基于特征样本的变参数模型估计方法研究

文章基于特征样本采样方法,通过对特征样本的重新组合,设计了一种新的变参数模型估计方法,实现经济社会问题中小样本情况下的变参数估计。该方法根据采样顺序将特征样本重组为时间序列各期的样本,通过分期回归实现各期的变参数估计,并对估计结果进行显著性和拟合度检验。该方法简便易行,且符合贝叶斯原理和蒙特卡罗原理,为变参数模型的估计提供了一种新的思路。

磁流变阻尼器Bingham力学模型改进及参数辨识

磁流变阻尼器不仅具有阻尼快速响应、良好的温度稳定性、内部结构简单等优势,而且可以通过调节控制电流使阻尼器的出力值连续变化,实现阻尼力可控。由于磁流变阻尼器阻尼特性与内部磁流变液的磁流变效应有关,具体表现非常复杂,现有力学模型目精度不足,无法精确描述磁流变阻尼器的阻尼特性。在磁流变阻尼器力学性能测试基础上,应用分段拟合函数方法同时结合反正切函数模型改进模型,并辨识改进后力学模型中各参数。将改进后的Bingham模型与实际测试出力值进行对比,结果表明改进后的Bingham模型能够很好地解决Bingham力学模型在非线性滞回阶段出力值曲线与实际测试数据不符的问题,改进后模型总体出力值曲线与阻尼器实际出力值基本相同,模型精度大幅提升。此种改进方法为磁流变阻尼器建立高精度力学模型提供参考。

考虑参数频变特性的电力电缆改进贝杰龙模型

新型电力系统中电力电子设备、可再生能源机组和交直流电网间的相互作用会导致宽频谐振问题,而电力电缆作为新能源并网的关键环节,其不可忽略的分布电容会增加系统发生宽频谐振的风险。目前,对该问题的研究多使用时域仿真法、阻抗分析法等方法,但对电力电缆的建模多未考虑其分布参数特性及参数频变特性,由此会导致稳定性评估结果不准确及时域仿真效率降低、虚值振荡等问题。传统贝杰龙模型具有分布参数特性,但由于其未考虑参数频变特性,会造成高次谐波放大等问题。为确定适用于谐波频段内的电力电缆建模方法,该文根据电缆结构总结出简化的电力电缆谐波频段电气参数计算方法;在此基础上,深入挖掘贝杰龙模型优势,根据相关谐波频率修正电缆电气参数来改进传统贝杰龙模型;最后对比电力电缆电气参数简化计算方法得出的结果与PSCAD/EMTDC中计算得出的结果,同时对提出的改进模型进行时域仿真测试,验证其正确性和有效性。

基于变参数模型的箱涵结构地震反应研究

针对水利工程交通桥箱涵结构的抗震性能分析问题,选取淠河西岸水系综合治理(二期)工程(第2批)施工3标中的箱涵为研究对象,对其交通桥箱涵结构进行分析,构建有限元模型,设置变参数模型,分析细部结构对箱涵结构地震反应的影响。结果显示,加密顶板配筋以及合理设置腋角尺寸增加区间,可促进箱涵结构获得更大的单调加载受力,改善其抗震性能。当水平位移为8.79mm时,试验体2的水平荷载为108.78kN,比变参数模型3大8.57 kN。研究结果可为箱涵结构抗震设计优化提供参考与借鉴。

体制转型时期中国的货币政策乘数与M_2/GDP关系——基于变参数IS-LM模型分析

改革开放以来中国的M2/GDP不断攀升,并超过了世界绝大多数国家。本文尝试用货币政策乘数效应对这一现象做出解释①,本文运用状态空间模型建立了变参数IS-LM模型来估计中国的动态货币政策乘数,并证明了中国货币政策乘数效应的不断下降是导致M2/GDP不断攀升的原因。本文进一步分析了货币政策乘数下降的原因,发现边际消费倾向下降、边际进口倾向上升、税率的提高使经济体中的漏出倾向增加,货币交易需求对收入的敏感度增加、货币投机需求对利率的敏感度增加共同作用使我国的货币政策乘数呈下降趋势。研究结论说明中国M2/GDP居于高位,并不是中国金融深化或金融体系发展成熟的结果,而是由于中国在计划经济向市场经济体制转型过程中,受体制因素的影响,通过货币政策乘数的各项参数传导,引起货币政策乘数效应下降所致。

大温压域钻井液流变参数预测模型

钻井液流变参数的精准预测对于高温高压井水力参数及井筒压力精确计算、保证钻井安全具有重要意义。基于构建的钻井液流变性实验数据库,对不同钻井液体系大温压范围内九种流变模式进行了适用性评价,其中油基钻井液体系优选了赫巴流变模式(中低温低压)和四参数流变模式(高温高压),水基钻井液体系在大温压范围内优选了双曲流变模式。优选的流变模式是高温高压井井筒压力准确预测的基础。基于实验数据开发与多元非线性拟合,提出了一种新的适用于大温压范围下不同钻井液体系、不同流变模式的流变参数预测模型,并对某高温高压井井筒压力进行了计算验证。计算结果表明:以双曲模式流变参数模型为基础计算的井底压力误差为1.31%,可以满足深层、超深层高温高压井井筒压力精确计算要求。

半参数空间变系数回归模型的两步估计方法

文章首先介绍了部分回归模型、空间变系数模型及估计方法等相关理论知识。通过对以前所研究的半参数模型,将单个自变量非线性函数与空间变系数模型进行有效组合,提出了半参数空间变系数回归模型两步估计方法,并从试验设计、模拟试验结果分析两个方面入手,对该估计方法运用效果进行模拟,结果具有较高的可靠性和稳定性,实现了对常值系数的有效计算和估计,为相关人员提供有效的借鉴和参考。

基于黏弹性Chapman-Kelvin模型的裂缝储层频变AVAZ反演研究

为了在地震资料和裂缝储层特征之间建立联系,对裂缝储层采用了等效介质模型.而传统的等效介质模型未充分考虑非完全弹性介质理论和基于频变各向异性理论的双相或多相流体假设,也不能对实际裂缝储层中的地震波频散和衰减现象提供准确合理的解释,并且储层参数的反演研究对裂缝储层的定性预测和定量描述举足轻重.为此,本文首先根据所提出的黏弹性Chapman-Kelvin动态等效介质模型,该模型考虑了耦合的双相流体假设、黏弹性理论、喷射流以及斑块效应,并在此基础上分析了裂缝储层参数(主要为裂缝密度、裂缝长度、孔隙度和含水饱和度)对地震波频变特征的影响.然后基于黏弹性Chapman-Kelvin模型与Schoenberg和Protazio概括的Zoeppritz方程所计算出的频变反射系数,分析了反射PP波和PS波的频变AVAZ(Amplitude Versus Angle and Azimuth)特性和PP波频变反射系数与裂缝储层参数的关系.同时考虑到发生地震频散时,反射系数和频率产生关系,构建了在角度、方位和时间域内的新型正演方程.最后,基于PP波频变反射系数对裂缝密度、裂缝长度、孔隙度和含水饱和度的变化有较好的敏感性特点,进行了两种反演方法研究:其一是基于贝叶斯理论直接反演方法,其中以对数绝对范数作为似然函数和高斯分布,即L2范数度量作为先验约束;其二是基于频变反射系数的MCMC(Markov Chain Monte Carlo)随机反演方法.通过频变AVAZ进行裂缝储层参数的反演研究,结果表明,MCMC随机反演方法在缺失先验的储层参数信息时,反演结果的不确定性较强.当存在有效且足够的先验信息时,反演结果的可靠性进一步提升.而基于贝叶斯理论直接反演方法,则显示出基于频变AVAZ来区别大尺度裂缝和微尺度裂隙的潜力.

SWAT模型时变和不变参数法模拟的土地利用变化径流效应比较

基于SWAT模型的时变参数和不变参数法可以用来模拟土地利用变化引起的径流效应。这两种方法评估环境水文效应的差异性仍缺乏定量分析。本文以东南沿海山美水库流域为例,在参数敏感性分析基础上,采用自动率定方法,分别构建1995年、2015年土地利用的SWAT模型,并运用时变参数和不变参数法对土地利用变化径流效应进行模拟。结果表明:(1)两期土地利用模型率定的参数集都能很好地模拟流域年、月和日尺度径流过程;纳什效率系数分别大于0.83、0.90和0.66。(2)土地利用变化基本不影响径流模拟参数的敏感性,但对参数取值影响较大;参数取值变化与土地利用变化方式密切相关。(3)与时变参数法相比,不变参数法低估了土地利用变化对年、丰水径流的影响,高估了对枯水径流的影响,时变参数法模拟结果更为合理。如时变参数法模拟的年径流平均增加1.22%,不变参数法为0.23%;时变参数法年最小1 d径流平均减小2.72%,不变参数法为5.07%。研究成果改进了SWAT模型的时变参数法,进一步完善了应用SWAT模型评估土地利用变化对径流影响的模拟方法,可为流域水资源管理提供依据。

基于无模型自适应算法的磁流变液水分控制

磁流变抛光是一种去除效率稳定、无亚表面损伤的超精密加工工艺,然而,在抛光过程中,磁流变液的水分损失会改变抛光工具的特性,从而影响去除函数的稳定性。现有的水分控制策略受到磁流变液循环系统大时延、时变扰动的影响,导致水分含量存在周期性波动,使去除函数发生周期时变,进而影响加工质量与精度。本研究建立了磁流变液循环系统的传递函数模型,开展了系统特性分析,并据此设计了基于全格式动态线性化的无模型自适应控制算法,该算法能够实现非线性系统的参数自适应控制,有效抑制因时变扰动和时延引起的水分波动,为抛光过程中水分含量的稳定控制提供了一种简单有效、适用性强的控制策略。实验结果显示,采用FFDL-MFAC控制算法时,磁流变液水分波动的峰谷值(Peak-valley Value,PV)仅为0.06%,相较于使用PID减少了40%,误差绝对值的积分(Integral value of Absolute Er‐ror,IAE)减少了58.1%。有效提升了抛光过程中磁流变液水分含量的稳定性。

磁流变阻尼假肢膝关节的参数设计与特性研究

设计了一种基于磁流变阻尼器的假肢膝关节,利用拉格朗日理论建立假磁流变阻尼肢膝关节的动力学模型。对设计的磁流变阻尼假肢膝关节进行参数化设计,采用ADAMS仿真软件对参数化后的假肢进行仿真,分析了不同路面条件下假肢的驱动力矩和磁流变阻尼器的阻尼力。结果显示:在摆动期,磁流变阻尼假肢的驱动力矩发生了显著的变化,需要较大的驱动力矩。在摆动阶段,磁流变阻尼器的阻尼力较大,相对于平地行走和上楼梯而言,磁流变阻尼器输出的阻尼力在下楼梯时更大。因此,基于磁流变阻尼器的假肢膝关节为后续研究奠定了一定的理论基础,通过一系列的参数化设计,使得磁流变阻尼假肢膝关节满足性能要求。

适用于多工作模式Buck-Boost变换器的线性变参数模型与宽运行范围控制

为实现宽范围电压调节,多模式Buck-Boost变换器(multimode Buck-Boost converter,MBBC)能够灵活工作在Buck、Boost与Transition模式,具有升/降压转换能力。然而在多模式变换器建模与控制设计时,传统小信号建模方法将不可避免带来动态响应变差以及潜在失稳问题。为此,该文提出一种面向多模式变换器的线性变参数建模与控制设计方法。基于线性变参数系统模型,能够分析不同Transition模式对变换器动态特性影响,从而构建出一种具备最优开环动态特性的Transition模式。基于闭环控制设计方法,能够保证MBBC多种工作模式的鲁棒稳定性、恢复时间与衰减比等时域指标。通过与传统小信号模型设计实验对比,验证所提多模式变换器控制设计方法有效性。通过与现有Transition模式对比实验,验证所提IBB Transition模式最优暂态性能。

线性变参数系统抗扰动鲁棒模型预测控制

持续有界扰动影响线性变参数系统的稳定性控制,采用基于多面体集的线性变参数系统抗扰动鲁棒模型预测控制算法可扩大系统的控制可行域,实现系统的稳定控制,并减少在线运算量。考虑系统扰动影响和参数不确定性,离线算法得到一系列不变多面体集和对应的控制律。在线算法根据受扰动状态变量在多面体不变集中的位置,在相应离线控制律的凸包内优化出的实际控制律,得到系统的控制输入量。给出算法的详细实施步骤和算法稳定性的证明。通过仿真对比验证算法的有效性,所提出的算法可以实现有界干扰的线性变参数系统控制的快速性和稳定性。

改进西原模型的三维蠕变本构方程及其参数辨识

传统西原模型由虎克体、黏弹性体以及黏塑性体串并联组合而成,难以描述岩石非线性加速蠕变阶段的流变特性。通过在西原模型上串联一个带应变触发的非线性黏壶,提出改进的西原模型,推导岩石在恒应力情况下的三维蠕变本构方程,并采用该流变模型对三峡库区万州红层砂岩流变试验全过程曲线进行辨识,获得模型各参数值。与试验结果的对比分析表明,改进的西原模型不仅可以充分反映岩石初期蠕变、稳定蠕变阶段的流变特性,还可以很好地描述岩石加速蠕变阶段的蠕变规律,明显优于传统的西原模型。加速蠕变是滑坡临滑预报的关键阶段,该模型对加速蠕变阶段的成功描述,对滑坡临滑预报具有一定的指导意义。

基于改进变权模型的煤层底板突水危险性评价

在目前煤层底板突水评价模型中,变权模型解决了常权模型中权重不变所导致的主控因素指标值被其他指标中和的问题,凸显了主控因素指标值突变的控制作用特征。但变权模型中状态变权函数区间划分不符合正态分布规律,同时,调权参数的确定过于繁琐。针对此,对现有变权模型进行改进,首先将状态变权函数区间由四段式,调整为符合正态分布的三段式,即惩罚区间、不惩罚不激励区间、激励区间。其次,通过分析主控因素指标值归一化累积频率确定变权区间阈值,并分别选取累积频率界限值25%、75%对应值作为各区间的阈值dj1、dj2。最后,通过对调权参数赋初值、微调整,确定最终调权参数,从而构建煤层底板突水的变权评价模型。以三交煤矿5号煤层为例,应用改进的分区变权评价模型对目标煤层底板突水脆弱性进行评价,并与常权评价模型评价结果进行对比分析,发现突水危险区整体分布趋势一致,但局部断层突变处存在明显差异,表明变权模型有效凸显了断层对突水的控制作用,较好地刻画区域底板突水情况,较符合实际。

统一流变力学模型参数的确定方法

统一流变力学模型同时包含黏弹性、黏塑性、黏性、黏弹塑性4种基本流变力学性态,根据岩石在不同应力水平下的加卸载蠕变试验曲线特性,可以全面地对统一流变力学模型及其14个特殊情况下的模型进行辨识。以采用统一流变力学模型对流变模型进行辨识的方法为基础,对流变力学模型参数的确定方法进行研究。先介绍黏弹性、黏塑性、黏性、黏弹塑性这4个基本流变力学模型模型参数的确定方法。然后,将蠕变试验数据中的蠕变应变量分离成衰减蠕变应变分量(其蠕变曲线函数可表示为指数函数)和定常蠕变应变分量(其蠕变曲线形函数可表示为与时间成比例的线性函数)2部分。并分别介绍衰减蠕变应变分量中同时含有黏弹性和黏弹塑性2种应变,以及定常蠕变应变分量中同时含有黏性和黏塑性2种应变这2种情况的流变力学模型参数确定方法。最后,通过锡矿山页岩和东乡铜矿红砂岩2种岩石在不同应力水平下加卸载蠕变试验结果,给出2个流变模型参数确定的实例。

油基钻井液高温高压流变参数预测模型

在高温高压深井中,钻井液流变性受温度和压力的影响较大。研究油基钻井液的高温高压流变特性,建立宾汉流体的流变参数预测模型,对于现场及时调整钻井液性能、精确计算环空压降、实现高温高压井当量循环密度的精确预测及合理控制井底压力具有重要意义。对具有典型配方的油基钻井液在高温高压下的流变特性进行了研究,通过对实验数据进行多元非线性回归分析,建立了预测高温高压条件下油基钻井液表观黏度、塑性黏度和动切力的数学模型。由模型得到的预测值与实测值具有较好的吻合性,相关系数均在0.98以上。该模型可用于深部井段流变参数的预测和现场水力参数的精确计算。

变径变螺距螺旋轴参数化模型及性能仿真

在保证料流均匀的条件下,建立变径变螺距螺旋轴参数化设计的计算模型,给出螺旋轴参数化设计的工程应用实例。然后根据基于面积平均加权函数的混合理论,建立在所设计螺旋轴驱动下物料流动的三维分析模型,通过数值模拟与分析,研究螺旋轴工作转速、螺径/螺距比对物料三维流动和混合均化效果的影响,探讨螺旋轴工作转速与物料输送性能之间的关系,得到螺旋轴流场的面积平均加权函数的分布云图及相应的结论,为变径变螺距螺旋轴的结构设计提供了理论依据。另外利用本研究内容所生产的变径变螺距螺旋轴已在企业中得到应用。

变参数蠕变损伤本构模型及其工程应用

考虑岩体的流变损伤劣化效应,建立一个变参数的蠕变损伤本构模型,该模型将岩体流变力学参数看作是非定常的,认为岩体流变参数随时间逐渐弱化,从而直观反映材料的损伤劣化过程。推导该蠕变损伤本构模型的三维差分表达式,并通过C++与FISH编程对有限差分软件FLAC3D进行二次开发,实现本构模型的程序化。将该模型应用于大岗山水电站坝基边坡工程,基于现场压缩蠕变试验,反演坝区岩体的蠕变损伤参数,通过坝区边坡开挖三维蠕变损伤稳定性计算,获得对边坡开挖设计和施工具有指导意义的建议和结论。

基于西原模型的变参数蠕变方程

岩石材料的蠕变具有明显的非线性特征,在蠕变模型中考虑蠕变参数随应力、时间等因素而变化是解决非线性蠕变问题的方法之一。试验已经证实,应力、时间及渗流等外部条件会引起岩石某些力学参数的改变,因此,将蠕变参数视为变量符合岩石材料的本质属性。以西原蠕变模型为基础,研究了各蠕变参数与应力及时间的关系。根据试验结果,通过非线性最小二乘法从蠕变试验数据中求出不同应力作用下不同时刻的各个蠕变参数,再根据参数随应力、时间的分布规律经非线性拟合得到各蠕变参数与应力及时间的表达式,进而可得到变参数的蠕变方程。蠕变参数的变化是岩石非线性特征的充分体现,从损伤力学的角度来讲,蠕变参数的变化反映了岩石内部损伤不断加剧、累积,材料特性不断劣化的演变过程。