC和Z-ISAT通过在分区框架内对化学反应机理进行动态实时简化和建表查询,可进一步提升当前分区内化学反应的求解效率.基于1.25和1.4亿网格动态分区框架对比分析了马赫数10条件下中心支板(strut)和壁面撑挡型(pylon)两类构型氢气高超声速燃烧室特性.支板或撑挡结构均诱发了明显的边界层分离和头部回流区,由此两种燃烧室均出现了较长区域的喷注点前部燃烧现象.基于Borghi图的数值分析表明当前氢气高超声速燃烧室中广泛存在扩散控制为主的火焰面模式,效率提升的瓶颈在于高效增混.壁面撑挡燃烧室具有较高的穿透深度和近场混合效率,因而燃烧效率高于净推力准则80%,相应的比冲1234 s也远高于中心支板燃烧室的437 s.分区自适应化学方法在将近一半的计算域上降低了反应求解计算代价,特别是在无燃料区反应机理的简化幅度更加明显.相比与传统的有限速率PaSR模型,DZFM模型实现了高达11倍的加速比.

电力计量检定运行过程中3D动态感知监控方法

为了解决电力计量检定流水线检测不便的问题,结合计算机仿真技术和3D动态建模技术,提出了一种基于局部异常因子算法和3D动态建模相互结合流水线表位异常检测方法。采用标准化的特征缩放方法将特征进行缩放,使用局部异常因子算法计算每条生产线上的表位LOF值,通过格拉布斯准则根据LOF值来判定表位是否异常。根据3D动态建模对判定结果进行验证以及对异常的具体表现形式进行分析,并对LOF算法的遗漏位置进行补充,进而提高了检测的准确度。试验表明,检测率大于90%,从而提高了电力计量检定运行效率。

激波诱导火焰界面失稳的并行化学加速计算

在带有详细化学反应机理的可压缩反应流数值模拟中,化学反应源项的计算会极大增加计算时间,基于建表技术的化学加速算法可以通过查找数据表中的数据来替代化学反应计算,从而有效提高计算效率,但数据表尺寸的过度增长会导致计算的中断.文章提出了基于两种数据表容量控制策略的并行动态存储/删除算法,并在激波诱导火焰界面失稳的数值模拟中进行了应用,以考察算法的性能.两种数据表容量控制策略分别为单表容量(M sin)控制和总表容量(M tot)控制,当单个数据表尺寸达到M sin或总数据表尺寸达到M tot时,对数据表进行节点删除,以保证计算的正常进行.计算结果表明,文章提出的基于表容量控制的并行加速算法,其计算准确度和计算效率之间存在关联,具有较好计算准确度算例显示了较高的计算效率.在不同的M sin和M tot条件下,计算的化学加速比在2.73~3.93之间.两种表控策略的组合影响了数据表删除的频率和删除之间的同步性,当数据表删除频率小、删除同步性强时,化学加速比要更高.

一种改进的加速遗传算法及其在机组动态负荷分配中的应用

为解决遗传算法的收敛速度和全局收敛性之间的矛盾,基于对遗传算法收敛速度的分析,提出了一种改进的加速收敛的遗传算法,即基于双倍体初始种群、排序选择、自适应遗传参数和压缩空间法的实数编码加速遗传算法(AGA)。将其应用于实时动态负荷优化分配问题中,仿真结果表明对于复杂的多变量多约束问题,AGA具有较快的收敛速度,且能够收敛到全局最优解,能在一定程度上满足动态负荷优化分配对算法运算速度的要求。

详细化学反应动力学动态自适应加速

详细化学反应机理应用于三维、高度瞬态的湍流燃烧数值模拟时,计算成本巨大.为此,本文提出了一种基于动态自适应建表(ISAT)和动态自适应化学(DAC)的化学反应动力学动态自适应加速方法.该方法基于组分空间的低维流形特性,采用主成分分析法将燃烧区域中的网格节点(或颗粒)从组分空间向低维空间内投影,根据投影点在低维空间内的概率密度函数来刻画系统的非均匀性,进而自适应地选择ISAT和DAC进行加速.本文通过设置内燃机模拟算例,使用甲烷GRI Mech3.0机理,初步验证了新方法的性能。计算结果表明,在保证计算精度的同时,新方法具有明显的加速优势。对于包含500个颗粒的内燃机模拟算例,加速因子可以达到使用ISAT的2.7倍、DAC的1.7倍、固定ISAT-DAC联合的1.8倍。