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.     

六点支承航空发动机双转子系统动力学离散模型

针对六点支承形式的航空发动机双转子系统,建立了复杂离散动力学模型,对该模型进行结构降维,得到了两种简化动力学模型.首先采用有限元法建立了较为精确的多轮盘复杂离散动力学模型,然后基于质心集中方法对该模型进行了简化,分别得到了四轮盘双转子简化动力学模型和三轮盘双转子简化动力学模型,并将其与复杂离散动力学模型进行了临界转速的对比.结果表明,简化得到的四轮盘双转子简化模型,前三阶相应临界转速误差分别在5%,22%,10%之内,可以很好地保有原系统的动力学特性;简化得到的三轮盘双转子简化模型,在柔性支承下,前三阶相应临界转速误差在15%之内,可以较好地保有原系统的动力学特性.最后,给出了3种模型不平衡响应的对比分析图.这是一种从结构上将实际多轮盘双转子简化成少轮盘双转子的方法,降低了双转子系统的自由度,有利于在考虑到故障、支承非线性等因素后的理论计算分析.     

流数据驱动的多层非线性动力学网络重构

现实世界中许多复杂的非线性动力学系统需要用多层网络来描述.如何从观测到的流数据中揭示多层非线性动力学网络结构的重构问题是对动力学系统研究的核心问题之一.虽然学者们提出了许多从静态数据中重构多层动力学网络结构的方法,但是它们很难从流数据中重构多层网络结构.由于该问题的困难性,截止目前,还没有适用于流数据的多层非线性动力学网络重构模型及其优化算法.针对此,本文提出流数据驱动的多层动力学网络重构框架,称为OMNR(online multilayer network reconstruction). OMNR首先建立了流数据驱动的在线多层非线性动力学网络重构模型,然后提出一种基于FTRL(follow-the-regularized-leader)的在线学习方法来优化该模型. OMNR每次只考虑一个事例来更新网络结构,非常适合处理流数据.而且, OMNR空间复杂度非常低,适合大数据任务.最后,在多层网络的Lorenz和R?ssler动力学系统上验证了OMNR可以有效地解决流数据驱动的多层动力学网络重构问题,填补了流数据驱动的多层非线性动力学网络重构技术的空白.     

基于多指标分析的路网单元抗震改造重要度评价

基于路网拓扑布局和桥梁结构属性,进行路段抗震提升重要度评价,可为公路交通系统震前加固改造、灾害应急准备等工作提供依据.本文采用4种不同特性的单元重要度评价指标:介数、连通概率灵敏度、路网震后通行时间和路网震前通行时间影响重要度,计算路段及其内部桥梁和道路单元的抗震提升重要度.为综合考虑多指标评价结果对单元重要度排序的影响,本文采用逼近理想排序法(TOPSIS)多属性决策方法评价路段的综合重要度.通过实例路网模型应用,分析了不同指标的特点,比较了单指标评价与多指标综合评价结果的差异.结果表明,不同指标的重要度评价结果存在明显差异,基于多指标分析的路段抗震改造重要度,综合考虑了网络拓扑结构、单元地震反应、单元通行能力、OD(起止点对)交通量的影响,为决策者提供了综合判别的依据.     

多元合金凝固界面形态演化模型

结合计算相图, 并在考虑了合金组元间的非线性交互作用的基础上, 充分考虑浓度场、温度场、界面张力效应和动力学效应的耦合作用过程, 对多元合金凝固界面形态演化进行了较为细致的研究, 发展了一个适用于多元合金定向凝固界面形态演化的准三维自洽模型.     

基于MSC.Marc的高混凝土坝非线性时效变形量化的程序实现

变形是混凝土坝结构性态的综合反映,尤其是时效变形,是评价大坝结构性态转异和长效服役健康状况的重要指标.针对坝体混凝土徐变和坝基岩体蠕变等材料固有时效变形特征所引起的混凝土坝时效变形,组建了适合高混凝土坝变形的坝体、坝基非线性时变本构模型,并研究了三维应力状态下的时效变形方程,提出了基于Drucker-Prager屈服函数的坝基岩体蠕变分段准则;在此基础上,基于通用商业有限元软件MSC.Marc,研究了本文所建非线性时变本构模型的二次开发程序实现方法,进而实现对高混凝土坝固有时效变形的量化分析.通过算例验证了基于MSC.Marc进行二次开发的可行性和正确性,某高混凝土重力坝固有时效变形的正反分析结果表明了所建模型的工程实用性.     

基于MATLAB的煤与瓦斯突出BP网络预测方法

影响煤与瓦斯突出的各种要素与突出现象之间的关系复杂,且具有明显的非线性特点.BP人工神经网络模型可以很好地逼近这种非线性函数关系.基于煤与瓦斯突出特征指标的分析,建立了合理的单隐层结构的BP预测模型,并利用MATLAB神经网络工具箱实现了模型的训练与预测,应用结果表明,这种突出预测方法具有很高的计算效率和预测精度.     

多层次灰色评价法在复杂产品系统创新评估中的应用研究

复杂产品系统创新对于国家竞争力具有重要影响，本文针对复杂产品系统创新评估尚缺乏有效定量研究的现状，从项目层面上构建了复杂产品系统创新网络模型和评估指标体系，运用多层次灰色评价方法对其进行评价，评价过程采用了熵技术对主观赋权进行调整，使评价更为科学、合理。实例结果表明该方法在复杂产品系统创新项目论证和评估中具有一定的实际意义。     

电磁场耦合忆阻神经元的相位同步与电路实现

神经元是大脑处理信息的基本单元,也是目前发现的最复杂的非线性动力学系统之一,其动力学行为已为广大科研工作者所关注,并成为神经科学、物理学、非线性动力学等多学科交叉领域具有较大挑战性的一个前沿性研究内容.根据电磁感应定律,基于神经系统内部生物电互相影响关系,建立了一个含电耦合和磁耦合的Izhikevich神经元模型,其中磁通量和膜电位之间的耦合由磁控忆阻器实现.然后,通过数值仿真研究电磁场耦合Izhikevich神经元的相位同步行为,发现直接-交叉耦合共存的耦合方式相较于其他耦合方式更容易使神经元达到相位同步.最后,利用Pspice为电磁场耦合Izhikevich神经元模型设计仿真电路,证明了数值仿真结果的可靠性.考虑电磁场效应对膜电位动力学及其神经元同步的影响,可以为进一步认知神经元及神经元网络信息编码、信号传递提供重要信息.     

基于动力学结构突变的混凝土坝裂缝转异诊断方法研究

提出了混凝土坝裂缝转异诊断的动力学模糊互相关因子指数法,并利用该方法检验了Logistic时间序列由倍周期分枝走向混沌的结构突变过程,表明该方法具有鉴别时间序列内在动力学层次和检测其突变特性的功能.考虑到混凝土坝裂缝系统是一个开放的、耗散的以及复杂的非线性动力系统的特点,引用上述提出的分析方法对某混凝土重力拱坝下游面裂缝进行动力结构突变分析,发现了该坝裂缝存在两个明显的动力结构突变点,由此实现了混凝土坝裂缝的动态转异诊断;由于动力学模糊互相关因子指数法可以直接依据实测的裂缝开合度序列对大坝裂缝进行转异诊断,因此该方法具有较好的实际应用前景.     

经济-资源-环境系统自组织演化的新模型

经济-资源-环境（ERE）系统是个典型的开放复杂自组织系统,将广义信息熵的概念引入复杂ERE系统,建立其普适的结构自组织演化方程,形成了复杂系统建模新方法,可揭示复杂ERE系统中多主体作用动力学及结构自组织演化过程。以国家可持续发展实验区ERE发展模式为例,根据1994～2005年指标数据,对其发展演化过程做了具体的模拟研究,揭示了实验区规划的实施对可持续发展系统的改进和完善是一个复杂的自组织过程.     

高超声速飞行器面向控制一体化迭代设计的参数化模型

针对高超声速飞行器复杂的运行环境以及强耦合的动力学特性,提出了一种适合控制一体化迭代设计的参数化模型.首先,讨论高超声速飞行器控制一体化迭代设计的必要性和研究现状.然后,采用二次曲线和状态类型函数法将典型的高超声速乘波体外形进行几何参数化.接着,基于面元法结合工程估算公式获取高超声速飞行器力和力矩,构建参数化的非线性动力学模型.进而,采用灵敏度分析策略得到力和力矩的解析表达式,将复杂的非线性动力学模型简化成适合迭代设计的仿真模型.最后,通过仿真实例验证了本文所提方法的可行性,结果表明所发展的参数化模型能够满足高超声速飞行器控制一体化迭代设计的需要.     

供需动态平衡下资源环境承载力评价理论模型与方法

资源环境承载力是认知区域人地系统发展潜能、评估自然生态系统服务功能的重要判据。在系统梳理资源环境承载力相关研究的基础上,重新认知资源环境承载力：1）资源环境承载力是某一时空尺度下资源环境供给侧与区域发展需求侧的数理关系的弹性阈值,可表征为一个状态方程;2）资源利用上线、环境质量底线、生态保护红线等约束条件是资源环境承载力综合评价模型的关键主控要素;3）识别主控要素、建立供需清单、明确供需网络是资源环境承载力综合评价模型应用需要解决的关键环节;4）现代地学技术、系统结构模型化技术、地理探测器、系统动力学等技术方法的快速发展,为模型的实践应用提供了重要的技术支撑。在此基础上,构建基于供需动态平衡理念的资源环境承载力综合评价模型,并应用该模型对岷江上游典型流域进行实证研究,测算并动态评估了该流域土地资源承载力的弹性阈值及承载状态。基于供需动态平衡理念的资源环境承载力综合评价的理论和方法研究,可为区域资源环境承载力提供新的测算工具。     

耦合基质-天然裂缝渗流机理的页岩气表观渗透率

页岩储层微纳米孔隙、天然裂缝发育,不同类型孔隙中气体赋存状态和传输机理各异.本文在对天然裂缝定量表征的基础上,兼顾页岩气渗流特征和实际工程应用需要,综合考虑页岩岩芯孔-缝发育特征,基于渗透率串-并联模型建立耦合基质微纳米孔隙气体滑脱效应、扩散效应和天然裂缝渗流特征的页岩气表观渗透率模型,利用四川盆地牛蹄塘组天然裂缝发育的页岩岩样对理论模型进行验证.研究结果表明,该渗透率模型即能高度拟合天然页岩岩芯渗透率实验测量结果,又准确描述了岩芯内部基质孔隙和天然裂缝共同渗流的特点,更加符合实际渗流情况.总之,本文建立的页岩天然裂缝定量表征方法和综合考虑微纳米孔隙、天然裂缝渗流特征的表观渗透率模型不仅为页岩气藏复杂裂缝网络建模提供了一种新的手段,而且进一步推动了复杂缝网页岩气藏数值模拟研究工程应用的实现.     

模糊综合评判法在城市交叉口综合质量评价中的应用

为了全面评价城市交叉口综合质量,选择了交叉口混合交通运行状态评价指标,并通过指标隶属度函数研究建立了相应的模糊综合评判模型.结合实例对其综合运行质量进行了评价分析和聚类排序,从而为评估城市交通拥堵、制定相应的交通管理和控制策略提供了一种有效的定量分析方法.     

合作演化中的反馈机制

生物和社会等复杂系统中合作行为演化的解释是一个长期悬而未决的重要基本问题,演化博弈理论为合作行为的研究提供了有效的理论框架.代价惩罚,作为博弈中促进合作行为的手段,近年来得到广泛关注与研究.本文首先介绍了合作与演化博弈的基本概念,综述了代价惩罚相关的实验和理论方面的研究结果,包括惩罚的演化、惩罚对合作的促进、惩罚的负面效应.研究了惩罚的回避对演化动力学产生的影响,以及机构性惩罚与奖励对合作演化的作用,最后总结了惩罚研究目前存在的问题以及可能的研究方向.     

黄河流域水库群多目标运行控制协同方法研究

依据协同学原理,提出了水库多目标运行控制的方法,该方法能够综合考虑水资源利用过程中相互冲突的供水、防洪、发电等目标.应用序参量构建了描述水资源子系统协调程度的有序度模型,并结合信息熵原理,建立了有序度熵,作为判定系统是否向协调有序方向演化的根据.对水库运行方式进行调控时,首先用模拟的方法获得初始方案,然后根据有序度和有序度熵对初始方案进行调控.应用该方法对黄河流域水库群的调控进行了研究.     

内编队重力场测量卫星全推力姿轨一体化控制研究

内编队重力场测量卫星作为一种新概念的纯引力轨道飞行器,通过精密定轨和相对状态测量实现高精度地球重力场测量.其中对外卫星的控制保持编队内卫星在纯引力轨道上稳定飞行是决定测量水平的关键因素之一.针对稳态工作模式的内编队系统,研究了仅用推力器实现姿态轨道一体化控制的问题,构建了姿态非线性和共用推力器引起的姿态轨道耦合的六自由度平动和转动动力学模型,并基于约束非线性模型预测技术建立了姿轨一体化控制的二次型优化模型.通过仿真实验可知,约束非线性模型预测控制方法计算快速,能克服部分约束条件的非凸性;推力器布局合理,推力消耗低,满足内编队系统任务需求.     

随机非线性系统二次跟踪型风险灵敏度指标下的满意输出反馈控制设计

在无限时区跟踪型风险灵敏度(risk-sensitive)指标下, 研究了一类严格反馈随机非线性系统的满意输出反馈控制问题. 所用指标函数为实际中常见的二次型函数, 而非为回避控制器设计及闭环系统性能分析的本质困难而采用的四次型函数. 对任意给定的风险灵敏度参数和期望指标值, 利用积分反推(integrator backstepping)方法构造性地给出了一个输出反馈控制器, 使得闭环系统在概率意义下有界, 并且风险灵敏度指标不大于所给的期望值.     

国家游泳中心子结构模型损伤识别试验研究

为对复杂空间结构进行损伤识别, 在损伤定位向量法的基础上, 提出了基于测点区域的损伤识别方法, 并引入归一化损伤定位指标判定损伤区域. 对国家游泳中心“水立方”子结构模型的两种损伤状态进行了识别试验. 采用力锤激励, 实测了子结构模型损伤前后的加速度响应, 利用特征系统实现算法对加速度响应进行模态参数识别, 采用基于测点区域的识别方法对子结构模型损伤区域进行判定. 结果表明, 所用方法能够有效定位损伤区域.