间断动力学系统实时仿真的分段组合算法

对于含有间断动力学系统的实时仿真问题，由于间断点的不确定性和实时仿真的快速性，无法直接采用定步长和变步长RK方法以及一般非实时间断仿真算法进行处理。针对间断点采用四阶实时连续RK公式进行预估和对间断区间进行平均分段处理的思想，构造并且研究了实时间断处理的分段组合算法．在舍间断点的分段区间上采用新的加权值法，其余分段区间应用不同阶次的实时RK公式，可以有效地提高实时仿真的精度。数值实验的结果表明该算法是有效可行的。     

模糊步长LMS算法及其性能分析

以均方误差、输出与误差信号的相关系数作为衡量LMS算法收敛程度的标准及模糊推理系统的输入,提出了一种用零阶Sugeno模糊推理系统自适应调整步长的模糊步长LMS(FSS-LMS)算法,并从理论上分析了FSS-LMS算法的计算复杂度及其收敛性能。分析结果指出FSS-LMS算法的计算复杂度与传统LMS算法基本相当,但它具有更大的灵活性。自适应系统辨识的仿真结果表明FSS-LMS比传统的LMS算法及其它一些变步长LMS算法具有更好的收敛性能。     

航空发动机机载模型迭代计算优化方法研究

航空发动机是一个复杂、时变的多变量热力物理系统,其部件级模型的收敛精度与收敛速度对基于模型的发动机健康管理和容错控制等领域研究具有重要意义。现有的发动机部件级模型一般基于传统拟牛顿法进行各平衡方程的联立求解,较于传统牛顿-拉夫逊法(N-R法)收敛速度得到优化,但难以满足全包线范围内动态模型机载化应用的精度兼实时性要求。提出了一种自适应变步长因子拟牛顿法,可在保证模型计算精度的同时,最大程度地减少模型迭代次数,从而大幅提升模型计算速度,为模型的机载化应用创造条件。基于现役发动机计算平台MPC5554微控制器的仿真实验结果表明：相比于传统算法,所提算法具有更好的收敛性与实时性。     

基于自适应混合能量参数的变步长LMS水声信道均衡算法

提出了一种新的变步长算法,并将该算法用于水声信道均衡。该算法克服改进归一化最小均方(developed normanized least mean square, XENLMS)算法依赖固定能量参数λ的局限性,遵循变步长算法的步长调整原则在XENLMS算法的基础上引入一个自适应混合能量参数λk,改善算法收敛速度和鲁棒性。首先通过仿真分析变步长算法中的3个固定参数α,β,μ的取值范围及对算法收敛性能的影响;并在两种典型的水声信道环境下,采用两种调制信号对算法的收敛性能进行计算机仿真,结果显示,新算法的收敛速度明显快于XENLMS算法和已有的变步长算法,收敛性能接近递归最小二乘(recursive least square, RLS) 算法的最优性能,但计算复杂度远小于RLS算法。最后,木兰湖试验验证了带判决反馈均衡器(decision feedback equalization, DFE)结构的新算法具有较好的克服多径效应和多普勒频移补偿的能力,相比LMS-DFE提高了一个数量级。     

基于对数正态误差函数的变步长盲均衡新算法

为了克服常数模算法(CMA)收敛速度慢,收敛后均方误差大的不足,定义了对数正态误差函数和新变步长,提出了基于对数正态误差函数的变步长盲均衡新算法。通过调整对数正态误差函数的均值与方差及变步长特性参数来加快该算法的收敛速度并减小收敛后的均方误差。用深海声道轴信道,对该算法的性能进行了仿真研究。结果表明:该算法收敛速度快、收敛后均方误差小,较好地克服了CMA的缺陷。     

一种新的变步长LMS自适应滤波算法及性能分析

研究了自适应最小均方误差(least mean squares,LMS)滤波算法的步长选取问题。在详细分析现有变步长LMS算法的基础上,给出一种以双曲正切函数的改进形式为变步长的LMS算法。讨论了步长参数的选取原则及其对算法收敛性、抗干扰性和稳态误差的影响。该算法不但具有较快的收敛速度和跟踪速度,而且能获得更小的稳态失调。理论分析和仿真结果表明,该算法具有更好的稳态性能。     

基于不同奇对称误差估计的盲均衡算法

为了研究盲均衡算法中误差函数形式对盲均衡器性能的影响,定义并分析了不同奇对称误差函数的特点,提出了基于不同奇对称误差估计的变步长盲均衡新算法（DOSVCMA）。该算法充分利用误差函数的对称性来减小均方误差,利用变步长来加快收敛速度,在步长特性参数相同的前提下,用深海声道轴信道和双径水声信道对该算法进行了仿真研究。结果表明,用不同奇对称误差函数设计的均衡器,在收敛速度和收敛后均方误差方面的性能是不同的,但比常规的变步长盲均衡算法（VCMA）的性能优越,这一研究为提高盲均衡器性能提供了一条途径。     

基于改进的双曲正切函数变步长LMS算法

为了改进现有的变步长最小均方误差(least mean square, LMS)算法在低信噪比时性能较差的缺陷,提出了一种基于改进的双曲正切函数的变步长LMS算法,从理论分析和仿真实验两方面讨论了引入参数对算法收敛性、跟踪性、稳定性的影响及算法的抗干扰性。理论分析和仿真实验表明该算法在高低信噪比时均具有较快的收敛速度和跟踪速度以及较小的稳态误差和稳态失调,并且在低信噪比时该算法的收敛性、跟踪性、稳态性均优于其他多种变步长算法。     

基于相对误差互相关函数的变步长LMS算法

许多时变步长自适应滤波算法被用来解决标准LMS算法的固有矛盾,但实验表明这些算法易受独立噪声的干扰,或计算量大、耗时太长。针对上述问题,提出了一种新的变步长LMS自适应滤波算法,它采用相对的误差互相关函数来控制步长更新。该算法计算量小、易于控制,具有快速的收敛速度和较小的失调,不受已存在的非相关噪声的影响,可很好地应用于自适应对消系统中,且在低信噪比环境中仍能保持良好的性能。计算机仿真及实测数据的处理与理论分析结果一致。     

一种新的变步长LMS自适应算法

为了提高LMS自适应算法的性能,在对一类变步长LMS算法研究的基础上,提出了步长因子与误差信号之间的一种新的非线性函数关系,进一步改善了此类算法的性能。在相同收敛速度或者相同超量均方误差的前提下,该算法具有更小的超量均方误差或者更快的收敛速度。计算机仿真结果与理论分析相一致,证实了该算法性能优于原算法。     

卫星星座及其覆盖问题建模与可视化仿真

为了便于对卫星星座及其覆盖特性进行研究,笔者独立开发了一套卫星星座可视化仿真软件,该软件可以动态演示星座的三维几何构型、卫星的姿态运动以及相应的卫星星下点和覆盖区。该软件由存储、计算和结果显示模块组成。存储模块使用了数据库技术来对相应的初始参数进行操作;结果显示模块使用了OPENGL和简单GIS技术来演示星座运行、卫星姿态以及星下点轨迹和覆盖圆情况。并给出了计算模块所使用的轨道动力学模型、姿态模型以及覆盖模型。轨道动力学模型考虑了大气阻力和J2项摄动,并使用Cowell法建立轨道运动微分方程,利用Adams线性多步法进行求解,以保持较高的计算精度。姿态模型主要使用姿态四元数建立相应的姿态运动。覆盖模型则针对稀疏星座对固定目标的重访时间进行了建模,提出了数值法与解析法求解重访时间的方案。最后给出了程序运行效果与仿真算例。     

基于SIMPLORER的电源电路仿真

基于ANSOFT公司的仿真软件SIMPLORER,提出一种电源仿真方法。即通过SIMPLORER与C语言的接口,以三相电压型SPWM变流器的建模为例,介绍了用C语言进行模型仿真的基本步骤、模型矩阵方程的创建以及针对给出的模型矩阵方程实现SIMPLORER仿真。该方法与其他仿真软件相比较,可以利用C 的强大语言功能以及全面的图形函数库,进行用户自定义模型的仿真。     

基于可用度模型的故障预测与健康管理方法

为了将故障预测与健康管理(prognostics and health management, PHM)技术应用到工程实践中,提出了基于可用度模型的PHM方法。首先通过广义随机Petri网(generalized stochastic Petri nets, GSPN)和连续马尔科夫链(continuous time Markov chain, CTMC)建立基本单元的软硬件可用度模型和健康状态转换图,通过求解微分方程得到基本单元软硬件的可用度数值。然后综合软硬件之间的故障相关性建立基本单元的完整可用度模型,并利用事件调度仿真机制得到其可用度的解。最后将基本单元故障模型同通用的可修系统稳态可用度模型对比,得到“可用度-故障率-维修率”形式的PHM计算模型,并以此作为工程应用中PHM分析的有效手段。     

透平湿蒸汽非平衡流动仿真模型

分析了湿蒸汽的自发凝结特性,假设湿蒸汽叶栅流动为两个过程:叶栅内流动和叶栅后穿越凝结冲波的流动.建立了透平湿蒸汽非平衡流动动态仿真模型,并进行了时间步长修正,模型可以用于蒸汽轮机的动态仿真计算.模型由两相流体质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程,过热蒸汽方程、流动压降方程、激波前后关系式及其它两相流关系式组成,考虑了叶栅几何尺寸、叶型损失等多个影响因素.仿真算例表明,稳态仿真结果满足精度要求,动态仿真结果趋势合理.     

改进的离散化方法在二维电磁散射中的应用

电磁散射问题的数值解通常采用积分方程结合矩量法求解,而阻抗矩阵元素的计算是影响矩量法计算精度和效率的重要因素之一。对于电大尺寸目标,要保持计算精度,传统矩量法需成倍细化网格剖分,这将耗费大量的计算机资源,并且计算效率大为下降。针对二维散射情况,引入二级近似方法来生成阻抗矩阵,将计算结果与传统矩量法及数值积分进行了比较,结果表明:该方法在同等计算精度的前提下,所需未知量数大大减少。     

两类隐式单块混合法

对解m维Stiff常微分方程初值问题提出了可高度并行计算的r-点r 3阶A－稳定和r-点r 2阶L－稳定的两类隐式单块混合法，由此两类方法所导出的方程组可用“完全平方”迭代法解之，如使用r个处理机并行计算，则每个处理机上的LU－分解运算量为m^3/3 O(m^2)。文末给出了算例。     

标准型双线性比例——微分变结构系统的循环进位控制

在标准型双线性比例变结构系统循环进位控制的基础上，研究这种系统的比例—微分变结构控制。采用时间采样循环和状态变量循环的双进位控制算法，使系统的微分方程成为能分离变量和递推求解的一阶微分方程组。从减小系统失调误差的最终控制目的出发，提出了状态变量分量的步进置换概念。使用旋转算子表达比例—微分变结构的切换。用统一的时钟信号实现控制策略中的三种变换。给出了控制策略的结构图。     

基于OpenFOAM的充液航天器刚-液耦合仿真

针对航天器姿态控制系统的设计需要,利用开源软件OpenFOAM搭建用于充液航天器刚-液耦合计算的仿真软件。在动边界问题中,推导出非惯性系下的N-S方程,避免了传统CFD软件中动网格法所带来的大量网格转换计算,提高软件计算效率。采用PIMPLE (pressure implicit with splitting of operators,semi-implicit method for pressure linked equations)算法搭建了晃动力求解模块,采用变步长龙格库塔法搭建了姿态运动模块,实现航天器的基于CFD方法的刚-液耦合仿真。利用该软件对相关算例进行了数值仿真,其结果与基于等效力学模型的刚-液耦合程序以及商业软件的计算结果吻合良好。     

面向CPU、GPU多目标机的混合求解器设计与实现

传统常微分方程的并行求解方法主要包括面向任务的并行和面向方法的并行,但是这两种求解算法,只能利用CPU,或者只能面向同质形式的ODE(ordinary differential equations)簇,存在严重不足。以RIDC(revisionist integral deferred correction)算法为基础,设计了一种面向CPU、GPU多目标机的混合求解器,基于流水线形式求解微分方程组,实现了单个方程组的内部和不同方程组之间的并行计算,进而能够充分发挥GPU的多核优势,有利于计算节点内部的负载均衡。仿真实验验证了框架的效率、准确率和精准度。     

地空导弹制导控制系统仿真设计、验证和确认

地空导弹制导控制系统仿真,贯穿制导控制系统研制的全部过程.仿真软件的设计、验证和确认关系到仿真的合理性、正确性和高效性.主要从工程应用角度出发,采用模块化软件设计思想,选择Fortran和Matlab∕Simulink仿真工具混合编程, 简化数学模型、统一计算步长,初步完成仿真软件的设计.在此基础上,核查全套程序,初步判断计算结果的正确性,然后进行手工复算、功能检查来验证(Verification)模型,最后分别通过仿真结果与实际飞行试验结果相比较的主观方法和Their不等式系数法(TIC法) 、秩和检验法的静态一致性检验以及功率谱估计法的动态一致性检验的统计检验方法来确认(Validation)模型,从而较好地解决了仿真软件的设计、验证和确认问题.