面向对象的加成聚合反应动力学模拟系统

聚合反应工程建模中，多以机理建模为主。因此，在聚合过程中的计算机辅助设计软件中，对动力学的模拟就尤为重要。本文用面向对象的设计思想，提出了符合CAPE-OPEN技术标准的加成聚合反应动力学模拟系统的思路，并用C 给出了其实现。该软件能动态生成物料衡算方程和矩力方程，并将模型与求解器分开，具有良好的开放性。该系统既适用于专业用户，又适用于没有计算机建模背景的人员使用。     

多体系统动力学数值解法

多体系统动力学研究的主要内容动力学建模与数值解法是多体系统动力学研究的主要内容之一。对多体系统动力学方程及其动力学数值解法的研究成果进行了较为全面的阐述。多体系统动力学及动力学方程进行了简单的归纳和总结，多体系统动力学数值求解，特别是刚柔耦合多体系统微分／代数方程的数值解法等研究热点进行了详细的阐述，并简要展望了多体系统动力学数值解法今后的发展趋势，为多体系统动力学计算机仿真奠定了基础。     

基于SPH的充液刚体刚-液耦合动力学建模

本文考虑刚-液耦合效应,基于SPH方法建立充液刚体动力学模型,该动力学模型不仅适用于微幅晃动问题,还适用于大幅晃动问题.首先建立了非惯性系下液体晃动的方程,其中,边界条件采用镜像虚粒子法.通过计算各流体粒子的绝对加速度,得到粒子惯性力对刚体质心的主矢和主矩,用达朗贝尔原理计算得到向质心简化的晃动力和晃动力偶矩,并引入刚体的约束方程,建立了考虑刚-液耦合的充液刚体的动力学方程.首先对给定周期性运动的充液刚体的液面振荡进行数值仿真,验证了建模方法的有效性;然后通过对受周期性激励力作用的充液刚体的运动和液面振荡进行数值仿真,分析了不同参数下系统的刚-液耦合特性.     

关于弹性细杆力学的内约束

讨论了弹性细杆力学的变形几何方程在静力学建模中的地位和作用,阐明了它与非完整约束的异同;指出了只有满足物理条件的解才是物理上有意义的解.结论对弹性细杆动力学仍然适用.     

一种适用于N级倒立摆系统的数学建模方法

利用Lagrange方程建立了系统的动力学方程,对n级倒立摆系统的建模问题进行了具体研究,经过严密的数学推导,给出了n级倒立摆系统建模的基本过程,获得了一组可普遍性地描述n级倒立摆系统动力学特性的微分方程组.并与用牛顿力学分析所建立的方程进行比较,验证了该建模方法的正确性.     

混沌动力学系统的图形化建模及可视化仿真研究

该文研究非线性混沌动力学系统的图形化建模及可视化仿真计算问题．通过建立统一的可视化仿真实验框架,实现了一个高度一体化的混沌系统图形建模和可视化仿真环境;与基于常规高级程序设计语言的混沌计算机模拟技术相比,该方法避免了传统意义上的混沌方程算法编程和调试过程,亦可对混沌参数进行自动摄动分析及最优设计。     

指挥自动化系统的系统动力学建模与分析

指挥自动化系统是典型的"人在回路"中的复杂系统,系统动力学方法适用于对这样系统的建模分析。文章首先以一个防空指挥自动化系统运作流程为例,利用系统动力学方法建立模型并进行了仿真,验证了建模方法的可行性,然后进一步建模并仿真分析了典型指挥自动化系统的信息流,从时间和振荡角度揭示了其特点。     

钯金属催化剂上的乙炔工业选择性加氢反应动力学比较

近30年来许多学者提出了大量的乙炔选择性加氢动力学方程,由于在富乙烯含量条件下乙炔选择性加氢的复杂性,该反应机理仍存在许多争议,能够与实际工业应用相吻合的不多。本文旨在找到适用于工业后加氢工艺的动力学方程,对不同文献中得到的17种速率表达式进行了评估,并以模型预测值与工业数据差值最小作为目标,采用遗传算法进行了动力学模型的参数估计,获得了能够较好描述工业反应器运行状况的动力学模型。     

基于Cosserat理论的头发动态模拟*

针对基于弹性杆理论的超螺旋模型中对动力学方程的求解影响头发模拟实时性的问题,采用Cosserat弹性杆理论对头发建模,引入角速度变量,并加入头发运动平衡的固有约束,得到改进的拉格朗日动力学运动方程;然后,将头发单体离散化,用角速度和四元数作为状态变量简化动力学方程,用半显式的欧拉方程加速方程的执行,大大降低了系统的运行时间,提高了模拟的速度,在满足实时性要求的同时提高了头发模拟的真实度。     

复杂非线性电路系统的动力学方程模型

Lagrange和Hamilton运动方程是分析力学的基本原理之一和方法论。应用Lagrange和Hamilton原理建立复杂非线性电路保守动力学方程模型是一种形式化可行的方法。对非保守的动力学系统,定义描述电路系统的荷控支路和链控支路的微观结构概念,应用Hamilton结构的方法,可以得到与La-grange结构等价的方程组;考虑大规模电路系统的复杂性,依据电路系统荷控支路和链控支路微观结构的概念,给出具有控制参量的Lagrange和Hamilton函数,以及具有相应关联矩阵和联接矩阵形式的Lagrange和Hamilton的动态方程;分析了保守和非保守复杂系统拓扑结构关系的描述和其动力学系统的建模,其建模过程具有规范性和方程具有对称性。虽然数学推导过程繁琐,但适合于计算机辅助形式化分析;基于Hamilton方法建立的电路模型为一阶微分动态方程组,特别适合进行理论分析和数值仿真计算。     

Spheripol-Ⅱ双环管聚丙烯装置动态建模

针对工业实际装置Sphefipol-Ⅱ液相双环管聚丙烯反应器,从丙烯聚合反应动力学出发,根据物料平衡和能量平衡原理建立了反应器动态数学模型,并采用机理建模和经验建模相结合的方法得到熔融指数预报模型.考虑到装置是双环管串联的结构,给出聚合速率系数和夹套水换热系数的估计方法,并利用现场操作数据确定出上述模型参数.使用建立的模型对反应器进行仿真研究,分析主要操作条件的变化对浆液密度、反应温度和熔融指数等产生的影响.仿真结果表明所建模型能较好地反映双环管反应器的动态性能,对进一步先进控制策略的实施具有一定的指导意义.     

CAMBIO: software for modelling and simulation of bioprocesses

CAMBIO, a software package devoted to bioprocess modelling, which runs on Apollo computers, is described. This software enables bioengineers to easily and interactively design appropriate mathematical models directly from their perception of the process. CAMBIO provides the user with a set of design symbols and mnemonic icons in order to interactively design a functional diagram. This diagram has to exhibit the most relevant components with their related interactions through biological and physico-chemical reactions. Then, CAMBIO automatically generates the dynamical material balance equations of the process in the form of an algebraic-differential system by taking advantage of the knowledge involved in the functional diagram. The model may be used for control design purpose or completed by kinetics expressions with a view to simulation. CAMBIO offers facilities to generate a simulation model (for coding of kinetics, introducing auxiliary variables, etc.). This model is automatically interfaced with a specialized simulation software which allows an immediate visualization of the process dynamical behaviour under various operational conditions (possibly involving feedback control strategies). An example of an application dealing with yeast fermentation is given.     

Integrated modeling methodology for microtubule dynamics and Taxol kinetics with experimentally identifiable parameters

Microtubule dynamics play a critical role in cell function and stress response, modulating mitosis, morphology, signaling, and transport. Drugs such as paclitaxel (Taxol) can impact tubulin polymerization and affect microtubule dynamics. While theoretical methods have been previously proposed to simulate microtubule dynamics, we develop a methodology here that can be used to compare model predictions with experimental data. Our model is a hybrid of (1) a simple two-state stochastic formulation of tubulin polymerization kinetics and (2) an equilibrium approximation for the chemical kinetics of Taxol drug binding to microtubule ends. Model parameters are biologically realistic, with values taken directly from experimental measurements. Model validation is conducted against published experimental data comparing optical measurements of microtubule dynamics in cultured cells under normal and Taxol-treated conditions. To compare model predictions with experimental data requires applying a "windowing" strategy on the spatiotemporal resolution of the simulation. From a biological perspective, this is consistent with interpreting the microtubule "pause" phenomenon as at least partially an artifact of spatiotemporal resolution limits on experimental measurement.     

Computer simulation studies of recombination of ions in multi ion-pair ensembles—II. Processes characterized by long mean free paths of charged species

The problem of the recombination of charged species for the case in which initially one or more non-separable pairs of oppositely charged ions are present in the system is treated by means of computer simulation method.The calculations of the electron–cation recombination in the systems characterized by long mean free path (MFP) of an electron between the scattering events were performed. The calculations of the recombination kinetics and escape probability for single pairs were compared with the Debye–Smoluchowski–Onsager theory. It was found that for large MFPs, of above 10–20% of the Onsager distance in the medium, the theory based on the diffusion model is no longer valid, even for isolated ion pairs.The multi-pair effects were investigated by simulation of the electron–cation recombination in clusters composed of up to ten pairs. The deviations of the multi-pair kinetics and escape probability from the corresponding single-pair results are significant.In a series of preliminary calculations it was found that, in contrast to the processes characterized by short MFPs, the mechanism of the energy and momentum transfer during the electron scattering process influences very significantly both the recombination kinetics and the escape probability.     

MATLAB软件在控制系统的仿真与分析中的应用

文章主要讨论了MATLAB软件用于控制系统的动态仿真并对行驶轿车的动力学仿真和受控轿车的完整仿真模型进行了介绍，通过举例说明，MATLAB软件包可以成功地应用于控制系统的仿真与分析，在科学研究，生产等领域有广阔的应用前景。     

An Optimizing Compiler for Parallel Chemistry Simulations

Well designed domain specific languages have three important benefits: (1) the easy expression of problems, (2) the application of domain specific optimizations (including parallelization), and (3) dramatic improvements in productivity for their users. In this paper we describe a compiler and parallel runtime system for modeling the complex kinetics of rubber vulcanization and olefin polymerization that achieves all of these goals. The compiler allows the development of a system of ordinary differential equations describing a complex vulcanization reaction or single-site olefin polymerization reaction—a task that used to require months—to be done in hours. A specialized common sub-expression elimination and other algebraic optimizations sufficiently simplify the complex machine generated code to allow it to be compiled—eliminating all but 8.0% of the operations in our largest program and enabling over 60 times faster execution on our largest benchmark codes. The parallel runtime and dynamic load balancing scheme enables fast simulations of the model.     

丙烯间歇液相本体聚合模拟

从聚合反应动力学出发,对丙烯间歇液相本体聚合工业装置建立数学模型,采用PR状态方程进行汽液平衡计算。链增长速率常数k_p、链转移速率常数K_t由质均分子量为20万及30万2个品牌的生产条件及产品性质去拟合得到。应用拟合出的参数,对质均分子量为40万的产品的生产工艺条件进行模拟,模拟结果与实际相比为:聚合物的产量误差0.66%,质均分子量误差2.07%,模拟结果与实际较为吻合。并对反应过程中变量随时间变化情况进行分析,得出聚合物质量、氢气浓度、液相体积等随时间的变化规律,对实际生产工艺的开发与改进具有指导意义。     

多模型预测控制在苯乙烯聚合反应中的应用

针对苯乙烯聚合反应过程的非线性特性,将预测控制方法与多模型建模和控制原理结合起来,提出了一种基于性能指标的切换多模型非线性预测控制方法,针对聚合反应过程进行的仿真实验结果表明,该方法对类似非线性对象具有适用性,控制性能相比较普通预测控制算法也有了很明显的改进和提高.     

实时上肢参数辨识的康复机器人力控制研究

针对病人进行康复训练时,上肢动力学参数估计不准确和训练过程发生上肢动力学参数变化,所导致康复机器人系统辅助力计算不准确,影响精确和稳定的控制练训。为减小辅助力计算误差,实现精确和稳定的训练控制,基于阻抗控制算法,使用多元线性回归方法对上肢动力学参数进行辨识,提出了一种实时上肢动力学参数辨识的阻抗控制算法,建立了康复机器人动力学模型,同时对控制算法进行仿真研究。仿真结果表明该算法能够准确地对上肢动力学参数进行辨识,有效地消除了辅助力计算误差,实现训练过程中训练轨迹精确控制。     

基于动力学分析的深海集矿机轨迹跟踪研究

分析深海集矿机轨迹跟踪的研究现状,研究集矿机的动力学模型,进行合理的简化,面向深海底采矿环境的特殊性、深海集矿机液压系统固有的强非线性、行走阻力随调节强度伴生变化等特征。基于非线性剪切力—位移关系的线性化方法和对动态阻力项引入一个前馈补偿项来消除伴生阻力方式,设计了一个基于带有前馈阻力补偿的线性反馈的控制器,较好地实现了集矿机轨迹跟踪;仿真结果验证了该算法的有效性。