混沌及其在电力工程中的应用研究进展

混沌理论是非线性科学的重要分支,具有丰富的内涵和广博的外延空间,在很多领域都得到广泛的应用。总结混沌的重要本质特性,即非线性和内随机性、敏感性、遍历性、分维性和广谱等,分类讨论利用这些混沌特性解决有关工程实际问题的应用情况;并以电力系统这一典型的大规非线性系统为背景,分析混沌理论在电力系统稳定分析及其控制、电力系统经济调度与优化、电力统短期负荷预测以及电气设备状态监测等方面的应用研究进展。     

基于跟踪混沌化方法的线谱控制技术研究

船舶辐射水声中的线谱成分是被动声纳在水声对抗中检测、跟踪和识别目标的主要特征信号,混沌隔振技术利用隔振系统处于混沌状态时其响应功率谱呈连续谱这一特征来抑制动力机械对艇体的线谱激励。针对目前混沌隔振技术在工程实际应用中存在如何在小振幅条件下实现持续混沌运动的难题,提出了利用跟踪控制使隔振系统混沌化方法,抑制辐射水声中的线谱成分,同时解决了跟踪目标建立的难题,试验结果证明了该方法的有效性。     

非线性振动 分叉和混沌理论及其应用

本文主要是从非线性振动的角度出发综述了近年来国内外在非线性振动、分叉和混沌理论及其应用方面的主要成果和发展前景。首先,本文回顾了非线性振动理论的历史,阐述了应用分叉和混沌理论研究非线性振动系统的必要性,进而给出了近期非线性振动八个重点方面的研究方向。其次,我们详细地综述了非线性振动系统的解析方法、非线性振动系统的局部分叉理论及分析方法、非线性振动系统的全局分叉及混沌、非线性随机系统的振动与分叉理论四个方面近期国内外研究工作的主要成果和进展。最后,本文说明了今后分叉和混沌及其应用于非线性振动的主要研究内容。     

投影混沌同步试验研究

针对混沌线谱控制技术遇到的如何在变工况和小振幅条件下试现持续混沌的难题,在理论研究的基础上,根据工程实际,设计了试验台架、线性隔振元件和混沌驱动器,对投影同步进行了试验研究。结果表明,该方法能够使隔振系统在变工况和小振幅条件下稳定地产生混沌响应,控制器具有较强的鲁棒性,因而利用混沌同步降低辐射线谱幅度是可行的。     

被动隔振体产生混沌的参数条件研究

本文建立了被动隔振体的非线性动力学方程;根据非线性动力学理论,对被动隔振体系统的奇点分布和稳定性进行了研究;利用混沌动力学理论,对被动隔振体产生混沌的参数条件进行了研究和分析;得出了不同隔振材料所对应的被动隔振体产生混沌的参数条件和产生混沌的分界线。     

两自由度非线性隔振系统线谱混沌化控制技术研究

线谱混沌化是提高潜艇声隐身性能的主要手段,但难以实现小振幅下的持续混沌化;同时,非线性隔振系统由于多个吸引子共存,混沌化品质依赖于初始条件和系统参数。为此,利用开环加非线性闭环方法研究两自由度非线性隔振系统的吸引子迁移和线谱混沌化。建立两自由度非线性隔振系统的动力学方程并分析其全局性态,得到系统的全局分岔特性及吸引子共存规律;通过开环加非线性闭环方法实现不同吸引子之间的迁移控制,使系统在不同初始条件下始终运行于基础振动最小的混沌吸引子上;利用开环加非线性闭环耦合方法实现驱动系统和响应系统之间的广义混沌同步,使系统在不同参数下始终处于小振幅持续混沌运动。仿真结果表明该方法具有可行性和稳定性,能实现隐匿线谱信息和保持隔振性能的双重功能。     

巧妙利用振动有效控制振动——《工程非线性振动》书评

由闻邦椿院士撰写的科学著作《工程非线性振动》于2007年10月在科学出版社出版。本书主要研究工程中的非线性振动问题,内容包括:工程应用实例;非线性系统的建模与求解方法;研究非线性振动系统若干动态特性及其工程应用,特别强调在工程中如何对有用的非线性振动进行有效的利用与对有害的非线性振动进行有效的控制。本书是作者所在科研团队长期从事"工程非线性振动"教学和科研工作的总结。本书从非线性振动理论在工程技术领域得到广泛应用的实际情况出发,首先列举了工程技术领域中若干非线性振动实例,进而系统分析了非线性振动问题的主要求解…     

混沌同步控制策略构造方法研究

水下辐射噪声中的低频线谱是影响潜艇声隐身性能的主要因素,线谱混沌化控制技术通过处于混沌状态的非线性隔振系统将低频线谱转换为宽频混沌谱,可以实现频谱重构并降低线谱强度。前期研究表明,利用广义混沌同步方法可以实现变工况下隔振系统的持续混沌化,在某些情况下还能显著减小振幅,为线谱混沌化控制理论提供了新思路。然而,目前要利用广义混沌同步产生小振幅的持续混沌运动,只能通过"试错"来选择合适的混沌同步控制策略,还没有形成系统的方法。为此,提出了一种混沌同步控制策略构造方法。结合耦合Duffing隔振系统对该构造方法进行验证和说明,并将该方法应用于两自由度非线性隔振系统。     

等截面梁纯弯曲振动时产生混沌的参数条件研究

建立了等截面梁纯弯曲振动时的非线性动力学方程;根据非线性动力学理论,对等截面梁系统的奇点分布和稳定性进行了研究;利用混沌动力学理论,得到了等截面梁纯弯曲振动时产生混沌的参数条件;依据该条件,对匀质等截面简支梁纯弯曲振动时产生混沌的参数条件进行了研究和分析,得出了产生混沌的参数分界线.     

一种区分不同类型非线性响应的新方法

针对常用非线性振动分析方法的不足,基于故障诊断理论,提出了一种称为周期采样峰-峰值(PSP)图的分析方法,可以有效区分非线性系统的不同类型响应,并用其研究了Duffing方程、滞后非线性汽车悬架系统和裂纹转子系统的非线性动力学响应.数值仿真结果表明,从PSP图可以明显区分响应的周期、拟周期与混沌运动,其对应于周期、多倍T周期和拟周期的响应是规则的点集,而对应于混沌运动是无规则的点集.     

追踪控制双频激励下汽车悬架系统的混沌运动

分析双频正弦激励下非线性汽车悬架系统的混沌运动,根据Lyapunov指数及Poincare截面判断系统的混沌运动,指出发生混沌运动时的相应幅值。之后,在系统状态全部可测的情况下设计一种控制器U,并用Lyapunov函数证明对此控制器闭环系统大范围渐近稳定。最后,使用该控制器对系统的混沌运动进行追踪控制,并对以上控制过程进行数值仿真。数值仿真结果证明控制方法是有效的。     

Project-Based Civil Engineering Courses

Problem solving is an essential element of civil engineering education. It has been observed that students are best able to understand civil engineering theory when there is a practical application of it. Teaching theory alone has led to lower levels of comprehension and motivation and a correspondingly higher rate of failure and “drop-out”. This paper analyses the effectiveness of introducing practical design projects at an early stage within a civil engineering undergraduate program at Queensland University of Technology. In two of the essential basic subjects, Engineering Mechanics and Steel Structures, model projects which simulate realistic engineering exercises were introduced. Students were required to work in small groups to analyse, design and build the lightest / most efficient model bridges made of specific materials such as spaghetti, drinking straw, paddle pop sticks and balsa wood and steel columns for a given design loading/target capacity. The paper traces the success of the teaching strategy at each stage from its introduction through to the final student and staff evaluation.     

气固两相流压力波动信号分析

应用功率谱分析、R/S分析、混沌分析等对气固流化床压力波动信号的性质、组成进行了定量解剖。研究表明 ,流态化压力波动信号由两部分构成 :其一是本质随机性信号 ,如噪音 ;其二是本质确定性信号。本质确定性信号又有两种表现形式 :其一是周期信号 ;其二是随机信号 ,这种表面随机而本质确定性的信号就是混沌信号     

时间尺度上三阶非线性中立型动力方程的振动准则

源于电子工程、机械工程、生态工程和航天工程等领域的许多问题均可用时间尺度上的动力方程来描述，因此，研究这类方程有着重要的理论价值和实际意义。本文利用广义Riccati变换，积分平均和比较原理，研究了一类时间尺度上三阶非线性中立型时滞动力方程的振动性和渐近性，给出了这类方程新的Kamenev型振动准则和Philos型振动准则。本文成果推广了已知文献的多个相应结果并给出了例证。     

Chaos Synchronization in Josephson Junctions

In this paper, we have discussed the application of new nonlinear recursive controllers on Josephson junction (JJ) chaotic systems. Controlling bifurcation as well as chaos has been rapidly advancing in the last decade. Thus, emphasis has been placed on control design techniques which result in prescribed nonlinear performance dynamics for practical controlled processes. This study has shown that a nonlinear recursive controller is effective in controlling an undesirable JJ chaotic behavior. In addition to that, the synchronization of two JJ chaotic nonlinear dynamical systems can be used to advantage in communication systems. In fact, communication security is promising through chaos. Using nonlinear control method, we have demonstrated that it is possible to achieve synchronization in electronic circuits such as JJ. The study showed the effectiveness of the designed controller in communication signal synchronization. For the purpose of verification and comparison, we designed a control signal based on master and slave concept.     

Engineering Design in Industry: Teaching Students and Faculty to Apply Engineering Science in Design

In a typical engineering curriculum students and faculty rarely have the opportunity to take a real problem, extract its essence, apply an analysis, and then make design decisions based on this analysis. This extractive link between fundamentals and design is particularly critical to a smooth transition from engineering study at the university to engineering practice in industry. Historically, universities have taken the responsibility for rigorous theoretical and technical training in subjects that include the basic sciences and fundamentals of engineering, while industry has been responsible for making engineering graduates contributors to specific tasks important to the company and its core competency. In this division of training, however, no one teaches students how to apply fundamental engineering principles to practical problems. To make matters worse, faculty often ignore engineering relevance of basic theory and the students then reject these fundamentals; in both cases engineering performance suffers. One solution to this missing bridge is being developed in the Mechanical and Aerospace Engineering Department at the University of California, Irvine (UCI) in the form of the “Engineering Design in Industry” program.     

混沌及高聚物的混沌运动

本文首先介绍了混沌理论的发展及混沌运动的特征,随后在此基础上研究了高聚物分子链结构、构象、结晶过程及粘流行为的混沌性质,并列举出混沌理论在高分子领域的应用。     

新SH-COS混沌弱信号检测系统设计

将混沌理论应用于弱信号检测,设计了一种由三维混沌和余弦函数合成的全新的混沌弱信号检测系统——SH-COS系统,并对其进行了动力学特性的理论分析,用Matlab及Muhisim进行了电路仿真分析.与目前广泛探讨的Duffing混沌弱信号检测系统以及锁相放大器的性能相比,新设计的混沌弱信号检测系统抗噪性能强、检测精度高,而且具有信号检测的广域多样性,弥补了检测系统混沌与大周期状态难以区分、大周期状态不稳定等不足.新系统输出的大周期态具有收敛性,仿真对比结果验证了设计方法的正确性,进一步改善了混沌系统的弱信号检测性能,使定量检测成为可能,因而更适合应用于实际工程领域.     

Studies on identification of an efficient and accurate integration scheme for piecewise linear dynamic problems

Engineering structures often have nonlinear characteristics. Many of these nonlinear systems could be modelled as piecewise linear. The dynamic analysis of such systems can be carried out by the direct integration of the mathematical model of the system. In this article, solution schemes are identified and qualified studying a single degree-of-freedom system and evaluated studying real-life engineering structures. As an alternative, a modified Newmark method with iteration for nonlinear forces and half-step error monitoring is presented. The modified scheme has been found to be efficient and accurate.