有限时域差分法对GIS局部放电传播的分析

用特高频法测量GIS局部放电所面临的困难是无法标定出视在放电量,并且也无法确定何种因素影响特高频传感器输出信号的强弱。针对上述问题,利用同轴波导模拟GIS腔体结构,并应用有限时域差分法对局部放电辐射的电磁波在波导内传播情况进行仿真。通过仿真数据分析,找出对特高频信号能量产生影响的多种因素,如:放电位置,波导尺寸,放电电流幅值和放电源的脉冲形状。从而阐明了特高频输出信号能量与原始放电脉冲的关系,为进一步探讨GIS放电量特高频标定打下基础。

平面光波导光场分布的有限时域差分法计算

用有限时域差分法计算了简单三层对称平面光波导中的光场 ,得到了任意截面上光场的分布 .这一方法的优点在于它能完全模拟波导中光场的时域特性 ,使波导中的光传播完全可视化 ,模拟横向传播 ,提取光在波导中的传输模式 ,也可用于有源波导的计算如光波导放大器 .有限时域差分法直接求解依赖时间的麦克斯韦旋度方程 ,利用二阶精度的中心差分近似 ,把旋度方程中的微分符直接转换为差分形式 .每一步计算都无须作矩阵求逆运算 ,因此 ,比其他数值计算方法更有效。

有限时域与采购价格上升情形下的最优订货策略

研究了有限时域下采购商面对价格上升时的订货策略问题。在分析问题的基础上提出一种新的最优采购策略,并分析了价格上升幅度对订货量的影响,以经典EOQ模型的总成本为基准,比较了本文提出的策略与文献已有策略在成本节约上的差异。本文对库存总成本的计算方法更加精确;分析表明在有限时域背景下采购商的临时订货量决定于价格上涨的幅度、在库库存以及时段长度。

不确定离散系统的有限时域鲁棒H_∞滤波

研究了一类时变不确定离散系统的有限时域鲁棒H∞滤波问题。在系统不确定性满足范数有界的条件下,给出了有限时域鲁棒H∞滤波器存在的充分必要条件,并基于线性矩阵不等式技术给出了滤波器的构造性的设计方法。得到的滤波器对所有可容许不确定性,满足指定的性能指标。最后给出了仿真实例,仿真结果表明所设计的滤波器实现了设计要求。

离散系统有限时域H_∞滤波器设计

文章给出了有限时域H∞滤波器存在的充分条件，并基于线性矩阵不等式给出了滤波器的构造性的设计方法，得到的滤波器满足指定的性能指标，最后给出了仿真实例，实例表明所设计的滤波器实现了设计要求。

有限时域广义预测控制稳定性的改进证明方法

采用李雅普诺夫第二方法直接证明了有限时域广义预测控制器 (GPC)可使系统闭环稳定 ,从而大大简化了该有限时域GPC控制器稳定性的证明 ;指出了当λ→ 0时 ,有限时域GPC控制器逼近实现零终点状态约束的最小能量控制器 ,进一步揭示出了该控制器实现闭环稳定的本质原因 .最后 。

有限时域内允许缺货的EOQ存贮策略*

研究有限时域内允许缺货的ＥＯＱ存贮问题，确定最优订货周期和最优订货批量的解析表达式．

一维有限时域差分方法(FDTD)计算中参数的选择

在用一维时域有限差分方法计算波的传播时,为了防止出现发散的结果,要求时间步长Δt<Δx/v,但具体取多大的值,没有定论。通过编程试验,时间步长取Δt<0.75Δx/c,而时间步数Nt大于波从波源传到观察点所需要的时间,又小于反射波到达观察点的时间。而且计算的时间格点和位置格点全部都可以取整数。

有限时域差分法对量子隧道效应的研究

系统介绍了有限时域差分法的基本原理、边界处理方法和初始试探波函数的选取.在此基础上,计算模拟了方势垒和方势阱下系统的能量变化,再现了量子隧道效应这一重要物理现象.进一步表明了运用有限时域差分法来解决量子力学问题是方便可行的,并且以系统平均能量方法处理截断边界能得到比较理想的结果.

线性离散时滞系统的快速有限时域预测控制

针对一类输入受限的线性离散时滞系统,提出一种在线求解局部控制器的有限时域预测控制方法,使得系统的吸引域扩大,而且在终端约束集内控制器基于记忆状态反馈,这样能保证系统状态平稳、快速的趋向原点。最后采用线性矩阵不等式(LMI)方法给出了主要结果,并且仿真验证了该方法的有效性。

Ag线栅能带结构的有限时域差分法计算

Ag线栅具有超强的透射特性,色散能带结构的精确计算有助于分析理解亚波长结构中的电磁特性。利用有限时域差分法FDTD计算了亚波长Ag线栅能带结构,并根据该方法计算了周期为500nm的Ag光栅在不同厚度情况下的能带结构图。结果表明从该方法计算出来的能带结构中可以分析得到Wood异常、波导模式、SPP模式以及透射共振波长红移等多种电磁现象,与现有文献的理论分析一致。

高速率通信网络下时变系统的有限时域H_∞控制

针对高速率通信网络和Round-Robin(RR)协议影响下网络化时变系统的有限时域H∞控制问题,考虑到系统中存在乘性噪声、随机时滞和量化效应,提出了一种基于观测器的有限时域H∞控制器的设计方法。利用李雅普诺夫稳定性理论和线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI)技术得到有限时域H∞控制器存在的充分条件。基于锥补线性化(Cone Complementarity Linearization,CCL)方法通过求解一组递归矩阵不等式得到观测器和控制器参数。所设计的控制器保证闭环网络化时变系统在给定的时域内稳定,且满足预定的H∞性能指标。数值仿真验证了所提方法的有效性。

菲涅尔衍射及有限时域差分在光栅仿真中的应用研究

基于衍射现象的高精度光栅是一种常用的光学元件。通过研究衍射尺度下的相位光栅,提出了一种结合菲涅尔衍射和有限时域差分的光栅仿真方法,来仿真光栅的菲涅尔衍射区域内的光场分布情况。在入射光栅处采用有限时域差分计算方法,得到高精度的光场分布,然后在光栅后的近场区域采用菲涅尔衍射计算接收屏处的光场分布。通过结合两种方法解决了介质过渡区域的计算和传播区域有限时域差分计算量大的问题。结果显示接收屏处产生了三个衍射峰。基于有限时域差分算法的特点,此方法同样适用于非规律性的光栅结构,对于非等距光栅以及有制造误差的光栅分析具有普适性。

柱坐标系下浅海传播声场时域有限差分预报方法

直角坐标系下的时域有限差分方法在水声传播仿真时由于计算量太大而较少应用。文章利用时域有限差分方法推导了柱坐标系下的声波方程的近似表达式,结合复频移完全匹配层建立浅海声传播模型,在减少计算量的同时准确预报了传播信号声压的时域波形、传播声场的时空演变过程以及频域传播损失曲线。在柱坐标系下使用时域有限差分方法仿真Pekeris传播环境声场并与简正波和波数积分模型进行对比,分析了时域有限差分水声传播模型的适用范围。结果表明,时域有限差分方法仿真浅海中近程传播声场精度较高。模型的稳定性与时间和空间网格大小有关,声源频率越高,空间和时间网格划分越小,计算量越大。数值离散带来的频散误差累积会导致远场传播声场计算不准确,因此时域有限差分水声传播模型更适用于低频中近程声场计算。

基于悬挂变量的显式无条件稳定时域有限差分亚网格算法

时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)方法由于稳定性条件的限制,在处理含精细结构的电磁问题时效率不高.显式无条件稳定(explicit unconditionally stable,EUS)FDTD方法通过滤除系统矩阵的不稳定模式,能够消除稳定性条件的限制,提高精细结构的仿真效率.然而,EUS-FDTD方法需要求解数值系统矩阵的特征值,在采用亚网格方案对含精细结构目标离散时需要保证数值系统矩阵的对称性.现有的EUS-FDTD亚网格方法存在着构造复杂、精度不足等问题.针对以上问题,本文将悬挂变量亚网格(hanging variables subgridding,HVS)算法应用于EUS-FDTD算法中,从系统矩阵的对称性出发证明了悬挂变量亚网格算法的稳定性,给出了高精度、稳定、容易实施的HVS-EUS-FDTD方案.通过线磁流在自由空间的辐射、多个介质目标以及三维含介质腔体的数值算例证明了所提方法的稳定性、高精度以及高效性.数值实验表明,HVS-EUS-FDTD算法的计算效率相比于均匀细网格FDTD算法可提升数百倍,相比于HVS-FDTD算法最高可提升Ratio(粗细网格尺寸比)倍.

基于时域有限差分法的飞机用电设备电磁兼容整改方法

由于飞机用电设备电磁兼容整改过程中缺乏针对性整改措施,导致波形失真程度大。因此,文章提出基于时域有限差分法的飞机用电设备电磁兼容整改方法。引入时域有限差分法,计算电磁场干扰分量和电磁干扰隔离度,根据电磁干扰隔离度、电磁场干扰分量,选择合适材料,评估电磁兼容屏蔽场设计材料的综合性能,生成电磁兼容屏蔽场,滤波处理飞机用电设备电磁,优化线路布局和设计,实现基于时域有限差分法的飞机用电设备电磁兼容整改。实验结果证明,该方法有效控制波形失真程度在2mm内,可提高飞机用电设备的电磁兼容性能。

基于时域有限差分算法的光学MATLAB仿真

以“物理光学”课程为例,基于计算电磁学的有限时域差分法和MATLAB软件图像显示功能,动态地展示光学波动图像,形象化设计课程教学环节。利用MATLAB软件用户操作界面(GUI)功能,让学生自己动手完成结构设计,获得波动光学数据和图像。学生通过观察动态光波传播过程并分析光学图像,提升了对物理光学基础知识的兴趣,有利于深入理解物理机制并提升实践操作能力。

基于非分裂CFS-PML边界条件的频散介质GPR时域有限元模拟

通过数值模拟研究探地雷达(GPR)高频电磁波在频散介质中的传播规律,对提高实测资料的解释精度具有重要意义.复频移完全匹配层边界条件(CFS-PML)以其优越的吸收特性被广泛用于一阶电磁波动方程的GPR时域有限差分数值模拟中,其实现过程大都涉及电磁场的卷积计算,辅助变量较多,降低计算效率.为此,本文从复拉伸坐标系下的Debye频散介质电磁波动方程出发,通过合理构造辅助微分方程,推导了二阶Debye频散介质电磁波动方程的非分裂CFS-PML边界条件实现公式,避免了电磁波场的分裂和卷积计算.在此基础上,利用Galerkin法和Newmark-β差分法推导了基于非分裂CFS-PML边界条件的GPR有限元方程及其时域差分离散格式.两个GPR模型的模拟结果表明:本文提出的基于辅助微分方程的非分裂CFS-PML边界条件实现方法可有效地吸收大角度入射的低频虚假反射波,提高模拟精度;相比于非频散介质,高频电磁波在频散介质中传播衰减更强、子波持续时间增大、分辨率和传播速度降低、直达波和反射波的主频更小,分析结果有助于提高实测GPR资料的解译精度.

端接复杂电路传输线网络的电磁耦合时域并行计算方法

针对端接复杂电路传输线(TL)网络的电磁耦合问题,仍缺乏高效的场路协同仿真技术。该文将传输线方程与时域有限差分(FDTD)方法、诺顿定理和置换定理以及NGSPICE软件相结合,并引入消息传递接口(MPI)并行技术,提出一种高效的时域混合并行算法(FDTDTL-NGSPICE)。首先,根据诺顿定理和置换定理,将传输线网络分解为传输线子系统和复杂电路子系统,并构建对应的等效电路模型。然后,使用FDTDTL并行算法计算传输线子系统沿线各点的电压和电流,并获取对应诺顿等效电路的电流源和等效导纳大小。最后,使用NGSPICE对复杂电路子系统进行传导干扰分析,获得复杂电路各元件上的瞬态响应,并将端口电压反馈给传输线子系统作为边界,实现传输线网络电磁耦合的场线路联合协同仿真。通过对3类典型场景的计算实例,分别使用时域混合并行算法和电磁仿真软件CST电缆工作室(CS)进行数值模拟并对比,验证所提算法的置信度。

一种考虑动态磁滞效应的高效稳定时域有限元计算方法

在时域有限元分析中,考虑铁心磁滞特性与损耗等效磁场对磁场分布的反馈作用,对精细化模拟电工装备的暂态电磁特性具有重要意义。针对耦合动态磁滞特性有限元分析中,存在计算时间长、收敛不稳定等问题,该文提出一种基于等效磁阻率的改进固定点迭代策略,并应用于耦合Preisach磁滞模型的时域有限元分析中。首先,鉴于逆Preisach模型易于数值实现且具有较高的计算精度,铁心材料的磁滞行为由逆Preisach模型进行描述,并基于解析一阶回转曲线对模型进行了参数辨识;其次,通过分析动态磁场分量对收敛性的影响,提出基于等效磁阻率的固定点迭代策略,并在有限元迭代过程中引入松弛因子以加强算法的收敛速度与稳定性;最后,以爱泼斯坦方圈为例,计算铁心中的磁场分布特性与瞬时损耗分布特性并进行实验验证。结果表明,该文所提动态磁滞有限元计算方法在具有较高精度的同时具有较好的收敛速度及稳定性。