混凝土坝小样本安全监控模型研究

混凝土坝安全监控模型研究一直是大坝安全监控领域中的热点和难点,本文将混凝土坝结构性态的演变作为一个动态过程,针对混凝土坝安全监控模型中监测数据较少、自变量因子间相关性较强的问题,结合混凝土坝结构性态转异诊断的Bootstrap法和偏最小二乘回归分析方法,建立了混凝土坝小样本安全监控模型.将其应用到某混凝土重力坝水平位移的分析当中,结果表明,混凝土坝小样本安全监控模型的拟合精度更高、预测效果更好、解释更加合理,研究成果为混凝土坝安全监控分析提供了科学依据.     

水利水电工程地质三维统一建模方法研究

针对水利水电工程地质的三维建模与分析问题, 提出了面向水利水电工程地质建模的混合数据结构; 以面向对象的分类思想, 基于混合数据结构实现了地形类、地层类、断层类、界限类4类地质对象的拟合构造与几何建模, 并提供可供选择的建模机制, 为解决倒转褶皱、复杂断层等建模难点发展了新的方法; 集成地质对象和人工对象模型, 实现了水利水电工程地质三维统一模型的构建. 基于三维统一模型可进行一系列水利水电工程地质分析应用, 包括岩体质量可视化分级、三维模型任意剖切分析、大坝和地下工程地质分析等, 为分析复杂地质条件下水利水电工程勘测、设计与施工中的地质问题提供了理论基础和技术手段.     

顾及大坝位移残差序列混沌效应的GA-BP预测模型

针对大坝观测数据常规模型训练后的残差混沌效应及模型回归方法的拟合度等问题,文中融合遗传算法与神经网络的数据训练优势,通过构建的遗传神经网络(GA-BP)算法对大坝变形观测序列资料进行回归提取残差序列.基于位移回归残差序列的混沌特性,利用混沌理论对其残差序列进行数值分析,并将残差预测结果与GA-BP预测模型进行叠加.据此,提出了考虑大坝变形残差序列混沌效应的GA-BP监控预测模型.实例表明,文中建立的预测模型的计算精度及收敛速度均得到提高,且考虑残差影响的大坝监控模型的预测效果得到了有效的提升.该模型的建模方法亦可推广应用于边坡及其他水工建筑物的安全预警.     

水利水电工程地质三维统一建模方法研究

针对水利水电工程地质的三维建模与分析问题，提出了面向水利水电工程地质建模的混合数据结构；以面向对象的分类思想，基于混合数据结构实现了地形类、地层类、断层类、界限类4类地质对象的拟合构造与几何建模，并提供可供选择的建模机制，为解决倒转褶皱、复杂断层等建模难点发展了新的方法；集成地质对象和人工对象模型，实现了水利水电工程地质三维统一模型的构建．基于三维统一模型可进行一系列水利水电工程地质分析应用，包括岩体质量可视化分级、三维模型任意剖切分析、大坝和地下工程地质分析等，为分析复杂地质条件下水利水电工程勘测、设计与施工中的地质问题提供了理论基础和技术手段．     

大坝变形温变效应分析方法研究

本文基于坝体内部温度场变化滞后于环境温度变化的现象,将连续变化的环境温度离散化,研究得到单个瞬时环境温度变化过程引起坝体温度位移的函数关系,并考虑了环境温度场的时空分布规律与水温、气温等之间的相关关系,将其在目标监测日进行多元函数泰勒展开,得到了大坝位移安全监控模型温度分量的改进表达形式,据此提出了改进温度分量的大坝位移统计模型.     

混凝土坝裂缝转异诊断的顺序典型小概率法

裂缝是混凝土坝不可避免的病害,其稳定与否是关系到混凝土坝结构安全的关键因素.基于裂缝开度与裂缝尖端张开位移之间的函数关系,提出了混凝土坝裂缝转异诊断的临界裂缝开度准则,并探讨了该准则所需的裂缝尖端张开位移和裂缝亚临界扩展量的确定方法.借助裂缝开度监控模型将临界裂缝开度准则进行转化,并与大坝安全监控中裂缝的原位监测资料-裂缝开度联系起来,建立了混凝土坝裂缝转异诊断的顺序典型小概率法.实例分析表明,顺序典型小概率法实现了临界裂缝开度准则在大坝安全监控中的具体应用,是合理可行的.     

基于GMM的压电驱动器磁滞特性建模及高精度抗扰跟踪控制

包含压电驱动器的微定位平台可以用于减小飞切加工中的低频误差.本文针对该平台中的压电驱动单元,提出了一种新的系统建模方法,并基于此建立了完整的高性能抗扰跟踪控制策略.首先,利用高斯混合模型(Gaussian mixture model, GMM)对压电驱动器固有的磁滞特性建模,并根据该模型进行前馈补偿,以消除磁滞非线性对控制精度的影响.其次,建立扩张状态观测器,对所有外部扰动及未建模误差进行观测与补偿,以提高系统的抗扰能力.为了进一步提高系统的跟踪精度与控制带宽,建立状态反馈与零相跟踪前馈控制策略,以优化闭环系统特性.实验结果验证了基于所提磁滞模型建立的抗扰跟踪控制方法的有效性.在0～50 Hz输入信号频率范围内,在给定的测试集内该控制策略下的系统跟踪误差小于2.2%,能够满足目标控制带宽下的高精度跟踪要求.     

基于XFEM的拱坝裂缝变形监控混合模型

鉴于扩展有限元可以快速建立不同扩展情况下的裂缝变形测点监控混合模型,不需要进行不连续面局部网格重划分,因此,本文利用基于黏聚性裂缝模型并考虑裂尖加强的扩展有限元法模拟裂缝的扩展过程,建立了混凝土拱坝黏聚裂缝的断裂模型,通过分析荷载变化和裂缝变形的关系,建立了裂缝开度监控混合模型.工程实例分析表明,基于扩展有限元的裂缝变形监控混合模型的计算值和实测值较为一致,比统计模型拟合结果更好,且可用于预测变形的发展趋势.本文的创新处在于首次将基于黏聚性裂缝模型的扩展有限元法引入大坝安全监测,并对结合黏聚性裂缝模型的扩展有限元法增加了裂尖加强以提高拟合精度.     

基于创意拐点的计算机辅助草图设计技术

草图是设计师进行产品设计创新活动的重要载体.草图设计是设计师的脑、眼和手三者互动,设计思维和草图表达相互推进的过程;草图设计过程可以抽象为创意拐点图.为了对草图设计过程提供有效的支持,本文提出了一种基于创意拐点的计算机辅助草图设计技术.建立了基于草图行为识别的创意拐点规则推理模型,基于该模型来识别草图设计过程中的创意拐点,并通过对规则进行粗粒化来解决模型的过拟合问题.在此基础上,生成作为草图设计过程记录的创意拐点图,以记录创意过程,辅助设计师草图设计.最后构建了基于创意拐点的计算机辅助草图设计原型系统CASCP,并通过实验初步验证了创意拐点识别方法的有效性,给出应用CASCP完成的草图设计实例.     

可控环境生产系统建模、仿真与控制研究进展

可控环境生产系统属于复杂系统,目前对这类系统的建模及控制问题没有形成系统的方法与理论,因此在对这类系统进行控制时,缺乏理论依据.本文在回顾过去几十年可控环境生产系统建模与控制的各种方法的基础上,探讨了当前可控环境生产系统在系统建模、仿真及控制中存在的问题,如支持生产可使用的作物生长数学模型信息的不完整性,水肥系统的模型信息的时间尺度问题,环境模型的动态时变特性以及作物、土壤、大气相关变量的作用关系,耦合的多环境因子的控制问题、包括能耗在内的冲突多目标控制问题和考虑模型误差和气候突变等不确定性的鲁棒控制问题等.在此基础上,根据系统的特性:多变量,非线性,多模型(作物模型,土壤模型,大气模型)、模型之间强耦合、大尺度、能量有限、分布参数、冲突多目标等的特点,提出了该系统有效建模、仿真、控制急需解决的瓶颈问题和可能的研究趋势.     

植物昆虫种群动态数学建模研究与展望

植物虫害防治已不只是农林生产中的常规问题,它早已演变成为生态环境与食品安全中的重大应用问题.然而,人类对该问题的认知远远不足以为现实应用提出令人满意的有效指导.这其中也是由于植物昆虫种群可以纳入"多生命体-环境"为对象的复杂系统研究范畴.面对这样极具挑战性的科学问题,本文主要从计算机建模的研究路径对模拟植物昆虫种群动态的数学建模方法进行回顾,从模型构造方法和模型所考察研究对象的种类两方面对植物昆虫种群模型进行了分类;将目前的植物昆虫种群动态模型用通用数学表达式表达,并针对各类型的植物昆虫种群动态模型对数学表达式进行特殊说明,进一步强调了模型间的差异;介绍了目前比较成熟的几个模拟昆虫种群动态发展的软件;总结了基于植物昆虫种群动态模型研究种群动态行为、害虫防治技术所采用的数学分析和优化控制方法.文章最后探讨了目前植物昆虫种群动态模型的研究现状和发展趋势,以及在建模时所应考虑的问题,并对进一步完善模型方法及技术应用进行了展望.     

分布式驱动HEV自适应无迹卡尔曼车速估计

针对四驱混合动力汽车,为改善其电子稳定性系统(electronic stability program,ESP)车速估计的精度和鲁棒性,考虑后轮毂电机转矩精确可测可控,以及前轮驱动转矩可推算的特点,结合ESP系统既有的传感器输出信号,提出了分布式自适应无迹卡尔曼车速估计算法.首先,建立了四驱混合动力汽车动力系统及动力学模型,其包括驱动系统模型、7自由度车辆动力学模型和Burckhardt轮胎模型.其次,考虑模型的时变及强非线性特性,采用无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)算法设计了主/子滤波器.一方面通过对量测噪声的自适应,改善了UKF算法量对量测信号干扰的鲁棒性;另一方面将主/子滤波器结果进行融合,并用融合后结果重置了各滤波器,提高了车速估计精度.最后,搭建了四驱混合动力汽车Carsim-Simulink联合离线仿真平台和硬件在环仿真试验平台,分别开展了双纽线、低速双移线两种驱动工况的离线仿真和硬件在环仿真试验.试验结果表明,所提出的分布式自适应无迹卡尔曼车速估计算法不仅估计精度较高,而且也有着较强的自适应性和鲁棒性能.     

一类飞行器姿态动力学特征建模研究

本文研究飞行器姿态动力学的特征建模问题.针对飞行器姿态动力学所具有的三角形式的仿射非线性系统,通过引入非线性系统的时间尺度和一类与系统状态有关的压缩函数,给出了将动力学压缩到特征模型参数中的一般方法,并且给出了特征模型的参数范围及其极限.从所给出的参数范围可以看出,特征模型参数的界与采样周期、建模误差、系统阶数、系统变化率有关.所建立的特征模型的建模误差可以按照控制精度的要求任意小,表明了特征建模和一般模型降阶方法是不同的,该方法并不丢失系统信息.在此基础上建立了挠性卫星姿态特征模型,并给出了参数的界和极限,为基于特征模型的飞行器控制设计奠定了理论基础.     

ABC:一种全生命周期软件体系结构建模方法

随着计算机硬件能力的快速增长和软件应用规模的不断扩大,软件的复杂性也在持续增长,并始终制约着软件开发效率和质量的有效提升.软件的结构复杂性,尤其是高层结构的复杂性,是软件复杂性的一种重要表现.如何实现对软件高层结构复杂性的有效控制,是当前开放、动态、难控的网络环境下大规模软件系统开发与演化所面临的主要问题.针对这个问题,我们将设计阶段高层结构复杂性的控制模型―软件体系结构模型―扩展到整个软件生命周期,提出了一种以体系结构为中心的软件开发方法―ABC.该方法将软件生命周期各阶段的核心制品与活动,统一到软件体系结构模型及对其连续迭代的细化、映射和转换,实现对软件高层结构复杂性的一致、灵活、系统化的建模和管理.本文旨在系统性地总结ABC方法在软件体系结构建模方面的成果,并重点介绍近几年在协同式特征建模、运行时体系结构生成、体系结构逆向恢复与建模等方面取得的新进展.     

具有等式约束的滑动多项式建模方法

滑动多项式是广泛应用的动态系统建模方法,如何有效利用先验信息(也称为附加信息或约束信息)是改善多项式模型性能的有效途径.鉴于可转变成等式约束条件的附加信息的广泛应用,提出了带等式约束项的滑动多项式的两阶段建模方法.在理论分析的基础上,以空间目标跟踪为例,进行了算法的数值验证.该方法只需在原无约束模型的迭代格式上增加一个修正步骤,实现简单,且具有良好的可观测性、收敛性、估计精度和计算效率.文中的模型并未针对特定系统,稍加调整,可直接应用于一般非线性系统的状态建模.此外,这里的性能分析方法对其他建模方法的性能预测也同样具有参考价值.     

柔性机械臂正则化逆动力学的有理分式模型

提出了柔性机械臂正则化逆动力学的有理分式模型,论证了该模型了对计算机力矩病态行为的抑制作用,并讨论了正则化参数选取实现轨迹跟踪精度与计算力矩频率带宽之间折衷的含义。计算机数值仿真结果印 该方法有效性。     

不同季节气温条件下热处理过程水轮机叶片翘曲变形行为

大型水轮机叶片铸件热处理过程中,其角部区域容易发生翘曲变形行为,为此,需要设定较大的加工余量,增加了生产投入.本文开发了一种用于实时非接触测量热处理过程中大型铸件变形行为的方法,并将该方法对某企业热处理生产过程中叶片翘曲变形行为和温度场进行了实时检测.发现热处理过程中,叶片角部翘曲变形过程出现了三个拐点,第二个拐点出现时叶片上未发生马氏体相变区域面积的大小决定着叶片最终的残留变形大小.平均气温在10~20℃时,叶片最终残留变形较小;平均气温低于10℃时,容易出现正向的残留变形;平均气温高于20℃时,容易出现负向的残留变形.由气温变化导致叶片最终残留翘曲变形变化范围大,这是导致需要增加叶片加工余量的直接原因.     

基于Boosting梯度下降理论的时间序列建模方法

在预测问题中有很多实际问题具有时间序列特性,如何分析并建立合理的时间序列预测模型具有重要的理论价值与广泛的应用前景.随着对时间序列研究的逐步深入,时间序列预测模型变得越来越复杂,建模过程对设计技巧依赖性越来越强.如何设计一种不依赖于操作者的能力和经验,并且具有良好效果的建模方法呢？本文在集成学习理论的基础上,提出了基于Boosting梯度下降理论的自回归模型集成（AREnsembleLearning,AREL）建模法,从理论上分析并论证了该建模法的有效性.为了避免AREL精确拟合每一个训练样本点,在建模过程中引入了？-不敏感损失函,从而降低随机噪声对时间序列预测模型的影响.进而为了提高AREL对非平稳时间序列的处理能力,提高算法的鲁棒性,防止发生过拟合,降低算法对模型阶次设置的敏感性,提出了基于AREL的加权k近邻（weightedkNN）预报法.通过实例测试,并对结果进行了讨论,验证了所提出的建模法与预报方法的有效性.     

商用车ABS预测控制方法研究

针对商用车制动过程中存在的强烈非线性和模型不确定性问题,建立了整车七自由度转向制动状态空间模型,提出了一种非线性连续预测控制方法,设计了基于滑移率的ABS非线性预测控制器.在控制器设计中,利用泰勒级数展开对系统状态进行适当的截尾处理,获得了系统预测模型,并将ABS路面识别算法引入参考轨迹设计,提出了多路面下的参考轨迹模型.当路况发生变化时,参考轨迹也发生相应的变化,而且在系统中引入了积分反馈,以增强系统的鲁棒性.仿真研究表明,当ABS存在建模误差、载荷变化和干扰时,该非线性预测控制器仍能够获得良好的动态响应和鲁棒性.     

POLSAR图像杂波L分布建模及其参数估计

基于乘积模型的杂波统计建模是进行高分辨极化合成孔径雷达(POLSAR)图像非均匀区域杂波统计特性分析的有效方法,其核心在于纹理分量随机分布的类型选择.广义伽马分布(GΓD)是一种普适性很强的分布类型,Weibull分布、伽马分布、逆伽马分布等都是GΓD分布的特例,因此基于GΓD分布的图像乘性杂波建模既满足杂波建模的高精度要求,同时成为各种雷达杂波辨识的有效工具.本文首先推导了服从GΓD分布的随机变量的高阶矩特征及其对数累积量(MLC),利用纹理分量服从GΓD分布情形构建了乘积相干斑模型,得到了适用于POLSAR图像处理的L分布杂波多视处理的协方差矩阵的概率分布函数,同时推导了其高阶矩特征及其对数累积量,提出了基于对数累积量的L分布参数估计新方法.针对样本数较少的情况下对数累积量参数估计失效问题提出了基于混合矩(MME)的参数估计方法来解决.然后给出了不同分布的高阶矩和对数累积量,通过二三阶对数累积量关系图辨析了常用分布与L分布的内在关系,得到了L分布是目前乘积模型中适用范围较为广泛的统计分布的结论.最后用仿真数据验证了理论推导的正确性,并将基于对数累积量的参数估计方法与已有方法进行了比较,结果证明新参数估计方法具有更高的估计精度和运算效率;另外,还用实测数据进行了统计模型检验,其结果验证了理论推导的正确性.极化SAR中多视图像L分布杂波的统计建模及其参数估计方法为极化SAR目标检测和识别等领域的新技术研究提供了新手段.