基于时变非线性特征和状态变量的农田灌溉节水控制方法

常规的农田灌溉节水控制,主要采用影响因子分析模拟农田灌溉精度得出农田灌溉节水控制方案,忽略了实际农田土壤的液限和塑限变量对控制方案造成的影响,导致节水控制结果的节水系数较低。提出了基于时变非线性特征和状态变量的农田灌溉节水控制方法。该方法计算农田土壤的基础参数分析时变非线性特征,根据分析所得的特征计算约束条件,建立目标约束函数,构建出农田灌溉的节水控制模型,计算农田土壤液限和塑限的状态变量重新演化模型的目标约束条件,得出最终的农田灌溉节水控制方案。试验结果表明,所提方法应用后得出的节水控制结果,表现出节水系数较高,均值达到0.477,节水效果较好,满足农田灌溉的现实应用需求。

一种状态变量相关的非饱和接触面弹塑性模型及验证

为研究非饱和土与结构的接触问题,基于状态相关概念和临界状态理论,以净法向应力和吸力为应力状态变量,在考虑吸力对屈服函数、流动法则和硬化定律等影响下,建立了非饱和土-结构接触面的弹塑性模型。通过砂土-钢和砂土-土工织物两种接触面的剪切试验结果,对模型的可靠性进行了验证。结果表明:该模型可描述不同初始状态的土-结构接触面力学行为,还能预测不同边界条件下(常法压、常刚度和常体积)接触面的剪应力、法向位移和应力路径变化。在此基础上,对不同吸力下的非饱和粉土-钢和风化花岗岩土(CDG)-混凝土接触面的剪切结果进行预测,发现随着吸力的增大,接触面峰值强度增大,应变软化和剪胀特征愈加明显,且由剪缩到剪胀转换的相变点所对应剪切位移减小。与已有模型相比,该模型参数更容易确定,计算的峰值强度和临界应力更接近实测值,且能反映峰值强度对应剪切位移随吸力减小的趋势,说明该模型能更好地考虑吸力对接触面峰值强度、临界状态和硬化特征的影响。

基于单状态变量的永磁同步电机混沌跟踪控制

永磁同步电机(PMSM)作为一种状态变量多、耦合性强的非线性系统,在实际运行过程中容易出现分岔、混沌等动力学行为。由于这些非线性行为的存在,使得PMSM系统在某些工作条件下会产生混沌振荡状态,从而影响电机传动系统的稳定运行。为此,提出一种基于单状态变量的反馈跟踪控制方法,有效抑制了PMSM系统的混沌行为,使系统能够跟踪到预先设置的期望参考值,不仅控制速度快,且跟踪后的PMSM系统与预设目标系统之间的误差值为零。此外,所提出的控制方法没有系统内部的一些约束条件,只需通过选取合适的控制增益E,就可以使系统跟踪到任意预设值,大大提高了控制器的适用性。通过大量数值仿真实验,证明了该方法的有效性。

一种建立航空发动机状态变量模型的新方法

本文提出了一种用于建立航空发动机状态变量模型的新方法—拟合法：即用发动机部件级模型在稳态工作点处的非线性动态响应数据拟合该点处的小偏离状态变量模型。并应用这种方法建立了某型涡扇发动机在高空稳态工作点处的小偏离状态变量模型，以及地面加速过程的大偏离状态变量模型。通过动态仿真研究，可以看出：与偏导数法比较，拟合法明显提高了建摸精度。

基于改进粒子群算法的航空发动机状态变量建模

为了克服现有航空发动机状态变量建模过程中的不足,采用了一种改进粒子群算法建立航空发动机状态变量模型。首先改进了粒子群算法,提出一种每个粒子根据自身适应值动态调整其惯性系数方法来平衡搜索性能;对群体最优位置进行实时的代内更新以提高搜索速度;为避免陷入局部最优,在最优个体附近进行随机搜索。其次利用该算法建立航空发动机状态变量模型,根据航空发动机在稳态点处的线性化模型应与在该同一稳态工作点处的非线性模型响应一致的原则构造适应值函数,仿真结果表明所建立的状态变量模型不论是稳态过程还是动态过程都与非线性模型响应基本一致,建模精度较高,建立过程简便。

状态变量-预测控制技术在600MW机组再热汽温控制中的研究与应用

电厂锅炉的再热汽温是机组安全、经济运行的重要参数之一,该文针对电厂再热汽温被控对象大惯性、大滞后的特点,结合现代控制理论,提出了基于状态变量—预测控制技术的再热汽温控制方法,即先采用状态反馈来补偿汽温被控对象的滞后和惯性,然后通过预测控制来对补偿后的广义被控对象进行控制,仿真试验及现场运行结果表明,该控制方法具有优良的控制品质,是一种对大滞后过程较为有效的控制策略。

基于虚拟状态变量的卡尔曼滤波瓦斯涌出量预测

为了在煤矿瓦斯涌出量相关影响因素的作用发生改变时,还能够准确预测瓦斯涌出量,提出一种基于虚拟状态变量的卡尔曼滤波预测方法。将相关影响因素通过能够识别瓦斯涌出量模型的非线性网络进行映射,用所得到的输出向量作为虚拟状态变量,提出预测残差方差比检验方法,计算虚拟状态变量的最佳维数,确定能够反映当前瓦斯涌出量的最小样本个数的储量样本。采用基于储量样本计算得到具有最佳维数的虚拟状态变量,建立卡尔曼滤波瓦斯涌出量预测模型。结果表明:对于瓦斯涌出量相关因素作用发生变化的情形,采用固定的训练样本和网络结构建立的基于人工神经网络的预测方法,预测结果的平均误差为5.82%,最大误差为16.56%,采用动态调整的虚拟状态变量建立的卡尔曼滤波预测方法具有较好的跟踪能力和反应速度,预测性能明显改善,其平均误差为0.94%,最大误差为2.08%,表明所建议的方法是可行和有效的。

基于状态变量分析的有源配电网电磁暂态仿真自动建模方法

状态变量分析法是电力系统电磁暂态仿真中的一类重要方法,但复杂的建模过程限制了其在实际研究中的应用,对于配电网等大规模系统而言必须考虑易于程序实现的一般性建模方法。提出了一种面向有源配电系统电磁暂态仿真的状态空间自动建模方法,与传统方法相比充分考虑了当前配电网络的实际结构特点与元件特性,并通过选取适当的状态变量保证了模型规模较小、模型性质满足分析需要,同时特别易于算法的程序自动实现,为各种基于状态变量分析的电力系统电磁暂态仿真、分析、计算方法的研究奠定了基础。

非饱和土应力状态变量试验验证研究

为验证非饱和土两个应力状态变量的合理性,对常规非饱和土三轴仪进行了改进,采用3个压力–体积控制器分别控制孔隙水压力、内室压力和外室压力,提高了量测精度。使用改进的非饱和土三轴仪对描述非饱和土应力状态的两个应力状态变量进行系统的试验验证,做了不同初始干密度、不同初始饱和度、不同初始吸力的3组重塑黄土及1组原状Q_3黄土的各向等压试验,试验中等值改变(增加或减少)总围压、孔隙水压力、孔隙气压力而保持应力状态变量本身不发生变化,通过量测试样体积和水量变化分析检验两个非饱和土应力状态变量的合理性。研究结果表明:对于原状Q_3黄土和各种起始条件的重塑土(包括不同密度、不同饱和度及不同吸力的土样),当只改变应力状态变量的个别组成部分而保持两个应力状态变量本身不发生变化时,则土样的体积变化和含水率变化均很小,可忽略不计。研究结果说明描述非饱和土的两个应力状态变量是合理的,使非饱和土的两个应力状态变量理论有了牢靠的试验依据。

非饱和土的应力状态变量研究

以热力学和连续介质力学的应力理论为基础,从非饱和土的土骨架平衡方程出发,导出了一系列应力状态变量,目前文献中所使用的应力状态变量都在其中。研究发现:非饱和土的应力状态变量有多种组合形式(5组以上),不是惟一的;大多数应力状态变量与土的孔隙率、饱和度等物性指标孪生相伴;所有应力状态变量都具有应力的量纲,单纯孔隙率或饱和度及其组合都不构成应力状态变量;简化的Bishop有效应力公式和Fredlund倡导的两个应力状态变量都是简化了的应力状态变量,前者忽略了孔隙率的影响,而后者忽略了与孔隙率及饱和度的关联性。在选择应力状态变量时应考虑理论合理、应用方便、逻辑关系正确的原则,还应做一定的验证工作。

从变形、水量变化和强度三方面验证非饱和土的两个应力状态变量

为了验证非饱和土两个应力状态变量的合理性,对常规非饱和土三轴仪进行了改进,采用3个压力–体积控制器分别控制孔隙水压力、内室压力和外室压力,提高了量测体变和含水率的精度;用加荷器施加轴向荷载,可以方便地控制偏应力。在笔者前期用各向等压试验验证非饱和土的两个应力状态变量的基础上,使用改进的非饱和土三轴仪和重塑Q_3黄土做了两类验证试验:第一类是两组控制净围压、偏应力和吸力的固结不排水剪切试验,第二类是3组控制净围压和吸力的固结排水剪切试验。在第一类试验中,等值改变(增加或减少)总围压、孔隙水压力和孔隙气压力而保持净围压、吸力和偏应力本身不发生变化,发现试验过程中土样的体积变化和含水率变化均非常小,可以忽略不计。第二类试验的每一组包含两个控制净围压和吸力分别相同的固结排水剪切试验,其中一个试样在固结完成后直接进行排水剪切试验,另一个试样在固结完成后等值增加总围压、孔隙水压力和孔隙气压力而保持净围压和吸力本身不发生变化的条件下进行排水剪切试验,发现二者的抗剪强度、剪切过程中的体积变化、排水量和广义剪应变都分别十分接近,可以认为两两相等。研究结果从变形(包括体应变和剪应变)、水量变化和强度3个方面说明描述非饱和土的两个应力状态变量是合理的,进一步夯实了非饱和土力学的应力理论基础,为非饱和土的两个应力状态变量理论提供了牢靠的试验依据。

基于遗传算法的航空发动机状态变量模型建立方法

提出了一种采用遗传算法建立用于航空发动机控制系统设计的小偏差状态变量模型的方法,即根据发动机稳态工作点处的线性化数学模型的动态响应应该与该稳态工作点处的非线性数学模型动态响应一致的原则来构造遗传算法的适应度函数,通过优化算法,得出系统的状态变量模型。该方法不受系统模态及模型阶次的限制。应用该方法建立某型涡扇发动机的小偏差状态变量模型,具有较高的建模精度,根据该状态变量模型设计鲁棒控制器取得了良好的控制效果,从而验证了该方法的有效性。

状态变量合成三级倒立摆模糊神经网络控制

为解决模糊神经网络在控制多变量系统时的规则组合爆炸问题,提出了用状态变量合成模糊神经网络控制三级倒立摆的方法。该方法既能解决具有快速、强非线性、绝对不稳定系统的控制问题,又能适用对状态变量可按性质和类型分类的多变量系统的控制,大大减少了模糊神经网络控制器的规则数,有利于利用专家的控制经验。实验结果证实了该方法的控制效果好,鲁棒性强。

样条状态变量法分析扁球壳的动力响应

基于瞬时变分原理与样条函数理论 ,建立扁球壳的动力方程。引入样条参数及其对时间的导数作为状态变量 ,导出状态方程。对空间域 ,采用样条有限元法 ;对时间域 ,采用现代控制论中的状态空间法。此外 ,建立了一种状态变量的递推计算格式 ,在计算过程中 ,不解线性方程组 ,也不需采用解耦技术 ,只要作矩阵运算 ,可直接算出动力响应量。文末给出的数值算例表明本文方法是可靠与有效的。

基于状态变量法的新型防雷变压器暂态过电压分析

为了解决传统变压器易被雷击坏的问题,本文分析了雷电波的频谱特性,并介绍一种新型防雷变压器的设计方案及其防雷机理。采取的措施是在变压器绕组上加装一种转换装置,即在铁心外增加一组或两组串接电容的附加绕组。建立变压器绕组时域等值电路的状态方程,通过MATLAB软件中Simulink的状态方程模块进行仿真,给出变压器在雷电波作用下的暂态过程。暂态仿真结果表明新型防雷变压器的附加绕组能够大幅度降低雷电波作用于空载配电变压器的正、反变换过电压。

航空发动机小偏差状态变量模型的建立方法

采用最小二乘拟合法建立用于航空发动机鲁棒控制系统设计的小偏差状态变量模型 ,即根据发动机非线性模型的小偏差动态响应数据直接拟合出其小偏差状态变量模型。由于建模误差在最小二乘意义下最小 ,因而应用该方法可以保证所建模型具有较高精度。此外该方法亦不受模型阶次的限制。应用该方法建立某型涡扇发动机的小偏差状态变量模型 ,具有较高的精度 ,从而验证了该方法的有效性。

螺纹插装式液控换向阀的状态变量模型与仿真

基于现代控制理论的状态空间法,建立了螺纹插装式液控换向阀开、闭过程的动态特性数学模型。选用四阶龙格库塔算法,采用C++编程,对液控换向阀开闭过程动态特性进行了仿真。研究了阀的结构参数和系统的性能参数对阀的开、闭动态过程性能的影响,分析确定了阀的结构参数。

电液换向阀的状态变量模型与仿真研究

基于现代控制理论的状态空间法,建立了螺纹插装式二位二通电液换向阀开闭过程的动态特性数学模型,选用四阶龙格库塔算法,采用C++编程,对电液换向阀开关过程动态特性进行仿真,研究了阀的结构参数和系统的性能参数变化对阀的开启和关闭动态过程性能的影响,分析确定了阀的结构参数,为同类阀的动态特性研究提供了一种有效手段,对提高阀的动态特性具有非常重要的意义。

非对称油缸施力系统状态变量模型的建立

本文介绍了用于位置和速度系统的非对称油缸的状态变量模型的建立问题 。

航空发动机状态变量模型的QPSO寻优混合求解法

针对航空发动机控制和故障诊断中的状态变量模型求解存在的系数矩阵精度不高的问题,结合阶跃响应法和拟合法的基础上,提出了一种基于量子粒子群寻优(QPSO)求取发动机状态变量模型的混合求解法。QPSO优化算法求解A,C矩阵使得状态变量模型和非线性模型在动态过程具有较好的吻合,阶跃响应法求取B,D矩阵保证了模型稳态响应一致。利用混合求解法建立了某型涡轴发动机在某一稳态工作点下的小偏离状态变量模型。仿真结果表明,这种方法不仅增强了状态变量模型的求解精度,相对于单纯的拟合法缩短了求解时间,精确的状态变量模型为进一步的故障诊断和控制系统设计提供了条件。