基于PLS-ELM响应面法的坝基抗滑稳定可靠度分析

复杂重力坝坝基抗滑稳定可靠度问题中,研究变量个数多,隐式功能函数非线性程度高,使用传统响应面法求解时拟合精度不高、收敛困难、结构计算量大。针对该问题,提出了重力坝坝基抗滑稳定可靠指标估计的偏最小二乘-极限学习机（PLS-ELM）动态响应面法。采用适用于处理高维度、小样本、非线性回归问题的极限学习机模型（ELM）构建隐式功能函数的响应面,并采用偏最小二乘法（PLS）优化极限学习机模型的隐含层神经元个数和输入权值,将极限学习机响应面和蒙特卡洛模拟法相结合,并构造合理的迭代方式,实现极限学习机响应面动态更新和可靠指标求解。在此基础上对某重力坝挡水坝段进行坝基抗滑稳定可靠度分析,结果表明：该方法结构计算量少,响应面拟合精度和效率高,算法容易收敛且适用性广,易于与多种结构计算方法和软件结合,适用于实际工程的坝基抗滑稳定可靠度分析;工程实例中坝基抗滑稳定可靠指标为5.10,满足规范要求;软弱夹层的材料参数对重力坝抗滑稳定可靠度影响最大。     

土石坝边坡稳定可靠度分析与设计

针对在水利工程中土石坝边坡稳定分析和设计相对落后的现状,本文以概率统计和结构可靠度理论为基础,对土石坝边坡稳定可靠度分析和设计问题,包括土石坝抗剪强度参数粘聚力和内摩擦角的统计方法和统计特性,土石坝边坡稳定可靠度分析方法,设计表达式中标准值和分项系数的取值问题等,进行了分析研究,并结合工程实例做了简要说明。本文还给出了采用Monte Carlo方法搜索临界滑裂面并求解最小可靠指标的具体做法,以及利用安全系数与可靠指标间的关系确定结构系数的方法。     

重力坝深层抗滑稳定的可靠度分析

深层抗滑稳定一直是重力坝设计的关键性问题,由于该问题的复杂性,目前对于分析方法尚无明确和统一的规定。本文在介绍常用可靠度计算方法的基础上,推导了重力坝深层双斜滑裂面的抗滑稳定可靠度计算公式,并用编制的计算程序对弄另水电站非溢流坝段7#坝段进行了可靠度分析。计算结果表明,应用可靠度理论进行重力坝深层抗滑稳定分析是可行并有效的。     

随机边界元法及其在水土结构可靠度分析中的应用

边界元法比较适用于复杂结构及大体积结构问题，计算量小而精度较高。本文针对一次二阶矩方法的计算特点，采用对基本随机变量求偏导数的方法，以确定性边界积分方程为基础分别建立零阶式和一阶式随机边界积分方程，并对此随机边界积分方程作了数值处理，编制了计算程序。作为应用，以该法作为重力坝应力分析方法，用JC法计算可靠度，对重力坝的强度可靠度和沿坝基面抗滑稳定可靠度作了分析，研究了岩基刚度、基本随机变量离散性的影响。计算分析结果显示，随机边界元法能更好地反映水工结构的随机应力变场，从而使反映水工结构的各种工程可靠度指标更符合实际工程状况。     

随机边界元法及其在水工结构可靠度分析中的应用

边界元法比较适用于复杂结构及大体积结构问题,计算量小而精度较高.本文针对一次二阶矩方法的计算特点,采用对基本随机变量求偏导数的方法,以确定性边界积分方程为基础分别建立零阶式和一阶式随机边界积分方程,并对此随机边界积分方程作了数值处理,编制了计算程序.作为应用,以该法作为重力坝应力分析方法,用JC法计算可靠度,对重力坝的强度可靠度和沿坝基面抗滑稳定可靠度作了分析,研究了岩基刚度、基本随机变量离散性的影响.计算分析结果显示,随机边界元法能更好地反映水工结构的随机应力应变场,从而使反映水工结构的各种工程可靠度指标更符合实际工程状况.     

电力系统时域仿真的动态一致性检验

电力系统中模型参数的辨识值常因优化算法、收敛区间、迭代次数等的差异而不同,此时常规的误差分析方法很难判断并选择合理的参数组。为解决这一问题,文中提出采用一种定量的不确定性分析方法——随机响应面法对仿真结果进行动态一致性检验的新观点,并提出了相应的检验标准。由于随机响应面法能克服传统的蒙特卡洛法仿真次数多、时间长的缺点,利用随机响应面法可快速计算出参数组中多个参数的联合不确定度,从而得到仿真结果的均值和置信区间,校验模型参数的有效性,为参数的合理选择提供参考依据。某大区电网的负荷实测记录验证了该方法的有效性。     

电力系统稳定计算加权隐式梯形积分交替求解算法的研究

对隐式梯形积分公式进行改进,引入加权因子,并采用显式格式迭代求解隐式方程组,对电力系统动态稳定进行计算。仿真结果表明,加权隐式梯形积分交替求解算法不仅保持了隐式积分数值稳定性好、可采用较大步长的特点,而且具有显式积分编程简单可靠、便于扩展的优点。同时,相较于梯形法,该算法能够消除网络操作引起的数值振荡问题,可用于电站或电网的仿真培训软件系统开发的后台仿真计算。     

边坡稳定模糊随机可靠度评价及其应用

针对边坡稳定分析中出现的随机性和模糊性问题,提出一种计算模糊随机可靠度的新方法并应用于工程边坡稳定分析。采用简化Bishop法计算边坡稳定的安全系数,并根据计算参数的重要程度,选取部分参数进行模糊随机处理。首次引入正态模糊数来描述所选参数的计算区间并确立安全系数的置信函数,然后根据大量边坡实例的统计结果构造了安全系数的升岭形隶属函数,最终计算获得边坡稳定的模糊随机可靠度评价指标。结果分析表明,传统可靠度分析结果偏于不安全,而利用模糊随机可靠度来评价边坡稳定状况更趋于合理。     

重力坝抗滑稳定可靠度分析：（一）相对安全率方法

随着可靠度理论在结构和岩土工程领域日益得到广泛的应用,诸如强度指标变异系数的取值、评判标准的合理性及与确定性模型计算结果的相关关系等问题亟待解决。本文提出可靠度方法相对安全率ηR的概念和计算公式,以无重介质地基的极限承载力为例在数学上严格证明了传统方法与可靠度方法相对安全率的等价性。并以单滑面重力坝算例及8个典型重力坝深层抗滑工程实例对基于可靠度设计方法相对安全率ηR和单一安全系数方法相对安全率ηF、分项系数设计方法相对安全率ηP的可比性和相关性作了验证,证实了可靠度方法相对安全率ηR作为描述建筑物失效概率相对允许值裕幅的指标的合理性,并以ηP=ηR为判据进行了分项系数标定的工作。同时,对典型工程案例向家坝重力坝深层抗滑做了相对安全率的计算,揭示了这一新方法在生产实践中应用的可能性。     

基于随机响应面法的动态仿真不确定性分析

为分析负荷模型、故障时间长短等关键参数变动对电力系统动态稳定的影响,将一种新方法———随机响应面法应用于电力系统动态仿真的不确定性分析中。随机响应面法能够建立响应与输入参数之间的多项式表达关系,仅需少量仿真便可快速估计出响应的统计信息,克服了传统不确定性分析方法的仿真次数多、时间长等缺点。IEEE 9节点系统的算例分析证实了随机响应面法的有效性和实用性。IEEE 39节点系统的仿真结果表明,关键参数的变动可引起较大的响应不确定度,尤其是负荷模型结构的不同对系统的动态行为和动态稳定有着重要影响,可直接关系到系统的安全稳定运行。     

Reliability-constrained Based Optimal Placement and Sizing of Multiple Distributed Generators in Power Distribution Network Using Cat Swarm Optimization

This article presents optimal placement and sizing of multiple distributed generators to achieve higher overall system reliability in large-scale primary distribution networks using a novel random search algorithm known as cat swarm optimization. A composite reliability index is used as the objective function in the optimization process. Furthermore, the effect of multiple distributed generator units on power transfer capacity and power loss reduction has been observed. Extensive simulations are carried out based on three practical distribution systems to demonstrate the effectiveness of the proposed method. Further, qualitative comparisons are made with adaptive weight particle swarm optimization, particle swarm optimization with constriction factor, and binary-coded genetic algorithm to show the efficacy of the proposed method for optimal placement and sizing of distributed generators in power distribution networks.     

土石坝坝基液化土层置换材料关键参数优化

土石坝地震液化可能会引起结构失稳、地基失效等问题,严重威胁工程安全,需要设计采用土层挖除置换的抗液化措施。现有土层置换方案往往根据工程经验进行设计,缺少置换材料的定量化优化分析。本文提出了考虑地震作用下土石坝坝基液化土层的置换材料关键参数优化分析方法,基于实际工程数据,通过数值仿真对土层置换材料进行了优化分析,揭示了置换材料孔隙率、密度、体积模量与剪切模量、黏聚力与内摩擦角四组参数变化对液化的影响规律。结果表明,在土体参数常见取值范围内,孔隙率与密度过小或过大的方案的抗液化效果均较差,模量、内摩擦角较大的方案抗液化效果更好;通过方案比选优化,获得了抗液化效果关键参数的优化数值。随后基于优化参数进行模拟分析,实际工程坝体竖向位移总体得到有效改善,下游坝坡坡率优化率达53.9%,动力计算末液化体积残余值优化率达69.6%。所提出的方法为土石坝置换材料的优化分析提出一种可行手段,对于提高土石坝抗液化性能具有参考意义。     

基于变形协调的黏土心墙坝岸坡比优化方法

岸坡与坝体的变形协调问题是黏土心墙坝的重要工程问题,岸坡比则是变形协调的主要影响因素。为了从变形协调的角度对岸坡比进行优化设计,以前坪水库黏土心墙土石坝为例,基于有限元计算,分析了不同岸坡比对坝体变形协调性的影响,主要结论如下：（1）以坝体的最大沉降和变形梯度作为变形指标,以应力拱效应中的应力劣化度作为应力指标,以应力水平作为强度指标,这三类指标可以统称为坝体与岸坡的变形协调评价指标;（2）以岸坡稳定可靠性指标为安全控制指标,以削坡开挖土方量作为经济性控制指标,可以分别确定岸坡比的上、下边界,作为多目标优化分析的优化区间;（3）除变形协调评价指标外,同时引入安全指标,通过各指标功效函数之间的权重组合,对目标函数求极小值,可以实现对岸坡比的多目标优化设计。以所分析的黏土心墙坝为例,基于变形协调控制的优化坡角（坡比）为58°,能同时满足坝体与岸坡的安全性、经济性和变形协调性,表明所提出的岸坡比优化方法是合理的,能为设计提供科学依据。     

基于响应面理论的高拱坝模型修正损伤识别研究

本文以二滩拱坝为工程背景,利用基于响应面理论的模型修正方法进行了结构损伤识别分析。分析过程中,将坝体合理分成若干子区域,以子区域的弹性模量折减来指示损伤,根据坝面节点灵敏度及响应面精度选择合理的测点。建立合适的响应面模型来反映坝体的动力特性与损伤变量之间的非线性关系,最后采用遗传算法进行优化计算。响应面方法的引入避免了损伤识别过程中反复调用有限元计算程序,提高了计算效率;同时提出基于坝体多次测量数据下的损伤识别方法,以提高算法的抗噪性。数值计算结果表明,本文提出的方法能有效应用于高拱坝损伤识别。     

基于DSLPSO算法的超级电容参数辨识

针对超级电容模型多参数辨识问题以及传统辨识算法收敛精度差,收敛速度慢问题,提出基于动态自学习粒子群算法的超级电容参数辨识方法.根据超级电容等效电路模型,采用双线性变换进行离散化获得辨识模型,使用动态自学习粒子群算法辨识各分支的参数.仿真结果分析表明,与基本粒子群、自适应惯性权重粒子群对比分析,基于动态自学习粒子群算法的...     

含功效系数法的电力系统综合优化

针对电力系统多目标规划,引入了功效系数法来弥补综合加权平均法的缺陷。基于其原理选取了发电系统总发电成本、有功网损、电压偏移量、静态电压稳定裕度作为评价指标,采用改进层次分析法确定评价指标相应的权重,建立了电力系统综合优化模型。以IEEE 14节点为例,使用改进粒子群算法对综合优化模型进行检验,研究结果表明含功效系数法的电力系统综合优化模型具备较高的可靠性和实用性。     

Cogging Torque Reduction and Optimization in Surface-mounted Permanent Magnet Motor Using Magnet Segmentation Method

One of the main challenges in permanent magnet electrical machine design is cogging torque reduction. In this article, the magnet segmentation method is used for cogging torque reduction. For this end, each surface permanent magnet is divided into eight parts, and a symmetrical structure with equal angular widths and considering the angular gaps between them is used for minimizing a number of optimization parameters. In this article, three optimization algorithms—response surface methodology, genetic algorithm, and particle swarm optimization—are used to determine the optimal values of optimization parameters. Finally, the result is obtained that the optimum values of response surface methodology are more efficient than of those of the genetic algorithm and particle swarm optimization in cogging torque reduction, because the objective function of the response surface methodology is cogging torque that is calculated using the finite-element method, whereas the objective function in the genetic algorithm and particle swarm optimization is based on the analytical methods. However, the main objection of the magnet segmentation method is the simultaneous reduction of average torque with cogging torque.     

基于响应面方法的汽轮机叶片静动频概率设计及敏感性分析

考虑随机因素的影响，对叶片的固有振动特性进行概率分析和设计是叶片动强度可靠性设计的基础。文中以某试验台用汽轮机等直叶片为研究对象，考虑几何参数(包括长度、宽度、厚度)、材料参数(弹性模量，密度)和转速的随机性，通过有限元参数化建模，将确定性有限元方法(FEM)、响应面方法(RSM)和Monte-Carlo模拟法相结合，从而获得了叶片静频、动频的统计特性和累积分布函数；同时考虑随机变量的梯度和离散范围对静、动频的影响，通过概率敏感性分析，定量地判断出叶片静、动频对随机输入变量的敏感性；通过绘制叶片静、动频与输入变量的散点图，定量地分析了如何改变随机变量以调整静、动频率的方法。计算结果表明，FEM-RSM-Monte Carlo方法计算量小，速度快，拟合精度高，是叶片动强度可靠性分析的可选方法。     

动态扰动下高心墙堆石坝无人碾压BOA-PID循迹控制北大核心CSCD

无人碾压机精准循迹控制对确保压实质量意义重大。然而,高心墙堆石坝具有坝料粒径分布广且松铺厚度不均匀等特征,导致坝面不平整且异质性强,对无人碾压机循迹控制造成动态扰动。传统的比例积分微分(proportion integral derivative,PID)控制算法采用固定参数进行纠偏控制,难以快速纠正动态扰动导致的循迹偏差。针对上述问题,本文以蝴蝶优化算法(butterfly optimization algorithm,BOA)动态优化PID控制参数,提出BOA-PID无人碾压机循迹控制方法。首先,构建车身倾斜模型以修正坝面不平整条件下无人碾压机的定位误差;其次,基于运动学模型动态预测无人碾压机的纠偏距离;再者,以最小化纠偏距离为目标函数,采用BOA动态优化PID算法的比例、积分和微分参数;最后,以参数优化的PID计算无人碾压机的转向控制量,从而克服动态扰动,实现高心墙堆石坝复杂条件下的快速纠偏。本文结合中国西南两河口大型水利水电工程开展仿真与实地实验,以验证所提出方法的有效性和先进性。结果表明,BOA-PID的纠偏能力优于GA-PID(genetic algorithm)、PSO-PID(particle swarm optimization)、DA-PID(dragonfly algorithm)和传统PID,且所提出方法能够实现高心墙堆石坝复杂条件下无人碾压机的精准循迹控制,堆石料(4.44 cm)和心墙料(3.32 cm)碾压的平均循迹误差均小于5 cm。