一类海冰-海水耦合热力学系统参数辨识问题的最优性

针对一维的海冰-海水耦合热力学系统,以该系统中的物理参数为辨识量,以温度偏差为目标函数,建立了一个参数辨识模型,并证明了该问题最优解的存在性,从而为这类海冰-海水耦合热力学系统参数辨识问题的数值计算提供数学理论依据.     

冰水界面海洋热通量的参数辨识系统

利用参数辨识和冰厚观测研究了固定冰冰底海洋热通量,建立了冰底薄层能量平衡系统,证明了系统解的存在与唯一性.以海洋热通量为辨识参数,观测和计算冰厚差值为目标函数,建立最优辨识模型.利用有界变差函数理论分析最优辨识模型最优解的存在性,通过改进遗传算法求得最优解.根据现场观测的2006-2007年冬季中山站附近固定冰冰厚数据进行了数值模拟,通过2005-2006年数值结果检验表明所建立的冰底薄层能量平衡系统及参数辨识模型是正确有效的.     

带未知衰减观测率多传感器系统的自校正加权观测融合估计

对带未知衰减观测率的多传感器线性离散时不变系统,通过相关函数在线辨识不同传感器的衰减观测期望和方差,将在线辨识的参数代入到最优加权观测融合滤波算法中得到自校正加权观测融合滤波算法.分析了参数辨识的一致性和自校正加权观测融合滤波算法的收敛性.仿真例子验证了算法的有效性.     

双重介质储集层系统的参数辨识问题

本文研究了双重介质储集层的历史匹配问题、均质地层的双介质系统的可辨识性和可观测性问题。得到了泛函对辨识的参数的Fréchet导数公式,这是用任何一种共轭梯度法或梯度法计算辨识的参数所必须的公式。给出了均质地层的双介质储集层系统的可辨识性条件和可观测性的充分必要条件。     

以函数为参量的间歇发酵非线性动力系统及其辨识

建立以连续分段线性函数为参量的间歇发酵非线性动力系统,证明该动力系统的主要性质及解的存在性.以实验数据拟合得到的光滑曲线为依据,提出了连续分段线性函数为优化变量的辨识模型,论述可辨识性.依状态变量与辨识函数的相关性,构造求解辨识模型的优化算法,并给出优化算法的收敛性分析及数值结果.     

同时估计回归函数零点及噪声参数

对未知的回归函数以 ARMA 型的误差得到量测时,本文以随机逼近型算法搜索回归函数的零点,同时以参数辨识算法估计噪声模型中的未知系数阵.本文证明了两种算法以概率1的收敛性.     

内模控制中的虚拟参考反馈校正设计

针对内模控制中的真实模型、辨识模型和内模控制器同时出现,因传统内模控制器的设计紧紧依赖于真实模型和辨识模型,从而使得内模控制器设计过程较复杂.为规避真实模型的建模,使辨识模型的建模与内模控制器设计可同步实现,文章将虚拟参考反馈校正思想应用于内模控制中.虚拟参考反馈校正思想可将辨识模型和内模控制器的求解转化为参数辨识过程.为建立虚拟参考反馈校正思想与传统自适应控制方法间的等价性,推导出对输入-输出观测数据作预滤波处理的滤波器.为衡量内模控制中两类未知参数的辨识精度,采用渐近性理论推导两类未知参数矢量的渐近方差矩阵式.以此渐近方差矩阵式的迹运算作为目标函数,以输入观测数据的功率谱密度作为优化决策变量,利用初等代数运算求解出内模控制中的最优输入功率谱.最后用仿真算例验证本文辨识方法的有效性.     

动力学系统参数辨识问题最优控制解的理论与方法(Ⅰ)--基本概念及确定性系统参数辨识

本文基于动力学系统参数辨识问题最优控制解的概念和确定性动力学系统的最优控制理论,建立了参数辨识研究与最优控制理论的对应关系.将最优控制的数学理论和算法应用于参数辨识问题的研究.依据Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB)方程解的理论阐述了动力学系统参数辨识最优控制解的存在唯一性问题,并据此得到了解决确定性系统参数辨识问题的具体算法步骤.     

基于全驱系统方法的冷带轧机压下系统自适应同步控制

由于冷带轧机操作侧与传动侧位置子系统的内部参数不确定性与不一致性,液压两侧位置系统的动态性能不同,这往往导致轧机生产的板材厚度不一致.文章基于全驱系统方法提出了一种参数自适应同步控制策略.首先,建立了液压位置系统的辨识模型与全驱模型;然后,基于辨识模型采用递推最小二乘算法对子系统的未知参数进行辨识;进而,针对建立的全驱同步系统模型,设计了参数化控制器,从而达到闭环系统稳定,以及两侧子系统的同步.最后,仿真结果表明了同步控制方案的有效性.     

线性参数变化系统的子空间预测控制

为弥补线性系统与非线性系统间的差异,考虑非线性系统的近似模型-线性参数变化系统的子空间预测控制,此控制器能更贴切地控制非线性系统.采用数据驱动的子空间预测控制策略,构造输入-输出观测数据矩阵来辨识状态空间形式下的马尔科夫参数.利用矢量积算子的数据矩阵表示将来时刻的输出预测值,并以此预测值作用于代价函数.对带有不等式约束的二次代价函数采用并行分布算法来求解其最优值.针对直流电动机在质量分布因素下的线性参数变化系统,采用子空间预测控制器来控制直流电动机.     

An identification method to estimate surface shortwave fluxes on temperature and thickness observations of sea ice in CHINARE 2006

In this paper, a parameter identification method to determine surface shortwave fluxes using temperature and thickness measurements of sea ice in CHINARE 2006 is presented. Adopting a new standard for the calculation of the thermodynamic properties of seawater named TEOS‐10, the surface shortwave fluxes are calculated by the temperature and thickness observations that were measured at Nella Fjord around Zhongshan Station, Antarctica. New simulations for temperature profiles in a different measurement period are performed by three parameterization schemes including the present method, Zillman and Shine. All numerical results are compared with in situ measurements. Results show that better simulations of the surface shortwave radiations and temperature distributions are possible with the identification method than Zillman and Shine. Therefore this method is valid, and the obtained shortwave radiation function can be applied in sea ice modeling. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

电容感应式冰厚监测系统在南极海冰监测中的应用

为了实现对南极的实时自动化监测,设计并研制了电容式冰厚监测系统,系统于2012年3月至8月对南极中山站附近的近岸海冰进行了连续6个月的厚度自动化监测,通过对监测数据的对比分析,得到了监测系统的准确度与相对偏差.结果证明系统用于高精度定点监测海冰厚度是可行的,并对系统监测南极海冰的不足与今后改进研究的内容进行了讨论.     

海冰冰裂缝自动化检测装置及其系统在南极海冰监测中的应用研究

南极海冰冰裂缝宽度的变化严重影响人类在南极活动中冰上物资的运输,利用研制成功的电容感应式冰原传感器,设计并研究了南极海冰冰裂缝的自动化检测装置及其系统,并对该套系统在南极海冰的试验应用进行了分析,结果证明,该冰裂缝检测装置及其系统能较好的实现海冰裂缝的无人自动化监测.     

海冰弯曲破坏下的破坏准则数值模拟方法研究

海冰的弯曲破坏进程的研究已经称为冰工程界的一项重要课题.通过理论分析结合数值计算对海冰弯曲破坏数值模拟方法进行探索:探讨适合于海冰弯曲应力状态下的本构模型和破坏准则;在LS-DYNA中模拟圆环形冰排弯曲破坏和冰排与锥体结构相互作用的进程,提出了一种对海冰破坏准则验证的技术思路;通过所提出的技术思路对基于三轴压缩试验的Derradji破坏准则进行了修正,使其能够适用于海冰的弯曲破坏.     

黄河河道冰水情定点连续自动检测及数据分析

根据黄河中上游流域冰水情监测以及预防凌汛灾害的需求,设计了一种适合黄河河道的冰水情自动测报系统.该系统由基于空气、冰与水电阻特性差异的冰层厚度传感器、DS18B20的温度梯度传感器以及智能处理仪构成.采用该系统在内蒙托克托县黄河河道进行了黄河封冻期河道冰层厚度连续监测试验,获取了大量的现场实测数据,对采样数据进行分析,提出了判别冰层厚度的平均滤波算法,实现了对冰层生消变化全过程的自动监测.     

同面多极电容感应式冰层厚度传感器的设计及应用

同面多极电容感应式冰层厚度传感器是基于空气、冰与水不同的介电特性,通过对空气层、冰层和冰下水层电容值进行分层测量,从而实现对冰层厚度与水位高度自动检测的一种新型冰情检测传感器.主要融合了单片机技术和电子信息采集,处理,转换技术.利用Maxwell软件对其机理进行仿真,对实验数据进行分析,论证了同面多电极电容感应式冰厚传感器的测量原理;通过分析该传感器在黄河内蒙段的现场检测数据,证明该传感器具有准确度高、误差小、稳定等优点,并能在低温、辐射和强烈振动等恶劣环境下工作,非常适合野外环境中使用.     

Coupled Models and Parallel Simulations for Three-Dimensional Full-Stokes Ice Sheet Modeling

A three-dimensional full-Stokes computational model is considered for determining the dynamics,temperature,and thickness of ice sheets.The goveming thermomechanical equations consist of the three-dimensional full-Stokes system with nonlinear rheology for the momentum,an advective-diffusion energy equation for temperature evolution,and a mass conservation equation for ice-thickness changes.Here,we discuss the variable resolution meshes,the finite element discretizations,and the parallel algorithms employed by the model components.The solvers are integrated through a well-designed coupler for the exchange of parametric data between components.The discretization utilizes high-quality,variable-resolution centroidal Voronoi Delaunay triangulation meshing and existing parallel solvers.We demonstrate the gridding technology,discretization schemes,and the efficiency and scalability of the parallel solvers through computational experiments using both simplified geometries arising from benchmark test problems and a realistic Greenland ice sheet geometry.     

Distributionally robust parameter identification of a time-delay dynamical system with stochastic measurements

In this paper, we consider a parameter identification problem involving a time-delay dynamical system, in which the measured data are stochastic variable. However, the probability distribution of this stochastic variable is not available and the only information we have is its first moment. This problem is formulated as a distributionally robust parameter identification problem governed by a time-delay dynamical system. Using duality theory of linear optimization in a probability space, the distributionally robust parameter identification problem, which is a bi-level optimization problem, is transformed into a single-level optimization problem with a semi-infinite constraint. By applying problem transformation and smoothing techniques, the semi-infinite constraint is approximated by a smooth constraint and the convergence of the smooth approximation method is established. Then, the gradients of the cost and constraint functions with respect to time-delay and parameters are derived. On this basis, a gradient-based optimization method for solving the transformed problem is developed. Finally, we present an example, arising in practical fermentation process, to illustrate the applicability of the proposed method.     

Application of system NCF method to ice flood prediction of the Yellow River

Combined forecasts is a well-established procedure for improving forecasting accuracy which takes advantage of the availability of both multiple information and computing resources for data-intensive forecasting. Therefore, based on the combination of engineering fuzzy set theory and artificial neural network theory as well as genetic algorithms and combined forecast theory, the system Non-linear Combined Forecast (NCF) method is established for accuracy enhancement of prediction, especially of ice flood prediction. The NCF values from single forecast model for Inner Mongolia Reach of the Yellow River are given. The case shows that the method has clear physical meanings and precise consequences. Compared with any single model, the system NCF method is more rational, effective and accurate.     

辽河口附近海冰单轴压缩强度的试验与统计特征

为研究影响海冰单轴压缩强度的因素,在渤海辽河口附近海域采集冰坯,加工成方柱状冰样.在试验温度分别为-3℃,-5℃,-7℃,-10℃和-15℃下,对225个冰样沿平行和垂直自然冰表面方向进行加载.研究试样温度,加载方向,应变速率和孔隙率对海冰单轴压缩强度的影响.试验结果表明:海冰单轴强度随试样温度的降低而增加;垂直方向冰样的峰值强度高于水平方向,海冰表现为各向异性.利用试验结果建立了韧性区内海冰单轴压缩强度与应变速率和孔隙率的统计关系.