机构运动弹性动力学普遍方程的研究

本文首次采用等参有限单元,建立了一个为一般机构广泛适用的运动弹性动力学普遍方程。在不附加任何“运动学”假设的情况下,作为自然的结果,方程的质量阵是正定、协调的常数阵;方程中不存在两类时变的非对称系数项,即所谓的“陀螺阻尼”项和“离心动刚度”项。因此,该方程无论在形式上还是在生成及求解方面,都要较其它同类型方程简单。此外,基于一维等参梁单元,本文还具体导出了具有杆状构件的平面连杆机构的弹性动力学模型,并给出了一个铰链四杆机构的算例。     

一类极小能控制与广义样条函数

本文讨论由一般微分方程确定的时不变线性系统的一类极小能控制问题。首先,通过引入降阶逆向系统揭示了原系统的输入与输出是由某个积分-微分算子联系着的,并利用该算子建立了极小能控制与广义样条的联系;然后在对于输出端的一类较广泛的约束条件下,导出了其输出空间与文[1]的输出空间具有类似的构造性质,从而建立了与文[1]类似的投影公式与递推公式。     

结合振动特征优选和GWOA-XGBoost的电机轴承故障诊断

为解决电机轴承故障状态难以识别,从而造成诊断精度不高的情况,提出了一种基于信号特征提取与极限梯度提升算法(extreme gradient boosting, XGBoost)结合的电机轴承故障诊断模型。使用优化的变分模态分解获得振动信号的固有模态函数(intrinsic mode function, IMF)分量,再基于多尺度熵理论计算各IMF分量的多尺度熵值进行特征重构。在鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm, WOA)中引入遗传算法的选择、交叉、变异操作对WOA进行改进。用改进的WOA算法对XGBoost的超参数进行寻优,获得了帮助XGBoost取得最优分类效果的超参数组合,将7种不同故障类型的振动信号进行重构后输入优化的XGBoost模型进行故障诊断。实验结果表明,所提GWOA-XGBoost模型的电机轴承故障诊断精度能够达到97.14%,相较于传统诊断方法,性能提升效果显著。     

干扰抑制类生成式对抗网络

为进一步改善超低频频段的通信质量,在传统改进广义旁瓣抵消算法的基础上,提出新的超低频干扰抑制算法——生成式旁瓣抵消算法。该算法将人工智能研究热点之一的生成式对抗网络模型引入广义旁瓣抵消算法中,通过优化设计生成模型的网络结构及相关超参数,有效地解决了原算法存在的期望信号残留问题,为旁瓣抵消通道中的后级滤波算法提供了与主通道相关性更强的干扰参考信息,从而提高了算法对主通道干扰估计的准确性。为了验证优化后生成模型的有效性以及所提算法对不同类别干扰的抑制能力,在实验室环境下搭建实验平台,设计了多组对照实验。实验结果表明:优化后的生成模型具有较好的生成能力、较好的鲁棒性以及相对较低的运算复杂度;相比于传统改进的广义旁瓣抵消算法,所提算法进一步提高了信号带宽内的信干噪比。     

Energy‐efficient scheduling for sustainable manufacturing systems with renewable energy resources

Environmentally friendly energy resources open a new opportunity to tackle the problem of energy security and climate change arising from wide use of fossil fuels. This paper focuses on optimizing the allocation of the energy generated by the renewable energy system to minimize the total electricity cost for sustainable manufacturing systems under time‐of‐use tariff by clipping the peak demand. A rolling horizon approach is adopted to handle the uncertainty caused by the weather change. A nonlinear mathematical programming model is established for each decision epoch based on the predicted energy generation and the probability distribution of power demand in the manufacturing plant. The objective function of the model is shown to be convex, Lipchitz‐continuous, and subdifferentiable. A generalized benders decomposition method based on the primal‐dual subgradient descent algorithm is proposed to solve the model. A series of numerical experiments is conducted to show the effectiveness of the solution approach and the significant benefits of using the renewable energy resources.     

感应式磁性天线设计及干扰抑制算法研究

当期望信号和干扰同方向时,为了有效改善超低频频段的通信质量,提出了一种基于模拟电路预处理和改进广义旁瓣抵消的干扰抑制算法,设计了磁性天线、低噪声前置放大电路,制作了灵敏度较高的磁传感器,有效地抑制了工频及其谐波干扰。鉴于超低频频段的信号十分微弱,在广义旁瓣抵消算法的基础上做了几点改进,为主通道提供较多的参考信息,从而提高了算法的性能,有效地解决了传统算法失效的问题。为了验证所提算法的有效性,在实验室环境下搭建实验平台,设计了多组对照实验,实验结果表明:无论期望信号与干扰是否同方向,改进后的广义旁瓣抵消算法相比原来的算法,在信噪比的提升和噪声底限的降低等方面均有较大程度的改善。     

辐射传热时活塞式气缸中加热气体的最大膨胀功

对热辐射传热定律q∝Δ(T4)下,给定初态内能、体积,末态体积以及过程时间时,加热气体膨胀的最优构型进行了研究,利用最优控制理论得出最大膨胀功输出时膨胀的最优构型由两个瞬时绝热分支和一个E-L分支组成的结论.给出了各分支之间转换点参数的求解方法及最优构型的数值算例,最后将线性唯象传热定律、牛顿传热定律、平方传热定律、立方传热定律和辐射传热定律下加热气体膨胀的最优构型进行了比较.结果显示,随着传热指数的增加,理想气体的内能呈现出明显的整体增加趋势,而体积则呈现出明显的整体减小趋势.     

An integrated electric power supply chain and fuel market network framework: Theoretical modeling with empirical analysis for New England

In this article, we develop a novel electric power supply chain network model with fuel supply markets that captures both the economic network transactions in energy supply markets and the physical network transmission constraints in the electric power network. The theoretical derivation and analysis are done using the theory of variational inequalities. We then apply the model to a specific case, the New England electric power supply chain, consisting of six states, five fuel types, 82 power generators, with a total of 573 generating units, and 10 demand market regions. The empirical case study demonstrates that the regional electric power prices simulated by our model match the actual electricity prices in New England very well. We also compute the electric power prices and the spark spread, an important measure of the power plant profitability, under natural gas and oil price variations. The empirical examples illustrate that in New England, the market/grid‐level fuel competition has become the major factor that affects the influence of the oil price on the natural gas price. Finally, we utilize the model to quantitatively investigate how changes in the demand for electricity influence the electric power and the fuel markets from a regional perspective. The theoretical model can be applied to other regions and multiple electricity markets under deregulation to quantify the interactions in electric power/energy supply chains and their effects on flows and prices. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. Naval Research Logistics, 2009     

刚性夹杂双周期分布的反平面问题

在遵循复合材料中各夹杂相互影响的条件下,构造呈双周期分布且相互影响的椭圆形刚性夹杂模型的复应力函数,采用复变函数的依次保角映射方法,达到满足各个夹杂的边界条件,利用围线积分将求解方程组化为线性代数方程组,推导出了椭圆形刚性夹杂呈双周期分布的界面应力解析表达式,并讨论了夹杂间距对界面应力最大值（应力集中系数）的影响规律,描绘出了曲线。     

通用扩张状态观测器鲁棒飞行控制方法

针对存在参数不确定、外界干扰与测量噪声情况下飞行控制问题,提出一种基于通用扩张状态观测器的鲁棒飞行控制方法。首先基于状态相关的Riccati方程（SDRE）控制方法,对飞行器俯仰通道非线性模型进行扩展线性化;而后引入基于通用扩张状态观测器的控制方法,设计干扰补偿增益,实现对外界干扰的估计与补偿;最后通过在线解算状态相关矩阵及代数黎卡提方程,得出状态反馈增益与干扰补偿增益,实现对飞行器期望攻角的跟踪控制。通过与已有方法进行对比,验证了本文所提方法不仅对系统模型不确定性与外界干扰具有较强鲁棒性,而且在较大测量噪声情况下,其依然能够保证良好的跟踪控制效果,具有较强的工程应用价值。