针对多源不确定性变量的非概率可靠性灵敏度分析

采用多椭球模型描述结构多源不确定性,提出了一种非概率可靠性灵敏度分析方法。首先,将非概率可靠性指标作为多椭球模型非概率可靠性的度量标准,分别给出线性和非线性极限状态函数的非概率可靠性指标求解方法。其次,将非概率可靠性灵敏度定义为非概率可靠性指标对不确定变量均值、区间半径及相关系数的偏导数,提出一种非概率可靠性灵敏度分析的近似解析方法。再次,讨论了多椭球模型可靠性灵敏度分析方法较之于区间模型和椭球模型可靠性灵敏度分析方法的一般性和广泛适用性。最后通过3个算例验证本文所提方法的可行性和优越性。

多源不确定性下基于证据理论的可靠性分析方法

针对同时存在随机、模糊和区间三种输入变量时的可靠性分析问题,提出了一种基于证据理论的统一可靠性分析方法。利用信息熵转化法,将模糊变量的隶属度函数转化为等效随机变量的概率密度函数;基于随机变量的区间化方法,将每个变量离散成有限个小区间,根据变量的概率密度函数求解各小区间的基本概率分配;利用证据理论进行可靠性分析,最终获得可靠度R的置信度Bel(R)和似真度Pl(R)。通过两个工程算例证明了该方法的可行性和有效性。

基于广义灰色激励因子的多源不确定性指标动态综合评价模型研究

由于多数评价指标的数据来源多、存储方式不一、处理方法各异等,使得其具有多源不确定性(multisource uncertainty,MSU)特点,具体表现为指标评价值往往包括灰数、模糊数、区间值模糊数以及白数等。针对此类指标的评价问题,提出了新的基于广义灰色激励因子的多源不确定性指标(multi-source uncertain index,MSUI)动态综合评价模型,首先引入广义灰数的基本理念,将传统的灰色绝对关联模型扩展到评价指标为广义灰数的形式,由此得出各个时间段指标的广义灰色激励因子;然后根据指标信息不对称的特点,构建基于MSUI的广义灰色熵权模型,求解出各个指标的广义灰色熵权;接着在广义灰色激励因子与广义灰色熵权的基础上,建立基于广义灰色激励因子的MSUI动态综合评价模型;最后结合案例研究证明了模型的有效性与可行性。

火电机组负荷分配中多源不确定性因素影响分析

不确定性因素存在于火电机组负荷分配中,影响机组负荷分配、节能环保目标。本文综合考虑负荷预测不确定性、机组煤耗率不确定性与其CO2排放系数不确定性,分别构建火电机组一次能源消耗成本与CO2排放量最小目标下的火电机组负荷优化分配模型;以此为基础,引入析因分析方差分解方法,量化多源不确定性因素单独与交互作用下对节能、环保目标的影响程度。结果表明:负荷预测不确定性对火电机组节能、环保目标影响最为显著,相对影响程度分别为51.13%、62.70%;机组煤耗特性及其CO2排放系数影响次之,相对影响程度分别为47.58%、34.95%。此研究结果对不确定性条件下电力系统负荷分配具有借鉴价值。

结构多源不确定性反问题的流形学习求解方法

针对同时考虑测量不确定性和模型不确定性的工程反问题,提出了基于混合度量和流形学习的多源不确定性计算反求方法,高效地实现了未知结构参量的不确定性度量与识别。测量响应中的不确定性采用概率模型进行度量,建模参量的不确定性采用非概率多边凸集模型进行度量。通过建立模型参量与待反求参量累积分布函数之间的流形学习映射模型,实现了测量不确定性反问题与模型不确定性反问题的解耦,将复杂的多源不确定性反问题转化为少数测量不确定性反问题。在此转化过程中,流形学习方法将高维的累积分布函数曲线转化为低维流形空间中特征参数,通过模型参量与特征参数之间的映射模型,实现给定模型参量下相应的反求参量概率分布函数的快速预测。进一步利用衍生λ-PDF和降维积分方法,将测量不确定性反问题转化为少数确定性反问题进行求解,并利用P-box模型对反求参量的不确定性进行度量。本文提出的方法不仅能实现反求参量的高效识别,而且能准确地量化测量不确定性和模型不确定性对反求参量的综合影响。

多源不确定性条件下气动弹性系统颤振可靠性分析方法

传统的气动弹性系统颤振分析模型大多是在确定性参数条件下建立的,当系统中存在不确定因素时,按确定性方法设计的气动弹性系统存在颤振失效风险。以概率和非概率区间模型为基础,建立了单源不确定性条件下颤振可靠性分析模型;在此基础上,针对含随机和区间多源不确定参数的气动弹性系统颤振可靠性分析问题,提出一种基于分步求解策略的新型混合可靠性分析与度量法,获取多源不确定性条件下气动弹性系统的颤振可靠度,实现了对多源不确定性条件下颤振可靠性的有效评估。数值算例表明,该方法与蒙特卡洛模拟法相吻合,且具有显著的计算效率优势。

流域未来径流和蓄水量预测不确定性的量化评估

水文模拟精度优劣与参与水文过程的多源不确定性相关,且其累积效应将会造成预测不确定性进一步扩大。因此,以黄河源区为例,利用极大似然不确定性估计法(GLUE)识别新安江模型有效参数组,通过耦合CMIP5下4种气候模式、3种气候变化情景、8种有效参数组,揭示了各源不确定性对流域径流量和蓄水量预测的影响,并采用方差分析方法(ANOVA)量化分离了其对月尺度流域径流量和蓄水量预测不确定性的相对贡献。结果表明,利用统计降尺度模型(SDSM)获得的降水量、最低和最高气温数据可较好的应用于研究区,其相关系数R^(2)均大于0.70,且均方根误差R_(RMSE)小于30%;参数和GCMs不确定性对流域径流量的影响占主导地位,前者对流域蓄水量的相对贡献高达0.98,且多源不确定性之间交互作用对汛前和汛后的贡献大于非汛期。研究结果对于流域防洪减灾、降低水文模拟过程认知不确定性具有重要意义。

多源不确定性下平面变胞机构运动可靠性分析

变胞机构可根据环境和工况的变化及需求,进行重组和重构,在机器人领域得到广泛应用。变胞机构可变拓扑结构特性,使得分析多源不确定性下变胞机构全构态运动可靠性更为困难。以多源不确定性下平面五杆变胞机构为研究对象,提出一种适应交变温度工况的变胞机构全构态运动可靠性分析方法。建立温度载荷下连杆制造公差-热变形、关节配合公差-热变形的耦合模型,采用服从截断正态分布的随机参数和区间参数描述连杆尺寸、转动副和移动副间隙的不确定性,基于变胞特性建立变胞机构全构态运动误差传递模型,结合区间优化算法和蒙特卡洛算法建立多源不确定性下变胞机构全构态运动可靠性模型。基于提出的方法,分析了交变温度工况下变胞机构全构态运动可靠性分布规律,并分析了不同孔轴配合、连杆公差等级及其热膨胀系数对变胞机构全构态运动可靠性的影响规律。

点胶机器人撞针磨损建模与不确定性分析

点胶机器人利用压电堆叠驱动撞针上下往复高速运动产生压力差实现喷射点胶,从而达到半导体与电子器件表面封装的目的。囿于核心零部件撞针磨损畸变导致使役精度寿命降低是点胶机器人最主要的故障模式之一。撞针材料为粉末冶金工艺制备的硬质合金,存在空隙率、晶粒度等材料微观结构差异性;撞针磨损涉及材料微观结构差异性和撞针冲击频率、轴向行程等多源不确定性因素影响,物理建模困难;与此同时,现有磨损模型基于宏观冲击条件构建,鲜有考虑硬质合金撞针材料的非均质特性。综合考虑撞针材料微观结构差异性与使役条件不确定性,构建多因素耦合冲击微动磨损模型。利用二次衍生的λ-PDF方法对撞针涉及的磨损参量进行不确定性建模,利用降维积分方法对撞针磨损情况进行不确定性传播分析。结果表明,所建模型和所提方法可以很好反映撞针冲击微动磨损情况,为国产长寿命、高精度、高可靠性点胶机器人的保质设计提供新视角和新方法。

基于解耦双通道线性自抗扰控制的连续型机械臂轨迹跟踪策略

针对包含多源不确定性的连续型机械臂轨迹跟踪问题,提出基于解耦双通道的线性自抗扰控制策略以抑制不确定性对跟踪性能的不利影响.首先,引入虚拟控制量实现对MIMO系统的解耦,针对解耦率已知和未知两种情况,均设计双通道线性自抗扰控制器.利用线性扩张观测器对系统不确定性进行实时补偿,并给出观测器参数整定方法,进一步基于Lyapunov稳定性理论证明了其收敛性.设计仿真,综合考虑未知解耦率、未建模动态以及未知外部干扰等情况,结果验证了本文所提控制方法的有效性.进一步将其与计算力矩法相比较,结果表明LADRC能够处理更大范围不确定性,鲁棒性更强.基于解耦双通道线性自抗扰控制策略为连续型机械臂高精度轨迹跟踪提供了新思路.

基于盲数理论的电动轮自卸车A型架区间疲劳强度分析与优化

由于电动轮自卸车A型架制造工艺及使用环境的不确定性极易引起材料参数的改变,因此将A型架疲劳强度定义为一区间值。为避免电动轮自卸车A型架在满载下坡转弯制动工况下因区间疲劳强度不足造成疲劳失效,首先基于盲数理论分析了电动轮自卸车A型架区间疲劳强度,其区间值为142.32~256.86MPa。其次,充分考虑其设计、制造及使用过程中的不确定性因素,将设计阶段的A型架钢板结构尺寸、制造阶段的焊缝材料参数及使用阶段的关键铰接位置载荷作为随机变量,利用拉丁超立方法对其抽样,通过弹塑性有限元模拟获取周期载荷作用下的随机变量响应值,得到A型架区间应力值为95.01~153.50MPa。通过对比,A型架区间应力值与区间疲劳强度发生干涉。最后,基于响应面法对随机变量建立疲劳可靠性功能函数,利用遗传算法开展A型架区间疲劳强度优化设计。结果表明:优化后的A型架区间应力最大值为134.50MPa,小于区间疲劳强度最小值,从而保证了A型架的疲劳可靠性。

基于改进调节变量主成分权重的广义灰靶决策模型研究

在现实生活中,由于信息的不完全性和认知的不充分性,多数决策对象具有强烈的多源不确定性特点,存在多种不确定性因素共存的现象.针对目前灰靶决策模型未充分考虑决策对象多种不确定性因素共存的局限,以及确定决策指标权重时未深入探讨指标间相关性的问题,首先引入广义灰数的表征形式对指标属性值进行统一表征,并提出广义灰数的一致效果测度模型,然后根据传统主成分分析法确定权重时所存在的二次加权放大问题,揭示指标差异性与相关性对二次加权的影响,通过改进调节变量对原始主成分权重进行修正,接着将传统的灰靶决策模型扩展为广义灰数形式,构建基于加权欧式距离的广义灰靶靶心距模型,并据此建立基于改进调节变量主成分权重的广义灰靶决策模型.最后通过案例研究,验证本文模型的合理性和可行性.