无结构三角形网格下运动界面追踪的WENO有限体积法

在处理运动界面追踪问题的流体体积函数(VOF)法的基础上,给出了一种无结构三角形网格下的高分辨率的运动界面捕捉方法.该方法采用高精度的加权本质无振荡(WENO)有限体积格式离散VOF函数的空间导数,采用三阶TVD Runge-kutta方法离散时间导数,采用Lax-Friedrichs通量作为数值流通量.数值试验结果表明,用该方法来进行旋转速度场和剪切速度场的运动界面追踪,可以得到与理论解非常一致的追踪结果.     

多物质流体动力学界面追踪的Particle Level Set方法

为验证Particl Level Set方法界面处理的高精度,将Particle Level Set方法与流体动力学控制方程进行了耦合,用5阶WENO格式进行空间离散,采用3阶TVD-Ringe-Kutta方法离散时间导数,并用C++语言编制了程序. 运用该程序对激波与气泡相互作用问题进行了数值模拟. 与不同网格尺寸下的Level Set方法对比,结果表明Particle Level Set方法比Level Set方法界面处理精度更高.     

捕获运动界面的有限元方法

介绍了使用LeveiSet方法对界面的运动情况进行精确追踪,采用Taylor-Galerkin(TG)有限元方法离散LevelSet方程,易于处理复杂边界.利用不可压缩流体性质,避免求解重新初始化方程.采用有限元方法对剪切流场中界面的运动变化进行数值模拟,并与有限差分方法离散LevelSet方程,修正的Godunov方法求解重新初始化方程的计算结果,进行对比.结果验证TG有限元方法具有简单灵活和易于编程的特点,求解LeveiSet 方程是可行的.     

运动激波和气泡(串)相互作用的三维数值模拟

对激波和气泡（串）相互作用诱导的大变形界面演化进行了三维数值研究.采用2阶迎风TVD求解欧拉方程得到流场解,采用5阶WENO求解Level Set方程追踪多流体界面.在三维情况下,采用GFM确定界面边界条件.将速度分量分别外推,再沿法线分解,得到伪流体切向速度分量,给出了不同时刻运动激波和气泡（串）作用后的压力、密度云图分布图像.计算结果表明：采用速度分量外推方法适合三维界面边界条件处理,并与二维情况下切向速度直接外推的计算结果兼容,验证了切向速度外推方法的正确性.该方法模拟多个流体界面也是有效的,得到了高分辨率的三维变形界面.     

求解非定常不可压Navier-Stokes方程的一种高精度并行算法

采用一阶投影法,建立了一种基于MPI求解非定常不可压N-S方程的高精度并行算法.该算法在空间上可达到4阶精度,其中,对流项中的1阶导数和粘性项中的2阶导数分别采用WENO格式和4阶对称型宽格式进行离散,而Poisson方程则采用4阶精度的紧致格式进行迭代求解.通过对2维Taylor涡列和双周期双剪切边界层流动问题及3维回转体绕流问题的数值计算,验证了算法的可靠性及其并行效率.     

波浪影响下近底高浓度泥沙水运动的动力学模拟

波浪影响下的近岸海底泥沙水运动,特别是近底高含沙率泥水层,对泥沙的再悬浮和沉淀起着至关重要的作用．假定底部高浓度泥沙水为牛顿流体,利用N-S流体运动理论,采用VOF法追踪水-气界面和水-泥沙水的相界面运动,模拟了波浪作用下泥水层内的动力学响应．结果表明：泥水层的响应与主体海水波动不同,为研究底部泥沙再悬浮和底部条纹形成打下了基础;VOF法能较好地追踪水-气和水-泥沙水相界面运动的多相界面问题;同时界面间存在互相作用,即水-气界面波动对水。泥沙水界面有较大影响,而水-泥沙水界面对水-气界面影响很小     

基于VOF法的近自由面水下爆炸气泡运动数值模拟

对于近水面水下爆炸气泡的运动特性,在结合SOLA算法差分格式,利用投影算法对气泡的控制方程进行数值求解的基础上,基于VOF法进行了数值模拟,并利用MSC.DYTRAN软件进行仿真分析,通过对两者的分析结果对比研究. 结果表明,基于结合SOLA算法差分格式的投影算法,利用VOF法可对水下爆炸气泡各时刻的运动界面进行较精确的捕捉和重构,从而实现精确追踪水下爆炸气泡脉动全物理过程的运动界面. 同时,也研究了距离参数对气泡坍塌、射流及环状气泡的影响,掌握了距离参数对近水面水下爆炸气泡运动特性的影响.      

双曲型守恒律的一个4阶精度差分格式

基于TVD限制器函数方法选取数值导数,在空间方向用分段3次多项式进行重构,对时间积分用Simpson求积公式,并用四阶Runge-Kutta NCE方法求中间时间点的值,得到求解一维非线性双曲型守恒律方程的4阶精度差分格式;之后给出2个经典数值算例,以验证格式的高精度高分辨率优点。     

刚体-流体耦合运动的浸入边界法研究

为避免复杂贴体网格的生成和动、静界面滑移网格技术插值带来的误差,提出采用浸入边界法模拟流体刚体的耦合运动.借助求解不可压缩N-S方程组的分步投影方法的思想,来求解基于浸入边界法的耦合系统方程.其中刚体边界离散点的作用力密度通过强制满足刚体边界的无滑移条件（位移和速度一致）导出,结合刚体定轴旋转的动量矩定理,采用Newmark时间积分方法,实现对刚体运动特性的预测.同时,通过δ光滑函数,将刚体边界离散点的作用力密度转换到流体的欧拉网格点上,实现对流场速度的修正.在空间离散上,对流项采用Quick迎风格式,扩散项采用中心差分格式,采用2阶显式Adams-Bashforth法离散时间项.以雷诺数为300的圆柱绕流为基准数值算例,验证数值计算结果的可靠性.      

三维时间分数阶扩散方程的数值算法

将2次插值和Kansa方法结合应用于求解时间分数阶扩散方程,选择多重二次函数(multiquadric,MQ函数)作为径向基函数.在离散过程中,将Kansa方法用于离散空间导数,用线性插值和3点2次插值来近似Caputo型时间分数阶导数.最后讨论了数值算例的数值解,通过实验得出数值解与解析解之间的误差较小、整体稳定性好,从而验证了该方法求解分数阶扩散方程的有效性、可行性和准确性.     

重复控制在光电跟踪伺服系统中的应用

在光电跟踪系统中,伺服系统的跟踪精度决定了其捕获跟踪能力。随着光电跟踪伺服系统对跟踪精度的要求逐步提高,将重复控制技术引入到伺服系统中。重复控制不仅能够实现高精度跟踪、改善系统性能,而且可以跟踪周期性信号。设计了优化插入式重复控制器,并对等效正弦信号进行跟踪。与常用高精度控制方法进行仿真比较,其结果表明,重复控制系统的跟踪误差明显减小,其跟踪精度得到明显提高。     

强跟踪有限微分扩展卡尔曼滤波算法在异步电机中的应用

针对异步电机直接转矩控制低速转矩脉动大的问题,提出了一种自适应强跟踪有限微分扩展卡尔曼滤波算法(STFDEKF)。该算法采用多项式近似技术和一阶中心差分法计算非线性函数的偏导数,它具有二阶非线性近似的能力;同时引入强跟踪因子来修改状态的先验协方差矩阵。文中将STFDEKF算法扩展至感应电机参数辨识,设计了针对非线性系统的STFDEKF滤波器;同时对五个电机变量进行观测,并将观测到的转速信息引入至感应电机控制系统,组成无速度传感器控制闭环。仿真结果表明,STFDEKF算法相比扩展卡尔曼算法(EKF)和有限微分扩展卡尔曼算法(FDEKF)虽然计算过程复杂,但是该算法具有更好地跟踪能力和滤波可靠性,所以在对磁链和转速目标进行跟踪时,STFDEKF算法是一种很有效的算法。     

同步电动机无源性控制方法

利用本质上是非线性反馈控制的无源性控制方法,与非线性状态观测相结合,实现负载转矩时变未知情形下磁链、转速的渐近跟踪,并可有效抑制由转子状态的不确定性引起的跟踪误差.该方法从能量角度分析电动机控制系统,确定不必抵消的"无功力",设计全局定义的控制律,具有形式简单、无奇异点、鲁棒性好等特点.基于dSPACE的实验结果证明了该控制策略的有效性.     

自适应零相位误差跟踪算法用于非圆柱磨削

介绍了一种非圆柱表面高效、高精度磨削加工新方法──点磨法，对该磨削加工方法的控制技术进行了探讨．提出了零相位跟踪控制算法，使控制系统对给定非国特殊曲线具有很高的跟踪精度，从而保证了非圆轴类表面磨削加工精度．     

变构型陆空平台动态起降轨迹规划研究

陆空平台具有多域机动能力,通过陆空模式的转换能够适应各种复杂环境,但陆空模式转换多为静止起飞或悬停下降,这种静态起降方式不利于陆空平台机动性的充分发挥. 针对一种动力机构可偏转的变构型陆空两栖平台,基于牛顿-欧拉方程建立陆空平台的飞行动力学模型,规划偏转角的时间序列以获得动态动力学约束,确定相对时间最优目标函数;基于5次多项式拟合二维平面轨迹,根据PID控制方法设计轨迹跟踪控制器,并进行轨迹规划和控制仿真. 结果表明,动态切换时间相比静态切换时间缩短了23.02%,动态切换规划轨迹平滑,高度方向无超调,控制器能较好地跟踪目标飞行轨迹.      

转子电阻未知时感应电机的一种自适应控制方法

提出了一种新型的非线性自适应跟踪控制方法,用于解决转子电阻未知,转子磁链需要观测时感应电机的高性能调速问题。控制系统的设计基于两相静止坐标系,针对电流跟随型逆变器情形,采用了Ｌｙａｐｕｎｏｖ型自适应机制。引入一定的近似处理后,转子电阻的估计方程简化为一阶动态方程。磁链自适应观测器中的非线性修正项除考虑转速跟踪误差的影响外,还考虑了转子电阻估计误差和磁链观测误差的影响。证明了控制系统的稳定性和跟踪性,并且给出了仿真结果。     

输入受限下机器人关节神经网络自适应控制

针对机器人关节控制输入受限以及动力学模型中存在非线性摩擦、柔性变形和未知外部干扰力矩等问题,提出了一种基于径向基函数（radial basis function, RBF）神经网络的输入饱和指令滤波自适应控制方法。基于指令滤波反步法,采用饱和函数约束控制输入的幅值,使用RBF神经网络在线逼近未知干扰,并利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的所有误差最终一致有界。仿真结果表明,控制算法不仅使系统的控制输入幅值被严格约束在规定的范围之内,完成了对目标轨迹的高精度跟踪（跟踪误差约为±0.003 rad）,而且还可抵抗外部阶跃干扰力矩和建模误差对控制系统的不良影响,保证系统的高精度与强鲁棒性,性能优于PID (propotional integral derivative)控制和普通指令滤波反步控制（command filter backstepping control, CFBC）,对机器人关节在高精度领域应用与智能控制具有重要价值。     

雷达卫星鲁棒逆最优自适应姿态跟踪控制

针对存在外界扰动和模型参数不确定性的雷达卫星姿态跟踪控制问题,提出了一类基于修正的罗德里格斯参数描述的雷达卫星鲁棒逆最优自适应控制器设计新方法．通过Backstepping方法和构造相应李雅普诺夫函数,设计了鲁棒逆最优控制器,避免了直接求解哈密顿一雅克比一贝尔曼偏微分方程,使控制器相对于选取的具有鲁棒性的代价函数最优,并以较小的L：增益,实现对外界扰动的输入一状态稳定和鲁棒性;针对系统参数不确定性设计自适应参数更新律,对参数进行自适应学习,有效降低参数不确定对系统的不利影响．仿真结果表明：该方法能有效抑制模型不确定参数和外界未知扰动的影响,在保证姿态跟踪精度的同时,能增强系统鲁棒性．