基于状态空间HAR-RV-RS模型的中国股市波动率预测

文章以高频数据下异质自回归(HAR)模型为基础,将模型的部分参数进行时变化处理,利用卡尔曼滤波方法进行参数估计,并引入新的要素——已实现的偏度(RS)作为新解释变量,构造状态空间HAR-RV-RS模型,进行波动率预测研究。文章分别选取了上证综指和深证成指3410个交易日的五分钟高频数据,通过样本内参数估计和样本外滚动时间窗预测,结合损失评价函数与HAR-RV、状态空间HAR-RV进行模型比较。实证研究表明,参数时变化和加入RS后的状态空间HAR-RV-RS模型预测效果有显著提升。

三有源桥DC-DC变换器广义状态空间平均模型及控制策略研究

基于移相加占空比控制策略的三有源桥TAB(triple active bridge)DC-DC变换器具有效率高和软开关范围可扩展等优点,但其小信号建模过程复杂、闭环控制环路参数整定困难。针对该问题,提出1种TAB工作在移相加占空比控制下的全阶连续广义状态平均建模和PI控制器设计方法。首先,分析TAB的运行原理和Y型等效结构;然后,结合移相加占空比控制的特点和交流方波源等效方法,推导出TAB的广义状态空间平均模型;接着,在推得模型的基础上求得输入到输出的传递函数,设计出PI控制器参数。最后,结合数字仿真及样机实验验证了所提方法的正确性及有效性。

基于反向学习的状态空间模型进化算法的充电桩故障诊断预测研究

随着电动车充电站的迅速普及,使用中的充电站出现的问题种类和数量持续上升,相应产生的数据量也在不断增长。传统的手动数据管理方法已显得效率不高,不利于充电桩系统的正常运行。为此,文中提出了一种反向学习状态空间模型演化算法,应用于充电桩的故障诊断与预测,可进行反向学习自适应诊断,预测结果准确,处理速度快,有效提高了充电桩大数据的处理效率;同时将训练结果与实际故障数进行对比,验证了算法的准确性和有效性。研究成果为今后充电桩的安全运行提供了有效的技术支撑,具有重要意义。

基于状态空间模型的激光再制造熔池温度控制系统

激光再制造是用于再制造的一项重要技术,在航空航天、冶金、能源等领域应用广泛。然而,形状控制问题一直是制约其规模化和工业化应用的瓶颈。在激光再制造过程中,熔池温度是决定再制造件形状和性能稳定性的关键。基于此,本文提出了一种基于状态空间模型的激光再制造熔池温度实时在线控制方法,解决了控制机理模型难以建立和多变量约束的问题。

基于谐波状态空间理论的12脉动换流站阻抗建模

为分析谐波对电网换相型换流器高压直流输电系统(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)稳定性的影响,亟需建立一个考虑谐波耦合效应的LCC-HVDC精确模型。基于谐波状态空间(harmonic state space,HSS)理论,考虑频率耦合效应和控制系统建立了12脉动LCC的阻抗模型,所建交直流谐波阻抗模型能在更宽的频带与扫频结果吻合。最后通过PSCAD电磁暂态仿真结果与HSS阻抗模型计算结果对比,验证了所提出的LCC-HSS阻抗模型的正确性。LCC-HSS阻抗建模方法提高了对LCC换流站进行数学建模的精确性,且可以适应多种模式下LCC换流站阻抗建模,为LCC系统稳定性分析及参数优化提供了较为精确的模型。

射流管力反馈两级电液伺服阀的高阶状态空间模型

射流管力反馈两级电液伺服阀常用数学模型为单输入单输出的三阶或二阶简化传递函数模型,其无法描述伺服阀各状态参数的变化且不便于采用现代控制理论的方法进行研究。基于现代控制理论,以衔铁角位移、射流喷嘴位移、射流管阀输出压力、滑阀的阀芯位移为输出,建立了射流管力反馈两级电液伺服阀五阶状态空间模型,不同于传统简化模型,此模型包含了滑阀的黏性阻力和液动力、油液压缩和泄漏、反馈杆弹簧力等多种因素的影响。通过仿真,给出了某型号射流管力反馈两级电液伺服阀的衔铁角位移、射流喷嘴位移、射流管阀输出压力和滑阀阀芯位移的阶跃响应曲线和频率响应曲线,结果显示所建高阶状态空间模型误差较小。

基于状态空间模型的结构外部激励计算与响应重构

为提供更完备的响应数据,提出一种借助于状态空间模型的结构外部激励计算和结构多类型响应重构的方法。首先,将二阶动力学方程转化为状态空间模型,并利用状态空间模型推导出结构外部激励的计算公式。然后,将激励与结构模态坐标组合成新的状态向量并构建增秩状态空间模型,结合结构部分观测的加速度响应实现对结构外部激励的计算以及其余位置未知速度、加速度响应的重构。同时引入粒子滤波算法以减小测量过程中有色噪声的影响,并使用萤火虫算法代替粒子滤波算法中的重采样过程,改善粒子贫化现象。最后对钢轨和外伸梁分别进行数值模拟和试验分析,验证所提方法的有效性。试验结果表明:所提方法能对结构外部激励和未知速度、加速度响应进行有效重构。

基于时变参数状态空间模型的黄金现货价格市场风险分析

黄金价格的波动历来备受瞩目,在不同时间点不同市场因子对其的影响力度也是不同的。本文基于2009-2018年的市场数据,利用状态空间模型刻画出影响黄金现货价格波动的市场因子的时变参数,研究发现:黄金期货价格、美元指数和白银价格一直是黄金现货价格的主要因素;美国10年期国债收益率和WIT原油价格在样本区间内对黄金现货价格存在作用方向颠倒的变化;标普500指数对黄金现货价格的影响在样本区间内有较大的波动幅度,但在较长的年份里其作用力度几乎为0;恐慌指数对黄金现货价格的影响的平均水平随显著不为0,但其作用强度一直微弱。

混合型MMC的改进桥臂平均值与状态空间模型

混合型模块化多电平换流器(MMC)包含半桥与全桥子模块是MMC的通用形式。混合型MMC的常规桥臂平均值模型将半桥与全桥子模块动态视为一致,未考虑两者电容电压可能存在的差异,不能精确描述混合型MMC的动态特性。文中首先考虑半桥与全桥子模块动态特性差异,构建等效电路;其次,提出模拟桥臂调制信号在全桥与半桥子模块间非线性分配的算法,与等效电路共同组成混合型MMC改进桥臂平均值模型。在此基础上,考虑半桥与全桥子模块电气量高次谐波,推导混合型MMC电气部分在dq同步坐标系下的微分动态方程;基于桥臂参考电压非线性分配算法和分段求解方法,推导半桥和全桥子模块等效参考电压解析表达式;建立混合型MMC在dq同步坐标系中的模块化状态空间模型。最后,以测试系统为例,在PSCAD和Simulink中对比详细开关模型与所提模型的暂稳态波形,验证了所提建模方法的有效性和准确性。

农村流通体系建设对农村居民消费提升的影响——基于状态空间模型分析

“双循环”战略背景下,进一步建设完善农村流通体系,进而促进农村居民消费,对于国民经济增长具有重要意义。本文在理论分析的基础上,选取农村社会消费品零售总额、农贸市场数量、农村流通业固定资产投资总额、农村居民收入和农村居民消费五个指标,建立状态空间模型分析农村流通体系与农村居民消费的关系,指出农村社会消费品零售总额和农村流通业固定资产投资额对农村居民消费促进作用较明显,而现阶段农贸市场对农村居民消费的影响作用不大。

考虑死区特性的全桥型MMC状态空间平均化建模方法

为避免同侧互补导通的功率管发生直通短路故障,模块化多电平换流器(MMC)中开关器件需要设置死区时间,死区的存在会产生死区效应且死区难以被彻底消除。随着电力电子器件开关频率的不断提高,死区占比增加,死区影响已不容忽视。针对死区效应越来越显著和MMC仿真耗时过长的问题,提出一种考虑死区特性的提速模型。首先,对级联子模块含死区时间的实际开关状态进行端口工况特征扫描,通过含死区的端口特性识别出各子模块实际工作模态,建立状态空间方程。其次,基于状态空间平均法,以占空比为纽带统一子模块不同的模态性质,建立子模块分立元件模型。进一步,根据平均值模型的解耦特性,建立桥臂集中模型,提高仿真建模效率。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件平台上分别搭建全桥型MMC的详细模型、子模块分立元件模型与桥臂集中模型。仿真结果表明,所提模型具有较高的精度和运行效率,可以更好地满足实际工程仿真需求。

基于状态空间模型的管路结构损伤识别系统

为避免管路系统事故发生,对管路系统的服役情况进行实时监测,以期及时发现装置结构隐患。本研究采用状态空间模型,以某高压蒸汽管路系统为研究对象,开发了一个科学、有效的损伤识别监测系统,基于振动信号检测管路系统中的失效与故障,全面地掌握管路系统的健康状态并进行预警。研究结果表明,在某些特殊情况下,系统能够很快予以调研且实时的输出监测信息,测试平均响应时间4.436 s与损伤识别准确率80%分别满足设计要求的响应时间小于20 s以及准确率大于70%,且由于基础理论和结构的适应性,该系统适用于各种类型的管道,并且可以针对一种或多种失效模式,具备较强的应用价值。

基于状态空间模型序号编码进化算法的航班优化调度

多跑道航班进离港优化调度是将某一时间窗内进离港航班看作一个整体,对进离港航班进行统一优化排序,属于典型的组合优化问题。求解组合优化问题时,采用序号编码比二进制编码和实数编码等方式更直接、更方便。本文提出一种基于状态空间模型序号编码进化算法(OSEA),通过构造状态进化矩阵等操作来实现变异算子的功能,简化了遗传操作,并研究其在航班进离港优化调度中的应用。仿真实验表明:OSEA算法与先到先服务(FCFS)航班排序相比,航班总延误损失降低32.88%,且运算速度更快。

基于改进的状态空间模型进化算法的航班优化调度

单跑道进离港航班优化调度是将某一时间窗内进离港航班看作一个整体,对进离港航班进行统一优化排序,属于典型的组合优化问题。改进的状态空间模型序号编码进化算法(MOSEA)采用序号编码,不使用交叉算子,且通过构造状态进化矩阵来实现基因换位等遗传算子功能,使种群不断地进化,并结合选种池的选择操作实现种群的优胜劣汰。MOSEA算法将问题的解答过程表示为离散状态空间模型的动力学过程,突破了遗传算法的计算模式,简化了遗传操作,并研究了其在航班进离港优化调度中的应用。仿真实验表明:MOSEA算法与遗传算法、先到先服务(FCFS)航班排序相比,航班总延误时间分别降低了22.13%、32.06%,且运算速度更快。

图腾柱PFC广义状态空间模型与仿真分析

电力电子变换器的开关过程引起非常严重的非线性问题,可以采用开关模型、采样数据模型、滑动平均模型、小信号模型和行为模型等分析,其中小信号模型包括状态空间平均模型、能量平衡的平均模型和广义状态空间平均模型(GSSA),通过这种数学建模能够表征和简化电力电子变换器的动力学特性,得到近似的线性化系统。文中采用二阶近似逼近的傅里叶级数对图腾柱PFC进行GSSA建模和MATLAB/Simulink仿真分析,并与状态空间平均模型和开关模型进行比较,发现采用二阶近似逼近的傅里叶级数可以建立更加精确地表征电力电子变换器的动力学特性。

基于状态空间模型的动态交通出行量预测研究

在现代交通管理中,短时交通信息预测有着非常重要的地位。动态交通出行量作为重要的交通信息之一,对其进行预测研究可以丰富短时交通信息预测的理论研究,为提前实施相应的交通管理策略,引导交通需求,提高路网利用效率提供数据支撑。本文在总结动态交通出行量反推理论的基础上,构建了用于动态交通出行量预测的状态空间模型,描述了卡尔曼滤波算法。最后将模型和算法应用到南京某路网进行预测计算,结果表明所构建的模型具有较高的预测准确性。

基于状态空间模型的加工中心功能铣头实时寿命预测

针对铣头运行过程中退化状态不可直接测量、寿命数据难获取、样本小以及成本高等问题,提出基于状态空间模型的铣头性能退化及实时寿命预测模型。融合最新测定的铣头温度数据,并使用贝叶斯理论计算模型参数,更新铣头退化状态变化率以及剩余寿命的失效概率密度,实现对铣头的在线实时寿命预测。加工中心功能铣头运行过程中的温度数据表明:铣头寿命预测准确率随着测定的温度数据增加而逐渐增加,至运行末期,准确率可达96%以上,同时其退化状态变化率也随着铣头运行时间的增加而逐渐减小。

基于云理论和核向量空间模型的电力变压器套管绝缘状态评估

为了解决电力变压器套管绝缘状态评估中存在不确定性因素的问题,提出了一种新的状态评估方法。该方法全面考虑评估指标等级分类边界的随机性和模糊性,采用由云推理确定指标客观权重,由未确知理论确定主观权重的组合赋权法。建立了核向量空间模型,利用核函数将样本映射到高维特征空间的方法,在高维特征空间定义样本数据的指标有向线段和变压器套管绝缘等级标准的理想指标有向线段。进而通过计算两线段之间的夹角加权余弦获得样本与标准模式的贴近度,将绝缘评估问题转化为向量空间的模式识别问题,最终得出变压器套管所处的绝缘状态。实际算例表明该套管在第1次测试时,其绝缘状态贴近正常的贴近度最大即处于正常状态;第2次和第3次测试时,贴近故障的贴近度最大即处于故障状态。

基于状态空间模型的精密机床装配精度预测与调整工艺

在精密机械装配过程中,整机装配精度保障不能仅通过零件公差设计,还必须通过测量与调整等装配工艺共同实现,因此需要建立装配过程偏差传递预测与控制的数学模型,定量描述装配调整工艺对最终整机精度的影响。运用微分运动矢量作为各装配工序误差状态的统一表达方式,构建了零件公差模型、几何特征测量结果与装配过程偏差源数学表达的对应关系,提出了描述精密机床装配过程中关键几何特征变动、特征测量、调整的偏差传递状态空间模型。基于该模型,根据当前装配工序偏差与装配调整工艺对整机精度的影响规律预测,确定本道工序装配调整策略,从而保障整机装配精度。最后以精密卧式加工中心为对象进行计算分析,验证了该建模方法的有效性。

建立航空发动机状态空间模型的修正方法

以阶跃输入响应进行模型的检验, 提出了状态空间模型的修正方法: 基于动态响应较好的状态空间模型, 进行其矩阵B, D, F, G的修正, 获得基于稳态修正的模型, 解决了航空发动机状态空间模型检验与修正的问题。仿真表明, 使用该方法修正的状态空间模型具有与原非线性数学模型完全一致的稳态响应和基本一致的动态过程响应。这种方法为航空发动机多变量数字电子控制器的设计奠定了强有力的基础。