基于双共轭梯度稳定法的数值保角变换计算法

根据复变函数中的保角变换,研究了基于模拟电荷法的单连通区域的数值保角变换法.针对约束方程的求解问题采用双共轭梯度稳定法,求得模拟电荷,构造了近似保角变换函数.用数值实验说明了本文算法的有效性,并将该保角变换法应用于图像变换中,将图像通过保角变换并显示出变换后的图像.

电力系统负荷裕度的并行计算方法研究

为实现电力系统负荷裕度的快速、准确计算,该文以直接法为基础,提出一种基于CPU-GPU混合架构的电力系统负荷裕度并行求解方法。首先,根据电压稳定临界点处潮流雅可比矩阵奇异,且零特征值对应的特征向量不为0的特点,构造一组表征电压稳定临界点性质的非线性方程组;然后,在采用牛顿法求解该非线性方程组过程中,为减少计算量和计算复杂度,将修正方程降阶变换为4组同系数矩阵的低维线性方程组;在此基础上,采用雅可比预处理器和不完全LU分解预处理器(incomplete LU decomposition preconditioner,ILU)相结合的两阶段预处理方法对降维后的线性方程组的系数矩阵进行预处理,改善系数矩阵特征值分布,进而采用基于GPU加速的双共轭梯度稳定法(biconjugate gradient stabilized method,BICGSTAB)实现降维线性方程组求解的并行化,提高负荷裕度的计算效率;最后,通过多组测试系统算例对所提算法的准确性、有效性和快速性进行分析、验证。结果表明,文中所提算法可实现电力系统负荷裕度的快速、准确计算。

建立电力系统状态空间方程的并行方法

为了缩减大规模电力系统小干扰稳定性分析的计算时间,对电力系统状态空间矩阵的快速形成方法进行优化研究。针对插入式建模技术,分析状态矩阵的形成过程;采用含双重阈值的不完全LU分解法(ILUTP),调整相关矩阵中非零元素的位置,将矩阵转换为对角占优形式。采用双共轭梯度稳定法(BICGSTAB)对处理后的大型稀疏矩阵迭代求解;矩阵的存储方式为行压缩稀疏存储;利用ILUTP与BICGSTAB的算法特性,实现了基于Open MP技术的并行计算;利用两个分别包含23台发电机和98台发电机的算例,发电机均采用六阶发电机模型,励磁调节模块与原动机调速块均为系统的实际参数,对比传统方法与优化方法求解状态矩阵方法的所用时间。结果表明,该方法能够加快大型电力系统状态空间的形成过程,其并行加速比接近于3,验证了所提方法的可行性及有效性。

多重网格算法在地球物理电磁三维正演中的应用

对使用多重网格方法解决时谐电磁问题进行了研究。在地球物理勘探中针对深部的目标体,只需研究相对低频的电磁波特性,大地中的光速电磁波可忽略不计,主要的研究对象是感应电流的扩散效应。对控制方程使用有限积分法进行离散化,然后使用多重网格法迭代求解。在均匀网格条件下,多重网格法显示了出色的收敛性,在非均匀网格中表现不佳,尽管多收敛速度可以通过使用双共轭梯度稳定法得到补偿,但处理大型非均匀网格的效率仍然不尽如人意。

基于耦合标势与矢势的有限体积法模拟非均匀各向异性地层中多分量感应测井三维响应

为快速有效地研究、考察各向异性地层条件下多分量感应测井的响应特征,本文利用电场标势与矢势的有限体积法研制出三维频率域电磁场响应的数值模拟算法,克服由低频发射或高阻地层产生的低感应数问题,有效提高了三维电磁数值模拟算法的应用范围和计算效率.首先利用电场的标势与矢势将Maxwell方程转化为满足库仑规范条件的耦合势Helmholtz方程,以Yee氏交错非均匀网格中不同位置上的节点为中心建立四种控制体积单元,通过对控制体积单元中电磁场与电导率的积分平均实现耦合势方程和磁偶极子旋度的离散,并得到一个对角占优的大型稀疏复线性代数方程组,然后,通过不完全LU分解预处理和稳定双共轭梯度法快速求解离散方程.数值结果证明了该算法的有效性,并进一步考查了仪器偏心、倾斜井、垂直裂缝等复杂条件下多分量感应的响应特征.

不完全LU分解预条件BICGSTAB算法实现感应测井二维FDFD快速正演模拟

在柱坐标系下推导了二维感应测井差分格式,采用频率域有限差分方法求解感应测井正演问题。针对差分近似得到的线性方程组系数矩阵是大型稀疏复系数病态矩阵求解困难等问题,采用不完全LU分解预条件的稳定双共轭梯度(BICGSTAB)算法求解该线性方程组。研究结果表明,本算法具有速度快、精度高和稳定性好等优点,能有效提高感应测井正演模拟的效率和精度。

积分方程法三维模拟井地电法并行算法研究

在积分方程法模拟三维电磁响应原理的基础上,对井地电法三维正演模拟并行算法做了研究。同时,还利用Fortran 6.5和消息传递接口(MPI)开发了井地电法三维正演模拟并行计算程序。在求解大型线性方程组时,采用的是稳定的双共轭梯度(BICGSTAB)算法,单机正演程序与并行正演程序的计算结果有着很好的一致性,这说明了并行算法的正确性,为进一步开发井地电法三维反演并行程序奠定了基础,也为井地电法三维正、反演程序实用化提供了技术支持。

一种针对大波数Helmholtz方程的高性能并行预条件迭代求解算法

针对传统串行迭代法求解大波数Helmholtz方程存在效率低下且受限于单机内存的问题,提出了一种基于消息传递接口(Message Passing Interface,MPI)的并行预条件迭代法。该算法利用复移位拉普拉斯算子对Helmholtz方程进行预条件处理,联合稳定双共轭梯度法和基于矩阵的多重网格法来求解预条件方程离散后的大规模线性系统,在Linux集群系统上基于MPI环境实现了求解算法的并行计算,重点解决了多重网格的并行划分、信息传递和多重网格组件的构建问题。数值实验表明,对于大波数问题,提出的算法具有良好的并行加速比,相较于串行算法极大地提高了计算效率。

基于快速解耦的电力系统连续潮流并行计算方法

为提高大型区域互联系统连续潮流的计算效率,提出一种改进的基于快速解耦电力系统连续潮流并行计算方法。通过在校正阶段采用快速解耦法求解潮流方程,根据系统的阻抗参数和功率增长方向构造修正方程组的系数矩阵,对潮流方程修正方程组进行预处理,并采用基于CPU-GPU混合架构加速的稳定双共轭梯度法进行求解。基于IEEE-118节点系统、Case13802等多个不同规模测试系统的算例分析表明,该改进算法有效提高了连续潮流的计算速度。

预处理的BiCGSTAB算法及其在涡流求解中的应用(英文)

针对涡流场有限元分析形成的大型稀疏复线性方程组,提出了预处理稳定双共轭梯度法(PBiCGSTAB).利用二维正交链表结构实现系数矩阵的全稀疏存储,采用无填充的不完全LU分解对方程组进行预处理以降低系数矩阵的条件数.将稳定双共轭梯度法从实数领域扩展到复数领域,并利用它求解预优过的复线性方程组.基于有限元法和PBiCGSTAB算法编制直线电机性能分析软件,并对一电机堵转的情况进行仿真,将计算结果和ANSYS计算出的结果进行了比较,证明了该软件的正确性.并且通过求解器比较发现,在相同精度条件下PBiCGSTAB算法只需要BiCG算法三分之一的迭代步数,证明了该算法的快速性.

应用CN-FDTD分析电磁波电阻率测井仪的电磁响应

传统FDTD受到Courant稳定性条件限制,计算时间较长,而ADI-FDTD精度又比较低,Crank-Nicolson时域有限差分方法(CN-FDTD)在时间步长上的取值远大于CFL条件时仍旧能够保持良好的计算精度。采用无条件稳定的柱坐标系Crank-Nicolson时域有限差分方法(CN-FDTD)分析了轴对称地层环境中的随钻电磁波电阻率测井仪器的电磁响应。在CN-FDTD仿真中,采用稳定双共轭梯度法(Bi-CGSTAB)作为求解器用于求解每个时间步所产生的线性方程组。通过对随钻电磁波电阻率测井仪在多层地层下的电磁响应进行数值仿真,其数值仿真结果表明CN-FDTD的计算结果准确,计算速度比普通FDTD提高3倍。

层流扩散燃烧在GPU上的并行计算和数值分析

在实际工程应用中,使用传统的CPU串行计算来开展燃烧数值模拟往往难以满足对模拟速度的要求。利用GPU比CPU更强的计算能力,通过在交错网格上将燃烧物理方程离散化,使用预处理稳定双共轭梯度法(PBiCGSTAB)求解离散化方程,并且探索面向GPU编程的矩阵向量乘并行算法和逆矩阵向量乘并行算法,从而给出一种在GPU上数值求解层流扩散燃烧的可行方法。实验结果表明,GPU并行程序获得了相对串行CPU程序约10倍以上的加速效果,且计算结果与实际情况相符,因而所提方法是可行且高效的。

三维频域航空电磁法优化模拟方法

为了快速模拟具有较宽频带的三维频域航空电磁响应,本文利用交错网格的有限差分方法,依据麦克斯韦方程组的离散形式推导得出关于空间电场分布的大型稀疏复线性代数方程组,再将方程实虚部分离得到关于实数的大型稀疏线性代数方程组,利用稳定的双共轭梯度法求解方程组.结果表明该方法不仅可以提高方程求解速度,而且保证方程在较低频率下解的收敛性,满足航空电磁法宽频带的要求.然后根据航空电磁法本身特点,提出迭代初值优化和双重网格迭代的方法,该方法可以提高计算速度50%左右.