高阶系统的奇异摄动模型的平衡降阶

随着控制理论和电子计算机技术的迅速发展,尽管为研究与设计高阶复杂系统提供了方便的条件,但是对复杂高阶系统进行模型简化仍然是控制系统设计与仿真工作者的一个重要研究课题.针对奇异摄动模型的平衡降阶方法,提出了采用时矩输出拟合来改善降阶系统输出响应逼近程度的改进方法,通过给出的实例仿真证实了这一点.     

基于遗传算法的化学反应动力学模型简化法

从化学的详细基元反应出发,通过分析化学反应过程和灵敏度,识别反应过程中的"主干"反应,建立起具有基元反应形式的简化反应动力学模型,再采用遗传算法来优化调整基元反应阿累尼乌斯(Arrehnius)公式中的系数,使简化模型的计算精度尽可能与详细基元反应模型相当,从而建立一种简化化学反应动力学模型的新方法。通过分析典型甲烷点火燃烧算例的初步计算表明,该方法的应用前景较好。     

基于奇异摄动方法的精馏塔模型简化及其仿真研究

将奇异摄动方法应用于一个精馏塔，得到具有三对角结构的动态简化模型。该文介绍模型简化的步骤，推导了简化模型的具体公司。仿真表明：简化模型与全阶模型的静态和动态特性基本保持一致。     

基于奇异摄动法的水下机器人优化PID控制

为了提高水下机器人位置控制的精确性,降低因系统耦合而造成的位置误差,提出了针对六自由度水下机器人的奇异摄动系统建模及控制方法.首先对水下机器人的姿态和位置进行动力学建模,将速度、角速度作为快变量,位置、姿态作为慢变量,从而把模型转换为奇异摄动系统模型,再对奇异摄动系统模型进行快慢分解,对快慢系统分别设计PID控制律,最...     

一般阻尼动力系统非奇异摄动法

借助矩阵摄动理论,将模态叠加法运用于一般阻尼矩阵的动力学方程求解结构的动响应是一种较为理想的方法.但当系统的外荷载激振频率接近于系统的固有频率时,直接将阻尼矩阵作为摄动矩阵,会使解产生奇异,并导致求解失败或误差过大,这是因为模态坐标下的动力学方程是无阻尼方程.为了解决这一问题,本文考虑在模态坐标的动力学方程中保留一定的阻尼.即将阻尼做分解,代入振动方程,得到不同阶次摄动方程,再将摄动方程变换到模态坐标,即采用非奇异摄动方法.最后通过数值算例,得到一阶、二阶摄动,将其与精确解进行比较.精度明显得到改善,基本趋于精确解.从而验证了本方法的精确性和有效性.     

实参数摄动下结构奇异值计算的新方法

基于结构奇异值(μ)方法的鲁棒稳定性分析与综合设计的关键在于μ的准确计算,而MATLAB鲁棒工具箱中计算实参数摄动的μ的上下界差别太大.本文提出了具体针对实参数对角摄动下的μ的上界和数值准确值计算的新方法.利用实数摄动条件.通过奇异性约束展开的方法将实参数摄动的A计算问题转化为无约束的单目标全局优化问题,然后采用遗传算...     

奇异摄动系统的H_∞控制:基于奇异系统的方法

实际系统的奇异系统模型往往通过忽略系统的奇异摄动系统模型微分项系数矩阵中的小时间参数得到.然而,传统的奇异系统控制器设计很少考虑微分项系数矩阵的摄动.本文拓展了现有奇异系统输出动态反馈H∞控制器的设计,使得当实际闭环系统中存在小时间参数时,仍然能保持稳定并且满足一定的H∞性能指标.仿真算例说明了本文提出方法的有效性.     

基于MATLAB的磁悬浮系统奇异摄动参数计算

磁悬浮系统的稳定性是磁悬浮列车能否正式投入营运的关键因素。而实际的悬浮系统由于存在小电感奇异摄动参数,使得悬浮系统的动力学模型有相当高的阶数以及病态的数值特性,因此该文采用奇异摄动法处理这类问题。根据奇异摄动理论可知,要使系统稳定,摄动参数必存在一个稳定的上界。该文针对悬浮系统模型复杂和系统变参数的特点,借助MATLAB简化了磁悬浮系统奇异摄动参数稳定上界的计算。结果表明该方法的有效性和可行性,对磁悬浮系统的理论分析和工程研究有一定的参考价值。     

复杂化学反应动力学的计算机模拟

化学反应动力学过程的计算机模拟对于研究反应机理、控制反应进程等具有重要的意义。本文首先根据质量作用定律建立了复杂化学反应动力学的数学模型,即一阶常微分方程组;然后利用VB编程工具,采用四阶龙格库塔法,设计了一个计算软件,该软件可对任意类型的复杂反应任一时刻时各物质的浓度进行计算,同时该软件具有作图功能,能够形象生动地模拟反应的进程;最后通过两个反应实例介绍了软件的使用方法,并对计算结果进行了验证,运算表明,该软件与同类软件相比,具有运算结果精确度高,速度快、功能更强大等特点。软件的计算结果可作为化工反应器设计的参考数据,软件可作为化学反应动力学研究的一个计算工具,也可运用于反应动力学等课程的教学。     

参数优化配置的广义奇异摄动弹性飞机模型降阶研究

推导了广义奇异摄动法的降阶方法,介绍了其在飞机模型降阶应用中的优点,针对算法中出现的参数ξ进行了分析,以弹性飞机模型为平台提出了ξ的优化配置并进行了仿真。结果表明,采用该参数配置的广义奇异摄动模型降阶方法可以用于弹性飞机模型降阶。     

用于化学热泵的氯化钙/甲醇络合反应动力学的研究

CaCl2／CH3OH的络合反应动力学是设计该体系化学热泵装置，选定合格工艺条件的重要基础。本文采用变温热重分析法，在真空状态下，通过改变氯化钙粒度，反应温度及系统压力，利用Marquart非线性优化方法进行实验数据模拟计算，对气固相化学热泵系统中的工质对CaCl2／CH3OH的络合反应动力学进行了实验研究，获取了具有一定机理、关联众多影响因素的络合反应动力学模型。结果表明：氯化钙同甲醇的络合反应符合收缩园柱形表面化学反应的机理；甲醇蒸发器温度及氯化钙样品的预络合度在不同条件下对其络合反应动力学的影响程度不同；在本实验条件下，氯化钙粒度对络合反应特性影响相对较小。该模型弥补了前人实验域较小，关联因素少等不足。对氯化钙／甲醇体系化学热泵的设计和开发有着十分重要的理论和实际意义。     

Computation with finite stochastic chemical reaction networks

A highly desired part of the synthetic biology toolbox is an embedded chemical microcontroller, capable of autonomously following a logic program specified by a set of instructions, and interacting with its cellular environment. Strategies for incorporating logic in aqueous chemistry have focused primarily on implementing components, such as logic gates, that are composed into larger circuits, with each logic gate in the circuit corresponding to one or more molecular species. With this paradigm, designing and producing new molecular species is necessary to perform larger computations. An alternative approach begins by noticing that chemical systems on the small scale are fundamentally discrete and stochastic. In particular, the exact molecular counts of each molecular species present, is an intrinsically available form of information. This might appear to be a very weak form of information, perhaps quite difficult for computations to utilize. Indeed, it has been shown that error-free Turing universal computation is impossible in this setting. Nevertheless, we show a design of a chemical computer that achieves fast and reliable Turing-universal computation using molecular counts. Our scheme uses only a small number of different molecular species to do computation of arbitrary complexity. The total probability of error of the computation can be made arbitrarily small (but not zero) by adjusting the initial molecular counts of certain species. While physical implementations would be difficult, these results demonstrate that molecular counts can be a useful form of information for small molecular systems such as those operating within cellular environments.

Direct numerical simulation of turbulent flows with chemical reaction

Results from full turbulence simulations incorporating the effects of chemical reaction are compared with simple closure theories and used to reveal some physical insights about turbulent reacting flows. Pseudospectral methods for homogeneous turbulent flows with constant physical and thermal properties in domains as large as 64³ Fourier modes were used for these simulations. For the case of nonpremixed flows involving a two-species, second-order, irreversible chemical reaction, it is found that the scalar dissipation microscale is only a weak function of the reaction rate and that chemical reaction contributes very little to the decay of the variance of the reactant concentration. Examination of local values of the velocity and concentration fields shows that the local reaction rate is highest in regions of the greatest rates of strain and that vorticity tends to align with the reaction zone. Finally, difficulties associated with the evaluation of multipoint pdf's and with the archival of time-dependent data from the threedimensional simulations are described.Presented at the Second Nobeyama Workshop on Fluid Mechanics and Supercomputers, Nobeyama, Japan (September 1987).     

在Maple平台上应用最小二乘法估算动力学参数

以大量实验数据为基础在Maple平台上运用最小二乘法,估算了气相苯加氢反应中反应速率常数及苯的吸附平衡常数,结果较为满意;并且估算了CO与Cl_2在活性炭表面上催化合成光气的反应中动力学的最优参数,计算值与实验值的最大相对误差不超过5%;最后推算了NO与H_2反应的反应速度方程式,计算值与文献值很相似。应用这种方法既克服手工计算的繁琐、工作量大的缺点,还能提高计算的精度,大大地方便了化学反应速率式的确定。     

通用遗传算法估算化学及生化反应动力学参数

遗传算法是一种借鉴生物界自然选择和进化机制发展起来的高度并行、随机、自适应的搜索方法。MATLAB通用遗传算法工具箱GAOT本着使用群体搜索技术,将种群代表一组问题的解,通过对当前种群施加选择、交叉和变异等一系列遗传操作,从而得到新的一代种群,并逐步使种群进化到包含近似最优解状态的原则,对苯热裂解脱氢反应及产赖氨酸分批发酵动力学模型参数进行了估算。与文献中已有的结果相比,模型计算值与实验值的吻合程度相似或更优。所用方法也可用于以微分方程组为数学模型的这类过程的参数估算或寻优,从而研究者可以更加集中注意力于深入解决与数学模型本身有关的问题。     

分子轨道对称性和反应机理的计算机模拟

以3DMAX和Visual Basic为主开发工具，制作了既有交互功能又有自播放功能的分子轨道对称性及其反应机理模拟的多媒体软件。介绍了软件的基本内容、设计思想、制作方法、关键技术、特点和功效。该软件充分应用计算机多媒体，特别是三维动画技术，反映分子轨道对称性和化学反应机理，有利于学习者对这些概念和理论更加直观、深入地认识。     

Removal of Hg~0 with sodium chlorite solution and mass transfer reaction kinetics

The absorption behavior of Hg0 was studied experimentally by using sodium chlorite solution(NaClO2) as the absorbent in a bubble reactor.Primary influencing factors on removal efficiency of Hg0 such as NaClO2 concentration,pH,reaction temperature and the concentration of Hg0 were investigated.The results indicated that 72.91% of Hg0 removal efficiency could be achieved in acidic NaClO2 solution.The removal mechanism of Hg0 was proposed by analyzing of Hg2+ concentration in ab-sorption solution after reactio...     

化学动力学过程模拟软件的开发

采用Borland C Builder 6.0可视化编程环境和基于面向对象的C 语言开发动力学模拟软件。该软件中对微分方程组的求解采用四阶龙格-库塔法。该软件适用于模拟各种化学动力学过程,用户可以根据不同情况设置复杂反应的任意步骤及其基元反应、相应反应速率常数及各物种的初始浓度和反应时间等。软件根据用户设定的参数自动计算出参与反应过程中各物种的浓度变化,同时提供Excel输出功能和绘图功能,可以直观地看到反应的动力学曲线。该软件不需要其他应用软件支持,可以在Windows 98/Me/2000/XP/2003下直接运行。程序涉及到的算法,需要较复杂的数据结构,程序采用C 语言提供的标准模板库,简化了程序设计并提高了运行效率。该软件模拟了一个包含平行-连串反应的化学动力学过程,运行速度较快,并得到精确的计算结果。     

3DS MAX 5在分子离子结构和反应机理教学中的应用

介绍了运用3DS MAX 5制作分子和离子结构模型及其动画，以及用动画演示化学反应机理的方法。