基于基元反应的总包机理建模及算法优化

以煤油/氧的化学动力学体系为例,介绍了基于基元反应的总包机理建模、反应速率计算等国际先进方法,归纳了针对化学动力学过程由建模到求解的一套完整流程。首先选用正十二烷作为煤油的替代燃料,通过直接关系图法(DRG)结合计算奇异值摄动法(CSP)的机理简化方法将正十二烷203组分、738步的详细反应机理化简为了32组分、36步的总包反应机理。为了计算总包反应速率,采用线性准稳态假设(LQSSA)计算准稳态组分浓度,解耦了准稳态组分间的非线性耦合,在保证计算精度的同时提高算法稳定性和效率。最终,通过VODE刚性积分求解器求解化学动力学方程组,并形成了一套可与CFD主程序耦合使用的化学动力学计算子程序。     

水凝物对THz波辐射的衰减研究

文章基于水凝物粒子尺寸与THz波长的大小关系,分别利用Rayleigh近似、Mie理论以及几何光学方法计算了降雨和云雾引起THz波辐射的散射衰减。比较了不同强度的降雨和不同能见度、含水量的云雾对THz波的散射衰减。结果表明,随着频率的增大,THz波段雨衰减先增大后减小;在整个THz波段,含水量较小或能见度较低的云雾的衰减随频率的增大而单调增加,含水量较大或能见度较大的云雾的衰减随频率先增大后减小;在THz波段云雾衰减随能见度的减小和含水量的增加而增大,温度对THz波段的云雾衰减影响不大,在整个THz波段并不存在明显的规律。在THz波频率高端云雾影响较降雨要严重的多。     

区域空中交通流量控制研究

运用排队论思想，结合区域控制的特点建立了区域流量控制模型，分析了郑州区域管制中心实施流量控制的实际效果，研究结果表明，仅考虑单独区域流量控制，将使航班延误的不利影响逐级放大，理想的流量控制应该全面考虑所有受影响的区域，合理地选择控制时段和控制间隔，最大限度地利用空域资源，减少航班延误，保证空中交通的安全畅通。     

特征值反问题逼近解与极值化解的统一应用

基于矩阵最佳逼近与加权残值理论,本文把求解特征值反问题的矩阵逼近法和极值化方法统一为不同范数定义下的最小二乘问题。这对解决部分特征值和／或特征向量给足情况下的反问题提供了一个有效工具。结合工程实际,本文给出了具体应用的数值例子。     

保形光顺的样条曲线

给出了一种对给定平面上的数据点进行保形的最小二乘逼近的算法,并且得到的逼近曲线是光顺的。本文利用拉格朗日乘数法对带约束条件的参数曲线进行了优化设计。     

一种新的鲁棒非线性卡尔曼滤波

Huber方法是一种基于l1/l2联合范数的估计方法,该方法可以实现估计的鲁棒性,同时尽量不损失滤波精度和效率.基于Huber估计的无味卡尔曼滤波虽提高了无味卡尔曼滤波的鲁棒性,但这种方法用统计线性回归模型来近似非线性的观测模型,损失了无味变换的精度.从Huber方法的数学意义出发,对观测信息(观测值或观测噪声)进行重新构造,然后对精确的非线性观测方程进行标准的无味卡尔曼滤波,这种新的基于Huber方法的无味卡尔曼滤波无需对非线性观测方程进行线性近似,在保持鲁棒性的前提下提高了滤波精度.通过一个具有混合高斯分布观测噪声的简明实例,验证了新算法在鲁棒性、滤波精度以及估计一致性方面的优势.     

升浮一体飞行器总体参数设计方法

临近空间飞行器近年来得到了广泛的关注和研究。为克服传统飞艇和太阳能飞机尺寸大、抗风能力差的缺点,本文提出了一种升浮一体飞行器概念方案,并对其总体参数设计方法进行研究。以能量平衡分析为核心,建立了太阳能电池系统、燃料电池系统、推进系统等子系统的数学模型,给出了适合于该飞行器的总体参数设计方法,并对总体设计参数进行了研究。结果表明,升浮一体飞行器相对于传统飞艇,体积下降了53%,长度下降了22%,起飞重量下降了4%。相对于固定翼太阳能飞机,翼展下降了52%,机翼面积减小了56%,起飞重量下降了3.5%。该类飞行器总体参数对飞行速度非常敏感,飞行速度从30 m/s提高至40 m/s时,起飞重量增加约1倍,艇体体积增大77%。提高太阳能电池、燃料电池和螺旋桨效率可有效降低起飞重量,且升浮一体飞行器比传统飞艇对上述参数更敏感。     

控制力矩陀螺磁悬浮转子的指数趋近积分滑模控制研究

针对微重力、动框架等多源扰动下磁悬浮控制力矩陀螺磁轴承转子系统的强非线性、参数摄动及未建模动态等问题,开展控制力矩陀螺的磁轴承转子鲁棒控制研究。建立了磁轴承转子轴向通道动力学模型与电磁力工作点线性化模型,分析了系统参数摄动及未建模动态,并在此基础上提出了一种非线性系统指数趋近积分滑模控制方法,设计了含有电流及位移的积分滑模平面,采用指数趋近律与饱和函数抑制抖振实现到达阶段滑模控制律。实验结果表明：采用该方法可有效抑制滑模的抖振现象,参数摄动时系统具有较佳动态性能,同时在转子转动、框架工作时保证系统良好鲁棒性。     

零陷展宽的递推实现方法

目前常用的零陷展宽算法都可以归纳到协方差矩阵锥化（CMT）的范畴,按常规计算方式,CMT法的运算量为O(M 3)。文章首先通过对CMT法中的锥化矩阵进行特征值分解,提出了一种递推实现的零陷展宽算法,将运算量降为O(JM 2) （J为锥化矩阵的秩）;将该递推方法与对角加载算法结合,大大提高了算法的鲁棒性;最后针对几种常用的锥化矩阵进行了分析,确定了Mailloux算法中虚拟干扰源的选取原则,对MZ算法的锥化矩阵进行了降秩近似,进一步降低了运算量。计算机仿真分析表明,递推CMT算法在与原算法性能相当的情况下运算速度大大提高,与对角加载算法结合后,可以以较低的运算量实现较好的稳健性。
     

Direct trajectory optimization based on a mapped Chebyshev pseudospectral method

 In view of generating optimal trajectories of Bolza problems, standard Chebyshev pseudospectral (PS) method makes the points' accumulation near the extremities and rarefaction of nodes close to the center of interval, which causes an ill-condition of differentiation matrix and an oscillation of the optimal solution. For improvement upon the difficulties, a mapped Chebyshev pseudospectral method is proposed. A conformal map is applied to Chebyshev points to move the points closer to equidistant nodes. Condition number and spectral radius of differentiation matrices from both methods are presented to show the improvement. Furthermore, the modification keeps the Chebyshev pseudospectral method's advantage, the spectral convergence rate. Based on three numerical examples, a comparison of the execution time, convergence and accuracy is presented among the standard Chebyshev pseudospectral method, other collocation methods and the proposed one. In one example, the error of results from mapped Chebyshev pseudospectral method is reduced to 5% of that from standard Chebyshev pseudospectral method.