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。

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。

高温蒸汽养护复掺混凝土力学性能时变特性与模型研究

为研究高温蒸汽养护下粉煤灰-矿粉机制砂混凝土(简称复掺混凝土)力学性能时变特性与模型,本文结合某高速公路高温蒸汽养护复掺混凝土预制梁项目,设计了蒸汽-标准养护、蒸汽-自然养护和标准养护三种养护方式,测试了不同阶段复掺混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量,探究了抗压强度与劈裂抗拉强度、弹性模量的关系。结果表明:合适的蒸汽养护方式能促进复掺混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量更快增长,其中对抗压强度形成作用最显著,后期的力学性能不倒缩;蒸汽养护恒温阶段复掺混凝土的力学性能具有最大的增长率,其次是升温阶段,降温阶段力学性能增长率最小;蒸汽-标准养护方式下复掺混凝土的抗压强度时变模型可取对数或对数与幂函数复合函数,劈裂抗拉强度、弹性模量时变模型可取幂函数。

Nelson-Siegel模型中的时变载荷因子及其对提高经济形势预测的重要作用

现有文献中Nelson-Siegel模型大多将载荷因子λ提前固定为常数或作为待估静态参数,较少考虑载荷因子λ的时变化。本文基于得分驱动时变参数建模方法,在状态空间模型框架内考虑时变载荷因子λ,构建GAS-λ-DNS模型,并提取相应时变载荷因子。结果显示,时变载荷因子λ_(t)呈现出极强的波动性,同时与经济周期密切相关;将时变载荷因子λ_(t)应用于预测工业产出增速,发现载荷因子相比于传统宏观预测因子具有额外增量信息,引入λ_(t)可以显著提高模型预测精度。本文结论对Nelson-Siegel利率期限结构建模和宏观经济预测因子选取具有参考价值。

带有时变杠杆效应的随机波动率模型参数估计及其应用

为了更好地捕捉金融时间序列中杠杆效应的时变非对称性,本文基于线性样条思想,提出一种带有时变杠杆效应的半参数随机波动率模型,并利用贝叶斯MCMC方法对所提模型中的参数进行了估计.模拟研究表明贝叶斯MCMC方法在所提模型的参数估计方面有着良好的有限样本表现.最后利用本文所提出的带有时变杠杆效应的半参数随机波动率模型对2000年1月4日至2020年8月18日的上证综合指数和深证成份指数日收益数据进行了实证分析,结果表明利用本文所提出的模型拟合这两组实例数据是合理的.

基于分布式时变增益水文模型和CN05.1降水数据的赣江流域径流模拟研究

水文模型是径流模拟的重要手段,降水是水文循环的重要组成部分,模型的选择和降水数据的质量对流域径流模拟都具有重要意义。以赣江流域为研究区域,通过对比CN05.1降水数据与站点线性插值降水数据,分析CN05.1降水数据的可靠性,评估基于分布式时变增益水文模型(DTVGM)和CN05.1降水数据在赣江流域径流模拟的适用性。研究表明:(1)CN05.1降水和站点插值降水多年月平均降水年内变化过程类似,空间分布相关性很高,R均值为0.90,CN05.1日降水与站点插值日降水相关性较高,RMSE均小于等于7.52 mm,R均大于等于0.81;(2)基于CN05.1降水和站点插值降水数据模拟了赣江流域新田等6个水文站1961—2009年的流量,模拟流量在多数大流量处大于实测流量,表明模型对于大流量的模拟存在高估现象;(3)无论是日径流还是月径流,基于CN05.1降水数据的径流模拟精度均较高,且月径流模拟要优于日径流。因此,基于DTVGM模型和CN05.1降水数据在赣江流域径流模拟具有较高的适用性。

基于高斯过程模型的桥梁时变系统地震易损性分析

桥梁在长期服役过程中面临的氯离子侵蚀作用会导致材料性能退化,进而影响桥梁结构的抗震性能。准确评估服役桥梁的抗震性能可以有效保障和提高桥梁结构的安全性,因此开展考虑时变效应的桥梁地震易损性分析非常必要。考虑到地震易损性分析涉及大量的动力时程分析,计算效率很低,故采用高斯过程模型取代耗时的动力时程分析,旨在提高地震易损性分析效率。以一座三跨连续梁桥为例,探究氯离子侵蚀作用下桥墩材料性能的退化规律,建立纵筋、箍筋以及保护层和核心混凝土材料性能退化时变曲线;基于高斯过程模型和联合概率地震需求模型,建立桥梁系统在不同服役年限下的易损性曲线和曲面。结果表明:(1)氯离子侵蚀作用明显降低了桥墩钢筋混凝土材料的强度;(2)氯离子侵蚀作用明显提高了高等级损伤的桥梁地震易损性,结构更容易发生高等级损伤。

基于时变参数的灰色模型在变形监测中的应用

针对传统灰色GM(1,1)预测模型拟合和预测精度较低的问题,建立了基于时变参数的灰色模型。首先介绍了传统灰色GM(1,1)和二阶GM(2,1)模型的建立过程;然后基于时变参数优化灰作用量的原理,建立了基于时变参数的灰色GM(1,1)模型和GM(2,1)模型;最后以两组矿区地表沉降监测数据为例,利用不同灰色模型方案进行预测对比,并评定了灰色模型的精度。结果表明,基于时变参数的GM(2,1)模型预测精度最高,灰色模型精度检验等级为Ⅱ级,说明该模型更加贴合矿区地表监测数据变形趋势。

制度环境对中国水产品出口RCEP伙伴国贸易效率的影响——基于时变随机前沿引力模型的实证分析

采用2010—2020年UN Comtrade的数据,运用随机前沿引力模型分析制度环境对中国水产品出口RCEP国家贸易效率的影响。结果表明:加入FTA有利于提高中国水产品出口RCEP国家的贸易效率;RCEP国家的商业自由度、政府效率、政府稳定性能够促进贸易效率的提高,而财政支出、贸易自由度和金融自由度对出口效率起负作用。为提高中国对RCEP国家的水产品出口贸易效率,应改善出口目的国的贸易制度和社会经济制度,提高中国与RCEP其他国家的经济一体化和贸易往来。

中国对RCEP成员国直接投资效率的研究——基于时变随机前沿模型

以RCEP成员国为研究对象,建立时变随机前沿模型,探究中国对东道国直接投资的影响因素,测算中国对东道国直接投资效率,并分析其空间特征。研究发现:中国对RCEP成员国直接投资效率总体呈现波动上升趋势;从国别上看,中国对RCEP成员国直接投资效率表现出明显的差异性和低竞争性,投资效率偏低,发展潜力有待提高;从区域划分上看,中国对RCEP成员国直接投资空间特征具有协同效应和空间集聚性。

时变多元NBSCopula模型与美国股指期货市场可视化相依性分析

基于多元NBS(Normal Birnbaum-Saunders)分布构造了一种新的多元偏斜厚尾Copula,即多元NBS Copula,并进一步采用DCC(Dynamic Conditional Correlation)模型构造了时变NBS Copula模型。以美国道琼斯30指数期货、标准普尔500指数期货和纳斯达克100指数期货为例,可视化分析了收益率序列之间的各种相依特征,比较了DCC-NBS Copula模型与其他一些Copula模型在相依结构拟合上的效果差异。实证结果表明:美国三大股指期货之间的相依结构具有正相依性、厚尾相依性、非对称相依性和时变相依性,其中,NAGARCH模型可以较好地描述收益率序列的动态特征,椭圆Copula优于阿基米德Copula,非对称椭圆Copula优于对称椭圆Copula,厚尾椭圆Copula优于正态Copula,时变椭圆Copula优于静态椭圆Copula。综合来看,DCC-NBSCopula模型是所有模型中对相依结构的拟合效果最优的。

深部煤岩界面超低摩擦时变模型及能量转化研究

深部煤岩超低摩擦型冲击地压实质是巨量煤岩体沿煤岩界面发生失稳滑动的时变过程,期间煤岩界面摩擦力和摩擦系数随时间变化,同时伴随煤岩界面摩擦力做功向煤岩冲击动能释放能量转化特征.为定量描述煤岩界面能量转化规律,引入量纲分析法,实验测定了煤岩弹性系数、阻尼系数和待定系数,给出了深部煤岩界面摩擦系数表达式.以沈阳红阳三矿为研究对象,通过实验研究和工程实际相结合,定义了冲击动能转化率新指标,验证了所建模型可靠性,定量描述了煤岩界面摩擦力做功向煤岩冲击动能转化规律.研究结果表明:深部煤岩界面摩擦系数随冲击载荷幅值增大而线性降低,随冲击载荷频率增大而线性增加.深部煤岩界面摩擦力的降幅和降低速率变化急剧,当冲击载荷幅值为5000 N、冲击载荷频率为500 Hz时,深部煤岩界面摩擦力降幅为97%、降低速率为38.9 kN/ms~41.38 kN/ms时发生超低摩擦效应.首次从摩擦力降低幅值和降低速率定量表征超低摩擦效应.结合实验和工程实际分析发现,能耗比实验结果均值为0.441,红阳三矿“11.11”冲击地压计算结果为0.488,两者较为接近,进一步证明所建模型合理性.

内河框架式码头梁构件抗弯承载能力时变概率模型

港口码头梁构件的长期安全服役关乎整个码头结构的安全性,内河环境下由于混凝土碳化引起的钢筋锈蚀是导致码头梁构件强度退化的主要原因。位于长江上游的内河框架式码头常年处于相对湿度变化的服役环境且长期承受弯曲应力作用,将加剧码头梁构件的碳化进程,严重威胁码头整体结构的耐久性。依托长江上游某典型港口框架式码头结构,以综合考虑相对湿度变化和弯曲应力二者共同影响的混凝土碳化模型为基础,结合钢筋混凝土材料锈蚀钢筋截面积、锈蚀钢筋强度、受弯构件承载力时变模型,采用Monte Carlo随机模拟方法计算得到在设计使用年限50 a内码头梁构件抗弯承载能力时变概率分布。在此基础上经统计分析建立了内河框架式码头梁构件抗弯承载力时变概率模型,为内河港口码头结构的耐久性评估提供理论依据。

贸易效率视角下中国自新兴市场国家进口潜力研究——基于时变SFA模型的测度

文章选取了2006—2021年间代表性较强的18个新兴市场国家进口贸易相关数据,通过构建时变随机前沿引力(SFA)模型和进口贸易非效率模型,实证分析了中国从新兴市场国家的进口贸易效率、潜力及影响因素。同时,考虑到进口贸易效率自身在不同国家之间存在着较大的异质性,故而在控制个体与时间固定效应基础上对时变SFA模型进行了进一步的估计,其结果保持一致。结果显示,双方经济规模、本国人口数量、地理距离和共同语言对中国自新兴市场国家的进口贸易都有着显著影响,贸易非效率项仍是制约中国自其进口贸易的关键因素,而进口贸易效率主要由关税水平、班轮运输指数、经济自由度所决定。未来,中国需要进一步加强与新兴市场国家的贸易运输基础设施建设,优化进口商品结构,降低关税与非关税壁垒,以提高从新兴市场国家的进口贸易效率。

基于TVP-VAR模型的安全生产时变特征及因素分析

为研究安全生产受经济波动冲击所产生的时变特征,从而更好地匹配经济和安全发展速度,基于近30年(1990—2020年,下同)我国安全生产状况波动趋势,采用灰色关联度分析法计算各宏观因素对事故风险的累积贡献度,并引入具有时变参数的TVP-VAR模型,探索各因素在不同时期对安全生产状况的动态冲击作用。研究结果表明:就业结构、产业结构、人口效应和城市化进程构成生产安全事故状况主要驱动力,在1998,2004,2015年3个重要时点的时变性较弱,在不同提前期受其自身特征影响较大;30年间就业结构、产业结构、人口效应的影响大小震荡衰减,短期内促使安全生产状况恶化,中长期内对其起抑制作用;城市化进程冲击效果循序渐进,短期内对安全生产状况起改善作用,中长期给维护安全生产带来新的威胁。研究结果可为未来经济发展和安全生产的持续良性互动提供一定参考思路。

跨境资本的全球协动与区域联动研究——基于时变参数多层动态因子模型

跨境资本流动对金融稳定具有重要影响,探究全球和区域资本流动的协同波动有助于防范外部冲击带来的金融风险。本文采用带有随机波动率的时变多层动态因子模型,识别跨境资本流动的全球协动与区域联动特征,在此基础上通过方差分解量化全球和区域协同波动在解释资本流动中的重要性及动态变化特征。研究结果表明:从全球平均层面来看,全球和区域协同波动对资本流入与资本流出具有决定性作用,2008年国际金融危机后资本流动对外部冲击的敏感度上升;全球协动与区域联动能够解释我国大部分资本流动波动,我国资本流动对外部冲击敏感度的时变性更强。进一步将全球和区域协同波动的方差贡献度之和作为资本流动对外部冲击的敏感度,本文考察了结构性和周期性变量如何影响资本流动对外部冲击的敏感度。结果显示,金融发展水平、贸易开放程度等国内结构性变量的改善能够显著缓解资本流动对外部冲击的敏感度,这一结论为提高一国资本流动管理水平,进而维护金融稳定提供了有益的政策启示。

时变风险厌恶与原油期货价格波动--基于GARCH-MIDAS模型的实证研究

采用GARCH-MIDAS模型,引入Bekaert等构建的时变风险厌恶(RA)指数,实证分析RA对原油期货价格波动的影响。实证结果表明,RA指数对WTI和Brent原油期货价格波动有显著的正向影响;相较于GARCH模型和GARCH-MIDAS模型,引入RA的GARCH-MIDAS(GARCH-MIDAS-RA)模型具有更好的样本内拟合效果。在样本外预测分析中,通过五种预测评价指标及MCS检验发现,引入RA指数的GARCH-MIDAS模型具有更好的样本外波动率预测效果。最后,不同预测期的实证结果证实了上述结论的稳健性。

具有时变杠杆效应的已实现GARCH模型

杠杆效应是金融市场中的一种常见现象。为了更好地刻画杠杆效应的时变性,首先基于线性样条函数将时变杠杆效应引入了经典已实现GARCH模型,得到了具有时变杠杆效应的已实现GARCH模型,并给出了模型的参数估计及其算法。其次,模拟研究了本文所提模型在有无杠杆效应、不同样本容量及不同噪声选取下的有限样本表现。最后,利用伦敦富时100指数实证分析了本文所提模型相比于经典已实现GARCH模型的优越性。

考虑水文模型参数时变的水库水位多预见期实时预报——以水布垭水库为例

精准可靠的坝前水位预测可支撑水库的调度决策,保障流域防洪安全。传统水库水位实时预报方法均基于降雨径流稳态假定,在变化环境下精度不高。为此,本研究提出了一种整合水文模型参数时变和实时校正的水库水位多预见期实时预报方法:识别变化环境下水文模型参数的时变过程,构建时变参数与自然、社会经济因子的函数关系;基于时变参数函数式构建预报调度集成模型,以预见期内多个时刻预报水位与观测水位的吻合程度为目标函数率定水文模型的参数;采用基于反向拟合算法的实时校正技术进行误差校正,输出不同预见期的水库水位预报。以水布垭水库流域为研究对象,结果表明,较传统水库水位预报方法,论文提出的方法在率定期和检验期的平均绝对值误差分别下降了0.050和0.040 m,可为防洪减灾提供高精度、长预见期的水库水位预测。

SWAT模型时变和不变参数法模拟的土地利用变化径流效应比较

基于SWAT模型的时变参数和不变参数法可以用来模拟土地利用变化引起的径流效应。这两种方法评估环境水文效应的差异性仍缺乏定量分析。本文以东南沿海山美水库流域为例,在参数敏感性分析基础上,采用自动率定方法,分别构建1995年、2015年土地利用的SWAT模型,并运用时变参数和不变参数法对土地利用变化径流效应进行模拟。结果表明:(1)两期土地利用模型率定的参数集都能很好地模拟流域年、月和日尺度径流过程;纳什效率系数分别大于0.83、0.90和0.66。(2)土地利用变化基本不影响径流模拟参数的敏感性,但对参数取值影响较大;参数取值变化与土地利用变化方式密切相关。(3)与时变参数法相比,不变参数法低估了土地利用变化对年、丰水径流的影响,高估了对枯水径流的影响,时变参数法模拟结果更为合理。如时变参数法模拟的年径流平均增加1.22%,不变参数法为0.23%;时变参数法年最小1 d径流平均减小2.72%,不变参数法为5.07%。研究成果改进了SWAT模型的时变参数法,进一步完善了应用SWAT模型评估土地利用变化对径流影响的模拟方法,可为流域水资源管理提供依据。