一种新的基本随机变量重要性测度指标体系

综合当前基于方差的重要性测度与矩独立重要性测度的优点,建立了一个新的随机变量重要性测度指标体系。该体系从输出响应量的均值、方差以及可靠度指标方面对随机变量的重要性进行了分析,进而根据不同的要求衡量基本随机变量对系统或模型输出的影响程度。给出了各个重要性测度指标的定义,并探讨了他们与现有的基于方差的重要性测度指标的关系。通过算例说明了所提新的重要性测度指标体系的优越性。结果表明:新指标体系中的指标不但可以反映旧的指标,而且还对其进行了修正,克服了基于方差的重要性分析中随机变量取不同实现值时对输出响应量的影响相互抵消的问题,从而更加合理地衡量随机变量的重要性;与当前矩独立的重要性分析方法相比,新的指标体系在继承其优点的基础上能够从不同侧面更加全面地对随机变量的重要性进行分析,因而具有更广泛的应用范围。     

基于重要性测度降维的液压管路稳健优化设计

提出一种基于重要性测度的降维预处理优化方法,对不确定环境下飞机局部液压管路系统的稳健性优化问题展开研究。引入区间模型描述随机变量分布参数（即设计变量）的不确定性,引入基于方差的重要性测度衡量设计变量对优化目标的贡献程度,从而筛选出对优化目标影响较大的设计变量,简化优化模型。该方法可以有效降低优化问题的维数,进而减少优化的计算成本。通过数值算例验证了所提方法的合理性和可行性,并采用该方法对飞机局部液压管路系统进行了稳健性优化设计。     

基于双重响应面法的航空发动机叶片振动概率分析

为了更精确地研究航空发动机叶片通过共振转速区发生短时间共振时的可靠性,在考虑共因失效(由振动一种因素引起的叶片变形和应力失效)的基础上,提出了航空发动机振动可靠性分析方法的双重响应面法。通过模态分析和谐响应分析得到叶片的最大变形和最大应力,选取密度、转速和气动力为输入变量,变形和应力为输出响应,建立了叶片最大变形和最大应力的响应面数学模型,在考虑转速、气动力、材料密度的基础上,得出了叶片的可靠性。分析结果表明:当叶片的允许变形量均值为2.45mm,方差为0.0368 mm,许用应力均值为540MPa,方差为8.1 MPa时,可靠性概率为99.14%。通过与Monte-Carlo法进行比较,验证了双重响应面方法在叶片发生短时间共振中的可行性和有效性。     

湍流模型系数不确定度对翼型绕流模拟的影响

使用非嵌入式多项式混沌方法研究了湍流模型系数的不确定度对RAE2822跨声速翼型绕流模拟的影响。计算中关注了数值模拟的积分量（升力系数、阻力系数）和局部量（壁面压力、摩擦系数和空间马赫数分布）的不确定度量化结果。首先,从单输入变量入手,研究卡门常数的不确定度对数值模拟的影响。然后,同时考虑Spalart-Allmaras模型中9个参数的不确定度带来的影响。通过多项式混沌展开,得到系统输出对不确定输入变量的响应,由此可以得到输出的统计特性,包括平均值、方差和极值等信息。最后,在多变量不确定度量化过程中,通过Sobol指标来量化每个输入变量的不确定度对输出不确定度的贡献程度。本文计算只考虑了RAE2822跨声速翼型模拟的单一计算状态,影响规律是否可以推及其他工况和算例需要进一步检验。     

矩独立重要性分析的Kriging代理模型方法

结构重要性分析是结构不确定性分析的重要研究内容之一。作为一种矩独立的重要性测度指标,基于失效概率的重要性测度能够有效地反映输入变量的不确定性对结构失效概率的影响。然而,相比于其他形式的重要性测度,对基于失效概率的矩独立重要性测度进行高效准确的求解仍然存在一定的困难。基于此,结合Kriging代理模型提出了一种高效的矩独立重要性分析的新方法。所提方法首先通过较少的实验设计样本构建能够充分近似真实输入输出响应函数的Kriging代理模型,进而通过数值模拟策略对所构建的Kriging模型进行分析,最终求解得到各个输入变量基于失效概率矩独立重要性测度的主效应和总效应,给出各个输入变量对于失效概率的影响程度排序。相比于现有方法,所提方法由于引入Kriging代理模型极大地降低了对响应函数的计算次数,同时保证了重要性分析的计算精度。两个工程应用实例结果表明了所提方法在计算效率和计算精度方面的优势,体现了所提方法良好的适用性。     

两种基于方差的全局灵敏度分析W指标改进算法

在全局灵敏度分析(SA)中,基于方差的灵敏度分析指标(包括Sobol指标和W指标)应用广泛。其中Sobol指标是将输入随机变量固定于特定点时,求得其对输出响应量的平均影响;而W指标求解当输入随机变量在各自分布区间上缩减变化时,输入变量对输出响应量的影响程度。相比Sobol指标,W指标所反映的信息更加全面。但目前对W指标的求解方法还比较欠缺,双层重复抽样蒙特卡罗(DLRS MC)方法和双层一次抽样蒙特卡罗(DLSS MC)方法是两种传统的求解方法。针对W指标的求解问题,提出了两种新算法:改进的蒙特卡罗模拟(AMCS)和基于稀疏网格积分(SGI)的方法。AMCS只需抽取一组样本便可计算出所有变量的各阶W指标,由于该方法是通过筛选策略来计算条件区间上的方差,避免了DLSS MC法中由于小数取整带来的计数误差,从而提高了计算W指标的精度。基于SGI的方法则利用稀疏网格积分来计算三重矩进而得到W指标,由于该方法继承了稀疏网格积分的高效性,因而进一步提高了W指标的计算效率。最后,给出了两个数值算例和一个工程算例,用于验证所提方法求解W指标的准确性和高效性。     

基于失效概率的矩独立重要性测度的高效算法

基于失效概率的矩独立重要性测度能够有效地分析输入变量不确定性对结构系统失效概率的影响程度。然而,相比于基于方差的重要性测度,目前很少有足够准确、高效的方法计算该重要性测度。基于此,提出了一种高效求解基于失效概率的矩独立重要性测度新算法。所提算法采用基于分数矩和高维模型替代的极大熵法来高效估计条件概率密度函数,进而求得条件失效概率,再采用三点估计法求得相应条件失效概率的方差,即基于失效概率的矩独立重要性测度。由于所提算法中极大熵法和三点估计法的优点直接被继承,因此所提方法能够在较少的模型计算量的前提下给出足够准确的计算结果。算例表明了本文所提方法相对已有计算方法的优势,体现了更好的工程适用性。     

典型螺栓连接件的随机振动多模型灵敏度分析

为分析组合模型输出响应不确定性的来源及其影响,本文提出多模型合并下的方差灵敏度和矩独立灵敏度指标及其分析求解方法.模型方差灵敏度量化了各单模型对组合模型输出响应方差的影响.模型矩独立灵敏度则量化了各模型对组合模型输出响应的概率密度函数的影响.同时,本文还给出了两种模型灵敏度的求解方法.最后,以航空典型螺栓连接件为例,分...     

民用涡扇发动机多变量增广LQR控制器设计

针对民用涡扇发动机设计多变量控制器,提出将多变量增广LQR控制算法引入到民用涡扇发动机的方法。将发动机控制量作为增广的状态向量引入LQR算法设计,并根据控制系统回路的性能需求,设计期望动态响应曲线;期望动态响应与实际动态响应的差值范数作为优化目标用来调整、确定LQR控制算法的权阵取值;设计的控制器与民用涡扇发动机非线性模型仿真验证。结果表明,多变量增广LQR控制器满足民用涡扇发动机的控制需求。     

一种非线性滤波器的误差分析及应用

针对一类具有未建模误差和扰动的非线性系统的状态估计问题,提出一种在线估计并补偿模型误差的非线性滤波算法,该算法利用非线性预测滤波(NPF)基于预测输出残差的方差最小的基本原则估计模型误差,冉利用扩展卡尔曼滤波(EKF)的思想对补偿后的模型进行状态估计;详细推导了状态估计误差及其方差阵的传播模型.以卫星姿态确定系统为例,...     

基于多指标非线性控制的永磁同步电动机转速控制

应用精确线性化方法研究了永磁同步电动机的非线性控制问题.根据精确线性化理论,设计了永磁同步电动机状态反馈线性化控制器和相对阶为1的多指标输入输出反馈线性化控制器.多指标非线性控制器选择全状态量线性组合形式为输出函数,根据系统特征根配置方法,整定了输出函数中各状态量的反馈系数.比较2种控制器仿真结果发现,多指标非线性控制器可以实现对电动机转速的有效控制,且控制器结构简单,设计方便,动静态性能良好.     

Regional moment-independent sensitivity analysis with its applications in engineering

Traditional Global Sensitivity Analysis (GSA) focuses on ranking inputs according to their contributions to the output uncertainty.However,information about how the specific regions inside an input affect the output is beyond the traditional GSA techniques.To fully address this issue,in this work,two regional moment-independent importance measures,Regional Importance Measure based on Probability Density Function (RIMPDF) and Regional Importance Measure based on Cumula tive Distribution Function (RIMCDF),are introduced to find out the contributions of specific regions of an input to the whole output distribution.The two regional importance measures prove to be reasonable supplements of the traditional GSA techniques.The ideas of RIMPDF and RIMCDF are applied in two engineering examples to demonstrate that the regional moment-independent importance analysis can add more information concerning the contributions of model inputs.     

基于Laguerre函数的高压力非线性传感器补偿研究

针对高压力传感器线性化输出的结果不准确的现象,研究了具有针对性的Duffing非线性系统。用传感器的输出数据作为补偿器的输入,传感器的输入数据作为补偿器的输出,进行基于Laguerre函数的非线性动态补偿器的设计研究。该方法无需知道传感器的非线性阶数,对于外界干扰有较强的抑制作用,对于时延对象也具有一定的优势。利用该补偿器对传感器进行动态补偿,将补偿结果与阶跃响应输出进行对比,结果表明该非线性模型补偿的有效性。     

四水箱控制系统的建模与解耦分析

控制系统的输入输出间的耦合严重影响控制效果,实现解耦成为控制研究的重要课题。四水箱液位控制系统是多输入多输出的非线性时变耦合系统,如何实现输入输出间解耦,对研究复杂过程控制具有指导意义。基于这种情况应用机理分析法建立四水箱液位控制系统的数学模型,并运用矩阵分析理论分析该系统的稳定性、能控性和能观测性,利用状态反馈对系统进行解耦,实现四水箱解耦控制系统。     

输入-输出非线性反馈线性化方法在硬式空中加油控制系统设计中的应用

 通过对硬式空中加油技术的研究,建立了硬式加油伸缩杆数学模型,结果表明该伸缩杆系统为一个多输入-多输出(MIMO)、耦合、非线性系统。这样解耦控制就成为系统设计的关键。当系统满足可解耦条件时,采用一种基于输入-输出(I/O)非线性反馈线性化的微分几何方法,输出与等效新输入之间呈现线性微分方程关系,选择合适的反馈形式可使伸缩杆的姿态控制解耦。解耦后,伸缩杆就可分解为俯仰和滚转方向两个相互独立的单输入-单输出(SISO)线性子系统。在MATLAB中建立了伸缩杆及其解耦模型,并进行了仿真研究。结果表明该解耦方法很好地消除了系统间的耦合作用,能够满足工程设计的需要。     

Dynamics and autopilot design for endoatmospheric interceptors with dual control systems

The nonlinear system model of an endoatmospheric missile whose attitude is controlled by tail fins and reaction jets is presented. By choosing the divert accelerations and rotational rates as output variables, the internal dynamics of the nonlinear system are derived and are proved to be bounded under a bounded input. The blending principle of the reaction jets and tail fins is addressed to ensure that the normal acceleration is principally maintained by angle-of-attack or sideslip angle. An autopilot is designed by using the feedback linearization technique. Results of a numerical simulation of an autopilot design example show the effectiveness of the proposed blending principle and the autopilot design.