基于Distance-2算法的并行Jacobian矩阵计算及其在耦合问题中的应用

并行Newton-Krylov方法是求解大规模多物理耦合问题的有效方法,如何高效自动计算Jacobian矩阵是一大难点。利用有限差分方法,可避免推导Jacobian矩阵的表达式,实现矩阵的自动计算。现有工作表明,在串行环境下利用矩阵的稀疏性和图着色算法,Jacobian矩阵的计算效率可提高至少1个量级。但在并行环境下,串行着色算法失效,需采用相应的并行着色算法。本研究将图论领域的Distance-2算法应用于Jacobian矩阵的并行着色。通过求解一个简化多物理耦合问题检验了该并行算法的正确性和计算效率。测试结果表明,该并行算法得到的Jacobian矩阵完全正确;着色数随着并行核数的增加略微有所增加,100个进程下并行效率为56%;基于该算法求解多物理耦合问题,其计算时间和Krylov迭代次数较JFNK减少了约1/2。

不平衡电压下基于Y源双级矩阵变换器的微分平滑控制策略

当电网电压产生不平衡工况时,电流电压会出现较大的波动,YSTSMC采用传统PI控制器难以调节电能质量。为了完善不平衡电网电压下Y源双级矩阵变换器(YSTSMC)的输入控制,提出了微分平滑控制(DFC)策略,并利用动态调制系数降低不平衡工况下有功功率所产生的高次谐波波动。仿真实验结果表明,基于DFC控制策略可以使系统的响应速度和输出电能质量得到提高。

Stewart并联机构运动Jacobian矩阵表达形式的多样性

现有文献中Jacobian矩阵存在多种表达形式,不利于指标值的统一评估和对比。为此,通过剖析Stewart并联机构运动Jacobian矩阵的机理,找到引起上述现象的根本原因,用欧拉角及其导数描述动平台的转动速度并运用位置方程求导法推导出第1类形式的Jacobian矩阵;用角速度矢量描述动平台的转动速度,并运用环路方程法推导出第2类形式的Jacobian矩阵;将动平台上与静坐标系原点重合的点选为线速度基点,并运用环路方程法推导出第3类形式的Jacobian矩阵。运用角速度加法公式和线速度基点法,构建不同形式Jacobian矩阵之间的映射;运用矩阵理论推导各Jacobian矩阵行列式之间的关联。通过数值算例验证上述结论的正确性,并绘制机构的奇异曲面。所得结论为并联机构的型综合、型优化提供了理论指导。

基于分数阶偏微分的数字图像滤波去噪仿真

受多种因素影响,数字图像会呈现出不同程度的噪声图斑,导致图像质量、清晰度降低,加大了图像分析、检测、分割等难度,为此,提出基于偏微分方程的图像自适应滤波去噪算法。区分图像噪声点和非噪声点,检测图像的边缘特征,提高算法对边缘的保留能力;构建分数阶偏微分方程模型,通过模型完成对图像的自适应滤波去噪处理。选取含有不同程度的噪声图像对所提方法展开实验测试,结果表明,所提方法可以有效去除图像中的冗余噪声,使图像整体质量得到大幅度提升。

利用带有改进算子矩阵的模块脉冲函数求非线性随机微分方程数值解

本文介绍基于改进算子矩阵的模块脉冲函数求解非线性随机微分方程的有效数值方法.利用模块脉冲函数的积分算子矩阵将非线性随机积分方程转化为代数方程.此外,我们进行了误差分析,并证明该方法收敛更快.最后,通过数值算例对该方法进行了验证.

不平衡电网下双dq坐标变换的M3C微分平坦控制策略

针对目前模块化多电平矩阵变换器(M3C)研究中常用的双αβ坐标变换解耦不彻底、传统PID控制方法效果差、不平衡工况研究少等问题,在分析拓扑结构和数学模型的基础上,采用双dq坐标变换对电气量进行解耦,建立了M3C的输入输出侧数学模型,分别对电压、电流进行正负序分离,并结合微分平坦理论,推导了输入侧、输出侧的微分平坦控制(DFC),最后模拟了两种不平衡工况下的运行情况。仿真结果表明,与线性PID控制相比,非线性的微分平坦控制提高了内环电流的跟踪速度和精度,更适用于非线性的M3C系统。在电网平衡或电网出现不对称故障时,微分平坦控制下M3C系统的动态稳定性与快速性更好,电能质量更高,电流谐波含量最多可以降低1.42%,能够更有效地抑制负序电流。

泰勒展开法求解Fredholm积分微分方程

提出一种求解Fredholm积分微分方程初值问题的泰勒展开法,并通过数值算例验证了该方法的有效性和实用性。该方法将积分微分方程转化为一个含未知系数的矩阵方程,具有计算简单、精度高等优点。

基于 Jacobian 矩阵的三维有限元网格质量优化

对Ｊａｃｏｂｉａｎ矩阵变换后得到一个新的目标函数，该目标函数有效地反映了有限元单元的拉压变形和剪切变形，且具有易于求导，便于采用优化算法求解等优点．该函数和单元的尺寸无关，并能适用于绝大多数类型的有限元网格（包括平面和三维网格）．利用该函数实现了对复杂形状的有限元网格的质量优化．

四元数矩阵微分及其在精确分布上的应用

讨论了四元数矩阵的外微分形式，得出四元数矩阵变换下Ｊａｃｏｂｉ行列式的一些结果，利用这些结果，简化了四元数Ｗｉｓｈａｒｔ分布的推导，并且在求得四元数Ｓｔｉｅｆｅｌ流形体积的基础上。

坐标系转换矩阵及其微分方程

在坐标单位矢量导数为非零条件下,通过建立飞行器的转换矩阵及其微分方程,将飞行器的动力学、运动学方程表达得更清晰、简洁。所得结论易于理解动静两种坐标系在时域内的联系,其数学表达式方便用MAT-LAB语言实现,有利于飞行器的建模与仿真。

基于交错网格Fourier伪谱微分矩阵算子的地震波场模拟GPU加速方案

作为高精度波形反演或逆时偏移的重要组成部分,地震波数值模拟对计算速度和效率提出了更高要求.GPU通用计算技术的产生及其内在数据并行性,为高效地震波数值模拟应用和研究得以有效开展奠定了基础.本文借助交错网格的Fourier伪谱微分矩阵算子和GPU上高效矩阵乘法,实现了复杂介质中地震波模拟的高效算法.数值试验表明,优化后的GPU计算相比CPU单核计算在大规模二维地震波场计算中获得至少100x以上的加速比.这对我们快速分析目标反射层在地震剖面中同相轴位置,制定优化采集方案具有重要意义.

基于Jacobian矩阵的6-6 Stewart平台结构校准

针对简化误差源模型 (含 42个误差量 ) ,建立了基于 Jacobian矩阵的 6 -6 Stewart平台误差模型 ,并依据该模型 ,提出了一种 6 -6 Stewart平台外部校准算法 ,仿真研究表明 ,该算法具有理论上的正确性和工程上的可行性。同时指出了该算法的关键是以系数矩阵

LQ控制区段混合能矩阵的微分方程及其应用

本文根据计算结构力学与线性二次控制的对应关系,提出了连续时间有限区段的混合能分块子矩阵Q_2,G_2及Φ_2,推导出适用于LQ控制非定常课题的二区段连接的凝聚消元公式及这些子矩阵的微分方程,可用级数展开求解这些方程。当△_t很小时,这些分块子矩阵的高次近似可以大大加速里卡提代数方程算法的收敛性。

Bernstein算子矩阵法求高阶弱奇异积分微分方程数值解

为了求高阶变系数且带有弱奇异积分核Volterra-Fredholm积分微分方程的数值解,提出了Bernstein算子矩阵法.利用Bernstein多项式的定义及其性质给出任意阶弱奇异积分的近似求积公式,同时也给出Bernstein多项式的微分算子矩阵.通过化简所求方程及离散化简后的方程,可将原问题转换为求代数方程组的解.最后,通过收敛性分析说明该方法是收敛的,并用数值算例验证了方法的有效性.

原子模型势理论中径向微分算符矩阵元的计算

本文推广［７，８］的工作，导出了多电子原子模型势理论中含径向微分算符的矩阵元通式，可直接用于以“速度”及“加速度”形式跃迁振子强度计算。

用微分矩阵法解非线性薛定谔方程的初步研究

介绍一种用数值方法解非线性偏微分方程的方法──微分矩阵法（ＤＭ），并将它与常用的分步 傅立叶交换方法（ＳＳＦＴ）比较．指出在二维情况下，ＳＳＦＴ优于ＤＭ法，但ＤＭ法在某些方面仍大有潜 力．

基于指数型广义反射矩阵的微分系统与周期解

为了解决具有指数型广义反射矩阵的线性微分系统的周期解与稳定性问题,提出通过线性微分系统的广义反射矩阵来寻找其Poincaré映射的方法,研究了具有指数型广义反射矩阵的线性微分系统.x=P(t)x的条件,给出此类线性微分系统的广义反射矩阵的形式和广义反射函数,从而得到该类微分系统的周期解和稳定性.该结果对研究其他微分系统的周期解与稳定性具有一定的参考价值和指导意义.

用无限阶矩阵求微分方程在奇点处的级数解

应用线性微分算子在幂基下的无限阶矩阵,研究线性微分方程在奇点处的级数解.得到一个计算无限阶矩阵属于零的特征向量的递推公式,进而用这些特征向量表示级数解.给出用有限阶矩阵判断奇点正则性的方法,并改进了Fuchs定理.

Legendre算子矩阵求解分数阶微分方程

本文考虑用勒让德(Legendre)算子矩阵求解分数阶微分方程的数值解。这种方法是取勒让德多项式的有限项,把勒让德多项式和算子矩阵结合起来,对给定的函数做了有效的离散,将分数阶微分方程转化为代数方程组,使得计算更简便,并给出数值算例验证了方法的有效性。

基于四次矩阵样条的矩阵微分方程近似解

矩阵微分方程经常出现在物理模型和工程技术模型中。文章给出了用四次矩阵样条构造形如Y′=A(x)Y+B(x),Y(0)=Y0,x∈[a,b],A(x)、B(x)∈C4[a,b]的一阶矩阵线性微分方程初值问题近似解的方法,研究了该方法的逼近误差并编制了实现该方法的一个算法,最后给出一些数值实例;比较结果表明,用四次矩阵样条所构造的近似解的逼近效果要比用三次矩阵样条所构造的近似解的逼近效果好。