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Finite Element Orthogonal Collocation Approach for Time Fractional Telegraph Equation with Mamadu-Njoseh Polynomials
1
作者 Ebimene James Mamadu Henrietta Ify Ojarikre Edith Omamuyovwi Maduku 《Journal of Applied Mathematics and Physics》 2023年第9期2585-2596,共12页
Finite element method (FEM) is an efficient numerical tool for the solution of partial differential equations (PDEs). It is one of the most general methods when compared to other numerical techniques. PDEs posed in a ... Finite element method (FEM) is an efficient numerical tool for the solution of partial differential equations (PDEs). It is one of the most general methods when compared to other numerical techniques. PDEs posed in a variational form over a given space, say a Hilbert space, are better numerically handled with the FEM. The FEM algorithm is used in various applications which includes fluid flow, heat transfer, acoustics, structural mechanics and dynamics, electric and magnetic field, etc. Thus, in this paper, the Finite Element Orthogonal Collocation Approach (FEOCA) is established for the approximate solution of Time Fractional Telegraph Equation (TFTE) with Mamadu-Njoseh polynomials as grid points corresponding to new basis functions constructed in the finite element space. The FEOCA is an elegant mixture of the Finite Element Method (FEM) and the Orthogonal Collocation Method (OCM). Two numerical examples are experimented on to verify the accuracy and rate of convergence of the method as compared with the theoretical results, and other methods in literature. 展开更多
关键词 Sobolev Space finite element Method Mamadu-Njoseh Polynomials orthogonal collocation Method Telegraph Equation
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基于联立法的运载火箭上升段轨迹优化研究
2
作者 黄繁 冀四梅 +1 位作者 郭杰 唐胜景 《导弹与航天运载技术(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第6期21-27,共7页
针对运载火箭大气层内复杂多约束的上升段轨迹优化问题,提出一种基于联立法的轨迹优化方法。该方法采用联立框架下的直接法求解,通过有限元正交配置法离散状态变量和控制变量,再用内点法求解离散后的非线性规划问题,从而平衡了计算效率... 针对运载火箭大气层内复杂多约束的上升段轨迹优化问题,提出一种基于联立法的轨迹优化方法。该方法采用联立框架下的直接法求解,通过有限元正交配置法离散状态变量和控制变量,再用内点法求解离散后的非线性规划问题,从而平衡了计算效率和求解精度,提高轨迹优化的自主性和任务适应能力。针对离散后非线性规划问题规模越大梯度矩阵计算耗时越多的问题,充分利用偏导数矩阵的稀疏性,将非线性规划(NonlinearProgramming,NLP)梯度中非零项的求解转化为原最优控制问题偏导数的求解,从而进一步提高轨迹优化的效率。仿真结果表明,该方法能很好地完成飞行任务,满足约束条件。 展开更多
关键词 联立框架 有限元正交配置法 内点法 梯度矩阵 稀疏性
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基于详细机理动力学的费-托合成单颗粒催化剂模拟Ⅰ.颗粒模型化与数值计算方法 被引量:5
3
作者 王逸凝 李永旺 +2 位作者 徐元源 赵玉龙 张碧江 《催化学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2001年第1期35-39,共5页
基于详细机理动力学的研究成果 ,讨论了费 托合成单颗粒催化剂在液蜡填充情形下的详细模型化问题 ,建立了针对这一复杂多重反应体系的多组分扩散 反应的等温和非等温颗粒模型 .在此基础上 ,从催化剂设计灵活定位考虑 ,进一步建立了模... 基于详细机理动力学的研究成果 ,讨论了费 托合成单颗粒催化剂在液蜡填充情形下的详细模型化问题 ,建立了针对这一复杂多重反应体系的多组分扩散 反应的等温和非等温颗粒模型 .在此基础上 ,从催化剂设计灵活定位考虑 ,进一步建立了模型方程的有限元正交配置数值计算方法 . 展开更多
关键词 费-托合成 催化剂 单颗粒模型 液蜡 有限元正交配置法 数值计算
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联立法中全局和局部正交配置算法 被引量:7
4
作者 陈杨 邵之江 +1 位作者 钱积新 王可心 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期384-391,共8页
化工过程的动态优化控制命题大多可以写成微分代数混合方程组(differential algebraic equations)的形式,联立法是求解该类命题的一种重要的数值方法。目前联立法中常用的离散方法是局部法,其中有限元正交配置(orthogonal collocation o... 化工过程的动态优化控制命题大多可以写成微分代数混合方程组(differential algebraic equations)的形式,联立法是求解该类命题的一种重要的数值方法。目前联立法中常用的离散方法是局部法,其中有限元正交配置(orthogonal collocation on finite elements)具有精度高、计算量小、稳定性好等优点。然而伪谱法(pseudo-spectral method)作为一种全局法,在离散中也有独特的优点,特别是具有指数级的收敛速度和较高精度,而且产生的NLP规模较小。本文分别以有限元正交配置法和伪谱法代表局部法和全局法比较其原理,并讨论离散配置点以及其在两种方法上的不同应用,针对离散后两种方法产生的NLP,分别提出判据以保证足够的自由度,最后用连续DAEs与不连续优化控制两个例子进一步比较这两种方法得出,如果命题平滑采用PS方法具有更好的收敛速度。 展开更多
关键词 联立法 有限元正交配置法 伪谱法
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环柱状银催化剂内反应-传质-传热耦合过程数学模型的求解及实验验证 被引量:1
5
作者 高崇 潘银珍 朱炳辰 《吉林化工学院学报》 CAS 1998年第3期1-6,共6页
采用有限元上的正交配置法对环柱状银催化剂内强放热复合反应-传质-传热耦合过程的二维数学模型进行了求解,计算结果与实验值十分吻合.
关键词 环氧乙烷 催化剂 数学模型 传质 传热 耦合
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高温气冷堆核电站的一种仿真方法
6
作者 陈杨 游江洪 +2 位作者 邵之江 钱积新 史旭华 《高校化学工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期110-114,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 高温气冷堆核电站 DAES 有限元正交配置法 仿真
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紫杉醇和三尖杉磷碱色谱过程的模型研究(Ⅰ)
7
作者 杨军 刘斌 元英进 《化学工业与工程》 CAS 2000年第3期125-130,173,共7页
采用考虑了轴向扩散、液膜传质阻力和固定相孔内扩散传质阻力的普遍化速率模型研究紫杉醇和三尖杉磷碱的色谱过程 ;利用有限元和正交配置法对模型方程进行了数值求解。与紫杉醇和三尖杉磷碱的正相色谱数据进行比较的结果显示 :模型能够... 采用考虑了轴向扩散、液膜传质阻力和固定相孔内扩散传质阻力的普遍化速率模型研究紫杉醇和三尖杉磷碱的色谱过程 ;利用有限元和正交配置法对模型方程进行了数值求解。与紫杉醇和三尖杉磷碱的正相色谱数据进行比较的结果显示 :模型能够与试验数据吻合得较好 ,轴向扩散不是影响紫杉醇和三尖杉磷碱色谱分离的主要因素 ,可以使两者的色谱分离在较高流速下操作。 展开更多
关键词 液相色谱 模型 紫杉醇 三尖磷碱 分离
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直接radau配置的多阶非线性模型预测聚合反应控制
8
作者 孙京诰 占子赫 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2018年第12期244-250,共7页
针对半间歇聚合反应强非线性,模型参数的不确定性以及过程存在路径约束和终端约束等特点,将多阶非线性模型预测控制方法应用于半间歇聚合反应控制器的设计。该方法使用离散的场景树表示不确定量对系统的影响,使得未来的控制输入取决于... 针对半间歇聚合反应强非线性,模型参数的不确定性以及过程存在路径约束和终端约束等特点,将多阶非线性模型预测控制方法应用于半间歇聚合反应控制器的设计。该方法使用离散的场景树表示不确定量对系统的影响,使得未来的控制输入取决于先前的不确定量实现,从而构成闭环的鲁棒性控制方法。为了提高求解效率,使用基于有限元正交配置的联立法对问题求解,通过选取合适的radau配置点对控制变量和状态变量同时离散化,将动态优化问题转化为NLP问题,并使用内点法求解器IPOPT求解。在BASF SE公司提供的半间歇聚合反应模型上验证了提出方法的有效性。 展开更多
关键词 多阶模型预测控制 有限元正交配置 radau 聚合反应 半间歇
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电力系统暂态稳定紧急控制并行序贯优化算法 被引量:6
9
作者 甘国晓 耿光超 +4 位作者 仲悟之 江全元 徐振华 苏毅 黄霆 《电力自动化设备》 EI CSCD 北大核心 2018年第8期68-73,共6页
电力系统暂态稳定紧急控制可建模成一个大规模的动态优化问题,为此,提出一种基于并行灵敏度分析的双层优化算法。在仿真层,采用有限元正交配置离散微分代数方程,并结合并行计算技术求解状态量及灵敏度;在优化层,采用预测校正内点法求解... 电力系统暂态稳定紧急控制可建模成一个大规模的动态优化问题,为此,提出一种基于并行灵敏度分析的双层优化算法。在仿真层,采用有限元正交配置离散微分代数方程,并结合并行计算技术求解状态量及灵敏度;在优化层,采用预测校正内点法求解较小规模的非线性规划问题。算例结果表明,所提方法具有较高的计算效率。 展开更多
关键词 电力系统 暂态稳定 紧急控制 切机切负荷 有限元正交配置 并行计算
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SMB色谱分离过程计算机仿真
10
作者 厉苏州 徐玲 彭奇均 《化工自动化及仪表》 CAS 北大核心 2003年第6期43-46,共4页
针对模拟移动床 (SMB)综合速率模型 ,采用有限元法和正交配点法分别对柱向和颗粒径向模型进行离散化 ,利用MatLabODE求解器对SMB过程进行数值求解。通过仿真 。
关键词 模拟移动床色谱 计算机仿真 有限元法 正交配点法
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阵风响应问题的配点型区间分析方法
11
作者 吕峥 邱志平 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期351-359,共9页
最新的先进飞行器设计进展已经认识到定义多种类型的不确定性的重要意义。现有的气动弹性理论面临的一个重要问题是如何处理阵风激励和结构中的不确定性参数。给出了弹性机翼构件受到阵风作用时的控制方程。考虑了阵风模型和机翼结构中... 最新的先进飞行器设计进展已经认识到定义多种类型的不确定性的重要意义。现有的气动弹性理论面临的一个重要问题是如何处理阵风激励和结构中的不确定性参数。给出了弹性机翼构件受到阵风作用时的控制方程。考虑了阵风模型和机翼结构中存在的不确定性参数,将其用区间向量定量化并一元化处理,基于第一类Chebyshev正交多项式和区间配点方案,结合有限元计算方法,提出了一种阵风响应问题的配点型区间分析方法(CIAM),推导了配点型区间分析方法的数学表达式。该方法避免了计算响应函数对不确定性参数的灵敏度(偏导数),放宽了不确定性参数变化范围为小区间的要求。为解决含有不确定性参数的阵风响应问题提供了一种新的可行途径。通过与Taylor区间分析方法(TIAM)的比较,数值算例表明,该方法能够得到一个包含精确响应值的足够"紧"的阵风响应区间。显示了该方法的优越性,具有工程指导意义。 展开更多
关键词 配点型区间分析方法(CIAM) 阵风响应 机翼结构 第一类Chebyshev正交多项式 有限元法
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反应精馏过程设计研究
12
作者 江虹 《贵州大学学报(自然科学版)》 2002年第2期145-153,共9页
介绍连续反应精馏过程设计的两种研究方法 :静态分析法和有限元正交搭配OCFE法 .静态分析法是对反应精馏图进行热力学和拓扑学分析 ,鉴定反应精馏过程的基本可能性 ,此方法不需要依靠确定的对象的特性 ,要求最少量反应混合物的物理化学... 介绍连续反应精馏过程设计的两种研究方法 :静态分析法和有限元正交搭配OCFE法 .静态分析法是对反应精馏图进行热力学和拓扑学分析 ,鉴定反应精馏过程的基本可能性 ,此方法不需要依靠确定的对象的特性 ,要求最少量反应混合物的物理化学特性 ,有限元正交搭配技术应用了把整级评估模型转变成连续的模型 .OCFE能精确地吻合逐板模型的优化设计 ,而只是使用一套较小的模型公式和避免使用与塔级数有关的总决策变量 .用静态分析寻找一个最大转化率稳定态 .用OCFE确定反应精馏塔的级数 (塔级数 )及进料级 (塔板 )位置 . 展开更多
关键词 反应精馏过程 设计 静态分析 正交搭配 级数 位置 转化率
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Computation of a Point-to-Point Homoclinic Orbit for a Semiconductor Laser Model
13
作者 Panagiotis S. Douris Michail P. Markakis 《Applied Mathematics》 2018年第11期1258-1269,共12页
In this paper, a methodology for the numerical location of a global point-to-point (P2P for short) homoclinic asymptotically connecting orbit is applied to a modified version of Shimizu-Morioka system, which models a ... In this paper, a methodology for the numerical location of a global point-to-point (P2P for short) homoclinic asymptotically connecting orbit is applied to a modified version of Shimizu-Morioka system, which models a semiconductor laser. This type of global bifurcation can be considered as a stylized mathematical description of self-pulsation in this laser type, associ-ated with saturation. The location is achieved by use of a custom algorithm based on the method of orthogonal collocation on finite elements with fourth order boundary conditions, constructed through scale order approximations. The effectiveness of the algorithm and the superiority of high-order boundary conditions over the widely used first order ones are justified throughout the obtained graphical results. 展开更多
关键词 HOMOCLINIC Connections orthogonal collocation on finite elements Numerical CONTINUATION Limit Cycles
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High Order Boundary Conditions Technique for the Computation of Global Homoclinic Bifurcation
14
作者 Panagiotis S. Douris Michail P. Markakis 《Journal of Applied Mathematics and Physics》 2018年第3期554-572,共19页
In the present paper, a custom algorithm based on the method of orthogonal collocation on finite elements is presented and used for the location of global homoclinic point-to-point asymptotic connecting orbits. This k... In the present paper, a custom algorithm based on the method of orthogonal collocation on finite elements is presented and used for the location of global homoclinic point-to-point asymptotic connecting orbits. This kind of global bifurcation occurs in a large variety of problems in Applied Sciences, being associated to specific, significant physical aspects of the problem under consideration. In order to confront the difficulties faced when the location of such orbits is attempted, high order boundary conditions are constructed through scale order approximations, and used instead of the more common first order ones. The effectiveness of the implemented algorithm is justified by means of the specific applications and the figures presented. 展开更多
关键词 HOMOCLINIC Connections orthogonal collocation on finite elements LIMIT Cycles
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基于平衡理论的模拟移动床工艺参数鲁棒寻优
15
作者 魏朋 陈珺 +1 位作者 王志国 刘飞 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期792-800,共9页
在模拟移动床的实际工作过程中,由于进料浓度和温度变化以及色谱柱填充不一致等因素影响,初始工艺参数作业下的分离性能可能会出现下降。首先对模拟移动床的机理模型进行了分析;然后在色谱分离平衡理论的基础上,使用有限元正交配置法求... 在模拟移动床的实际工作过程中,由于进料浓度和温度变化以及色谱柱填充不一致等因素影响,初始工艺参数作业下的分离性能可能会出现下降。首先对模拟移动床的机理模型进行了分析;然后在色谱分离平衡理论的基础上,使用有限元正交配置法求解模型得到新的工艺参数点;最后以果葡糖浆组分分离为对象,使用所提方法求解有扰动作用时的优化工艺参数,结果显示果糖纯度的合格率从81%提高到99%,证明其具有良好的鲁棒性。 展开更多
关键词 模拟移动床 色谱 分离 有限元正交配置法 平衡理论 鲁棒 优化设计
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考虑工业园区CHP机组动态约束的低碳经济调度 被引量:4
16
作者 张磊 郑丹 +3 位作者 卢天林 陈庆 叶婧 熊致知 《电力建设》 CSCD 北大核心 2022年第12期122-130,共9页
具备快速电出力调节能力的热电联产(combined heat and power, CHP)机组能够提升工业园区电热耦合系统运行灵活性,促进新能源消纳,降低碳排放压力。采用微分方程形式建立CHP动态约束能够详细描述变量的变化情况,在调度中考虑动态约束能... 具备快速电出力调节能力的热电联产(combined heat and power, CHP)机组能够提升工业园区电热耦合系统运行灵活性,促进新能源消纳,降低碳排放压力。采用微分方程形式建立CHP动态约束能够详细描述变量的变化情况,在调度中考虑动态约束能够掌握机组运行状态,降低事故风险。为此,以考虑碳交易过程的工业园区最小成本为目标,建立考虑CHP动态约束的工业园区低碳经济调度模型。然后基于序贯法框架,采用有限元正交配置法对模拟层的微分代数方程进行离散,并采用改进自适应差分进化算法求解优化层非线性规划问题。算例结果表明,有限元正交配置法能够以较少的离散点数获得较为精确的结果,提升了求解效率,验证了具备快速电出力调节能力的CHP机组能有效提升工业园区低碳经济水平。 展开更多
关键词 工业园区 经济调度 运行动态约束 有限元正交配置
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离散化微分模型方程的反应器网络综合 被引量:1
17
作者 金思毅 贾淑香 +2 位作者 李悦卿 隋东武 陶少辉 《计算机与应用化学》 CAS CSCD 北大核心 2007年第4期437-440,共4页
构造基于全混流和交叉流反应器的反应器网络超结构,并建立优化模型,优化模型由复杂的高度非线性的微分/代数方程所构成。本文采用有限元正交配置法离散化微分方程的策略来简化超结构数学模型,将离散化所得的代数方程组与其它约柬条件一... 构造基于全混流和交叉流反应器的反应器网络超结构,并建立优化模型,优化模型由复杂的高度非线性的微分/代数方程所构成。本文采用有限元正交配置法离散化微分方程的策略来简化超结构数学模型,将离散化所得的代数方程组与其它约柬条件一起,作为反应器网络超结构的数学模型,然后运用数学软件优化求解。实例研究表明,优化结果与文献相一致或优于文献,表明离散化法求解含有微分模型方程的反应器网络综合问题是有效的。 展开更多
关键词 反应器网络 过程综合 有限元正交配置 离散化 超结构
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反应精馏生产丁酸酐过程开发 被引量:1
18
作者 陶少辉 邹珊珊 《计算机与应用化学》 CAS 2017年第1期75-78,共4页
为开发反应精馏塔生产丁酸酐过程,根据文献数据,应用有限元正交配置法回归了丁酸与醋酸酐反应生产丁酸酐的动力学模型参数,其中初值通过对实验数据的多项式回归产生,降低了参数回归难度,提高了模型的准确性。通过动力学模型计算了最小... 为开发反应精馏塔生产丁酸酐过程,根据文献数据,应用有限元正交配置法回归了丁酸与醋酸酐反应生产丁酸酐的动力学模型参数,其中初值通过对实验数据的多项式回归产生,降低了参数回归难度,提高了模型的准确性。通过动力学模型计算了最小反应段持液量,并以该结果为依据选择了旋液式塔板作为反应板。 展开更多
关键词 丁酸酐 反应精馏 有限元正交配置法 旋液式塔板
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非线性动态数据校正方法的研究 被引量:1
19
作者 童力 《计算机与应用化学》 CAS CSCD 北大核心 2008年第4期483-485,共3页
基于有限元正交配置法的动态数据校正技术,用于非线性动态系统的数据校正效果很好,并且可以求解具有代数不等式约束,或者是简单的变量上下限约束的问题。本文研究了有限元正交配置法动态数据校正技术的原理及应用方法。结果.当配置点数... 基于有限元正交配置法的动态数据校正技术,用于非线性动态系统的数据校正效果很好,并且可以求解具有代数不等式约束,或者是简单的变量上下限约束的问题。本文研究了有限元正交配置法动态数据校正技术的原理及应用方法。结果.当配置点数不小于3时,对校正精度的影响较小;但有限元数目不同,则有影响,因此,采用此方法应首先确定适合的有限元数目。 展开更多
关键词 数据校正 动态 非线性 有限元正交配置
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用有限元正交配置法研究气液反应的刚性液膜方程
20
作者 唐凤翔 王长泰 《福州大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 1998年第5期89-92,共4页
用有限元正交配置法配合恰当的方程变换成功地求解了液膜内发生快速二级不可逆化学反应时的刚性液膜方程.同正交配置法和其它数值法的比较表明,有限元正交配置法不仅方便快捷,而且能大大提高正交配置法对刚性问题处理的灵活性和准确... 用有限元正交配置法配合恰当的方程变换成功地求解了液膜内发生快速二级不可逆化学反应时的刚性液膜方程.同正交配置法和其它数值法的比较表明,有限元正交配置法不仅方便快捷,而且能大大提高正交配置法对刚性问题处理的灵活性和准确度,计算时间也明显缩减. 展开更多
关键词 气液反应 正交配置法 有限元 刚性液膜方程
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