A three-dimensional coupled-mode model for the acoustic field in a two-dimensional waveguide with perfectly reflecting boundaries

This paper presents a three-dimensional （3D） coupled-mode model using the direct-global-matrix technique as well as Fourier synthesis. This model is a full wave, two-way three-dimensional model, and is therefore capable of providing ac- curate acoustic field solutions. Because the problem of sound propagation excited by a point source in an ideal wedge with perfectly reflecting boundaries is one of a few three-dimensional problems with analytical solutions, the ideal wedge prob- lem is chosen in this work to validate the presented three-dimensional model. Numerical results show that the field results by analytical solutions and those by the presented model are in excellent agreement, indicating that the presented model can serve as a benchmark model for three-dimensional sound propagation problems involving a planar two-dimensional geometry as well as a point source.

带有整体单极子的Reissner-Nordstrm de Sitter黑洞时空中无质量狄拉克场扰动的似正规模

采用6阶WKB方法,研究了带有整体单极子的Reissner-Nordstrm de Sitter黑洞时空中无质量狄拉克场扰动的似正规模。数值结果显示,该黑洞时空中无质量狄拉克场的似正规模频谱取决于黑洞的有效电荷Q和有效质量M、宇宙学常数Λ以及表征对称性破缺的标度因子η。对于确定的|κ|、模数n、宇宙学常数Λ和b(和η有关),无质量狄拉克场的衰减在宇宙学常数Λ比较小时是随着Q的增加先变快后变慢,而当宇宙学常数比较大时,则是随着Q的增加而变快。对于确定的|κ|、n、Q和b,无质量狄拉克场的衰减随着Λ的增加而变慢。

不同失效模式下平面张弦梁结构受力全过程刚度变化

针对现有关于平面张弦梁结构受力全过程中刚度变化规律研究不够系统化的不足,采用理论推导、有限元分析和试验验证等策略对此问题进行深入分析。首先,运用一阶方法推导简化平面张弦梁结构模型在外荷载作用下的跨中竖向位移和杆件内力的计算公式。在此基础上,研究上弦抗弯刚度及上下弦轴向刚度比这2个参数对结构竖向整体刚度的影响规律。最后,分析多个平面张弦梁结构模型在受力全过程中的刚度下降程度。结果表明:当各参数在常用范围内取值时,上弦抗弯刚度对结构整体刚度的影响不大。该结构的多种承载破坏模式均具有脆性破坏的特征。

基于全局灵敏度的区间模式阻尼提升策略

互联系统中存在的弱阻尼低频振荡严重威胁电力系统安全稳定运行。针对系统中潜在的区间弱阻尼模式,提出了一种基于全局灵敏度的发电机有功调制策略,在线提高系统区间模式阻尼。首先利用随机子空间辨识算法从系统随机响应数据中提取系统振荡频率、阻尼比等振荡参数;在此基础上利用Sobol’法计算各参调发电机组的全局灵敏度,进而确定提升系统区间模式阻尼的关键发电机组;最后应用定向试探法根据当前运行方式下发电机有功输出及其限额确定有功调整量,从而实现区间弱阻尼模式阻尼的有效提升。IEEE 2区域4机系统和IEEE 5区域16机系统的仿真结果表明,通过全局灵敏度分析方法可以准确地对参调机组进行排序,应用所提阻尼提升策略可以有效提高系统阻尼。

直接驱动XY平台全局快速Terminal滑模控制

针对永磁直线同步电机驱动XY平台系统的非线性、不确定性及轮廓误差模型复杂等问题,设计了基于等效误差法的全局快速Terminal滑模轮廓控制器.运用等效误差法建立容易计算的直接驱动XY平台非线性等效误差模型;采用全局快速Terminal滑模控制方法设计直接驱动XY平台轮廓控制器.该控制方法可以促使系统在有限时间内迅速收敛到平衡状态,同时能抑制负载扰动和参数不确定性对系统性能的影响.仿真结果表明,所设计的轮廓控制器使直接驱动XY平台具有了较高的轮廓加工精度和较强的鲁棒性.

挠性航天器太阳翼全局模态动力学建模与实验研究

现代柔性航天器通常安装有大型太阳翼为其在轨运行提供所需动力.航天器入轨后太阳翼展开并锁定成为铰链连接多板结构,此类结构质量轻、跨度大、刚度低的特点使其低频振动和非线性振动问题越来越凸显.分析和处理此类结构出现的复杂振动问题的关键在于建立系统精确的非线性动力学模型.为此,本文提出铰链连接多板结构解析全局模态的提取方法,获取太阳翼的固有频率和解析函数表征的全局模态.提出可变刚度的扭转弹簧等效模型,考虑铰链非线性刚度及摩擦力矩等因素,通过全局模态离散得到系统的低维高精度非线性动力学模型,研究了太阳翼在周期激励作用下的非线性特性.开展太阳翼地面振动实验研究,采用锤击法获取系统模态,利用振动台施加正弦扫频激励,将物理实验结果与理论结果进行对比,从而验证全局模态动力学建模方法的合理性与准确性.结果表明,铰链刚度等结构参数对系统固有特性的影响较大,铰链的存在会使太阳翼的动态响应出现跳跃等非线性现象.全局模态动力学建模方法能很好地解决多板结构在非经典边界下解析全局模态求解的困难,系统全局模态反映的是系统各个部件弹性振动的真实模态,所建立的动力学模型具有低维高精度的特点,对于复杂组合结构非线性动力学建模具有重要的参考价值.

复合柔性结构全局模态函数提取与状态空间模型构建

随着航空航天等领域中实际工程结构的大型化和柔性化,结构的非线性振动和主动振动控制问题越来越凸显.分析和处理此类结构出现的复杂振动问题的关键在于建立系统的非线性动力学模型与状态空间模型.对于由柔性部件、刚体、连接部件构成的复合柔性结构,由于各部件之间的振动耦合效应,单个柔性部件在悬臂、简支和自由等静定边界下的模态与结构的真实模态有较大差异.为此,本文提出复合柔性结构全局模态的解析提取方法,通过全局模态离散得到系统非线性动力学模型,从而构建状态空间模型.该方法采用笛卡尔坐标描述系统的运动,建立系统的运动方程;结合描述柔性部件的偏微分方程、刚体的常微分运动方程、连接界面处力、力矩、位移和转角的匹配条件以及系统的边界条件,利用分离变量法给出统一形式的频率方程,获取系统的固有频率和解析函数表征的全局模态.这里提出的全局模态提取方法不仅便于复合柔性结构固有频率和全局模态的参数化分析,而且为建立复合柔性结构低维非线性动力学模型和状态空间模型提供了有效的途径,对于推进这类结构的非线性动力学分析与主动振动控制研究具有重要意义.

边坡稳定极限分析斜条分上限法的全局优化方法

边坡稳定极限分析斜条分上限法需要寻求最小安全系数对应的临界滑动模式。由于待优化变量中包含了滑裂面位置与条块界面倾角,问题的自由度与非线性程度明显增加,寻找安全系数的整体极值变得十分困难。本文建立了任意形状滑裂面通过与不通过软弱夹层两种情况下斜条分上限法滑动模式优化的数学模型。为保证在随机搜索过程中生成合理的滑动模式,引入一系列约束条件,将临界滑动模式的搜索问题转化为一个有界约束的数学极小值问题,并结合遗传算法和粒子群算法两种全局优化方法,对多个典型算例进行对比分析。研究表明,提出的模型可以解决优化过程中生成不合理滑动模式的问题,不仅极大地提高了优化效率,而且可以避免数值计算不收敛的麻烦;将模型与全局优化算法相结合,在大多数情况下能够得到一个合理的、与极限平衡解十分接近的上限解,具有较好的全局收敛性。

矩方法在多失效模式下可靠性全局灵敏度分析中的应用

针对工程实际中经常出现的多失效模式可靠性模型,建立了多失效模式下可靠性全局灵敏度分析的矩方法。在所选模型中,将四阶矩方法和Edgeworth级数展开式结合起来,有效地近似了多失效模式下响应功能函数的分布函数,为基本随机变量全局灵敏度分析中响应功能函数的条件概率密度和无条件概率密度函数的计算提供了一种简便高效的方法。算例结果显示了所选方法的合理性和可行性。

移动切削力激励下的大型丝杠硬旋铣系统动态响应分析

以六米大型丝杠硬旋铣系统为研究对象,运用全局假设模态法,建立了丝杠工件在断续周期性移动切削力激励和卡盘、浮动支撑、抱紧装置,尾架约束下的动力学模型,分析了丝杠工件在移动切削力激励下切削全程的动态响应特性,以及抱紧及支撑装置对丝杠工件切削全程中各切削点动态响应幅值均值的影响。结果表明:抱紧装置的移动对丝杠工件的动态响应影响较小,而浮动支撑的升降显著影响工件系统的动态特性;丝杠工件的动态响应不是随抱紧刚度的增大而单调减小,选择合理的抱紧刚度可以减小工件的装夹变形,同时工件的动态特性也能满足加工精度的要求。

求解黑箱优化问题的动态模式跟踪抽样算法

针对当前复杂工业领域设计过程中存在的计算密集型黑箱优化问题,提出一种改进的动态模式跟踪抽样算法。算法基于线性样条函数进行全局近似,通过随机抽样过程产生逐步逼近全局最优区域的设计点,并利用二次响应面函数进行全局收敛判定。引入动态加速因子来增强算法的全局搜索能力和函数适应性,并采用改进的修正复相关系数进行动态加速因子更新和响应面拟合精度判定。标准测试函数表明,相比于遗传算法和模拟退火等启发式算法,动态模式跟踪抽样算法在减少目标函数评估次数和收敛成功率上均具有较大的优势。

全球化对我国法律人才培养模式与方法的影响

全球化泛指多领域间的更多联系、破除疆域、协调合作,其中包括法律的全球化。我国现有的法律人才培养模式与教学方法要积极主动地适应法律全球化的需要,一是要加强培养高端精英型法律人才,主动参与法律全球化进程,争取全球治理下的中国自主性与话语权;二是要完善各层次应用型法律人才的培养目标和方案,更好地服务于转型期依法治国的需求;三是要更新法学教学手段,强化法学教学方法的实践性,从而增强法律领域的国际竞争力。

基于无网格的数值模态匹配法求解消声器声学特性

应用全局弱式无网格方法求解消声器的横向模态,使用模态匹配技术求解其传递损失。计算了圆形穿孔管阻性消声器的横向模态和传递损失,计算结果与解析方法和有限元方法计算结果吻合较好,且节省计算时间。

三维全局弱式无网格方法计算膨胀腔消声器声学模态

应用三维全局弱式无网格方法求解膨胀腔消声器的声学模态,使用无网格径向基函数点插值法求解三维形函数,使用伽辽金加权残数法离散系统方程,最终求得三维声学模态。计算某简单膨胀腔消声器前23阶三维声学模态频率,并且与有限元计算结果对比,相对误差均在1%以内,验证了运用三维无网格方法计算声学模态的正确性。进而分析模态振型图,改进消声器结构,优化消声性能。

电动汽车车载电源LLC谐振变换器滑模控制

为了增强电动汽车车载电源对负载扰动的鲁棒性,有效抑制系统输出电压的过冲,将一种改进的滑模控制策略应用于电动汽车车载电源控制系统中。为减少系统开关损耗,提高系统效率,车载电源采用LLC谐振变换器拓扑结构。利用扩展描述函数法建立LLC谐振变换器的非线性模型,并在此基础上设计滑模控制方法。选取全局积分滑模面,通过动态的非线性滑模面,设计了整个运动过程中的滑动模态运动,显著地改善了对负载扰动的动态响应。通过仿真和实验证明了所提出的滑模控制策略有效解决了传统PI控制器在负载扰动较大情况下输出电压过冲过大的问题,提高了电动汽车车载电源控制系统动态品质。

一种适用于制导控制一体化系统的设计方法

针对以导弹为代表的高速飞行器在目标高速大机动运行时,系统性能指标相对较差的问题,设计了一种基于全局鲁棒滑模方法(GRSM)来设计制导控制一体化系统。建立并简化俯仰通道制导控制一体化模型,利用全局鲁棒滑模方法对一体化控制器进行总体设计。最后,仿真结果表明,该方法可以有效提高系统性能。

全局弱式无网格方法求解消声器横向模态

应用全局弱式无网格方法求解消声器的横向模态,使用径向基函数点插值法离散本征方程,使用伽辽金加权残数法进行数值积分。分别应用全局弱式无网格方法计算了圆形截面,不规则截面以及含有穿孔截面的本征值和本征向量,计算结果与解析方法和二维有限元方法计算结果吻合较好,并且与二维有限元方法相比,全局弱式无网格方法比较节省计算时间。进而分析了支持域的尺寸以及径向基函数中形状参数对计算精度的影响。

基于奇异摄动法的FFFSR全局滑模跟踪控制及ESO振动抑制

针对存在参数不确定性和有界干扰的情况,讨论了自由漂浮柔性空间机器人(FFFSR)关节轨迹跟踪控制与柔性振动主动抑制的问题。利用奇异摄动法将系统分解为关节轨迹跟踪的慢变子系统和描述柔性振动的快变子系统,进而提出含慢、快变控制项的组合控制器;设计一种改进的全局滑模函数,利用低通滤波器抑制滑模抖振,实现全局鲁棒、快速收敛的关节轨迹跟踪;对于快变子系统,采用扩张状态观测器(ESO)对不易测量的柔性模态坐标导数和不确定扰动进行估计,并结合LQR方法,对柔性振动进行主动抑制。数值仿真表明,该组合控制器可以在有效抑制柔性振动的同时实现对期望关节轨迹的稳定跟踪。

基于分数阶全局滑模控制的永磁同步电动机的研究

为了提高永磁同步电动机(PMSM)控制系统的抗干扰能力,在传统双闭环PI控制的基础上,将速度外环采用速度误差的分数阶微积分,设计了分数阶全局滑模控制器。利用分数阶系统随时间变化衰减缓慢的特性来增强系统的鲁棒性,并针对传统滑模控制中存在的抖振问题引入了边界层法,即采用饱和函数代替控制律中的开关函数,从而有效地削弱滑模面的抖振现象,提高了系统的综合性能。MATLAB仿真结果表明,相较于传统的双闭环PI控制,PMSM分数阶全局滑模控制系统对负载扰动和转速突变具有更好的跟踪能力和鲁棒性。

欠驱动AUV全局无抖振滑模轨迹跟踪控制

研究了具有控制输入及速度约束的欠驱动自主水下航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV)全局轨迹跟踪控制问题。首先,将AUV运动学特性线性化,设计虚拟速度及航向角指令,解决传统反步法中速度跳变问题,满足了控制输入及速度约束条件;然后,结合动力学特性,采用自适应无抖振滑模技术,设计了欠驱动AUV的全局轨迹跟踪控制器,解决了Yu等滑模控制中无法保证航向跟踪控制问题。从工程应用角度出发,有界估计的自适应滑模控制器在AUV具有较大参数不确定及未知环境扰动条件下,表现出更好的控制性能。最后,基于Lyapunov稳定性理论的完整分析证明及仿真实验,表明了该控制器对系统不确定的鲁棒性,能够实现控制输入及速度约束的欠驱动AUV全局轨迹跟踪控制。