求解管道耦合水力瞬变模型的Godunov格式

应用特征线差分法求解耦合瞬变问题时存在难以避免的多波插值问题,会引入较大的插值误差。为了解决此问题,本文提出了一种求解管道耦合水力瞬变模型的Godunov计算格式。首先基于有限体积法对模型进行数值离散,然后采用时空均为二阶精度的三步MUSCL-Hancock方法计算单元界面上的数值通量,同时引入斜率限制器函数来抑制虚假的数值振荡。在计算边界单元时,采用Rankine-Hugoniot条件与边界条件相结合的方法建立边界方程,有效降低了计算的复杂程度。实验与仿真对比表明：本文的计算结果与实验结果吻合较好,激波捕捉准确且无虚假的数值振荡,进而证明了该方法的可行性和有效性。     

瞬变流摩阻计算及摩阻对水力瞬变的影响

摩阻损失的精确计算对于长输管道的水力瞬变分析是很重要的一个环节、过去为减少计算工作量，采用固定摩阻系数和流量一阶近似法计算瞬交流摩阻，精度有限．本跟踪液流流态变化，采用变摩阻系数和流量二阶插值法计算瞬交流摩阻，提高了摩阻计算精度．同时，从理论上分析了管道摩阻对水力瞬变的影响，澄清了一些模糊认识．     

基于瞬变流和遗传算法的管道泄漏辨识

输水系统管道的泄漏影响瞬变水击波波形的畸变和衰减特性,对泄漏的定位和定量是泄漏辨识研究的重要环节.考虑水力瞬变中非恒定摩阻的影响,将泄漏参数反映在建立的管道瞬变流时域数学模型中,给出离散网格和求解方法,分析不同泄漏参数对瞬变水击波的影响,用遗传算法结合瞬变流时域模型的特征线法最小化管道测点压力实测和计算响应值的均方误差来辨识泄漏参数,其中实测信号首先经过预滤波和小波去噪处理.通过模型试验对瞬变流数学模型和泄漏反问题分析模型作了率定和验证,结果表明此法能有效的辨识出小泄漏参数,并且检测信号主动,阀门扰动可操作性强.     

基于自适应并行扩展卡尔曼滤波的SITAN匹配算法

针对重力匹配辅助惯性导航系统中SITAN匹配算法状态方程存在模型误差的问题,提出了一种基于自适应并行扩展卡尔曼滤波的SITAN匹配算法.通过自适应因子调节状态预测信息的权重,抑制滤波发散,提高定位精度.同时,讨论了自适应因子的选取与构造,分析了基于并行扩展卡尔曼滤波的SITAN匹配算法发散的原因.选取南海两片重力异常特...     

顺序输送管道水力瞬变模拟的有限体积法

针对顺序输送水力瞬变中输送介质不连续的情况,提出采用有限体积法取代传统的特征线法进行求解,以减少插值误差。首先得到水击基本方程基于压力-流速的非守恒有限体积离散格式,通过Rieman求解器得到控制体界面的Rieman解。采用MUSCL-Hancock Primitive方法进行界面数值重构与时间推进,构建时空二阶精度的TVD格式。边界的处理采用Rieman不变量与构造虚拟边界节点相结合的方法,使其与整体精度保持一致。数值计算与实验对比,证明了本文算法能有效抑制非物理振荡,具有精度高、鲁棒性好的特点。     

含分叉结构输水管道泄漏瞬态特性数值模拟

在输水工程中,由于地形、地质等因素的限制,分叉型结构管道得以广泛推广和应用,分叉结构输水管道泄漏是国内外学者非常关注的一个重要问题,而瞬变流法是目前高效、精确且快速的泄漏检测方法之一。基于此,本研究构建了含分叉结构输水管道的瞬变流模型,探究了影响阀门末端压力变化的因素。结果表明,压力曲线的差异性随分叉管长度的增加而增大;压力曲线的衰减速率随阀门关闭时间的增加而变慢;泄漏量对压力曲线变化周期影响不大,但随着泄漏量增大,压力曲线的面积积分变小;泄漏位置不同,压力曲线在幅值处的形状不同,当泄漏位置位于管道上半段时,曲线在幅值处会凸起,当位于管道下半段时,曲线在幅值处会出现凹陷的趋势。     

基于扩展卡尔曼滤波的X射线脉冲星相对导航方法

X射线脉冲星作为一种天然时间基准,具有良好的周期稳定性,在深空探测航天器自主导航方面具有重要的应用前景。针对绝对导航的整周模糊度求解问题和相对导航的预报相位、标称轨道存储问题,提出了一种改进的相对导航方法,将前一时刻的航天器位置作为相对导航基准,建立航天器轨道动力学模型,采用扩展卡尔曼滤波算法,确定航天器的位置。最后,进行了数学仿真研究,仿真结果表明:脉冲星相对导航改进方案的导航精度达到1 km,滤波器一致渐进稳定,能够快速抑制初始误差和轨道根数的干扰,验证了导航方案的正确性和可行性。     

基于扩展卡尔曼滤波的转速补偿滚转角测量算法

针对二维弹道修正引信全弹道转速变化范围较大的旋转特点,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波的转速补偿滚转角测量算法。首先以某双旋稳定迫弹为仿真平台,分别在高速和低速时变转速条件下对引入转速补偿的EKF滚转角测量算法进行了验证。仿真结果表明,高转速条件下全弹道滚转角解算绝对误差不大于5°,低转速条件下解算绝对误差全弹道不大于2.5°,且均能快速收敛。而后又基于MEMS三轴转台进行了实验室滚转角测量精度验证,结果表明,在修正引信转速自30 r/s至1 r/s范围动态变化过程中,滚转角解算绝对误差不超过4°。     

基于单向无迹卡尔曼滤波的飞机姿态算法

针对扩展卡尔曼滤波方法在飞机姿态滤波中存在的线性化误差大、需要解繁琐的Jacobian矩阵等问题,将一种新型卡尔曼滤波方法——单向无迹卡尔曼滤波应用于载有低精度、高噪声传感器的低成本飞机姿态滤波系统,并在精度及计算量上与EKF和容积卡尔曼滤波进行了比较。利用实测飞行数据进行实验,结果表明:相对于EKF,SUKF实现容易,且使姿态滤波精度提高到二阶;相对于CKF,SUKF计算简单,比CKF减少约33%的计算量。     

基于扩展卡尔曼滤波算法的船舶姿态监测预报系统设计（英文）

为提高船舶姿态监测预报系统的测量精度,设计加速度传感器和陀螺仪捷联的惯性导航系统,利用互补处理和反馈调节对传感器输出参数进行校正。为得到精度较高的预估数据,通过广义最小二乘法进行系统辨识建立船舶状态模型和矫正的传感器测量模型,由扩展的卡尔曼滤波器得到最优估计状态。同时设计闭环系统,进一步提高系统的测量精度和预估精度。此外,针对当前监测预报系统普遍存在的软件界面差、交互困难等缺点,设计姿态监测预报友好型界面,可3D动画实时显示船舶当前的运动姿态,并具有数据存储、分析、操作处理等功能。最后,通过实验对不同倾角变化率下实际姿态、测量姿态和预估姿态进行对比,结果表明所设计的姿态监测预报系统具有较高的监测精度和预估精度。     

基于平方根中心差分卡尔曼滤波的大方位失准角初始对准

基于大方位失准角条件下捷联惯导系统误差模型的非线性特点,采用非线性滤波方法进行初始对准.扩展卡尔曼滤波存在精度低,且需要计算雅可比矩阵等不足,而中心差分卡尔曼滤波在递推过程中具有计算量大,数值不稳定等缺点.针对上述问题采用了一种改进的中心差分滤波算法一一平方根中心差分卡尔曼滤波.仿真结果表明,与扩展卡尔曼滤波相比,平方...     

Theoretical analysis on hydraulic transient resulted by sudden increase of inlet pressure for laminar pipeline flow

Hydraulic transient, which is resulted from sudden increase of inlet pressure for laminar pipeline flow, is studied. The partial differential equation, initial and boundary conditions for transient pressure were constructed, and the theoretical solution was obtained by variable-separation method. The partial differential equation, initial and boundary conditions for flow rate were obtained in accordance with the constraint correlation between flow rate and pressure while the transient flow rate distribution was also solved by variable-separation method. The theoretical solution conforms to numerical solution obtained by method of characteristics (MOC) very well.     

基于修正的Rodrigues参数的EKF算法在姿态估计中的应用

以低成本航姿测量系统为研究对象,针对四元数描述姿态时存在冗余的不足,提出使用三维独立矢量的修正的Rodrigues参数进行姿态解算,利用与其影子参数相互切换的方法解决了修正的Rodrigues参数在描述姿态时存在奇异的问题,根据系统中器件的特点,以陀螺零偏和修正的Rodrigues参数为状态向量,以加速度计、磁强计输出为观测向量建立了基于扩展Kalman滤波的姿态估计算法,避免了利用四元数进行姿态估计时状态误差方差阵产生奇异的问题,并在一定程度上减小了估计算法的计算量。最后通过全姿态以及摇摆基座数据仿真验证了算法的有效性。     

基于广义卡尔曼滤波的桥梁结构物理参数识别

基于广义卡尔曼滤波提出了随机荷载作用下桥梁结构物理参数的识别方法。首先,以荷载为观测对象,推导出基于有限元模型的桥梁结构系统的观测方程,以结构待识别的物理参数为状态向量,建立系统状态方程;然后,对该状态方程和观测方程构成的非线性参数系统应用广义卡尔曼滤波,从而识别出结构的物理参数。对一座简支梁桥和一座三跨连续梁桥在不同工况下的物理参数识别进行了数值仿真,结果表明本文方法能够准确地识别桥梁结构全部刚度参数、质量参数和阻尼参数,且具有很强的抗噪性能,从而验证了本文方法的有效性和鲁棒性,可应用于识别大型桥梁结构的物理参数。     

基于奇异值分解的多重渐消鲁棒Cubature卡尔曼滤波及在组合导航中的应用

为了提高标准Cubature卡尔曼滤波（CKF）的稳定性和鲁棒性,提出一种改进的多重渐消H∞滤波Cubature卡尔曼滤波算法。首先基于系统状态的可观测性给出多重渐消因子矩阵求解过程,提高滤波算法的稳定性,抑制滤波发散;其次,引入H∞鲁棒思想,构造多重渐消H∞滤波Cubature卡尔曼滤波器;最后,提出采用一种奇异值分解的矩阵分解策略代替标准Cubature卡尔曼滤波中的Cholesky分解,进一步提高算法的数值稳定性。实际GPS/INS组合导航实验表明,改进的多重渐消H∞滤波Cubature卡尔曼滤波算法不仅能有效抑制滤波发散提高算法的稳定性,而且对观测野值具有更高的鲁棒性;提出的新算法与标准CKF算法相比,XYZ三个方向的位置精度分别提高了55.8%,46.6%和39.7%。     

International journal of computational fluid dynamics real-time prediction of unsteady flow based on POD reduced-order model and particle filter

An integrated method consisting of a proper orthogonal decomposition (POD)-based reduced-order model (ROM) and a particle filter (PF) is proposed for real-time prediction of an unsteady flow field. The proposed method is validated using identical twin experiments of an unsteady flow field around a circular cylinder for Reynolds numbers of 100 and 1000. In this study, a PF is employed (ROM-PF) to modify the temporal coefficient of the ROM based on observation data because the prediction capability of the ROM alone is limited due to the stability issue. The proposed method reproduces the unsteady flow field several orders faster than a reference numerical simulation based on Navier–Stokes equations. Furthermore, the effects of parameters, related to observation and simulation, on the prediction accuracy are studied. Most of the energy modes of the unsteady flow field are captured, and it is possible to stably predict the long-term evolution with ROM-PF.