联合战斗的复杂网络多Agent建模与仿真研究

当前军队正处于从机械化向信息化转型的关键时期,部队的基本作战模式相应地由合同战斗向联合战斗转变,科学地把握联合战斗的特点和规律,是军队履行好新世纪新阶段历史使命的必要前提。面向未来从信息化作战要求,运用复杂网络理论,构建了联合战斗的复杂网络多Agent模型体系,分析了作战单元关系网络的形成机制,建立了联合战斗系统的Agent模型,并给出了Agent的决策函数和火力损耗分形算法,建立了联合战斗多Agent仿真平台,为联合战斗问题研究开拓了新的途径。

光热驱动的膜分离生物甲烷制氢过程建模与仿真分析

光热驱动的甲烷重整制氢技术,是将太阳能转化为燃料的主要技术路径之一。引入聚光集热技术,可实现太阳能的全光谱利用,有效提高太阳能到燃料化学能的转化效率,同时显著降低系统能耗及碳排放。将多孔碳化硅吸热体和La_(1-x)Sr_(x)Co_(1-y)Fe_(y)O_(3-δ)钙钛矿透氧膜结合,提出一种光热驱动的膜反应制氢的设计思路,实现了连续、高效的制氢过程。完成了该反应过程的概念设计,建立考虑辐射-传热-膜分离-反应的数值模型并进行仿真模拟;重点评估了膜表面的温度均匀性,并分析温度对膜内反应及出口产物的影响规律。结果表明,该模型可以有效精准描述概念设计过程。研究成果可为光热驱动的高温膜反应器设计和放大提供理论依据以及初步设计方法。

射频异构集成微系统多层级协同仿真建模与PDK技术综述

作为后摩尔技术的可选路径之一,基于异构集成工艺实现的集成微系统具有高集成度、低成本、高性能等优点,引起学术界和工业界的广泛关注。异构集成微系统设计是以系统为中心的多层级协同设计,对传统以晶体管为中心的设计方法和设计流程带来新的挑战,同时对设计环境的开发带来新的要求。本文对射频集成微系统设计中所需的基础器件/结构建模方法、多工艺混合工艺设计套件(Process Design Kit,PDK)技术、以及电路-模块-系统多层级协同仿真等技术最新进展进行综述。

质子交换膜燃料电池热管理系统建模及故障仿真

文章以质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)系统为研究对象,分析系统中各组成部件的工作机理,在MATLAB/Simulink软件中搭建了燃料电池电堆电压、阴极、质子交换膜、阳极以及温度的数学机理模型,同时使用Simulink/Simscape物理建模平台搭建热管理系统的物理模型,将两种模型集成为完整的PEMFC系统仿真模型。在所搭建的热管理系统模型中注入典型故障:散热器风扇故障和冷却液流量不足故障,对各故障模式下的燃料电池性能进行了分析。仿真结果表明:PEMFC系统模型结果与试验结果基本一致,验证了模型的合理性;通过对热管理系统故障进行仿真,可以清楚地了解故障发生的机理,为其故障诊断提供了参考依据。

晶闸管强迫换流虚拟仿真实验建模与分析

针对120°导电型逆变器中晶闸管的强迫换流过程复杂,传统硬件实验无法完成测试的现状,研究了晶闸管强迫换流虚拟仿真实验的建模方法。该方法利用Simulink工具箱搭建晶闸管三相桥式串联二极管式电流型逆变器实验模型,仿真分析了交流电动机反电动势和漏阻抗对换流过程产生的影响、换流二极管的临界导通条件和换流电容的充放电过程,测试了反电动势负载条件下三相全桥电流型逆变器的谐波影响。仿真结果表明,该模型能够直观和真实地反映逆变器中晶闸管的强迫换流过程,提供了有效的虚拟仿真实验教学资源。

数模—动模混合仿真系统的接口建模与稳定性分析

为满足现代电力系统实时仿真的发展需求,数模-动模混合仿真系统结合实时数字仿真和物理动态模拟仿真的优点,成为现代电力系统研究的重要仿真方法。接口系统是混合仿真系统设计中的核心与难点。为了深入分析混合仿真系统的稳定性,对接口系统各个组成环节进行建模得到系统开环传递函数,分别根据劳斯判据和奈奎斯特判据研究开环传递函数中不同参数对系统稳定性的影响。理论推导表明接口系统中滤波器截止频率、接口延时和阻抗模拟比对系统的稳定性影响较大,并通过所搭建的混合仿真系统进行实验,实验结果表明不同参数对系统的稳定性影响与理论推导一致。

适应并离网模式切换的DFIG电磁暂态仿真建模

目前,常用的商业仿真软件中的双馈式感应发电机(double-fed Induction Generator,DFIG)模型通常不支持离网运行模式,难以实现风力发电系统由离网到并网的全过程电磁暂态仿真,对电力系统仿真分析工作带来极大不便。研究适应并离网模式切换的DFIG电磁暂态仿真建模方法。基于模块化思想分别对风力机、异步电机、变流器以及断路器进行建模,在系统组装形成DFIG风力发电系统电磁暂态仿真模型。提出了适应并离网模式切换的DFIG受控源等效电路模型和离散时间域实现方法,通过设计状态变量矩阵元素的截取和扩充算法实现了模型在并离网模式下的无缝衔接。在MATLAB/Simulink中搭建DFIG发电系统模型对所提方法和模型进行验证,仿真结果表明,所提建模方法能够很好地支持DFIG离网运行模式,实现DFIG由离网到并网的全过程电磁暂态仿真。

船用柴油机均值模型建模及仿真研究

柴油机模型的研究是探究柴油机性能、实现虚拟仿真的基础,可缩短仿真计算时间、有效节约柴油机开发成本。本文以RK270柴油机为研究对象,使用GT-POWER软件建立稳态性能仿真模型,在此基础上,采用仿真精度高、计算速度快的平均值法,以C++语言建立柴油机平均值模型,并归纳通用的平均值模型建模标定校核流程;提出二元响应拟合的方法,解决了涡轮增压器特性参数处理困难的问题,并借助数学工具,获得了压气机主要工作区域内拟合精度较高的模型。完成模型开发后,分析了8组工况下的仿真结果,通过误差分析,验证了模型的准确性,丰富完善了柴油机建模理论和方法,可应用于实时控制模型的动态仿真或者实现与船舶动力系统的交互。

基于可控移相器合环装置的配电网建模与仿真研究

随着产业升级和人民生活水平的不断提高,电力用户对供电可靠性要求越来越高,配电网合环不停电转供成为研究热点。但随着负荷的增加,电网在实际运行中较难满足合环条件,有必要研究新的合环控制装置技术。提出了一种基于可控移相器(Thyristor Controlled Phase Shifting Transformer,TCPST)的灵活控制装置,能满足合环线路两侧电压幅值、相位差较大时的合环转供需求。首先分析了可控移相器合环控制装置的拓扑的结构和工作原理。在此基础上,推导了幅相可控移相器的数学模型。最后基于10 kV配电网合环应用场景,在PSCAD环境中进行了仿真,验证了所提出的可控移相器合环控制装置的正确性和有效性。

基于虚拟现实的虚拟仿真建模及渲染技术

虚拟现实技术能够创造出逼真的虚拟环境,为能够更加快速地建立模型,该文结合相关工具和Unity3D平台开发仿真建模及渲染技术。通过工具收集真实地形的数据,然后进行相关的数据处理并生成数据集合。通过使用Unity3D中地形工具进行数据读取和快速制作三维场景模型,为提高模型的渲染逼真度使用高清渲染管线对场景模型进行光照等渲染处理。通过对该技术的研究,该技术能够使三维场景的逼真度提高及渲染程度非常好,模型细节也能观察,同时该技术也能被运用到毁伤评估仿真、虚拟训练等方面。

基于AMESim的新型变排量机油泵建模与仿真研究

以一种新型叶片柱塞复合形式的二级变量叶片泵为研究对象,其主要特点是将叶片顶端嵌入到定子中,转子、叶片、定子同时转动,减小了高速时的叶片冲击。推导叶片柱塞复合作用下泵的瞬时流量特性公式。基于AMESim仿真平台搭建比例电磁阀、瞬时流量、变量机构模型,并对二级变量叶片泵特性进行仿真,并通过台架试验进行相关验证。实验结果表明:该泵在中低速下压力-流量曲线吻合较好,说明流量和变排量建模准确;加减速曲线说明泵在比例阀不同占空比时,压力调节具有稳定性。

高比能二次锂电池电极材料的储能系统配电网运行建模与仿真研究

对于包含储能系统的配电网运行建模与仿真,传统方法由于缺少对储能系统变量增补约束,导致建模后储能系统的电热转换效率较低。为此,提出高比能二次锂电池电极材料的储能系统配电网运行建模与仿真研究。依据储能系统在配电网中的运行特性,建立储能系统等效电路,并以高比能二次锂电池电极材料的储能系统的经济性指标构建电网运行模型,同时对其加以变量增补约束,以动态描述配电网的运行过程。实例应用结果显示,所提方法能够有效提高储能系统的电热转换效率,建模结果更加可靠。

管道机器人取能模块建模与几何参数仿真分析

管道机器人在工作过程中,受到线缆长度或蓄电池容量的影响,工作时间会受到限制。为了使机器人在管道内能够持续地工作,设计了一款能在管道内部将流体动能转化为电能的取能模块。叶轮在取能模块中起到将流体动能转化为机械能的作用,是整个模块的核心部分。针对不同参数的叶轮进行建模,并对叶轮进行CFD仿真分析。进而能分析叶轮在管道内部的受力情况以及叶轮形状等参数对于管道内部流场的影响。根据受力情况可校核叶轮的强度,并根据管道内部流场的变化进行叶轮的选型。

高速短距离阻拦装置动力学建模与仿真分析

针对撞击安全性试验中橇车的高速短距离阻拦需求,提出一种基于非密封型阻尼缓冲水缸与高强度柔性阻拦索的新型高速阻拦装置。从该装置的构成与工作原理出发,考虑阻拦索的弹性变形与活塞的惯性效应,建立阻拦过程的动力学模型,获得橇车加速度、水缸压力、阻拦行程等关键动力学参数的变化特征,并与试验数据进行了对比验证,证明了所建立的动力学模型能够较为准确地反映阻拦装置的动力学特征。基于该动力学模型,分析阻拦索刚度、阻尼孔分布形式、阻尼孔面积、活塞质量等参数对阻拦性能的影响规律,结果表明:宜选用轻质高强的柔性绳索作为阻拦绳;选用大斜率双曲线型的节流孔分布方式,水缸的阻尼效果较好;节流孔面积、活塞面积在设计时应进行综合评估;在保证活塞结构强度的前提下,应尽量降低活塞的质量。

一种高磁洁净卫星磁性建模与仿真计算方法

卫星的磁洁净度是影响空间磁场测量精度的关键因素之一。为了在设计阶段预估“张衡一号”卫星的磁洁净度,文章提出一种基于单机多磁偶极子模型的卫星磁性建模与仿真计算方法:首先通过单机磁场测量数据构建单机多磁偶极子模型;然后根据单机的安装位置和方向组合成整星磁性模型;进而仿真计算卫星绝对磁场校准装置位置处的磁场。整星磁试验验证结果表明,该仿真方法可信有效,可应用于同类高磁洁净卫星的磁性建模与仿真计算。

海洋平台主机舱振动建模仿真分析及试验研究

为了优化结构整体减振性能,以某海洋平台主机舱为研究对象,利用典型运行工况下平台的振动试验实测数据对主机舱柴发机组引起的结构振动传递进行仿真分析,建立不同的主机舱振动计算模型,比较不同边界条件、不同隔振器刚度对计算结果的影响,提出适用于工程实用的较为精确的主机舱整体有限元仿真模型。通过计算推进器40%功率状态和航行状态2种典型运行工况下主机激励经由机脚、隔振器传递到平台基座的振动传递,并与实船测试结果进行比较,验证了有限元分析模型的合理性和精确性,计算结果可靠,具有较高的工程价值,为后续海洋平台主机舱隔振优化设计提供参考。

地铁车站步行障碍行人避让行为建模与进出站仿真

为向步行障碍人群提供更精细化的出行服务,本文研究步行障碍行人微观出行行为,解析不同个体属性行人间的冲突避让行为机理。从行人的生理差异角度出发,扩展传统元胞自动机模型场域,同时改进场强模型和模型更新规则,建立步行障碍行人运动及避让行为的元胞自动机模型。通过构建行人运动场地实验,提取普通行人和步行障碍行人轨迹,分析其运动速度、运动偏移角度和横向移动距离等冲突避让特征参数,标定元胞自动机模型中的相关参数。场地实验结果表明,步行障碍行人的运动能力较差,自由度较低,其在冲突避让过程中的偏移角度和偏移距离均明显小于普通行人,主要通过降低行走速度进行被动避让。仿真结果显示,行人速度及普通行人、轮椅行人和婴儿车行人的横向偏移距离与实测数据的误差分别为2.74%、3.35%、6.71%、6.16%。最后,基于改进模型对上海地铁迪士尼站站台层乘客出站场景进行仿真,进一步验证了模型的有效性,并提出无障碍电梯布设的优化方案。步行障碍行人仿真模型的有效建立,可为地铁无障碍电梯等无障碍设施的规划和设计提供理论支持。

基于Spline算法经编间隔织物的仿真建模

现阶段大多建模方法得到的模型保形性差,且缺少光照处理。文章提出一种基于Spline插值算法的建模方法,该方法保证曲线经过所有控制点,在三维空间上建立与实际织物基本相同的空间曲线,解决了以往所得模型保形性差的问题,并且通过VC++以及OpenGL开发工具,可以加上环境光照渲染、纹理处理等,使仿真模型更为写实,得到的仿真模型可以节省人力和物力及时间,能够在短时间内为设计人员提供更为准确的设计思路和方案。

仿真建模工具内存分配优化

在一体化仿真建模工具的性能优化时,内存分配优化方面提出内存池式分配方式,该分配方式特采用全局内存池基础实现并加上并行线程内存管理的方法来较好地匹配仿真工具的系统多临时对象和多动态分配内存的应用特点,性能测试表明,该内存池具有良好的空间特性和效率,比传统的操作系统直接分配内存节省约50.7%的分配时间。

适用于级联型电力电子拓扑电磁暂态仿真的N端口网络通用等效建模方法

级联型电力电子设备复杂的拓扑结构给电磁暂态仿真带来巨大的计算压力。常见的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的等效建模方法相对成熟。然而,近年来出现大量复杂的新型级联型拓扑,目前仍缺乏通用的等效建模方法。为此,该文提出一种适用于任意拓扑N端口子模块、以任意级联方式组成的电力电子设备通用等效建模方法,利用状态空间表达式的形式将原始电路经数值积分代换后的端口特性提取出来,再根据得到的状态空间表达式反向构造等效电路模型。算例分析表明,所提方法不仅能消去子模块内部节点、提升仿真效率,还可自定义子模块拓扑结构和级联方式,相比传统等效建模方法更加灵活、通用,已有的MMC等效建模方法可以视为本文所提通用方法的一种特例。