模型降阶

摘要： 瞬变电磁响应受到发射波形的影响,正演计算中需考虑发射波形.基于位移逆Krylov子空间投影的模型降阶算法能够精确模拟三维全波形瞬变电磁正演响应,但该算法计算精确的on-time响应非常耗时.目前实际工作中多数情况下都是对off-time时间段的数据进行处理解释,因此可以将正演问题简化为精确模拟考虑发射波形的off-time时间段的响应.本文实现了一种改进的基于位移逆Krylov子空间投影的模型降阶算法,能够实现任意发射波形的瞬变电磁off-time时间段的响应的三维快速正演.基于频谱分析理论实现了一种定量化的评价on-time采样波形精度的方法,能够在保证off-time响应精度的同时,极大的减少on-time波形采样点的数量,从而显著的减少正演计算时间.典型的半正弦波、梯形波和复杂的VTEM波的模型的正演结果表明,相比密集采样的正演结果,本文算法在保证off-time响应精度的同时,能够实现5倍以上的正演加速.

摘要： 快速的电磁法正演模拟是反演的核心要素之一.本文针对陆地可控源电磁(CSEM)问题,实现了三维多频的快速正演.首先基于电场的微分控制方程,利用非结构化网格和伽辽金方法建立关于电场矢量的有限元线性方程组.为快速求解大规模复系数有限元线性方程组,本文引入了基于有理Krylov子空间的单极点模型降阶算法.该方法只需求解实系数矩阵方程,然后使用Lanczos算法快速构建有理Krylov正交基子空间,达到系数矩阵维数降阶的目的,从而加快正演求解速度.层状模型和低阻块体模型的计算模拟表明:在精度满足条件的情况下,同常规有限元方法相比,加速比达到10~20多倍.对于百万未知数级、几十至上百个频率的三维可控源电磁正演问题,在个人PC机上只需几分钟便可快速求解.

摘要： 应用基于系统模型的控制算法能够提高射电望远镜的指向精度和跟踪性能.因此,采用一种由相关分析法和特征系统实现算法组成的辨识方法来获得射电望远镜的参数模型.首先利用相关分析法对伪随机序列(PRBS)的特性进行分析,得到了系统的脉冲响应序列,依据由脉冲响应序列组成的Hankel矩阵的奇异值大小得到系统的模型阶次,并采用特征系统实现算法对Hankel矩阵进行转换,得到系统的参数模型.在保留系统主要动态特性的基础上,运用模型降阶技术对所得的传递函数进行降阶,得到一个低阶模型.最后以南山26米射电望远镜为平台进行模型辨识实验.实验结果表明:相对于子空间辨识方法,由本文提出的辨识方法得到的系统模型能够准确地描述26米射电望远镜的动态特性.

摘要： 模型降阶方法通过构造全阶模型的低阶近似模型有效提升了求解效率,同时也保留了原阶模型的主要信息从而保证了较高的计算精度。对于结构非线性以及参数化的模型降阶问题,常需要重复计算刚度矩阵等非线性以及参数依赖项,求解效率较低。此外,当参数化模型的几何形状改变时,往往需要重复进行CAD与有限元(FEA)模型的转换,这对于复杂结构较为耗时。等几何分析采用描述几何形状的非均匀有理B样条(NURBS)插值物理场,实现了CAD与FEA模型的统一,消除了两者之间繁琐的模型转换过程,其具有几何精确、高阶连续等优点,并且几何形状在细化过程中保持不变,非常适合于薄壁类结构的分析以及参数化表达。该研究结合等几何分析、特征正交分解(POD)以及离散经验插值方法(DEIM)研究参数化的平面曲梁结构的非线性动力学模型降阶问题。数值结果表明,基于等几何分析的POD-DEIM降阶模型能够显著提升平面曲梁结构的非线性动力学计算效率,并且该模型对于参数化以及变载荷等情形显示出了良好的适应性。

摘要： 位姿图优化(pose graph optimization,PGO)是计算机视觉领域中广泛应用的高维非凸优化算法,很难直接求解,主要依赖于迭代技术,对初始值的质量要求较高,在实践中很难得到保证。针对位姿图优化问题进行了研究,提出了基于特征分解的位姿图简单封闭解算法,该算法首先对PGO问题的最大似然估计进行半定松弛,然后将其转换为特征分解问题,并利用数据的稀疏性设计了改进的模型降阶方法进行求解,进一步提高了算法的计算速度。算法具有可伸缩性、计算成本低和精度高等优点。最后,在模拟和真实的位姿图数据集上进行实验评估,结果表明在不影响精度的情况下,该算法可以快速地进行位姿图优化。

摘要： 针对设备剩余寿命预测误差较大的问题,提出一种基于高阶隐半马尔科夫模型(HOHSMM)的剩余寿命预测模型。首先基于隐半马尔科夫模型,建立了HOHSMM,提出一种基于排列的HOHSMM降阶方法和复合节点机制,并相应地改进状态转移矩阵和观测矩阵,使得高阶模型转化为对应的一阶模型,将更多的节点依赖关系信息储存在待估计参数组中。其次,采用智能优化算法群代替EM算法,对模型进行参数估计以及结构优化,实现了智能优化算法对高阶模型拓扑结构的简化。再次,定义并推导了高阶模型中的状态驻留变量,运用基于多项式拟合的预测方法实现了在先验分布未知情况下的设备剩余寿命预测。最后,通过美国卡特彼勒公司液压泵数据集对所提框架进行了验证,结果表明,基于高阶隐半马尔科夫模型的设备剩余寿命预测方法是更加有效的。

摘要： 在轨运行的卫星天线受到太阳辐射热冲击后容易出现热致振动或指向不准确等问题,严重时会导致航天器失效.本文提出了一种基于改进模态综合法的刚柔热耦合多体系统建模与降阶方法.采用绝对节点坐标法单元形函数对柔性天线的位移场与温度场进行统一离散插值,避免了两种物理场网格不匹配带来的映射误差与效率问题,并使用绝对节点坐标参考节点描述中心刚体.在系统方程中考虑了热流输入和表面自热辐射.针对绝对节点坐标法切线刚度阵高度非线性的特点,利用一阶泰勒展开对系统动力学和传热学方程进行了分段线性化,在线性化区间内切线刚度矩阵为常数矩阵,避免了每个时间步上的弹性力及其雅克比矩阵的迭代计算,并使得基于模态的降阶手段得以应用.利用改进的模态综合方法划分子结构并缩减系统自由度.相邻子结构之间通过约束方程保证连接精度和连续性.通过纯导热半圆形薄板、薄板的热膨胀、柔性太阳能电池板和刚柔热耦合抛物线天线四个数值算例验证本文所提出方法的有效性.结果表明,本文提出的方法在保证仿真精度的前提下缩减了系统规模,提高了仿真计算效率.

摘要： 目前风机调频的研究主要基于仿真的方法,无法定量评估风机调频能力。针对这一现状,推导了减载与最大风能捕捉(maximum power point tracking, MPPT)两种方式下风机参与调频时系统的频率响应模型,并根据频率响应模型计算两种方式下频率最低点,通过频率最低点定量评估风机调频能力。在减载方式下,频率最低点可通过对系统频率响应模型直接进行反拉普拉斯变换得到;但在MPPT方式下因系统频率响应模型阶数较高而难以直接求出频率最低点,故提出一种利用非主导极点进行降阶的方法,并利用降阶模型计算出频率最低点。后计算频率最低点对调频控制器参数及风机初始转速的灵敏度,灵敏度结果表明频率最低点受到调频控制器参数与风机初始转速两个因素的影响:控制器参数增大可以提升系统频率最低点,而风机初始转速上升则会造成频率最低点下降。最后通过仿真验证了各因素对频率最低点的影响。

摘要： 针对电力电子领域中常见的线性周期快速切换系统,研究了保持系统弱稳定性及平均动态特性的模型降阶问题.针对输入为直流信号的情形,引入周期切换系统的直流平均模型并在此基础上给出了可完全匹配其平均直流响应动态特性的平衡截断算法;针对存在输入交流摄动信号以及切换时间摄动的情形,引入周期切换系统的交流小信号平均模型,并在此基础上给出了相应的奇异摄动型平衡截断模型降阶算法.仿真应用算例验证了所得结果的有效性.

摘要： 在建筑能耗预测模型训练中,选定的特征在某些环境下很难保证预测结果的实效性和准确性.如何科学合理地选择适合建筑本身属性的特征子集用于模型学习,在机器学习研究领域中一直备受研究者的青睐.基于解决使用不同的特征集会改变模型的精度性能和学习速度等问题,本文提出一种"探索式"方法用于特征子集选择,并针对它是如何影响模型的性能进行一系列的实验和系统分析,探索一种足够简单且实用,同时又可以在实践中容易获取和准确记录的特征集.基于选取出的3个数据集,利用径向基函数核和多项式函数核对模型进行训练,通过特征选择前后模型性能的数据比较分析发现所采用的方法对模型的预测精度具有一定的提升作用.

摘要： 逆变型微电网中的分布式电源多采用电力电子接口,导致其系统惯量比较小,容易受到扰动而产生振荡影响微电网稳定性.采用下垂控制的逆变型分布式电源,建立的小信号模型分为采用单环下垂控制的受控电压源简化模型和采用三环控制的全阶模型.本文通过此两类模型的特征值和主要特征值的根轨迹,探索了逆变型微电网模型降阶的物理机理.并采用PSCAD/EMTDC进行时域仿真,特征值根轨迹和时域仿真表明,采用两种小信号模型当下垂系数变化时系统根轨迹具有相似性,研究下垂系数对系统稳定性的影响等方面,可采用受控电压源简化模型进行模型降阶.

摘要： 应用演化计算理论研究热动力系统中热工流体网络的模型降阶和参数辨识问题，从基本物理规律出发建立了热工流体网络的通用仿真数学模型；针对流体网络模型维数较高、模型解算困难等特点，采用演化算法对模型进行降阶处理并对降阶后的模型参数进行辨识，避免了传统简化方法采用经验值或者试验数据造成的偏差，在保证模型精度的同时简化了模型，提高了仿真的实时性。将该方法应用于某蒸汽动力装置新蒸汽系统的仿真建模中，仿真试验证明经演化参数辨识的简化模型具有较好的计算精度，能够很好地反映网络对象的特性，在工程上是实用的。

摘要： 本文研究了一类观测信号带有通信时滞和数据丢失的网络化系统的模型降阶问题。利用一个Markov链描述网络化系统在数据传输过程中可能出现的通信时滞及数据丢失，所得Markov跳变系统的转移概率矩阵带有凸多面体不确定性。本文给出了可保证总体误差系统鲁棒均方稳定且满足一定的H∞性能的低阶模型的存在条件，并给出了降阶模型的参数设计方法。

摘要： 内平衡降阶方法能够有效地解决柔性结构的模型降阶问题,尤其是对于频率密集结构。然而由于存在如何从物理传感器测量中提取内平衡模态坐标的问题,目前关于内平衡降阶方法的研究大多是在理论上进行探索,少有实验研究和工程应用报道。本文以柔性板为对象,开展了内平衡方法的理论和实验研究,给出一种内平衡模态坐标的近似处理方法。并且基于降阶模型进行了主动控制设计。文中介绍了一个基于DSPTMS320F2812的实验系统。仿真和实验研究结果显示,文中所给出的内平衡模态坐标的处理方法是可行的和有效的。基于降阶模型所进行的控制设计能够有效地抑制柔性板的弹性振动。

摘要： 大规模互联电力系统阻尼控制器参数优化的计算量巨大,对系统进行模型降阶显得尤为重要.平衡截断法在理论上是一种有效的降阶方法,但当系统规模很大时Lyapunov方程难以求解.本文提出采用修正的LR-Smith(L)法求解Lyapunov方程的低秩解,这种方法可以利用电力系统状态空间模型的稀疏性.算例结果表明,相对于传统的基于Schur形式的标准解法,修正的LR-Smith(L)法计算时间大大减少,可用于实际大规模电力系统的模型降阶.

摘要： 针对线性定常离散系统，首先运用双线性变换及其反变换，对基于LMIs方法的连续系统加性模型降阶问题进行了推广，并得到了离散系统下一个g-次最优降阶等价命题，另外，比较相关文献，不仅给出了更低的降阶模型系统误差上界，而且给出了误差下界，从而得到了该系统的一个误差下确界。最后，考虑到性能约束及计算过程中MATLAB-LMI实现问题，提出了一个可求解离散系统最优降阶模型的算法。

摘要： 结构的声振耦合问题普遍存在于航海、航天等工程领域,快速边界元-有限元耦合方法是求解此类问题的有效手段.分析结构的声振耦合问题,往往需要对其进行扫频计算,完全法扫频的计算量太大,而由于快速BEM矩阵的引入,已有的快速扫频方法并不能很好地适用此类问题.本文基于以上事实,采用作者所在研究组提出的响应采样法,构造一种新型的投影空间,通过该空间对基于快速边界元-有限元的声振耦合系统进行模型降阶,发展一种适用于大规模声振耦合问题的快速扫频方法.最后通过两个典型算例验证了本文方法的正确性和性能,发现与完全法相比,快速扫频方法的计算量不足其十分之一,精度也能够稳定在1.0×10-5附近.

摘要： 阵风减缓是弹性飞行器研究的重要方面,针对某大展弦比弹性无人机,通过耦合刚体模态俯仰控制回路提出了阵风减缓的控制方案,通过模型降阶设计得到一个低阶的输出反馈鲁棒控制律,结果显示对于离散突风翼尖加速度响应最大振幅减小21.8％,重心加速度响应最大振幅下降39％;对于连续阵风整个频带内阵风响应都得到有效控制,且在6.024Hz处翼尖过载响应振幅下降53％,重心过载响应振幅下降45％.

摘要： 乙烯精馏塔是典型的多入多出系统，各变量之间耦合严重，对其进行合理的变量匹配，减小变量之间的耦合性，提高其动态响应能力，设计较好的控制系统结构十分必要。针对乙烯精馏塔的动态机理模型结构复杂，计算时间长等情况，结合其在仿真和多变量控制过程中的一些问题，对其进行了相平衡分析，并运用数学和物理的分析方法，采用模型降阶和线性化的方法对其进行综合处理，将原来的高维非线性模型转换成低维线性模型，通过对所改进快速算法与原始模型进行仿真分析和研究，对比表明，所改进的快速算法能较好的反映精馏塔的动态特性，进一步讨论了该种算法的有效性和局限性。

摘要： 基于von-Karman板的大变形理论及一阶活塞理论建立了四边简支矩形板的非线性气动弹性运动方程,采用伽辽金法(Galerkin)对其进行空间离散得到关于时间的常微分方程组,运用四阶龙格库塔(RK4)数值积分进行求解得到壁板的时间位移响应.基于Galerkin法的解,提取特征正交模态,建立基于特征正交分解法(POD)的气动弹性降阶模型(ROM),并与伽辽金法进行对比.结果表明POD模态更接近于壁板的非线性颤振模态,POD/ROM能以更少模态实现与Galerkin法相同的精度,从而大大降低了计算耗时.最后提出了全局性POD模态的普遍适用性.

摘要： 本发明公开了一种电路互连网络模型的降阶方法、降阶装置、降阶设备及计算机可读存储介质，在根据电路互连网络的参数值建立电路互连网络的延迟模型，建立延迟模型的可控性格兰姆矩阵和延迟模型的可观性格兰姆矩阵之后，通过利用可控性格兰姆矩阵和可观性格兰姆矩阵计算交叉格兰姆矩阵，再对交叉格兰姆矩阵进行奇异值分解运算，相较于现有技术中分别对可控性格兰姆矩阵和可观性格兰姆矩阵进行奇异值分解计算的方式，在保证对可控性格兰姆矩阵和可观性格兰姆矩阵二者信息的继承的基础上极大简化了计算过程，最后根据奇异值分解结果计算投影矩阵以进行投影变换，降低了降阶过程的计算量，提高了电路互连网络的仿真效率。

摘要： 一种多粒子降阶模型，用于基于在锂电池单元的寿命期间实时准确地预测锂镀电势来调整施加到负载的充电。在当前的多粒子降阶建模系统中，电流密度和电势分布被迭代地求解。一旦解决了电流分布，就解决了锂浓度分布，而无需进行任何迭代过程。通过在迭代确定的电流密度和电势分布之后作为单独的步骤求解锂浓度分布，通过避免迭代求解多个偏微分方程，显着减少了模型产生输出所需的计算时间。基于由模型的输出提供的电势分布信息，可以确定锂镀电势，并且可以采取行动，诸如修改充电技术和速率使得未来的锂镀最小化。

摘要： 本发明公开了一种基于降阶模型的风机机群分析方法及装置，所述方法包括：建立单台风力发电机两轴模型；进行差式拟合，差式拟合后得到单台风力发电机降阶两轴模型；根据所述单台风力发电机降阶两轴模型，得到风机机群的中心频率方程；用对应风机的惯性时间常数和角速度的平方项来对输出的电磁功率进行拟合，得到所述风机机群的输出功率方程；结合所述中心频率方程和输出功率方程，得到风机机群降阶模型，并根据所述风机机群降阶模型对所述风机机群的出力特性进行分析。采用本发明实施例，实时地对获取风机群的输出功率和转子转速变化，简化分析流程。

摘要： 一种电力电子接口并网系统模型降阶的降阶变量选取方法，可改进当前应用没有考虑针对不同的模型降阶误差而对不同的状态变量进行降阶处理的不利影响；包括以下步骤1、建立电力电子接口并网系统的电磁暂态模型；2、求取系统在稳态运行点处的特征值，引入特征值灵敏度方法分析特征值与系统各状态变量之间的相关性；3、提取该系统各状态变量对应的奇异摄动参数，建立系统的奇异摄动模型；4、按照给定的模型降阶误差范围，应用不同的主导特征值选取方式，得到主导特征值的主导影响状态变量，对剩余状态变量进行降阶处理。本发明可以按照模型降阶误差的要求，选取不同的状态变量进行降阶处理，充分考虑了该降阶变量选取方法的实用性和有效性。

摘要： 本发明提供了一种在谐振频率处将阻抗模型降阶为RLC电路的方法，该方法通过获得的新能源发电系统阻抗模型，判断谐振频率处属于并联谐振还是串联谐振后进行RLC电路拟合，提取新能源发电系统阻抗模型的谐振特性并通过RLC电路拟合实现降阶。所述方法的实现包括：通过扫频或理论推导获得新能源发电系统的阻抗模型、判断谐振频率处属于并联谐振还是串联谐振、进行RLC电路拟合。所提方法实现简单，只需获得系统的阻抗模型就可以对模型中所含有的谐振信息进行降阶并降阶为RLC电路，因此具有明显的优越性。

摘要： 本发明公开了一种基于模型降阶和多模型预测控制的室内热环境控制方法，包括三个主要步骤：1）对室内用户区域的温度变化区间分段，利用计算流体力学（CFD）软件和本征正交分解（POD）技术在每段的平衡态处建模，重构出多模型形式的低阶线性化建筑热环境；2）运用优化算法合理选择多模型切换时间；3）对各个子模型运用预测控制方法进行用户区域温度的精确控制。本发明运用POD技术和多模型方法构造建筑室内热环境的低阶模型，从而在温度调节策略中能充分考虑空间分布对温度变化的影响，提高室内温度控制的精确性。相对目前大空间内的温度控制策略，本发明具有精度高、利于建筑节能等优点。

摘要： 本发明提供了一种在谐振频率处将阻抗模型降阶为RLC电路的方法，该方法通过获得的新能源发电系统阻抗模型，判断谐振频率处属于并联谐振还是串联谐振后进行RLC电路拟合，提取新能源发电系统阻抗模型的谐振特性并通过RLC电路拟合实现降阶。所述方法的实现包括：通过扫频或理论推导获得新能源发电系统的阻抗模型、判断谐振频率处属于并联谐振还是串联谐振、进行RLC电路拟合。所提方法实现简单，只需获得系统的阻抗模型就可以对模型中所含有的谐振信息进行降阶并降阶为RLC电路，因此具有明显的优越性。

摘要： 一种电力电子接口并网系统模型降阶的降阶变量选取方法，可改进当前应用没有考虑针对不同的模型降阶误差而对不同的状态变量进行降阶处理的不利影响；包括以下步骤1、建立电力电子接口并网系统的电磁暂态模型；2、求取系统在稳态运行点处的特征值，引入特征值灵敏度方法分析特征值与系统各状态变量之间的相关性；3、提取该系统各状态变量对应的奇异摄动参数，建立系统的奇异摄动模型；4、按照给定的模型降阶误差范围，应用不同的主导特征值选取方式，得到主导特征值的主导影响状态变量，对剩余状态变量进行降阶处理。本发明可以按照模型降阶误差的要求，选取不同的状态变量进行降阶处理，充分考虑了该降阶变量选取方法的实用性和有效性。

摘要： 本发明涉及一种基于本征正交分解（POD）和代理模型的高超声速气动热模型降阶方法，属于航空航天技术领域。本发明利用本征正交分解和代理模型方法预测得到高超声速飞行器气动热环境，保留了高精度数值计算中的真实气体效应、气流粘性等非线性特性，同时利用模型降阶思想具有较高的精度和效率，能够在高超声速飞行器设计提供高超声速飞行器热环境，为气动热弹性设计提供相关热边界条件，为高超声速飞行器热防护设计提供热环境，极大的提高设计效率，缩短了设计周期，节约了设计成本。

摘要： 本发明公开了一种基于模型降阶和多模型预测控制的室内热环境控制方法，包括三个主要步骤：1）对室内用户区域的温度变化区间分段，利用计算流体力学（CFD）软件和本征正交分解（POD）技术在每段的平衡态处建模，重构出多模型形式的低阶线性化建筑热环境；2）运用优化算法合理选择多模型切换时间；3）对各个子模型运用预测控制方法进行用户区域温度的精确控制。本发明运用POD技术和多模型方法构造建筑室内热环境的低阶模型，从而在温度调节策略中能充分考虑空间分布对温度变化的影响，提高室内温度控制的精确性。相对目前大空间内的温度控制策略，本发明具有精度高、利于建筑节能等优点。