基于输入−状态联合估计的漂浮式风机塔架结构载荷反演及状态分析

[目的]旨在研究波浪作用下漂浮式风机塔架的结构载荷反演方法及动力响应状态。[方法]以半潜型风机为研究对象,通过时域仿真模拟测量数据,并且基于漂浮式风机的频域仿真模型计算塔架的质量归一化模态,将二者作为输入−状态联合估计(joint input-state estimation,JIS)算法的输入,对漂浮式风机塔架开展结构载荷反演以及实时状态分析。[结果]结果表明:基于JIS算法,以塔架节点的仿真数据作为算法的输入,估计的塔根载荷以及塔架节点响应与仿真结果具有良好的一致性,实现了高精度的反演。[结论]反演结果验证了JIS算法的有效性,可以用于漂浮式风机的实时状态分析,保障漂浮式风机长期安全稳定运行。

基于定切深和状态依赖时滞的共振冲击钻井系统动力学特性

为了研究共振冲击钻井系统的动力学特性,综合考虑钻柱的轴向动-静载复合冲击以及轴向冲击-周向扭转耦合运动,分别建立基于定切深方法和状态依赖时滞方法的钻进系统动力学模型。通过杜哈梅积分、四阶龙格-库塔方法对动力学模型求解,分析轴向简谐动载的频率和幅值对共振钻井系统动力学特性的影响;最后,基于数值求解结果和箱线图方法,对比分析两种钻进系统动力学模型特性差异。结果表明:在给定的初始条件下,当简谐动载频率从25 Hz提高到100 Hz时,钻进系统轴向方向的跳钻现象和扭转方向的黏滑效应明显减弱;当简谐动载幅值从30 kN提高到60 kN时,钻进系统轴向方向钻头跳钻现象频发,扭转方向黏滑效应加剧;在相同初始条件和简谐动载激励下,两种模型得到的动力学特性响应曲线无论是形状还是频率均存在差异,采用状态依赖时滞模型计算得到的数据点更加集中,更接近实际钻井工况;高频低幅的简谐动载能改善共振冲击钻井系统动力学特性,从而提高钻进效率。

基于DE10_Lite的简易计算器实验

利用台湾友晶科技公司的DE10-Lite开发板上的资源,设计简易计算器,来实现4位10进制的加法、减法、乘法运算。利用开发板上十个拨动开关,两个按键开关,六个静态数码管,50 MHz信号,通过分层设计,顶层底层相结合、元件调用、实现简易计算的分时显示,有利于学生自主设计能力培养。

基于模块化思想的LCC-HVDC改进小信号建模及交互稳定性分析

随着电网换相型高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current, LCC-HVDC)技术的广泛应用,交直流混联电力系统的交互稳定性问题日益突出。首先基于状态空间平均法建立了考虑非线性换相重叠动态过程的LCC换流器传递函数模型。为适应愈加复杂的直流输电系统建模,提出利用模块化思想分别建立LCC-HVDC各子系统小信号模型,并推导了能反映交直流系统和换流器之间电气耦合特性的接口矩阵实现子系统连接,从而模块化建立精确且易于扩展的计及控制链路延时和锁相环输出相位波动的双端LCC-HVDC系统改进小信号模型。最后分析了控制系统参数和控制链路延时对系统小干扰稳定性的影响以及失稳模态的主导因素,揭示了双端LCC-HVDC系统交直流混合谐振机理及送受端交互影响具体过程。研究结果可以为系统参数设计、谐振抑制措施提供理论基础。

一种考虑随机通信时延的微网二次电压控制方法

针对具有随机通信时延的孤岛微网二次电压恢复问题,提出了一种分布式协作一致性算法.首先建立了孤岛微网模型,定性分析了具有随机通信时延的微网系统二次电压恢复机理,引入分布式观测器对系统状态进行估计,提出了一种分布式一致性协作控制方法.然后基于Lyapunov稳定性理论和Schur补原理,得到了随机通信时变时延系统在外部输入为零和不为零两种情况下渐近收敛一致的充分性条件.所提出的控制方法提高了孤岛微网系统的抗扰动能力,满足了闭环系统的稳定性和可靠性要求.最后对微网系统的性能进行仿真验证,证明了定理的可行性和正确性.

非厄米物理启发的高效无线电能传输

无线电能传输技术是指不需要线缆或者波导结构,利用电磁波直接将电能从电源传输到负载的技术。作为能量传输的一种全新方式,无线电能传输技术可以极大地提高供电设备的安全性、可靠性和便捷性,其在消费电子行业、自动化工业车间以及人工智能平台等需要高自由度供能的场景中具有重要的应用价值。目前无线电能传输技术仍存在一定的局限性,特别是对于广为关注的磁共振耦合无线电能传输技术,面临着高效率和稳定性难以兼顾的巨大挑战。文章以近场无线电能传输技术为研究框架,深入介绍非厄米新物理在无线电能传输系统中的调控机理,及其在高效、稳定、待机功率损耗、电磁环境兼容等方面的突出优势,最后对无线电能传输未来的研究方向进行了展望。

基于有限时间扩张状态观测器的水下机器人精准跟踪控制系统设计

水下机器人在运动过程中极易受到水环境因素的干扰发生运动偏移,为了保证水下机器人的精准、稳定航行,利用有限时间扩张状态观测器优化设计水下机器人精准跟踪控制系统;设计有限时间扩张状态观测器、水下机器人传感器、跟踪控制器和推进器,强化硬件系统的密封防水设计强度,完成系统硬件设计;根据水下航行任务,规划机器人的航行轨迹,作为系统控制目标;求解机器人位置、姿态角、速度等运动参数,得出水下机器人的跟踪结果;利用有限时间扩张状态观测器检测航行环境参数,结合当前机器人状态的跟踪结果,计算机器人运动控制量,在硬件系统的支持下,完成系统的精准跟踪控制功能;[JP2]通过系统测试实验得出结论,静力水环境场景下水下机器人的平均位置跟踪误差为14 m、平均角度控制误差为0.10°,航行速度控制误差为0.5 m/s;动力水环境场景下水下机器人的位置跟踪误差最大值为9 m、平均角度控制误差为0.10°、航行速度控制误差为0.5 m/s。

保持主导振荡模态的双馈风电场动态聚合等值方法

针对风电场详细建模出现的“维数灾”问题,计及双馈风电机组各控制环节与系统振荡模态的关系,以保持等值前后主导振荡模态一致为目标,提出考虑风电机组多时间尺度级联特性的风电场站等值聚合方法。首先考虑风电机组多控制环节级联建立风电场状态空间模型;其次,利用振荡能量级判别系统主导振荡模态,并基于参与因子分析不同模态的关键影响因素;在此基础上,以主导振荡模态的关键影响因素为分群指标,结合自编码器进行数据降维处理,经改进聚合算法聚类和拓扑变换获取等值参数等环节后得到等值模型。最后,在Matlab平台分别搭建单机模型和含24台双馈风电机组的风电场模型,验证了所提等值方法的有效性。

基于多源信息融合的船舶电气设备状态识别方法

为可靠掌握船舶电气设备状态,保证设备的运行安全,提出多源信息融合的船舶电气设备状态识别方法。采用时间序列模型检测并修正船舶电气设备多源历史数据中的连续异常数据和独立异常数据;基于联合卡尔曼滤波算法融合修正后的电气设备多源历史数据,依据融合后的多源数据训练谱聚类和深度神经网络,构建船舶电气设备状态识别网络模型,结合电气设备的实时运行数据,识别船舶电气设备状态。测试结果显示,该方法能够确定数据中的连续异常数据和独立异常数据,并且完成所有异常数据的修正,保证数据的完整性;离散度结果均在0.016以下;能够完成电气设备正常状态、异常状态以及紧急状态的识别,最小均方根误差值均在0.0044以下,识别效果良好。

混合能源直流微电网能源优化管控策略研究

混合能源直流微电网在快速跟踪负载方面具有较大优势,弥补了固体氧化物燃料电池(solidoxidefuelcell,SOFC)直流微电网功率跟踪缓慢的问题。现有能源管控策略重点关注能源分配,对系统效率、运行安全性和燃料亏空方面缺乏相关研究和成熟策略。为此,提出了一种混合能源直流微型电网能源优化管控策略。首先,搭建了混合SOFC直流微电网模型。其次,采用最优操作点(optimal operating points,OOPs)实现最大效率,然后采用平均电流控制模式保证稳定的电力供应。最后,设计了基于SOFC电流的时滞控制算法来避免燃料亏空。实验结果表明,所提出的能源优化管控策略具有时间响应迅速、输出效率高和热特性良好等优势。

偏置剪枝叠式自编码回声状态网络的时序预测

针对大多数模型对时间序列预测数据的预测准确率较低,为提升时间序列的预测精度,提出一种基于Biased Drop-weight的偏置剪枝叠式自编码回声状态网络(BD-AE-SGESN)的深度模型。以叠式ESN为多层深度网络框架,提出一种生成式AE算法生成每一层的输入权值,利用BD算法根据输入权重激活值进行剪枝。对比实验结果表明,该模型能够有效提升预测准确率,在3个不同的数据上,相比其它模型有着较小的预测误差和较高的稳定度。

基于硬件同步的四态离散调制连续变量量子密钥分发

在连续变量量子密钥分发系统中,同步技术是确保通信双方时钟和数据一致的关键技术.本文通过巧妙设计发送端和接收端仪器的硬件时序,采用时域差拍探测方式和峰值采集技术,实验实现了可硬件同步的四态离散调制连续变量量子密钥分发.通信双方在设计好的硬件同步时序下可实现时钟的恢复和数据的自动对齐,无需借助软件算法实现数据的对齐.本文采用了加拿大滑铁卢大学Norbert Lütkenhaus研究组提出的针对连续变量离散调制协议的安全密钥速率计算方法.该方法需计算出接收端所测各种平移热态的一阶矩和二阶(非中心)矩,以此为约束条件结合凸优化算法可计算出安全密钥速率.计算过程中无需假设信道为线性信道,无需额外噪声的估算.密钥分发系统重复频率为10 MHz,传输距离为25 km,平均安全密钥比特率为24 kbit/s.本文提出的硬件同步方法无需过采样和软件帧同步,减小了系统的复杂度和计算量,在一定程度上降低了系统所需的成本、功耗和体积,有效地增强了连续变量量子密钥分发的实用性.

基于导航卫星的高精度授时技术

基于导航卫星授时长期稳定度高的特点,结合铷原子钟优良的短期稳定度和低漂移率特性,提出了一种高精度授时技术。以导航接收机1 PPS为基准对铷原子钟进行驯服,通过高精度时差测量、卡尔曼滤波、增量式PID算法3个关键技术对外提供高精度授时服务。验证结果表明,输出1 PPS相位稳定性达到±0.2 ns以内,驯服期间1 s稳定度达到3.76E-12。

基于运行效率分布差异的水电机组劣化状态趋势预测

为解决水电机组劣化状态难以刻画及预测精度低的问题,需深入探究不同机组状态下运行效率的分布差异特性,提出了一种基于运行效率分布差异的水电机组劣化状态趋势预测方法。首先,综合考虑水电机组工况(水头、流量)与效率之间映射关系和状态监测数据随机性,利用高斯混合模型拟合多工况下机组健康状态运行效率的概率分布特性;在此基础上,计算观测样本在机组健康状态分布下的负对数似然概率,并以此作为水电机组劣化状态指标,表征观测样本与机组健康状态标准分布之间的偏差;进一步采用非因果原理和高斯误差线性单元,分别改进时间卷积网络(TCN)的膨胀卷积模块和残差模块,并融合门控循环单元(GRU),设计并构建水电机组劣化状态预测模型;最后,利用某水电站#6机组实际运行监测数据开展方法验证。结果表明,所提方法能有效提升机组劣化状态趋势预测精度。

基于储能系统多重约束的一次调频策略

基于荷电状态(state of charge,SOC)控制储能系统参与一次调频时,由于储能系统出力约束条件较为单一,因而限制了储能系统的性能。针对此问题提出一种基于储能系统多重约束的一次调频策略。首先,把通过双层模糊控制方法确定储能系统多时间尺度调频死区作为第1重约束条件,避免火电机组与储能电池频繁动作。其次,将SOC作为第2重约束条件,约束因子作为第3重约束条件,基于logistic曲线构建惯性与下垂综合控制模型,约束储能系统出力。最后,通过高精度SOC构建快速均衡函数,缩短SOC均衡时间。通过搭建仿真模型分别在阶跃负荷扰动和连续负荷扰动的工况下验证所提控制策略有效性。

河北省洪涝灾害韧性评价及时空演进分析

为应对气候变化及非生态城市建设活动带来的洪涝灾害风险,以河北省11个地级市为研究对象,基于压力-状态-响应模型构建洪涝灾害韧性评价体系,计算指标权重及各城市韧性指数,并且对2010,2015,2020年各城市的洪涝灾害韧性进行了综合评价和时空演化分析。结果表明,河北省洪涝灾害韧性水平呈稳步上升趋势,其中压力层韧性降低,状态及响应层韧性提升明显;在空间分布上存在城市间韧性发展不平衡、差异化严重等问题。针对存在的问题提出了韧性优化措施。

复合风场影响下RLV着陆段固定时间控制

本文针对垂直起降的可重复使用运载器(RLV)返回着陆段面临多类型复合风场干扰影响导致的姿态跟踪控制收敛时间上界与初始状态强耦合及跟踪性能严重下降等问题,提出一种基于双幂次固定时间稳定理论的快速高精度控制方法。首先,对可重复使用运载器返回着陆段所受的自然风场进行分类建模,并分析风场对着陆段姿态控制的影响;其次,基于反步法框架,设计高低幂次加权多项式形式的趋近律,以保证系统状态误差在固定时间内收敛,且收敛时间和上界与初始状态无关;同时,为降低风场扰动对着陆段控制系统性能的影响,保证着陆段控制性能的稳定性及着陆安全性,引入固定时间扩张状态观测器对风场扰动进行估计和补偿;最后基于Lyapunov理论,证明了所设计的控制律可使RLV返回着陆段姿态控制误差在固定时间内收敛;多组数值仿真验证了所提方法的有效性。

基于有限时间状态观测器的永磁同步直线电机递归终端滑模控制

针对载荷变化、非线性摩擦、推力波动和外部扰动等不确定性降低永磁同步直线电机位置跟踪性能的问题,提出一种基于有限时间状态观测器的递归终端滑模控制方法。首先,建立考虑有界集总不确定性的直线电机动力学模型。其次,设计快速终端滑模函数和积分滑模函数的递归结构,强制系统直接从滑模面启动,减少了跟踪误差的收敛时间。然后,引入有限时间状态观测器实时估计集总不确定性并前馈补偿到控制率中,提高系统的鲁棒性和减少抖振。接着,利用李雅普诺夫理论分析闭环控制器的稳定性和有限时间收敛性。最后,搭建基于半实物AD5435的实验平台,实验结果验证了所提方法的可行性和优越性。

旋转环境下的磁耦合双稳态能量俘获机理研究

环境中存在大量的旋转运动能量,可以使用能量俘获技术将其转换为可用的电能,进而为嵌入式设备和无线传感器提供持续稳定的电能,以解决传统化学电池供电带来的环境污染和维护成本高等问题。为了提高能量俘获系统在超低频(低于3 Hz)旋转环境中的能量俘获性能,本文提出一种具有低势垒特性的时变势阱磁耦合双稳态能量俘获系统。在充分考虑了离心效应影响的前提下,基于能量法和拉格朗日方程在旋转坐标系下推导了该系统的分布式参数机电耦合方程。通过建立该系统的磁力计算模型以分析磁间距和离心效应对系统势能阱及能量俘获特性的影响。数值仿真结果和实验结果均验证了与传统线性能量俘获系统相比,本文提出的时变势阱磁耦合双稳态能量俘获系统具有更宽的工作频率范围(0~2.67 Hz)和更高的输出电压(大于2 V)。

以Cameron适时理论为基础的全程护理模式在烧伤后瘢痕整形患者中的应用

目的:研究以Cameron适时理论为基础的全程护理模式对烧伤后瘢痕整形患者的干预效果。方法:选择2021年9月-2022年6月笔者医院收治的60例烧伤后瘢痕整形患者为研究对象,采用随机数字表法分为对照组(30例)和观察组(30例)。对照组给予常规护理干预,观察组在对照组的基础上采用以Cameron适时理论为基础的全程护理模式进行干预,两组均干预8周。统计比较两组瘢痕恢复效果、并发症发生情况、心理状态、应对方式及护理满意度。结果:干预后,观察组创面渗出持续时间、疼痛持续时间均短于对照组(P<0.05);两组创面愈合时间、色素沉着率比较差异无统计学意义(P<0.05)。干预8周后,观察组瘢痕恢复总有效率显著高于对照组(P<0.05);观察组心理韧性评分高于对照组(P<0.05),焦虑、抑郁、心理困扰评分低于对照组(P<0.05);观察组屈服、回避评分低于对照组(P<0.05),面对评分高于对照组(P<0.05);观察组护理总满意率高于对照组(P<0.05)。干预期间,观察组总并发症发生率低于对照组(P<0.05)。结论:以Cameron适时理论为基础的全程护理模式对烧伤后瘢痕整形患者进行干预,可有效促进患者创面愈合,改善患者心理状态及应对方式,降低并发症发生率,患者满意度高,具有较好的应用价值。