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高性能电力电子设计自动化求解器关键因素与解决方法

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中国电机工程学报 2021年第20期41卷 7055-7067页

作者：袁立强陆子贤戴宇轩赵争鸣电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系) 北京市海淀区100084

电力电子设计自动化有望加快电力电子系统设计效率,优化设计结果,兼具实用性和通用性。但面对复杂结构的大容量电力电子装置设计问题时,现有的设计工具在设计速度和精度这两个矛盾性能上的权衡失调,无法应用于工程实践。当前研究侧重多... 详细信息

电力电子设计自动化有望加快电力电子系统设计效率,优化设计结果,兼具实用性和通用性。但面对复杂结构的大容量电力电子装置设计问题时,现有的设计工具在设计速度和精度这两个矛盾性能上的权衡失调,无法应用于工程实践。当前研究侧重多物理模型的建立和求解,忽略了设计架构、设计流程、优化算法等求解器范畴的关键因素对设计性能的提升。文中提出一种用于电力电子设计自动化的求解器,方法论上,所提出的求解器与电力电子系统特性深度适配、与实用需求紧密结合、搭建统一框架,预留接口增加可扩展性和适用性;效果上,与已有设计工具相比,能在更短的设计周期内,优化并平衡了变换器损耗与体积的综合性能。最后,使用该工具设计一套50kW隔离双向DC-DC变换器样机,通过实验验证了所述工具计算合理性和优异性。

关键词：电力电子设计自动化计算机辅助设计工具求解器设计架构设计流程遗传算法隔离双向直流变换器

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基于点簇归约的几何约束求解器研究

高技术通讯 2002年第6期12卷 49-53页

作者：蒋丹东何援军杨东陈璐上海交通大学计算机系上海200030 上海交通大学机械工程学院上海200030

提出了一种新的几何约束推理求解算法。该算法基于点簇对约束网络图进行归约 ,求得归约序列然后重构几何模型 ,具有求解速度快、可靠性高、应用范围广等优点。已利用面向对象的C ++开发实现了以该算法为核心的几何约束求解器 ,并且作为... 详细信息

提出了一种新的几何约束推理求解算法。该算法基于点簇对约束网络图进行归约 ,求得归约序列然后重构几何模型 ,具有求解速度快、可靠性高、应用范围广等优点。已利用面向对象的C ++开发实现了以该算法为核心的几何约束求解器 ,并且作为白玉兰CAD系统的重要组成部分得到了推广应用。

关键词：点簇归约求解器参数化设计几何约束 CAD 计算机辅助设计

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常微分方程特征值问题的求解器解法

地震工程与工程振动 1993年第2期13卷 94-102页

作者：袁驷张亿果清华大学土木系

许多工程计算归结为常微分方程(ODE)特征值问题。近代的高效能的ODE求解器为一般的线性及非线性ODE问题的求解提供了强有力的武器,但通常不具备求解特征值问题的功能,难以直接应用。本文提出了一个用标准的ODE求解器求解ODE特征值问题... 详细信息

许多工程计算归结为常微分方程(ODE)特征值问题。近代的高效能的ODE求解器为一般的线性及非线性ODE问题的求解提供了强有力的武器,但通常不具备求解特征值问题的功能,难以直接应用。本文提出了一个用标准的ODE求解器求解ODE特征值问题的算法,使得大批ODE特征值问题能够凭借ODE求解器的功效得以方便有效、精确可靠地求解。

关键词：常微分方程特征值求解器

高层建筑结构考虑楼板变形时的连续化常微分方程求解器解法

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建筑结构 1991年第6期21卷 16-20页

作者：包世华袁驷清华大学土木系

本文对需考虑楼板变形的框架-剪力墙结构提供一个简单的算法。将框-剪结构沿高度方向连续化,考虑楼板变形,建立平衡微分方程组;用常微分方程求解器求解。

关键词：剪力墙结构常微分方程求解器墙肢高层建筑抗侧力结构微分方程组连梁建筑结构平衡微分方程

GPU-CPU混合架构下燃烧室辐射换热求解器的设计与实现

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GPU-CPU混合架构下燃烧室辐射换热求解器的设计与实现

作者：李孟伟西南科技大学

学位级别：硕士

燃烧室是航空发动机的重要组成部分之一。随着现代计算机技术的快速发展和科学计算数值模拟方法的进步,计算流体力学(CFD)在发动机燃烧室的数值计算方面逐渐扮演着越来越重要的角色。一直以来,燃烧室的设计采用的是实验研究和经验分析... 详细信息

燃烧室是航空发动机的重要组成部分之一。随着现代计算机技术的快速发展和科学计算数值模拟方法的进步,计算流体力学(CFD)在发动机燃烧室的数值计算方面逐渐扮演着越来越重要的角色。一直以来,燃烧室的设计采用的是实验研究和经验分析相结合的方法,这样需要耗费的时间周期长,而且实验研究的费用非常高。因此,目前采用CFD手段利用数值模拟已经成为发动机设计的一种快速、经济的手段。锅炉中的高温气体能量转移,火箭推进器的工作过程中,内燃机和各种高压高温燃烧室中都存在着高温气体的能量转换过程。随着科技的进步,科学家越来越注意到辐射换热相关问题对发动机设计的重要性,因此对高温气体的辐射特性进行研究具有重要的现实意义。本文针对燃烧室辐射换热进行研究,基于对开源流体力学计算软件OpenFOAM的学习,采用蒙特卡洛的射线追踪方法,设计出一套适用于高温气体辐射换热高速并行计算的数值计算方法。首先,本文基于辐射传热射线追踪理论编写出串行求解程序,该程序实现了辐射传热模拟的基础功能。然后,本文通过该串行求解程序,分析辐射射线传输过程中的收敛速度,针对不同工况下的收敛速度,结合GPU/CPU混合平台的硬件架构的特点,采用NVIDIA的CUDA并行计算统一编程架构,通过使用非阻塞式的MPI协议实现“胖计算节点、瘦计算节点”的主从式结构建立起动态的负载平衡模型。通过测试,并行程序实现了10倍以上的计算速度提升。在实验室的六台高性能工作站(其中5台配备了Tesla K20c加速卡)的基础上,本文基于Linux系统平台,采用PXE+NFS的方式,对计算集群的文件系统进行了统一的配置,该配置方式极大的简化了集群的配置。最后,将编写的计算程序在计算集群上进行验证,对不同规模的辐射换热问题计算进行测试,通过实际的验证表明,辐射换热求解程序可移植性良好,能够解决特定辐射换热求解问题,计算速度能够满足预期的设计要求。计算集群配置简便、伸缩自由,能够满足使用需求。

关键词：辐射换热蒙特卡洛求解器 CUDA

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汽车驾驶模拟器车辆动力学求解器的设计

汽车驾驶模拟器车辆动力学求解器的设计

作者：郭学立吉林大学

学位级别：硕士

使用汽车动态模拟国家重点实验室开发的29自由度模型车辆动力学模型(ASCL车辆动力学模型),开发下一代数字车辆建模与仿真、分析的综合环境软件NGCar,推动29自由度模型车辆动力学模型的应用。NGCar软件要求求解器能够根据用户的设置,对... 详细信息

使用汽车动态模拟国家重点实验室开发的29自由度模型车辆动力学模型(ASCL车辆动力学模型),开发下一代数字车辆建模与仿真、分析的综合环境软件NGCar,推动29自由度模型车辆动力学模型的应用。NGCar软件要求求解器能够根据用户的设置,对动力学模型进行控制与仿真、输出指定的动力车变量、计算用户自定义的变量等;用S-函数对求解器进一步封装,实现simulink下的仿真。本文首先对一些主流车辆动力学仿真软件的求解器及与其它软件进行联合仿真的实现方式的分析;详细分析了CarSim求解器功能及实现方式,及其遵循的动力学求解器的接口规范,在功能上CarSim求解器实现了对实验数据的拟合和动力学仿真控制的同时,实现了用户自定义变量的计算及用户自定义函数的调用,从而进行硬件在环仿真;在联合仿真方面,S-函数是与Simulink进行联合仿真的主要方式,Simulink引擎是Simulink仿真的驱动器及控制器,本文详细分析了Simulink引擎的回调机制及回调函数的功能。设计满足NGCar软件功能需求的求解器ASCLSolver,在支持对原有动力学模型参数的读写功能基础上,实验数据拟合求动力学参数、增加了自定义变量的计算、提供了用户自定义方法的扩展接口;Simulink作为matlab在仿真方面的主要部分,许多软件都可以Simulink进行联合仿真,以便利于matlab提供的工具箱特别是控制工具箱的功能,本文设计实现了求解器在Simulink上进行仿真的时使用的接口程序ASCLWrapper,建立了包含ASCLWrapper的基本Simulink模型。最后,通过试验验证了求解器ASCLSolver及接口程序ASCLWrapper的正确性,满足软件的设计要求。

关键词：虚拟车辆动力学求解器仿真

平面杆系结构自由振动的常微分方程求解器解法

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山东农业大学学报（自然科学版） 2010年第4期41卷 575-578页

作者：徐杏华肖孟孝感学院城市建设学院湖北孝感432000 武汉市建筑工程质量监督站湖北武汉430015

介绍了一种平面杆系结构自由振动的常微分方程求解器解法。将计算无限自由度平面杆系结构的自振频率和主振型的广义特征值问题转换为典型的常微分方程边值问题,构造了一系列平凡常微分方程,建立相应的常微分方程组,利用常微分方程求解... 详细信息

介绍了一种平面杆系结构自由振动的常微分方程求解器解法。将计算无限自由度平面杆系结构的自振频率和主振型的广义特征值问题转换为典型的常微分方程边值问题,构造了一系列平凡常微分方程,建立相应的常微分方程组,利用常微分方程求解器予以求解。并利用该方法求解了等截面简支梁和两跨连续梁的自由振动的自振频率和主振型。其计算结果表明,该方法的求解精度和效率较高。

关键词：自由振动常微分方程边界条件特征值求解器

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一阶带函词限定理论求解器的研究与实现

一阶带函词限定理论求解器的研究与实现

作者：梁曰涛中山大学

学位级别：硕士

在以往的限定理论研究中，研究者大多集中于非函词的限定理论，1994年，Liftchitz提出了限定理论也可处理函词。近年来，也有大批学者关心函词的处理，关于函词的各种语义相继被提出，但对于限定理论函词的处理研究较少，更没有关于限... 详细信息

在以往的限定理论研究中，研究者大多集中于非函词的限定理论，1994年，Liftchitz提出了限定理论也可处理函词。近年来，也有大批学者关心函词的处理，关于函词的各种语义相继被提出，但对于限定理论函词的处理研究较少，更没有关于限定理论函词的求解器。　本文提出了一种通过引入辅助谓词去掉函词的方法，既保持了原来函词的语义，又为限定理论的等价翻译提供了基础，将去掉函词的一阶公式经过限定嵌入到稳定模型语义中，再转换为析取逻辑程序，最终求得问题的解。论文工作的意义主要有以下两点：其一，在理论研究上集中在限定理论函词的处理，对于函词的消去在不丢失其语义的情况下，使带函词一阶限定理论成功翻译到一阶稳定理论，该方法相对于以往的研究，集中在一阶逻辑，利用带函词一阶逻辑增强了求解问题的描述，而限定理论则主要集中在找出最小的“求解”，扩大了限定理论的研究范围，增强了限定理论在非单调逻辑推理中的灵活性，这在单调推理的庞大研究论域中是极其有意义。其二，在应用研究方面，由于函词的成功处理，扩大了限定理论在现实世界的应用范围，同时结合限定理论在计算复杂度方面的优势，得出问题的最小模型，也拓宽了限定理论求解的思路。

关键词：函词限定理论稳定模型语义析取逻辑程序求解器

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分布式并行油藏模拟高效求解器的构建

大庆石油地质与开发 2016年第5期35卷 53-57页

作者：赵国忠大庆油田有限责任公司勘探开发研究院黑龙江大庆163712

在分析、借鉴近年来油藏模拟线性系统求解器研究进展与数值实验的基础上,考虑自有并行模拟器的架构特点,以简洁实用为目的采取两步预处理方法,构建了新的高效求解器。在第一步预处理过程中,把构成雅可比矩阵的累积项和流动项分开考虑,... 详细信息

在分析、借鉴近年来油藏模拟线性系统求解器研究进展与数值实验的基础上,考虑自有并行模拟器的架构特点,以简洁实用为目的采取两步预处理方法,构建了新的高效求解器。在第一步预处理过程中,把构成雅可比矩阵的累积项和流动项分开考虑,提出了不同于以往的解耦矩阵;在第二步预处理方法的选择上,兼顾了分布式并行的实现便利和处理效率,提出了采用z方向线红黑排序的块高斯-赛德尔法(ZLBGS)迭代求解方案。SPE标准算例和油藏模拟实例测试都显示,新的并行求解器计算效率高于采用ASM+BILU单步预处理的原有求解器,提升了自主并行模拟器的性能。

关键词：油藏模拟求解器分布式并行