裂隙花岗岩非线性蠕变本构模型及参数分析

裂隙花岗岩的蠕变特性对高放废物地质处置库的长期稳定性和安全性至关重要。本文基于裂隙花岗岩在不同应力条件下的蠕变试验结果,结合蠕变过程中应力产生的损伤累积的影响,提出一种考虑损伤的弹黏塑性体。通过将经典Burgers模型的黏性元件替换为分数阶黏弹性元件,将黏弹性体替换为考虑损伤的弹黏塑性体的方法,构建了裂隙花岗岩非线性蠕变本构模型,并推导出模型在3维应力状态下的本构方程。通过对倾角30°及45°单裂隙花岗岩在不同应力条件下蠕变试验数据的拟合分析,确定了模型参数,验证了模型的适用性和合理性,获得了各模型参数随应力水平的变化规律。通过模型参数的敏感性分析,揭示了分数阶导数、损伤参数,以及应力水平对裂隙花岗岩蠕变应变的影响规律,并验证了裂隙花岗岩非线性蠕变本构模型在特殊条件下可退化为经典Burgers模型。研究表明,本文提出的裂隙花岗岩非线性蠕变本构模型能够准确地描述裂隙花岗岩蠕变破坏全过程的3个阶段,尤其是加速蠕变阶段应变随时间非线性增长的过程。

多策略融合改进的沙猫优化算法及其在非线性马斯京根模型参数估计中的应用

针对广义非线性马斯京根模型在河道洪水演进中参数估计精度低及易陷入局部最优解的问题,文章提出一种多策略融合改进的沙猫优化算法(MSCSO),以提高洪水演算的精准程度。首先,利用Logistic混沌映射等策略提升原算法寻优能力;其次,通过与沙猫优化算法(SCSO)、灰狼优化算法(GWO)及正余弦优化算法(SCA)对比,验证MSCSO在寻优性能上的优势;最后,将其应用于广义非线性马斯京根模型参数优化。实验结果表明:MSCSO算法有效提升模型精度,具有广泛的应用前景。

基于参数化降阶模型的非线性气动弹性高效分析

针对非线性气动弹性分析时需要在时域求解多个流场参数条件下结构运动方程而造成的计算消耗过大的问题,提出了一种适用于参数变化时非定常流场高效计算的参数化降阶模型,不仅可以应用于计算机翼等结构的总体气动力还可以得到每个时刻的结构表面的流场数据分布,并成功应用于典型机翼的跨声速颤振边界的计算,大大地提高了计算效率.结果显示,单流场条件时降阶模型的计算速度比直接使用时域分析方法提高了3倍;在计算多流场参数条件下,参数化降阶模型相比于使用单流场降阶模型计算速度提高了3.5倍,相较于时域分析方法提高了10倍.

基于非线性摩擦力模型和WLS-CS算法的机器人动力学参数辨识

为了实现对工业机器人的高精度控制,需要一个高精度的动力学模型,因此要对动力学参数进行精准辨识。提出一种基于非线性摩擦力模型和加权最小二乘法与布谷鸟算法(WLS-CS)结合的动力学参数辨识方法。首先通过Newton-Euler法进行机器人的动力学建模,结合非线性摩擦力模型,完成机器人全动力学模型的建模。设计5阶有限项傅里叶级数作为激励轨迹,并优化激励轨迹参数。使用加权最小二乘法对动力学参数进行初步辨识。辨识结果作为布谷鸟算法的初始解范围,结合Levy飞行与巢穴的优胜劣汰机制,寻找到动力学参数辨识的全局最优解。更换轨迹对机器人全动力学模型进行验证,计算机器人的仿真力矩,并与实验力矩反馈值进行对比。结果表明上述方法辨识的动力学参数辨识精度的残差方根(RMS)值下降8.6%,可以建立精确度较高的动力学模型。

基于一类非线性时间序列模型的锂离子动力电池建模研究

伴随着新能源产业的飞速发展,锂离子动力电池作为一种高效的储能方式,已成为电动汽车的重要组成部分。在电池管理系统的功能中,电池的高精度建模至关重要。在实际应用中,电池不是一个线性系统,其输入和输出由于外部扰动等原因表现出非线性特征,从而直接影响参数识别效果,进而影响模型精度。鉴于此,本文对锂离子动力电池进行了Hammerstein-ARMAX(Autoregressive MovingAverage with Extra Input)模型构建,并对模型参数的估计方法进行研究,旨在提高模型的准确性。实验结果表明了该方法的有效性。

一种光伏组件5参数模型参数求解算法

针对目前牛顿-拉夫逊法在求解光伏组件5参数模型特征参数时存在的雅克比矩阵奇异化和参数漂移问题,本文运用Levenberg-Marquardt(LM)算法求解光伏组件5参数模型参数。结合目前两种常用组件实测数据的算例分析,验证了本文所提出的LM方法对不同类型组件具有精度高、收敛速度快、实用性强等优点。

耦合温度影响的动态非线性渗流模型

针对现有非线性渗流模型未考虑温度变化对非线性渗流规律的影响,首先从毛细管渗流模型、Hagen-Poiseuille公式以及边界层理论出发,结合温度对边界层厚度及流体屈服应力的影响,推导得到低渗透多孔介质中耦合温度影响的动态非线性渗流模型。其次,利用已发表文献中的实验数据开展拟合验证,得到的渗流速度曲线及最小启动压力梯度与实验数据吻合度高,验证了动态非线性渗流模型的准确性,同时与静态非线性渗流模型和达西渗流模型的对比分析,进一步揭示了动态非线性渗流模型的合理性。针对渗流速度曲线进行敏感性分析表明,拟合系数A和B取值的增大均会导致渗流速度曲线右移,非线性渗流段曲线弯曲程度减弱,最小启动压力梯度增加。温度升高对渗流速度曲线影响程度较大,导致渗流速度曲线大幅上移,非线性渗流段弯曲程度减弱,最小启动压力梯度同样会增加。该动态非线性渗流模型的提出进一步丰富了非线性渗流理论的发展,可推广至相关两相流及高温高压油气藏数值模拟研究。

无人拖轮非线性模型预测控制算法仿真与实测

为了提高无人船的轨迹跟踪精度,以带艏侧推的全驱动无人拖轮船模为研究对象,提出了基于稀疏回归的参数辨识方法与基于非线性模型预测控制(NMPC)的轨迹跟踪算法。采用基于稀疏回归的动态系统辨识方法,根据简化动力学模型,通过对自航试验采集的姿态与推进器时历数据进行顺序阈值最小二乘法回归,迭代求解得到模型参数。针对带系统动力学约束的时间参数化轨迹跟踪控制问题,采用acados求解器实现在线高效求解非线性最优控制问题。通过自航试验完成了无人拖轮非线性动力学模型参数的高效辨识与建模,基于得到的系统模型,Acados求解器可以根据当前系统状态和轨迹参考值快速得出最优的推进器控制指令。经过仿真和实船试验,验证了所提出基于NMPC的轨迹跟踪算法具有较高的控制精度和鲁棒性。

哈里斯鹰算法在广义非线性马斯京根参数优化中的应用——以洛河为例

马斯京根模型在河道洪水演算中发挥着重要作用,其演算精度在于参数的优选。针对目前马斯京根参数率定中存在的求解复杂、精度不高等问题,提出利用哈里斯鹰算法对其参数进行优化,这种方法具有广泛的全局搜索能力,且需要调节的参数较少。以黄河支流洛河为研究对象,利用广义非线性马斯京根模型对宜阳—白马寺段的河道进行洪水演算,且分别用哈里斯鹰算法、粒子群算法和蚁群算法对其参数进行优化。结果表明,基于哈里斯鹰算法的广义非线性马斯京根模型在洛河宜阳—白马寺段的演算精度较高,其Min.SSD为1237,洪峰误差DPO仅为5,均优于粒子群算法和蚁群算法优化后的结果,其成果适合应用于洛河宜阳—白马寺段的洪水预报工作。

非线性模型的众数回归估计

在应用众数回归方法来考虑非线性模型的估计时,把调整参数当作常数,在适当的条件下得到估计量的√n收敛速度,改进了已有的众数回归估计方法,即把调整参数作为变量.最后,通过一定数量的模拟实验来验证众数回归估计的稳健性.

基于等值单机非线性模型的多换流器并联直流系统暂态稳定性分析及控制参数整定方法

针对“状态变量多、阶数高”给多换流器并联直流系统暂态稳定性分析带来的困难,提出计及多换流器动态交互的等值单机非线性模型,简化大扰动稳定性分析及控制参数设计复杂度。首先,对每台换流器下垂双环控制中的所有状态变量做等效变换,建立直流系统的等值单机非线性模型;其次,基于等值单机的Takagi-Sugeno(TS)模糊模型刻画出最大估计吸引域,分析系统控制参数设计不合理导致的“小扰动稳定、大扰动失稳”问题;然后,提出基于等值单机的直流系统控制参数整定方法,通过等值单机设计推导系统中每台换流器的控制参数,降低了直流系统控制参数设计的难度,最后,RT-BOX硬件在环实验平台验证等值单机非线性模型及理论分析的准确性。

在线优化参数的多变量无模型预测线性自抗扰控制

针对时变参数的多变量线性模型上叠加非线性的系统,采用具有辅助向量的多变量偏格式动态线性化方法逼近该系统,在多变量线性状态观测器中加入辨识的线性模型,提高状态观测精度。在多变量线性跟踪微分器和状态观测器分别引入超前参考输入与输出预测值,使多变量线性自抗扰控制器具有预测控制性能。运用非线性递推最小二乘法在线优化多变量线性自抗扰控制器的参数,给出在线优化参数的多变量无模型预测线性自抗扰控制算法。结果表明:无参数优化时的响应曲线,超调大,调节时间约1 s,无稳偏;有参数优化时的响应曲线,超调较小,调节时间约0.65 s,无稳偏,控制算法的响应优良。

非线性材料仿真精度提升的研究(三)——本构模型的选择

为了提升非线性材料的仿真精度,针对不同本构模型定义橡胶材料的仿真精度进行研究,对比采用Neo-Hookean模型、Mooney-Rivlin模型、Yeoh模型、Ogden模型、Polynomical模型、Arruda-Boyce模型定义材料进行仿真的误差。首先针对标准压缩试样进行轴向压缩试验,得到轴向压缩的应力应变数据;其次将数据输入仿真软件中,采用不同本构模型进行数据拟合,得到模型参数,定义橡胶材料;然后对压缩试验进行仿真模拟,将得到的应力应变结果与试验数据进行对比,得出各模型的精度;最后针对空调室外机箱体脚垫进行仿真,选取最适合定义脚垫的本构模型。结果表明:采用Mooney-Rivlin二参数模型定义橡胶材料进行仿真,与测试结果的误差最小为3.2%,为后续非线性仿真提供了精度保障。

数字经济对贸易出口的空间溢出与非线性效应——基于半参数门限空间模型的实证分析

数字经济是经济发展的新引擎,是我国出口保持稳定增长的新动能。基于我国262个地级市的面板数据,实证分析数字经济发展对贸易出口的影响,结果表明:我国数字经济发展存在显著的空间正相关性,但其聚集特征正在不断减弱,数字经济的影响力由沿海向内陆渗透;数字经济发展显著促进了贸易出口的增长,且这一促进作用存在先增大后减小的非线性特征;数字经济对贸易出口有正向非对称的空间溢出效应,数字发达城市受到的空间溢出效应要显著大于数字欠发达城市;东部地区存在非对称空间溢出效应,中、西部地区则不存在,且三大地区数字经济对贸易出口的非线性特征各有不同。

磁流变阻尼器Bingham力学模型改进及参数辨识

磁流变阻尼器不仅具有阻尼快速响应、良好的温度稳定性、内部结构简单等优势,而且可以通过调节控制电流使阻尼器的出力值连续变化,实现阻尼力可控。由于磁流变阻尼器阻尼特性与内部磁流变液的磁流变效应有关,具体表现非常复杂,现有力学模型目精度不足,无法精确描述磁流变阻尼器的阻尼特性。在磁流变阻尼器力学性能测试基础上,应用分段拟合函数方法同时结合反正切函数模型改进模型,并辨识改进后力学模型中各参数。将改进后的Bingham模型与实际测试出力值进行对比,结果表明改进后的Bingham模型能够很好地解决Bingham力学模型在非线性滞回阶段出力值曲线与实际测试数据不符的问题,改进后模型总体出力值曲线与阻尼器实际出力值基本相同,模型精度大幅提升。此种改进方法为磁流变阻尼器建立高精度力学模型提供参考。

基于遗传算法和非线性规划求解信息交互的光伏阵列模型鲁棒参数辨识方法

对光伏阵列进行建模不仅可以研究温度、光照等因素对V-I特性曲线的影响,还可以用模型代替实际光伏阵列进行各种光伏实验,降低实验成本,节省实验时间;参数辨识可以使光伏阵列模型的参数值设置更精确,使其与实际值相一致;针对基于非线性规划的光伏阵列模型鲁棒参数辨识方法容易陷入局部搜索的问题,提出了遗传算法与非线性规划求解信息交互的鲁棒参数辨识方法;将遗传算法与非线性规划求解信息交互,既可以进行全局搜索,又可以进行局部搜索,以得到问题的全局最优解;通过仿真测试,使用该方法得到的结果均方误差降低了8倍,均方误差量级达到了1.0E-3,表明了该方法在光伏阵列模型参数辨识方面具有较高的精确度。

汽车转向非线性平衡点遗传算法求解及其改进

针对汽车转向非线性平衡点求解问题,研究了遗传算法求解效果并提出改进方法.建立汽车转向二自由度模型,说明汽车转向非线性平衡点只能数值迭代求解的原因,构造适于智能优化方法的适应度函数,提出了确定可行求解范围的方法.在车速70 km/h、路面附着系数0.5和前轮转角0~0.2 rad的行驶条件下,应用遗传算法求解得到3个平衡点.通过比较大小两个转角的适应值曲面,说明遗传算法求解小转角平衡点不满足精度的原因,提出了遗传算法与BFGS(broyden-fletcher-goldfarb-shanno)拟牛顿法融合的求解流程.结果表明:融合求解流程可以求解满足精度要求的小转角平衡点,求解效率高于遗传算法,弥补了遗传算法单独求解的不足.

不确定转子系统动力学降阶模型构建与模型散度参数辨识

在航空、航天、船舶等领域的实际工程转子系统中,广泛存在高维复杂的非线性系统。在航空发动机转子系统、燃气轮机转子系统等重点研究领域,通常还难以对高维复杂非线性系统进行直接的数据处理和分析统计。针对不确定性转子系统的模型维度较高等问题,提出了一种模型不确定性动力学降阶计算模型构建和模型散度参数辨识方法。首先,根据确定性动力学模型和静态矩阵降阶方法,完善了确定性动力学降阶模型;然后,基于随机矩阵理论和非参数动力学建模方法,提出了不确定性动力学降阶模型;最后,利用系统确定性模型的一阶临界转速、振型和实验数据,对不确定性动力学模型的散度参数进行了辨识;为了验证散度参数辨识方法的有效性,笔者又在转子实验平台上进行了实验验证。研究结果表明:实验结果与降阶之后振动响应均值的差异性较小,且与不确定性动力学模型相差不超过10%,表明所采用的理论模型在描述转子系统行为方面具备了较高的准确性和可靠性,该模型可以为深入研究模型不确定性转子系统提供参考。

一类非线性动态系统的非参数GFRF 模型辨识(英文)

本文对一类用多项式描述的非线性动态系统提出使用ＧＦＲＦ模型类的非参数辨识算法．这种算法的显著特点是需要很小的计算量和存储空间，而且辨识精度较高．仿真结果表明这种非参数模型辨识算法是有效的，而且由辨识方法获得的模型一般具有很好的泛化能力，因而是一种具有重要应用前景的实用方法．

岩石试件非线性蠕变模型及其参数确定

以改进的西原模型为基础,结合岩石的应力应变特征,对模型中的粘滞系数进行了改进,推导出的蠕变方程可描述岩石第三阶段的蠕变特性,同时对蠕变模型中的参数进行了确定;并运用MATLAB程序,结合实例作出改进蠕变方程的曲线及蠕变曲面并与通过实验所得曲线进行比较,改进的蠕变方程更能反映岩石的第三阶段蠕变变形。