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稀疏偏最小二乘回归-多项式混沌展开代理模型方法

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工程力学 2018年第9期35卷 44-53页

作者：赵威卜令泽王伟哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090 结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨150090 土木工程智能防灾减灾工业与信息化部重点实验室哈尔滨150090

为解决传统多项式混沌展开方法在高维全局灵敏度和结构可靠度分析当中存在的维数灾难与多重共线性问题,该文提出一种稀疏偏最小二乘回归-多项式混沌展开代理模型方法。该方法首先采用偏最小二乘回归技术得到多项式混沌展开系数的初步估... 详细信息

为解决传统多项式混沌展开方法在高维全局灵敏度和结构可靠度分析当中存在的维数灾难与多重共线性问题,该文提出一种稀疏偏最小二乘回归-多项式混沌展开代理模型方法。该方法首先采用偏最小二乘回归技术得到多项式混沌展开系数的初步估计,然后根据回归误差阈值允许下的最大稀疏度原则,采用带有惩罚的矩阵分解技术自适应地保留与结构响应相关性强的多项式,并采用偏最小二乘回归得到多项式混沌展开系数的更新估计。通过对展开系数进行简单后处理即可得到Sobol灵敏度指数。在此基础上保留重要输入变量并按新方法重新进行回归可实现对代理模型的精简,从而在不增加计算代价的情况下实现高精度结构可靠度分析。算例结果表明在保证精度的情况下,采用新方法进行全局灵敏度和结构可靠度分析比传统方法在计算效率方面有显著优势。

关键词：高维模型稀疏偏最小二乘回归多项式混沌展开全局灵敏度结构可靠度

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基于多项式混沌展开方法的翼伞飞行不确定性

兵工学报 2021年第7期42卷 1392-1399页

作者：刘安民高峰张青斌袁天保张国斌国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073 96796部队宁夏银川750000 96901部队北京100095

针对翼伞飞行性能的不确定性量化评估问题,基于多项式混沌展开(PCE)方法,提出翼伞系统模型参数不确定性分析方法。建立含有不确定性参数的翼伞系统9自由度多体动力学模型,并利用PCE方法建立代理模型来逼近翼伞系统非线性动力学模型。分... 详细信息

针对翼伞飞行性能的不确定性量化评估问题,基于多项式混沌展开(PCE)方法,提出翼伞系统模型参数不确定性分析方法。建立含有不确定性参数的翼伞系统9自由度多体动力学模型,并利用PCE方法建立代理模型来逼近翼伞系统非线性动力学模型。分析不同PCE模型阶数和样本点数量对计算结果的影响,综合考虑计算精度和效率,给出适用于翼伞飞行不确定性分析的PCE模型。分别利用PCE方法和Monte Carlo方法研究气动力参数不确定性对某小型翼伞系统飞行的影响。仿真结果表明,PCE方法可以达到与Monte Carlo方法相同的计算精度且具有更高的计算效率,验证了该方法对翼伞系统飞行不确定性分析的有效性。

关键词：翼伞精确空投系统多项式混沌展开多体系统动力学不确定性分析

一种分析微带线随机参数敏感性的多项式混沌展开方法

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西安交通大学学报 2016年第12期50卷 121-127页

作者：程市黄斌科师振盛西安交通大学电子与信息工程学院西安710049

针对传输线加工中材料及结构参数随机不确定性对传输性能影响的问题,提出了一种计算随机系数传输线电报方程的多项式混沌(PC)展开方法。利用正交多项式混沌基函数,该方法首先将传输线电报方程中的随机等效集总参数、传输线电压及电流响... 详细信息

针对传输线加工中材料及结构参数随机不确定性对传输性能影响的问题,提出了一种计算随机系数传输线电报方程的多项式混沌(PC)展开方法。利用正交多项式混沌基函数,该方法首先将传输线电报方程中的随机等效集总参数、传输线电压及电流响应进行展开;其次利用Galerkin法,将随机系数的电报方程问题转化为关于电压、电流正交多项式展开系数的确定性扩阶方程组问题,并结合传输线边界条件可计算电压、电流的展开系数,进而获得电压、电流及传递函数的均值、方差和概率密度分布。随机参数微带传输线的仿真结果表明:低频时导带宽度对微带线的传输性能影响较大,高频时介电常数对其传输性能影响较大;在满足计算精度要求的同时,PC展开方法具有比传统蒙特卡罗(MC)方法更高的计算效率,计算耗时仅约为MC方法的1/500。

关键词：微带线电报方程敏感性多项式混沌展开蒙特卡罗方法

基于稀疏多项式混沌展开的可用输电能力不确定性量化分析

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中国电机工程学报 2019年第10期39卷 2904-2913页

作者：孙鑫王博陈金富李银红赵红生段献忠强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学电气与电子工程学院) 湖北省武汉市430074 国网湖北省电力公司经济技术研究院湖北省武汉市430074

作为未来电力系统的重要特征,高比例可再生能源并网显著增强了电力系统运行的不确定性。在此背景下,量化不确定性因素对可用输电能力(available transfer capability,ATC)的影响,对于保障电力市场交易顺利开展和互联电网安全稳定运行具... 详细信息

作为未来电力系统的重要特征,高比例可再生能源并网显著增强了电力系统运行的不确定性。在此背景下,量化不确定性因素对可用输电能力(available transfer capability,ATC)的影响,对于保障电力市场交易顺利开展和互联电网安全稳定运行具有重要意义。为此,提出一种基于稀疏多项式混沌展开(sparse polynomial chaos expansion,sPCE)的概率ATC计算和全局灵敏度分析(global sensitivity analysis,GSA)方法。该方法仅需要较少次数的确定性ATC计算便能够获得ATC概率特征和输入随机变量的全局灵敏度指标。通过IEEE118节点系统下多个测试场景的算例分析,验证了所提方法的有效性。

关键词：可用输电能力多项式混沌展开不确定性量化分析方差分析

基于多项式混沌展开的电力系统概率可用输电能力评估

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中国电机工程学报 2024年第2期44卷 489-503,I0005页

作者：姜涛李春晖张儒峰陈厚合李国庆现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学) 吉林省吉林市132012

大规模开发和利用风能有利于实现电力系统清洁低碳转型,是实现国家“碳达峰、碳中和”战略目标的重要技术手段,但风电出力的强不确定性对电力系统区域间可用输电能力(available transfer capability,ATC)评估带来了全新的挑战,传统用于... 详细信息

大规模开发和利用风能有利于实现电力系统清洁低碳转型,是实现国家“碳达峰、碳中和”战略目标的重要技术手段,但风电出力的强不确定性对电力系统区域间可用输电能力(available transfer capability,ATC)评估带来了全新的挑战,传统用于求解计及风电出力不确定性的概率ATC评估模型在计算效率和计算精度方面均存在一定的不足。为此,该文提出一种基于多项式混沌展开(polynomialchaos expansion,PCE)的电力系统概率ATC评估方法,该方法首先构建基于机会约束的电力系统概率ATC评估模型;然后,根据风电出力预测误差的概率分布特征,选择对应的正交多项式为基函数以近似风电出力预测误差及电力网络中与之相关联的其他随机变量;进一步,借助Galerkin投影和基于一阶矩、二阶矩的机会约束转化方法,将所构建的机会约束模型的概率约束转化为确定性约束,实现基于机会约束的概率ATC评估模型向易于求解的确定性优化模型的转化;进而,将概率ATC评估模型的求解问题转化为ATC的最优多项式逼近系数的求解问题,根据求得的最优多项式逼近系数和选取的基函数计算电力系统ATC的概率分布特征;最后,通过修改后的PJM-5节点测试系统、IEEE-118节点测试系统及吉林西部电网实际算例验证了所提基于多项式混沌展开的电力系统概率ATC评估方法的准确性和有效性。

关键词：可用输电能力多项式混沌展开概率模型机会约束不确定性分析

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多项式混沌展开的浅海水声环境参数敏感度分析

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应用声学 2021年第3期40卷 422-432页

作者：张鹏吴立新胡治国张雪冬中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

水下声场是海洋环境参数的非线性函数,因此环境参数的不确定性必然会引起水下声场预测的不确定性,从而导致与声场预测相关的声呐探测和水声通信等设备性能的下降。该文将Sobol敏感度指数的计算与多项式混沌展开方法相结合,将敏感度指数... 详细信息

水下声场是海洋环境参数的非线性函数,因此环境参数的不确定性必然会引起水下声场预测的不确定性,从而导致与声场预测相关的声呐探测和水声通信等设备性能的下降。该文将Sobol敏感度指数的计算与多项式混沌展开方法相结合,将敏感度指数表达为环境条件的函数,利用Q范数约束的双曲截断方案来减少多项式项数,有效地分析了设定的“浅海负梯度温跃层”信道中8个环境参数及其交互效应对水下声传播的影响。结果表明,沉积层声速是低频远距离声场不确定性分布的最主要贡献参数,同时对于下发下收的情况,声源深度的影响程度随着声源频率增加而逐渐增大。最后应用射线理论从海底反射的角度解释了各个环境因素影响程度差异的具体原因。该文的研究对水声通信和探测系统在浅海不确定环境下的性能预报研究具有重要的参考意义。

关键词：不确定性传播环境敏感度分析多项式混沌展开传播损失

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利用多项式混沌展开的结构可靠性分析

清华大学学报（自然科学版） 2022年第8期62卷 1314-1320页

作者：张明王恩志刘耀儒齐文彪王德辉清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 吉林省水利水电勘测设计研究院长春130021 福州大学土木工程学院福州350116

实际工程设计优化、设计空间搜索、灵敏度分析、可靠性分析等问题,若单次模拟比较费时,直接用原模型进行数千、甚至数百万次模拟是不可能完成的任务。多项式混沌展开方法是解决这类问题的有效方法,其方法表达和程序实现是应用中关注的... 详细信息

实际工程设计优化、设计空间搜索、灵敏度分析、可靠性分析等问题,若单次模拟比较费时,直接用原模型进行数千、甚至数百万次模拟是不可能完成的任务。多项式混沌展开方法是解决这类问题的有效方法,其方法表达和程序实现是应用中关注的重点问题。该文介绍了多项式混沌展开方法的数学理论,并将之用于结构可靠性分析。首先,将结构可靠性分析的功能响应函数以多项式混沌展开表示,其中统一采用Hermite多项式。给出Hermite多项式的一种适合计算机程序生成的通项形式,实现多项式混沌展开的计算程序的通用化,以及多项式次数的自适应选择。其次,利用具有显式功能函数的结构可靠性分析算例,考察所构建的代理模型的正确性和适用性。结果表明,多项式混沌展开的次数越高,模型的精度就越高,具有良好的收敛性,同时表明仅就考察代理模型而言,利用显式功能函数是最简便的方式。

关键词：优化设计结构可靠性多项式混沌展开 Hermite多项式功能函数

基于多项式混沌展开的交直流系统全纯嵌入概率潮流计算方法

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电力系统自动化 2024年第18期48卷 177-188页

作者：李雪付云跃姜涛李国庆现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学) 吉林省吉林市132012

为快速、准确量化分析风电出力不确定性对交直流电力系统潮流分布的影响,提出一种基于多项式混沌展开(PCE)的交直流电力系统全纯嵌入概率潮流计算方法。该方法首先根据风电出力的概率分布特征选择最优正交基函数,构造近似风电出力概率... 详细信息

为快速、准确量化分析风电出力不确定性对交直流电力系统潮流分布的影响,提出一种基于多项式混沌展开(PCE)的交直流电力系统全纯嵌入概率潮流计算方法。该方法首先根据风电出力的概率分布特征选择最优正交基函数,构造近似风电出力概率分布特征的PCE表达式;其次,将该PCE表达式引入交直流电力系统的全纯嵌入潮流方程中,构建基于PCE的交直流电力系统全纯嵌入概率潮流计算模型;再次,通过Galerkin投影将所构建的全纯嵌入概率潮流计算模型转化为高维确定性全纯嵌入潮流计算模型;然后,借助确定性全纯嵌入潮流模型求解方法,实现对所转化的高维确定性全纯嵌入潮流模型的求解,并根据所得PCE逼近系数计算交直流电力系统潮流的概率分布特征;最后,通过修改的PJM 5节点、IEEE 30节点和IEEE 118节点交直流测试系统算例验证所提方法的准确性和有效性。

关键词：概率潮流多项式混沌展开全纯嵌入 Galerkin投影交直流电力系统不确定性

基于多项式混沌展开和KL散度的随机有限元模型修正

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机械强度 2021年第6期43卷 1297-1302页

作者：许泽伟彭珍瑞张亚峰白钰兰州交通大学机电工程学院兰州730070

考虑结构参数不确定性对响应的影响以及当前随机模型修正计算量大的问题,提出一种基于多项式混沌展开和KL散度的随机有限元模型修正方法。首先构建Kriging模型代替有限元模型分析,然后基于概率配点法和回归分析构建多项式混沌展开模型,... 详细信息

考虑结构参数不确定性对响应的影响以及当前随机模型修正计算量大的问题,提出一种基于多项式混沌展开和KL散度的随机有限元模型修正方法。首先构建Kriging模型代替有限元模型分析,然后基于概率配点法和回归分析构建多项式混沌展开模型,建立起不确定性结构参数与响应之间的函数关系,快速估算响应的均值和标准差。最后以最小化KL散度为目标,同时对结构参数的均值和标准差进行修正。以三维桁架为例,对弹性模量和密度的均值和标准差进行修正,以此验证所提方法的可行性。结果表明:所提方法具有较高的修正精度和效率。

关键词：不确定性多项式混沌展开 KL散度 Kriging模型