中观交通仿真模型INTEGRATION及其案例应用

交通仿真模型可以分为宏观、中观、微观三类,中观交通仿真模型是一种能够兼顾宏观与微观模型优点的交通流动态仿真模型。国内对宏观、微观交通仿真模型已有很多研究,但是对于中观交通仿真模型的研究还很少。根据中观交通仿真模型INTEGRATION的模块构成及功能特点,将其应用于道路交通中,并结合实例加以分析,对于推动国内中观交通仿真模型的研究及国内路网规划的逐步完善具有重要的理论和实践意义。

基于数据-模型混合驱动的电力系统机电暂态快速仿真方法

数据驱动建模方法改变了发电机传统的建模范式,导致传统的机电暂态时域仿真方法无法直接应用于新范式下的电力系统。为此,该文提出一种基于数据-模型混合驱动的机电暂态时域仿真(data and physics driven time domain simulation,DPD-TDS)算法。算法中发电机状态变量与节点注入电流通过数据驱动模型推理计算,并通过网络方程完成节点电压计算,两者交替求解完成仿真。算法提出一种混合驱动范式下的网络代数方程组预处理方法,用以改善仿真的收敛性;算法设计一种中央处理器单元-神经网络处理器单元(central processing unit-neural network processing unit,CPU-NPU)异构计算框架以加速仿真,CPU进行机理模型的微分代数方程求解;NPU作协处理器完成数据驱动模型的前向推理。最后在IEEE-39和Polish-2383系统中将部分或全部发电机替换为数据驱动模型进行验证,仿真结果表明,所提出的仿真算法收敛性好,计算速度快,结果准确。

考虑原动机调速特性的中压直流发电机组动态仿真模型

鉴于原动机调速特性对舰船中压直流(MVDC)发电机组运行影响的重要性,该文基于十二相同步发电机及其三相交流励磁机数学模型提出MVDC发电机组动态建模方法,以解决多相整流发电机及其励磁系统难以考虑原动机动态调速特性的难题。以某型燃气轮机整流发电机组动态仿真模型为基础,建立了频率不同的十二相同步发电机与三相交流励磁机组合模型,阐述原动机调速与发电机励磁调压相互耦合的计算流程。实测与仿真结果表明,该型燃气轮机发电机组在突加20%负载工况时转速跌落较大,且转速恢复过程需约20 s,但MVDC发电机组通过调节励磁系统可在1 s内使直流母线电压恢复稳定,从而为负载提供稳定直流功率输出。在校准仿真模型的基础上,通过系统分析突加不同比例负载时的转速、燃油流量、励磁电流、输出电压等性能参数变化规律,获取了燃发机组允许突加负载上限约为30%的运行边界认知,为MVDC发电机组励磁系统设计以及如何预留充足的短时强励能力提供了理论支撑。

锂电池在机械滥用下的耦合仿真模型研究

随着新能源汽车保有量的增加,因锂电池故障而引起的起火、爆炸等问题引起了各界的密切关注。锂电池在机械滥用下的热失控行为复杂、实验成本高、可重复性低,难以为研究提供有效、完备的数据。因此,利用高置信度仿真模型研究和评估锂电池的安全性能是一种可行的途径。基于Ls-Dyna软件建立了锂电池机-电-热耦合仿真模型。结果表明,该模型能够准确预测电池在受到压痕时的机械响应和电响应,且能合理地模拟电池的温度分布,具有较高的置信度。利用该模型对控制因素(压头半径,冲压方式)进行了研究,并综合分析了相关参数对锂电池安全性能的影响。所获得的结果可为车载锂电池包的设计和安全系统构建提供参考。

电动汽车行驶稳定性模型预测控制仿真研究

为了提高电动汽车行驶的稳定性,提出了一种集成的汽车和车轮稳定性控制系统,并对汽车行驶的稳定性控制效果进行仿真。创建电动汽车模型简图,给出电动汽车动力学方程式。采用模型预测控制技术,设计了一种集成的汽车和车轮稳定性控制器。采用MATLAB软件对电动汽车横摆角速度、行驶速度和侧滑角进行仿真,与无模型预测控制器输出结果进行对比。结果显示:采用无模型预测控制器,电动汽车横摆角速度、行驶速度跟踪误差较大,振动幅度较大,产生的侧滑角较大。采用模型预测控制器,电动汽车横摆角速度、行驶速度跟踪误差较小,振动幅度较小,产生的侧滑角较小。采用模型预测控制器,能够提高电动汽车行驶的稳定性,避免汽车在突然转弯时发生侧翻现象。

基于INTEGRATION的城市交通中观仿真建模及实例分析

提出了基于INTEGRATION的城市交通中观仿真建模方法。选取中观仿真模型INTEGRATION为研究对象,提出了INTEGRATION应用于城市交通管理的技术路线;并利用INTEGRATION搭建了奥林匹克公园周边路网交通仿真平台,分析了奥运会高峰日期间实施交通需求控制和铺设专用道策略之后,专用道的运行效率和对周边路网的影响,验证了INTEGRATION在开展城市交通管理方面的应用效果。

肾及肾上腺肿瘤高仿真3D打印模型在泌尿外科住院医师规范化培训教学中的应用效果

目的探讨肾及肾上腺肿瘤高仿真3D打印模型在泌尿外科住院医师规范化培训教学中的应用效果。方法将40名参加泌尿外科住院医师规范化培训的医师随机分为试验组和对照组,每组20名。收集肾及肾上腺肿瘤的CT影像资料,打印成高仿真3D模型。给予对照组传统教学,给予试验组传统教学联合高仿真3D打印模型教学。教学结束后,比较两组医师的理论知识考核成绩和对教学方法的评价。结果试验组医师的理论知识考核成绩,以及学习兴趣、解剖认识、知识记忆、医患沟通、临床思维、教学满意度条目得分高于对照组(P<0.05)。结论高仿真3D打印模型可以直观展示肾及肾上腺肿瘤的立体解剖结构,有助于加深医师对相关知识的理解、记忆,提高教学质量,是一种有效的教学方法。

智能网联汽车的车队跟驰模型及仿真研究

随着智能网联汽车的发展,车辆的智能化和网联化已经成为明确的发展趋势,新业态下如何实现安全与高效的交通管理与控制是亟需解决的问题。为了研究智能网联环境下的车队跟驰,探索基于规则的车辆队列形成机制,以“尽量靠近”、“速度一致”和“避免碰撞”3条智能网联环境下车辆的交互规则为基础,基于最小安全距离模型构建出一种面向智能网联汽车的车队跟驰模型。以乘坐舒适性和行程时间作为模型的综合评价指标,建立数学模型并进行多目标优化求解;在SUMO仿真软件中编程实现车队跟驰模型和优化求解算法,对两辆车和五辆车的交通场景进行仿真研究。仿真试验的结果表明:后跟随车辆在跟随其相邻前导车做跟驰运动的过程中,车辆能够以较短时间、以相同速度并保持最小安全距离跟随前导车行驶,同时能够满足乘坐舒适性和行程时间最优。仿真试验不仅验证了所提车队跟驰模型的可行性,而且也验证了该模型具备成为智能网联环境下跟驰车队形成机制的科学性。为进一步说明所提模型的优势特性,在保证同等仿真条件的情况下,进行了CACC形成车队的仿真试验,对仿真结果进行对比分析可知,依据所提车队跟驰模型行驶的车辆,在形成车队的跟驰运动中行驶更加稳定,从而保证了整个车队的行驶稳定性。

面向MBSE的飞行器多学科模型集成仿真技术研究

飞行器等复杂产品涉及的专业学科众多,学科建模软件各不相同,导致MBSE在实施过程中建立的系统架构模型难以驱动不同学科软件建立的多源异构模型,不能以仿真方式验证系统模型。针对上述问题,梳理了多学科模型的集成仿真方法的优缺点,并以无控火箭试验弹为例,提出采用FMI标准将各学科模型进行标准化封装,并在GCAir软件中进行集成和仿真验证,实现了多学科模型与系统仿真架构的一体化集成和仿真验证,解决了不同学科之间模型交互障碍,提高了复杂产品系统仿真验证效率。

复杂金融网络级联失效模型仿真及可靠性分析

复杂网络中级联失效现象会导致网络大面积崩溃进而导致一系列灾难性后果,通过对其建模、仿真和定量分析可以有效预防和解决级联失效问题。本文在复杂网络理论基础上,基于复杂网络的动力学特征和级联失效机理,运用图论语言建立了金融网络模型;首次将级联失效经典模型运用到复杂金融网络研究中,提出了金融网络级联失效模型。然后通过仿真定量分析了不同条件下金融网络级联失效模型的可靠性,验证了模型的有效性,有助于复杂金融网络失效的预防及进一步研究。研究发现:第一、在金融网络级联失效模型仿真过程中,增加迭代次数,会导致网络效率下降,节点失效率上升。当网络受到蓄意攻击时,网络效率迅速下降,节点失效率快速上升;网络受到极大冲击,且这种冲击远大于随机攻击情况下。第二、同一种攻击方式下,提升风险容忍系数α,有助于提高网络效率、降低失效率,提升网络可靠性,甚至可以避免网络级联失效的发生,但这会付出相应的成本。

虚拟仿真与实体模型相结合促进口腔颌面外科教学的创新与发展

目的探讨虚拟仿真教学培训系统对口腔颌面外科教学的影响以及实体教学模型引入的重要意义。方法在2020级口腔颌面外科专业课实践教学过程中,应用虚拟仿真培训系统和研发的实体教学模型,对使用后的情况进行问卷调查和考试成绩分析,在2017级仅实行传统理论教学及实践教学。将两组学生的考试成绩进行比较。结果采用不同的教学模式后,2020级学生理论考试成绩平均分(90.33分)及优秀率(61.7%)明显高于2017级(87.27分和19.5%),差异有显著性(P<0.001)。问卷调查也显示虚拟仿真培训系统能帮助学生巩固和理解所学的知识;而实体教学模型的引入更直观和全面,利于学生尽早进入临床工作场景。结论在口腔颌面外科教学过程中充分使用虚拟仿真培训系统和实体教学模型能在很大程度上帮助学生克服学习中的难点问题,在学习兴趣被激发的同时提升了学习成绩。

油田注水系统仿真模型参数修正方法研究

油田注水管网经过多年运行后,管道内壁由于腐蚀、结垢等原因致使其摩阻系数与原始数据不一致,导致管网平差计算和系统仿真模拟结果超出工程允许范围。由于经济原因和施工难度,不可能对整个管网节点进行压力和流量测试从而反演求解出各管段真实的摩阻系数。为此,以管网各管段摩阻系数为研究对象,以管网有限个压力测试点为已知参量,建立管网摩阻系数反演模型和测压点分布模型,利用改进的人工蜂群算法对反演模型进行最优化求解,计算结果在工程误差允许范围。

工程图学虚拟仿真模型系统设计及其教学分析

针对工科类专业工程测绘课程实验需求,基于云服务、虚拟模型技术和可视化仿真体验,开发了工程测绘虚拟仿真实验系统。该系统对工程测绘实验方案、互动环节和考核评价等内容的教学体系重构和数字化重建,以测绘对象三维建模代替零部件实物,降低实验教学成本投入;以虚拟实验室代替实际测绘实验室,减少实验室资源占用;以在线实验代替固定时间课内实验,提高课程教学灵活度。为校内外师生提供灵活交互、强沉浸感和高用户黏度的在线实验教学服务,驱动学生自主完成实验学习和在线互动等活动,从而使学生的空间思维、图感表达能力得到充分训练,有效提高学生的工程创新素质。

船用柴油机均值模型建模及仿真研究

柴油机模型的研究是探究柴油机性能、实现虚拟仿真的基础,可缩短仿真计算时间、有效节约柴油机开发成本。本文以RK270柴油机为研究对象,使用GT-POWER软件建立稳态性能仿真模型,在此基础上,采用仿真精度高、计算速度快的平均值法,以C++语言建立柴油机平均值模型,并归纳通用的平均值模型建模标定校核流程;提出二元响应拟合的方法,解决了涡轮增压器特性参数处理困难的问题,并借助数学工具,获得了压气机主要工作区域内拟合精度较高的模型。完成模型开发后,分析了8组工况下的仿真结果,通过误差分析,验证了模型的准确性,丰富完善了柴油机建模理论和方法,可应用于实时控制模型的动态仿真或者实现与船舶动力系统的交互。

虚拟仿真实验建设中的互动模型研究

虚拟仿真实验建设涉及设计者、开发者和使用者,为促进三方全方位互动并融入实验建设的各个阶段,提出了一种“设计者—开发者—使用者”互动模型。实践表明,该模型能实现实验建设中三方信息的有效及时沟通,实现课程建设结果和教学需求之间的高度统一,有效促进高质量虚拟仿真实验建设。

有限数据条件下智能体仿真模型构建方法

与传统的集计评估模型不同,智能体仿真模型能够捕捉个体之间的行为交互,在交通政策精细化评估中具有优势。但智能体仿真模型对数据要求较高,在实践中面临活动计划生成、参数标定和结果验证等难点。基于MATSim建立了在有限数据条件下面向应用研究的可操作、可复现的智能体仿真模型,并且以上海市拥堵收费评估场景为例详细介绍了模型的建模流程和关键技术。重点介绍基于手机轨迹数据的活动计划生成方法以及模型的参数标定和结果验证细节。结果表明,智能体仿真模型能够满足交通政策评估需求,基准场景的上海市域出行方式划分平均相对误差为8%、快速路交通量平均相对误差为17%。进而从集计和个体两个层面对仿真结果进行分析,展示了智能体仿真模型的应用潜力。

基于三矢量模型预测电流控制的永磁游标电机场路耦合仿真

本文研究了三矢量模型预测电流控制(TV-MPCC)的基本原理,分析了使电流代价函数最小的最优电压矢量作用时间的计算方法。利用ANSYS Maxwell、Simplorer、Simulink建立永磁游标电机的有限元模型、驱动电路模型和TV-MPCC模块,将三者联合组成场路耦合仿真模型。通过场路耦合仿真实验,对比分析了采用TV-MPCC和磁场定向控制(FOC)策略的性能差异。对比分析了TV-MPCC应用于场路耦合仿真和定参数仿真的差异。结果表明,TV-MPCC可以应用于永磁游标电机,并能够提高电流响应的快速性,降低其超调量,且场路耦合仿真结果在电机大转矩运行时比定参数仿真更加精确。

化工厂区建筑全生命周期碳平衡BIM控制模型仿真

为了更准确评估化工厂生产工艺中化学反应产生的碳排放平衡,提出了化工厂区建筑全生命周期碳平衡BIM模型仿真方法。使用AutoDesk Revit BIM软件,构建化工厂范围及建筑的BIM模型,计算碳化吸收、生物燃料碳排放回收、回收阶段碳吸收,获取建筑全生命周期碳吸收量总和。将计算结果输入BIM模型中,设计数据加工过程,计算碳排放总量与碳吸收总量差值,以此为输入数据构建碳平衡BIM模型,实现碳平衡控制。通过仿真实验可知,使用所研究方法除了在3~5月内碳排放量等于碳吸收量外,其余时间碳排放量均小于碳吸收量,所有时间内化工厂区建筑全生命周期均处于碳平衡状态,具有较强碳平衡效果。

基于VIP与SystemVerilog的硬件加速器仿真模型设计

随着片上系统(System on Chip,SoC)芯片规模与功能复杂度的膨胀,硬件加速器已成为大规模SoC的重要组成部分。为了缩短产品交付时间,有必要开发硬件加速器仿真模型,以在SoC设计初期支撑架构的探索与评估。在对硬件加速器的特点与建模需求进行分析的基础上,提出一种基于AXI验证IP(Verification IP,VIP)、SystemVerilog信箱和旗语的硬件加速器建模方法。该方法支持完备的总线协议特性,同时支持多个处理引擎的并行处理与乱序输出。以实际SoC项目中的通信基带加速器为例,对提出的建模方法进行介绍,并进行相应的系统级仿真与分析。所提出的建模方法可实现对硬件加速器总线行为的高效建模,能够有力支撑SoC验证以及系统架构评估,缩短项目的开发周期。

基于线上-线下超网络模型的舆论演化仿真分析

目前在舆论演化模型及其动力学规则的研究中大多数都没有考虑线下网络,导致其无法真实反映舆论传播过程。为解决上述问题,首先利用线上-线下社交网络映射方法得到线上-线下社交网络拓扑结构;然后构建线上-线下超网络模型,集成舆论事件态势信息形成舆论演化仿真环境;最后,利用传播学原理制定线上-线下超网络模型动力学交互规则,进行舆论动力学仿真。将提出型用于事件实例分析,仿真结果与舆论事件实际发展情况之间的余弦相似度达到0.99,平均差值为1%。实验结果表明,所提模型取得了比其他方法更好的仿真效果,验证了线上-线下超网络模型和舆论动力学交互规则的正确性和有效性。