源于Wiener非线性模型的软仪表系统建模及其辨识(英文)

The processes of building dynamic and static relationships between secondary and primary variables are usually integrated in most of nonlinear dynamic soft sensor models. However, such integration limits the estimation accuracy of soft sensor models. Wiener model effectively describes dynamic and static characteristics of a system with the structure of dynamic and static submodels in cascade. We propose a soft sensor model derived from Wiener model structure, which is an extension of Wiener model. Dynamic and static relationships between secondary and primary variables are built respectively to describe the dynamic and static characteristics of system. The feasibility of this model is verified. Then the expression of discrete model is derived for soft sensor system. Conjugate gradient algorithm is applied to identify the dynamic and static model parameters alternately. Corresponding update method for soft sensor system is also given. Case studies confirm the effectiveness of the proposed model, alternate identification algorithm, and update method.

基于相关分析和带遗忘因子的随机梯度的非线性系统Wiener模型辨识

实际工业过程往往呈现强非线性和时滞特性,在复杂工况下如何建立过程的高精度模型并对其进行有效控制是研究重点.本文研究了一种基于相关分析的非线性系统Wiener模型辨识.Wiener非线性模型由动态线性子系统和静态非线性子系统串联组成,利用时滞状态空间模型和神经模糊模型分别建立动态线性子系统和静态非线性子系统,并利用设计的组合信号实现Wiener非线性模型分离辨识.首先,利用后移算子的性质,将时滞状态空间模型转化为传递函数模型,在高斯信号作用下利用相关分析方法辨识动态线性子系统的参数,解决了Wiener模型中间变量不可测问题.其次,为了改善辨识模型的精度和收敛速度,推导了带遗忘因子的递推随机梯度方法,得到静态非线性子系统的参数估计.将提出的非线性Wiener模型辨识方法运用于连续搅拌反应釜,实验仿真结果表明,本文提出的Wiener模型辨识方法能够有效辨识连续搅拌反应釜系统,并取得较好的控制效果.

基于Wiener过程的多阶段非线性复杂退化产品可靠性分析模型

为提高非线性退化轨迹拟合的精度,针对多阶段退化中的非线性规律建立Wiener过程模型,考虑变点的连续性与部件个体的差异性,给出基于非线性复杂退化的可靠性评估方法。结合幂律函数推导出非线性多阶段Wiener过程模型,得到模型参数的极大似然估计量;通过最小均方误差原则给出变点以及幂参数的初值确定方法;根据SIC(schwarz information criterion)方法得到模型变点的精确值,并检验其准确性;结合不同部件之间的差异性,得到变点的连续分布;推导出非线性Wiener过程连续时段内的可靠度函数估计;利用本模型对高压脉冲电容器电容相对变化量的退化数据建模,与线性建模结果对比,验证多阶段Wiener过程模型在可靠性评估方面的有效性与可行性,估计结果更接近真实值。

计及时变演化特征的硅泡沫垫层非线性黏弹性模型研究

基于黏弹性基本理论,引入材料非线性特征,考虑了材料加载、保载应力松弛历史、老化效应以及黏弹性模型各运动单元退化的差异性,并从两种老化机制出发,获得了老化硅泡沫垫层力学模型以及长时应力松弛硅泡沫垫层接续加载力学模型.模型机理清晰,能够反映材料服役历史信息及其对力学效应的影响.

高地应力-化学侵蚀耦合作用下炭质板岩蠕变试验及非线性蠕变损伤模型

为克服高程障碍并降低施工风险,可采用长大隧道穿越崇山峻岭,但这些隧道往往处于深埋高地应力环境,并受到化学侵蚀影响。为了解决此问题,以丽江—香格里拉炭质板岩大变形隧道为研究对象,采用室内试验和理论推导,研究深埋炭质板岩隧道受化学侵蚀作用下的围岩变形特性。在Poyting-Thomson体蠕变体的基础上,根据模型元件的力学特性,叠加了损伤元件、化学损伤元件和非线性元件,提出高地应力-化学侵蚀耦合作用下炭质板岩非线性蠕变损伤本构关系。研究结果表明:1)炭质板岩试样受化学侵蚀影响显著,侵蚀90 d试样所产生的轴向蠕变应变为侵蚀0 d试样的2.02倍,侵蚀60 d试样所产生的径向蠕变为侵蚀0 d试样的1.85倍;2)受侵蚀的炭质板岩试样在三轴压缩状态下破裂以斜向贯通裂隙为主,并产生一定的滑移错动裂隙,且沿轴线的拉伸劈裂破坏受围压作用抑制明显,未产生竖向贯通裂隙。

红层泥岩填料蠕变特性及分数阶五元件非线性蠕变模型研究

为揭示红层泥岩填料的蠕变力学特性,对甘肃红层泥岩填料开展分级加载三轴CU蠕变试验,分析不同含水率和偏应力水平下红层泥岩填料的轴向蠕变、蠕变速率、应力-应变等时曲线等蠕变特性。基于红层泥岩填料蠕变曲线特征分析,引入分数阶微积分,构建适用于甘肃红层泥岩填料的分数阶五元件非线性蠕变模型,并对模型参数进行辨识和分析。研究结果表明:甘肃红层泥岩填料存在明显的蠕变特性,呈非线性衰减蠕变,随含水率与偏应力水平增大,蠕变变形明显增大;应力-应变等时曲线呈现出非线性特征,存在明显拐点,甘肃红层泥岩填料的长期强度为瞬时强度的0.6~0.8;所构建的模型可以准确地描述甘肃红层泥岩填料的蠕变特性,对试验结果的拟合效果明显比Burgers和Merchant模型拟合效果好。

浅水波方程模型与奇非线性行波方程解的动力学行为及精确的参数表示:动力系统方法

首先,介绍在重力作用下,无旋、无黏性和不可压缩的流体的表面波传播的一维(或两维单向)浅水波运动的各种不同模型(PDE),这些模型对应的行波系统一般是奇平面动力系统.其次,用著名的广义Camassa-Holm方程作为例子,通过对应的行波系统的精确解来研究该方程的尖孤子、周期尖波、伪尖孤子、伪周期尖波及有界破缺波解的存在性.第三,应用动力系统分支理论和奇摄动几何理论相结合的方法,建立了奇非线性行波方程研究的理论和方法,介绍奇非线性行波动力学行为的2个主要定理,完整地解决了波的光滑性与非光滑性、完整性和破缺性的判定问题.第四,介绍当伴随正则系统直线解上的奇点是结点时,如何用相轨道识别对应的波形,并研究一个非线性水波方程,获得该系统的各型光滑的孤立波和周期波在不同参数条件下的存在性和精确的参数表示.

基于非线性逻辑回归的M-Score模型优化研究

文章以我国沪深A股市场2010—2020年因财务报表舞弊被中国证监会、上海证券交易所和深圳证券交易所处罚的441家上市公司为样本,研究了M-Score模型在我国A股上市公司财务舞弊识别中的有效性,利用统计学方法分析了模型失效的原因,并提出了一种基于非线性逻辑回归的M-Score模型优化方法。

基于Hammerstein模型的执行机构非线性参数辨识

针对火电机组中流过执行机构的介质流量难以测量,导致执行机构的非线性特性无法直接求取这一问题,提出用构建Hammerstein模型代替直接测量介质流量的间接测量法,进而求取执行机构的非线性特性,然后分别使用粒子群算法(PSO)和樽海鞘群算法(SSA),辨识所构建的Hammerstein模型的参数。另外,针对PSO算法和SSA算法辨识Hammerstein模型参数精度不高以及收敛速度慢的问题,提出了一种改进的粒子群-樽海鞘群的混合算法(IPS)。最后基于烟道挡板的指令数据与再热器出口温度数据对模型进行了仿真。仿真结果表明,提出的IPS算法能改善PSO算法的过早收敛问题,提高SSA算法的辨识速度。因此通过建立Hammerstein模型能够解决介质流量难以测量的执行机构非线性参数辨识问题,并且提出的IPS算法能准确且快速的辨识Hammerstein模型的各项参数。

基于模糊n-cell数的非线性投入产出模型解的存在性

将混合单调以及耦合不动点的概念引入到模糊n-cell数空间中,给出此空间上的混合单调型不动点定理。考虑到模糊n-cell数具有表示n维不确定信息的特点,将非线性投入产出模型与模糊n-cell数相结合,建立模糊非线性投入产出模型并给出相应的平衡方程。最后利用本文中所给的不动点定理讨论此模型解存在的条件,验证模型的合理性。

基于分布滞后非线性模型分析体感温度对乌鲁木齐市高血压住院数的影响

目的探讨体感温度与高血压患者住院数的关联性和滞后效应,并分析不同等级高血压与体感温度之间的影响差异。方法使用2019—2021年乌鲁木齐市10家医院高血压住院患者信息,从乌鲁木齐市气象局和环境监测站获取得到日均气压、环境温度、相对湿度、风速、日照时长、NO2、SO2、CO、O3、PM10、PM2.5数据。采用分布滞后非线性模型探讨体感温度和高血压患者住院数之间的暴露-滞后-效应关系。结果在日均体感温度与每日不同高血压住院数总暴露反应关系中,总高血压住院数、2级高血压住院数、3级高血压住院数与日均体感温度的暴露-反应曲线均呈非线性。极端日均体感低温(P5:-17.2℃)对每日总高血压住院数、3级高血压住院数的累积滞后效应会随着滞后天数的增加逐渐增强,并在累积滞后第14天时累积相对危险度(cumulative relative risk,CRR)达到最高,分别为2.025(95%CI:1.191~3.442)、2.171(95%CI:1.268~3.716)。在极端体感高温(P_(95):25.0℃)下,日均体感温度对每日总高血压住院数、2级高血压住院数和3级高血压住院数有影响,累积滞后影响分别在第2 d、第9 d和第2 d达到最强,CRR分别为0.72(95%CI:0.55~0.94)、0.57(95%CI:0.33~0.99)、0.69(95%CI:0.53~0.91)。结论体感温度与高血压患者住院数存在负效应关系,公共卫生部门可以根据预测的体感温度制定高血压预警,提示高血压易感人群在体感温度变化时注意防范,为降低高血压发病率提供新的防治思路。

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.

考虑非线性行为相似的高层结构动力试验模型简化设计方法研究

随着物理试验技术的快速发展,结构模型试验可较准确获得结构在环境荷载作用下的动力响应,但在土-结相互作用、区域群体结构、大型复杂结构的风洞、拟静力及动力等模型试验问题研究中,简单、实用、准确的结构试验简化模型仍是研究的重点。针对现有模型简化方法中非线性力学参数标定复杂、试验可行性不足等问题,提出了一种考虑非线性行为相似的高层结构动力试验模型简化设计方法,将模拟高层结构的弯、剪恢复力模型分解为线性和非线性行为的组合,其中结构非线性行为采用库仑摩擦模型模拟,因其参数简单,具有一定物理意义,可直接适用于缩尺模型动力试验研究中。基于上述理论方法,将弯剪耦合模型和平扭摩擦装置有效结合,提出了用于缩尺动力试验的物理模型设计方法及等效刚度、屈服后刚度和承载力等参数的计算方法,并建立了对应的“层间双剪切、双弯曲弹簧”力学计算模型,可通过模型试验结果较好地预测原型结构弹性及非线性阶段的动力响应。以某高层结构为例,通过数值模拟和振动台试验验证了该方法的准确性和可行性。

降雨量与脑卒中入院的关联性:基于分布滞后非线性模型

背景脑卒中是严重危害人类健康的主要慢性病,降雨量与脑卒中发病的关系尚未明确。目的分析南昌市降雨量与脑卒中入院的关联性,为制定脑卒中综合防治策略和措施提供科学依据。方法收集江西省卫生健康委员会信息中心DRGs管理系统中南昌市2015—2019年脑卒中入院数据及全国城市空气质量实时发布平台大气污染物和南昌市气象基站数据,分析脑卒中入院患者、大气污染物及气象因素的基本特征。采用Spearman秩相关分析探究脑卒中入院例数与大气污染物和气象因素的相关性,利用分布滞后非线性模型分析降雨量与脑卒中入院的关系,并按照性别、年龄(<65岁和≥65岁)进行分层分析,lag代表滞后天数。结果2015—2019年南昌市脑卒中入院患者79523例,其中男性(49072例,61.71%)、年龄≥65岁(48092例,60.48%)的患者所占比例较大,冬(12月~次年2月)、春(3~5月)季脑卒中入院例数分别为20065例(25.23%)、20358例(25.60%)。降雨量与脑卒中入院呈非线性关系,并存在一定的滞后效应。降雨量对脑卒中入院的效应在lag1、lag2的RR值均为1.009,95%CI分别为1.000~1.019、1.001~1.016。分层分析显示:较高降雨量对男性脑卒中入院例数的主要效应为lag6,RR值为1.003;对女性脑卒中入院例数的主要效应为lag1和lag2,RR值分别为1.018(95%CI=1.004~1.031)、1.020(95%CI=1.009~1.031);对65岁以下缺血性脑卒中入院例数的主要效应为lag1(RR=1.016,95%CI=1.003~1.030)、lag2(RR=1.018,95%CI=1.007~1.029)。结论短期暴露于较高降雨量可增加脑卒中入院风险,女性、65岁以下人群对降雨暴露更为敏感,应加强对该人群的防护。

各向同性磁流变弹性体磁相关非线性动态力学行为的本构模型

各向同性磁流变弹性体是一种将磁性颗粒随机掺入到聚合物基体中制备而成的智能材料。在磁场作用下,其模量发生快速、可逆、连续变化,在振动控制领域显示出良好的应用前景。实验结果表明,各向同性磁流变弹性体的动态力学行为具有很强的频率、应变幅值和磁场相关性。尽管上述行为对于其潜在应用具有重要的影响,但目前关于各向同性磁流变弹性体磁相关非线性动态力学行为的理论研究则关注不够。为准确评价各向同性磁流变弹性体的动态力磁耦合行为,并指导其相关产品的设计,本文建立了一个基于连续介质力学理论,反映各向同性磁流变弹性体磁相关非线性动态力学行为的本构模型。随后,开发了和本构模型对应的数值实现算法,并对模型的预测能力进行了验证。该模型有助于深入理解各向同性磁流变弹性体磁相关非线性动态力学行为的潜在力学机制。此外,该模型有助于指导基于各向同性磁流变弹性体产品的设计和应用。

盐城市气温与居民死亡关联分析:基于分布滞后非线性模型

目的研究温度对盐城市居民死亡的健康效应。方法分别从当地疾控部门、气象局和环境监测中心收集2015—2019年盐城市居民逐日死亡数据(非意外总死亡、呼吸系统疾病和循环系统疾病)、气象和空气污染数据。通过建立分布滞后非线性模型,评价气温与居民死亡关联。结果气温与居民非意外总死亡、呼吸系统疾病死亡和循环系统疾病死亡的关联呈“U”型。极端低温与居民非意外总死亡、呼吸系统疾病死亡和循环系统疾病死亡的关联呈现滞后性,相对危险度(RR)在暴露第3天达到最大,分别为1.03(95%CI:1.02~1.04)、1.06(95%CI:1.04~1.09)和1.02(95%CI:1.00~1.04);极端高温与居民非意外总死亡、呼吸系统疾病死亡和循环系统疾病死亡的关联呈现急性效应,RR在暴露当天健康效应最大,分别为1.19(95%CI:1.14~1.24)、1.20(95%CI:1.10~1.30)和1.25(95%CI:1.17~1.33)。极端低温对非意外总死亡、呼吸系统疾病死亡和循环系统疾病死亡的累计健康效应RR值均在14天后达到最大;极端高温对非意外总死亡、呼吸系统疾病死亡和循环系统疾病死亡的累计健康效应分别在暴露3、7和7天后达到最大。男性死亡风险在极端低温时高于女性,在极端高温时低于女性;≥65岁人群在极端高温时的非意外总死亡和循环系统疾病死亡风险高于<65岁人群。结论非适宜温度会增加盐城市居民的死亡健康风险,且低温滞后效应的持续时间比高温长。

变系数部分非线性模型的分位数回归估计

研究纵向数据缺失下变系数部分非线性分位数回归模型的估计问题.利用逆概率加权法结合分位数回归给出参数估计和非参估计;在一定条件下,证明了所给估计量的渐近正态性;通过数值模拟,验证了所提方法的有效性.

时延非线性系统无模型预设性能控制

研究含有状态时延的严反馈非线性系统的跟踪控制问题,充分考虑时延的时变性和任意性以及系统的未知动力学特性.为解决该问题,取代参数辨识、函数逼近、增益调节、指令滤波等常规技术,提出基于导向函数的预设性能控制方法,移除了控制器设计对于系统非线性、控制方向和虚拟控制信号导数等信息的依赖.并且,摆脱基于李雅普诺夫−克拉索夫斯基泛函或拉祖米欣函数的稳定性分析框架,采用基于反证法的受限分析理论,移除性能分析对于已知的时延上界、部分已知的时延非线性函数和时延导数小于1等常见约束.因此,形成无模型、低复杂度、高性能控制方法,将跟踪误差限制于设计者预先选取的性能包络线内,确保系统输出以预先设定的速度和精度跟踪上时变的设定值.最后,以具有延迟回收流的两级化学反应器为对象开展对比仿真,实验结果验证了所提方法的有效性和优越性.

顾及非线性高程归算的中国西北区域对流层天顶延迟模型

对流层延迟是影响高精度导航定位的关键因素,同时也是进行全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)水汽反演的重要数据。中国西北区域地形起伏较大,目前中国西北地区对流层天顶延迟模型在高程方面顾及不足,无法满足实时高精度定位需求,因此建立高精度中国西北地区对流层延迟模型成为迫切需求。针对当前中国西北地区ZTD(zenith total delay)模型未同时顾及非线性高程归算以及季节变化等问题,利用2015—2017年欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)的ERA5资料建立顾及非线性高程归算的中国西北地区对流层天顶延迟模型(MZTD模型)。联合未参与建模的2018年ERA5资料和中国西北陆态网84个GNSS测站数据,验证MZTD模型的精度和适用性,并与目前使用广泛的GPT3模型进行精度对比。结果表明:以2018年ERA5资料和中国西北陆态网测站数据为参考值,MZTD模型的均方根误差(root mean square error RMS)分别为3.14 cm和2.81 cm,相对于GPT3模型精度分别提高了约16.3%和21.7%,同时MZTD减少模型参数,提升了模型计算效率。因此,顾及非线性高程归算的MZTD模型在中国西北区域体现了更好的精度和适用性,可以为中国西北地区进行实时GNSS水汽探测和导航定位提供重要参考。

变压器油纸绝缘非线性介电弛豫模型构建方法研究

基于频域介电响应(FDS)对变压器油纸绝缘状态进行检测时,油纸绝缘频域介电响应的非线性变化会影响绝缘评估的准确性,因此亟须开展不同老化程度油纸绝缘材料FDS非线性变化规律的研究。在实验室环境下制备了多组不同老化程度的油纸绝缘模型,并在不同温度下对油纸绝缘非线性FDS进行测试。结果表明:测试激励幅值越大,FDS曲线在低频段降低越明显,且随着测试温度的升高及老化程度的增加,介质损耗因数曲线出现非线变化的特征频段向高频方向移动;本文基于修正的Davidson-Cole模型,通过曲线拟合计算得到模型中的形状参数,并以此建立基于传递函数的等效电路模型,仿真计算得到了油纸绝缘阻抗模值非线性的变化规律。根据仿真结果可知,各阶阻抗模型的电路参数与油纸绝缘介电特性非线性的变化规律密切相关,而阻抗的改变使得曲线在相应频段发生变化。