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PEMFC分数阶子空间辨识模型和最优输出功率RSMPCL策略研究

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PEMFC分数阶子空间辨识模型和最优输出功率RSMPCL策略研究

作者：孙成硕南京理工大学

学位级别：硕士

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)是将氢气与氧气作为反应物的一种环保的发电系统,具有发电效率高,比能量大等优点。但PEMFC又是一种多变量、强耦合的系统,为实现电堆的控制,建立精确的PEMFC辨识模型是前... 详细信息

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)是将氢气与氧气作为反应物的一种环保的发电系统,具有发电效率高,比能量大等优点。但PEMFC又是一种多变量、强耦合的系统,为实现电堆的控制,建立精确的PEMFC辨识模型是前提。同时,在负载变化以及噪声干扰下,PEMFC能否实现最优功率输出,高效稳定的控制策略至关重要。本文将分数阶理论与子空间辨识方法相结合建立了PEMFC分数阶子空间辨识模型,并基于该模型提出了一种基于拉盖尔函数的递推子空间模型预测控制策略(Recursive Subspace Model Predictive Control Based on Laguerre Function,RSMPCL),在负载突变和噪声干扰下,能够快速响应设定值,降低系统的超调,实现最优功率的平稳输出。本文的主要内容如下:(1)针对PEMFC分数阶特性,结合子空间辨识方法,建立了PEMFC分数阶子空间辨识模型。搭建了PEMFC机理模型,将氢气压力与风扇电压作为模型的输入变量,输出变量取电堆温度与输出功率。建立输入输出Hankel矩阵,通过QR分解与SVD分解确定矩阵系数。同时,为提高辨识模型的精度,在Hankel矩阵构造中引入了权值进行设计,并通过仿真验证PEMFC的分数阶子空间辨识模型的精度。(2)针对模型参数未知且难以确定的问题,提出了一种变异反向学习的自适应帝王蝶优化算法(An Adaptive Monarch Butterfly Optimization Algorithm with OppositionBased Learning,ALMBO)。将反向学习与遗传变异思想融入迁移算子中,增大其寻优范围;在调整算子中采用自适应调整率增大粒子的多样性,加快最优解的搜寻;将柯西函数作为每次迭代最差5个粒子变异操作函数,帮助适应度函数排在最后的粒子加速寻找全局最优解。将ALMBO算法应用于辨识模型的参数寻优中,仿真结果表明,经ALMBO优化参数后的辨识模型更加贴合实际数据。(3)提出了一种带约束的子空间模型预测控制策略(Constrained Subspace Model Predictive Control,CSMPC)以实现PEMFC最优功率输出。通过建立矩阵方程求解预估器系数,并引入约束条件,使得PEMFC的输入输出变量在正常的范围内调节。同时,利用多项式拟合方法设计了关于负载电流以及电堆温度的最优功率设定器,保证在当前条件下设定的输出功率值最优。将建立的PEMFC分数阶辨识模型离散化作为被控对象,通过对系统进行加减载和噪声干扰测试表明,CSMPC策略可以跟踪最优输出功率值并且具有一定的鲁棒性。(4)为了进一步提高控制精度,减小超调量,在CSMPC策略的基础上提出了一种基于拉盖尔函数的递推子空间模型预测控制策略(RSMPCL)。将电堆的实际输出传送给子空间预估器,实现预估器的在线更新;引入Householder分解法解决频繁QR分解造成计算时间增加问题;同时,引入遗忘因子提高预测控制的灵敏度与控制精度。将拉盖尔函数引入CSMPC控制器中形成RSMPCL控制器,下一时刻的输入增量形式将转变为利用二次规划算法求解输入量的系数问题,缩短控制量的计算时间,提高算法的效率。通过仿真分析,对比CSMPC策略与RSMPCL策略,进一步说明RSMPCL策略具有更好动态性能与鲁棒性。

关键词： PEMFC 分数阶子空间辨识 ALMBO优化算法 CSMPC RSMPCL

质子交换膜燃料电池模型的频域分数阶子空间辨识

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控制理论与应用 2022年第7期39卷 1194-1202页

作者：叶伟琴戚志东田家欣孙成硕南京理工大学自动化学院江苏南京210094

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统发电过程中的分数阶特性,本文提出了一种频域分数阶子空间辨识方法建立PEMFC的分数阶状态空间(FOSS)模型.考虑到时域分数阶的微分形式计算复杂度较大,将时域中的分数阶微分在频域中转化为乘积的形式.... 详细信息

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统发电过程中的分数阶特性,本文提出了一种频域分数阶子空间辨识方法建立PEMFC的分数阶状态空间(FOSS)模型.考虑到时域分数阶的微分形式计算复杂度较大,将时域中的分数阶微分在频域中转化为乘积的形式.首先,采用随机多频正弦激励信号对时域采集的信号进行处理,得到输入输出的频率响应数据;其次,利用频率响应数据构造实、虚部矩阵;接着,通过RQ分解、SVD分解以及最小二乘法求取系统系数矩阵A,B,C,D;由于参数同元分数阶次α、辅助阶次q以及频域采样点数M未知,本文提出了一种GA–PSO算法进行优化,将PSO算法作为主线,加入GA算法中的选择、交叉和变异操作,以进一步提高个体的自适应调整搜索方向、增强全局寻优的能力.仿真结果验证了算法的有效性,频域分数阶子空间辨识方法得到的输出能够较好的跟随实测数据,且优化后的辨识结果误差更小,精确度更高,能够更准确地描述PEMFC的电特性变化过程.

关键词：质子交换膜燃料电池频域分析分数阶子空间辨识 GA–PSO算法

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变异反向学习的自适应帝王蝶优化算法

计算机工程与应用 2022年第11期58卷 66-72页

作者：孙成硕戚志东叶伟琴单梁南京理工大学自动化学院南京210094

针对于原始帝王蝶优化算法易陷入局部最优解、收敛性不好等问题,提出变异反向学习的自适应帝王蝶优化算法。将遗传算法的变异思想与反向学习策略结合来替代原始的迁移算子,提高全局的收敛性。在原始帝王蝶优化算法的调整算子中融入自适... 详细信息

针对于原始帝王蝶优化算法易陷入局部最优解、收敛性不好等问题,提出变异反向学习的自适应帝王蝶优化算法。将遗传算法的变异思想与反向学习策略结合来替代原始的迁移算子,提高全局的收敛性。在原始帝王蝶优化算法的调整算子中融入自适应的策略,使种群更具多样性。在更新的种群中将排序在最后的5只帝王蝶进行柯西变异,让变异个体附近生成更大的扰动,使整个群体在更大的范围内进行寻优。为了验证改进帝王蝶优化算法,通过基准函数和Wilcoxon秩和检验对其进行测试,实验结果表明改进算法的收敛速度及寻优精度得到了很大改进。

关键词：帝王蝶优化算法变异反向学习自适应策略柯西变异

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以“色墨相承”为传达导向的旅游导图设计探究

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设计 2023年第14期36卷 135-139页

作者：宋美音孙成硕山东科技大学艺术设计学院

文章从导图认知记忆与实际应用角度,着重探讨了山水画基因提取与应用在信息导图中的方法,设计出立体视觉效果的泰山旅游导图,增强泰山地域旅游的人地互动关系。以山水画着色模式的手绘地图表达方式为设计亮点,让旅游信息导图中体现更多... 详细信息

文章从导图认知记忆与实际应用角度,着重探讨了山水画基因提取与应用在信息导图中的方法,设计出立体视觉效果的泰山旅游导图,增强泰山地域旅游的人地互动关系。以山水画着色模式的手绘地图表达方式为设计亮点,让旅游信息导图中体现更多的艺术性和传统文化的特点。现实应用设计上,还原真实场景,增加便携性的同时,增强文化认同。加强手绘旅游导图现实应用,旅游导图具有平面与立体空间生成的设计方法。旅游导图的设计应从单纯对地域景观的关注转向人地关系,因此山水画基因提取与应用在旅游信息导图中的视觉设计在当下显得更有意义。

关键词：山水画着色泰山旅游信息导图三维立体

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大汶口纹样因子提取及其在泰山文创产品中的应用探析

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艺术科技 2023年第19期36卷 175-177页

作者：孙成硕杨润清山东科技大学山东青岛266400

目的:文章以泰安大汶口彩陶为例,探析大汶口传统彩陶纹饰提取与设计应用的研究思路,同时关注当今文创产品的发展与应用,将大汶口地域文化元素与旅游文创产品设计相融合,从而带动当代设计观念下对地域彩陶纹样的继承与创新.方法:首先,采... 详细信息

目的:文章以泰安大汶口彩陶为例,探析大汶口传统彩陶纹饰提取与设计应用的研究思路,同时关注当今文创产品的发展与应用,将大汶口地域文化元素与旅游文创产品设计相融合,从而带动当代设计观念下对地域彩陶纹样的继承与创新.方法:首先,采用不记名调查问卷调研当代文创产品设计发展现状,确定泰山文创设计方向与思路.其次,运用符号学原理,研究大汶口彩陶的纹样符号、色彩符号.再次,提取大汶口彩陶中的代表性符号元素,为后期设计奠定基础.最后,采用形状文法设计方法,对提取的符号元素进行再设计,以泰山地域文化文创产品设计实例予以检验,实现大汶口彩陶纹样与现代产品的深度融合.结果:经过对大汶口彩陶符号元素的提取与再设计,既保留了纹样原始的艺术特征,又符合现代社会的审美需求,这不仅是将传统与现代相结合的一种创新,而且在传统地域文化元素与现代文创产品的融合上是一种新的探索.结论:大汶口纹饰符号具有丰富的美学意义与审美趣味,同时是泰安地域文化的典型代表,展现了泰安地域文化风采.对大汶口原生纹饰的提炼与文创产品再设计,既是对传统造物文化的传承与延续,又是现代设计对古文明的追溯与回望,对泰安地域文化传承与保护具有重要意义.

关键词：大汶口彩陶纹样符号学形状文法泰山文创产品

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泰安纹样设计(1~4)

文艺研究 2023年第10期 178-178页

作者：宋美音孙成硕山东科技大学艺术学院

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CO_(2)驱后水气交替注入驱替特征及剩余油启动机制

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大庆石油地质与开发 2024年第1期43卷 52-58页

作者：孙成岩中国石油大庆油田有限责任公司呼伦贝尔分公司内蒙古呼伦贝尔021000

水气交替注入(WAG)是特低渗透油藏提高采收率的有效手段之一,但在CO_(2)连续气驱后实施WAG驱,仍然存在驱替特征模糊、剩余油启动机制不明确等问题。以海拉尔油田贝14区块为研究对象,借助Micro⁃CT研究WAG驱启动剩余油的微观作用机制,同... 详细信息

水气交替注入(WAG)是特低渗透油藏提高采收率的有效手段之一,但在CO_(2)连续气驱后实施WAG驱,仍然存在驱替特征模糊、剩余油启动机制不明确等问题。以海拉尔油田贝14区块为研究对象,借助Micro⁃CT研究WAG驱启动剩余油的微观作用机制,同时通过长岩心驱替实验研究CO_(2)驱后水气交替注入的驱替特征。Micro⁃CT实验结果表明:目标区块大孔隙的体积比例超过85%,在被CO_(2)全部动用后成为了气窜通道,采收率仅47.95%;CO_(2)驱后WAG驱不仅启动次级大孔隙中的剩余油,对中小孔隙的剩余油也有不同程度的动用。长岩心实验结果表明:在CO_(2)驱后开展WAG驱,水和气段塞需要交替注入一定量(0.40 PV左右)后采收率才能大幅度增加,气水比和段塞尺寸存在最优值,分别为1∶1和0.10 PV,该条件下WAG驱的采收率增幅主要由第3、4交替轮次所贡献,10轮次的水气交替注入可在CO_(2)驱的基础上提高采收率18.68百分点。研究成果可为特低渗透油藏CO_(2)驱后进一步提高采收率提供理论支撑。

关键词：水气交替注入(WAG) 特低渗透油藏 CO_(2)驱剩余油启动机制提高采收率

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城市民主治理的五维分析框架——基于当代西方城市治理的分析

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天津社会科学 2024年第5期 88-94页

作者：牟硕天津师范大学马克思主义学院

当代西方城市民主治理的模式对于我国城市治理的理论与实践发展都有重要的借鉴意义，对其可以从主体、职能、机制、程序和价值五个维度来认识和分析。当代西方城市治理在主体维度上越来越突出市民和市民组织的重要性，体现为多元、多中... 详细信息

当代西方城市民主治理的模式对于我国城市治理的理论与实践发展都有重要的借鉴意义，对其可以从主体、职能、机制、程序和价值五个维度来认识和分析。当代西方城市治理在主体维度上越来越突出市民和市民组织的重要性，体现为多元、多中心、多层次的主体复合结构。同时，城市民主治理的职能也得到扩展，并直接影响到民主治理的机制和程序，是民主的价值追求在西方城市治理中的具体体现。但是，当代西方城市民主治理仍然内嵌于西方的政治、经济和社会结构之中，只要资本在社会中的统治地位没有改变，城市治理中民主作用的发挥就始终是有限度的。

关键词：城市治理民主多元主体人民城市

亚洲首个全棱兽类(哺乳纲:全齿目)化石及其动物地理学意义（英文）

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古脊椎动物学报(中英文） 2024年第04期 291-312页

作者：权硕硕王元青中国科学院古脊椎动物与古人类研究所、中国科学院脊椎动物演化与人类起源重点实验室中国科学院大学地球与行星科学学院

全齿目是新生代早期首批出现的真兽类哺乳动物之一,其中不乏当时体型最大的一些植食性动物。全齿目在古新世和始新世期间相当多样化,在亚洲和北美洲具有较丰富的化石记录。报道并描述了一件采自广东南雄盆地中古新统浓山组竹桂坑段的全... 详细信息

全齿目是新生代早期首批出现的真兽类哺乳动物之一,其中不乏当时体型最大的一些植食性动物。全齿目在古新世和始新世期间相当多样化,在亚洲和北美洲具有较丰富的化石记录。报道并描述了一件采自广东南雄盆地中古新统浓山组竹桂坑段的全齿类下颌骨化石材料。其独特的下颌和牙齿特征明显区别于任何已知的亚洲全齿类,而与北美的全齿类,尤其是全棱兽属(Pantolambda)和巨脊齿兽属(Titanoides)较为相似。新标本被命名为叶氏南雄脊齿兽(Nanxiongilambda yei *** ***.),其鉴定特征包括:下颌骨较粗壮且具前外凸缘,髁突位置显著高于颊齿齿列,角突最后端向后延伸至略超过髁突后缘的位置,下犬齿粗壮但并不前后向延长,下前臼齿具双齿根,下臼齿下跟座发育,m3下次小尖发育且向后伸展,m3下内尖独立且清晰可辨。形态特征的综合对比显示,南雄脊齿兽与北美洲的全棱兽类有着明确的亲缘关系。这是全棱兽类在北美以外的首次发现,表明古新世期间全棱兽类具有比此前认为更加广泛的地理分布。鉴于更加原始的早期全棱兽类仅存在于北美洲(Torrejonian-early Tiffanian,相当于上湖期中晚期-浓山期早期),略早于南雄脊齿兽(浓山期早期),全棱兽类很可能在早古新世晚期-中古新世早期经历了一次从北美到东亚的迁徙。以前认为全齿类的扩散仅发生在早古新世从亚洲至北美的方向上,新材料的发现表明在早-中古新世期间,全齿类仍有可能从北美扩散到亚洲。南雄脊齿兽的发现为不仅为全齿类的演化历史提供了新的信息,也为古新世期间哺乳动物的洲际迁徙与扩散提供了新的证据。

关键词：南雄盆地古新世浓山组全齿目南雄脊齿兽全棱兽科

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