一种提高稳定平台抗低频扰动能力的控制算法

为了进一步提高稳定平台的抗扰动能力,提出了一种跟踪滤波器和平方PI控制器结合的控制方法。首先,建立了稳定平台的数学模型;然后,设计了跟踪滤波器和平方PI反馈控制器;最后,对提出的跟踪滤波器和平方PI控制器结合产品实物进行了测试验证。结果表明,较传统的PI控制器,采用跟踪滤波和平方PI结合控制器,系统的低频扰动隔离度提升明显。该控制器已应用于某型稳定平台的研制,经过了充分验证,具有一定的工程应用价值。

GRAPES对流尺度集合预报模式中不同尺度初始扰动能量的演变特征

对流尺度数值预报对初始场的微小扰动非常敏感,且初始扰动的演变具有模式依赖、环流依赖和尺度依赖特征,如何构建合理的初始扰动场是国内外对流尺度集合预报领域尚未解决的难点问题和研究前沿。本文基于中国气象局3 km水平分辨率的GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System)对流尺度模式,利用其同化分析系统的背景误差和一个二维随机型,构建大、中、小三个尺度的初始扰动场,并选取中国夏季一次典型的多区域强降水天气个例,开展对流尺度集合预报试验,对比分析了大、中、小尺度初始扰动能量的时空演变和谱分解特征,以期为构建适用于GRAPES对流尺度集合预报的初始扰动场提供依据。研究结果表明,在GRAPES 3 km对流尺度模式中:(1)大、中、小尺度初始扰动总能量的增长过程具有明显差异。大尺度初始扰动总能量随着模式积分呈增长趋势,尤以对流层中高层的持续增长为甚;而中、小尺度初始扰动总能量随着模式积分以日变化为主,表现为下午至傍晚(夜晚至清晨),扰动总能量显著增加(减小),且扰动总能量小尺度分量的日变化占主导,这可能是由于太阳辐射引起地表加热,使得白天的对流活动比夜晚活跃,且对流直接影响了扰动总能量小尺度分量的变化。此外,大、中、小尺度初始扰动总能量增长均以扰动动能增长为主,扰动位能在对流层低层的增长不可忽略。(2)大、中、小尺度初始扰动总能量增长具有环流依赖特征。对北支气流控制的中高纬天气区,在斜压不稳定较强的低槽区,大尺度初始扰动总能量增长突出,而在槽后西北气流区,大、中、小尺度初始扰动总能量均不增长;对南北气流交汇区,仍以大尺度初始扰动总能量增长最为明显;对南海夏季风影响区,大、中、小尺度初始扰动总能量发展均较弱,扰动位能增长与区域降水大值率演变有较好的对应关系。(3)大、中、小尺度初始扰动总能量的谱分析结果显示,不同积分时段扰动总能量的多尺度串级特征有差异。积分前3 h主要为扰动总能量的大尺度分量向小尺度分量降尺度串级,积分6 h后则为中、小尺度分量的升尺度串级。上述研究结果表明,在天气系统复杂、动力不稳定时空分布不均匀的区域(如中国区域)发展对流尺度集合预报时,有必要针对不同的不稳定天气区,构建具有尺度依赖和环流依赖的初始扰动结构。

2008年低温雨雪天气扰动能量的积累和传播

利用NCEP/NCAR再分析资料,通过波包传播的诊断方法,对2008年1月我国南方地区大范围低温雨雪天气期间波包传播和积累进行了分析与研究。分析表明,中低层500hPa和700hPa高度场的波包传播特征能够较好地反映期间出现的4次低温雨雪天气过程。4次雨雪过程基本上产生于波包扰动能量积累的高值时段或处于低压系统持续稳定阶段,雨雪天气处于波包大值区控制下。波包值的经向和纬向传播特征表明2008年1月我国南方地区持续低温雨雪天气过程,主要受到青藏高原南缘系统异常活跃的影响,南支槽活动频繁有利于来自印度洋和孟加拉湾的暖湿气流沿云贵高原不断向我国输送,继而为我国长江中下游以及其南部地区低温雨雪天气提供了充足的水汽来源。偏北路径的冷空气,副高西南侧偏东气流的扰动能量的传播和积累,在波包传播图上都有一定的反映。该研究对进一步利用波包传播图预报天气过程提供了有意义的一种思路。

地质环境抗扰动能力的可拓学评价

根据地质环境抗扰动能力合理规划开采强度,是保证资源开发与环境保护协调发展的必要前提。煤矿区地质环境的抗扰动能力取决于构造介质、构造形态、构造界面、构造应力等构造环境要素,而且受地下水影响。由此建立的评价指标体系,即有定量体现的指标,又包含定性描述的指标。对地质环境的抗扰动能力进行分级评价,实质上是一个复杂的模糊模式识别问题。应用以物元理论和可拓集合论为核心的可拓学理论评价方法,将矛盾问题转化为相容问题,将定性指标进行量化处理,将定性结论进行量化表达,为准确地评价煤矿区地质环境的抗扰动能力探索出一条比较理想的路径。

金属矿山地质环境抗扰动能力评价——以鄂西高磷铁矿试验采场为例

在归纳矿山地质环境评价研究现状的基础上,界定了金属矿山地质环境抗扰动能力的内涵,构建了以采空区塌陷、崩塌—滑坡、岩溶塌陷为主要考察类型,包括点评价、面评价和区域评价的综合评价体系。结合鄂西高磷铁矿试验采场的地质环境条件和特征,依据所建立的评价体系选取了针对性的点评价指标体系,运用层次分析法对其地质环境抗扰动能力进行了实例研究。评价结果表明:鄂西高磷铁矿区试验采场地质环境抗扰动能力为"一般"。因此,需加强对开采扰动所带来矿山地质灾害的预测与防治。

南方地区连续暴雨过程扰动能量的积累和传播分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,通过波包传播的诊断方法,对2008年5月26日—6月18日我国南方地区连续暴雨过程期间波包传播和积累进行分析与研究。由中低层500 hPa和700 hPa高度场的波包分布特征分析可知,强降水过程产生期间,绝大部分发生强降水的地区均是波包大值区,扰动能量的积累和释放与降水过程的发展有一定对应关系。扰动能量的发展和积累与强辐合区内不稳定能量的输送也有较好的对应。波包值的经向和纬向传播特征表明,在强盛的西南季风背景下,这次南方地区连续暴雨过程的扰动能量主要来自孟加拉湾地区,在降水期间有源源不断的波包由该地区向降水区域传播;西太平洋副热带高压(简称西太副高)所处的高值区范围偏南,有利于副高北侧西南气流扰动能量的传播;高原地区的扰动能量对降水也有重要影响,南支锋区扰动异常活跃。中低层扰动能量的传播、积累及频散与降水的发生、维持及结束有着紧密的联系。

青藏高原大地形高度变化对东亚地区定常扰动能源转换的影响

利用CAM3(Community Atmosphere Model version 3)模式和ERA-Interim再分析数据研究了对流层中青藏高原大地形对东亚地区定常扰动能量源的影响。在冬季对流层中东亚地区的定常扰动的能量源地主要有两个,分别是高原北部的东亚地区和高原下游的西太平洋地区。高原高度增加时,对流层整层东亚地区斜压发展随高原高度增高而减弱,西太平洋地区斜压发展增强。定常扰动的正压发展与斜压发展的位置相似,但是明显的要比定常扰动的斜压发展弱。随着高原高度升高,在对流层中高原北部的东亚地区正压发展先减弱后增强,而在高原下游的西太平洋地区随高原高度增高正压发展一直增强。在冬季对流层中定常扰动的总能量发展与定常扰动的斜压发展一致,这样的发展趋势说明了冬季东亚地区和西太平洋地区定常扰动在对流层中的能量发展主要是斜压性引起的。

广义Phillips模式非线性不稳定的饱和问题(Ⅱ)——扰动能量及位涡拟能的下界估计

在Arnol'd第二定理的范围内进一步讨论广义Phillips模式非线性不稳定的饱和问题。

鄂西铁矿地质环境抗扰动能力评价指标体系构建

矿山地质环境抗扰动能力评价是以矿山地质灾害为研究对象的针对性评价。通过对矿山地质环境评价的主要指标体系类型进行归纳,厘清了矿山地质环境抗扰动能力的基本概念、内涵属性及影响因素。在分析鄂西铁矿地质资料数据的基础上,构建了以采空区塌陷、崩塌-滑坡、岩溶塌陷为主要考察类型的鄂西铁矿地质环境抗扰动能力评价指标体系。

“93.5”黑风暴扰动能源的诊断分析

利用“９３．５”黑风暴中尺度数值模拟资料，根据湿斜压大气的湿扰动能量方程，对“９３．５”黑风暴发展过程中有效位能和湿扰动动能源的贡献进行了数值诊断分析．结果表明，湿扰动有效位能在行星边界层（ＰＢＬ）内的巨量释放是该期间“９３．５”黑风暴迅速发展的主要能源．该能源的产生不仅与湿斜压大气中风的强垂直切变有关，而且也与ＰＢＬ内下垫面的强烈加热增温及强对流不稳定有关，扰动湿有效位能源在ＰＢＬ以上迅速减小；扰动动能源在黑风暴区基本为负，即为能汇．

化工过程稳定稳态点抗扰动能力定量分析方法

为了从源头上设计本质安全化的化工过程,研究人员提出多种本质安全化的设计方法和策略,先后开发了多种用来比较不同反应路径中有害物质潜在威胁的定量评价指数。本文将化工过程的稳定性作为一个重要因素来研究本质安全化的化工过程的设计方法,通过研究化工过程稳定的稳态解能够承受的扰动范围,提出抗扰动能力指数定量说明稳定解对于扰动的承受能力。本文通过分析厌氧发酵过程和甲基丙烯酸甲酯聚合过程,定量计算存在多稳态解区域的稳定解能够承受的扰动范围,这对于设计本质安全化的化工过程具有重要意义。

北半球低频扰动能量结构特征及其与西风急流的关系

利用1984年N1月—1985年2月和1985年5—8月的欧洲中期预报中心格点资料,计算了北半球低频(40—50)天扰动动能和正压动能的分布以及时间平均气流与低频扰动的相互作用.发现高空低频扰动动能的高值区与西风急流的纬向非对称性和经向切变关系密切。在西风急流的出口区,特别是东亚西风急流的出口区,时间平均气流向低频扰动输送动能,这些地区的低频正压性也最强.亚洲季风区低频正压动能较小。提出可以用低频正压动能与低频动能的比值作为低频扰动的“结构参数”,“结构参数”为0.5的等值线可作为区分热带地区低频振荡与中高纬地区低频振荡的特征线.

导流型铝电解槽抗热扰动能力研究

本文以导流型铝电解槽为研究对象 ,借助于ANSYS有限元分析软件 ,利用经验证的 1/ 4槽电热模型 ,在优化的工艺条件下 ,对导流型铝电解槽的抗热扰动能力进行了评估 ,得到了该槽型将具有抵抗电流波动为 10 %、持续时间为3 0min的冷行程热扰动能力的结论。

一种基于扰动能量与功率谱的电容器组投切的定位方法

由于部分无功补偿装置本身的不成熟,容易产生误动现象,因此定位多条母线处的投切电容器组具有重要意义。以2条母线处电容器同时投切为研究对象,提出了一种利用扰动能量与功率谱作为特征,支持向量机作为智能分类器的定位方法。该方法首先使用扰动能量第一峰值的极性及其大小,判断电容器投切的主要区域;接着对区域内部分监测点的监测电压进行功率谱估计,计算所提出的2个特征指标;最后将这些特征量输入支持向量机,得到电容器投切的位置。在PSCAD/EMTDC中建立了简单配电网模型,仿真不同位置的电容器投切,测量母线电压暂态数据,所得数据导入Matlab进行处理,仿真结果表明,该方法对判定两两同时投切电容器组的位置具有较好的适应性,平均识别精度达到98.6%。

大气扰动能量的转换、传播与非地转特征

本文利用1981—1982年冬季ECMWF格点资料对大气运动的非地转特点进行了系统的研究。指出:大气低频变化过程中的超、次地转运动与大气波动亦有一定的对应规律;北半球冬季的动能变化方向有显著的海陆差异。发现地转偏差(?)有特定的空间分布,并非出高纬向低纬逐步增加,而是在30N附近及亦道地区各存在一个大值带;在大值带中存在着(?)的大值中心。它对大气扰动(不小于低频时间尺度)的产生、维持和能量的变化相传播具有重要意义。

CSTR反应器抗扰动能力的稳态模拟与动态模拟

本文以环氧丙烷PO水合法制1,2-丙二醇为例,对CSTR抗扰动能力进行了稳态及动态模拟的对比研究,分析了进料温度扰动对PO转化率的影响。结果表明:若进料温度升高,稳态与动态模拟结果一致,PO转化率增幅较小;当进料温度降温幅度<4.00K时,稳态与动态模拟结果一致,PO转化率减幅较小;当进料温度降温幅度≥4.00K但高于熄火温度时,稳态模拟结果显示CSTR仍处于较高PO转化率状态,转化率变化较小,但动态模拟结果表明此时CSTR已从高PO转化率状态跌至低PO转化率状态,稳态与动态模拟结果不符;当进料温度降至熄火温度以下时,稳态与动态模拟结果一致,CSTR均从高PO转化率状态跌至低PO转化率状态。通过对比可知,动态模拟比稳态模拟能更真实地反映CSTR的抗扰动能力。

华北地区“7·20”强降水过程扰动能量时空分布特征研究

本文利用国家气候中心台站降水数据及欧洲中期天气预报中心(ECMWF)再分析格点资料,使用Morlet小波分析、巴特沃斯带通滤波及波包传播诊断方法主要对华北地区“7·20”强降水过程进行扰动能量的分析。结果表明风场扰动能量时空分布特征基本上可以对应华北地区“7·20”强降水过程的发展特征。强降水期间纬向、经向风场的扰动能量不仅代表冷暖空气和水汽的输送,也一定程度上反映了不稳定能量(动能)的输送,经向风场的扰动能量分布与动能的分布有很好的对应关系。强降水落区基本上为风场扰动能量高值区,降水落区主要沿强扰动能量等值线形状分布并沿等值线的分布形状移动,经向风场及纬向风场的扰动能量分布等值线走向可以反映水汽、冷暖空气的输送强弱,风场的扰动能量积累频散特征基本可以代表强降水期间能量的积累释放过程。

北斗系统电离层修正抗扰动能力分析

利用2017-09太阳耀斑爆发期间、2018-08地磁暴及高能电子暴期间、2017-08九寨沟地震期间电离层模型及格网电离层数据,分析电离层异常对北斗系统电离层模型修正精度的影响,进一步分析格网点电离层信息的抗扰动能力。结果表明,太阳耀斑、地磁暴、高能电子暴以及地震均对电离层变化有不同程度的影响;电离层异常期间北斗系统电离层模型修正精度普遍降低,修正率下降30%~60%,抗扰动能力较差;格网点电离层信息修正精度基本未受影响,抗扰动能力较强。

雨滴击溅对薄层漫流的扰动能力与输沙特征

采用人工模拟实验,对黄土雨滴击溅下坡面薄层漫流的流态、扰动能力和输沙特征进行了研究,结果显示:雨滴击溅作用下坡面薄层漫流的流态既不是层流也不是紊流,属于雨滴垂向作用下的高度混掺"扰动流";泥沙剥蚀量较无雨滴击溅薄层流剥蚀量显著增大,击溅雨滴直径越大,泥沙剥蚀量也越大,呈指数规律变化,表明雨滴击溅作用是薄层漫流泥沙剥蚀的主要动力。雨滴击溅对薄层漫流的扰动能力随着水流深度和雨滴直径比值的增大呈幂指数关系减小,当雨滴直径大于薄层漫流水深的2.5～3.0倍时,雨滴击溅对薄层漫流基本无扰动作用。基于雨滴击溅的主要影响因子,提出了缓坡坡面扰动系数预测方程,对研究薄层漫流泥沙流失预报模型具有重要意义。

长江中下游地区初夏强降水过程扰动能量特征分析

本文利用2016夏季长江中下游地区的气象探空资料,分析了长江中下游地区的一次强降水过程的特征,利用波包诊断方法,结合降水空间分布以及波包值的变化、扰动能量的传播,来探究波包的传播变化和扰动能量的释放与强降水之间的联系。结果表明:波包值在强降水发生前有显著增长过程,在减小过程中伴随扰动能量的释放,扰动能量的释放对强降水起到了促进作用,同时,在强降水周围的波包大值区也不断为降水区域输送扰动能量,这也是强降水能够维持的一个重要原因。因此通过降水发生前扰动能量的变化特征将此应用于中期天气预报技术,可以提高预报的时效性和准确性。