基于Bouc-Wen模型的非线性实时混合模拟稳定性分析

实时混合模拟(real-time hybrid simulation,RTHS)中不可避免的作动器响应延迟会影响试验系统稳定性。为研究同时含非线性构件和作动器时滞的复杂试验系统稳定性,文章采用分段线性方法将非线性模型近似简化为多个线性状态的叠加,基于T-S模糊模型理论建立试验系统运动方程,通过Lyapunov稳定理论分析其近似稳定性,获得线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)形式的稳定性判据。数值分析和试验结果验证在外荷载输入下,简化模型高度近似于原模型,表明该近似方法具有良好的计算精度。对于具有刚度软化特性的Bouc-Wen模型,最大刚度决定试验系统稳定性。当试验系统时滞小于临界时滞,处于渐近稳定状态时,结构的动力响应逐步收敛;而当试验系统时滞大于临界时滞处于失稳状态时,系统仍能通过材料屈服耗能保持能量平衡。而在线性系统中,能量则不断积累,导致试验系统响应无限增加,是线性与非线性试验系统的最大差异。

基于Bouc-Wen模型的肌腱-鞘结构非线性位置控制

针对肌腱-鞘结构在传递过程中存在严重摩擦、间隙滞后等非线性因素导致无法精准控制的问题,提出了一种基于BoucWen模型的非线性位置控制器。首先,根据Bouc-Wen模型对肌腱-鞘结构的迟滞进行建模;其次,在输出位置反馈的情况下,提出了一种迟滞观测器以补偿系统的非线性干扰;然后,根据迟滞观测器构建了非线性控制器以实现远端的精确位置控制。同时,还利用Lyapunov稳定性准则分析和证明了肌腱-鞘系统的稳定性和有界收敛性;此外,还考虑了远端外部干扰对系统输出的影响。最后,仿真结果表明所提控制器不仅可以显著改善肌腱-鞘结构的精确控制性能,还能有效抑制外部干扰对系统的影响。与常见的逆前馈控制相比,所提出的控制策略在正弦信号的跟踪误差方面表现出色,其峰值仅为0.011 rad,相较于常规情况下的0.251 rad,显著降低。

一种自复位摇摆墙的改进Bouc-Wen滞回模型

Bouc-Wen模型是一种可表征结构及构件刚度、强度退化等的多功能非线性光滑滞回模型,可广泛应用于各类结构滞回行为的描述。自复位摇摆墙(Self-centering rocking wall, SCRW)结构由于其优越的抗震和自复位性能,滞回曲线呈“旗帜型”。为了更好地表征这种“旗帜型”滞回特性,在Bouc-Wen模型的基础上,建立一种具有较高精度和较好实用性的改进Bouc-Wen滞回模型。改进的Bouc-Wen模型参数是决定结构滞回性能力学特征的关键。由于该模型参数众多且选择范围不明确,为适应该类模型参数高效识别的需求,通过在MATLAB/Simulink环境中搭建程序框图,实现了对该理论模型控制参数的定性及定量分析,并运用遗传算法对10个SCRW试验结果进行参数识别,对识别结果进行统计分析,建立各参数与滞回曲线关键点的关系式,基于统计结果给出了各参数的建议取值范围;最后,通过SCRW拟静力试验对改进的滞回模型和参数取值范围进行了验证。结果表明:这种单自由度改进的Bouc-Wen滞回模型能较好地反映SCRW在往复荷载作用下无残余变形和强度、刚度退化特点的“旗帜型”滞回特性。所提出的参数取值范围显著提升了改进Bouc-Wen模型的识别精度与效率,识别过程对类似模型的参数识别具有参考价值。

GIS支持下基于归一化信息量模型的地质灾害易发性评价

以沅陵县为研究区,对地质灾害的发育和分布特征进行定量化分析,基于控制因素与诱发因素,选取高程、坡向、坡度、剖面曲率、岩组、距断层的距离、距道路的距离、距河流的距离、年平均降雨量等9个因素作为评价指标,并利用线性函数转换的Min-Max归一化算法,将信息量模型(Information quantity model,I模型)得到的数据进行归一化处理;然后通过ROC曲线、灾积比对模型精度进行检验.结果表明:(1)信息量模型和归一化信息量模型的AUC值分别为0.730和0.784,归一化处理后的AUC值提高了5.4%;(2)极低易发区至极高易发区的面积分布差异显著,归一化处理后的模型在高易发和极高易发区面积上减少了428.51 km^(2).归一化处理后的信息量模型具有更高的精准度,研究成果将为该地区地质灾害防治工作提供一种有效的方法.

基于条件扩散模型的结直肠图像染色归一化

由于现有染色归一化方法无法准确提取结直肠病理图像的复杂结构特征,导致丢失部分结直肠病理图像的结构信息,无法生成高质量的染色归一化结直肠病理图像。为解决该问题,提出一种基于条件扩散模型的结直肠病理图像染色归一化方法,该方法包括条件扩散模型和图像特征重建。在条件扩散模型中,首先,使用马尔科夫链前向过程对结直肠病理原图像进行加噪声。然后,将噪声图像和条件图像输入到增强去噪网络中进行去噪,在这过程中利用增强激活模块,学习结直肠病理图像的深层特征,捕获更多的图像上下文信息。在编码器和解码器之间引入跳跃连接空间注意力模块,准确提取结直肠病理图像的位置空间信息。在图像特征重建中,设计金字塔特征提取模块,提取多尺度条件图像与生成图像的特征,并构建重建损失函数,优化整个网络的性能。实验结果表明,与现有方法相比,所提染色归一化方法在公共数据集GlaS和CRAG上的能生成质量更高的染色归一化结直肠病理图像。

基于归一化流概率模型的水电机组异常声音检测

为推进水电机组智能化运维的发展,提出了一种自注意多阶统计量池化(SAMOSP)归一化流条件概率模型(NFCPM)用于水电机组的无监督异常声音检测。文中首次提出了自注意多阶统计量池化模块。该模块首先用一维压缩卷积层和瓶颈压缩激励部分自注意到时间帧的权重向量。权重向量用来计算多阶统计池化向量。然后再分频段的自注意到多阶统计池化量的不同权重,并按其提取不同频段的重要统计量信息,从而得到时频图的自注意统计池化特征向量。接着用归一化流条件概率模型对从水轮机组正常音频信号中提取到的自注意统计池化特征向量进行正常数据的概率建模。不同时间段的测试样本在该正常数据概率模型中进行测试,并得到相应的分数。分数越低表示概率密度越低,则异常程度越大,从而实现水电机组音频信号的无监督异常检测。

压电执行器改进Bouc-Wen模型及其定位补偿控制研究

针对多数迟滞模型无法描述压电陶瓷执行器(piezoelectric actuator,PEA)的非对称、率相关迟滞非线性,提出一种改进Bouc-Wen(improved Bouc-Wen,IBW)模型并基于提出的IBW模型对其补偿控制进行试验研究。首先,基于传统Bouc-Wen(classical Bouc-Wen,CBW)迟滞模型引入两项非对称项并引入二阶IIR滤波器以精确描述压电陶瓷执行器的迟滞非线性,进一步分析了模型参数值与频率变化规律并修正率相关参数。然后,搭建基于NI CompactRIO测控系统压电陶瓷执行器精密定位试验平台,对提出的IBW模型进行了试验验证并基于IBW模型对其补偿控制进行了试验研究。试验结果表明:IBW模型性能显著优于传统Bouc-Wen模型和增强型Bouc-Wen(enhanced Bouc-Wen,EBW)模型,对于激励频率10~100 Hz多频正弦信号,IBW模型均方根误差相较于CBW模型和EBW模型分别下降了82.07%和62.10%,试验中压电陶瓷执行器实测最大输出位移6.15μm,基于IBW模型所提出复合补偿控制均方根误差为0.039μm,仅为最大输出位移的0.64%,最大跟踪误差仅为0.153μm。若忽略测量噪声,定位误差接近于零,说明所提出的IBW模型及其补偿控制算法有助于实现压电陶瓷执行器的高速、宽频超精密定位及主动振动控制。

球型钢丝绳隔振器非对称迟滞模型

针对球型钢丝绳隔振器的非线性刚度和阻尼特性导致迟滞模型表征困难的问题,提出了非线性弹性因子和修正因子改进的归一化Bouc-Wen迟滞模型,结合Simulink仿真完善改进的迟滞模型,采用最小二乘法和遗传算法相结合的方法对改进模型进行参数识别。通过数值仿真绘制GGQ25-62L型球型钢丝绳隔振器在不同工况的迟滞环,并和实验数据进行对比。结果表明,参数识别方法准确可靠,实验数据和理论计算曲线具有较强的一致性,该模型能够有效地描述隔振器的动态特性。

高竖向承载力MRE支座的试验和力学模型研究

磁流变弹性体(magneto-rheological elastomer,MRE)隔震支座竖向承载力低,竖向荷载对支座力学性能影响显著,限制了MRE支座的工程应用。通过增设竖向连杆承担竖向荷载,永磁铁提供恒定磁场,研发了MRE片与钢板交替叠合、剪切刚度双向可调的隔震支座。采用有限元方法分析了MRE片厚度、永磁铁厚度和永磁铁放置位置等对支座磁路的影响,设计制作了芯体直径为60 mm,由26片MRE和25片钢板组成的MRE叠层隔震支座。开展了不同频率、振幅、电流大小和配重下支座力学性能试验,基于试验结果,采用粒子群算法对支座的Bouc-Wen模型进行参数识别,建立了支座的Bouc-Wen模型。结果表明,所设计的MRE支座竖向承载力高,力学性能稳定,Bouc-Wen模型可以准确地描述支座的滞回特性,拟合数据与试验结果吻合较好。

基于归一化频响函数曲率的随机模型修正

为提高随机模型修正的计算效率以及待修正参数均值和标准差的修正精度,提出了一种将Kriging模型和归一化频响函数曲率相结合的随机模型修正方法。首先,构造Kriging模型,将待修正参数作为Kriging模型输入,对应的归一化频响函数曲率作为Kriging模型输出;然后,采用麻雀算法以Kriging模型预测响应与实验响应之差的绝对值之和作为目标函数修正参数均值,以互信息作为目标函数修正参数标准差;最后,通过三维桁架验证了所提方法的有效性。结果表明,所提方法修正后的参数均值误差均低于0.2%,标准差误差均低于2.5%。

红层泥岩填料物化特性试验与归一化模型

红层泥岩填料易软化崩解、强度低、蠕变特性显著且具有膨胀性,诱发了大量工程地质灾害,准确掌握红层泥岩物化特性及力学行为对揭示灾害诱因至关重要.以兰州红层泥岩填料为研究对象,采用室内土工试验、扫描电镜、X射线分析及三轴剪切试验,先测试红层泥岩填料的物理力学指标,再分析红层泥岩矿物成分及微观结构机理,最后基于Duncan-Chang模型探究符合红层泥岩填料最佳归一化因子并验证归一化模型.结论表明:兰州红层泥岩填料为肉眼可分辨的红色沉积岩,属于CL,有明显的压缩回弹特性,矿物成分含有大量的亲水性物质,微观结构为层状和层-链状的面-面接触或点-面接触结构.红层泥岩应力-应变曲线呈三阶段发展,随着围压增加应力-应变曲线由应变稳定型过渡为应变硬化型,当归一化因子选用(σ1-σ3)ult时,Duncan-Chang模型预测结果与试验结果吻合度较好,归一化效果最佳.

基于CLIP和双空间自适应归一化的图像翻译

现有的图像翻译方法大多依赖数据集域标签来完成翻译任务,这种依赖往往限制了它们的应用范围。针对完全无监督图像翻译任务的方法能够解决域标签的限制问题,但是普遍存在源域信息丢失的现象。为了解决上述2个问题,提出一种基于对比学习语言-图像预训练(CLIP)的无监督图像翻译模型。首先,引入CLIP相似性损失对图像的风格特征施加约束,以在不使用数据集域标签的情况下增强模型传递图像风格信息的能力和准确性;其次,对自适应实例归一化(AdaIN)进行改进,设计一个新的双空间自适应归一化(DSAdaIN)模块,在特征的风格化阶段添加网络的学习和自适应交互过程,以加强对内容源域信息的保留;最后,设计一个鉴别器对比损失来平衡对抗网络损失的训练和优化过程。在多个公开数据集上的实验结果表明,与Star GANv2、Style DIS等模型相比,该模型可在准确传递图像风格信息的同时保留一定的源域信息,且在定量评估指标FID分数和KID分数上分别提升了近3.35和0.57×102,实现了较好的图像翻译性能。

矩形超高层建筑归一化横风向脉动风荷载谱模型

为研究超高层建筑横风向脉动风荷载谱特性,在B、D两类紊流风场中开展了不同长宽比矩形刚性模型测压试验。结果表明:横风向脉动风荷载特性主要受紊流风场、气动外形和旋涡脱落等因素影响,矩形柱截面的长宽比变化将影响功率谱幅值及能量分布。当矩形柱截面长宽比小于3时,横风向脉动风荷载谱特性主要受旋涡脱落控制,但当长宽比超过3后,矩形柱侧面分离再附流动的影响逐渐加强,具体表现在:功率谱峰值减小、带宽增大及高频区出现较小谱峰。根据风洞试验结果和矩形柱横风向脉动风荷载谱特性,提出了归一化横风向脉动风荷载谱模型,该经验公式物理意义明确、形式简洁,有一定的工程参考意义。

基于归一化传播模型的地震科普市场化分析

我国目前地震科普产业市场化程度较低,缺乏顶层设计,科普产品产出及成果转化等问题亟待解决。通过调研,将地震科普产业问题进行分类研究,并对市场化及非市场化传播模型分类分析。在此研究基础上,建立地震科普工作传播要素表,搭建地震科普市场化传播模型,并进行实例认证,为实现地震科普市场化、地震科普产业化提供思路。

基于元学习的无数据模型压缩

针对现有深度学习无数据蒸馏框架下,数据合成效率低下以及蒸馏模型性能不足的问题,提出一种基于元学习的快速数据合成方法。通过批量标准化层的平均值和方差,及动量自适应调整,提取可重用特征,对特定任务执行少量更新,达到提高数据合成效率的目的;通过提出同异构教师鉴别器提取双采样知识,解决数据样本多样性与泛化性问题;改进传统知识蒸馏损失,采用学生自恢复蒸馏,通过一个生成块,提高模型性能。实验结果表明,提出方法优于现有无数据蒸馏方法。

乌海市四合木群落归一化植被指数时空演变及影响因素

为了解荒漠生态系统植被时空演变情况,明晰自然因素和社会因素对植被指数变化的影响,以乌海市四合木(Tetraena mongolica)群落为例,利用2003—2023年植被盖度实测数据和MODIS归一化植被指数数据集,采用地理加权回归模型、Slope趋势分析等方法,探究四合木群落归一化植被指数时空演变情况及其与影响因素的空间分异规律。结果表明:(1)2003—2023年,乌海市四合木群落归一化植被指数呈上升趋势,增长率为35.2%,空间分布呈现出“北部低,南部高”的格局,四合木群落稳定性整体较高,较低、中等波动变化区域较多。(2)归一化植被指数和各影响因素表现出明显的空间差异性,其中,降水量、土地利用类型以正相关为主,海拔、坡度、GDP以负相关为主。(3)各影响因素对归一化植被指数的影响程度差异明显,其中,归一化植被指数对降水非常敏感,对GDP最不敏感。

4种遥感数据时空融合模型生成高分辨率归一化植被指数的对比分析

【目的】针对时空融合方法在遥感植被状况调查及动态变化监测中的应用,比对时空自适应反射率融合模型(STARFM)、增强型时空自适应反射率融合模型(ESTARFM)、回归拟合空间滤波和残差补偿模型(Fit-FC)和规则集回归树融合模型(RPRTM)等4种时空融合模型对归一化植被指数(NDVI)的融合效果。【方法】以三江源地区2块具有差异性地表特征的区域为研究样地,采用上述4种时空融合方法,融合空间分辨率30 m的Landsat 8影像和250 m时间步长16 d的MODIS NDVI数据,生成步长为16 d的30 m空间分辨率的NDVI数据。基于Landsat NDVI影像通过定性的目视判别和定量的统计分析来评价不同融合模型结果的空间特征模拟效果,并以真实的MODIS NDVI时间动态为参考,分析了不同融合方法对地表植被动态特征的拟合效果。【结果】(1)关于空间特征的捕捉,在地表覆盖状况较复杂的区域,RPRTM融合效果最佳(R2=0.82);而对于输入影像差异较大的区域,ESTARFM融合效果最佳(R2=0.95)。(2)关于时间动态的捕捉,RPRTM针对不同的植被型均取得了最佳效果(R2为0.97~0.99)。(3)相对于模型输入数据的时空可比性,地表异质性对STARFM和ESTARFM融合效果的影响更大。【结论】4种时空融合模型能有效用于生成高时空分辨率的NDVI数据,不同模型其融合效果各有不同,RPRTM在复杂地表区域与模拟植被生长动态变化中均有较好表现。

基于随机森林模型的太原市夏季大气挥发性有机物分析

当前,挥发性有机物(VOCs)作为O_(3)的重要前体物得到广泛关注,但对于解耦气象因素的VOCs真实排放情况了解有限。在太原市夏季O_(3)污染时期进行VOCs样品采集,研究期间VOCs体积分数均值为30.6×10^(-9)±9.3×10^(-9),平均温度为26.7℃±3.3℃,光解速率(以NO_(2)代表,J_(NO_(2)))日峰值为9.2 s^(-1)±1.0×10^(-3)s^(-1)。为厘清人为排放和气象因素对VOCs的影响,使用基于机器学习的随机森林模型,量化去气象前后VOCs浓度变化。结果表明,气象归一化后TVOCs体积分数降幅为0.4%,表明太原市夏季不利的气象条件导致TVOCs浓度增加。

具有两阶段故障的流模型近似解分析

本文分析了具有两阶段故障策略的流模型近似解.系统首次遭遇故障时将进入部分故障期,期间缓冲器以较低服务速率继续提供服务.若在部分故障期内缓冲器再次遭遇故障,则完全停止工作.对于具有此策略的流模型,借助归一化技术(Uniformization Technique),通过递推得到了该流模型库存量尾分布的近似解,并给出了库存量的各阶矩.最后将该流模型应用于云计算服务中由硬件故障而导致的排队分析中,利用数值例子分析系统参数对整体系统性能指标的影响.

绿色空间暴露水平对公共健康的影响机制:一个有调节的中介模型

健康是全人类共同追求的目标,城市绿色空间在提高公共健康方面发挥着积极作用,探究二者间的作用机制是基础且紧要的议题。以全球18个城市为例,通过2017年卫星影像、统计年鉴和统计报告等获取城市植被覆盖指数、健康水平、空气质量、医疗资源和经济水平等数据,运用统计学方法分析城市绿色空间暴露对公共健康水平的影响和作用机制,最终构建出可调节的中介模型。结果表明:1)城市绿色空间暴露水平与公共健康水平之间存在显著相关性;2)臭氧是城市绿色空间与公共健康水平之间的主要中介变量;3)人均GDP是臭氧在城市绿色空间与公共健康水平之间中介作用中的调节变量,其强弱程度会影响公共健康。研究结果阐明了城市绿色空间影响公共健康的主要制约因素,以期为实现全民健康覆盖的城市人居环境建设提供服务。