水利水电工程施工水流控制过程的仿真与优化方法

针对水利水电工程施工水流控制过程中的工程技术问题及其仿真分析中存在的科学技术难题，通过分析施工导流系统动态、非线性的内外部结构，综合考虑主体建筑物、导流建筑物与水流控制三者间的复杂约束关系，建立复杂条件下施工导流系统的时空关系模型和施工导流过程的结构图仿真通用模型，提出了面向结构图的施工导流过程数值仿真方法和三维动态可视化仿真分析方法，并实现了集仿真建模、仿真计算和仿真可视化于一体的施工水流控制过程仿真与优化系统环境．工程实例应用表明，该方法建模过程便捷，仿真计算与数据可视化分析能有效地耦合，仿真与优化分析结果符合客观实际，为解决复杂条件下水利水电工程施工水流难以控制的问题提供了新的理论方法和技术手段．     

高心墙堆石坝碾压质量实时监控技术及应用

心墙堆石坝施工质量常规控制手段由于受人为因素干扰大，管理粗放，故难于实现对碾压过程参数的精准控制，难以确保碾压过程质量．针对高心墙堆石坝填筑碾压质量控制的要求与特点，在建立填筑碾压质量实时监控指标及准则的基础上，采用GPS，GPRS和PDA技术，提出了心墙堆石坝填筑碾压质量实时监控方法，以及碾压过程信息实时自动采集技术和碾压过程可视化监控的图形算法等关键技术，实现了碾压遍数、碾压轨迹、行车速度、激振力、压实厚度等碾压参数的全过程、精细化、在线实时监控．实际工程应用表明，该技术可有效保证和提高施工质量，使大坝建设质量始终处于真实受控状态，为高心墙堆石坝建设质量控制提供了一条新的途径，是大坝建设质量控制手段的重大创新．     

旋转二级倒立摆摆起倒立混合控制

参考仿人智能控制思想,提出一种混合控制策略,实现了旋转二级倒立摆摆起倒立控制。将旋转二级倒立摆的摆起倒立稳定过程分为能量累积、姿态调整以及稳定控制三个阶段。基于无源系统理论的分析方法设计出摆杆的能量累积策略,以动力学分析方法设计出摆杆的姿态调整策略,以局部线性化方法进行摆杆的倒立稳定控制。仿真和实时实验结果证明了算法的有效性。     

双离合器自动变速器换挡控制与动力学分析

针对以往双离合器自动变速器(DCT)换挡控制模型未考虑驾驶员意图和DCT结构复杂性的问题,基于DCT结构与原理,建立了发动机与离合器模型,对汽车换挡过程进行动力学分析;并通过模糊控制理论,实现对驾驶员意图的分析与识别。分别从动力性和经济性出发,制定了基于驾驶员意图的换挡规律、DCT换挡过程中离合器与发动机的控制策略以及换挡综合控制逻辑,并在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建了汽车换挡仿真模型。仿真结果表明:所搭建的换挡仿真模型满足要求,所制定换挡控制策略具有良好的控制效果。     

线性菲涅尔系统空管预热模型分析及变占空比跟随控制应用研究

通过分析影响线性菲涅尔集热效率的关键因素,建立线性菲涅尔系统光热效率模型,基于该模型提出了一种适用于线性菲涅尔系统空管预热的变占空比跟随控制方法.通过实时数据计算每个预热周期内系统的聚光占空比,实现线性菲涅尔系统恒速率预热控制.通过MATLAB模拟不同时刻及不同辐照(DNI)下预热过程系统聚焦占空比,并将该方法应用于敦煌熔盐菲涅尔示范电站空管预热.实验结果表明,该控制方法能够很好地实现线性菲涅尔系统集热管空管恒速率预热控制.与常规定占空比预热方式相比,在满足真空集热管温升速率要求的前提下,该方法能够有效缩短系统整体预热时间,实现最大效率太阳资源利用.     

基于黏塑性损伤模型的高拱坝长期稳定性评价

高拱坝长期稳定性分析对高拱坝长期安全至关重要,除了要考虑坝址区岩体的时效变形及损伤外,还应采取合理的整体稳定和局部破坏的判别指标.基于弹-黏弹-黏塑性模型,提出了一种采用时效塑性余能与超屈服力进行高拱坝长期稳定评价的分析方法.黏弹性模型采用Kelvin模型,黏塑性模型采用Duvaut-Lions模型,基于连续损伤力学的有效应力和应变等效假设,编制了可以考虑损伤的三维有限元分析程序,并应用于高拱坝的长期稳定性分析中.根据塑性余能与时间的关系曲线来评价高拱坝的长期稳定性,根据超出屈服面的超屈服力的发展和分布来评价局部破坏和关键加固部位.结果表明,该方法可有效用于高拱坝的长期安全性评估.     

考虑未知输入的异构集群系统群体智能合围跟踪控制

集群系统合围跟踪控制是群体智能涌现在运动控制层面的实现途径之一,在智能化战争时代具有广阔的应用前景.本文面向未来空地群体智能作战中护卫任务的应用需求,聚焦军品押送、重要人物护送等典型任务场景,研究了异构集群系统考虑领导者具有未知输入的分布式编队-合围跟踪控制问题,以实现复杂环境下空地协同智能作战.首先引入代数图论知识,建立具有未知输入的异构集群系统模型,提出了一种编队构型生成系统.之后结合自适应控制律,利用邻居局部信息交互设计了基于边的分布式编队-合围跟踪控制器,并证明了闭环系统的稳定性.此外,对异构集群系统涌现出的更复杂的群体智能特征进行了分析与总结.最后,通过数值仿真验证了本文所提出的方法能够实现预期的编队-合围跟踪控制,并建立了实物等效验证系统,对控制方法的有效性进行了验证,为实际情况下大规模空地协同智能作战提供了有力的理论支撑.     

基于一阶加纯滞后模型的纺织生产过程温控PI系统设计

温度控制系统工艺过程的多样性和纺织生产过程的不确定性,对系统温度控制提出更为严格的要求。本文基于一阶加纯滞后模型,采用可编程控制方法设计了优化的纺织生产过程温度PI闭环控制程序,并采用变频控制方式控制三级加热系统,在可编程控制器(PLC)内存中存储温度控制指令来调节纺织生产过程中的温度,并建立组态王界面与基于PLC S7-200之间的连接,以实现对纺织过程温度及其控制的在线监控。仿真结果表明:基于一阶加纯滞后的PI控制模型温度控制的响应时间比常规PID控制方式缩短了一半多,温度波动性较小,稳定性好,鲁棒性较强,可获得很好的纺织生产过程温度控制曲线,并成功地应用于实际纺织生产温控系统的完善和改造。     

一种新型的模块化多电平型固态变压器及其内模控制策略

针对现有固态变压器拓扑结构存在的局限性及控制方法的不足,本文提出了一种模块化多电平型固态变压器(MMC solid state transformer,MMC-SST),并相应介绍了一种内模控制(internal model control,IMC)实现方法.首先分析了MMC-SST系统拓扑与运行特性,建立了同步旋转坐标系下MMC-SST输入级和输出级的数学模型;然后根据内模控制的特性,将内模电流内环与PI电压外环相结合,构造出新的双闭环控制结构,实现对MMC-SST输入级和输出级的控制;最后,基于Matlab/Simulink建立了MMC-SST系统仿真模型,在网侧电压波动、负荷突变和网侧功率因数变化多种工况进行了性能测试,结果表明,本文提出的基于内模控制的MMC-SST能够按照给定的功率因数运行,并且具有电压、电流动态响应快、抗负载扰动能力强等特点.     

高混凝土坝气幕隔震控制的模拟分析理论与试验验证

针对高坝动力灾变过程控制这一核心科学问题,首次提出高坝气幕隔震控制的液-气-固三相耦合建模理论和数值实现方法,给出三相强耦合-热力学状态-材料-接触/非接触双重非线性的复杂动力学问题的理论描述和气幕隔震高坝工程的动力灾变关键效应的全过程数值模拟;给出刚性坝-平面波简化情况的解析解.完成了高305m锦屏拱坝的地震灾变过程控制与非控制的对比模拟,结果与振动台实验相互印证,基本相符.提出整体式气室和变厚度优化气幕,发展了高坝控制优化方法.首次完成大型振动台拱坝隔震的模型实验并满足基本动力相似准则,实验数据合理可信,并与模型坝的动力模拟结果基本符合,为模拟理论方法提供了实验验证.数值模型与物理模型相结合的试验表明,动水压力削减可达70%以上,坝体第一/第三主应力峰值降低20%～30%以上,有效地提高了高坝工程的整体抗震能力,表明气幕减震是高混凝土坝防震控制的优先发展方向.     

具有通信受限的网络控制系统量化反馈控制

针对一类通信受限的网络控制系统,研究量化反馈控制器及动态调度策略的联合设计问题.考虑到介质访问约束和信号量化误差的影响,将网络控制系统建模为等价的离散时间切换系统;通过Lyapunov稳定理论推导出保证系统鲁棒稳定的模式及量化依赖型充分条件,并给出了量化反馈控制器的设计方法;在此基础上,设计了基于实时状态的动态通信调度策略,实现了网络控制系统的镇定控制.最后通过仿真示例验证了所提出方法的有效性.     

滑模输出反馈控制在二元机翼颤振主动抑制中的应用

本文以经典的二元机翼为对象,研究滑模控制（SMC）用于颤振主动抑制（AFS）的效果,讨论其控制系统的离散化和控制输入限幅等问题.该翼段模型具有一个后缘控制面,用于颤振控制.基于准定常气动力理论建立了系统二自由度（俯仰和沉浮）气动弹性运动方程.控制系统由滑模输出反馈控制方法设计,抑制俯仰-沉浮耦合颤振.研究过程中对系统进行了离散化处理,控制舵偏考虑了限幅约束.采用经典的龙格-库塔（RK）法对方程进行数值求解.仿真结果表明,带有滑模控制系统的闭环系统可以在高于颤振边界速度状态稳定.但是,简单离散化的控制系统遇到控制舵偏限幅时,闭环系统则失去稳定性.随后,基于理论分析,本文提出并设计了一个控制补偿环节,可以使该系统仍具有稳定性.此外,文中还讨论了系统的参数摄动和时间延迟效应.     

基于人脸运动捕捉的表情动画仿真研究

基于运动捕捉的动画仿真技术是当前计算机动画的研究热点.基于光学式运动捕捉系统,文中提出了一种新颖的基于交叉映射的人脸表情动画重构方法.针对RBF构建静态全局映射时嘴唇上下部分光标出现的伪关联问题,文中构建了基于功能分区的RBF交叉映射方法.在模型驱动过程中,提出一种皮肤运动机理计算得出增强标记点运动,基于增强标记点实现了基于人脸分区驱动的RBF插值方法,改进了基于人脸分区模型驱动的仿真效果.此外,设计了预计算算法提升了交叉映射和动画仿真过程的实时效率.实验证明该方法能够将同一演员的运动捕捉数据应用于任意不同人脸模型,针对相应模型生成逼真的人脸表情动画.     

仿雁群行为机制的多无人机紧密编队

研究了无人机编队的仿生飞行控制问题.雁群可通过有效利用编队飞行过程中的上洗气流节约体力,实现长距离飞行.通过分析雁群长途迁徙过程中的编队飞行机制,讨论了编队飞行与雁群行为机制间的仿生映射机理,设计了一种仿雁群行为机制的多无人机紧密编队构型及控制方法,并提出了一种基于雁群行为机制的编队变拓扑重构方法.仿真验证了无人机群可基于所设计的多无人机紧密编队控制器以较少的耗油量形成期望编队构型并保持,并可基于所提出的编队变拓扑重构方法实现编队重构.进而验证了本文所提出的基于雁群行为机制的多无人机编队保持及重构控制方法的有效性与稳定性.     

液体火箭增压输送系统多学科动力学研究

通过多学科动力学建模方法研究,首先建立了平台供气系统机械、气动与控制动力学特征模型,并对不同工况下系统动态性能进行数值仿真,着重研究调压压力、系统阻尼、充压方式、管路特性等对系统动态稳定性的影响,为系统动态稳定性分析及稳定性改进提高提供指导;最后结合某型号飞行过程中增压系统故障问题,建立了冷氦增压系统机械、气动、电磁、热与控制多学科动力学仿真分析模型,通过系统流量及压降分析进行故障定位,进一步探讨多学科动力学仿真在增压输送系统中的应用.     

快速刀具伺服系统控制方法的研究

针对麦克斯韦力驱动的快速刀具伺服(FTS)系统的轨迹跟踪问题,提出一种综合的控制方法。通过对麦克斯韦力伺服电机的系统辨识,建立系统数学模型。提出内环采用串联校正以增大系统带宽,外环采用自适应前馈抵消(AFC)控制与零相位误差跟踪控制(ZPETC)结合的控制方法。仿真结果表明,设计的控制方法对周期性的输入信号与外界干扰信号有着很好的抑制作用,实现了轨迹跟踪的精确控制,证明了该方法的有效性。     

风险视角下城镇化建设项目进度投资优化研究框架

系统分析了城镇化建设项目的工期、质量、投资特征，并通过文献归纳法阐明了现有项目进度投资优化方法存在的理论不足，构建了风险视角下城镇化建设项目进度投资优化的理论框架。该理论框架的建立融合了众多交叉学科的研究前沿，能够有效描述城镇化建设项目的动态复杂性，为进一步推进新一轮城镇化建设提供智力支持。     

同轴并联混合动力系统模式切换控制研究

同轴并联混合动力系统在低速运行工况下发动机怠速停机对于提升整车节油率有显著的作用,然而由于同轴并联混合动力系统的自身结构特性,当系统由纯电模式切换至混合动力模式过程中,发动机需要开启并通过离合器的接合介入动力系统,这一过程中存在的电机起动发动机及离合器接合控制问题一直是混合动力控制领域研究的热点问题.针对上述模式切换控制问题,本文建立了同轴并联混合动力系统传动系模型及干式离合器及其执行机构的数学模型,考虑模式切换过程的平顺性与混合动力系统的传动效率,并结合发动机起动阻力矩及系统负载转矩的瞬态不确定性,提出了一种同轴并联混合动力系统模式切换控制方法:首先采用H∞鲁棒控制理论设计出满足约束条件且性能指标较优的离合器接合速度轨迹,然后将离合器接合速度轨迹转化成执行电机转速期望曲线,设计直流电机转速跟踪PID控制器实现离合器的快速平滑接合,然后对所提出控制方法在急加速、缓加速、不同发动机内阻以及不同车辆负载工况下的离合接合过程的仿真对比,最后利用控制器自动代码生成技术对所提出方法进行了试验验证.结果表明,所提出的控制方法可以实现混合动力系统平滑快速的模式切换过程,且整车的纵向冲击度控制在一定约束范围内,使得系统模式切换平顺性得到了保障,从而为整车模式切换控制策略设计提供理论基础.     

航空集群构型控制及其演化方法

基于交感网络的适应性能力涌现是航空集群的基本特征,其构型控制与演化是产生适应性能力涌现的关键.根据航空集群构型演化与控制的基本原则和需求,将航空集群构型控制组织结构分为任务层、决策层、执行层,提出基于事件触发-规则驱动的构型演化机制;针对航空集群以实现面向任务的适应性能力涌现为目标的构型设计准则,提出将复杂任务按照能力需求分解为原子任务;以航空集群协同反隐身、无源定位、空战攻击为例,分析航空集群典型能力-构型的映射关系,结果表明,不同的构型将涌现出不同类型和层次的能力;基于多智能体系统一致性理论设计了航空集群构型生成与保持控制协议.最后,通过仿真和搭建航空集群作战演示验证系统,对所提出的理论结果进行了验证.     

基于POF-OTDR的混凝土坝裂缝定量监测及POF布设研究

塑料光纤由于弥补了石英光纤易发生断裂的不足,且具有大纤径、良好韧性、高可塑性、低成本等优良特性,在结构健康监测领域具有广阔的应用前景.为了利用塑料光纤实现对混凝土坝裂缝的定位、定宽和定向监测,本文结合理论分析和模型试验研究了基于塑料光纤-光时域反射技术(POF-OTDR)的裂缝定量监测方法.首先通过大量试验建立了裂缝的定量监测模型,在分析裂缝监测的可能构型的基础上提出了双支塑料光纤的裂缝定量监测方法,并通过试验加以验证,然后以此为基础提出了塑料光纤混凝土坝裂缝监测基本网络构型.最后,以某混凝土拱坝为例结合数值计算研究了塑料光纤裂缝监测网络布设.