Sensitivity Analysis for Epistemic Uncertain System Based on Sobol' Method

Considering the characteristics of sensitivity analysis in epistemic uncertain system,a new sensitivity analysis index based on Sobol' method was proposed. Then the index calculation method with single cycle Monte-Carlo sampling was studied, and an application was developed. Numerical examples show that,the new method could solve the system sensitivity analysis problem with mixed aleotory and epistemic uncertainties. In this method,aleotory uncertain parameters could be sampled randomly according their distributions, and need not be translated to evidence bodies.Epistemic uncertain parameters were sampled randomly based on evidence theory. Therefore the loss of information in the sampling process was small,and the shortcomings of the existing methods were overcome.

基于FAST和Sobol指数法的雷达系统效能敏感性分析

为了以较小的代价快速提升对空探测雷达系统的综合效能,首先搭建了对空探测雷达系统综合效能的评估指标体系,在此基础上完成了综合效能评估模型的建立。选择两种基于方差原理的全局敏感性分析方法,即傅里叶幅度敏感性测试(Fourier amplitudes sensitivity test,FAST)和Sobol指数法,分别从频域和时域对建立的评估模型进行敏感性分析。在基于FAST进行敏感性分析时,提出了21维输入指标所对应的特征频率集的选取方法;在基于Sobol指数法进行敏感性分析时,考虑了二阶及高阶敏感性指数的影响。对比FAST和Sobol指数法的分析结果,两种方法获得的敏感性分析结果具有较好的一致性。其中,功率和频率为对空探测雷达系统的主要影响指标,为雷达系统的研发和升级提供了可靠性依据。

基于Sobol'法的动车组车体弹性异常振动全局灵敏度分析与优化

为治理动车组车体弹性异常振动问题,首先,结合车辆系统工作变形测试分析、车体模态测试分析和车辆刚柔耦合动力学模型仿真分析探究车体异常振动成因;随后,以转向架蛇行最小阻尼比为目标函数,基于Sobol'全局灵敏度分析方法分析关键参数全局灵敏度,依据各参数总灵敏和一阶主灵敏度筛选影响转向架蛇行稳定性的重要参数,并基于车辆系统刚柔耦合动力学模型对筛选出的参数进行优化;最后,对优化前后车体的弹性振动进行对比验证。研究结果表明:转向架的蛇行频率接近车体菱形模态频率的同时,转向架的蛇行模态阻尼比也减小到接近于零,蛇行稳定性裕量明显不足,从而引起转向架的蛇行与车体菱形同步运动,导致车体菱形模态振动放大,发生车体的弹性异常振动现象;参数优化后,车体的菱形模态振动能量明显降低,有效抑制了车体弹性异常振动;Sobol'法可有效评估参数灵敏度,提高优化效率,可为车辆设计和参数优化等问题提供参考。

基于Sobol方差和代理模型的起重机结构安全评估研究

针对起重机的安全性问题和传统的安全评价方法计算效率低下等复杂问题,提出Sobol方差结合代理模型的计算分析方法来研究桥式起重机的结构安全评估。根据桥式起重机的结构特点和2种失效模式的安全评价准则,通过Sobol方差的概念建立量化评价模型,利用克里金代理模型提升计算效率。结果表明:采用克里金代理模型的计算方法可以将结果误差控制0.80%~4.41%,节省90%计算成本;在各种失效阈值下,翼缘板厚度对于结构强度和刚度的失效概率影响是最大的。该方法不仅提高了起重机结构安全评价效率,节省了试验成本,而且弥补了多种设计变量下的起重机结构安全评价的不足。

基于Sobol指数法的舰艇防空作战效能敏感性分析

为探索水面舰艇防空武器装备对作战效能的影响关系,构建了舰艇防空武器系统指标体系,在指标归一化的基础上建立基于幂指数法的舰艇防空作战效能评估模型;采用Sobol指数法分析了防空武器装备各个能力指标在全局变动时对舰艇防空作战效能的影响,基于主效应和全效应指数对各个指标进行敏感性排序,确定影响舰艇防空作战效能的关键因素,并分析了指标之间的交互效应对作战效能的影响。仿真结果表明,防空导弹命中概率、系统反应时间、飞行速度3个指标对舰艇防空作战效能的影响较大。该研究可为舰艇防空武器装备的论证工作提供参考和依据。

基于改进SobolSSA-ANP的生态补偿效果评估——以太湖流域为例

对流域生态补偿现状进行分析研究,从生态效果、经济水平、社会公平及政策投入4个方面构建流域生态补偿效果评估指标体系;在此基础上,针对评估指标较多和专家评判时容易出现一致性差等问题,提出一种改进SobolSSA-ANP (sobol sparrow search algorithm-analytic network process)方法,并基于该方法对太湖流域的生态补偿效果进行评估。结果表明:太湖流域生态补偿实施效果介于一般和较好之间,且倾向于较好;从2010年到2020年,通过实施生态补偿政策,太湖流域生态补偿效果呈逐渐上升趋势;为进一步提升生态补偿效果,太湖流域需加大资金投入和提升政策满意度。为此,流域可推动多主体参与的横向生态补偿政策以拓宽资金渠道,实现生态资源到生态资本的转化。研究结果可以为流域生态补偿效果的评估和生态补偿政策的制定提供借鉴与参考,对提升流域治理能力现代化水平具有重要的现实意义。

不同目标函数对新安江模型参数的敏感性和不确定性影响分析

目标函数的选择影响流域水文模型的参数率定结果。为深入探究不同目标函数对水文模型参数的敏感性和不确定性及径流模拟结果的影响,本文以福建省金溪池潭流域日径流模拟为例,采用SCEM-UA优化算法率定三水源新安江模型,选择纳什效率系数f_(1)、均方根误差f_(2)和Kling-Gupta效率系数f_(3)作为参数率定的目标函数,同时构建分别偏好f_(1)、f_(2)、f_(3)三者的组合多目标函数F_(1)、F_(2)和F_(3)共6个率定目标,比较不同率定目标下的径流模拟精度差异,采用Sobol全局敏感性分析方法定量对比分析不同目标函数下的新安江模型参数敏感性,最后基于GLUE方法分析丰枯水期和不同流量级别下的径流模拟不确定性。结果表明:(1)6个目标函数下,新安江模型的主要敏感参数识别结果一致;(2)F_(1),F_(2),F_(3)较单目标函数展现出更高的径流模拟精度;(3)在不同水文时期和不同流量级别下,f_(1)表现出较其他目标函数更高的覆盖率和较小的不确定性区间。不同目标函数下均呈现枯水期参数不确定性最小,且随流量级别的增大而径流模拟不确定性增加的规律。

基于有限元法的油气田集输管网阴极保护布局优化

在利用有限元法建立外加电流阴极保护模型的基础上,借助Sobol灵敏度分析,确定了显著影响某油气田集输管网阴极保护效果的关键参数,并通过粒子群优化(PSO)算法对其系统布局进行优化。结果表明:由于外加电流阴极保护模型的模拟电位与测试桩的测定电位误差较小,故该模型能够较好地反映出油气田集输管网的电位分布现状;改变防护涂层电阻率等一阶敏感性系数较高的因素会对阴极保护效果产生较大影响,土壤电阻率、防护涂层电阻率以及管道埋深与其他参数之间可能存在明显交互作用;当利用PSO算法对油气田集输管网的阴极保护效果进行全局寻优时,该模型经过47700次粒子进化迭代后的最佳阴极保护系统有效覆盖率高达99.14%,优化效果显著。

空间分割全局灵敏度方法研究及其在风机叶片极限载荷工况中的应用

全局灵敏度分析,旨在考量结构系统中各输入随机变量对输出响应不确定性及风险水平影响的重要度。它能为后续的可靠度评估、故障诊断、系统设计、预测及优化等提供重要参考。尽管各类全局灵敏度分析方法不断涌现,但高维复杂结构(如风机叶片结构)灵敏度分析仍是目前的难题。该文针对空间分割全局灵敏度分析方法的三种可能计算形式及最优分割方案展开研究,通过标准算例分析和误差理论推导,提出能充分利用样本信息、有效减轻计算负担的求解形式及分割方案,并将其应用于风机叶片极限载荷工况下的全局灵敏度分析中,同时为未来设计更为高效、经济和可靠的风机结构提供参考。

基于Sobol’法的Petrel-Ⅱ水下滑翔机能耗参数灵敏度分析

水下滑翔机作为一种新型水下航行器,可通过浮力驱动实现多剖面连续运动.由于其强大的续航能力和较高的隐蔽性,被广泛应用于海洋调查和军事探测等领域.商业化水下滑翔机大多由自身携带的电池提供能源,由于电量限制,需开发更低功耗的水下滑翔机.本文基于动力学和流体力学理论,结合水下滑翔机工作流程和单元试验数据,建立了Petrel-Ⅱ水下滑翔机的单剖面能耗模型,海试数据表明,模型计算误差仅为实际能耗的1.3%,.采用Sobol’全局灵敏度分析方法得到了航行参数和设计参数对水下滑翔机能耗的1阶灵敏度和总灵敏度.结果表明,滑翔机下潜深度h、俯仰角度θ和航行速度V对单剖面能耗影响有着重要影响,其1阶灵敏度系数分别为0.388,8、0.227,2和0.138,0,总灵敏度系数分别为0.478,0、0.301,2和0.247,2.滑翔机纵向力系数Cx和横截面积S的灵敏度处于中间水平,其1阶灵敏度系数分别为0.044,0和0.034,5,总灵敏度系数分别为0.081,8和0.066,5.浮力驱动点位置lb、滑翔机总重G和垂向力系数Cy的1阶灵敏度系数和总灵敏系数均接近零,其值的波动对水下滑翔机单剖面能耗几乎不产生影响.

基于Sobol法的TOPMODEL模型全局敏感性分析

Sobol法是最具代表性的全局敏感性分析方法。应用Sobol全局敏感性分析方法分析TOPMODEL模型的参数对Nash-Sutcliffe效率系数、总水量平衡误差系数、低水流量误差系数和高水流量误差系数4个目标函数的敏感性。通过对白盆珠水库、流溪河水库的分析结果表明,较敏感的参数有M、lnT0、Sr0和Rv,Sobol方法给出的定量敏感度能衡量敏感性表现的差异,并反映出了模型"异参同效"的现象。

基于Sobol’法的车身噪声传递函数全局灵敏度分析

针对局部灵敏度分析方法不能考虑参数的概率分布、不能适用参数大范围变化及分析各参数之间交互作用等局限,将Sobol’全局灵敏度分析法引入到汽车噪声传递函数的灵敏度分析中。Sobol’法将函数f(x)分解成2n项递增项之和,通过采样计算模型响应的总方差及各偏方差,以求得灵敏度,从而有效避免了局部灵敏度分析方法的缺陷。以某型轿车为例,在建立声固耦合有限元模型的基础上,计算出从悬置点到驾驶员右耳处的车身噪声传递函数,并运用Sobol’法分析出相关板件厚度的一阶全局灵敏度及总体全局灵敏度值,从而甄别出对驾驶员耳旁声压单独影响较大或交互作用显著的板件,为车身噪声传递函数的优化工作提供指导。应用实例验证了该方法的有效性。

基于Sobol方法的新安江模型参数敏感性分析

采用敏感性分析方法对复杂模型和系统的输入和输出进行定性和定量的分析,有利于模型结构的诊断、模型参数的识别和模型的应用。现以桓仁水库流域为例,使用Sobol方法,以确定性系数、总水量误差系数、低水误差系数和高水误差系数作为敏感性分析模型的目标函数,分别对模型单参数和多参数的敏感性进行了评价。结果表明不同目标函数下参数的敏感性不同;Sobol能定量地给出参数的总敏感度和参数间相互作用的敏感度,适合于分析水文模型的参数敏感性。

基于Sobol法的整体翼梁损伤容限设计参数灵敏度分析

针对飞机结构设计中设计变量灵敏度的问题,提出了基于Sobol法的全局灵敏度分析策略。以飞机整体翼梁结构损伤容限设计为例,设计变量为翼梁结构截面参数,应用支持向量机理论分别构造以截面参数为输入、应力强度因子和结构重量为响应的代理模型,结合Sobol法计算输入对响应的灵敏度大小,并对计算结果进行分析。分析结果表明:在对整体结构进行损伤容限优化设计时,可以将其设计变量由6个变为4个,灵敏度较小的2个设计变量可以设为一个定值。

基于多策略改进的蜜獾优化算法

针对蜜獾算法(Honey Badger Algorithm,HBA)在解决复杂优化问题时存在收敛速度慢,容易陷入局部最优的问题,提出了一种基于多策略改进的蜜獾优化算法(IHBA).首先,引入Sobol序列初始化种群,增加种群的多样性;其次,引入动态自适应密度因子和黄金正弦策略,快速切割解空间,平衡全局搜索与局部搜索,提升寻优效率;然后,引入柯西变异策略,优化最优解,避免算法陷入局部最优.为验证算法的性能,选取7种智能算法与IHBA对比,对10个经典测试函数进行寻优对比和Wilcoxon秩和检验,仿真结果表明IHBA算法的收敛速度和寻优精度都得到了提升;最后,将IHBA用于求解2个实际的工程优化问题,仿真结果表明IHBA在解决工程优化问题时具有较好的鲁棒性和实用性.

基于Sobol拟随机脉宽调制的电网阻抗测量方法

利用并网逆变器获取的实时电网阻抗信息可用于电网状态监测、故障诊断、并网设备稳定控制等领域,提高并网设备和电网调控的智能化水平。由于注入的扰动信号常施加于逆变器电流控制环路,阻抗测量频段受限于控制器带宽。为了提高高频阻抗测量的准确性,文中利用随机脉宽调制的频谱搬移和Sobol拟随机序列的均匀性,提出了一种基于Sobol拟随机脉宽调制(SQRPWM)的电网阻抗测量方法,并根据系统带宽和稳定性约束等条件优化设计了SQRPWM频率边界。在Starsim的实验平台上验证了所提出的SQRPWM阻抗测量方案以及单脉冲+SQRPWM混合阻抗测量方案的可行性,结果表明所提阻抗测量方案具有扰动小、高频段测量精度高的优点,并可与基于电流扰动的阻抗测量方案联合,扩展电网阻抗测量的频段,获取宽频阻抗信息。

离子电喷雾推力器束电流数学模型与敏感性分析

虽然阵列式结构的离子电喷雾推力器具有小体积、高比冲、高推力分辨率等优点,但是其发展受到了缺乏理论研究的限制。针对该问题,基于多点发射现象发展了描述推力器束电流的数学模型,并通过智能优化算法对模型中的经验系数进行了辨识,研究了高、低电压下束电流及发射行为存在的不同特征。基于Sobol方法进行了全局敏感性分析,研究了发射体结构的几何参数对束电流的影响程度。模型计算结果与试验结果基本一致,当电压大于1.5 kV时,发射点基底半径与多孔储层孔隙半径相当,外加电场主要影响束电流的非线性增加;电压小于1.5 kV时,发射点数量较少,基底半径是多孔储层孔隙半径的1.5倍,发射点数量是影响束电流大小的关键因素。敏感性分析结果表明,发射体尖端与提取极之间的距离对束电流的影响程度最大,其1阶敏感性指数为0.841,在加工制造中须严格控制其公差大小。

采用Sobol’算法分析变电站接地网关键参数的灵敏度

为深入了解变电站接地网参数对其接地性能的影响,采用Sobol’全局灵敏度分析法,以变电站接地网接地电阻为目标函数,通过Latin超立方采样技术对影响接地电阻的多种参数进行采样,计算分析了各个参数的1阶灵敏度系数(FSC)及总灵敏度系数(TSC)。结果表明,Sobol’灵敏度分析法可较好地定量分析影响变电站接地电阻的相关参数对接地电阻的影响程度。接地网面积、土壤电阻率的总灵敏度系数分别为-0.896、0.881,对接地电阻影响较大;接地网埋深与垂直接地极长度的总灵敏度系数分别为其1阶灵敏度系数的6.74倍及8.62倍,说明这2个参数与其他参数间有着较强的相互作用,需要综合考虑其对接地网接地电阻的影响。

基于Sobol'法的换热网络全局灵敏度分析

将基于方差的全局灵敏度分析方法——Sobol'法引用到换热网络灵敏度分析中。阐述Sobol'法全局灵敏度分析法原理,分析影响换热网络灵敏度因素数值模拟的实现。以某换热网络为例,采用Sobol'法对物流的进出口温度以及热容流率,换热器的传热系数以及传热面积等影响因素进行了全局灵敏度分析。通过比较各因素对换热网络的一阶灵敏度及总灵敏度,分析单个因素以及多个因素联合对换热网络的影响。甄别出对换热网络系统运行影响较大的敏感因素以及影响较小但存在交互影响的因素。

基于Sobol敏感性分析的装备体系保障效能评估

现代化作战都趋向于体系与体系间的对抗,装备体系保障能力已经成为影响装备体系作战能力的关键。为了定量衡量装备体系保障的效果,需要对装备体系保障效能进行科学的量化评估。首先进行装备体系保障能力分析,得出装备体系保障能力指标。其次,基于Sobol敏感性分析方法,对装备体系可用度进行敏感性分析,得到装备体系保障能力指标的重要程度。然后,基于Sobol敏感性分析,综合采用幂指数法提出装备体系保障效能评估方法。最后,通过多智能体仿真方法对某装备体系保障效能进行仿真评估,验证了所提方法有效性。