滚动轴承局部故障时变刚度系统动力学分析

针对滚动轴承局部故障动力学建模问题,通过分析各滚动体在进入、退出载荷区和陷入故障时的变化情况,基于Hertz接触理论,定义了接触变形保留因子,提出了滚动轴承等效时变刚度函数,建立了局部故障滚动轴承单自由度时变刚度动力学模型,并进行了理论分析和试验研究。研究结果表明:当滚动体进入或退出载荷区时,载荷区中承载滚动体数量增加或减少,引起系统等效时变刚度的小幅增加或减小;当滚动体陷入故障时,因接触变形保留因子的不同使得其有效接触刚度不同程度降低而导致系统等效时变刚度的减小。系统等效时变刚度的变化引起载荷区中其他滚动体的接触变形和接触力产生不同幅度的变化,从而平衡外部径向载荷,对载荷区中心附近的滚动体的影响较为明显,但不影响各滚动体的有效接触刚度。系统等效时变刚度发生突变,导致系统振动。当外环故障时,等效时变刚度等幅变化;当内环故障时,等效时变刚度的变化受到内环旋转的调制而幅值不同。提出的单自由度时变刚度动力学模型与实际更加吻合。

具有时变增益的分布式有限时间二次调频策略

微电网中分布式电源的增加以及敏感负荷的投入,导致仅靠具有渐进收敛特性的传统分布式二次调频策略难以保证系统的动态性能,而常用的有限时间调频策略的收敛上界在不同程度上受到系统初始状态、系统参数等因素的制约。针对这一问题,基于分布式控制原理提出并设计了一种具有时变增益的分布式有限时间调频策略。首先,介绍了传统分布式二次调频策略的工作机理,并利用李雅普诺夫稳定性理论分析了常用有限时间调频策略的局限性。然后,在传统分布式调频策略的基础上,根据其渐进收敛特性将其常数增益改进为具有周期加速收敛特性的时变函数,提出并设计了一种以时变函数为增益的分布式有限时间调频策略,解决了收敛时间受系统初始状态、系统参数制约的问题。最后,通过理论及仿真验证了所提方法在加速频率收敛、提高系统灵活性方面的有效性及优越性。

高倍数水驱砂岩中原油黏度、岩心润湿性时变规律核磁共振实验

根据模拟原油黏度与横向弛豫时间谱几何平均值的变化关系,建立了模拟原油黏度预测模型,并结合高倍数水驱核磁共振(NMR)实验实现了孔隙介质中模拟原油黏度的时变规律定量表征;基于核磁共振弛豫理论推导出新的NMR润湿性指数计算公式,结合砂岩岩心高倍数水驱实验,定量表征了水驱过程岩石润湿性的时变规律。研究表明:岩心中剩余油黏度与过水倍数正相关,过水倍数较低时剩余油黏度升高速度较快,过水倍数较高时剩余油黏度升高速度趋缓。剩余油黏度的变化与储层非均质性相关,储层均质性越强,剩余油中重质组分含量越高,黏度越高。注水后储层润湿性将发生改变,亲油储层向亲水储层转变,亲水储层则亲水性更强,且改变程度随过水倍数增加而增强。原油黏度的时变性与润湿性的时变性具有很高的关联性,原油的黏度变化不可忽略,考虑模拟原油黏度变化时计算得到NMR润湿性指数与测试Amott(自吸法)润湿性指数更具有一致性,更加符合储层润湿性时变规律。

基于时变权重模型预测的双向DC-DC优化控制方法

双向DC-DC变换器是电动汽车的关键电压变换部件,提高其动态负载下的响应速度与鲁棒性对电动汽车低压供电系统有重要意义。提出一种基于模糊时变权重的MPC(model predictive control)控制方法。基于状态空间平均法建立变换器动态模型。基于MPC原理搭建变换器MPC模型,实现对电压的跟踪控制;在分析权重对动态负载下电压跟踪性能的影响的基础上,设计权重模糊调节器,实现权重的在线调节。基于HM-cSPACE搭建实验平台验证所提方法的准确性。在Matlab/Simulink环境下与PI控制和传统MPC控制进行对比,结果表明:在负载变化时采用时变权重MPC控制的变换器有更好的动态性能和鲁棒性,超调量降低26.1%。该方法对提高双向DC-DC变换器动态负载下的优化控制具有重要意义。

具有未知时变参数城轨列车的精准停车鲁棒控制

列车运行情况复杂多变,使得列车质量、基本运行阻力及线路状况等参数难以精确获得且随着列车运行存在明显的时变特性。列车模型参数的不确定性和时变特性会对列车的精准停车性能产生重要的影响。在动车组多质点动力学模型的基础上,根据Lyapunov再设计方法设计了一种非线性列车鲁棒控制器。该控制器将系统中的不确定性因素视为等价干扰,并设计相应的鲁棒补偿项。根据参数的先验区间,设计的鲁棒补偿项能够抑制模型估计误差,使得列车的位置和速度跟踪误差快速收敛,最终实现精准停车的控制目标;同时,也证明了系统的最终一致有界稳定性。最后,选取城市轨道交通场景进行仿真验证,仿真结果表明:本文提出的控制方法在列车模型参数未知且时变情景下也能实现对期望停车曲线的快速、精确追踪,表现出较强的鲁棒特性。

不确定电液伺服系统的时变输出约束自适应滤波控制

针对电液伺服系统位置跟踪控制中存在的输出约束和不确定性问题,提出一种基于正切型时变障碍Lyapunov函数的输出约束自适应滤波控制方法。构造具有时变约束边界的正切型时变障碍Lyapunov函数,通过时变边界函数的参数设置,使系统输出具有较好的瞬态和稳态性能;设计径向基函数(RBF)神经网络及权重自适应学习律,在线逼近由模型不确定性和未知干扰组成的复合干扰,并将逼近值用于反馈控制;采用二阶指令滤波反步法设计状态反馈控制律和误差补偿机制,避免反步设计中“计算爆炸”的问题,同时消除滤波误差,提高系统位置跟踪精度;依据Lyapunov稳定性理论证明闭环系统中所有误差信号的收敛性。仿真结果表明:系统的稳态误差在所提方法下约为3.48×10^(-8)m,相比于其他控制方法,跟踪误差始终约束在时变的约束边界内,跟踪精度和控制性能均得到提升。

基于慢速时变动力学的空间结构施工过程精细化分析方法研究

针对空间结构施工过程模拟问题,依据时变力学基本原理,提出了基于慢速时变动力学的动态施工过程精细化分析方法。该新方法通过设置与实际施工动态过程相一致的分析时长,引入惯性力和阻尼力,实现时变结构几何、物理及边界等因素间的动态耦联,以达到真正意义上的施工全过程精细化分析。由此给出了该方法的求解思路和实现流程。通过对复杂大跨斜交连廊结构的施工过程分析,并对比施工实测数据,结果表明:该方法的计算值与传统静力施工过程分析方法相吻合,且总体上更接近工程实际,因此可用于空间结构的施工过程分析与安全评估;与传统静力施工过程分析方法相比,该方法一方面能够更准确反映实际施工过程中结构响应的动态累积效应,并获取任意时刻的结构受力和变形情况,另一方面,还可适用于强非线性的复杂施工过程分析(大变形、超大位移、机构位移等),从而避免了传统静力施工过程分析方法中非线性求解的收敛性难题。

占空比传输机制下基于协同预测的时变不确定系统递推滤波

以工业互联网为背景,研究占空比传输机制下一类时变不确定系统的滤波问题,结合协同预测方法设计了新颖的递推滤波算法,解决了占空比传输机制下滤波性能降低的问题。首先给出描述占空比传输机制的数学模型,然后提出结合协同预测方法的递推滤波方案,设计基于占空比机制的递推滤波算法,推导了滤波误差协方差矩阵的一个上界,随后分析这个上界的有界性,实现了在稀疏数据情形下提高滤波性能的目的。仿真结果验证了所提算法的高效性和有效性。

基于时变传染网络和分位数Granger因果检验的系统性风险传染研究

基于18个经济体760家金融机构SRISK系统性风险数据,采用时变参数向量自回归模型和广义方差分解法测度全球系统性风险的时变传染网络,进而采用分位数Granger因果检验考察各经济体对中国高分位段系统性风险的影响。研究结果表明,结合SRISK数据和时变传染网络能有效识别重大风险事件的发生;发达和新兴经济体均会产生风险净输出效应,且会通过直接输出或香港地区间接输出风险至中国内地;在全样本与2008年金融危机、欧债危机、中美贸易战和新冠疫情重大风险事件期间,中国皆为风险净溢入国且新冠疫情期间溢入效应达历史最高;美英两国在重大风险事件期间均对中国高分位段系统性风险产生显著影响,新冠疫情期间中国高分位段系统性风险遭受外部冲击的形势最为严峻。

国内国际双循环动态宏观经济研究——基于中国、美国、日本及欧盟的时变溢出及动态经济网络视角

厘清国内外的宏观经济运行特征,对于制定实施加快构建新发展格局政策措施具有重要意义。为此,本文采用TVP-VAR模型的广义方差分解刻画国内外宏观经济变量间的动态关联关系,并基于这一关系构建国内外宏观经济动态网络。研究结果表明,进出口及汇率能够较大程度对经济网络产生溢出,而M2、利率和贷款则主要受到其他宏观变量的影响。我国宏观经济变量受国际金融及贸易的影响程度较大,美国对我国的净溢出总体上最强。从国内大循环的动态经济网络视角看,现阶段网络内重要的经济变量逐渐演化为固定资产投资、工业增加值和出口。从国内国际双循环的动态经济网络视角看,2011年以前,网络内重要的变量主要为国外宏观经济变量;从2011年至2021年底,网络内重要的变量逐步演化为固定资产投资、消费和工业增加值等国内宏观经济变量。

Mecanum轮全向AGV增量线性时变模型预测控制器设计

针对工业用途中Mecanum轮驱动的全向AGV轨迹跟踪控制精度问题,设计了一种基于增量线性时变模型预测控制的轨迹跟踪控制器。先对AGV进行运动学分析并建立运动学模型,基于此,使用近似线性化和离散化处理,构建AGV的线性时变控制模型;采用仅含控制增量的优化目标函数求解,且在控制周期内考虑系统的控制量极限约束与控制增量约束,并引进松弛因子,防止控制量跳变和无最优解发生;施加求得控制增量序列的首个元素作用于控制系统;重复循环,实现控制器对Mecanum轮全向AGV的精准控制。不同工况下的仿真和实验结果表明,该控制器能够有效提高全向AGV的轨迹跟踪控制精度,同时保证了轨迹跟踪的实时性与稳定性。

时变时滞奇异复杂动态网络的间歇控制与同步

利用周期性间歇控制策略研究了具有时变时滞的奇异复杂动态网络的指数同步问题.通过构建Lyapunov-Krasovskii泛函,推导出驱动系统和响应系统的指数同步判据;然后运用LMI工具箱求解线性矩阵不等式,得出了控制增益矩阵.最后,利用Runge-Kutta算法求解具有时变时滞微分代数方程,并通过数值仿真验证了结论的有效性.

考虑速度时变的多配送中心医药冷链配送路径优化

随着医药冷链市场需求的迅速增长,越来越多的城市、企业采用多配送中心模式,因此研究多配送中心模式下的医药冷链路径优化以减少配送成本尤为重要。在实际配送过程中,由于交通拥堵问题,配送车辆无法保持恒定的速度,进而可能导致配送成本的增加。基于此,构建考虑时变速度的多配送中心医药冷链物流路径优化模型,并结合遗传算法与粒子群算法对模型进行求解。通过数值算例的结果表明了模型的合理性和算法的有效性。

基于ICEEMDAN和时变权重集成预测模型的变压器油中溶解气体含量预测

为了实现对变压器油中溶解气体体积分数的精确预测,同时克服仅使用单一预测模型导致预测精度及泛化能力不足的局限,提出了一种基于改进完全自适应噪声集合经验模态分解(improved complete ensemble empirical mode decomposition,ICEEMDAN)和灰色关联系数时变权重集成预测模型的变压器油中溶解气体预测方法。首先将溶解气体含量序列模态分解为一系列具有不同时间尺度的子序列。然后,使用门控循环神经网络和麻雀搜索算法优化支持向量机对各子序列进行训练,组合为一个集成预测模型;并比较不同预测方法的预测精度,计算灰色关联系数时变权重,形成各子系列的预测结果。最后将各子序列的预测结果叠加重构,得到最终预测结果。算例分析结果显示:该方法单步预测的均方根误差、平均绝对误差和相关系数分别为0.593、0.422和0.768,相比其他算法在预测精度上有明显提升,同时具有很强的泛化性能,可以为油浸式变压器内部状态监测提供依据。

注意力去噪与复数LSTM的时变信道预测算法

随着无线通信技术的发展,高速场景下通信技术的研究也越来越广泛,其中获取到准确的信道状态信息对提升无线通信系统的性能具有重要的意义。针对正交频分复用系统在高速场景下,现有信道预测算法未考虑噪声影响及预测精度低的问题,提出了一种注意力去噪与复数卷积LSTM的时变信道预测算法。首先,设计了一种通道注意力信道去噪网络对信道状态信息进行去噪处理,降低了噪声对信道状态信息的影响。然后,提出了基于复数卷积层和长短期记忆网络的信道预测模型,对去噪后历史时刻的信道状态信息进行特征提取,并且对未来时刻的信道状态信息进行预测;改进后的LSTM预测模型增强了对信道时序特征的提取能力,提高了信道预测的精度。最后,结合Adam优化器对未来时刻信道状态信息进行预测输出。仿真结果表明:与对比算法相比,所提基于注意力去噪与复数卷积LSTM的时变信道预测算法对信道状态信息的预测精度更高,能够适用于高速移动场景下的时变信道预测。

PVA-ECC材料抗压强度及收缩性的时变规律研究

PVA-ECC材料的长期力学性能对港口工程结构加固修复至关重要。通过PVA-ECC材料不同龄期试块的抗压强度试验和收缩性试验对其宏观力学特性的时变规律进行了研究。研究表明,2%PVA掺量的PVA-ECC材料的流动性差,其在港口水工结构加固工程中的适用性有待进一步研究。通过抗压强度试验可知,随着龄期的增加,1.5%PVA掺量和1.8%PVA掺量的试块抗压强度呈现抛物线上升的趋势,经180d养护后的试块抗压强度分别达到69.4 MPa和76.1 MPa,是C40混凝土试块强度的1.5倍和1.6倍,从抗压强度分析,两者均满足加固工程的强度要求。根据材料收缩性对比试验可知,随着龄期的增加,三种试块的收缩率在0~28 d期间变化剧烈,在28d后变化均趋于平缓,不同PVA掺量的试块收缩率均大于C40混凝土试块,而1.5%PVA掺量的试块与C40混凝土试块收缩率更接近。鉴于1.5%PVA掺量的PVA-ECC材料流动性更能适应沿海港工结构加固的现场施工,同时,其收缩率与混凝土收缩率接近,且抗压强度足够高,因此,在港口工程结构加固修复中,推荐采用1.5%PVA掺量的PVA-ECC材料。同时,基于试验数据拟合得到了适合不同配比、不同龄期PVA-ECC材料的立方体抗压强度计算公式,可用于PVA-ECC材料的强度预测。

时变路网下城市医药冷链路径优化研究

针对医药冷链配送的高成本、严时效及高客户要求等挑战,综合考虑了时变车速、载重、客户时间窗、满意度及成本等关键因素,提出了一种城市医药冷链路径优化策略。以最小化总成本和最大化客户满意度为目标,构建了时变路网下的优化模型,并运用改进的单亲遗传算法求解。通过多类型算例验证,该方法显著降低了配送成本和时间,提升了准时率和时效性。

小模数齿轮传动的时变啮合刚度计算方法

小模数齿轮传动中心距较小,其动态性能对中心距误差非常敏感,且中间级齿轮常被设计在固定轴上高速旋转,齿轮中心孔与轴之间存在间隙,考虑这些特征,建立了中心距误差与轴孔配合间隙影响下的齿轮啮合特性参数与时变啮合刚度计算模型,研究了二者对啮合刚度的影响规律。研究结果表明:中心距误差会改变齿轮副的重合度与啮合刚度;轴孔配合间隙使实际中心距围绕理论中心距上下周期性波动,导致整个周期内啮合刚度强化区域与弱化区域共存;中心距误差与轴孔配合间隙的影响在不同的转角范围内存在既有相互叠加又有相互削弱的现象,这一现象使得各轮齿的啮合刚度有差异,存在诱发更大振动与不同噪声的风险。

人群跳跃荷载时变协同性因子研究

协同性因子是跳跃人群中各单人间动作一致程度的度量指标,是人致结构振动分析中人群跳跃荷载建模的关键参数。现有协同性因子大都是定义在较长时段内的均值参数,其计算依据也是实验室条件下才能获取的地反力或特征点轨迹等,不能准确反映跳跃者个体差异的时变特性,也难以直接应用于实际场景下结构的振动监测。对此,提出了人群跳跃荷载的时变协同性因子,采用计算机视觉中的多目标跟踪技术对跳跃人群进行实时监测,并计算协同性因子。开展了佩戴无线测力鞋垫的多人跳跃实验,通过与实验结果的对比,验证了时变协同性因子的合理性以及多目标跟踪技术的有效性,可用于工程结构的安全运维、人致结构振动分析和人群跳跃时变荷载的模拟。

基于时变啮合刚度的多剥落齿轮振动响应分析

为了探究多剥落齿轮系统中振动响应的演变规律,融合时变啮合刚度构建了多剥落齿轮动力学模型。首先,融合修正的能量法和单/双齿对啮合角位移计算方法,建立多剥落齿轮啮合刚度模型;其次,考虑时变啮合刚度、齿侧间隙和初始压力角等因素,构建6自由度多剥落齿轮动力学模型,并从仿真、理论和实验维度开展模型有效性分析;最后,基于所构建的模型,研究齿根、节线和齿顶位置同时发生剥落时,剥落尺寸变化对啮合刚度影响,获得多剥落齿轮振动响应的演变过程。研究结果表明,所构建模型与理论及实验误差小于0.5%,并得到了齿根、节线和齿顶位置剥落的啮合刚度及振动响应的演变规律,随着剥落宽度的扩展,节线附近振动幅值增大显著;随着剥落深度的增加,齿顶位置受到的振动冲击更为强烈;而随着剥落长度的增加,剥落的波及范围扩大。所得结论为齿轮系统的健康监测和早期故障诊断提供了理论指导。