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基于数值模拟的工程设计中参数不确定性表征方法研究综述

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航空学报 2023年第22期44卷 86-117页

作者：熊芬芬李泽贤刘宇夏侯唐凡北京理工大学宇航学院北京100081 电子科技大学机械与电气工程学院成都611731

现代工程设计大量使用数值模拟技术,然而数值模拟中仿真模型、几何参数、工作载荷、环境条件等均存在不确定性,这些不确定性直接影响数值模拟结果的可信度,尤其在研发对性能和可靠性要求严苛的装备时,忽略这些不确定性将产生潜在风险,... 详细信息

现代工程设计大量使用数值模拟技术,然而数值模拟中仿真模型、几何参数、工作载荷、环境条件等均存在不确定性,这些不确定性直接影响数值模拟结果的可信度,尤其在研发对性能和可靠性要求严苛的装备时,忽略这些不确定性将产生潜在风险,因此在基于数值模拟的工程设计中开展不确定性量化意义重大。不确定性表征既是准确开展不确定性量化和优化设计工作的前提,也是工程精细化设计的重要支撑。本文阐述了基于数值模拟的工程设计中所面临的不确定性因素,根据不确定性因素的表现形式和可用信息,按照概率表征和非概率表征两大类总结了目前主流的参数不确定性表征方法,介绍了各种表征方法的基本思想、主要原理、适用范围以及方法在工程实践中的发展和应用,并简要阐述基于不确定性表征结果进行不确定性传播的基本思路,最后对不确定性表征的研究方向进行了展望。

关键词：数值模拟不确定性表征参数不确定性随机不确定性认知不确定性

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参数不确定性估计的随机响应面模型修正方法

振动工程学报 2016年第4期29卷 594-602页

作者：方圣恩张秋虎林友勤张笑华福州大学土木工程学院福建福州350116 福州大学土木工程防震减灾信息化国家地方联合工程研究中心福建福州350116 合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

正确估计实际工程结构中参数和响应不确定性的大小,能有效提高分析结果的可靠性。首先基于概率配点法和回归分析建立随机响应面模型,以表述不确定性参数与响应间复杂的隐式函数关系,快速估计响应的统计特征值;然后提出一种两阶段修正策... 详细信息

正确估计实际工程结构中参数和响应不确定性的大小,能有效提高分析结果的可靠性。首先基于概率配点法和回归分析建立随机响应面模型,以表述不确定性参数与响应间复杂的隐式函数关系,快速估计响应的统计特征值;然后提出一种两阶段修正策略,分步修正参数的均值和标准差,以简化随机修正过程、提高修正效率;最后基于一组55块钢板的实测频率均值和标准差,估计钢板厚度和材料参数的统计特征值,验证方法的可行性和可靠性。

关键词：随机模型修正参数不确定性随机响应面模型两阶段修正策略

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参数不确定性弹药协调器的定位精度区间优化

南京理工大学学报 2017年第2期41卷 139-144页

作者：王茜侯保林南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

针对存在参数不确定性的弹药协调器的定位误差问题,该文提出一种提高定位精度的区间优化方法。分析了影响弹药协调器定位精度的主要不确定参数,建立了协调器的Recurdyn-Simulink联合仿真模型,在不确定变量空间拉丁超立方采样,并带入仿... 详细信息

针对存在参数不确定性的弹药协调器的定位误差问题,该文提出一种提高定位精度的区间优化方法。分析了影响弹药协调器定位精度的主要不确定参数,建立了协调器的Recurdyn-Simulink联合仿真模型,在不确定变量空间拉丁超立方采样,并带入仿真模型求解定位误差区间,基于误差区间建立了一种不确定区间优化方法,对协调器的定位精度进行了优化设计。优化计算结果表明,该优化方法效果显著。

关键词：弹药协调器参数不确定性定位精度区间优化

参数不确定性对地下水数值模拟结果可靠性的影响

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排灌机械工程学报 2018年第7期36卷 593-598页

作者：刘派沈阳工学院能源与水利学院辽宁抚顺113122

以标准矩形为研究区,按介质渗透系数差异将研究区划分为4个单元,应用Hydro GeoSphere模拟系统建立数值模型,以含水层渗透系数为目标参数,分析不同参数分区的灵敏度系数;选择高灵敏度的分区建立渗透系数随机场,进行参数不确定随机模拟,... 详细信息

以标准矩形为研究区,按介质渗透系数差异将研究区划分为4个单元,应用Hydro GeoSphere模拟系统建立数值模型,以含水层渗透系数为目标参数,分析不同参数分区的灵敏度系数;选择高灵敏度的分区建立渗透系数随机场,进行参数不确定随机模拟,分析模拟结果相对确定性模型的可靠度.结果表明:位于模型最顶层的单元1内渗透系数灵敏度最大,这与该单元的分布位置直接相关;随机模拟得到的压力水头按一定频率分布,确定性模型所得到的压力水头变化值290.52 cm出现的频率仅为7%;当认为确定性模型结果的可靠度为100%时,随机模拟结果相对于确定性模型结果的可靠性明显降低,这表明考虑到参数的不确定性时,模拟结果与确定性模型结果存在显著差异.随机模拟结果的概率性分布特征可以更加真实地表达实际情况,有利于水资源决策性管理的风险规避.

关键词：地下水参数不确定性随机模拟灵敏度可靠度

大尺度水文模型参数不确定性分析的挑战与综合研究框架

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水科学进展 2022年第2期33卷 327-335页

作者：苟娇娇缪驰远徐宗学段青云北京师范大学地理科学学部北京100875 城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室北京100875 北京师范大学水科学研究院北京100875 河海大学水文水资源学院江苏南京210098

水文模型是对自然界复杂水文现象与过程的一种综合近似描述,在水旱灾害防治、水资源管理与开发利用等方面应用广泛。本文分析了大尺度水文模型应用的难点,总结了参数不确定性研究的主要进展,介绍了参数不确定性分析框架“敏感性分析—... 详细信息

水文模型是对自然界复杂水文现象与过程的一种综合近似描述,在水旱灾害防治、水资源管理与开发利用等方面应用广泛。本文分析了大尺度水文模型应用的难点,总结了参数不确定性研究的主要进展,介绍了参数不确定性分析框架“敏感性分析—参数优化—参数区域化”(SOR)的基本概念、重要性与应用情况。论文基于已有认识,建议在水文建模优化过程中引入更全面的参数不确定性分析SOR框架,并加强新一代分布式水文模型与更加成熟的水文气象数据观测系统的开发,以减少来自模型结构与模型驱动数据的不确定性,提高全球变化背景下大尺度水文模型水循环过程模拟和预测的准确性。

关键词：大尺度水文模型参数不确定性分析框架

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磁流变阻尼器MNS模型参数不确定性分析

工程力学 2020年第1期37卷 175-182页

作者：彭长乐陈城侯和涛山东大学土建与水利学院

磁流变阻尼器(Magneto-Rheological damper)因其优异的性能,在地震和风荷载下的结构振动控制中有广阔的应用。采用磁流变阻尼器进行结构控制时,建立相对精确的非线性模型是设计控制策略重要因素之一,也是保证对其进行数值分析时具有较... 详细信息

磁流变阻尼器(Magneto-Rheological damper)因其优异的性能,在地震和风荷载下的结构振动控制中有广阔的应用。采用磁流变阻尼器进行结构控制时,建立相对精确的非线性模型是设计控制策略重要因素之一,也是保证对其进行数值分析时具有较高可信度的关键因素之一。从传统优化方法获得的确定性模型参数无法考虑由于磁流变阻尼器的现象学模型(phenomenological model)内在的不确定性,从而可能导致阻尼器模型出现不准确的预测。使用马尔可夫链蒙特卡洛方法,该研究对磁流变阻尼器的 Maxwell Nonlinear Slider (MNS)模型的不确定性分析,并通过与现有 200 kN 足尺磁流变阻尼器试验结果,证明了概率模型能够更好地预测磁流变阻尼器在预定的正弦曲线位移和实时混合模拟的位移响应下的输出力和能量耗散,从而为进一步分析结构在磁流变阻尼器控制下的响应预测提供了更为有效的工具。

关键词：结构控制足尺磁流变阻尼器 MNS模型马尔可夫链蒙特卡洛方法参数不确定性

融合时延和参数不确定性的智能汽车轨迹跟踪鲁棒协同控制

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北京理工大学学报 2024年

作者：赵文强魏洪乾艾强林晨郑楠王洪荣张幽彤莫纳什大学工程学院北京理工大学清洁与车辆实验室中国汽车工程研究院股份有限公司汽车测控与安全四川省重点实验室

针对参数不确定性和网络时滞效应引起的轨迹跟踪控制性能衰退问题，提出了基于状态误差快速收敛的输出反馈鲁棒模型预测控制策略.根据汽车参数的不确定性来源和网络信号的随机时延特性，构建了包含两类不确定项的多胞体控制模型，并通... 详细信息

针对参数不确定性和网络时滞效应引起的轨迹跟踪控制性能衰退问题，提出了基于状态误差快速收敛的输出反馈鲁棒模型预测控制策略.根据汽车参数的不确定性来源和网络信号的随机时延特性，构建了包含两类不确定项的多胞体控制模型，并通过鲁棒状态观测器实现对状态变量的精确观测，结合采用快速收敛约束设计的鲁棒模型预测控制器，有效提高了车辆的轨迹跟踪精度和横摆稳定性.测试结果表明，提出的策略可以有效消除两类不确定性对跟踪控制的影响；相对于传统的线性模型预测控制和鲁棒模型预测控制方法，其轨迹跟踪精度分别提高了83.70%和19.41%，横摆稳定性分别提高了72.88%和40.74%,实车试验表明其具备良好的实时性和可行性.

关键词：智能驾驶汽车轨迹跟踪时滞动力学参数不确定性

参数不确定性条件下螺旋桨致舰船系统振动的自适应反演控制

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噪声与振动控制 2018年第5期38卷 81-88页

作者：公鑫华宏星上海交通大学振动冲击噪声研究所上海200240 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

螺旋桨致舰船振动的有效控制对降低舰船尾部壳体低频段声辐射具有重要意义,其中振动主动控制技术能够在保证隔振系统的总刚度不变软的前提下降低螺旋桨到艇体的能量传递率。本研究以桨轴-艇体为研究对象,使用止推电磁轴承作为致动器,针... 详细信息

螺旋桨致舰船振动的有效控制对降低舰船尾部壳体低频段声辐射具有重要意义,其中振动主动控制技术能够在保证隔振系统的总刚度不变软的前提下降低螺旋桨到艇体的能量传递率。本研究以桨轴-艇体为研究对象,使用止推电磁轴承作为致动器,针对模型的不确定性,提出一种自适应反演控制方案,不仅可以降低螺旋桨激励传递到艇体的能量,还能够降低未知参数和未知动力学部分对艇体振动的不良影响。此外,为了降低电磁轴承的能量损耗,相对于传统的差动电流驱动方案,设计出分时驱动的双边电磁轴承方案。仿真结果显示,这种自适应反演控制方法不仅能有效控制螺旋桨激励下的艇体振动,还显示出优良的稳定性和鲁棒性。

关键词：振动与波螺旋桨致振动参数不确定性振动主动控制自适应控制反演控制

考虑路面预瞄信息和参数不确定性的空气悬架半主动控制

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振动与冲击 2020年第23期39卷 21-29页

作者：张志勇王建波胡林黄彩霞长沙理工大学机械装备高性能智能制造关键技术湖南省重点实验室长沙410114 长沙理工大学汽车与机械工程学院长沙410114 湖南大学机械与运载工程学院长沙410082

针对带节流阻尼孔和附加气室的车辆空气悬架半主动控制问题,基于鲁棒控制理论,提出了考虑参数不确定性的车辆1/2空气悬架半主动控制策略;基于开关控制方法建立了期望控制力与节流阻尼孔面积的映射关系,实现阻尼力对期望控制力的跟踪;利... 详细信息

针对带节流阻尼孔和附加气室的车辆空气悬架半主动控制问题,基于鲁棒控制理论,提出了考虑参数不确定性的车辆1/2空气悬架半主动控制策略;基于开关控制方法建立了期望控制力与节流阻尼孔面积的映射关系,实现阻尼力对期望控制力的跟踪;利用前轴车轮的路面信息作为后轴车轮的预瞄信息,建立了含路面预瞄信息的增广系统;开展了考虑路面预瞄信息和参数不确定性的空气悬架半主动控制系统数值仿真。结果表明,提出的控制策略不仅能改善悬架的平顺性,而且对参数不确定性具有较强的鲁棒性。

关键词：空气悬架半主动控制鲁棒控制参数不确定性轴距预瞄