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基于POD-RLS-KF的有源相控阵天线温度场实时重构

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仪器仪表学报 2021年第7期42卷 38-49页

作者：刘德荣周金柱王梅李唐谷振玉西安电子科技大学电子装备结构设计教育部重点实验室西安710071 中国电子科技集团公司第三十八研究所合肥230088

当电子设备工作时,电磁性能受温度影响很大,如何用稀疏传感器测量数据实时重构电子设备三维温度场是实现健康监测和电磁性能控制的关键问题。针对这一问题,以有源相控阵天线为研究对象,提出了融合仿真数据和测量数据的基于本征正交分解... 详细信息

当电子设备工作时,电磁性能受温度影响很大,如何用稀疏传感器测量数据实时重构电子设备三维温度场是实现健康监测和电磁性能控制的关键问题。针对这一问题,以有源相控阵天线为研究对象,提出了融合仿真数据和测量数据的基于本征正交分解-正则化最小二乘法-卡尔曼滤波(POD-RLS-KF)的温度场时空重构方法:首先利用POD方法将仿真瞬态温度场数据分离为时间模式系数和空间基函数;然后根据稀疏传感器采集的数据,利用RLS和KF方法对时间模式系数进行最优估计;最后结合空间基函数和更新后的时间模式系数实时重构温度场。仿真和实验结果表明:在仿真工况与实际工况不同时,该方法根据稀疏传感器提供的少量数据实时计算天线三维温度场。对比现有重构方法,提出的方法展现出较好重构精度和噪声抑制能力,重构温度场平均均方根误差是卡尔曼滤波-线性随机估计(KF-LSE)方法的7.18%,是Gappy方法的1.53%。

关键词：有源相控阵天线稀疏传感器温度场重构本征正交分解正则化最小二乘法卡尔曼滤波器

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基于稀疏字典学习的VLSI温度场重构技术

电子科技大学学报 2021年第4期50卷 502-507页

作者：张天一李文昌肖金玉刘剑中国科学院半导体研究所北京海淀区100083 中国科学院大学微电子学院北京石景山区100049 华润上华科技有限公司江苏无锡214028 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京石景山区100049

多核处理器等超大规模集成电路芯片通常采用动态热管理技术处理热问题。高精度重构芯片温度场是动态热管理正确运行、保证被测芯片运行性能及工作可靠性的前提条件。基于频域分析的温度场重构技术损失了一部分高频信息,重构精度较低。... 详细信息

多核处理器等超大规模集成电路芯片通常采用动态热管理技术处理热问题。高精度重构芯片温度场是动态热管理正确运行、保证被测芯片运行性能及工作可靠性的前提条件。基于频域分析的温度场重构技术损失了一部分高频信息,重构精度较低。为了提升温度场重构精度,该文提出了一种基于稀疏字典学习的温度场重构方法。该方法通过字典学习将温度场先验信息稀疏表示,同时设计温度传感器位置分配方案,实现了温度场的重构。实验结果证明了相比基于频域分析的温度场重构方法,所提方案具有更优越的温度场重构性能。

关键词：字典学习动态热管理稀疏表示温度传感器温度场重构

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钻孔工件移动热边界条件估计及温度场重构

西安交通大学学报 2019年第1期53卷 18-24,43页

作者：吕财王广军陈红章广祥陈泽弘重庆大学动力工程学院重庆400044 重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400044

针对钻孔加工过程中工件受热边界条件难以直接准确测量的问题,建立了一种模型预测反演方案,并将该方法用于钻孔工件移动热边界条件的估计。在该方案中,采用阶跃响应系数建立工件温度的非参数化预测模型。利用工件的部分温度测量信息,通... 详细信息

针对钻孔加工过程中工件受热边界条件难以直接准确测量的问题,建立了一种模型预测反演方案,并将该方法用于钻孔工件移动热边界条件的估计。在该方案中,采用阶跃响应系数建立工件温度的非参数化预测模型。利用工件的部分温度测量信息,通过滚动优化实现工件移动热边界条件的反演。文中利用数值仿真试验验证了上述方法的有效性,分析了钻具进给速度、温度测量误差、测点数以及未来时间步数对反演结果的影响,并以测量标准差为0.05℃下反求得到的边界条件为已知信息,重构了工件的瞬态温度场。研究结果表明:本文方案能够有效反演工件的移动热边界条件,且具有一定的抗干扰能力;此外,由于不需要对未来一段时间内移动热边界条件的变化进行假设,使得本文的方案降低了反演结果对于未来时间步数的依赖性。本研究为钻孔工件瞬态温度场的重构提供了一种解决方案。

关键词：钻孔移动热边界条件反问题模型预测控制温度场重构

热风加热沥青路面传热规律与温度场重构预测研究

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热风加热沥青路面传热规律与温度场重构预测研究

作者：张辉长安大学

学位级别：硕士

热风加热均匀性好,层间温度梯度小,路面表层不易焦化,已被广泛应用于沥青路面再生养护当中。加热温度对沥青路面承载能力和使用性能有重要影响,就地热再生中沥青路面温度场分布是衡量养护后路面质量的重要指标,热风加热参数与加热流场... 详细信息

热风加热均匀性好,层间温度梯度小,路面表层不易焦化,已被广泛应用于沥青路面再生养护当中。加热温度对沥青路面承载能力和使用性能有重要影响,就地热再生中沥青路面温度场分布是衡量养护后路面质量的重要指标,热风加热参数与加热流场和温度场的分布特性密切相关,但由于热风加热沥青路面实验测点有限,无法获得足够详细的温度场分布信息,从而导致无法准确评估施工质量。基于此,本文根据传热学和粘性流体力学基本理论,建立热风加热沥青路面的流固耦合冲击射流瞬态换热理论模型,采用有限体积离散方法求解获得了不同工况下的流场和温度场分布;搭建热风冲击射流换热试验台,利用试验数据验证理论模型的可靠性,并通过正交试验研究了各加热参数对沥青路面换热效果的影响规律;由于热风冲击射流具有高雷诺数下的湍流流场特性,利用开源CFD软件Open FOAM建立热风加热沥青路面的湍流传热模型,采用大涡模拟方法研究了温度场分布。通过本征正交分解法(POD)对已有温度场数据进行降阶与重构,选取径向基函数与基于时间序列的非线性自回归神经网络作为代理模型,分别进行了对未知工况温度场的内插预测和指定工况下未知时刻温度场的外推预测,并对预测误差进行了分析和评估。研究结果表明:建立的热风加热沥青路面的流固耦合冲击射流瞬态换热理论模型符合冲击射流换热的理论规律,计算结果与试验结果误差在15%以内,可用于实际工况的计算;在Open FOAM中建立的热风加热沥青路面湍流大涡模拟传热模型,由于模型考虑了流场中存在的湍流特性,其计算结果与试验结果误差降低至8%以内;利用理论模型计算的流场数据进行POD分解和重构时,流场重构精度随着选取的模态阶数的增加而增加,预测模型在未知工况温度场内插预测中精度较高,其预测误差在1.00%以下,而在指定工况未知时刻温度场的外插预测中仅在相邻几个时刻上具有较高精度,其预测误差在5.00%以下;在相同计算机配置下,两种预测方式计算耗时均为数值计算方法的1.5%以下,对实现施工的在线快速指导提供了理论基础和技术支撑。

关键词：就地热再生冲击射流大涡模拟本征正交分解法温度场重构温度场预测

基于CFD和降阶方法的超超临界CFBB温度场重构

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基于CFD和降阶方法的超超临界CFBB温度场重构

作者：罗芸贵州大学

学位级别：硕士

在超超临界循环流化床锅炉(CFBB)燃烧过程中,温度信息不仅可以反映燃烧过程的细节,还可以反映锅炉的运行状态,这对安全、高效的锅炉运行具有重要意义。锅炉实际运行中炉膛温度信息的获取方法众多,如热电偶测量、声学测量、光学测量等,... 详细信息

在超超临界循环流化床锅炉(CFBB)燃烧过程中,温度信息不仅可以反映燃烧过程的细节,还可以反映锅炉的运行状态,这对安全、高效的锅炉运行具有重要意义。锅炉实际运行中炉膛温度信息的获取方法众多,如热电偶测量、声学测量、光学测量等,但这些方法都有其局限性。热电偶只能单点测量,由于成本和条件的限制,很难获取炉膛温度场;声学测量和光学测量,可获得炉膛温度场,但存在许多问题,限制了它们的使用,所以利用数值方法代替声学测量或光学测量可得到不同工况下炉膛温度场。本征正交分解(POD)可以从大量温度数据中提取重要特征,可以用少量的重要特征线性组合快速重构温度场。理论分析和仿真结果验证了本征正交分解(POD)重建算法的可行性和准确性。首先,受限于实验条件、实际数据和样本数量,无法实现使用实验数据或声学法或光学法获得的实际测量数据构建样本数据构建样本数据,进行数值模拟,获取温度分布重建的样本数据集。使用本征正交分解方法提取样本数据中的温度分布基向量,从有限测量数据中实现准确、快速温度分布重建。对超超临界循环流化床锅炉炉内二维、三维温度场重建,结果表明,结合少量测点数据可以快速、准确的重构二维、三维温度场。其次,研究超超临界温度场重构计算中POD基个数、测点数量、测点位置、测点误差、样本误差与重建误差的关系,得到了重建算法关键参数对重建计算结果的影响规律:理论上使用越多的POD基个数进行重建,误差会越低,但实际上,还需实际问题实际分析,在本文中POD基的最佳个数为4个;重建误差随测点数量先快速降低,后减小缓慢;测点数量过少时,测点位置对重构误差的影响很大,当测点数量到达一定值后,测点位置对重构误差的影响很小;在测点数量为20时,重建算法可以获得良好的重建效果,且在此测量数据后,测点位置对重构结果的影响很小,出于测量成本以及测量复杂性的考虑,不宜采用过多的测点,在本文中最佳测点数量的选取是20个;重建算法对测点温度数据的测量误差与样本数据误差有较高的包容性、抗噪性,展现出了算法良好的稳定性以及鲁棒性。最后,通过将给定的CFD解与有限热电偶测温传感器数据值融合,来解决仿真数据和实测数据偏差带来的影响,有限热电偶传感器温度信息有效地校正给定的CFD解,侧重在于从源头上使样本工况温度场更接近于“实际”温度场,结果表明,传感器-CFD数据融合技术重构的温度场将比通过gappy-POD方法从传感器观测直接重构的温度场更精确。

关键词：本征正交分解(POD) 温度场重构超超临界循环流化床锅炉传感器-CFD数据融合技术数值模拟

基于光纤光栅的智能蒙皮天线温度场重构与损伤识别

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基于光纤光栅的智能蒙皮天线温度场重构与损伤识别

作者：刘德荣西安电子科技大学

学位级别：硕士

智能蒙皮天线之所以“智能”,是因为它在满足共形承载要求、保证散热功能的情况下,能根据服役过程中结构变形、温度信息实时进行电磁性能自主调控;并可以根据应变测量信息完成天线健康状态监测,因此广泛应用于各类武器平台。本文以智能... 详细信息

智能蒙皮天线之所以“智能”,是因为它在满足共形承载要求、保证散热功能的情况下,能根据服役过程中结构变形、温度信息实时进行电磁性能自主调控;并可以根据应变测量信息完成天线健康状态监测,因此广泛应用于各类武器平台。本文以智能蒙皮天线为研究对象,针对其服役期间受高温、震动、潮湿等恶劣工作环境影响,导致性能下降、可靠性降低问题,详细研究了温度场重构和结构损伤识别问题,并结合已有技术提出了面向智能蒙皮天线可靠服役的数字孪生框架,具体工作内容如下:1.提出了面向智能蒙皮天线的温度场时空分离重构方法。该方法融合仿真和测量数据,采用正则化最小二乘法实时计算时间模式系数;并采用卡尔曼滤波算法最优估计时间模式系数;然后利用仿真数据本征正交分解得到的空间基函数和最优估计时间模式系数组成的降阶模型实时重构温度场。最后以智能蒙皮天线的高密度收发组件为实验对象对提出的温度场时空分离重构方法进行了验证,证明了本方法的有效性。2.提出了面向温度场重构的递增式传感器布局方法。该方法以QR分解为基础,以条件数最小为目标,以传感器安装位置的最小距离、空间基函数的相似性为约束,对传感器位置进行优化和求解。最后以智能蒙皮结构为实验对象对提出的布局方法进行了验证,证明了本方法在工程运用中的实用性。3.提出了面向智能蒙皮天线的概率迁移主成分分析-支持向量机损伤识别方法。该方法通过主成分分析和概率迁移模型计算应变数据的特征,并根据该特征对损伤状态进行判断;其次将仿真数据特征作为输入,已知损伤位置作为输出,采用支持向量机对损伤定位模型进行有监督分类训练;然后将实际测量数据的特征作为该模型输入,则输出为损伤位置。最后以微观封装系统和智能蒙皮天线罩为实验对象对提出的方法进行了验证,证明了本方法的准确性。4.提出了面向智能蒙皮天线可靠服役的数字孪生框架。该数字孪生框架主要包括应变场、位移场、温度场重构和预测,电磁性能调控和预测,结构损伤识别和预测三个方面,每个方面均由物理测量数据、仿真先验知识和可视化显示构成。该数字孪生框架能够对智能蒙皮天线温度、应变进行测量,并根据温度场、位移场的重构和预测结果对电磁性能进行主动在线调控,根据应变测量数据进行结构健康监测。最后以相控阵天线为研究对象,以数字孪生软件形式完成了应变场、位移场、温度场、电磁场和健康状态的实时监测、预测和调控。

关键词：智能蒙皮天线数字孪生温度场重构传感器布局损伤识别

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基于双向多步预测的炉管温度场重构方法

计算机与现代化 2024年第1期 53-58页

作者：林启钊彭志平郭棉崔得龙广东石油化工学院计算机与电子信息学院广东茂名525000 广东工业大学计算机学院广东广州510006 广东技术师范大学电子与信息学院广东广州510665

针对高温封闭的乙烯裂解环境下裂解炉炉管温度感知难的问题,提出一种融合机理和长短记忆神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)的裂解炉炉管表面温度场重构方法。该方法首先基于计算流体力学仿真平台fluent构建乙烯裂解反应机理模型,... 详细信息

针对高温封闭的乙烯裂解环境下裂解炉炉管温度感知难的问题,提出一种融合机理和长短记忆神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)的裂解炉炉管表面温度场重构方法。该方法首先基于计算流体力学仿真平台fluent构建乙烯裂解反应机理模型,用来描述裂解反应与炉管温度的数学关系,然后利用工业现场数据对机理模型进行数值矫正和过程参数求解,进一步基于皮尔逊相关系数确定适用性强的主要过程参数,在此基础上,设计卷积块注意力模块(Convolu tional Block Attention Module,CBAM)对反映裂解反应与炉管温度关系的主要过程参数的特征进行提取,最后基于遗传算法和LSTM网络设计双向多步预测模型(GA-BMLSTM)对炉管温度分布进行预测。实验结果表明该方法对炉管温度场的重构有较高的准确率和较强的适用性。

关键词：乙烯裂解炉温度场重构计算流体力学注意力机制遗传算法

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轴类锻件成型中的温度场重构研究

轴类锻件成型中的温度场重构研究

作者：赵睿超西安电子科技大学

学位级别：硕士

锻造行业是国民经济的基础,如何提升锻造质量始终是一个重要问题。锻造温度是影响锻造质量的重要因素,在合适的温度区间热处理锻件有助于提高锻造质量。高效、准确地获取锻件热处理过程中的温度场已成为一个重要的研究方向。工程中通常... 详细信息

锻造行业是国民经济的基础,如何提升锻造质量始终是一个重要问题。锻造温度是影响锻造质量的重要因素,在合适的温度区间热处理锻件有助于提高锻造质量。高效、准确地获取锻件热处理过程中的温度场已成为一个重要的研究方向。工程中通常使用的红外传感器只能获得锻件表面的温度,无法获得锻件内部的温度,使用热像仪是相同的情况而且成本更高。结合边界条件与能量方程计算锻件整体温度是获取锻件温度场的有效方法。针对锻件成型中的温度场重构问题,本文设计了一种锻件温度场重构算法,能够通过有限个数温度传感器的测量数据重构轴类锻件典型变形中的温度场。该研究旨在探索一种低成本且响应快的温度场重构方法,从而提供锻件生产中难以获得的实时和预测温度场数据。为此本文通过理论推导与仿真验证的方法对轴类锻件成型中的温度场重构算法进行了研究,主要进行了以下工作:首先通过仿真模拟了轴类锻件在自由锻过程中径向受力情况下的形状变化,建立了轴类锻件典型形变过程的等效模型。使用有限体积法结合传热学理论,推导了基于等效模型网格的传热方程。采用反距离插值法设计了节点变形补偿算法和时刻温度场插值算法,结合传热方程设计了锻件成型中的温度场重构算法。通过仿真分析了锻件形状、锻件尺寸、预测时长和传感器数目与位置因素对重构算法计算误差的影响并改进了温度场重构算法。其次针对温度场重构算法中传感器的布局问题,提出了测温点优化问题的优化模型并设计了优化目标函数,通过遗传算法得到了锻件不同锻压量下温度传感器的最优布点个数与位置,并通过定义修正指数,给出了特定工况下传感器的最优布局方案。最后在前述工作研究的基础上,设计了一种使用本文温度场重构算法的锻件温度场监测系统。该系统通过无线传输和有线传输结合的方式获取了传感器温度数据,并基于MATLAB计算引擎进行温度场算法的迭代计算生成温度场重构结果。实验测试了监测系统的运行状况,实验结果证明了锻件温度场监测系统的有效性。

关键词：温度场重构锻件成型优化算法温度监测系统

基于海量光纤测温数据的混凝土坝三维温度场分析系统

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清华大学学报（自然科学版） 2021年第7期61卷 738-746页

作者：周华维赵春菊陈文夫周宜红谭尧升刘全潘志国游皓梁志鹏王放龚攀三峡大学水电工程施工与管理湖北省重点实验室宜昌443002 三峡大学水利与环境学院宜昌443002 中国三峡建设管理有限公司成都610041 武汉大学水利水电学院武汉430000 河海大学水利水电学院南京210098 三峡大学计算机与信息学院宜昌443002

结合大型混凝土坝工程应用需求,提出了光纤埋设施工流程、海量测温数据实时获取方法及坝体三维温度场重构理论,研发了混凝土坝三维温度场分析系统,实现了光纤埋设施工记录和施工质量的可控可查,海量光纤测温数据的实时传输、解析及自动... 详细信息

结合大型混凝土坝工程应用需求,提出了光纤埋设施工流程、海量测温数据实时获取方法及坝体三维温度场重构理论,研发了混凝土坝三维温度场分析系统,实现了光纤埋设施工记录和施工质量的可控可查,海量光纤测温数据的实时传输、解析及自动处理,实测温度变化过程分析,坝体二维、三维温度场实时在线重构及可视化等功能,并结合在建白鹤滩大坝工程,分析了该系统的应用模式及效果。实践结果表明:该系统可为海量测温数据的高效利用提供分析平台,为全面掌握坝体真实温度分布特征及变化规律提供新的思路,可直接应用于其他混凝土坝工程的温度监测与分析,也可拓展应用于其他工程海量监测数据的管理与分析。

关键词：混凝土坝光纤测温温度场重构温控防裂