非匀速运动物体系统的动生麦克斯韦方程组理论

从实际工程应用角度出发,我们构建了非匀速运动介质(物体)系统中的动生麦克斯韦方程组(Maxwell’s equations for a mechano-driven media system),拟解决在非惯性系中低速变速运动介质以及介质形状和边界随时间/空间变化时电磁场的动力学演化规律.本文概括总结了动生麦克斯韦方程组理论的核心内容,包括方程组的构建背景、物理图像、基本特点、与经典方程组之间的区别和联系、求解方法、潜在应用范围等.深入探讨了动生麦克斯韦方程组和经典麦克斯韦方程组之间的四个主要区别,并提出近场电动力学与远场电动力学的基本概念.最后,对动生麦克斯韦方程组在科学和技术方面的潜在影响进行分析和展望.     

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.     

双绕组多相高速整流异步发电机系统的分析

在分析和定量计算双绕组多相高速整流异步发电机电流谐波和磁势谐波关系的基础上，提出了把发电机系统分成两个子系统分别进行分析计算的新思路．对十二相功率绕组与整流负载系统采用电路分析方法，用基于电路拓扑理论的回路电流法列写网络方程，求解过程中定步长和变步长联合使用，解决了计算结果的稳定性问题，得出了功率绕组电压、电流及其基波分量．对定子双绕组与实心鼠笼转子系统采用电磁场分析方法，电磁场有限元和多变量优化法迭代相结合求出了控制绕组电流和定子频率．计算结果和实验结果吻合，说明了所提方法的有效性和准确性．     

MRI低噪声前置放大器设计研究

本文研究、设计了一个可用于MRI的低噪声前置放大器．提出了一个3元件的噪声匹配网络方案,用以变换50Q信号源阻抗为FET的最佳源阻抗,以使前置放大器的噪声系数达到最小,并具有可观的增益．实验证明前置放大器输入端在阻抗匹配条件下可获得最大增益但噪声系数不小．用砷化镓场效应管（AsGa-FET）ATF33143作为放大管制作的单级低噪声前置放大器在128MHz（3T）频率上用网络分析仪（HP8712C）测量增益可以达到25dB,用噪声系数分析仪（8970B）测量的噪声系数为0．43dB．     

从环状网络到链状网络同步能力的变化

通过理论分析发现，单向耦合结构与双向耦合结构的环状网络，在断开一条边从环状变为链状时，网络同步能力所发生的变化是完全不同的．从双向环状耦合结构到双向链状结构时同步能力是减弱的，在Ⅳ很大时同步能力约为原来的1／4；而从单向环状耦合结构到单向链状结构时同步能力却明显增强，在N很大时增强约N^2／（2π^2）倍．数值仿真也定性地验证了这一结论．还发现在单向耦合与双向耦合两种不同的环状网络上添加一条不同长度的边对同步能力的影响是不同的，对于单向环来说添加一条边对同步能力影响具有一定的规律性．同步问题是一个基本的物理问题，文中的结果对于一些现实世界的网络，比如生物生态系统、电路设计等的应用具有一定的参考意义．     

50 GHz宽带采样电路相位误差及其不确定度的精确鲁棒估计

在50GHz宽带采样示波器的内部采样电路SPICE仿真模型的基础上,分析了内部采样电路产生相位误差的原因;定义相位误差为NTN(nose-to-nose)校准方法所获得的采样电路冲击响应相位与电路真实冲击响应相位之间的偏差,并给出了相位误差的计算方法,得出在50GHz时仿真的默认采样电路模型的相位误差为7.03°;逐一改变模型的各个参数,研究这些参数与相位误差之间的关系,在各个参数不确定度均为10%的前提下,分别量化分析采样电路每个元件参数的变化对相位误差的影响;在此基础上按照使相位误差增大或减小的趋势同时改变全部元件参数,可获得相位误差的上限和下限.基于B类估计理论,将这些参数的影响加以综合,得出模型相位误差的不确定度为1.34°.这一结论在国际上尚属首次提出,可直接应用到大信号网络分析仪简称LSNAs(large signal network analyzers)的50GHz带宽的相位校准中,具有极高的实用价值.     

基于STDP规则和忆阻桥突触的神经网络及图像处理

忆阻器是具有记忆和类突触特性的非线性电路元件.基于此特性,文中提出了一个基于STDP（spike-time-dependent plasticity）学习规则的忆阻桥突触电路,它具有可以作为人工神经网络突触的优势.根据此优势,将这个新的电路与其他电路和网络结合,构成全新的电路和网络.首先将该忆阻桥突触电路和3个附加的晶体管结合在一起,实现神经网络的突触运算,并构建完整的忆阻桥突触神经网络.然后再将它与细胞神经网络结合用于图像去噪、边缘提取、角检测和汉字识别.最后,通过一系列的仿真实验证实了该方案的可行性,说明基于STDP学习规则的忆阻桥突触神经网络更具仿生特性,而且集成度更高、模板更易更换,有望解决实时的复杂的智能问题.     

电磁带隙结构及左/右手结构的关系研究

提出了两类对偶的周期性电路，并根据色散关系证明了它们通带和阻带的分布情况．在此基础上，绘制了三个有代表性的实例的Brillouin图，用AgilentADS仿真了这三个实例的S参数，用实验验证了其中一个实例的S参数，并与根据色散关系得出的相位特性进行了比较．理论分析和实验证明了两类周期性电路在不同的频率范围内分别表现为电磁带隙特性、右手特性和左手特性，从而揭示了三类结构的内在联系，论证了同一物理结构在不同频段内实现三种特性的可能性。     

低成本餐饮点菜终端无线解决方案

在分析无线餐饮点菜设备发展的基础上,给出了主题的应用背莆。硬件电路中选择了Integration公司低成本的IA4421芯片作为无线通信电路的主芯片,并设计了通信圉件程序。当多个无线餐饮点菜终端与主机通信时,通过简化Modbus协议使之应用于此半双工系统。实验证明,此无线解决方案稳定可靠,现场效果非常理想。     

面向非常规突发事件的区域物流配送网络体系设计

通过对非常规突发事件发生前后的区域物流配送网络形态及特征分析，揭示了面向应急状态的区域物流配送网络规划设计的要点。在此基础上，基于全过程管理的理念，提出应急物流配送网络体系设计由应急物流配送网络的规划、建设、运营管理三个阶段构成，并对各个阶段的工作内容及重点方法进行了分析。最后，以成都市为例，分析了成都市应急物流网络设计的关注要点，验证了体系设计方法的有效性。     

可扩展的DHT网络爬虫设计和优化

KAD网络是目前基于实际应用的一个最大的DHT网络,针对KAD网络的测量成为研究实际DHT的很好途径.各种针对覆盖网络的基于主动和被动的测量研究也正逐步展开,在主动测量中,网络爬虫是一项很重要的基础工作.通常,这类爬虫从一个起始的已知节点集开始扫描,然后通过迭代式地查询来获取更多的节点信息.设计爬虫的时候通常希望达到3个性能方面的目标:尽快完成对一个已知的节点集的扫描,尽可能抓取到更多的节点信息,尽量减少网络带宽的占用.由于这些目标之间存在互相制约关系,单纯优化其中的一项性能可能降低其它性能.文中提出了一个基本的DHT网络爬虫的框架,并提出基于该框架上可能的扩展,充分利用覆盖网络中的拓扑结构,对爬虫各部分工作的权重进行调整,从而降低爬虫总的工作量,达到对以上目标的优化.     

一个支持空间上下文的访问控制形式模型

利用上下文信息对授权决策进行控制已越来越受到重视．在无线和移动网络领域中控制资源的访问要求定义支持空间上下文的访问控制形式模型．然而，传统的RBAC模型并不能满足这些空间上的需求．文中对现有的RBAC模型进行扩充，提出了SC-RBAC模型，使其在定义安全策略时能结合用户的当前物理位置信息．提出了空间角色的概念，为角色赋予逻辑位置域以指定角色可以活动的空间范围．角色激活依赖于用户从移动终端获得的当前物理位置．紧接着，给SC—RBAC弓j入层次来表达权限、激活继承等关系．证明用层次化的空间角色在数学上可构建格模型以实施多级安全策略，使其更适合安全关键的位置感知信息系统对信息流的安全控制要求．随后，受限的SC-RBAC描述了3类限制：空间的职责隔离限制、基于位置的基数限制和基于位置的时序限制，这些限制允许表达位置感知系统中细粒度的空间语义．最后，为受限的SC—RBAC模型设置了9个不变量，证明了其基本安全定理，为模型在实际环境中的应用奠定了基础．     

高精度光学元件控时磨削方法研究

高精度、大口径光学元件的需求量与日俱增,传统铣磨-研抛-修形工艺路线因其较低的加工效率面临挑战.为提高光学元件制造效率,使其能快速达到最终修形工序的入口条件,本文将柔性砂带磨削工具引入光学确定性加工.通过研究光学元件控时磨削材料去除机理,提出一种新的材料去除方法,通过控制关键加工参数,成功获得了高效可控的去除函数.根据理论分析搭建了光学元件控时磨削样机,在一块200 mm×200 mm的平面微晶玻璃上进行控时磨削实验.结果表明面形误差由2.31μm PV、0.38μm RMS收敛至1.76μm PV、0.27μm RMS,过程用时仅53 min,效率为同尺寸磁流变抛光轮的10倍以上.控时磨削在修形同时可将微晶玻璃的毛面迅速抛亮,满足波面干涉测量要求.结果验证了光学元件高效控时磨削方法误差收敛的可行性,有望大幅缩短最终修形工艺前的研磨抛光加工周期.     

一般复杂动力网络的优化牵制控制

本文研究了一般复杂动力网络的优化牵制问题.基于线性反馈方法,提出了通过牵制控制将一般复杂动力网络在目标态达到全局指数稳定的策略.特别地,回答了这样一个基本的问题:如何在牵制节点数目和反馈增益之间选取一个优化组合?最后用3个例子来说明该方法的有效性.     

基于模块双向迭代的电力系统仿真新算法研究

提出了一种基于模块双向迭代的电力系统暂态稳定仿真新算法. 首先将电力网络划分成以树形结构相联的多个子网, 将划分后的电力网络和发电机、励磁系统等元件分别单独处理为计算模块; 由各计算模块联接构成电力系统计算树; 而后通过沿计算树进行的前向简化和后向回代计算来实现电力系统方程的Newton法求解. 该算法有效提高了电力系统方程联立求解的效率, 为大规模电力系统并行仿真的实现提供了新方法. 在新英格兰测试系统和我国华北东北联网系统上对该算法进行了仿真测试, 与商业软件BPA结果进行了比较.     

线性定常系统特征模型的证明

研究线性定常系统的特征建模问题，证明了多输入多输出线性定常系统的特征模型可以用二阶时变差分方程组描述，并且刻画了特征模型的建模误差，在系统不含零实部极点的情形下，在稳态和暂态时建模误差分别为0和O（h），一般情形下，分别为O（h^2）和D（h）．该证明表明特征建模与一般模型降阶方法是本质不同的，特征模型是把高阶模型的有关信息压缩到几个特征参量之中，并没有丢失系统信息．     

喷射转发算法:一种基于Markov位置预测模型的DTN路由算法

典型的容迟网络(DTN)场景常表现出大延迟、易中断、高误码率等特点,其中高效节能的路由算法更是一个亟待解决的问题.现有方法主要是通过发送多个副本来提高数据传输的可达性概率,但网络开销很大.为了同时兼顾成功投递率、网络延迟和网络开销,文中提出了基于Markov位置预测模型的DTN路由算法(喷射转发算法).该算法根据节点经过路径的历史信息,用2阶Markov预测机制预测目的节点可能的位置,针对该位置进行多路径的贪婪转发,使包有方向地扩散,减少网络中包的副本数.采用多副本转发的混合发送模式,在保证成功投递率的基础上,有效地减少包副本数,弥补了使用单一模式时不能兼顾网络开销和成功投递率的不足.仿真结果显示,在小节点密度、节点移动速度较快的网络环境下,与spray and wait算法相比,喷射转发算法能有效地提高成功传输率,减小网络开销.     

集成于薄板的压电型随机振动能量收集器件优化设计

将压电薄膜粘贴于方形薄板表面即构成实用的振动能量收集器件,本文研究此类器件在受到宽带随机点激励作用时以平均输出功率最大为目标的优化设计问题,具体包括压电片布置位置和尺寸要求、最优负载电阻等.首先,导出机电耦合系统关于位移和输出电压的随机偏微分-积分方程组,通过模态分析技术消去空间项得到关于主坐标和电压的无限维随机常微分方程组.进而,由线性随机振动理论建立平均输出功率的解析表达,优化问题据此展开.研究表明:宽带激励作用时,压电片最优中心位置处于激励点及与之相应的3个对称点;在最优布置条件下,平均输出功率随压电片尺寸增加近于单调增加,而增速渐缓,据此可定义最优尺寸;在最优布置条件下,平均输出功率随外接电阻的变化有极值出现,可由此断定最优负载电阻.上述研究揭示了对称最优布置位置的存在性及输出功率对布置位置的敏感性,对平板型随机振动能量收集器件的优化设计有一定的指导意义.     

基于MRT-LBM的分形裂隙网络渗流数值模拟

单一裂隙渗流规律的研究是岩体裂隙网络渗流规律及渗流场与应力场耦合作用研究的基础和关键．由分形插值算法重构天然粗糙裂隙面，用LatticeBoltzmann方法的MRT—LBM模型，在岩石粗糙裂隙表面微观结构的层次上，对两种具有不同垂直比例因子的粗糙裂隙面进行了数值模拟，得到优势渗流路径长度后，预估了渗透率．针对难以找到优势渗流路径的天然裂隙网络，在数值试验的背景下，提出了一个新的预估渗透率的截面渗透率加权法．该算法不具体针对某条优势路径或某些较优势路径，而是考虑每个截面对阻碍流体通过的贡献．接着对两组基于图像处理的天然裂隙网络进行了数值模拟，预估了各自的渗透率并再现了偏流现象，发现优势渗流路径在演化初期已具雏形，以后逐渐被强化．此外，使用该方法可以清楚地观察到渗流网络中的局部流体流动细节，局部分支路径回流和局部漩涡可能同时存在．证明了该方法的有效性，并为后期的跨尺度渗流模拟奠定基础．     

地震动随机场的POD降维表达

本文从本征正交分解(POD)的基本理论出发,推导了非平稳随机向量过程的两类POD表达,即基于正交随机变量的POD表达和基于随机相位角的POD表达.澄清了基于随机相位角的POD表达是基于正交随机变量的POD表达的一个特例,并从基本随机变量的数量和约束条件两个方面剖析了它们之间的差异,发现通过施加约束条件可以有效地降低随机向量过程模拟的随机度(基本随机变量的数量).为此,通过对基于正交随机变量的POD表达施加更强的约束条件,实现了仅用2个基本随机变量即可对非平稳随机向量过程进行高效降维模拟,进而可在全概率信息上精细地表达非平稳随机向量过程.通过对地震动随机场模拟的数值分析,得到了非平稳地震动加速度向量过程的均值、标准差、演变功率谱及相关函数等均与目标值拟合一致的良好结果,说明了本文方法的有效性.同时,为了进一步从地震动的工程特性方面验证本文方法的适用性,根据《中国地震动参数区划图》中划分的5种场地类别,选取920条实测强震动记录,从地震动加速度的反应谱和傅里叶幅值谱两个方面进行了对比分析.研究表明,本文方法模拟结果与实测强震动记录具有很好的一致性,这为本文方法的工程应用奠定了坚实基础.