平面多层介质中空域Green函数的高效算法与应用

基于偶极子场理论，经过4个基本函数重构所有的矢量势和标量势谱域Green函数，并利用二级离散复镜像方法和高阶Sommerfeld恒等式，提出一种平面多层介质中的空域Green函数的高效算法．算法的优势在于：避免了利用传输线理论时需重写谱域Green函数各个分量，从而在不改变当前积分路径的前提下，直接提取表面波的影响，得到近区场和远区场都适用的空域Green函数，同时，有效地避免了电磁场混合势积分方程中电流（磁流）产生磁场（电场）的旋度因子，十分方便分析平面分层介质中三维结构的电磁散射和辐射特征，通过平面微带周期光子带隙（PBG）结构的S参数、大型微带天线阵列的雷达散射截面和平面分层介质中具有三维结构的目标的辐射场、散射场特性的数值分析，证明算法的有效性和正确性。     

一种快速TMF的无监督SAR图像多类分割算法

三重Markov随机场(TMF)模型非常适合处理非平稳、非高斯图像的分割问题.为了降低模型和算法的复杂性,以满足对实测SAR图像处理的实时、稳健和高效的需求,文中提出了一种快速TMF的无监督SAR图像多类分割算法.该算法首先针对SAR图像的乘性斑点噪声,研究了SAR图像四叉树分解的数字特征、阈值选取及分解规则,使得在图像平滑区进行粗分解,而在图像边缘区进行细分解,将图像快速映射成一种新的基于边缘信息的pixon描述,然后再将TMF算法进行扩展,导出了基于边缘信息pixon描述的TMF新的势能函数,最后完成Bayes最大后验模型(MPM)分割.测试数据和实测SAR图像的仿真实验验证了快速TMF算法的有效性.     

一种规避并联机构转向点奇异问题的新方法

提出了一种规避并联机构转向点奇异性问题的扰动函数方法．通过研究并联机构的构型分岔特性发现,单输入参数下的第2类奇异问题属于转向点奇异类型,并将并联机构通过转向点的模式划分为：保持的构型、非保持的构型和轨迹路径构型3种方式．研究扰动对构型分岔特性的影响表明,扰动使未受扰动系统的构型曲线在奇异位置附近被有限分离,且没有共同的奇异点．根据这一发现,提出了规避并联机构转向点奇异性问题的扰动函数方法,并给出了并联机构以保持的构型和非保持的构型通过转向点奇异位置的扰动函数构造方法．     

层状单轴各向异性介质并矢Green函数的递推算法及精确计算

采用递推算法计算任意数目三维层状单轴各向异性介质的并矢Green函数．根据层界面处电场和磁场的连续性条件得到3个确定Sommerfeld积分待定系数的线性方程组，分别对应于垂向单位电偶极子产生的TM波、水平方向单位电偶极子产生的TE波和TM波，这些方程组均可通过递推算法求解．只需改变3个线性方程组中源项元素的位置，就可以方便地得到当源点和场点在任意层时的并矢Green函数．通过将积分路径在复平面变形，有效地解决了出现在Sommerfeld积分中的奇异点问题．所给出的并矢Green函数表达式形式简洁、易于编程，且计算时无溢出现象．理论分析和数值计算举例说明了该算法的准确性和有效性．     

基于异构数据模型的电-气耦合网络状态感知方法研究

随着电力、天然气网络开放互联,多能流耦合在实现能源科学管理与优化调度的同时,彼此间能量转换使得原本独立能源网络的状态感知复杂度增加.因此,在实现快速分析及考虑耦合网络特性的基础上,本文提出一种针对多维电-气耦合网络的异构数据模型状态感知方法.首先,针对子网络交互影响以及相应检测变量变化过程,构建出刻画不同子网络时间响应特性的异构数据模型.然后将构造的模型通过归一化及函数转换得到对应的协方差矩阵提高节点数据变化灵敏度,并且将状态感知判断转化为随机矩阵谱差异值变化程度的分析.在确定网络状态改变的前提下,根据谱分布对应的最大特征向量得到发生变化的网络节点,从而完成整个耦合网络状态感知过程.最后对不同电-气耦合网络状态改变情况进行仿真,仿真结果验证了本文所提方法的可行性与有效性.     

飞轮储能系统机电耦合非线性动力学分析

对永磁悬浮-机械动压轴承混合支承式飞轮储能系统的机电耦合动力学问题进行了研究. 基于机电分析动力学原理, 给出了系统各部件的动能、势能、电机气隙磁场能和系统的耗散函数, 并由广义Lagrange-Maxwell方程建立了系统的机电耦合动力学微分方程组. 推导出了适用二阶多自由度常微分方程组的四阶隐式Runge-Kutta公式, 并运用Gauss-Newton法求解了机电耦合动力学非线性代数方程组. 完成了储能0.3 kW飞轮系统动力学特性分析, 研究结果表明, 上阻尼系数变化对储能飞轮系统的机电耦合共振频率没有明显的影响, 但是使系统的共振峰幅值大幅降低. 随着下阻尼系数增加, 系统的机电耦合共振频率增大, 同时系统共振峰幅值下降. 随着电机转子稀土永磁体剩余磁感应强度增大, 系统的机电耦合共振频率减小, 同时系统共振峰幅值增大.     

应变下管内电缆导体交流损耗计算模型

国际热核试验反应堆ITER（International Thermal-nuclear Experimental Reactor）上的CICC（Cable-in-Conduit Conductor）导体,将运行在大电流、快速励磁和瞬变磁场等复杂恶劣环境,为应对10T以上磁场的冲击,已部分采用铌三锡（Nb3Sn）导体.但缺乏应变下Nb3Sn导体交流（Alternating Current,AC）损耗机理的探索,为此,开展瞬变电磁场和宽应变区间的AC损耗计算方法研究,把复杂变化场中的耦合电流及穿透场简化为线圈励磁电流信号频谱效应,构造满足离散傅里叶转换（Discrete Fourier Transform,DFT）且包含频率、磁场及线圈特征等多参数的导体损耗计算技术.由模拟对比分析发现频谱算法的AC损耗更接近工程实际值,对快速励磁、特别是等离子体放电和破灭等情况,频谱算法和经典算法是相吻合的;对磁滞损耗和耦合损耗的相对误差计算,发现耦合损耗是线性累加的,磁滞损耗却并非完全如此,作为振幅、频率比以及相位角函数的相对误差的变化小于40%.结果显示傅里叶重组能取得满意效果.     

沿岸流不稳定运动对边缘波影响的实验研究

利用小波变换分析了1:100和1:40平直斜坡不规则波条件下沿岸流不稳定运动对边缘波的影响;沿岸流不稳定运动在垂直岸线方向和沿岸线方向时空变化特性;坡度对沿岸流不稳定运动的影响;沿岸流不稳定运动在实验室内的可重现性.结果表明:边缘波可以和沿岸流不稳定运动同时在垂直岸线方向和沿岸方向存在.在垂直岸线方向边缘波(波动周期20 s)的能量分布比沿岸方向更加明显,并且不会和沿岸流不稳定运动(波动周期100 s)有能量交换.而在沿岸方向,边缘波(波动周期20 s)的能量不再像垂直岸线方向更加周期性的出现,而且还和沿岸流不稳定运动(波动周期100 s)的能量有交换,特别是在均值沿岸流最大值附近.在时均沿岸流最大值附近,沿岸流不稳定运动获得能量的时间最早,而从这个位置向向岸和向海方向则开始逐渐延后;从地形影响角度看,坡度增大使得沿岸流不稳定运动在垂直岸线和沿岸方向的能量增强,并且在沿岸方向增大的程度要大于垂直岸线方向的.通过实验结果分析,相同实验条件下沿岸流不稳定运动有一定的可重现性.     

基于变分的图像分割算法

提出了一种新的基于变分的图像分割算法. 该算法以图像的边缘点为插值点，通过极小化一个能量函数产生光滑的阈值曲面，进而实现图像分割. 为了使所产生的阈值曲面保有原图像的边缘信息，同时又不过度锐化图像的边缘，采用非凸的能量函数，并通过引入二元能量函数，提出一种全局收敛的松弛算法，将一个非凸优化问题转化为一系列本质上的凸优化问题，从而克服了采用传统的梯度下降法会出现收敛速度较慢、甚至不收敛的困难. 实验结果验证了算法的有效性. 此外还初步探讨了相应优化问题求解过程中的参数确定问题.     

电力系统突变信号检测的一种实时小波算法

在积分小波变换的基础上,以选择的复值小波为例,分析了一种实时递推小波算法,详细推导了算法的实现过程,该算法大大减少了现有双向递推算法的计算量,可用于电力系统各领域故障的这时检测,并能推广实现其他小波函数的快速递推算法,基于复值小波变换相位信息对奇异性的敏感,提出了利用复值小波快速递推算法的相位信息辅助幅值进行电力系统故障突变信号实时监测的方法,并通过算例论证了这种复值小波和其实时递推算法检测故障的     

欠驱动双足机器人的指数稳定周期行走

步行机器人环境适应性强、结构复杂、运动控制难.本文研究了基于控制Lyapunov函数和混杂零动态控制的五关节欠驱动双足机器人RABBIT的指数稳定周期步态的行走方法.根据拉格朗日原理建立了机器人腿的混杂动力学模型,并对系统进行了输入/输出线性化处理.结合零动态的思想,构造了控制Lyapunov函数,设计了使混杂模型实现指数稳定的状态反馈控制器,利用限制Poincare的原理,证明了其周期轨道的指数稳定性.仿真结果验证该方法的有效性.     

基于天然气动态模型的电-气耦合网络稳定控制策略研究

随着终端能源系统的快速变革,天然气网络与电力网络的耦合程度日益增加,燃气机组可快速响应可再生能源出力的不确定性,同时也将引起天然气网络状况的巨大波动.因此,本文针对电-气耦合网络的相互作用,提出了有效的模型和方法对其进行动态分析.首先,对偏微分方程模型进行改进,使其能够有效反映天然气管道的端口特性.该线性模型显著地减小了传统模型的复杂度与计算量,更适用于电-气耦合网络的在线分析计算.在此基础上,计及压缩机的动态特性,提出了基于可变压缩比的电-气耦合网络稳定控制方法,保证电-气耦合网络的安全稳定运行.最后通过仿真算例,验证了所提模型的准确性和控制方法的有效性.     

谐和与随机激励共同作用下振动能量采集系统的响应预测

非线性振动能量采集技术是近年来获得广泛发展且有效的微电子设备供能手段,而各类设备工作的实际环境较为复杂,亟需建立更加贴近其真实服役环境的模型,以便对俘能效率开展准确的预测与分析.周期激励与随机噪声联合激励模型能有效模拟振动能量采集器的真实服役环境,但当前研究常局限于单独的周期激励或随机激励情形.为此,本文利用径向基神经网络方法,分析谐和与高斯白噪声联合激励下振动能量采集系统的瞬态响应.首先,构造由高斯基函数与时变权值系数组成的FPK方程试解;随后,采用有限差分格式离散时间导数项,构造由FPK方程残差和权值系数约束条件组成的损失函数;最后,对损失函数进行最小化,获得最优权值系数矩阵,进而得到系统时变响应概率密度函数的近似解.以单稳态与双稳态系统为算例,验证该求解方案,考察了机电耦合系数及机电时间常数对系统瞬态响应和输出功率的影响,并通过与蒙特卡罗模拟对比验证了理论解析解的正确性.结果表明,系统在所设激励扰动下,其响应概率密度函数的拓扑结构随时间演化有较大改变;调整系统关键参数将会诱导其发生随机跳跃以及随机P-分岔,且关键参数的改变对俘能效率有显著影响.本工作结果对探究能量采集系统的随机动...     

基于周期FRFT的LFMCW信号检测与参数估计

线性调频连续波(LFMCW)含有多个线性调频信号分量,具有低截获概率特性,雷达情报侦察系统对此类信号的检测与参数估计十分困难.针对这个问题,首先分析了LFMCW的分数阶Fourier变换(FRFT),通过对FRFT核函数的周期调制,定义了周期分数阶Fourier变换(PFRFT),推导了PFRFT和FRFT的关系.然后分析了LFMCW的PFRFT,提出了一种基于PFRFT的未知LFMCW检测和参数估计方法,并对其检测和估计性能进行了理论分析.最后仿真验证了该方法的有效性和合理性.相比FRFT,PFRFT通过对LFMCW的周期性积累提高了信噪比,适合处理具有周期调制的类似LFMCW信号.     

二进制序列非周期相关函数的新下界

为了减少或消除码分多址(CDMA)系统的多址干扰, 需要设计一组具有优良自相关函数(ACF)和互相关函数(CCF)的扩频序列. 一般而言, 很难夸大扩频序列对于CDMA系统的重要性, 因为其系统性能界取决于所用扩频序列的类型、长度和码片速率, 不同的扩频序列对应于不同的系统性能界. 建立了二进制扩频序列集的最大非周期自相关边峰值和最大非周期互相关值关于序列长度和序列数目的新下界, 这些下界比已知的Sarwate界、Welch界和Levenshtein界更紧.     

确定周期为2npm二元序列线性复杂度的快速算法

提出和证明了确定周期为2ⁿp^m的二元序列的线性复杂度和极小多项式的一个快速算法, 这里2是模p²的本原根. 算法既推广了确定周期为2ⁿ的二元周期序列的线性复杂度的一个快速算法, 也推广了确定周期为pⁿ的二元周期序列的线性复杂度的一个快速算法.     

反铁电体的极化与介电效应

基于Kittel的反铁电体唯象理论,从正和反电场方向双吉布斯自由能的角度出发,导出了反铁电耦合条件下电场对偶极子转向和对正反极化强度的影响规律,最终得到了电场相关的反铁电体的电滞回线和介电常数.数值模拟的结论是:在一个电场周期内电滞回线呈现双回线;在半个电场周期内,介电常数呈现双峰.当改变反铁电耦合强度和温度时,得到的电滞回线与介电常数的变化规律与报道的实验结果相吻合.反铁电耦合强度的增强或温度的降低,都会使反铁电性增强,表现为反铁电相到铁电相的临界转变电场增大,并在一定条件下消失,即因极高的临界转变电场使反铁电回线转变为细长的铁电型电滞回线.深入分析表明,该回线实质上为强反铁电体的特性,而并非表面所呈现的铁电相.     

复杂裂隙网络无压渗流分析的变分不等式提法

通过对仅适用于湿区裂隙渗流的Darcy定理进行延拓处理,并将潜在溢出面归纳为Signorini型互补边界条件,建立了定义在裂隙网络全域上无压渗流问题的偏微分方程（PDE）提法.为了减小试探函数的选取难度和消除溢出点的奇异性,进一步发展了与PDE提法等价的变分不等式（VI）提法,并给出了离散型变分不等式提法的有限元数值求解格式、迭代算法与计算流程.由于使用了连续型的Heaviside函数代替阶跃型函数,避免了对位于过渡区域裂隙单元进行积分时形成的数值跳跃,从而显著提高了有限元数值求解过程中的稳定性.典型算例的计算结果验证了该方法的有效性和可靠性,并表明基于离散裂隙网络模型的无压渗流分析不但可以较好模拟裂隙岩体渗流的非均质性和优势水流方向,还可以准确预测坡体内部排水结构的渗流量,为裂隙岩体边坡防渗排水系统的优化布置提供科学依据.     

圆柱形界面端部奇异性分析与纤维压入试验

应用弹性力学奇异积分方程方法 ,对测定纤维增强复合材料界面粘接强度的纤维压入试验进行了研究 .依据奇异性分析得到的粘接完好的圆柱形界面端存在应力奇异性的结论 ,建议采用临界界面剪应力强度因子作为表征界面粘接强度的一种参数 ,并以此解释了碳纤维增强环氧树脂复合材料纤维压入试验的试验结果     

一类新的窗函数——卷积窗及其应用

提出了用若干矩形窗的卷积运算构造出一类新的窗函数, 称其为卷积窗; 给出了第1至第8阶卷积窗的时、频域表达式; 研究了卷积窗在高精度谐波分析中的应用. 结果表明: 与具有相同时长的其他著名窗函数相比, 当采样同步误差较小时, 卷积窗具有最小的频谱泄漏效应, 因此特别适合于周期信号的高精度谐波分析和参量估计. 误差分析和数值结果均表明: 当使用p阶卷积窗对大约p个周期的采样信号加窗时, 各阶谐波的频率误差、振幅误差及相位误差均与相对频偏的p次方成正比.