开放式多体系统动力学仿真算法软件研发(Ⅱ)DAEs求解算法对比

研究求解微分-代数方程组(DAEs)的高效率、高精度和高稳定性数值积分方法一直是多体系统动力学领域的热点问题之一。本文将求解结构动力学方程的Bathe数值积分策略应用于DAEs的求解,并基于SiPESC平台开发了开放式多体系统动力学仿真算法软件,综合比较研究了Newmark法、HHT-I3法、Generalizedα方法、Bathe方法和祖冲之类Symplectic方法。通过复摆、刚-柔耦合双摆和对称陀螺三个数值算例研究了算法参数与数值阻尼的关系。数值实验表明,Newmark方法在特定参数下引入的数值阻尼通常不可控,HHT-I3方法、Generalizedα方法和Bathe方法通过选择特定步长和参数可引入可控的数值阻尼,祖冲之类Symplectic方法无数值阻尼。在求解真实高频和低频耦合问题以及高速旋转的陀螺问题时,采用祖冲之类Symplectic方法或者无耗散的Newmar方法能够对系统的高频成分进行准确模拟。

开放式多体系统动力学仿真算法软件研发(Ⅰ)DAEs求解算法构架设计

基于开放式工程与科学计算集成化软件平台SiPESC,研发了用于多体系统动力学时程分析的一类通用求解算法构架。该构架的核心思想是算法与数据相分离,整个构架由五个基本类及子类组成。本文重点阐述基本类的抽象过程,利用插件技术设计求解器的构架,进一步应用该构架实现了Newmark方法,HHT(HilberHughes-Taylor)方法,Generalizedα方法,Bathe方法及祖冲之类Symplectic方法等微分-代数方程组(DAEs)求解器的开发。研究工作表明,本文所提出的DAEs求解算法构架对多体系统动力学的时程分析具有良好的开放性和通用性,可方便进行各种新的DAEs求解算法的动态扩展。

MULTISTEP DISCRETIZATION OF INDEX 3 DAES

Studies the different types of multistep discretization of index 3 differential-algebraic equations in Hessenberg form. Existense, uniqueness and influence of perturbations; Local convergence of multistep discretization; Details on the numerical tests.

基于CNN+DAE集成模型的电机主轴轴承故障诊断研究

为了提高电机主轴轴承故障诊断效率,设计了一种优化降噪自编码器(DAE)轴承故障诊断模型,开发了一种高效数据预处理方法,并对网络结构实施了调整。研究结果表明:逐渐提高训练轮次后获得更高检测精确,在到达20个训练轮次时进入稳定阶段,准确率达到99.52%。CNN+DAE模型可以满足初始数据特征的准确识别,对故障达到高精度的分类性能。较小噪声信号下,采用DAE提取特征都表现出比10 dB噪声状态下更弱的泛化能力与鲁棒性,达到了较高的识别率。每种自编码器网络对于初始时域信号都没有达到良好性能,判断卷积神经网络进行特征提取时比全连接神经网络更优。该研究去除了网络结构中卷积神经网络(CNN)池化层,全面保留初始一维振动信号数据,实现模型鲁棒性与泛化能力的显著提升。

DHA和DAE方案用于儿童急性髓系白血病诱导治疗远期疗效的对比分析

目的 对比分析柔红霉素+高三尖杉酯碱+阿糖胞苷(DHA)和柔红霉素+阿糖胞苷+依托泊苷(DAE)方案用于儿童急性髓系白血病诱导治疗的远期疗效。方法 选择2019年3月至2021年11月我院接诊的82例儿童急性髓系白血病患者进行研究。随机(按照随机数表法)均分为DHA组和DAE组,每组患者均为41例。DHA组采用如下治疗方法 :40-45mg/m^(2)柔红霉素,2-2.5mg/m^(2)高三尖杉酯碱,100-150mg/m^(2)阿糖胞苷静脉;DAE组采用如下的治疗方案:40-45mg/m^(2)柔红霉素,100-150mg/m^(2)阿糖胞苷;100mg/m^(2)依托泊苷。两种治疗方案的周期均为28天,保证连续治疗2个疗程,而且跟随观察2年。记录中性粒细胞、血红蛋白和血小板计数达到正常值时间等数据,以及在治疗阶段产生的不良反应,来进行比较两组患儿的远期疗效。结果 DHA组患者治疗临床结果 有效率(65.85%)明显高于DAE组患者(43.9 0%,P<0.05);DHA组患者的中性粒细胞、血红蛋白和血小板计数达到正常值的时间均短于DAE组(P<0.05);两组患者的不良反应发生率无明显差异(P>0.05)。结论 DHA方案在治疗儿童患者的急性髓系白血病方面的远期治疗效果方面,优于DAE方案,可以有效延长儿童患者的总生存时间,改善患者的身体水平,具有临床应用的参考价值,值得推广应用。

基于θ_1方法的多体动力学数值算法研究

将结构动力学领域的θ_1方法拓展到数值求解多体系统运动方程——微分-代数方程(DAEs),分别求解指标-3 DAEs形式的运动方程和指标-2超定DAEs(ODAEs)形式的运动方程.通过数值算例验证了方法的有效性,并得到θ_1方法中参数θ_1的选取与数值耗散量之间的关系.数值算例还说明对于同一个多体系统,采用指标-3的DAEs描述时存在速度违约,用指标-2的ODAEs描述时,从计算机精度上讲,位置和速度约束方程同时满足,并且θ_1方法在求解非保守系统DAEs和ODAEs形式的运动方程时都具有2阶精度.最后θ_1方法与其他直接积分法求解DAEs和ODAEs形式运动方程的CPU时间进行了比较.

基于多尺度深度学习的航空影像路面交通标志辨识研究

航空影像路面交通标志辨识准确率过低会导致路标信息接收不及时,进而威胁到驾驶员及乘客的生命安全,因此提出基于多尺度深度学习的航空影像路面交通标志辨识方法。采用12机位摄像机采集路面交通标志图像,利用图像颜色标准化和图像分量阈值化对采集到的路标图像进行预处理。结合DAE网络和EDFCC算法构建多尺度深度学习聚类模型,将预处理后的路面交通标志图像输入该模型中,根据模型输出的结果实现航空影像路面交通标志的辨识。实验结果表明,所提方法采集到的图像信噪比高、清晰度高、召回率高、准确率高。

多柔体系统响应计算的子循环计算方法研究

过去近30年中,柔性多体系统动力学研究取得了巨大的进展,人们的兴趣集中在柔性多体系统建模、计算及实验研究等3个方面.Belytschko等于1979年提出的子循环算法已经成功地应用于结构动力响应的有限元计算中,然而有关柔性多体动力学的子循环算法研究尚未见报道.该文提出了一种适合于柔性多体系统响应计算的中心差分类子循环算法,在将非线性微分-代数混合方程组(DAEs)缩并为纯微分方程组(ODE)的基础上,推导出快、慢变分量的同步更新公式和子步更新公式;在变量的数值积分过程中,采用能量平衡计算检查算法的稳定性;算例结果表明该算法可以在保持合适的精度要求下,有效地提高响应的计算效率;对积分步长进行摄动修正可以保持算法的稳定性.

基于HHT-α方法的非完整系统运动方程数值算法研究

非完整系统运动方程是微分-代数方程(DAEs).基于直接时间积分中的HHT-α方法,将其拓展应用到数值求解DAEs形式的非完整系统运动方程.针对一个Snakeboard简化模型,通过与Radau5算法的求解结果进行比较,验证了此方法的正确性.数值试验也说明HHT-α方法求解DAEs形式的非完整系统运动方程时具有二阶精度.

基于DAE的加热炉温度软测量预处理方法

在轧钢生产环节中,加热炉温度测量尤为重要,它决定最终钢材性能和质量,并且温度控制的实时性直接影响到整个系统的安全性能、单位产量、系统能耗量等关键问题。以钢坯出口温度的软测量技术为研究背景,采用软测量技术对现场生产数据和环境进行分析,形成了一种有效的数据预处理方法。

α方法在非完整力学系统数值积分中的应用

将源于直接积分方法的广义-α法和α-RATTLE法应用到非完整力学系统动力学方程数值积分中,直接求解指标-2的微分-代数方程(DAEs),这两种方法的质量矩阵可以是常量,也可以与广义坐标相关.最后,文中通过一个非完整力学系统:Snakeboard模型,对这两种方法进行了验证,并且与DASSL算法包的结果进行了比较.

高温气冷堆核电站的一种仿真方法

高温气冷堆核电站集总参数模型为大规模微分代数混合方程组(DAEs),该DAEs具有刚性特征,因此模型存在求解上的困难。研究给出了一种能够有效求解高温气冷堆核电站集总参数模型的数值方法。首先分析了核电站模型的特点;针对该特点,可采用基于Radau配置点的有限元正交配置法对模型进行离散,然后调用IPOPT求解器求解离散后的大规模非线性规划问题;最后采用该求解策略对高温气冷堆核电站模型进行仿真验证,仿真结果表明了算法的准确性与高效。

一种基于投影积分算法的微电网稳定性仿真方法

微电网中形式各异的分布式电源使其在动态响应上体现为多时间尺度特征,其稳定性仿真算法在数值稳定性和计算效率方面需要满足更高的要求。本文提出一种基于投影积分算法的微电网稳定性仿真方法,每一个投影积分步由若干小步长积分步(内部积分器)和一个大步长积分步(外部积分器)组成,仿真步长及投影步长可根据系统快、慢动态响应的时间常数选取,可有效实现传统显式积分算法数值稳定性的提升,且为2阶精度算法。以一个低压微电网为例,通过与商业仿真软件的仿真结果进行比较,验证了算法的正确性和有效性。

车辆动力学方程解算方法的构建

总结了车辆动力学方程解算过程中常用的数值计算方法,指出了在硬件在环仿真中编写源代码级解算器的必要性,介绍了在DAE和ODE方程解算过程中所用的模板技术,分析了此技术能提高运算速度的原因,成功编写并封装了源代码级的解算器,最后利用8自由度车辆模型进行了仿真.

大剂量美蓝联合DAE方案治疗肺癌脑转移的临床效果

目的 探索能通过血脑屏障的高效低毒抗肿瘤药物。方法 美蓝组:美蓝400mg静滴,第1、3、5、13、15、17天;DDP100mg～120mg/m^2静滴,第7天;ADM40mg～60mg静滴,第7天;VP—16100mg静滴,第7～11天,即HD—MeDAE方案治疗肺癌脑转移34例。对照组:将上述方案中除美蓝不用外其它药物药量用法不变,即DAE方案治疗肺癌脑转移24例。结果 美蓝组经1～6个疗程,平均2.8个疗程化疗肺原发癌灶达CR1例,PR21例,有效缓解率64.7％,脑转移灶CR 2例,PR23例,有效缓解率73.5％;对照组经1～5个疗程,平均3.2个疗程化疗肺原发癌灶达CR2例,PR14例,有效缓解率66.6％,脑转移灶PR5例,有效缓解率20.8％。经统计学处理脑转移癌灶缓解率美蓝组高于对照组,其差异有高度显著性(P<0.01)。结论 美蓝对脑转移癌治疗有效。

偏微分方程与微分代数方程的一致求解方法

Modelica语言是一种复杂物理系统多领域统一建模语言,但目前该语言只能解决由微分代数方程(DAE)描述的问题,而不能解决由偏微分方程(PDE)表达的问题。为此,提出一种偏微分方程与微分代数方程的一致求解方法,利用所构建的径向基函数配点无网格法直接将偏微分方程在空间上离散成一系列的微分代数方程,然后采用成熟的微分代数方程求解器进行求解。实例结果表明,该方法在不改变Modelica语法的前提下,能较好地实现偏微分方程与微分代数方程的一致求解,且求解精度高、边界条件处理简单,有利于Modelica直接求解复杂工程系统中多领域耦合、时间域与空间域耦合的复杂问题。

AC/DC系统电压稳定性的鞍结分岔分析

采用新的微分代数方程模型和降阶直接法计算鞍结分岔点,减少了分岔点的计算量。这使鞍结分岔分析方法可应用于直流线路较多的交/直流系统。为判别系统发生的失稳模式,还引入了相关因子法。22节点交/直流系统算例验证了所提出的鞍结分岔分析方法的有效性。

多层DAE协同LSSVM的瓦斯突出预测模型

为准确预测瓦斯突出,提出多层去噪自编码器(Multi-layer DAE)搭载最小二乘支持向量机(LSSVM)的瓦斯突出预测模型。多层DAE网络提取瓦斯突出原始数据的有效特征,并链接LSSVM进行突出分类。因突出影响因子边界存在一定的模糊性,从时间角度考虑将其分为动、静态影响因子,并依此对多层DAE网络按照交叉熵规则设计新的代价函数。利用收集的100组真实样本数据,多次实验确定最稳定的模型结构参数。对比分析PCA-LSSVM、LLE-LSSVM、BP神经网络模型,结果表明,该模型有更优越的特征提取能力和预测性能,更适用与瓦斯突出预测问题。

堆栈式混合自编码器的人脸表情识别方法

针对进一步提高人脸表情识别率的问题,采用了一种基于深度学习的堆栈式混合自编码器(Stacked HybridAuto-Encoder,SHAE)的人脸表情识别方法。该方法的结构是由去噪自编码器(Denoising Auto-Encoder,DAE)、稀疏自编码器(Sparse Auto-Encoder,SAE)以及自编码器(Auto-Encoder,AE)组合而成的5 层网络结构。为了增加网络的鲁棒性以及泛化能力,采用去噪自编码器对样本进行提取特征,为了对提取的特征进行降维以及进一步提取更抽象的稀疏特征,采用稀疏自编码器进行级联,来对特征进一步处理。训练过程首先由无标签的数据进行预训练和整体微调,对整个结构的权重进行初始化和更新调整,然后使用有标签的数据进行测试训练。在JAFFE和CK+两个数据集上实验显示,相较于单纯的堆栈式去噪自编码或者单纯的堆栈式稀疏自编码,该方法具有更好的识别效果。