带波动算子的非线性Schrdinger方程的线性紧格式（英文）

本文对带波动算子的非线性Schrdinger方程提出了一个线性的紧致差分格式,从而解决了该方程的周期初值问题.通过先验估计和能量法,证明了格式的无条件稳定性和无穷模误差,且证得格式的收敛阶为O(h^4+τ~2),最后通过一组数值实验验证了理论结果.

基于紧格式动态线性化的吊舱推进电机滑模矢量控制

针对复杂海况下吊舱推进电机存在的模型建立困难以及负载扰动问题,提出了基于紧格式动态线性化的滑模矢量控制方法。首先,考虑船舶实际工况建立包含船舶运动模型和螺旋桨负载特性的船-桨数学模型,并通过紧格式动态线性化方法,建立带时变参数和负载扰动项的吊舱推进电机数据模型;然后,设计基于最小转速跟踪误差指标的滑模控制器,同时设计神经网络观测器对控制律中的未知负载扰动项进行估计,并将估计值反馈到控制器中进行扰动补偿。仿真结果表明,所设计的控制器减小了推进电机的转速超调、转矩脉动,提高了吊舱推进电机系统的控制性能。

紧格式无模型自适应控制在四旋翼飞行器中的应用

为解决难以建立自适应离散变结构控制的受控系统数学模型问题,提出一类改进的基于紧格式离散时间非线性系统的无模型自适应控制(ICF-MFAC)方法。首先,在仅有一项时变积分项的CF-MFAC方法中加入误差反馈输出控制项,使得控制器具有在线整定内部参数的优势,提高系统的动态性能。然后,通过严格的数学推导对ICF-MFAC方法进行收敛性证明,理论分析表明,ICF-MFAC方法提高了伪偏导数估计值的利用率,加快了系统的响应速度。最后,在四旋翼飞行器中进行仿真实验,与CF-MFAC方法相比,改进的控制方法控制误差减小6.12%,且无超调、跟踪误差小,始终保持良好的控制效果和鲁棒性。

高精度加权紧致非线性格式的研究进展

综述了高精度加权紧致非线性格式WCNS在理论分析以及复杂流动应用方面的研究进展.首先回顾了国内外高精度格式研究的概况,然后介绍了WCNS的研究与发展历程.在对WCNS进行了Fourier分析和渐近稳定性分析后,给出了WCNS求解多维复杂流动的算例.

基于紧格式线性化的无模型动态矩阵控制

针对常规无模型自适应控制(MFAC)算法只利用了受控系统I/O数据的零阶信息,许多系统内部信息没有充分利用的缺陷,提出了一种基于紧格式线性化的无模型动态矩阵控制方法。该方法利用紧格式线性化方法把非线性系统转化为一组由伪梯度向量描述的线性系统,将动态矩阵控制算法的预测模型和该伪梯度向量相结合,推导出无模型动态矩阵控制的动态模型。在此基础上,利用滚动优化和反馈校正等策略,推导出了无模型动态矩阵控制律的解析式。由于该方法中引入了受控系统I/O数据所带的系统内部信息,极大地提高了预测模型的精确性,增强了系统的鲁棒性,从而有效改善了控制器的控制性能。仿真结果表明该算法具有一定的结构自适应性、良好的伺服性和较强的鲁棒性。

应用加权紧致非线性格式的VFE-2钝前缘三角翼转捩模拟

为研究前缘转捩对钝前缘三角翼涡结构的影响,采用高阶精度加权紧致非线性格式和γ-Reθ转捩模型对VFE-2中等半径钝前缘三角翼进行数值模拟。将计算结果与试验结果进行详细对比,结果表明:钝前缘三角翼的前缘分离涡发生在翼尖下游,在特定雷诺数下其具体发生位置受转捩因素影响,采用全湍流模型计算会推迟分离,而耦合转捩模型后的计算结果和试验结果吻合良好。运用耦合转捩模型方法,对钝前缘三角翼涡结构随迎角变化进行模拟。计算结果与试验结果吻合,表明在较小的迎角下,前缘不会产生分离诱导涡;随迎角不断增大,分离诱导涡在三角翼后缘附近产生并向上游移动。

基于高精度加权紧致非线性格式的γ-Re_θ转捩模型标定与应用

为准确模拟航空工程中的转捩问题,在高精度数值风洞平台上采用低速平板试验数据对基于高精度加权紧致非线性格式的γ-Re_θ转捩模型进行了标定,并在二维低速问题中进行了应用。计算结果与试验的对比表明:基于高精度加权紧致非线性格式的γ-Re_θ转捩模型可准确模拟自然转捩、旁路转捩及分离转捩的位置,并且具有较低的网格敏感性;在中等雷诺数范围,层流区域和湍流区域有相同量级时,计算必须采用转捩模型才能准确模拟阻力系数。

高精度非线性格式WCNS的分析研究与其应用

首先将Fourier方法推广于高维方向研究了五阶精度WCNS的特性,并与其他高阶格式进行比较。分析结果表明WCNS的高精度特性普遍接近甚至好于迎风偏置五阶显式格式EUW-5与Pade′标准格式。然后开展了WCNS的应用研究,采用高效率的WCNS-E-5数值模拟了含强激波的高维复杂流场。算例包括二维高超声速边界层对自由流扰动波的吸收问题以及三维球头绕流问题。计算结果反映出WCNS-E-5对激波等间断的良好捕捉能力,图像清晰光滑,数据准确可靠。

直线电机的紧格式无模型自适应控制

将基于紧格式线性化的非线性系统无模型自适应控制方法应用于直线电机的控制中.利用伪偏导数和伪阶数的概念,用紧格式动态线性时变模型替代直线电机非线性系统模型.根据直线电机运动模型的输入输出数据在线估计系统的伪偏导数。仿真实验表明,紧格式无模型自适应控制器对电机这种具有不确知动态的非线性系统有较强的自适应性、抗干扰性、稳定性和鲁棒性,解决了直线电机非线性和不确定性的控制问题。

紧格式无模型自适应控制在直线电机中的仿真

将基于紧格式线性化的非线性系统无模型自适应控制方法应用于直线电机的运动控制中.用紧格式动态线性时变模型替代直线电机非线性系统模型,根据直线电机运动模型的输入输出数据在线估计系统的伪偏导数.仿真实验表明,紧格式无模型自适应控制方法对电机这种具有不确定动态的非线性系统有较强的自适应性、抗干扰性、稳定性和鲁棒性.

尺度无关高阶WCNS格式

高速流场的数值模拟中,既要保证对小尺度结构的高保真分辨,又要实现对激波稳定、无振荡地捕捉.当前工程中广泛应用的高精度数值格式虽然都能一定程度地满足上述两种要求,但仍与理想目标存在较大差距.例如,模拟雷诺应力模型等小尺度问题时,高精度格式在间断解附近易产生数值振荡.基于高精度格式所存在的上述问题,本文引入去尺度函数,探索了一种更加简单稳定的非线性权重构造方法,并将其应用于7阶精度加权紧致非线性格式WCNS,提出了一种尺度无关的7阶WCNS格式.该格式的性能与灵敏度参数和尺度因子的选择无关,并且在小尺度下仍可以有效捕捉流场激波.同时,该格式在间断处具有基本无振荡性质,且在任意尺度函数下保持尺度无关,并且在极值点处也能保持最优精度.本文还推导了7阶D权函数的形式.最后,在一维线性对流方程中验证了新格式在流场光滑区能够达到设计精度,并通过一系列数值实验证明了尺度无关的7阶WCNS格式在激波捕捉能力上具有良好表现,为WCNS格式改进和解决可压缩湍流等非线性问题提供了一种新途径.

基于LabVIEW的无模型自适应控制算法实现与应用

为了有效地将无模型自适应控制算法(MFAC)应用于实际场景,该文研究LabVIEW开发环境中实现基于紧格式动态线性化的无模型自适应控制(MFAC-CFDL)。实验结果表明,对于相同的被控对象,LabVIEW实现与Matlab的仿真运行结果一致,证明该方法准确性。进一步与传统的PID控制方法相比较,MFAC-CFDL显示出更强的鲁棒性,并能保证闭环系统的稳定性以及输出误差跟踪的收敛性,通过实验说明该方法工程实践应用有效性和可行性。

高阶精度格式WCNS-E-5在亚跨声速流动中的应用研究

采用高阶精度非线性紧致加权格式WCNS-E-5和Baldwin-Lomax模型,求解雷诺平均Navier-Stokes方程,开展了典型翼型与机翼的湍流流动数值模拟研究。对方程中粘性项采用的四阶精度差分近似以及网格导数求解与边界格式的四阶精度,保证了高精度算法的实现。计算结果表明:本文算法能够准确地模拟这些翼型与机翼的亚跨声速流场,得到与实验测量十分吻合的壁面压力分布,计算结果对网格的依赖性小。

高精度格式WCNS-E-5计算物面热流

采用加权紧致非线性格式WCNS_E_5,四阶精度的二阶导数差分近似以及四阶精度的边界格式构造了高精度算法,对高超声速粘性流动的物面热流进行数值研究.首先考察了壁面网格雷诺数对驻点热流的影响,然后开展了边界格式对热流计算结果影响的研究,最后对大攻角钝锥绕流进行了数值模拟.研究结果表明:WCNS_E_5能降低边界层内网格分辨率,全场高精度的WCNS_E_5计算得到的流场图像清晰、真实、分辨率高,热流值准确、可靠.

基于DCS5格式的LDDRK算法

基于五阶线性耗散紧致格式(DCS5)和七级龙格原库塔时间积分算法,根据数值增长因子对精确增长因子的最佳逼近原则,提出与DCS5格式耗散性相适应的优化方法,并得到相应的七级五阶低耗散低色散龙格原库塔(LDDRK)算法.求解标量线性对流方程和线化Euler方程得到的一维波传播问题的数值结果显示,七级五阶LDDRK算法的精度优于七级七阶精度的标准龙格原库塔算法.

关于高阶精度WCNS格式的无粘通量分裂方法（英文）

高阶精度加权紧致非线性格式(WCNS)越来越广泛地应用于复杂流动数值模拟.WCNS可以与多种无粘通量分裂方法结合起来使用.但是,常见的通量分裂方法都是基于低阶格式发展起来的,目前还不清楚哪些通量分裂方法最适合WCNS,也不知道这些方法与高阶格式结合时将会产生什么效果.表面热流计算是高超声速流动数值模拟的难点之一,为了在热流计算时选择合适的通量,研究了多种通量分裂方法的耗散大小.每种通量都可以表示成中心部分与耗散部分之和.这些通量的中心部分相同且非常简单,但是耗散部分较为复杂,且不同的通量分裂方法可导致不同的耗散表达式.通过对通量耗散进行分析可以发现耗散大小与网格界面两侧的物理量跳跃近似线性正相关.数值计算表明高阶格式得到的网格界面左右两侧的物理量跳跃通常远比低阶格式小,因而带来的通量耗散小.通过3个典型算例考察了通量耗散对热流计算的影响,其中包括高超激波/边界层干扰算例.基于对van Leer通量、Steger-Warming通量、KFVS通量、Roe通量、AUSM类通量和HLL类通量的考察,给出了通量选择建议.

高精度格式WCNS-E-5的Fourier分析与应用

对高精度加权紧致非线性格式WCNS-E-5进行了理论分析和应用研究。首先采用Fourier方法分析了WCNS-E-5与WCNS-5及其它高阶格式(迎风偏置格式EUW-5与标准格式)的差分误差特性,研究了它们在分辨效率方面的特性和相位误差在多维方向上的各向异性特性。分析结果显示WCNS-E-5与WCNS-5在色散与耗散特性方面优于EUW-5,分辨效率也普遍高于EUW-5和格式,而且它们的相位速度在多维方向上传播所表现的各向异性特性与其它高阶格式一致。WCNS-E-5的高精度特性与WCNS-5的一致,但在计算过程中少了三对角矩阵求解因而它的效率更高,于是采用WCNS-E-5数值模拟了二维/三维复杂流场,算例包括单涡斜向运动、二维Rie-mann问题以及存在分离的大攻角钝锥流动问题。计算结果体现了WCNS-E-5具有很低的数值耗散误差,它对激波、膨胀波和接触面等间断具有很好的捕捉能力,得到的图像清晰光滑,准确再现了真实流动现象。

一种光滑型TENO非线性加权的WCNS格式

可压缩湍流流动广泛存在于航空航天领域,流场中激波间断与多尺度湍流共存使得高精度数值模拟面临巨大挑战。为了提升复杂湍流模拟的精度,在加权紧致非线性格式(WCNS)框架下,发展基于目标基本无振荡(TENO)格式加权策略的WCNS-T格式,并进一步从兼顾数值计算收敛性和精度的角度提出光滑型S-TENO非线性加权方法及其WCNS-ST格式。通过频谱特性分析、一维Lax和Osher-Shu算例、二维双Mach反射算例测试了发展的WCNS-ST格式对于间断与高频波的捕捉能力;通过二维圆柱层流绕流与三维30P30N多段翼型的自适应湍流模拟,重点对比研究了原始TENO加权与当前的S-TENO加权在黏性复杂流动中的收敛特性及其对数值计算结果的影响。研究发现,当前提出的S-TENO非线性加权保持了原始TENO非线性加权的色散耗散特性及激波捕捉方面的能力,同时明显改善了WCNS-JS和WCNS-Z格式中非线性耗散过大的问题;S-TENO非线性加权显著改善了原始TENO非线性加权中权值阶跃导致的收敛困难问题。以上结果表明,当前提出的光滑型S-TENO非线性加权及其WCNS-ST格式在实际复杂构型流动数值模拟中兼顾精度和收敛性,更加适用于复杂工程应用场景。

晶体相场方程的高精度线性化有限差分方法

晶体相场模型是一类空间六阶非线性发展方程。文章首先给出了三层线性化紧差分格式,该格式在第1时间层是显式差分格式,其余时间层为线性化隐式差分格式;其次证明了差分格式的唯一可解性及L2范数下的收敛性,收敛阶在时间方向上二阶收敛、空间方向上四阶收敛;最后通过数值算例验证了差分格式是有效的。

基于HDCS-E8T7格式的气动噪声数值模拟方法研究进展

发展了气动噪声高精度数值模拟方法,空间导数离散采用了HDCS-E8T7格式及精度与之匹配的边界格式,时间离散方法采用了高精度多步龙格库塔方法和高精度隐式双时间步方法,发展了高精度对接边界算法,将方法推广至多块对接网格以满足解决复杂几何构型问题的需要,采用隐式大涡的概念处理可能出现的湍流问题。在此基础上,研究了几何守恒律对计算结果的影响,展示了复杂网格中高精度计算满足几何守恒律的重要性,完成了等熵涡、双圆柱散射、串列柱翼构型和喷嘴射流等典型噪声问题的求解,所得计算结果展示了所发展的模拟方法具有良好的预测精度和解决复杂构型气动噪声问题的潜力。