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基于CNF的饱和切换系统的事件触发控制

控制与决策 2024年第8期39卷 2631-2636页

作者：王娟朱帅东朱全民沈阳建筑大学电气与控制工程学院沈阳110168 西英格兰大学工程设计与数学系布鲁斯托尔BS161QY

针对一类具有执行器饱和的切换系统,提出一种基于组合非线性反馈控制(CNF)的事件触发控制方法,以达到在保证系统性能的同时减少网络带宽占用的目的.首先,为了降低系统资源成本,构造事件触发机制来判断是否对系统当前状态进行采样,设计... 详细信息

针对一类具有执行器饱和的切换系统,提出一种基于组合非线性反馈控制(CNF)的事件触发控制方法,以达到在保证系统性能的同时减少网络带宽占用的目的.首先,为了降低系统资源成本,构造事件触发机制来判断是否对系统当前状态进行采样,设计组合非线性反馈控制来提高系统的暂态性能;然后,利用多Lyapunov函数方法得到饱和切换系统在驻留时间切换信号下渐近跟踪问题的充分条件,同时证明事件触发最小的时间间隔大于零,从而避免芝诺(Zeno)行为;最后,通过仿真实例验证所提出方法的有效性.

关键词：饱和切换系统事件触发控制组合非线性反馈驻留时间渐近跟踪

平流层NAM事件中阻塞高压发生及其调制地面温度异常型的统计特征

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大气科学 2024年第3期48卷 875-892页

作者：李亚飞任荣彩虞越越 CAI Ming 天津市气象灾害防御技术中心天津300074 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心/大气科学学院南京210044 美国佛罗里达州立大学地球、海洋和大气科学学院美国塔拉哈西32304

本文利用1979~2020年ERA5逐日再分析数据,分析了在平流层北半球环状模(NAM)正负事件中,阻塞高压(简称阻高)发生及其调制地面温度异常型的统计特征。结果表明,北半球的四个阻高系统分别趋于在NAM事件的不同阶段发生,其中格陵兰阻高(GB)... 详细信息

本文利用1979~2020年ERA5逐日再分析数据,分析了在平流层北半球环状模(NAM)正负事件中,阻塞高压(简称阻高)发生及其调制地面温度异常型的统计特征。结果表明,北半球的四个阻高系统分别趋于在NAM事件的不同阶段发生,其中格陵兰阻高(GB)和北太平洋阻高(NPB)更趋于出现在正NAM事件的发展阶段和负NAM事件的衰减阶段,乌拉尔山阻高(UB)多出现在正NAM事件的衰减阶段和负NAM事件的发展阶段,而大西洋–欧洲阻高(AEB)则多发生在正、负NAM事件的衰减阶段。尽管NAM事件过程中有阻高发生的天数远少于无阻高发生的天数,但阻高的存在对平流层NAM影响下的地面温度异常空间型有显著的调制作用,特别是在正NAM事件中,GB的出现可导致欧亚大陆从整体偏暖或北暖—南冷型变为北冷—南暖型,同时导致北美大陆从整体偏冷或北冷—南暖型变为北暖—南冷型;此外在负NAM事件衰减阶段出现的UB,不仅可导致欧亚大陆的北冷—南暖型反转为北暖—南冷型,亦可使北美大陆由北暖—南冷型转为南暖—北冷型。相比之下,AEB和NPB两阻高发生时地面温度异常型多由平流层NAM的影响所主导,即阻高的调制作用并不显著。在NAM影响以及各阻高的协同作用下,从正NAM事件峰值至负NAM事件发展阶段,整个中纬度地区欧亚大陆偏冷、北美偏暖;从负NAM事件衰减阶段至正NAM事件的初始阶段则相反;两大陆地区的温度异常多呈中—高纬南北反位相变化特征。本文进一步通过蒙特卡洛随机取样检验,证实了上述关于阻高调制地面温度异常型的结论。

关键词：平流层北半球环状模阻塞高压地面温度异常调制

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颗粒材料破碎行为数值分析方法研究综述

力学学报 2024年第1期56卷 1-22页

作者：梁绍敏冯云田赵婷婷王志华太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 斯旺西大学辛克维奇计算工程中心英国斯旺西SA18EP

颗粒材料在自然界和工程领域普遍存在,外载荷作用下颗粒可能发生破碎现象.颗粒材料的破碎行为会引起其物理力学性质的变化,给工程和建筑建设带来极大影响.研究宏、细观尺度下颗粒材料的破碎行为不仅可以揭示颗粒破碎的力学机理,还对工... 详细信息

颗粒材料在自然界和工程领域普遍存在,外载荷作用下颗粒可能发生破碎现象.颗粒材料的破碎行为会引起其物理力学性质的变化,给工程和建筑建设带来极大影响.研究宏、细观尺度下颗粒材料的破碎行为不仅可以揭示颗粒破碎的力学机理,还对工程领域的安全和正常进行提供保障.因此,分析颗粒破碎过程既具有实际工程意义,又有理论研究价值.文章综述了颗粒破碎行为研究的数值分析方法,在基于离散元法理论的数值方法中,介绍了黏结-破碎法和碎片替代法;在基于离散元-有限元耦合算法的方法中,介绍了比例边界有限元法、组合有限元-离散元法和内聚力模型;此外还详细介绍了近场动力学方法.文章主要梳理并讨论了以上数值方法的提出、实现过程、发展、关键问题、优势以及这些方法的不足之处.此外,针对每一种数值方法回顾了国内外的研究成果以及在工程中的主要应用,对每种方法重点关注的问题进行了介绍.最后对目前关于颗粒破碎的数值研究进行总结,并对今后的发展方向进行简单的展望.

关键词：颗粒破碎数值方法破碎机理工程应用计算效率

2021年盛夏中国东部极端降水月际演变成因及可预测性

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大气科学学报 2024年第4期47卷 541-556页

作者：马潇祎范可杨洪卿中国科学院大气物理研究所北京100029 中国科学院大学北京100049 中山大学大气科学学院南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)广东珠海519082

2021年7—8月中国东部雨带演变特征与气候平均季风北推进程存在显著差异。其中,7月降水正异常中心位于江淮-华北地区,8月则南移至华中地区。2021年中国东部降水异常偏多且存在月际差异主要与7(8)月西北太平洋副热带高压(西太副高)偏北偏... 详细信息

2021年7—8月中国东部雨带演变特征与气候平均季风北推进程存在显著差异。其中,7月降水正异常中心位于江淮-华北地区,8月则南移至华中地区。2021年中国东部降水异常偏多且存在月际差异主要与7(8)月西北太平洋副热带高压(西太副高)偏北偏东(偏南偏西)、东亚副热带西风急流偏北(偏南)以及南亚高压持续东伸相关联。进一步研究表明,热带对流的活跃位置和北大西洋的增暖加强是影响其降水中心南移的主要原因。2021年7月热带大气低频振荡(MJO)在海洋性大陆地区活跃对应其热带海洋性大陆对流异常偏强,激发北传的类太平洋-日本(PJ)型遥相关波列,使得西太副高偏北偏东,有利于西北太平洋水汽在江淮-华北地区辐合,导致其降水偏多。8月,新发展MJO在热带印度洋上空对流异常持续偏强,加强局地经向环流,使得中国35°N以南至西北太平洋地区出现异常下沉运动,有利于西太副高南移西伸。此外,2021年8月北大西洋海温(SST)异常偏暖激发对流层高层向东南传播的Rossby波,有利于南亚高压加强和东亚副热带西风急流加强南移。因此,8月降水中心南移至华中地区。CFSv2预测系统(6月起报)结果能预测7月江淮-华北大部分地区降水偏多,但预测的8月华中南部地区降水偏少与实况相反。这可能是由于模式能够较好再现7月海洋性大陆热带对流活动影响江淮-华北地区降水的过程,但不能预测2021年8月热带印度洋对流活动和北大西洋海温异常偏暖对华中地区降水的影响。

关键词： 7—8月中国东部极端降水月际演变和差异 CFSv2可预测性环流异常热带对流和MJO 北大西洋海温

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结构未知系统降维辨识方法——变量消去算法

控制与决策 2024年第1期39卷 171-179页

作者：陈晶程连元李俊红朱全民江南大学理学院江苏无锡214122 南通大学电气工程学院江苏南通226019 西英格兰大学工业设计和数学系英国布里斯托BS161QY

针对结构未知的系统提出一种新的降维辨识方法.借助核函数方法,利用一个高维Volterra模型逼近未知系统.由于Volterra模型未知参数维数较高,为避免高阶矩阵求逆和求特征值,提出变量消去算法,将高维系统的辨识问题转化为两个低维系统辨识... 详细信息

针对结构未知的系统提出一种新的降维辨识方法.借助核函数方法,利用一个高维Volterra模型逼近未知系统.由于Volterra模型未知参数维数较高,为避免高阶矩阵求逆和求特征值,提出变量消去算法,将高维系统的辨识问题转化为两个低维系统辨识问题.通过理论证明采用降维算法后降维系统信息矩阵条件数变小,参数收敛速度得到提高.进一步引入Aitken加速方法提高算法收敛速度,增强算法对步长的鲁棒特性.最后通过仿真例子验证所提出方法的有效性.

关键词：参数估计降维算法变量消去算法 Volterra模型结构未知系统矩阵条件数

利用长短期记忆网络LSTM对赤道太平洋海表面温度短期预报

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大气科学 2024年第2期48卷 745-754页

作者：张桃林鹏飞刘海龙郑伟鹏王鹏飞徐天亮李逸文刘娟陈铖中国科学院大气物理研究所大气科学与地球物理流体动力学数值模拟国家重点实验室北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 哈尔滨工业大学电子与信息工程学院哈尔滨150001 北京应用气象研究所北京100029 西北工业大学航海学院西安710072

海表面温度作为海洋中一个最重要的变量,对全球气候、海洋生态等有很大的影响,因此十分有必要对海表面温度(SST)进行预报。深度学习具备高效的数据处理能力,但目前利用深度学习对整个赤道太平洋的SST短期预报及预报技巧的研究仍较少。... 详细信息

海表面温度作为海洋中一个最重要的变量,对全球气候、海洋生态等有很大的影响,因此十分有必要对海表面温度(SST)进行预报。深度学习具备高效的数据处理能力,但目前利用深度学习对整个赤道太平洋的SST短期预报及预报技巧的研究仍较少。本文基于最优插值海表面温度(OISST)的日平均SST数据,利用长短期记忆(LSTM)网络构建了未来10天赤道太平洋(10°S~10°N,120°E~80°W)SST的逐日预报模型。LSTM预报模型利用1982~2010年的观测数据进行训练,2011~2020年的观测数据作为初值进行预报和检验评估。结果表明:赤道太平洋东部地区预报均方根误差(RMSE)大于中、西部,东部预报第1天RMSE为0.6℃左右,而中、西部均小于0.3℃。在不同的年际变化位相,预报RMSE在拉尼娜出现时期最大,正常年份次之,厄尔尼诺时期最小,RMSE在拉尼娜时期比在厄尔尼诺时期可达20%。预报偏差整体表现为东正、西负。相关预报技巧上,中部最好,可预报天数基本为10天以上,赤道冷舌附近可预报天数为4~7天,赤道西边部分地区可预报天数为3天。预报模型在赤道太平洋东部地区各月份预报技巧普遍低于西部地区,相比较而言各区域10、11月份预报技巧最低。总的来说,基于LSTM构建的SST预报模型能很好地捕捉到SST在时序上的演变特征,在不同案例中预报表现良好。同时该预报模型依靠数据驱动,能迅速且较好地预报未来10天以内的日平均SST的短期变化。

关键词：海表面温度 LSTM (long short-term memory) 短期预报赤道太平洋

采用多分类器对齐的多源域对抗故障诊断方法研究

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中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 2024年第4期 0194-0204页

作者：马天雨张娅敏湖南师范大学物理与电子科学学院湖南长沙410081

目前大多数跨域故障诊断方法都致力于研究如何实现单源域自适应。由于实际工业场景复杂多变,通常可以获得多个标记的源域,且多源域相比于单源域包含了更丰富的诊断知识。然而,如何从多个源域学习到更通用的诊断知识用于目标域的精确诊... 详细信息

目前大多数跨域故障诊断方法都致力于研究如何实现单源域自适应。由于实际工业场景复杂多变,通常可以获得多个标记的源域,且多源域相比于单源域包含了更丰富的诊断知识。然而,如何从多个源域学习到更通用的诊断知识用于目标域的精确诊断是一个难题。为解决多源域自适应问题,提出了一种基于多分类器对齐的多源域对抗故障诊断方法。该方法首先为每个源域构建一个子网络,采用域对抗训练学习域不变特征,并基于各源域不同故障类型的域不变特征形成故障类型特征集;依次计算所有目标特征与源域各故障类型特征集的瓦瑟斯特分布距离,最小化分布距离向量的熵使子网络学习到更具故障代表性的特征;利用关联矩阵实现多分类器对齐,训练更稳定的决策边界。通过凯斯西储大学的轴承数据和工业实际的轴流风机数据进行的诊断实验验证了该方法的优越性和可行性。

关键词：故障诊断多源域域自适应熵分类器差异

基于微观连续介质模型的反应溶质运移数值模拟方法

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地质科技通报 2024年第3期43卷 289-300页

作者：张倩董艳辉中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院页岩气与地质工程重点实验室北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

地下环境中流固间的反应溶质运移过程控制着地质介质演化规律,并受岩石固有非均质性的影响,衍生出非线性行为与多尺度效应。为了面向更为复杂化的应用需求,解析微观特征与表观行为间的响应-反馈机制成为了重要的科学与工程命题。本研究... 详细信息

地下环境中流固间的反应溶质运移过程控制着地质介质演化规律,并受岩石固有非均质性的影响,衍生出非线性行为与多尺度效应。为了面向更为复杂化的应用需求,解析微观特征与表观行为间的响应-反馈机制成为了重要的科学与工程命题。本研究系统地介绍了微观连续介质概念与模型框架,以及该模型方法的实现方式,并归纳了其在不同研究体系中的应用实例,最后重点分析了该方法在实验-数值联合研究中的发展前景与预期挑战。数值模拟方法已被广泛应用于反应溶质运移过程的定量研究之中,但单一孔隙或达西尺度数值模型难以应对机理研究与实例应用间的时空尺度跨度。近年来多尺度数值模拟方法体系不断发展,其中将Darcy-Brinkman-Stokes方程作为多流态数学统一表达,以微观连续介质模型作为多尺度信息关联方式的数值模拟框架,在流固界面追踪、高效数值求解等方面展现出一定的方法优势与应用潜力。

关键词：反应溶质运移微观连续介质方法多尺度数值模拟机理解析

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变负载机械手轨迹跟踪控制器设计

控制理论与应用 2024年第4期41卷 738-744页

作者：赵兴强刘振朱全民青岛大学自动化学院山东青岛266071 青岛大学山东省工业控制技术重点实验室山东青岛266071 英国西英格兰大学工程设计与数学系英国布里斯托BS161QY

本文针对具有变负载的不确定刚性机械手系统,提出了一种依赖平均驻留时间的神经网络自适应切换控制策略.本控制方案将夹持不同负载的刚性机械手系统视为切换系统,即根据负载的不同将整个系统分为若干子系统,并基于平均驻留时间原则对每... 详细信息

本文针对具有变负载的不确定刚性机械手系统,提出了一种依赖平均驻留时间的神经网络自适应切换控制策略.本控制方案将夹持不同负载的刚性机械手系统视为切换系统,即根据负载的不同将整个系统分为若干子系统,并基于平均驻留时间原则对每个子系统分别设计控制器.在各子系统中,分别采用径向基函数(RBF)神经网络逼近系统结构参数,以避免控制器对系统精确模型的依赖.同时,基于神经网络设计鲁棒补偿项,以抑制集总扰动对系统的影响.然后,利用多Lyapunov函数方法证明了轨迹跟踪误差的一致最终有界性.最后,通过仿真验证,所提出的控制方案不仅可实现变负载机械手期望轨迹的高精度跟踪,而且可有效削弱输入力矩的抖振.

关键词：切换控制器机械手神经网络平均驻留时间自适应控制