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Real-time performance of dae and ODE based estimators evaluated on a diesel engine

Science China(Information Sciences) 2018年第7期61卷 27-39页

作者： Erik H?CKERDAL Erik FRISK Lars ERIKSSON Scania CV AB Vehicular Systems Link?ping University

Computation and sampling time requirements for real-time implementation of observers is studied. A common procedure for state estimation and observer design is to have a system model in continuous time that is converted to sampled time with Euler forward method and then the observer is designed and implemented in sampled time in the real time system. When considering state estimation in real time control systems for production there are often limited computational resources. This becomes especially apparent when designing observers for stiff systems since the discretized implementation requires small step lengths to ensure stability. One way to reduce the computational burden, is to reduce the model stiffness by approximating the fast dynamics with instantaneous relations, transforming an ordinary differential equations(ODE)model into a differential algebraic equation(dae) model. Performance and sampling frequency limitations for extended Kalman filter(EKF)'s based on both the original ODE model and the reduced dae model are here analyzed and compared for an industrial system. Furthermore, the effect of using backward Euler instead of forward Euler when discretizing the continuous time model is also analyzed. The ideas are evaluated using measurement data from a diesel engine. The engine is equipped with throttle, exhaust gas recirculation(EGR), and variable geometry turbines(VGT) and the stiff model dynamics arise as a consequence of the throttle between two control volumes in the air intake system. The process of simplifying and modifying the stiff ODE model to a dae model is also discussed. The analysis of the computational effort shows that even though the ODE, for each time-update, is less computationally demanding than the resulting dae, an EKF based on the dae model achieves better estimation performance than one based on the ODE with less computational effort. The main gain with the dae based EKF is that it allows increased step lengths without degrading the estimation performance compared to the ODE base

关键词： estimation learning dae ODE EKF observability real-time

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A General Overview of the Typical 18 Frontal-VentralTransverse Cirri Oxytrichidae s. l. Genera(Ciliophora, Hypotrichia)

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Journal of Ocean University of China 2015年第3期14卷 522-532页

作者： SHAO Chen LU Xiaoteng MA Honggang The Key Laboratory of Biomedical Information Engineering of Ministry of Education School of Life Science and Technology Xi'an Jiaotong University Laboratory of Protozoology Institute of Evolution and Marine Biodiversity Ocean University of China

Oxytrichidae s. l. ciliates usually have 18 frontal-ventral-transverse cirri which are clustered to six distinct groups usually originating from six longitudinal primordia segregating 1, 3, 3, 3, 4, 4 cirri. During morphogenesis, three dorsal kineties anlagen are primarily formed. Fragmentation of kinety 3 usually present, while sometimes secondarily lost. Dorsomarginal kineties are formed, while sometimes lost. Oxytrichids tend to have overlapping characters, e.g. cell shape and size, infraciliature, pellicle features. This makes a great problem for genera separation. In the present work, all typical 18 frontal-ventral-transverse-cirri Oxytrichidae s. l. genera were revised systematically based on their living morphology, ciliature patterns and dorsal morphogenetic features. The outline of the genera, the schematic illustrations, and the key to typical 18 frontal-ventral-transverse-cirri genera of Oxytrichidae s. l. were clarified. Additionally, some morphological and morphogenetic patterns were summarized and compared.

关键词：纤毛门生活形态发生特点形态发生动力学纤毛虫 dae 示意图

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风电机组异常数据检测算法研究

风电机组异常数据检测算法研究

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作者：张佳楠江苏大学

学位级别：硕士

风能作为可再生的清洁能源是“十四五”碳中和能源战略的重要组成部分,风电场规模及数量不断扩大,风电机组的日常运行与维护成本不断增加。为降低运维成本,增强风电机组在达到灾难性故障前的可靠性,监测设备的运行状态及针对故障的早期... 详细信息

风能作为可再生的清洁能源是“十四五”碳中和能源战略的重要组成部分,风电场规模及数量不断扩大,风电机组的日常运行与维护成本不断增加。为降低运维成本,增强风电机组在达到灾难性故障前的可靠性,监测设备的运行状态及针对故障的早期检测与发现至关重要。利用工况数据对风电机组运行状态进行异常评估以实现对风电机组的运行状态的异常监测具有重要的研究意义,已引起广泛关注,成为研究热点。相关学者已经提出许多好的异常检测方法,其中长短时记忆自编码器(Long-Short Term Memory-Autoencoder,LSTM-AE)神经网络取得了较好的实验检测效果。但在实际运用过程中由于部分机组存在异常数据占比失衡的情况,且固定阈值的判定方法未考虑性能参数变化幅度与设备运行状态间的非线性关系,具有局限性,严重降低了异常数据检测的准确率。为此,本文提出基于LSTM-AE集成共享框架的风电机组运行状态异常评估方法以提高性能评估指数的精度,提出基于降噪自动编码器的自适应阈值风电机组异常检测方法解决固定阈值判定的局限性,并通过互信息量确定异常关键性能参数。论文的主要研究工作如下:(1)提出基于LSTM-AE集成共享框架(LSTM-AE Integrated Sharing Framework,ISF-LSTM-AE)的风电机组运行状态异常评估方法。通过在训练过程中引入同一风电场中近邻机组数据在时间维度上的相关性,提出一种能在模型训练过程中通过参数优化调整各个机组数据影响比重的隐藏状态共享模块,并结合LSTM-AE网络结构设计了一种能有效进行多机组模型联合训练的集成共享框架,提高在异常评估过程中正常数据与异常数据的分化性能。将本文所提方法与相关方法在真实风电场的数据采集与监视(Supervisory Control And Data Acquisition,SCADA)系统数据上进行对比实验,结果表明,正常数据均方根误差降低了1.7%～20%,异常数据均方根误差提高了1.3%～29%,显著提高了数据的分化性能,提高了性能评估指数的精确率。(2)提出基于降噪自动编码器的自适应阈值(Adaptive Threshold Based on Denoising Automatic Encoder,dae-AT)风电机组异常检测方法。通过降噪自动编码器构建性能评估指数与对应重构值间期望函数,对比重构值的期望性能评估指数与实际性能评估指数间的差值,在不同设备运行状态下自适应地调整对应的阈值。比传统固定阈值方法F1值(F1-score)提高1.4%～5.9%,有效提高对异常数据判定的准确性。计算并对比重构误差中不同性能参数与性能评估指数的互信息量,确定导致设备异常的关键性能参数。(3)设计并实现风电机组异常数据检测系统。系统包括异常评估、自适应阈值检测、异常关键性能参数分析等功能,以可视化的形式展示异常数据的分布并确定异常关键性能参数,方便用户分析风电机组故障情况。

关键词：异常检测 LSTM-AE 集成共享 dae 自适应阈值互信息风电机组

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基于dae的加热炉温度软测量预处理方法

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冶金信息导刊 2023年第1期60卷 44-48,63页

作者：崔岚郑怀宇本钢集团有限公司本溪117000

在轧钢生产环节中,加热炉温度测量尤为重要,它决定最终钢材性能和质量,并且温度控制的实时性直接影响到整个系统的安全性能、单位产量、系统能耗量等关键问题。以钢坯出口温度的软测量技术为研究背景,采用软测量技术对现场生产数据和环... 详细信息

在轧钢生产环节中,加热炉温度测量尤为重要,它决定最终钢材性能和质量,并且温度控制的实时性直接影响到整个系统的安全性能、单位产量、系统能耗量等关键问题。以钢坯出口温度的软测量技术为研究背景,采用软测量技术对现场生产数据和环境进行分析,形成了一种有效的数据预处理方法。

关键词：加热炉软测量预处理 dae 神经网络

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Research of Quality Prediction Based on Extreme Learning Machine

Research of Quality Prediction Based on Extreme Learning Mac...

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第32届中国控制与决策会议

作者： Yang Yinghua Song Zeping Liu Xiaozhi College of Information Science and Engineering Northeastern University

ISBN: (数字)9781728158556

ISBN: (纸本)9781728158563

Aiming at the problems of poor stability and generalization performance in quality prediction based on extreme learning machine（ELM）,this paper presents an improved method of ELM.It is named as the dae-P-ELM algorithm,which integrates denoising autoencoder（dae） with principal component analysis（PCA）.First,in order to reflect the characteristics and intrinsic relationship of the modeling data as much as possible,dae technology is introduced to reconstruct the input data.Therefore,output weight sufficiently containing the input data information is obtained,which is used as input weight of the ELM.Then,the PCA technology is used to reduce the dimension of the hidden layer output matrix to avoid the multicollinear problem in calculation of output weight matrix,which solves the problem of poor stability of the model due to too many hidden layer nodes.Finally,the method is applied to the Tennessee Eastman（TE） process.The simulation results show that the content of components G and H predicted by this method is basically consistent with the real value,which proves that the proposed method has a good prediction effect.

关键词： Quality prediction ELM dae PCA TE

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DHA和dae方案用于儿童急性髓系白血病诱导治疗远期疗效的对比分析

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罕少疾病杂志 2023年第6期30卷 98-99页

作者：董静赵亚楠张秀英高慧罗继霞开封市儿童医院儿科河南开封475000

目的对比分析柔红霉素+高三尖杉酯碱+阿糖胞苷(DHA)和柔红霉素+阿糖胞苷+依托泊苷(dae)方案用于儿童急性髓系白血病诱导治疗的远期疗效。方法选择2019年3月至2021年11月我院接诊的82例儿童急性髓系白血病患者进行研究。随机(按照随机... 详细信息

目的对比分析柔红霉素+高三尖杉酯碱+阿糖胞苷(DHA)和柔红霉素+阿糖胞苷+依托泊苷(dae)方案用于儿童急性髓系白血病诱导治疗的远期疗效。方法选择2019年3月至2021年11月我院接诊的82例儿童急性髓系白血病患者进行研究。随机(按照随机数表法)均分为DHA组和dae组,每组患者均为41例。DHA组采用如下治疗方法 :40-45mg/m^(2)柔红霉素,2-2.5mg/m^(2)高三尖杉酯碱,100-150mg/m^(2)阿糖胞苷静脉;dae组采用如下的治疗方案:40-45mg/m^(2)柔红霉素,100-150mg/m^(2)阿糖胞苷;100mg/m^(2)依托泊苷。两种治疗方案的周期均为28天,保证连续治疗2个疗程,而且跟随观察2年。记录中性粒细胞、血红蛋白和血小板计数达到正常值时间等数据,以及在治疗阶段产生的不良反应,来进行比较两组患儿的远期疗效。结果 DHA组患者治疗临床结果有效率(65.85%)明显高于dae组患者(43.9 0%,Pdae组(P0.05)。结论 DHA方案在治疗儿童患者的急性髓系白血病方面的远期治疗效果方面,优于dae方案,可以有效延长儿童患者的总生存时间,改善患者的身体水平,具有临床应用的参考价值,值得推广应用。

关键词：急性髓系白血病儿童 DHA dae 远期疗效

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车辆动力学方程解算方法的构建

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东北师大学报（自然科学版） 2009年第3期41卷 40-43页

作者：赵宇郭孔辉丁海涛李丽孙铁利吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室吉林长春130025 东北师范大学计算机学院吉林长春130017

总结了车辆动力学方程解算过程中常用的数值计算方法,指出了在硬件在环仿真中编写源代码级解算器的必要性,介绍了在dae和ODE方程解算过程中所用的模板技术,分析了此技术能提高运算速度的原因,成功编写并封装了源代码级的解算器,最后利用... 详细信息

总结了车辆动力学方程解算过程中常用的数值计算方法,指出了在硬件在环仿真中编写源代码级解算器的必要性,介绍了在dae和ODE方程解算过程中所用的模板技术,分析了此技术能提高运算速度的原因,成功编写并封装了源代码级的解算器,最后利用8自由度车辆模型进行了仿真.

关键词：解算器 dae ODE NR方法车辆模型

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混合现实环境下的汽车关键零部件FEA结果可视化研究

混合现实环境下的汽车关键零部件FEA结果可视化研究

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作者：周铮武汉理工大学

学位级别：硕士

在汽车研发过程中对关键零部件进行FEA是必不可少的一环,由于FEA结果文件格式的限制以及其占用内存较大的问题,通常CAE工程师将仿真结果以二维图片或图表的形式进行传阅,这种传阅方式不如三维的表现效果,也缺乏与FEA结果进行交互的操作... 详细信息

在汽车研发过程中对关键零部件进行FEA是必不可少的一环,由于FEA结果文件格式的限制以及其占用内存较大的问题,通常CAE工程师将仿真结果以二维图片或图表的形式进行传阅,这种传阅方式不如三维的表现效果,也缺乏与FEA结果进行交互的操作。因此,本文利用Python编程语言和ANSYS命令,探求从FEA结果文件中提取有效的信息,并基于Python编程语言和VTK图形库研究文件转换算法,再将转换后的文件导入Unity3D中,建立混合现实环境下的汽车关键零部件FEA结果可视化平台,发布至Holo Lens设备进行测试验证。该平台能够可视化各类FEA结果表面彩色云图,并绘制相应的三维曲线。通过该平台,可以全面近距离的了解FEA结果信息,并可以对其进行平移、旋转等交互操作。在整个平台的实现过程中进行了以下研究:首先,提取FEA结果文件中的有效信息。利用Python编程语言和ANSYS命令,探求从FEA结果文件中获取有效信息:节点信息、单元信息、节点结果数据、单元结果数据、仿真时间信息等,并生成VTK格式文件。其次,在Python编程环境下,研究将VTK文件转换成dae文件,并针对不同的FEA类型:模态分析、瞬态动力学分析,提取有效的信息用于绘制三维曲线,生成TXT文件。然后,在Unity3D中搭建可视化平台:将整个可视化平台划分成三个场景,并完成合理的UI布局设计;基于射线碰撞检测原理,建立以手势交互为主,语言识别为辅的交互机制;利用Holo Lens的空间映射技术实现混合现实仿真场景。最后,将生成的结果文件导入Unity3D中,验证其正确性;将应用发布至Holo Lens进行仿真验证,结果表明:混合现实环境下的FEA结果可视化平台沉浸感强,人机交互性高,能够帮助研发人员快速准确的对FEA三维结果进行虚拟评审,缩短产品的研发周期。

关键词：可视化平台汽车关键零部件 VTK dae 混合现实

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水轮机模型综合特性建模及机组过渡过程计算研究

水轮机模型综合特性建模及机组过渡过程计算研究

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作者：金橹华中科技大学

学位级别：硕士

水轮机是电力生产中的重要动力设备之一,水轮机的运行状态直接关系到水电站的安全运行。我国是水电大国,拥有众多投产发电或者正在建设的大中型水电站,对水轮机的特性进行全面细致的研究具有重要的工程意义。水轮机内部的水力流动非常复... 详细信息

水轮机是电力生产中的重要动力设备之一,水轮机的运行状态直接关系到水电站的安全运行。我国是水电大国,拥有众多投产发电或者正在建设的大中型水电站,对水轮机的特性进行全面细致的研究具有重要的工程意义。水轮机内部的水力流动非常复杂,通过模型试验得到的模型综合特性曲线主要反映了水轮机在高效率工况区的静态特性,而水轮发电机组控制与水电站过渡过程计算等研究中需要考虑水轮机全特性,这就要求对模型综合特性曲线进行延伸和高精度数学建模。根据水轮机高效率区域的特性曲线、飞逸特性曲线和零开度时的转矩特性曲线,结合混流式水轮机的流场分析理论和大量的模型试验得到水轮机特性参数之间的数学关系,在此基础上扩展水轮机高效率区的特性,并建立基于双三次B样条的水轮机全特性数学模型。混流式水轮机最为常见,应用上述理论与方法获得典型比转速的混流式水轮机全特性并建立了混流式水轮机全特性通用数据库,进而应用最优工况点一致原则实现了对任意比转速混流式水轮机的特性适用。水轮机组的过渡过程计算包括建模与求解两部分。水轮机非线性模型、压力引水管道时滞模型、发电机运动方程以及执行机构方程可以在数学上抽象成一个由常微分方程和代数方程组成的微分-代数方程组,即dae(differential algebraic equation)。从而将过渡过程计算的求解问题转换成求解dae的问题,运用直接离散化方法、消元法或者直接调用ODE求解器的方法来求解这类Hessenberg-1型dae问题。考虑到不同dae系统的刚性强弱,深入研究最有效的求解方法。为方便过渡过程计算,开发出基于Matlab GUI平台的水电站过渡过程仿真计算模拟可视化平台,包含了混流式水轮机特性通用数据库,并考虑几种典型的引水系统,设计了水电站过渡过程计算参数输入界面和动态实时显示GUI界面。以某一具体电站为例,对两种典型的大波动过渡过程如机组甩负荷过程和开机过程进行仿真计算,可以清晰地观察到水轮机过渡过程中各参数变化以及在全特性上的轨迹。

关键词：混流式水轮机全特性过渡过程 dae GUI平台

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多领域统一建模框架下PDE与dae的一致求解方法研究

多领域统一建模框架下PDE与DAE的一致求解方法研究

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作者：杨红光杭州电子科技大学

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随着世界经济的飞速发展，全球化市场逐渐形成，制造业之间的竞争日趋激烈。日趋复杂的现代机电产品广泛涉及航空航天、机电制造、能源和交通等重要制造行业，如飞机、电力机车、混合动力汽车等，通常是集机械、电子、液压、控制等多个... 详细信息

随着世界经济的飞速发展，全球化市场逐渐形成，制造业之间的竞争日趋激烈。日趋复杂的现代机电产品广泛涉及航空航天、机电制造、能源和交通等重要制造行业，如飞机、电力机车、混合动力汽车等，通常是集机械、电子、液压、控制等多个领域子系统于一体的复杂大系统，多领域耦合和连续-离散混合及知识非结构化的特性是其本构关系描述的基本特征。针对这些复杂工程系统多领域统一建模与仿真的需求，近年来多领域统一建模与仿真的理论和方法的研究发展迅速，并初步形成了以Modelica为代表的多领域统一建模规范语言。这些语言普遍支持面向对象、多领域统一，非因果陈述式表示以及连续-离散混合的建模法，为解决复杂工程系统的众多领域耦合问题开辟了新的道路，并且开始逐渐应用于工程实际，取得了良好效果。Modelica语言是为解决复杂物理系统建模与仿真问题而提出的一种多领域统一建模语言，目前该语言仅支持对时间域微分代数方程（dae）问题的描述，而对空间域的偏微分代数方程（PDE）问题缺乏有效支持。为了实现Modelica语言对PDE问题的支持，进而对多领域系统进行统一建模，本文研究了多领域系统PDE与dae统一描述和统一求解的方法。提出了利用无网格径向基函数配点法并结合成熟的dae求解器进行求解。首先研究时间域与空间域耦合的PDE问题的数值解问题，主要思想是将PDE问题转换成dae问题。通过无网格径向基函数配点法将该PDE问题在空间求解域分布的节点上离散成一系列的dae，然后在此基础上再采用成熟的dae求解器，主要采用基于Modelica语言的仿真平台软件MWorks（MWorks是由华中科技大学开发的基于Modelica语言的多领域统一建模与仿真平台）进行求解。本文提出的方法在不改变Modelica语法的前提下，基于多领域系统统一框架下时间域与空间域耦合PDE与dae的一致建模，实现了PDE与dae的一致求解，大大简化了PDE问题的求解难度，并且求解精度高，稳定性好、边界条件处理简单，有利于直接求解复杂工程系统多领域耦合、时间域和空间域耦合的复杂问题。本文提出的无网格径向基函数配点法将PDE问题转化为dae问题，进而在基于Modelica语言环境的MWorks中利用成熟的dae求解器进行一致表示和求解。对于解决多领域时间域与空间时域耦合的PDE与dae混合物理系统，该方法是一种简单而有效的求解方式。一方面，无网格径向基函数配点法在对PDE问题空间离散处理上能够克服以往一些数值法的不足，如直线法对求解域边界要求规则，有限元法依赖于网格的划分等等;另一方面，充分发挥了多领域统一建模语言Modelica的优势，进而很好的解决了多领域系统PDE与dae混合模型建立求解的问题，这对提高Modelica语言解决复杂物理系统建模与仿真的能力有着非常重要的意义。

关键词：多领域统一建模无网格 PDE dae Modelica

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