基于二阶Krylov子空间投影法建立MEMS宏模型

利用宏模型对MEMS系统进行系统级仿真是求解MEMS耦合问题的有效方法。对大规模系统方程通过矩阵子空间投影实现自由度缩聚来建立宏模型的方法得到了广泛应用。常用的Krylov子空间法只能对状态空间描述的一阶系统进行降阶处理。本文介绍了二阶Krylov子空间理论,运用Arnold i算法直接对大规模二阶系统进行自由度缩聚来生成宏模型。将此方法与有限元数值分析结合对电热驱动微夹钳进行了宏建模。对电热微夹钳宏模型的仿真结果表明此方法建立的宏模型可以准确反应系统的动态行为,满足精度要求,同时极大地降低了计算复杂度,提高了计算速度。     

小波变换在MEMS降阶建模中的研究

获得系统的宏模型是MEMS系统级建模与仿真的关键.提出将小波变换的方法应用于MEMS降阶建模.介绍了小波变换的理论基础,提出了运用小波变换的方法对MEMS进行多尺度降阶建模的基本思想和算法的基本原理.针对最常见的静力学问题,建立了有限元求解方程,采用小波变换的方法提取出系统的几个不同阶次的降阶模型.算例表明利用该方法通过适当的降阶次数,提取降阶模型可以大幅度地减少计算时间、降低计算复杂度,特别适合MEMS这种大系统的降阶建模.     

快速求解辐射传输方程的模型降阶算法

光学层析成像技术近年来备受关注.光子在生物组织中的传播服从辐射传输方程,该方程计算复杂性非常高,直接影响到成像速度.提出了采用模型降阶算法将辐射传输方程求解中的刚度矩阵进行降阶,大幅度地降低系统复杂性来提高辐射传输方程的前向求解速度.实验表明该方法能保证前向求解具有较小的误差,并且能在最大程度保留输入输出行为的前提下,使前向求解速度大大提高.     

动力锂离子电池分形电路模型的降阶分析

采用改进Randle分形电路描述动力锂离子电池的传递函数,并给出该分形电路阶跃电流响应解析解.随后,对由R_1//CPE_1和Z_(W∞)分形子电路构成的电路模型进行降阶处理.时域仿真表明,在0.1 10.0 s时间范围内,降阶模型近似解和分形模型的解析解非常逼近,其中Z_(W∞)电路四阶降阶模型相对误差低于3.0%,而R1//CPE1分形系数α0.8时,相对误差低于12.0%.给出的分形电路降阶模型不仅降低运算的复杂性,而且精度满足控制要求.     

动力锂离子电池电路建模与仿真

以锂离子电池为研究对象,分析了多种电池等效电路模型的优缺点,最终选取分数阶等效电路模型进行研究,但由于模型中涉及分数阶电路,不便于计算处理,从而提出对其进行降阶处理的方法,采用改进分数阶的电路模型来确定动力锂离子电池的传递函数,并且求解出这个分数阶电路模型的阶跃电流响应解析解.最后,对由R1∥CPE1,R2∥CPE2和Zw∞分数阶电路构成的电路模型进行降阶处理.时域仿真表明,在0. 1～10. 0s时间范围内,降阶模型近似解和分数阶模型的解析解非常逼近,电路一阶降阶模型相对误差低于10. 0%,而其中的二阶降阶模型相对误差更是低于2. 0%.给出的分数阶电路降阶模型不仅可以降低运算的复杂性,同时在精度上能满足工程应用控制的要求.     

一种高精度低复杂度的改进Root-MUSIC算法

针对目前多数低复杂度Root-MUSIC算法的精度损失问题，研究并提出了一种具备精度补偿能力的低复杂度Root-MUSIC算法.该算法依据有限快拍数得到的近似数据观测矩阵首行重构具有Toeplitz形态的自相关矩阵，使重构的自相关矩阵具备Hermitian性;对重构的自相关矩阵特征值分解后获得噪声子空间，并将噪声子空间翻转拆分，重构新的求根多项式，进而通过求根方法得到DOA估计值.本文算法通过Toeplitz矩阵重构及求根多项式降阶，不但有效提高了改进Root-MUSIC算法的DOA估计精度，同时改进算法的时间复杂度不高于前人算法;在不同的入射信源及采样快拍数下，本文算法表现出更强的鲁棒性和稳定性.     

一种降阶法求解投影连续时序Lyapunov方程

利用矩阵的实schur分解,提出了一种降阶法求解大规模投影连续时序Lyapunov方程.该方法先将矩阵进行块对角化,然后将大规模Lyapunov方程的求解转化为一系列低阶Lyapunov方程的求解,进而得到方程的解.在文章最后部分,给出了具体数值实例对该方法进行说明.     

一种改进的四阶累积量测向算法

针对降维的四阶累积量矩阵因采样快拍数有限而存在估计误差的问题,提出一种结合To-eplitz近似的四阶累积量旋转不变子空间(ESPRIT)测向算法(TFOC-ESPRIT).该算法在保持虚拟阵列有效孔径不变的同时,通过去除原始四阶累积量矩阵中的冗余元素,得到降维的四阶累积量矩阵,再对降维矩阵进行Toeplitz操作,恢复其Toeplitz结构,最后利用ESPRIT算法估计到达信号的方向.仿真实验表明:与MFOC-ESPRIT算法相比,TFOC-ESPRIT算法有效地提高了测向精度,不仅在少阵元数下能实现多信号的估计,而且当快拍数为400时,在空间白噪声和空间色噪声环境中其归一化成功概率也较高,分别达到了0.996和0.788.     

小波变换在MEMS降阶建模中的研究

获得系统的宏模型是MEMS系统级建模与仿真的关键．提出将小波变换的方法应用于MEMS降阶建模．介绍了小波变换的理论基础，提出了运用小波变换的方法对MEMS进行多尺度降阶建模的基本思想和算法的基本原理．针对最常见的静力学问题．建立了有限元求解方程．采用小波变换的方法提取出系统的几个不同阶次的降阶模型．算例表明：利用该方法通过适当的降阶次数。提取降阶模型可以大幅度地减少计算时间、降低计算复杂度．特别适合MEMS这种大系统的降阶建模．     

基于BPOD的气动弹性降阶及其在主动控制中的应用

流体动力系统是一个高阶的非线性复杂系统,这严重限制了优化和控制在该系统中的应用。模型降阶技术是解决这一问题的有效工具。将特征正交分解方法（Proper Orthogonal Decomposition,POD）和平衡截断方法结合起来,形成平衡特征正交分解方法（Balanced Proper Orthogonal Decomposition,BPOD）,并应用到气动伺服弹性模型降阶中。该方法将由POD快照得到系统可控和可观Gramian矩阵的近似表达,通过该近似得到平衡降阶模型。以一个二维翼段的气动弹性系统为例,首先将流体控制方程线化;然后利用BPOD方法得到非定常气动力的降阶模型以及降阶的气动弹性系统;最后,对降阶系统设计主动控制律,通过控制面偏转来抑制翼型颤振。数值仿真结果表明BPOD降阶模型可以精确地模拟高阶非线性的流体动力系统并且可以有效地应用于气动弹性主动控制中。