降阶模型

摘要： 高超声速气动热弹性分析涉及流场、结构场和热力场间的相互耦合,计算复杂且耗时长。根据分层求解策略提出了一种基于降阶模型的高超声速气动热弹性分析框架。分别采用系统辨识法和本征正交分解法对高超声速气动力和气动热建立降阶模型,并与模态叠加法耦合实现热配平状态下气动热弹性问题的快速计算。以典型高超声速三维机翼为例,预测热结构的颤振动压,并与全阶流⁃固⁃热耦合计算结果对比吻合较好。所提出的气动热弹性分析框架提高了计算效率,而且精度高,可应用于工程分析中。

摘要： 近年来,同调等值方法被广泛应用于大型系统的动态等值中,得到的降阶模型能够准确反映系统的动态响应,其中,代表性的慢同调算法具有对故障位置和严重程度不敏感等优点。然而,由于模型限制及准确性差的问题,使得传统慢同调算法难以应用于分布式发电网络中。为此,提出了一种适用于下垂控制并网逆变器网络的慢同调与聚合方法,依据奇异摄动理论建立慢同调模型并分析阻尼的影响,以解决下垂控制逆变器网络的适用性问题。同时,将模糊C均值空间聚类算法用于模态矩阵的空间向量,以达到准确识别同调电源的目的。最后,应用聚合方法建立降阶模型,并通过对10台并联逆变器的仿真验证了所提方法的有效性。

摘要： 为研究涡轮导叶位置对燃气入侵的影响,对预测涡轮盘腔封严效率的降阶模型进行优化.采用数值模拟的方法和回归分析法,分析不同导叶位置下外环压力场的变化规律;并以计算数据和文献实验数据为基础,优化预测模型中与外环流动状态相关的参数.结果表明,模型中控制外环雷诺数的参数与导叶和封严间隙的相对位置存在正相关的线性关系.

摘要： 基于自洽平均微观力学W-T(Wakashima-Tsukamoto)模型和拉丁超立方抽样,建立一种功能梯度平板热力耦合概率分析方法。以材料物理属性和空间分布的不确定性随机参数作为概率分析的输入,以热应力作为输出,基于本征正交分解POD(Proper Orthogonal Decomposition)对热应力的随机时间历程进行变量减缩,进而构建Kriging代理模型。结果表明,陶瓷材料的热导率和热膨胀系数不确定性对结构的热响应有很大的影响;将POD方法用于热应力时间历程预测能显著提高Kriging代理模型的精度和效率;提出的概率分析方法能够同时考虑多种随机因素对功能梯度材料热响应的影响,并验证了该方法的准确性和有效性,为功能梯度材料及其结构的设计和灵敏度分析提供了参考。

摘要： 针对非线性大扰动翼型气动力优化问题,提出了基于卷积神经网络气动力降阶模型的优化方法.该方法用不同形状参数下翼型的气动力数据作为训练信号,训练卷积神经网络翼型气动力降阶模型.采用该气动力降阶模型,以最大升阻比为目标,对翼型进行优化,结果表明该方法可用于大扰动下翼型气动力的预测和优化.该文同时还讨论了池化法和径向基法的训练信号数据降维方法对降阶模型精度的影响,结果表明训练信号数据降维能够提高气动力降阶模型的精度.其原因在于训练信号数据降维可以减少神经网络模型的待定参数的个数,在相同数据量下神经网络模型收敛得更好.

摘要： 为满足锅炉优化气固流场以防止受热面磨损对炉内三维速度场数据实时获取的需求,建立了一种基于计算流体力学(CFD)和本征正交分解(POD)的煤粉锅炉三维速度场快速预测模型.通过建立数值模型对一台330 MW四角切圆煤粉锅炉大量变工况条件下的三维速度场数据进行了模拟计算并建立数据集,采用POD方法对数据集进行了模态与模态系数提取,通过机器学习方法构建了工况参数与模态系数间的映射关系,实现了任意工况参数下锅炉速度场的快速预测.结果表明,所提模型可以通过少量模态重构出锅炉速度场的主要特征.模型泛化性和计算结果准确率较高,计算结果平均相对误差为1.80%,均方根误差小于0.35 m/s.模型计算速度快,获取锅炉速度场的平均计算时间由CFD模拟所需的约2819 min减小至约3 min.

摘要： 电力电子器件的小型高集成度发展趋势对散热技术提出挑战。相较于间接液冷,采用全浸式蒸发冷却技术的绝缘栅双极型晶体管(IGBT),具有器件温升低、温度分布均匀的优点,因此其应用于IGBT冷却具有可行性和优越性。该文提出全浸式蒸发冷却IGBT电热耦合模型的建模方法。首先,基于参数拟合法,建立了IGBT模块的电模型,计算功率损耗;其次,根据等效导热系数,建立了全浸式蒸发冷却条件下IGBT的热模型,并在线性时不变系统的假设下得到了全浸式蒸发冷却IGBT的降阶模型;然后,建立了全浸式蒸发冷却IGBT电热耦合模型;最后,通过仿真和实验对建立的模型逐一进行验证,结果表明,所提出的模型能够准确表征IGBT的电、热及其耦合特性,并且具有模型参数提取简单、仿真速度快的优点。

摘要： 为了解决航空发动机流道内上下游干涉带来的计算量大的问题,提出了一种边界替代降阶模型方法。该方法辨识出研究流域与相邻的上下游流域交界面的气动力降阶模型,并耦合到该研究流域仿真模型的交界面上,用以表征上下游对该流域的影响,由此将多流域计算转化为单流域计算,同时又考虑了上下游的影响。采用一阶Volterra级数降阶模型实现了该方法。结果表明,采用本文方法和所有流域都采用CFD得到的压力和速度一致;本文方法所用的网格更少,可以加速收敛和提高计算速度。

摘要： 光伏发电系统接入电网时,由于系统阻尼特性出现较大变化,进而导致系统出现振荡问题,影响整个电网的稳定性,严重情况下,甚至会使电力系统崩溃。基于此,文章以降阶模型理论为基础,对光伏发电系统振荡模式进行了研究,以提出一种较为良好的振荡模式。

摘要： 以AGARD445.6硬机翼为研究对象,发展了基于计算流体力学与模态叠加的并行流固耦合方法,计算该机翼在不同初始迎角、不同来流速度的气动弹性时域响应,结果表明:初始迎角小于7°时,该机翼颤振速度随着初始迎角增加而降低;初始迎角7°~10°,颤振速度随着迎角增大而增加。在10°迎角条件建立了基于径向基神经网络的非定常气动降阶模型,准确预测不同速度、减缩频率的非定常气动力,并使用时域龙格库塔法和频域VG法预测10°迎角的颤振特性;建立考虑初始迎角输入的非定常气动降阶模型,预测机翼不同初始迎角的颤振特性。基于降阶模型的初始迎角对颤振边界影响的机理分析表明:小迎角时,随着迎角的增加广义力系数幅值比增加,导致颤振速度的下降;迎角大于7°后展向涡改变了机翼表面压强分布,导致一扭广义力系数幅值比降低,从而增加该机翼颤振速度。

摘要： 燃料电池是一种直接将气体燃料中的化学能转化为电能的电化学装置.特别地,质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其高能量密度、长寿命、低退化、低温操作等特性而在汽车领域广泛应用.本文主要研究了PEMFC阴极侧的空气供给系统,在九阶非线性模型的基础上建立了一个降阶的四阶非线性模型.通过Simulink仿真比较四阶模型和原始九阶模型电堆电压、过氧比、电堆功率、净功率等变量,结果表明由简化带来的误差在6％的范围内.在误差允许的范围内可使用降阶模型来降低控制的复杂性.

摘要： 在高超声速近空间飞行器动稳定性及其柔性部件的气动弹性等问题的研究中,由于气动参数在较大的参数区间变化,近年来兴起的基于降阶-代理技术的非定常气动力模型有很高的应用价值.在构建代理模型时,现已公开发表的文献中通常涉及的采样参数变化范围较小,且因采样的随机性而容易丢失重要的采样区域,致使模型局部误差过大,为避免这一问题必须进行密集采样从而大幅增加了计算量.本文针对大范围速域和空域变化的非定常气动力计算需求,提出了一种非随机的非均匀分层采样方法,并通过两个局部模型实现全局模型的构建,在保证精度的同时,显著减少了采样数目,大幅降低了建模所需的CFD计算代价，而气动力降阶模型(ROM)是一种近十多年来逐渐发展成熟的高效高精度的非定常气动力计算方法。

摘要： 由于整个叶片排的气动弹性数值模拟计算量非常大,为了高效地研究叶片模态间耦合对叶轮机颤振的影响,文章基于降阶模型分析了叶片排在叶片不同振动模态耦合时的稳定性.基于模态理论和系统辨识技术分别建立叶片排多模态耦合的结构和气动降阶模型,并将叶片结构运动与气动力的降阶方程在状态空间联立建立叶片排多模态耦合的气动弹性方程.文章以STCF4叶栅以及NASA Rotor67叶片排为例,通过计算气动弹性方程的特征值分析了叶片排的稳定性,并与直接CFD/CSD耦合方法计算的时域响应曲线比较验证该降阶模型的准确性.该降阶模型只需通过少数几个叶片通道的流场计算便可模拟叶片排多个模态不同固有频率下的振动情况,其计算效率相对于直接耦合方法提高了1个量级以上.针对不同频率和叶片质量比采用该降阶模型分析了叶片结构模态耦合对该叶片排稳定性的影响,结果表明当模态固有频率接近时或者叶片质量比较小时叶片结构模态耦合能显著的改变叶片排的颤振稳定性.

摘要： 飞行器遭遇大气湍流等阵风作用将导致飞行器结构剧烈振动,影响旅客舒适度,严重的将导致结构破坏.CFD(Computational fluid dynamics)模拟目前广泛应用于飞行器气动分析、优化设计当中.如何将高精度的CFD模型应用于控制设计及阵风减缓中,在工程设计中具有重要意义.对此,本文从非线性流固耦合系统方程出发,通过对流固耦合系统微扰理论而建立考虑阵风影响的气动伺服弹性系统状态空间方程,采用POD(Proper orthogonal decomposition)方法得到最优化基底,将高维状态空间方程投影到POD基底上,从而得到可用于分析设计的低维的降阶系统.提出了一种将运动阵风转化为系统输入的函数表达式,采用CFD方法和降阶模型分析了运动阵风对于气弹响应的影响.根据系统输出反馈,采用LQR控制理论设计了控制率,数值结果表明所建立的低维控制系统可以有效的减缓阵风作用下的结构振动,开环、闭环降阶响应可以较好的与非线性CFD模拟吻合,验证本文所建立的运动阵风气弹控制系统方程的正确性.

摘要： 本文基于CFD模型降阶方法,建立带开裂式阻力方向舵和副翼的飞翼布局飞机非定常气动力降阶模型,将该气动力模型与飞机结构模型、控制器模型耦合,获得飞机气动伺服弹性模型,基于该模型进行了时域分析.

摘要： 乘波体由于其非轴对称外形特征,存在严重的横航向耦合动稳定性问题,目前对这方面的研究还相对较少且只针对单一外形,对飞行器设计未能获得有指导意义的结论.本文通过建立高效高精度的基于代理技术的降阶模型(SROM),在状态空间中耦合两自由度刚体动力学方程,实现了典型设计参数空间范围内的幂次乘波体静/动稳定性分析.获得了典型巡航状态下幂次乘波体的横向静导数、航向静导数以及横航向耦合动稳定模态在参数设计空间内的分布规律,并针对典型外形结合特征根、特征矢量与耦合运动数值仿真对具体运动模态进行了分析.

摘要： 在高超声速近空间飞行器动稳定性及其柔性部件的气动弹性等问题的研究中,由于气动参数在较大的参数区间变化,近年来兴起的基于降阶-代理技术的非定常气动力模型有很高的应用价值.在构建代理模型时,现已公开发表的文献中通常涉及的采样参数变化范围较小,且因采样的随机性而容易丢失重要的采样区域,致使模型局部误差过大,为避免这一问题必须进行密集采样从而大幅增加了计算量.本文针对小攻角条件下大范围速域和空域变化的非定常气动力计算,提出了一种非随机的非均匀分层采样方法,并通过两个局部模型实现全局模型的构建,在保证精度的同时,有效减少了采样数目,大幅降低了建模所需的CFD计算代价.

摘要： 提出一种不基于固定的物理模态振型的非定常气动力降阶建模方法,该方法能够快速准确地计算气动外形确定的结构任意的机翼在模态激励信号作用下的气动力响应,取代了现有的非定常气动力降阶建模过程中的CFD求解器.以模态激励信号和气动力响应为训练数据,建立基于模态振型的非定常气动力降阶模型,耦合结构运动方程,可预测结构的颤振特性.上述方法能够解决跨声速机翼气动弹性优化设计和气动弹性不确定性分析计算量大的问题.将其应用于跨声速机翼气动弹性优化设计,对刚度、强度和颤振速度约束下的跨声速机翼,进行了结构布局和结构尺寸优化.算例表明该跨声速机翼气动弹性优化设计程序能够使得机翼结构的刚度分布和质量分布更加合理,提高材料利用率,减轻15％至35％的结构重量.

摘要： 光伏和燃料电池发电系统中,多单元二极管电容电感网络直流变换器是实现电压高增益的一个简单解决方案,但其引入的多个无源元件增加了系统模型的阶数和复杂度.通过瞬态分析可知,变换器中二极管电容电感网络的时间常数远小于其它无源元件的时间常数.同时,二极管电容电感升压网络内部的各个电容电压和电感电流彼此的关系是固定的.基于这一独有特性,本文提出了一种对多单元二极管电容电感网络高增益直流变换器的降阶建模方法.最后,仿真和实验均验证了该建模方法的准确性和有效性.该模型对于研究变换器动态、静态特性和控制器设计具有重要的理论价值.

摘要： 光伏和燃料电池发电系统中,多单元二极管电容电感网络直流变换器是实现电压高增益的一个简单解决方案,但其引入的多个无源元件增加了系统模型的阶数和复杂度.通过瞬态分析可知,变换器中二极管电容电感网络的时间常数远小于其它无源元件的时间常数.同时,二极管电容电感升压网络内部的各个电容电压和电感电流彼此的关系是固定的.基于这一独有特性,本文提出了一种对多单元二极管电容电感网络高增益直流变换器的降阶建模方法.最后,仿真和实验均验证了该建模方法的准确性和有效性.该模型对于研究变换器动态、静态特性和控制器设计具有重要的理论价值.

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： 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。

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。