基于状态空间法的平面圆弧曲梁面外动力学分析

该文通过选择广义位移和与其对偶的广义力作为状态变量,建立了平面圆弧曲梁面外动力学问题的状态方程列式,并求解了工程中常见的四种边界条件下圆弧曲梁面外自由振动的频率和模态。利用状态空间列式和辛内积的概念,建立了振动模态关于质量和旋转惯量以及关于刚度的正交关系式。基于建立的振动模态关于质量和旋转惯量的正交关系式,运用模态叠加法得到了非齐次状态方程即面外强迫振动控制方程的解析解,并具体考察了竖向移动荷载作用下圆弧曲梁的动力响应。给出了数值算例,并与已有结果进行了比较,验证了该文方法在进行圆弧曲梁面外自由振动和强迫振动分析时的准确性和可靠性。

空间自锚式悬索桥合理成桥状态计算方法

自锚式悬索桥成桥状态主梁不同的内力分布决定了吊杆竖向力的分布。文章以一座双塔三跨空间自锚式悬索桥为实例,在主梁吊点处采用强迫位移法进行主梁内力的调整,得到吊杆竖向荷载分布情况;以弹性悬链线理论的解析算法为基础,迭代求解主缆分段无应力索长和吊杆无应力长度,将无应力索长作为初始参数在通用有限元软件ANSYS中建立有限元模型,调整锚跨主缆无应力长度及主梁后锚面的预长量,并以此分析计算其合理成桥状态。

考虑界面摩阻的加筋垫层状态空间分析方法

目的 快速求解加筋垫层的力学响应,为加筋垫层的设计提供一种新的解析分析方法。方法 基于Euler-Bernoulli梁理论,将加筋垫层视作Winkler地基上的欧拉直梁,考虑加筋垫层顶部与底部接触界面的摩阻作用,建立在任意竖向荷载作用下加筋垫层静力响应问题的状态空间方程;通过与已有文献、有限元的计算结果对比,验证解析方法的有效性。结果 界面摩阻作用能减小加筋垫层的变形,且其对集中荷载作用点的变形影响较大;增大垫层的厚度与弹性模量可以减小结构的变形,但随着数值的增大,减小的效果逐渐减弱;垫层的厚度与弹性模量仅对集中荷载作用点的变形影响较大,而地基反力系数对所有位置的竖向位移及集中荷载作用处的截面转角影响均较大。结论 界面摩阻对集中荷载作用处的变形影响较大,在计算分析时不能忽略;在实际工程中,可通过选择合适的弹性模量和厚度、提高地基反力来减小结构变形。

基于状态空间法的桩承加筋路堤分析方法

为快速求解桩承加筋路堤力学响应问题进而评价其路用性能,引入状态空间法,基于弹性地基梁理论将加筋垫层视作弹性地基上的欧拉直梁,建立考虑接触界面水平摩阻和非均匀刚度地基的解析模型,将位移和内力同时作为状态向量建立状态方程,求得任意竖向荷载下桩承加筋路堤解析模型的内力和变形。通过与已有文献、有限元的计算结果对比,验证了解析结果。参数分析表明,垫层厚度的变化对结构变形的影响大于垫层模量;路堤填土高度的增大使得土拱效应和拉膜效应充分发挥,但导致桩土差异沉降变大;适当增加垫层厚度,提高垫层模量可以有效地降低路堤沉降,改善桩土应力比。

状态空间法的非线性负载三相逆变器建模研究

含非线性负载的三相逆变器难以建立精确的数学模型,为此,文中以三相电压型SPWM逆变器为研究对象,提出一种基于状态空间平均法的非线性负载下三相逆变器建模的方法。根据三相逆变器的工作原理建立系统的小信号模型,利用相关坐标变换及状态空间平均法导出其状态方程,对其平均变量进行分离扰动和线性化处理,经过拉普拉斯变换后得到系统的状态空间平均模型。在Matlab/Simulink环境中分别搭建系统在线性负载和非线性负载条件下的方框图模型,对于两相旋转坐标系和三相静止坐标系下的三相逆变系统进行相应的仿真。结果表明,利用状态空间平均法对三相逆变器进行建模的可行性强,且所提方法具有仿真结果精确、误差小、鲁棒性强、仿真时间短等优点。

基于状态空间法的圆弧曲梁面内动力学分析

该文采用状态空间法研究了圆弧曲梁面内动力学特性。通过选择合适的状态变量,建立了相应的状态空间列式,并给出了固有频率和振动模态的求解过程。进一步通过引入辛内积的概念,建立了三种工程常见边界条件(简支、固支和自由)下圆弧曲梁面内振动模态关于质量和旋转惯量的正交关系式。在此基础上,运用模态叠加法给出了非齐次状态方程的解析解,并得到了圆弧曲梁在竖向移动集中荷载作用下的瞬态响应。数值算例结果表明该文方法是十分精确和可靠的。

基于Markov状态空间法的稳控系统隐性故障建模方法

安全稳定控制系统(稳控系统)对于电网的安全稳定运行意义重大,但是稳控系统隐性故障的存在可能导致电力系统事故的进一步扩大和蔓延。现有稳控系统故障的研究较少,且主要集中于定性分析,缺乏对隐性故障的量化建模。为此,本文分析了稳控系统隐性故障的特点和存在环节,建立了稳控系统隐性故障评估指标体系;基于稳控系统隐性故障各环节的故障率,建立了基于Markov状态空间法的稳控系统隐性故障概率模型;提出了稳控系统可靠性分析指标的计算方法,实现了稳控系统的可靠性评估;最后以某220 kV稳控系统为例,通过对稳控系统隐性故障概率的准确计算,验证了所提模型的合理性和有效性,实现了稳控系统的可靠性评估。

基于状态空间法的阶梯型变截面水平受荷桩分析方法

为研究阶梯型变截面桩的水平承载特性,基于Timoshenko梁理论,建立了综合考虑桩基尺寸效应、剪切变形和桩基材料非线性效应的四弹簧模型及其状态方程,获得了非线性桩土相互作用下任意长细比的桩截面内力与变形解析解。通过与已有文献中现场试验结果对比分析,验证该方法的适用性和有效性,并讨论了变径位置、桩径比和弹性模量比对桩基受荷特性的影响。研究结果表明:(1)桩基水平承载力对三者的敏感性为:桩径比>变径位置>弹性模量比;(2)综合考虑桩承载能力和经济性,建议变径位置、桩径比和弹性模量比取0.6。

状态空间有限元法分析固支叠层结构热应力

为分析复合叠层材料在热应力条件下的力学特征,建立求解二维叠层结构在温度载荷作用下的半解析状态空间方程。沿叠层的水平方向使用Lagrange单元离散和B样条单元离散位移及应力分量,在垂直方向分别采用通解法和精细积分法求解状态空间方程。针对某给定的温度载荷进行热应力分析,参考有限元结果,对比Lagrange单元离散和B样条单元离散方法以及通解法和精细积分法的有效性。研究结果表明:B样条单元离散的的计算精度比Lagrange单元离散高;相较于通解法,精细积分法的精度更高、求解速度更快。

基于状态空间法的受电弓主动控制的研究

建立线性化的受电弓模型和接触网的有限元模型、以及它们的耦合系统动力学模型,分析接触网的刚度变化,利用最优控制理论对主动控制式受电弓进行了理论上的研究。根据高速铁路对受电弓和接触网动力学性能的要求,从降低接触压力的波动以改善受流质量着手,针对弓网关系的特点,建立了受电弓主动控制系统模型,采用全状态反馈设计并利用线性二次型最优控制策略设计了受电弓主动控制的控制器,并求得了控制器参数。对控制系统进行仿真验证和研究。结果表明,采用主动控制式受电弓,能够降低接触压力的波动,提高弓网系统的动态性能,改善受流质量。

基于多维状态空间法的漓江上游生态旅游承载力空间评价及提升策略

以生态旅游热点地区漓江上游为研究区,构建生态旅游承载力评价的指标体系,基于遥感影像、基础地理信息数据、社会经济统计数据等多种数据源,借助GIS空间分析技术,利用多维度状态空间方法,从生态环境、经济社会、旅游资源3个维度对漓江上游进行生态旅游承载力空间分异评价。结果表明:生态环境承载力总体较高,西部、北部和东北部地区生态环境承载力强;经济社会承载力总体较低,但区县差异明显,桂林市区较强,灵川县中等,兴安县较弱;旅游资源承载力中等,但桂林市区北部、兴安县城周边、北部山区和灵川南部较高。生态旅游承载力达到和优于理想状态的面积仅占29.28%,空间分布不均衡,西南部、东北部承载力较强,北部、东南部承载力较弱。基于上述结果,提出提升生态旅游承载力的实施途径,为漓江上游生态旅游开发与生态系统管理提供借鉴。

改进随机子空间系统辨识方法及其在桥梁状态监测中的应用

为了提高基于振动参数识别的大型斜拉、悬索桥梁在线状态监测系统在灾害天气发生时,评价和预报桥梁状态的实时性。根据随机子空间模态参数辨识方法的特点以及在线数据采集与状态评价过程对参数辨识的要求,利用递推算法构造TOEPLITZ矩阵,减少辨识过程中的重复运算量达到缩短运算时间的目的。该算法在香港汀九大桥状态监测系统数据处理中应用的结果表明,运算时间能够满足台风天气情况下对桥梁状态评价实时性的要求。

层状饱和土Biot固结问题状态空间法

针对饱和多孔介质空间非轴对称Biot固结问题,引入状态变量,构造了两组相互独立的状态变量方程.利用Fourier级数和Laplace-Hankel变换,将状态变量方程转换为两组一阶常微分方程组,提出了均质饱和多孔介质空间非轴对称Biot固结问题的传递矩阵,得到以状态变量和传递矩阵乘积的形式表示的均质饱和多孔介质空间非轴对称Biot固结问题的解.利用层间完全接触的条件,可得到N层饱和多孔介质空间非轴对称Biot固结问题的一般解析表达式.文中考虑几种不同的边界条件,分析了两个算例.数值结果表明该方法具有较高的计算精度和良好的计算稳定性.

状态空间法计算墙体Z传递函数

提出了用状态空间法计算墙体Ｚ传递函数的数学模型和计算方法，给出了与拉氏变换方法的对比算例及其结果，认为本算法的精度和可靠性是令人满意的。

系统状态空间分割法在电力系统可靠性评估中的应用

目前电力系统可靠性评估方法无法避免对无故障状态子空间的抽样,为此提出了系统状态空间分割法。该方法将系统状态空间分割为无故障状态子空间和各阶故障状态子空间,并根据各阶故障状态子空间特点分别采用解析法和蒙特卡洛法进行分析。该方法不需要对无故障状态子空间抽样,并可对各故障状态子空间的抽样次数进行最优分配。同时提出了仅需要少量均匀随机数便能抽取特定阶数故障状态的系统随机状态抽样方法,该抽样方法应用于大规模系统中具有明显优势。算例结果验证了该方法的可行性。

增广非最小状态空间法的稳定平台预测控制研究

针对传统的模型预测控制器鲁棒性较差及模糊PID控制系统比较复杂的问题,提出了利用增广非最小状态空间模型与模型预测控制相结合的稳定平台预测控制。建立了稳定平台广义被控对象的数学模型,以增广形式的非最小状态空间模型为基础,结合滚动时域控制原则和线性二次型最优控制,通过对稳定平台离散模型的非最小状态空间形式进行增广变换,给出了基于Laguerre函数的状态反馈增益矩阵算法,设计了增广非最小状态模型下的预测控制器,实现了对导向钻井稳定平台控制系统的仿真研究。仿真结果表明稳定平台预测控制系统可以很好地满足钻井工程对控制精度和动态特性的要求,而且对有时变性的盘阀摩擦干扰力矩及模型参数摄动具有较强的鲁棒性。

基于状态空间的阻抗分析法在次同步振荡中的应用

随着新能源的大量接入,阻抗分析法在新能源并网次同步振荡中得到了广泛应用,但是针对新能源与火电打捆系统,现有方法在机电耦合的阻抗建模方面仍存在模型适用性问题。为此,提出了一种基于状态空间的阻抗分析法(IMBSM),将电力系统非电气元件耦合到电气元件的动态特性,以导纳函数的形式统一建模。为配合IMBSM的应用,提出了一种新的串联谐振判据,该判据通过拾取源、网子系统的视在谐振点,计算系统的谐振频率。IMBSM不仅包含了系统特征值等关键信息,并且具有比阻抗扫描法更高的精度。最后,基于IEEE次同步振荡第一标准模型及风火打捆经串补送出系统模型,验证了IMBSM及所提串联谐振判据在次同步振荡分析中的准确性和可行性。

多机电力系统自励磁判定的状态空间分析法

针对单机系统的自励磁判据很难在大系统网络中推广应用的不足,重点研究了在大型电网(即多机系统)中如何进行全网机组自励磁判定的数学模型,提出在系统网络情况下采用同步机数学模型结合Ⅱ型线路模型的新思路,利用状态空间分析法,建立多机系统的自励磁状态方程,通过方程的矩阵特征根的性质来判断自励磁的发生与否及其特征。文章实现了算法和框图,结合安徽省电网的黑启动校验进行了实例计算,计算结果证明该方法是可行的。

结构地震反应分析的状态空间法

介绍了平面杆系模型非线性地震反应分析技术,包括恢复力滞回模型的数值描述及刚度变化的处理,提出了通过数值积分来计算结构弹塑性地震反应的状态空间法,同时也提出了逐步积分过程中刚度变化的处理方法 并用本文方法对澜沧-耿马帅茶厂一幢三层四跨钢筋混凝土框架结构进行了计算 计算结果表明:运用本文计算方法进行结构地震反应的非线性分析计算,其计算结果比目前结构工程地震反应的非线性分析法精度高,计算精度可以满足工程要求

基于状态空间法的海洋生态环境承载力评价

文章构建了海洋生态环境承栽力评价指标体系，利用状态空间评价模型，对2003～2009年我国全域海洋生态环境承载力进行了评价分析，结果表明：在2003—2009年间，除2006、2007年我国海洋生态环境系统处于轻微超载状态以外。其它各年份我国全域海洋生态环境承载系统一直处于满载状态；经济增长、环境污染、人口增长带来的压力是造成系统失衡的主要原因，环境污染对承栽力的波动起到了很大的影响。最后针对我国海洋生态环境承载力提出了改善对策和方法。