基于双曲正切函数磁滞算子的超磁致伸缩驱动器动态Preisach模型

经典Preisach算子存在不能反映单元算子磁滞输出依赖于输入变化率的固有缺陷,为扩大Preisach磁滞模型的应用范围,提出一种基于双曲正切函数的动态Preisach磁滞算子,其形状参数为输入变化率的双曲正切函数,该算子可描述超磁致伸缩驱动器磁滞依赖输入变化率的特性.在此基础上构造出超磁致伸缩驱动器动态Preisach模型,并利用BP神经网络完成动态Preisach模型的参数辨识.进行超磁致伸缩驱驱动器磁滞输出试验研究,将驱动频率分别为40 Hz、70 Hz、100 Hz的正弦电流下超磁致伸驱动器（Giant magnetostrictive actuator,GMA）输出位移试验数据作为训练样本数据,并另取训练样本数据中未包含的100 Hz以下20 Hz、50 Hz、80 Hz与100 Hz以上120 Hz、130 Hz、150 Hz共六种频率信号下GMA输出位移试验数据对其预测能力进行检验,结果表明该动态模型能够较为精确地描述超磁致伸缩驱动器的动态磁滞现象并具有较好的模型泛化能力.在0～150 Hz频率的输入电流下,该动态Preisach模型的最大预测位移均方误差为2.87 μm,最大绝对位移误差为4.4 μin.研究结果可广泛应用于GMA实时控制系统,提高GMA器件的控制精度.

基于磁导-电容类比法和解析Preisach模型的铁心动态磁滞建模方法

铁磁材料的磁滞、涡流和驰豫效应对电力变压器铁心的非线性特性和功率损耗有显著的影响。为了研究电磁暂态过程中电力变压器的时域响应行为,需要准确计及铁心的动态磁化特性,在电路仿真中对电力变压器铁心进行精细建模。为此,该文首先采用考虑可逆分量的解析Preisach模型表征铁磁材料的静态磁滞效应,通过磁导-电容类比法建立了铁心的回转器-磁导模型,构建铁心静态电磁模型。其次,基于传统损耗统计理论和场分离理论,在静态电磁模型的基础上引入恒定磁阻和受控磁动势源,分别用于表征铁磁材料的涡流效应和弛豫效应对磁滞效应和损耗效应的影响,构建基于传统损耗统计理论的铁心动态电磁模型。最后,运用R-L分数阶导数对涡流损耗表达式进行修正,采用受控磁动势源表示涡流效应,对传统的铁心动态电磁模型进行改进。基于电工钢测量系统测量了硅钢铁心在不同频率、不同磁通密度下的动态磁滞回线,与实验相比改进模型的平均相对误差为6.59%,验证了所提出的改进动态模型的正确性。

广西沃柑果实横径生长动态及模型构建

【目的】研究广西沃柑果实横径的生长动态并构建数学模型,为提升其品质和产量提供科学依据。【方法】以沃柑为材料,于稳果后,连续两年每月1日、15日通过“定园、定点、定果、定期”的方法测量并记录广西桂南、桂中、桂北15个果园的沃柑横径数据,直至采收期,研究沃柑横径的变化动态,考察年终横径与各生长节点,月度横径增加值与主要气象信息的相关性并建立数学模型。【结果】各个果园最终的横径差别较大,达到极显著差异水平,多个果园的横径有待提升;对比气象数据,选定2021—2022年度的沃柑横径数据为正常年份数据,翌年1月15日果实横径平均值为69.85 mm,最高的果园达75.33 mm,最小的61.55 mm;以80、75、70、65、60、55 mm为等级,构建桂南、桂北和桂中沃柑果实横径生长动态对照表、横径月度增加值对照表;分别建立年终沃柑横径数值与各生长节点,横径月度增加值与主要月度气象信息的数学模型,年终横径与7月15日呈显著正相关,与8月15日以后呈极显著正相关,至11月1日达到极显著的0.934 0;月度增加值与降雨、温度相关系数分别为显著的0.791 8和极显著的0.879 1。【结论】广西沃柑提质增产仍存在较大空间,可结合当期横径生长对照表、定期差值对照表,科学合理安排水肥药的灌溉来进一步加速果实膨大,从而提升效益。

新安江模型敏感参数动态变化规律研究

为了提高新安江模型在变化环境下的模拟精度,揭示模型参数动态变化规律,以淮河上游大坡岭流域为研究区构建分布式新安江模型,采用Spearman相关系数对比分析了模型敏感参数(KC、SM和CS)动态变化与环境因子(降水、气温和归一化植被指数)的变化关系,并建立了回归方程用于未来参数计算。结果表明:参数KC和SM的动态变化反映了研究区域的降水、气温和植被条件变化,而参数CS的动态变化仅反映了年降水总量变化;相较于静态参数,动态参数的模拟结果精度显著提高,径流深相对误差均值从21.3%降低到9.1%,纳什效率系数均值从0.75提高到0.81,动态参数比静态参数更适用于当前变化的环境。

考虑原动机调速特性的中压直流发电机组动态仿真模型

鉴于原动机调速特性对舰船中压直流(MVDC)发电机组运行影响的重要性,该文基于十二相同步发电机及其三相交流励磁机数学模型提出MVDC发电机组动态建模方法,以解决多相整流发电机及其励磁系统难以考虑原动机动态调速特性的难题。以某型燃气轮机整流发电机组动态仿真模型为基础,建立了频率不同的十二相同步发电机与三相交流励磁机组合模型,阐述原动机调速与发电机励磁调压相互耦合的计算流程。实测与仿真结果表明,该型燃气轮机发电机组在突加20%负载工况时转速跌落较大,且转速恢复过程需约20 s,但MVDC发电机组通过调节励磁系统可在1 s内使直流母线电压恢复稳定,从而为负载提供稳定直流功率输出。在校准仿真模型的基础上,通过系统分析突加不同比例负载时的转速、燃油流量、励磁电流、输出电压等性能参数变化规律,获取了燃发机组允许突加负载上限约为30%的运行边界认知,为MVDC发电机组励磁系统设计以及如何预留充足的短时强励能力提供了理论支撑。

变温条件下解析Preisach磁滞模型误差修正和特征参数辨识方法

温度升高会影响磁性材料的磁滞特性,从而改变电气设备的性能。目前解析Preisach模型无法对温度进行有效表征,导致损耗计算结果误差较大。为此,本文首先分析了基于Lorentzian函数的解析Preisach模型特征参数对磁滞回线形状参数的影响程度,如饱和磁通密度、矫顽力、剩磁等,研究了不同温度下模型参数和材料磁特性的变化。根据模型特征参数具有的磁滞回线形状相关性和温度相关性,引进温度系数来修正模型特征参数,构建变温条件下的解析Preisach模型,并给出了计及温度影响的模型参数辨识方法。最终实验测量纳米晶合金在变温条件下的极限磁滞回线,对多组实测值和修正后的解析Preisach模型计算值进行对比后,得出在饱和磁通密度、矫顽力和剩磁处修正模型结果的平均相对误差分别为0.15%、2.21%、5.76%,证明了该修正模型的准确性。

基于R-L型分数阶导数的动态解析逆Preisach模型

准确的变压器电磁暂态模型对保障电力变压器安全意义重大,其中更为重要的是对变压器铁芯部分的建模。然而,变压器铁芯的非线性磁滞特性及动态特性的模拟仍存在不精确,误差大等问题。为此,首先通过差分法改进静态解析正Preisach模型,构造一种更利于动态模型建立的静态解析逆Preisach模型;然后,在损耗统计理论、场分离技术以及分数阶导数理论的基础上,改进动态涡流场强分量,并与静态解析逆Preisach模型以及剩余损耗分量相结合,得到改进的动态解析逆Preisach磁滞模型,同时引入量子遗传算法对分数阶导数参数进行全局寻优。最后,将准确的动态解析逆Preisach模型在不同频率与不同最大磁密下与实验数据对比,结果表明,该模型的最大平均相对误差为5.857%,验证了该方法的有效性。

水稻群体分蘖动态模型构建与应用

为定量分析水稻群体茎蘖数量动态变化过程及分蘖动态特征,该研究使用双Logistic模型分别描述分蘖发生与死亡过程,建立水稻群体分蘖动态模型;根据水稻分蘖过程的时序特征定义描述分蘖过程的特征指标,并推导出分蘖特征指标的计算式;基于不同基因型品种的种植方式、种植时期、种植密度下水稻分蘖动态数据集检验模型优度和适应性;并应用分蘖动态模型和指标探索分蘖动态对种植密度的响应规律。结果表明,所建模型对不同基因型水稻品种在不同种植方式、种植时期和种植密度下的分蘖动态数据拟合优度较好,标准均方根误差S_(RMSE)服从均值小于5%的Gamma分布,并且99%的S_(RMSE)小于10%。基于所建模型计算的分蘖特征指标(包括模型参数)对种植密度有很好的响应;留一法检验表明模型的预测性较好,观测值与模拟值的R^(2)=0.96。所建模型能够精确描述水稻茎蘖数量演变过程,具有很好的拟合优度、适应性和可解释性,可用于分析基因、环境、农艺措施对分蘖动态的影响,分蘖特征指标可望成为分析基因与环境互作的重要表型参数,对指导水稻精准栽培也有重要理论价值和实际意义。

创新生态系统不确定性条件下后发企业何以实现颠覆性创新——基于SOR模型的动态能力中介作用

创新生态系统被视为培养颠覆性创新的沃土,其日益增加的不确定性为后发企业提供了实现颠覆性创新的机会窗口。将动态能力细分为认知性动态能力与非认知性动态能力两个维度,利用SOR模型构建“条件刺激—能力构建—颠覆行为”的理论框架,试图打开创新生态系统不确定性条件下后发企业实现颠覆性创新的“黑箱”。基于创新生态系统中376份后发企业的样本数据,研究发现:①创新生态系统不确定性不仅对颠覆性创新有显著正向影响,而且对认知性动态能力和非认知性动态能力也有显著正向影响;②认知性动态能力与非认知性动态能力对颠覆性创新有显著正向影响,并且分别在创新生态系统不确定性与颠覆性创新关系中起部分中介作用;③创新生态系统开放度能够正向调节创新生态系统不确定性与认知性动态能力关系。研究有助于指导面对不确定性的后发企业实现“弯道超车”,并且为创新生态系统突破创新迟滞困境提供新思路。

TRIP980钢的组织性能调控与动态本构模型

设计了一种相变诱导塑性(TRIP)钢,研究了贝氏体等温温度对力学性能和微观组织的影响。针对最优工艺,研究了10^(-4)~10^(3) s^(-1)应变速率范围内的动态力学性能,构建并修正了动态本构数学模型。结果表明:当贝氏体等温温度为380℃时,实验钢具有最优的静态力学性能(应变速率10^(-3)s^(-1)),屈服强度达到705 MPa,抗拉强度达到1005 MPa,伸长率为16%,强塑积达到了1.6 GPa·%。应变速率的变化对实验钢的硬化行为和TRIP效应的发生有明显的影响。当应变速率达到10^(3) s^(-1)时,屈服强度和抗拉强度分别达到了815和1145 MPa,分别提高了12.4%和13.9%。经A4系数修正后的动态本构数学模型表明,R值和eAARE的平均值分别达到0.9895和27.5%,具有较精确的预测精度。

MPS型磨煤机制粉系统动态模型与瞬态运行优化控制研究

为提升MPS型磨煤机制粉系统变出力过程关键参数的控制精度,该文建立并验证制粉系统动态模型,开展控制策略优化研究。在原逻辑基础上,提出考虑煤质水分信息的前馈磨煤机入口一次风温控制回路,以优化控制策略。开展煤质水分增加、给煤速率增加、磨煤机变出力等瞬态过程模拟研究,获得制粉系统关键参数瞬态特征和能耗特性,验证所提出策略的优越性。结果表明:采用优化的控制逻辑后,系统在应对煤质水分突变、煤量突变等扰动时的响应速率增加、磨煤机出口风粉温度波动范围减小50%以上、瞬态能耗下降2.4%。磨煤机在变出力过程中,稳态能耗可降低100 kW以上,制粉过程能耗降低6.82%,瞬态过程中磨煤机出口风温的波动幅度下降50%、响应时间缩短10%以上、可实现瞬态节能5.43%,保障制粉系统的运行安全并降低能耗。在燃煤发电机组中应用提出的制粉系统优化控制逻辑,可降低燃煤发电机组变负荷瞬态过程中负荷率、主汽压力等关键参数的运行偏差,提高机组的运行灵活性。

储粮仓仓壁动态侧压力的树模型预测方法

针对储粮仓卸料时仓壁动态侧压力难以准确预测的问题,利用机器学习方法中的树模型建立了仓壁动态侧压力预测模型。首先,分析了仓壁动态侧压力的主要影响因素为筒仓的结构尺寸、贮料的物理参数及测点位置。利用收集的496组仓壁动态侧压力数据,构建机器学习预测模型的数据集。然后,基于树模型,建立了仓壁动态侧压力的决策树(decision tree,DT)预测模型,在此基础上,利用Bagging算法和Boosting算法,建立了仓壁动态侧压力的随机森林(random forest,RF)预测模型和梯度提升树(gradient boosting decision tree,GBDT)预测模型。通过对比3种预测模型在测试集的均方误差(mean-square error,MSE)、决定系数和相对误差,表明GBDT预测模型的泛化性能最优。最后,通过开展模型试验和数值模拟,对GBDT预测模型进行验证,结果表明拟合良好。同时,根据树模型的分枝原理,判断出仓壁动态侧压力影响因素的重要性,得到对于贮料的物理参数,密度的重要性排第一;对于筒仓的结构尺寸,卸料口尺寸排第一。因此,在进行储粮仓设计时,建议优先考虑仓内散体物料的密度和仓的卸料口尺寸。

干式车载牵引变压器绕组区域动态温度计算模型

干式车载牵引变压器质量轻、安全系数高,但其内部热场随运行环境及负荷状态频繁波动。为实现干式车载牵引变压器绕组动态温度的快速计算,基于热电类比原理搭建分布式动态热网络拓扑结构,并借助CFD模型开展仿真试验,探究运行参数和风道尺寸对散热性能的影响,提出风道出口温度计算方法;基于干式车载牵引变压器绕组温升试验平台,验证动态温度计算模型的有效性。结果表明:针对不同结构参数和时变运行场景,所建绕组动态温度计算模型均能准确获取绕组区域温度分布及动态变化情况,相比CFD数值仿真节省99%以上的时间成本,有助于干式车载牵引变压器热容量的合理规划和设计效率的进一步提高。

我国青贮玉米生产的集聚演变及其作用机制——基于动态空间杜宾模型

为观测青贮玉米生产的动态变化,研究基于2001—2021年我国30个省面板数据,选用重心模型分析青贮玉米生产集聚区域变动。在此基础上,借助动态空间杜宾模型剖析要素投入、社会经济、政策支持对中国青贮玉米生产区域变动的影响。结果表明,我国青贮玉米存在空间聚集现象,即2001—2021年间我国青贮玉米生产量的莫兰指数总体上呈“先降再升再降再升”的发展态势。生产重心演变轨迹结果显示,我国青贮玉米生产区域重心呈现“先东北后西北、西南”的演变趋势。机制结果表明,粮食优势、财政扶持、务工收入增加是推进青贮玉米生产的主要驱动因素;生产基础设备、化肥施用、农业收益对本省份青贮玉米生产具有正向影响,但对相邻省份青贮玉米生产的影响不显著。

岩石-钢纤维混凝土复合层动态抗压强度计算模型

为了研究冲击荷载下岩石-钢纤维混凝土(R-SFRC)复合层的抗压强度模型,利用分离式霍普金森压杆对花岗岩、混凝土和R-SFRC复合层进行动态冲击压缩试验,并通过回归试验结果得到R-SFRC复合层的对数型、幂函数型和强度-应变率依赖机制型3种强度模型,同时考虑R-SFRC复合层界面相互作用,基于Mohr-Coulomb强度准则建立复合层动态抗压强度计算模型。结果表明,R-SFRC复合层动态抗压强度随应变率及钢纤维掺量增大而增大;3种回归模型拟合复合层动态抗压强度试验结果的相关系数范围为0.918~0.999,其中依赖机制型模型与试验结果的相关性最大;基于Mohr-Coulomb强度准则的3种模型得到的复合层抗压强度计算值相对试验值的误差范围为-9.23%~3.16%,对数型模型的误差最大值较小。R-SFRC复合层动态抗压强度计算模型可为混凝土支护隧道围岩设计提供理论基础。

应用混合逻辑动态模型预测控制器的磁轴承三电平调制策略

传统磁轴承三电平调制策略在数字控制系统中存在控制延迟问题,影响电流纹波抑制效果。针对上述问题,提出一种基于混合逻辑动态模型预测控制器的磁轴承三电平调制策略。基于混杂系统理论,建立混合逻辑动态模型,统一表征出驱动电路充电、放电和续流工作模态,实现三电平调制;结合模型预测控制理论,将所建立的混合逻辑动态模型作为预测模型,预测磁轴承的控制电流,实现对控制延迟的补偿,并将预测控制电流送入到代价函数中,得出驱动电路的最优控制信号;基于所提调制策略构建了磁轴承控制系统,并与传统调制策略进行对比。仿真结果表明:在轻载扰动工况下,所提调制策略相比于传统三电平滞环调制策略与传统三电平脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)策略,电流纹波分别降低了49.90%和49.87%;在中载扰动工况下,所提调制策略相比于传统三电平滞环调制策略与传统三电平PWM策略,电流纹波分别降低了49.99%和49.84%;在重载扰动工况下,所提调制策略相比于传统三电平滞环调制策略与传统三电平PWM策略,电流纹波分别降低了50.08%和49.77%。在三电平调制机制的基础上,所提调制策略能够有效补偿一个采样周期的控制延迟,达到降低电流纹波的效果。

考虑植被根系深度动态变化的VIC径流模拟模型

为了提高干旱半干旱地区植被变化影响下的水文模型模拟精度,结合植物根系的垂直分布与气候、土壤条件,提出了基于流域气象和土壤性质等下垫面特征的流域根系平均深度估算方法,以黄土高原地区无定河流域为例,构建了考虑植被根系深度动态变化的可变下渗容量(VIC)径流模拟模型(VIC-DR模型)。将该模型径流模拟结果与有汇流演算的VIC模型(VIC-R模型)结果进行比较。结果表明:与VIC-R模型相比,VIC-DR模型模拟精度显著提高,VIC-DR模型对无定河流域月尺度、日尺度径流量模拟结果的纳什效率系数分别提高了10.6%和8.7%,相对误差分别下降了15.4%和5.1%,与实测值相关系数均大于0.6;VIC-DR模型的模拟结果符合流域实际情况,模型适用性良好。

基于模型预测控制的电-气互联系统动态优化调度研究

在当前电气、天然气与人们生活密不可分的背景下,电—气互联综合能源系统(IPGES)的调度运行研究具有极其重要的价值和意义。目前电—气互联系统的运行策略大多基于日前概况设计,而负荷预测误差往往导致次优日前调度运行。针对这种情况,模型预测控制因为其实时性和鲁棒性的优点,在处理不确定性问题方面表现出卓越效果。本研究在长时间尺度上对日前调度进行了优化,并基于模型预测控制方法进行了实时在线优化调度。在日内调度中,采用卡尔曼滤波对负荷进行短期预测,并根据最新预测信息建立滚动优化和实时反馈校正模型以进行多时间尺度的调度。最后通过案例分析验证了该方法在动态优化调度电力系统和天然气系统组成的电—气互联系统中具有更好经济性和供需匹配性,并能有效应对负荷波动。

汛期水风光多能互补动态调度模型研究

为充分利用水电站水库汛期在预报无洪水或小洪水时的调节能力,将汛期运行水位动态控制域对应库容作为调节风光运行的可用库容,在提高水库调节能力的基础上给出了考虑入库洪水实时状态的汛期水电站水库动态消纳风光调度模式,以风光出力期望值加水电出力之和与负荷偏差最小为目标,结合风光出力不确定性建立了汛期水风光多能互补动态调度模型,并以福建省水口水电站为例进行模拟调度计算。结果表明:所提动态消纳风光调度模式能够在保证防洪安全的前提下充分合理利用水位动态控制域内的调节能力来调节风光出力,使失负荷时段数和发电量缺口期望值相较于传统调度模式分别降低约37%和32%,水电站水库平均发电水头提高约4.39%,不仅可提高系统出力可靠性,且能增加系统运行效益。研究成果可为汛期调节风光出力提供参考。

基于混频动态因子模型的数字经济状态指数构建与预测研究——以杭州市为例

我国数字经济规模不断扩大,在经济发展、税收、就业等方面发挥着越来越重要的作用。为及时了解数字经济发展现状、对数字经济发展趋势做出预判,有必要构建刻画数字经济发展状态的数字经济状态指数。本文提出运用混频动态因子模型,从不同频度的数据中提取因子构建月度数字经济状态指数的方法,并运用杭州市季度数字经济产业增加值和月度数字经济产业营业收入数据进行实证分析,构建了杭州市月度数字经济状态指数。实证结果表明,所构建的月度数字经济状态指数能很好地刻画数字经济发展状态,且可以为预测季度数字经济状态指数提供有用信息,从而为政府决策提供理论支持。