水槽涡的变化规律数值模拟

建立了不可压缩Navier-Stokes方程的Crank-Nicolson有限差分方法,数值模拟水槽晃动中流场及其涡流的数值变化规律。将数值解与解析解和前人的数值解进行比较,数值验证了不可压缩Naver-Stokes方程有限差分方法的有效性。通过数值模拟得到水槽在不同程度的倾斜激励晃动下流场及涡流的数值变换规律,当倾斜激励晃动的频率接近或远离共振频率时,水槽涡场的变化逐步由双涡变成单涡,再到不规则的涡场。当倾斜激励晃动的频率靠近共振频率ω_p=0.95ω_1附近时,水槽流场上部形成一个小涡,然后小涡扩大成整个水槽中的大涡,大涡下沉分裂成两个单涡,最后在底部消失;当倾斜激励晃动的频率在ω_p=0.75ω_1附近时,水槽底部形成一个小涡,然后扩大成大的单涡,最后在自由面消失;当倾斜激励晃动的频率在ω_p=0.55ω_1附近时,水槽底部出现小涡,然后扩大成大的单涡,大涡在自由面消失,继而出现不规则的大涡和不规则的小涡。     

基于CSA-SQP的预测控制器参数整定研究

针对预测控制器参数整定困难, 提出了一种基于克隆选择和序列二次规划的预测控制器参数整定算法, 建立了一个基于免疫原理和序列二次规划算法进行控制器参数整定的机制, 并给出了参数整定问题中的抗原、抗体及亲和力的定义. 在此基础上, 针对系统的不确定性干扰, 构造了基于事件触发的参数调整框架. 最后, 将算法应用于仿真实验, 通过与设定值控制结果的对比, 证明所提出的预测控制器参数整定方法是有效的.     

Two-color laser wavelength effect on intense terahertz generation in air

Near-IR femtosecond lasers have been proposed to produce high-field terahertz radiation in the air via the laser-plasma interaction, but the physical mechanism still needs to be further explored. In this work, we theoretically investigate the effect of the two-color laser wavelength on the terahertz generation in the air based on a transient photocurrent model.We show that the long wavelength laser excitation can greatly enhance the terahertz amplitude for a given total laser intensity. Furthermore, we utilize a local current model to illustrate the enhancement mechanism. Our analysis shows that the terahertz amplitude is determined by the superposition of contributions from individual ionization events, and for the long wavelength laser excitation, the electron production concentrates in a few ionization events and acquires the larger drift velocities, which results in the stronger terahertz radiation generation. These results will be very helpful for understanding the terahertz generation process and optimizing the terahertz output.     

基于多目标属性决策和信息熵值法的港口集装箱装卸设备选型评价

装卸设备选型对专业集装箱码头的发展具有重大意义,本文从这一现实问题入手,基于集装箱装卸设备选型的多属性特征以及港口物流工业的一体化趋势,提出了基于信息熵值法的多目标属性决策模型(Multi-attribute decision-making Model Based on Information Entropy Method, MADM-IEM)。以装卸设备为研究对象,构建全面的装卸设备选型评价指标体系;针对指标属性不相容性和不确定性、相关指标难以量化呈现的特点,运用多属性决策和信息熵值法的数据效用值相结合的方法,客观、合理地计算属性指标的权重系数,并进行归一化处理;在此基础上结合ELECTRE法和TOPSIS法,对装卸设备进行综合排序,由此确定设备选型结果。注意到,两种方法求解结果具有一致性,验证了该模型的可行性和有效性。最后对港口装卸设备选型评价进行灵敏度分析,深入讨论评价指标的权重变动对结果的影响。研究结果充分表明提出的MADM-IEM模型能为中小型内河港口码头的基础建设规划提供科学合理的决策依据。     

改进差分进化算法求解装载率凹费用装箱问题

研究了广泛存在于物流作业中一类新型的装箱问题,主要特征体现在箱子使用费用是关于装载率的凹函数。为求解问题,提出了一种基于分组编码策略的改进差分进化算法,以避免常规实数和整数编码方法存在放大搜索空间的不足。针对分组编码策略,定制化设计了以促进优秀基因传播为导向的新型变异和交叉操作,另外还嵌入了以物品置换为邻域的自适应局部搜索操作以增强局部搜索能力。对以往文献给出算例在不同凹费用函数下进行测试,实验结果显示所提出的算法明显优于BFD启发式算法,并且较遗传算法也有显著性改进。     

电力设备红外图像的小波阈值去噪方法研究

对于电力设备的红外图像自动检测系统,图像去噪是非常关键的。针对传统的小波硬、软阈值函数在去噪时存在的不足,在传统小波硬、软阈值函数的基础上对其进行了改进。改进的阈值函数克服了硬阈值函数不连续的缺陷,改善了软阈值函数具有恒定偏差的不足,并引入了两个变量,具有一定的灵活性。同时还使用了一种新的分层阈值选择函数代替统一阈值方法,以改善实际应用的效果。实验结果表明:改进的小波阈值去噪方法在视觉效果、峰值信噪比和均方误差方面都优于传统的硬、软阈值去噪方法;改进的小波阈值去噪方法可以运用到红外图像自动检测系统中,使系统具有更好的去噪效果。     

基于人体血清荧光光谱和改进变量选择方法对血糖浓度测定的研究

利用人体血清240 nm激发波长荧光光谱在220～900 nm波段针对血糖浓度进行建模分析。在模拟退火算法和偏最小二乘算法的基础上进行建模波长变量筛选方法的改进。基于变量入选模型统计频率和无关变量消除法,分别进行了波长的初选和精选过程。同时,加入了主成分数自适应特性等加快收敛速度、减小计算量的措施。该模型对比了线性、三次样条函数、高斯函数作为偏最小二乘法插入基函数的情况下,分别对原始光谱、Daubechies小波分解第三层和第四层细节信号光谱建模。结果显示,该模型避免了主成分参数尝试导致的时间成本,在参数自适应的过程中很快趋于稳定并得到对应条件下的最佳建模主成分数。其波长变量筛选能力使得对独立样本的分析预测效果有了显著的提升,最佳建模预测效果达到0.25 mmol·L-1,达到了血糖检测的医用要求。加入了非线性建模条件使得模型有明显的改善,基于样条函数的效果总体最好,其次为基于高斯函数的情况。对原始光谱进行小波分解,得到的细节信号光谱建模效果更为可观。总体而言第四层细节信号光谱建模效果略优于第三层细节信号光谱。模型筛选波长变量的频率意味着在所给实验条件下的血糖浓度信息在不同波段的分布情况,这为血糖在血清成分中的物理化学特性提供了一定程度上的统计解释。     

Control strategy of central pattern generator gait movement under condition of attention selection

As a typical rhythmic movement, human being’s rhythmic gait movement can be generated by a central pattern generator (CPG) located in a spinal cord by self-oscillation. Some kinds of gait movements are caused by gait frequency and amplitude variances. As an important property of human being’s motion vision, the attention selection mechanism plays a vital part in the regulation of gait movement. In this paper, the CPG model is amended under the condition of attention selection on the theoretical basis of Matsuoka neural oscillators. Regulation of attention selection signal for the CPG model parameters and structure is studied, which consequentially causes the frequency and amplitude changes of gait movement output. Further, the control strategy of the CPG model gait movement under the condition of attention selection is discussed, showing that the attention selection model can regulate the output model of CPG gait movement in three different ways. The realization of regulation on the gait movement frequency and amplitude shows a variety of regulation on the CPG gait movement made by attention selection and enriches the controllability of CPG gait movement, which demonstrates potential influence in engineering applications.     

爆炸与冲击问题的大规模高精度计算

爆炸与冲击问题的数值模拟在国防和民用安全领域具有重要的工程实用价值.由于爆炸与冲击问题是一个多物质在高应变率、高温及高压条件下的强非线性的瞬态动力学问题,给数值模拟带来了很多的困难,为此,针对爆炸与冲击问题数值模拟中的一些关键和难点问题开展了研究.提出了三维非线性双曲守恒系统的伪弧长自适应网格算法,分析了算法的实现过程,数值结果表明该算法有效地提高了冲击波强间断处的分辨率.发展了针对气相爆轰数值模拟的附加龙格-库塔方法,对非线性对流项进行显示计算,化学反应源项进行半隐式计算,有效地解决了源项引起的刚性问题,计算结果表明该算法可以准确地捕捉和描述爆轰波的复杂结构和典型特征.针对三维工程实际物理问题中的大规模计算需求,给出了三维多物质流体动力学欧拉数值方法的并行化方法,开发了三维爆炸与冲击问题并行计算程序,并给出了针对该并行程序的测试方法.上述工作有利地解决了爆炸与冲击问题大规模、高精度计算中的一些难题.最后,开展了大口径聚能射流侵彻混凝土靶问题的数值模拟和实验研究,通过典型爆炸与冲击工程问题的计算验证了所研究数值方法的有效性.      

基于重力场特征参数信息熵的适配区选择方法

针对当前重力统计特征参数类别繁多,选择标准复杂而导致错选有效匹配区域的问题,利用信息熵具有能够整合多种统计参数且算法计算量小的特点,提出了一种基于特征参数信息熵的重力辅助导航适配区的选择方法。首先,在DTU10模型下将该方法与传统单一特征参数的方法进行比较,确定了传统方法的确会错误选择可匹配区,从而也反映了所提出方法的优越性;其次,在该方法划分出的匹配区和非匹配区中分别设计了8条仿真航线,匹配区中仿真航线的匹配效果明显优于非匹配区中的匹配效果。仿真结果表明了该方法的有效性。