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Performance enhancement of a viscoelastic bistable energy harvester using time-delayed feedback control
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作者 黄美玲 杨勇歌 刘洋 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第6期142-154,共13页
This paper focuses on the stochastic analysis of a viscoelastic bistable energy harvesting system under colored noise and harmonic excitation, and adopts the time-delayed feedback control to improve its harvesting eff... This paper focuses on the stochastic analysis of a viscoelastic bistable energy harvesting system under colored noise and harmonic excitation, and adopts the time-delayed feedback control to improve its harvesting efficiency. Firstly, to obtain the dimensionless governing equation of the system, the original bistable system is approximated as a system without viscoelastic term by using the stochastic averaging method of energy envelope, and then is further decoupled to derive an equivalent system. The credibility of the proposed method is validated by contrasting the consistency between the numerical and the analytical results of the equivalent system under different noise conditions. The influence of system parameters on average output power is analyzed, and the control effect of the time-delayed feedback control on system performance is compared. The output performance of the system is improved with the occurrence of stochastic resonance(SR). Therefore, the signal-to-noise ratio expression for measuring SR is derived, and the dependence of its SR behavior on different parameters is explored. 展开更多
关键词 energy harvesting BISTABILITY stochastic averaging method stochastic resonance time-delayed feedback control
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A Semi-Analytical Method for the PDFs of A Ship Rolling in Random Oblique Waves 被引量:2
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作者 LIU Li-qin LIU Ya-liu +2 位作者 XU Wan-hai LI Yan TANG You-gang 《China Ocean Engineering》 SCIE EI CSCD 2018年第1期74-84,共11页
The PDFs(probability density functions) and probability of a ship rolling under the random parametric and forced excitations were studied by a semi-analytical method. The rolling motion equation of the ship in random ... The PDFs(probability density functions) and probability of a ship rolling under the random parametric and forced excitations were studied by a semi-analytical method. The rolling motion equation of the ship in random oblique waves was established. The righting arm obtained by the numerical simulation was approximately fitted by an analytical function. The irregular waves were decomposed into two Gauss stationary random processes, and the CARMA(2, 1) model was used to fit the spectral density function of parametric and forced excitations. The stochastic energy envelope averaging method was used to solve the PDFs and the probability. The validity of the semi-analytical method was verified by the Monte Carlo method. The C11 ship was taken as an example, and the influences of the system parameters on the PDFs and probability were analyzed. The results show that the probability of ship rolling is affected by the characteristic wave height, wave length, and the heading angle. In order to provide proper advice for the ship’s manoeuvring, the parametric excitations should be considered appropriately when the ship navigates in the oblique seas. 展开更多
关键词 ship random rolling parametric and forced excitations stochastic energy envelope averaging method probability density function parameter influence analysis
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Stationary response of stochastic viscoelastic system with the right unilateral nonzero offset barrier impacts
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作者 Deli Wang Wei Xu Xudong Gu 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第1期195-204,共10页
The stationary response of viscoelastic dynamical system with the right unilateral nonzero offset barrier impacts subjected to stochastic excitations is investigated. First, the viscoelastic force is approximately tre... The stationary response of viscoelastic dynamical system with the right unilateral nonzero offset barrier impacts subjected to stochastic excitations is investigated. First, the viscoelastic force is approximately treated as equivalent terms associated with effects. Then, the free vibro-impact(VI) system is absorbed to describe the periodic motion without impacts and quasi-periodic motion with impacts based upon the level of system energy. The stochastic averaging of energy envelope(SAEE) is adopted to seek the stationary probability density functions(PDFs). The detailed theoretical results for Van der Pol viscoelastic VI system with the right unilateral nonzero offset barrier are solved to demonstrate the important effects of the viscoelastic damping and nonzero rigid barrier impacts condition. Monte Carlo(MC) simulation is also performed to verify the reliability of the suggested approach. The stochastic P-bifurcation caused by certain system parameters is further explored. The variation of elastic modulus from negative to zero and then to positive witnesses the evolution process of stochastic P-bifurcation. From the vicinity of the common value to a wider range, the relaxation time induces the stochastic P-bifurcation in the two interval schemes. 展开更多
关键词 viscoelastic system RIGHT UNILATERAL nonzero offset BARRIER IMPACTS STOCHASTIC averaging of energy envelope(SAEE) STOCHASTIC P-bifurcation
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具有时滞反馈控制的双稳态压电-电磁式俘能器的随机动力学 被引量:1
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作者 孙成佳 靳艳飞 张艳霞 《动力学与控制学报》 2023年第8期75-81,共7页
本文研究了色噪声激励下具有时滞反馈控制的双稳态压电-电磁混合式俘能器的动力学特性.首先,建立了非线性双稳态压电-电磁俘能器的集中参数型机电耦合运动方程,并基于能量包线随机平均法推导得到系统稳态概率密度函数和平均输出功率表达... 本文研究了色噪声激励下具有时滞反馈控制的双稳态压电-电磁混合式俘能器的动力学特性.首先,建立了非线性双稳态压电-电磁俘能器的集中参数型机电耦合运动方程,并基于能量包线随机平均法推导得到系统稳态概率密度函数和平均输出功率表达式,通过蒙特卡洛数值方法验证了理论解的正确性.其次,分析了时滞和反馈增益系数对系统输出功率的影响.研究结果表明:在一定参数范围内,随着位移时滞与速度时滞的增加,输出功率出现周期性变化,并在特定的时滞与反馈增益组合下达到最大值;调节反馈增益系数可以改变输出功率的相位和大小.说明通过合理地设置时滞反馈控制可以提高俘能器的采集功率,为随机激励下非线性振动俘能器的设计和优化提供一定的理论依据. 展开更多
关键词 压电-电磁混合式俘能器 能量包线随机平均法 时滞反馈控制 输出功率
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色噪声激励下一类驰振能量采集器的稳态响应研究 被引量:1
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作者 许苗莉 冶继民 《动力学与控制学报》 2023年第10期85-93,共9页
使用具有指数相关性的色噪声近似外界环境干扰,研究色噪声激励下驰振能量采集器(GEH)的稳态响应.首先,介绍了系统的理论机电耦合运动方程,并对其进行无量纲化处理.其次,通过广义谐波变换对方程进行等效解耦,然后使用能量包线随机平均法... 使用具有指数相关性的色噪声近似外界环境干扰,研究色噪声激励下驰振能量采集器(GEH)的稳态响应.首先,介绍了系统的理论机电耦合运动方程,并对其进行无量纲化处理.其次,通过广义谐波变换对方程进行等效解耦,然后使用能量包线随机平均法得到系统稳态响应的解析解.最后,使用四阶龙格库塔算法进行数值模拟,在验证解析解有效性的同时分析了风速、色噪声参数对系统稳态响应的影响.研究结果表明,较大的噪声强度有利于提升系统的能量采集性能,且在风速较低时效果更明显;噪声相关时间对系统稳态响应的影响与噪声强度相反.当系统的振动模式由风激励主导时,系统的响应表现为带有附加噪声的周期性振动;随着风速增加,增强的风激励削弱了色噪声激励对系统稳态响应的影响.此外,本文还研究了系统结构参数和电气参数对平均输出功率的影响,研究结果为优化系统设计提供了有效的理论指导. 展开更多
关键词 驰振能量采集器 色噪声 随机平均法 稳态响应 数值模拟
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随机激励下电力系统有界波动域及域内概率解析分析方法 被引量:15
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作者 李洪宇 鞠平 +2 位作者 余一平 黄晓明 陈新琪 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第14期3561-3568,共8页
随着可再生能源发电与电力交通等主动负荷的广泛接入,电力系统中随机因素日益增多,以致系统中不平衡随机功率波动(随机激励)越来越显著。随机激励时刻存在于电力系统中,如何刻画随机激励对电网的影响值得关注。然而其强度尚未到达使系... 随着可再生能源发电与电力交通等主动负荷的广泛接入,电力系统中随机因素日益增多,以致系统中不平衡随机功率波动(随机激励)越来越显著。随机激励时刻存在于电力系统中,如何刻画随机激励对电网的影响值得关注。然而其强度尚未到达使系统失稳的程度,如果对随机激励影响的研究仅侧重于稳定性的研究,将使得这些研究暂缺少工程应用价值。首先基于稳定域的概念,提出用于刻画随机激励对电网影响的有界波动域及域内概率(系统状态始终停留在有界波动域内的概率)。其次基于能量函数,将随机激励下多维向量与超平面的关系问题简化为系统能量与能量界关系的问题。然后基于拟哈密顿系统的随机平均法,求解出域内概率,并采用蒙特卡洛法与解析法进行对比,结果拟合很好,而解析法耗时很少。最后通过对稳定域的域内概率与有界波动域的域内概率进行对比,验证了用有界波动域来刻画电网中存在的随机激励对电网的影响具有工程应用价值。 展开更多
关键词 能源互联网 随机能源 有界波动域 随机激励 域内概率 随机平均法
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基于拟哈密顿理论的随机电力系统暂态稳定性分析 被引量:18
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作者 周海强 鞠平 +1 位作者 薛禹胜 李洪宇 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 2016年第19期9-14,共6页
蒙特卡洛法分析随机稳定性所需的计算量大,且难以同时考虑随机过程中发生的大量不确定性。基于拟哈密顿系统随机平均方法,提出随机电力系统暂态稳定性分析法。首先,根据扩展等面积法,将受扰多机系统动态映射为两群系统,建立其随机微分... 蒙特卡洛法分析随机稳定性所需的计算量大,且难以同时考虑随机过程中发生的大量不确定性。基于拟哈密顿系统随机平均方法,提出随机电力系统暂态稳定性分析法。首先,根据扩展等面积法,将受扰多机系统动态映射为两群系统,建立其随机微分方程模型。忽略相关的非哈密顿因素,按哈密顿能量函数确定其安全区域。然后,考虑随机扰动、阻尼等的影响,对等效拟哈密顿系统进行随机平均,求出支配暂态能量转移的平均扩散方程,并基于扩散理论,根据系统条件可靠性分析切除时间、阻尼系数及激励强度等对随机电力系统暂态稳定性的影响。通过4机2区随机系统验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 拟哈密顿系统 随机微分方程 随机平均法 暂态能量函数 扩展等面积法
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基于随机有限元的汽轮机叶片强度计算 被引量:7
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作者 王璋奇 段巍 +1 位作者 徐飞 彭震中 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第23期88-94,共7页
在实际运行中,影响汽轮机叶片强度的随机性因素很多,为了实现叶片高可靠性设计的要求,必须考虑随机因素的影响。确定性有限元方法虽可达到较高的计算精度,但是没有考虑到参数的随机性,因此将随机分析方法与确定性有限元相结合,形成随机... 在实际运行中,影响汽轮机叶片强度的随机性因素很多,为了实现叶片高可靠性设计的要求,必须考虑随机因素的影响。确定性有限元方法虽可达到较高的计算精度,但是没有考虑到参数的随机性,因此将随机分析方法与确定性有限元相结合,形成随机有限元,进而对其进行可靠性分析具有重要的研究和应用价值。以汽轮机末级扭叶片为研究对象,考虑了弹性模量、蒸气作用力、转速的随机性,建立了旋转变截面扭梁模型;运用应变能原理推导了包含轴向变形、弯曲变形和剪切变形共同作用下的单元刚度矩阵和载荷列阵;应用局部平均法离散弹性模量随机场;编制了二阶摄动随机有限元程序,分别计算了弹性模量、蒸汽作用力、转速随机时叶片应力的统计特性;通过与Monte Carlo数值模拟法进行对比,验证了该文方法的正确性。 展开更多
关键词 随机有限元 叶片 应变能原理 局部平均法 应力分析
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含高比例可再生能源的电力系统随机分布控制 被引量:1
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作者 朱晨烜 王艳杰 《中北大学学报(自然科学版)》 CAS 2019年第4期344-349,357,共7页
为解决高比例可再生能源并网造成的电网电源不确定性、随机波动等问题.根据拟哈密顿系统理论建立了含有随机扰动的电力系统模型.利用随机平均方法,对电网的随机稳定性进行理论分析.推导获得了使系统输出满足目标概率密度的随机分布控制... 为解决高比例可再生能源并网造成的电网电源不确定性、随机波动等问题.根据拟哈密顿系统理论建立了含有随机扰动的电力系统模型.利用随机平均方法,对电网的随机稳定性进行理论分析.推导获得了使系统输出满足目标概率密度的随机分布控制律,并用李亚普诺夫函数方法证明了该受控系统的稳定性.通过在多机电力系统中的应用,验证了该方法的可行性和有效性. 展开更多
关键词 高比例可再生能源 随机分布控制 拟哈密顿系统 随机平均法
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含可再生能源并网的电力系统稳定裕度研究 被引量:11
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作者 林其友 王艳杰 杨乐新 《电网与清洁能源》 北大核心 2022年第2期129-134,共6页
可再生能源并网带来的电源随机波动是影响电力系统稳定运行的一个重要问题。为了研究这个问题,该文首先建立了含有随机扰动的电力系统模型,然后基于拟哈密顿系统理论,利用随机平均法和随机动态规划方法,对可再生能源并网的电力系统随机... 可再生能源并网带来的电源随机波动是影响电力系统稳定运行的一个重要问题。为了研究这个问题,该文首先建立了含有随机扰动的电力系统模型,然后基于拟哈密顿系统理论,利用随机平均法和随机动态规划方法,对可再生能源并网的电力系统随机稳定性进行理论分析以平均首次穿越时间最长为目标进行最优控制设计,并研究受控系统的稳定裕度;最后,基于模型建立单机无穷大算例,得到不同干扰强度下的随机稳定裕度和最优控制律。经数字仿真,验证了该文所提方法的可行性和有效性。 展开更多
关键词 可再生能源 稳定裕度 拟哈密顿系统 随机平均法 随机动态规划方法
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受宽带随机激励的最优反馈控制
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作者 李雪平 应祖光 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第6期640-646,共7页
文章提出了基于平稳响应的随机最优反馈控制策略,研究了受宽带随机激励的Hamilton系统的最优反馈控制。首先应用拟Hamilton系统随机平均法建立平均后的Ito∧随机微分方程;接着求解相应的Fokker-Plank-Kol-mogorov(FPK)方程得到系统精确... 文章提出了基于平稳响应的随机最优反馈控制策略,研究了受宽带随机激励的Hamilton系统的最优反馈控制。首先应用拟Hamilton系统随机平均法建立平均后的Ito∧随机微分方程;接着求解相应的Fokker-Plank-Kol-mogorov(FPK)方程得到系统精确平稳解;然后将控制力的均方值和Hamilton能量均值结合作为系统控制指标,得出最优反馈控制规律;最后用两个例子详细说明了这一控制方法的实施过程的有效性,数字模拟结果与理论结果完全吻合。 展开更多
关键词 最优反馈控制 随机平均法 Hamilton能量 宽带随机激励 平稳响应
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基于改进能量包线随机平均法求解窄带谱激励下船舶随机参激横摇响应
12
作者 刘亚柳 刘利琴 刘依伦 《船舶》 2022年第4期30-39,共10页
国际海事组织(IMO)制定了第二代完整稳性衡准,其中包括参数激励横摇。在第3层直接稳性评估中,研究横摇运动响应和稳性最直接的方法是数值模拟。但由于船舶倾覆是小概率事件,因此解析分析手段依然十分必要。能量包线随机平均法能够准确... 国际海事组织(IMO)制定了第二代完整稳性衡准,其中包括参数激励横摇。在第3层直接稳性评估中,研究横摇运动响应和稳性最直接的方法是数值模拟。但由于船舶倾覆是小概率事件,因此解析分析手段依然十分必要。能量包线随机平均法能够准确求解白噪声激励下的随机运动响应,但实际工程中真实的海浪为窄带谱。针对随机平均法求解的适用性研究表明,对于非白噪声激励,要满足系统的阻尼和激励强度足够小、激励带宽足够大的条件。基于以上背景,研究了窄带谱激励下能量包线随机平均法的改进方法。在原有的能量包线随机平均法基础上借鉴标准随机平均法引入相角,保留了原有的能量包线随机平均法可以考虑非线性恢复力的优点,同时放宽了原有方法所要求的理想白噪声激励限制,使其可以为窄带随机激励。求解Fokker-Planck-Kolmogorov(FPK)方程得到的横摇角稳态概率分布与蒙特卡洛法对比良好。改进后的能量包线随机平均法能够准确计算真实海浪激励下船舶随机参数激励横摇响应,对船舶横摇稳性进行评估,为船舶安全航行提供指导。 展开更多
关键词 参数激励横摇 窄带谱 能量包线随机平均法 FPK方程
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能量包线随机平均法在汽车非线性系统中的应用
13
作者 杨延功 毛洪海 +1 位作者 于翰林 王广通 《农业装备与车辆工程》 2020年第12期42-45,共4页
研究了能量包线随机平均法在汽车单自由度悬架迟滞非线性系统的应用。首先,建立了悬架单自由度迟滞非线性系统的动力学方程;其次,利用能量包线随机平均法得到关于哈密顿函数的平均伊藤随机微分方程,并得到与之相对应的稳态FPK方程,解得... 研究了能量包线随机平均法在汽车单自由度悬架迟滞非线性系统的应用。首先,建立了悬架单自由度迟滞非线性系统的动力学方程;其次,利用能量包线随机平均法得到关于哈密顿函数的平均伊藤随机微分方程,并得到与之相对应的稳态FPK方程,解得平稳位移和速度的联合概率密度,及平稳位移和速度的概率密度。发现在汽车迟滞非线性系统的随机响应中,能量包线随机平均法是一种有效的分析方法。 展开更多
关键词 能量包线 随机平均 迟滞非线性 随机响应
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多机电力系统的拟哈密顿系统随机平均法 被引量:10
14
作者 李洪宇 鞠平 +2 位作者 陈新琪 孙维真 吴峰 《中国科学:技术科学》 EI CSCD 北大核心 2015年第7期766-772,共7页
随着可再生能源发电的增加和电动汽车的接入,随机激励(功率波动)对电力系统的影响日益受到关注.随机激励作用于多机电力系统的动态问题,可视为对随机微分方程组分析的问题.由于多机电力系统的高维和非线性等因素,致使现有研究大都以蒙... 随着可再生能源发电的增加和电动汽车的接入,随机激励(功率波动)对电力系统的影响日益受到关注.随机激励作用于多机电力系统的动态问题,可视为对随机微分方程组分析的问题.由于多机电力系统的高维和非线性等因素,致使现有研究大都以蒙特卡洛法为主,还没有解析分析公式.而拟哈密顿系统下的随机平均法是一个很好的解析分析方法,但目前只针对单机无穷大系统进行了研究.本文将拟哈密顿系统随机平均法推广到多机电力系统情形,获得了随机激励下多机电力系统能量函数的一维扩散过程公式,并通过算例验证其有效性,为多机电力系统随机动力学特性研究提供了基础. 展开更多
关键词 多机电力系统 随机激励 拟哈密顿系统 随机平均法 能量函数 一维扩散过程
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能源价格系统在随机干扰作用下的分岔研究
15
作者 陈旭梅 田立新 吴丹 《数学的实践与认识》 CSCD 北大核心 2013年第12期81-86,共6页
采用Khasminskii极限定理,随机平均法和FPK方程,研究了能源价格系统在随机干扰作用下的Hopf分岔特性,得到了分岔参数,并讨论了分岔参数对系统性态的影响.进而得出能源经济系统的相关结论.
关键词 能源价格系统 随机平均法 随机Hopf分岔
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我国葡萄生产能源效率评价——基于数据包络与随机前沿的方法融合及验证 被引量:4
16
作者 戴碧艳 冯建英 +1 位作者 周志坚 穆维松 《中国农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期181-188,共8页
为测评我国葡萄主产区的能源效率,将基于数据包络和随机前沿方法的融合方法模型应用于葡萄生产能源效率评价中,并对不同的效率评价模型进行了对比与验证。结果表明:山东、吉林、安徽、甘肃、陕西5省的能源效率值为1,宁夏、江苏、云南的... 为测评我国葡萄主产区的能源效率,将基于数据包络和随机前沿方法的融合方法模型应用于葡萄生产能源效率评价中,并对不同的效率评价模型进行了对比与验证。结果表明:山东、吉林、安徽、甘肃、陕西5省的能源效率值为1,宁夏、江苏、云南的能源效率最低;北方产区能源效率高于南方产区,排名依次为华北、东北、西北、华南、西南;融合方法和数据包络方法测算的能源效率具有显著的一致性,融合方法可以克服传统随机前沿分析方法由于设定生产函数和进行参数分布假设所产生的偏差,且比传统数据包络方法具有更好的稳定性,因此融合方法是一种合理且更优的能源效率评价方法。 展开更多
关键词 葡萄 数据包络分析 随机前沿分析 方法融合 能源效率
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