微尺度学在微型燃料电池数学模型中的应用

以微型质子交换膜燃料电池（μPEMFC）为研究对象，结合传统燃料电池的数学理论，运用微尺度流体学，建立了电池的数学模型。该模型根据动量守恒、质量守恒以及电化学、微／纳米尺度流体学，分析了微通道特性对电池性能的影响。通过仿真曲线与已公开的实验结果地比较，验证了模型的准确性。     

电渗驱动微流道内流场的数值模拟

针对微流道中电场和流场耦合的问题,建立了电渗流的数学模型,应用有限元法对微流道内的速度分布进行了稳态和瞬态的数值模拟.研究了电场强度、溶液浓度和微流道高度等因素分别对微流动速度在空间和时间上的影响规律.结果表明,在电渗驱动下,微流道中的流体流动呈现"塞状"流型,流动速度与电场强度及微流道表面静电势成正比,而与微流道的高度无关.微流体由开始运动到稳态的过度时间的尺度为毫秒量级,大小与微流道高度比值的平方成正比,而与电场强度和溶液浓度无关.研究结果为电渗驱动在微流控芯片中的应用提供了理论依据.     

Vega中云的仿真方法

比较了飞行视景仿真中几种常用的云模拟方法，分析了Windows平台上Vega中仿真天空和云的局限，提出了一种在Vega中基于非物理模型的模拟方法。该方法采用粒子系统实现，粒子为带纹理的多边形，并使用分段抛物线与随机量的叠加作为粒子运动方程。云层由大量粒子系统组成，并采用与视点相关的层次技术对场景中的各个粒子系统的粒子数量进行动态管理以减少计算量。最后给出了在Vega中的实现方法。     

流体真实性仿真的国内外研究进展

介绍近二十年来流体真实性仿真的研究进展,分别从底层开发和基于平台开发两个方面阐述了目前流体真实性仿真主要研究方法。从Navier-Strokes和Lattice Boltzmann method(LBM)两个方面介绍了基于底层开发的流体模拟算法及其实现方式;总结了基于平台开发的流体真实性模拟主流工具及其实现效果。在对各种方法进行分析对比的基础上,对流体真实性仿真的研究方式与思路进行了探讨,指出了流-体真实性仿真的研究热点与发展趋势。     

非导电工程陶瓷电火花加工放电通道模拟

采用粒子模拟与蒙特卡罗相结合的方法研究了非导电工程陶瓷电火花加工放电通道的形成机理,建立了其放电电离过程的模型,仿真了放电通道的微观形成过程,得到了放电通道中粒子(主要包括电子和离子)的空间分布.仿真结果显示:在放电通道的形成过程中,主要是电子在高速运动,离子的运动对放电通道的形成贡献并不明显.     

微通道热沉的稳健优化设计

将田口稳健设计方法用于硅基微通道热沉的优化设计，建立了微通道热沉的简化性能分析模型，确定了影响其散热性能的关键参数，利用正交试验和信噪比分析实现了参数的稳健优化。利用外部监控程序对CAD和CAE软件的脚本进行动态修改，并且创建专门的进程来执行修改后的脚本，采用共享文件和延时的方法实现主进程、几何建模进程和性能分析进程的同步运行，实现了稳健设计过程的自动化。     

基于格子Boltzmann方法的建筑自然通风仿真

为了研究建筑内自然通风条件下的气流流动规律和预测气流分布状况,在建筑流场低速不可压假设下,构建建筑自然通风的格子Boltzmann二维仿真计算模型,把整个建筑流场分为室内区域和室外区域;对于低雷诺数情况,提出了基于D2G9的建筑流场LBM仿真模型;对于高雷诺数建筑流场,提出了建筑流场LBM-LES仿真模型;对建筑平直墙壁用反弹格式,而对于弯曲墙壁采用曲边界格式。最后使用该方法分别计算雷诺数Re=500和Re=5000自然通风建筑流场的气流分布,并把该模拟结果和Fluent 6.1软件模拟结果进行了对比分析,证明该方法是一种行之有效的建筑流场仿真方法。     

基于Web的键合图法MEMS系统级多能量域仿真平台

通过对MEMS系统级仿真方法的研究，讨论了运用键合图法进行MEMS系统级多能量域仿真的可行性，提出了一种采用键合图／模拟框图混合表示进行MEMS动特性仿真的方法，并在该方法的基础上开发了一套基于功率键合图的MEMS系统级多能量域仿真软件平台“xi_Bond。同时一个基于键合图多通口场与结型结构的微元件库(包括梁、质量块、连接点、静电叉指等微元件)也在该仿真平台上得以实现，从而更好的支持了MEMS“Top Down”设计流程，并为系统快速建模提供了方便。最后通过一个多能量域MEMS系统仿真实例对该平台的有效性进行了验证。     

降落伞物理模型和充气过程的系统仿真分析

采用四种方法建立飞行物理模型来模拟分析和计算降落伞充气过程中的外形和各种参数的变化。四种方法分别是微段分析法、充气距离法、动量法和拟合伞衣外形方法，对计算结果进行了分析，并将结果绘制成图进行比较。     

周期级精确的微体系结构模拟器开发环境

为了提高开发高精度微体系结构模拟器的效率,设计了一种微体系结构模拟器开发环境uArch IDE。uArch IDE对处理器中的信号传递以及执行块进行抽象,通过调度算法模拟处理器硬件的并行行为。uArch IDE将模拟算法与用户自定义微体系结构相互独立使得开发环境与体系结构无关,并通过分析模拟器运行特征优化了在uArch IDE中开发的模拟器的执行效率。以MIPS 32处理器作为测试用例,uArch IDE生成的模拟器与Verilog建立的前仿模型进行比较,模拟器在模拟精度上达到周期级准确,模拟速度是后者的123倍。     

两层决策的波尔兹曼机方法

本文根据随机人工神经网络－波尔兹曼机的基本原理，提出了求解两层决策问题的波尔兹曼机方法。文中首先讨论了波尔兹曼机模型，然后研究了应用其求 解两层决策问题的方法，对示例仿真结果表明该方法是非常有效的。     

基于LBM的城市建筑群系统洪水灾害模拟

极端气候变化背景下,东南沿海地区遭受的潜在洪水灾害风险不容忽视。基于格子玻尔兹曼计算流体力学方法,针对沿海城市建筑群系统开展了海啸冲击情景下内涝过程三维仿真研究,对理想建筑群洪水冲击实验开展了数值模拟方法可靠性和准确性验证。研究结果表明：沿河道、海岸线布置的建筑群的遮掩效应明显,城市内部建筑群受洪水的影响较小;建筑的布置方向和间距分布对洪水路径影响明显。开展的大尺度洪水情景下城市建筑群小尺度模拟分析方法,解决了二维模型不能计算复杂流场、地形、湍流等问题,克服了建筑群三维网格划分困难,为当前基于城市信息模型的洪水灾害应急管理和城市建筑规划提供技术参考。     

基于半规则纹理的三维表面流场可视化方法研究

针对基于点噪声的流场可视化不够形象的缺点,提出一种更直观的基于半规则纹理的三维表面流场可视化方法。首先,利用Mesh quilting技术在三维物体表面建立网格结构,并以组成网格结构的三角形作为基本模型,匹配样本纹理,形成第一帧纹理;随着流体的流动,角点的移动形成了新的网格结构,并对变形后的网格重新映射形成新一帧纹理图;最后,各帧纹理相连形成了一帧帧连续的流场动画。匹配过程中,为提高效率并保持帧之间的连续性,提出了最优纹理集加速匹配。实验表明,该方法可以获得较好的可视化效果。     

Particle filter initialization in non-linear non-Gaussian radar target tracking

When particle filter is applied in radar target tracking,the accuracy of the initial particles greatly effects the results of filtering. For acquiring more accurate initial particles,a new method called"competition strategy algorithm"is presented.In this method,initial measurements give birth to several particle groups around them,regularly.Each of the groups is tested several times,separately,in the beginning periods,and the group that has the most number of efficient particles is selected as the initial particles.For this method,sample initial particles selected are on the basis of several measurements instead of only one first measurement,which surely improves the accuracy of initial particles.The method sacrifices initialization time and computation cost for accuracy of initial particles. Results of simulation show that it greely improves the accuracy of initial particles,which makes the effect of filtering much better.     

基于新的采样更新方法的粒子滤波算法

以往的粒子滤波采用由初始先验概率密度产生一组粒子,然后通过重要性密度函数去更新粒子,但会产生粒子退化的问题,因此引入了各种各样的重采样算法,但这样做又产生了粒子多样性丧失的问题。针对粒子滤波的粒子退化现象,提出基于新的采样更新方法的粒子滤波算法,新方法从滤波值和滤波误差协方差矩阵上产生粒子。仿真试验表明,新方法在非线性非高斯情况下要远远好于EKF。     

毫米波集成鳍线平衡混频器

本文介绍了Ka波段集成电路平衡混频器的设计和性能。此混频器使用了价格便宜的梁式引线二极管。对混频器中鳍线魔T的激励问题提出了一种近似计算方法,给出了适合于电路工程的设计经验公式。混频器包括中放在内的DSB噪声系数最小值为4.9dB,隔离度大于20dB。其噪声系数已接近二极管的最小值。     

基于SVM数据融合的实时粒子滤波算法

采用粒子滤波的目标跟踪算法在粒子数目较多时计算量大、实时性差,针对该问题提出了一种新的基于支持向量机数据融合的实时粒子滤波算法。该算法在估计窗实时粒子滤波的基础上,使用支持向量机融合窗内不同时刻粒子集,并根据融合的结果更新粒子权值,实现对目标状态的快速跟踪。相对于原算法采用最小化Kullback-Leibler距离来调整估计窗混合分布的权值,该方法的计算复杂度低、速度快,进一步提高了算法的实时性。对纯角度目标跟踪问题的仿真结果表明了该算法的可行性和有效性。     

微扑翼飞行器气动力和位置控制研究

随着微扑翼飞行器研究的不断深入,对其控制问题研究已引起了人们的重视.基于准稳态气动力模型,研究了微扑翼飞行器气动升力和阻力,建立了微扑翼飞行器纵向动力学模型,针对微扑翼飞行器非线性强耦合特点,采用切换控制策略进行纵向位置控制,选择扑动平面夹角和扑动幅度作为控制参数,利用位置误差和速度误差线性组合作为反馈信号,通过数值方法计算平均力,确定控制参数取值,完成了切换控制律设计.最后进行了微扑翼飞行器爬升飞行和水平飞行的控制仿真实验.     

Simulation and Experiment Based on FSMLC Method with EUPI Hysteresis Compensation for a Piezo-Driven Micro Position Stage

Micro/nano positioning technologies have been attractive for decades in industrial and scientific applications fields. The actuators have inherent hysteresis that can cause system unexpected behave in some extend. In this research, the authors used extented unparallel Prandtl-Ishlinshii(EUPI)models to represent the input-output relationship of a piezo-driven micro position stage. Integral inverse(I-I) compensator is used for compensating the hysteresis characteristics of the micro positioning stage and compared with direct inverse(D-I) compensator and inverse model(I-M) compensator. However,the accuracy and the robustness of the I-I compensator are worse when there is noisy in the system,a novel sliding-mode-like-control with EUPI(SMLC-EUPI) method was proposed and analyzed by different trajectory tracking experiments in Matlab environment. Though the above strategies can alleviate most deviation, the adjustment of the SMLC's parameters is very complex. So the fuzzy method is used to adjust these parameters and be verified by trajectory tracking experiments. Finally,for validating the proposed control method, the paper did the corresponding experiment in microscope with CMOS and obtained convincing results.