聲象一體化仿真研究

在現(xiàn)有計算機(jī)圖形學(xué)和數(shù)字聲音模擬技術(shù)基礎(chǔ)上，提出基于同一物理模型的三維聲象一體化仿真新概念。通過分析光與聲傳播相似性和差異，首次將時間因素引入傳統(tǒng)的光輻射度算法，使之從三維空間模型擴(kuò)展為四維時空模型，既適用于視覺再現(xiàn)，又適用于聽覺再現(xiàn)，是一個可直接產(chǎn)生動畫效果的統(tǒng)一有效的方法，時間相關(guān)的輻射度算法使得聲象一體仿真建立在新的基礎(chǔ)上，有別于傳統(tǒng)將分離的聲象效果進(jìn)行同步合成的方法。聲象一體化仿真將視覺仿真與聽覺仿真有機(jī)地結(jié)合起來，深化了現(xiàn)有的計算機(jī)仿真技術(shù)，把目前十分熱門的科學(xué)計算可視化研究方向拓展為科學(xué)計算可視化與可聽化。它最直接的應(yīng)用領(lǐng)域是建筑聲學(xué)仿真及計算機(jī)動畫制作等。

分布式電源的功率波動性、間歇性與不確定性，是阻礙其安全、高效并網(wǎng)的重要原因，大容量儲能技術(shù)與無功補(bǔ)償技術(shù)為解決以上問題提供了途徑，國內(nèi)外已經(jīng)展開兩者一體化結(jié)合的研究，但是應(yīng)用結(jié)果表明，現(xiàn)有一體化技術(shù)仍不能滿足實(shí)際要求，特別是系統(tǒng)在極端工況下的深度補(bǔ)償與多目標(biāo)協(xié)同調(diào)控，這一方面是受一體化主電路結(jié)構(gòu)和使用元件的限制，另一方面是缺乏相關(guān)的基礎(chǔ)理論與仿真建模研究。本項(xiàng)目旨在將以蓄電池和超級電容為代表的多元儲能器件與靜止同步補(bǔ)償裝置進(jìn)行高效的一體化融合，闡明一體化主電路的工作機(jī)理，提出最優(yōu)的構(gòu)成方式，揭示極端工況下系統(tǒng)電氣量變化特征與規(guī)律，建立控制系統(tǒng)指標(biāo)體系，研究基于多目標(biāo)趨優(yōu)的控制策略以及提高脈寬輸出精度和安全穩(wěn)定性的方法。并通過構(gòu)建先進(jìn)的仿真模型，模擬系統(tǒng)的各種極端運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)對一體化主電路、控制策略、原理與算法的高效仿真與準(zhǔn)確評估。研究成果將為設(shè)備升級與工程實(shí)用化提供理論依據(jù)與指導(dǎo)。

分布式電源的功率波動性、間歇性與不確定性，是阻礙其安全、高效并網(wǎng)的重要原因，大容量儲能技術(shù)與無功補(bǔ)償技術(shù)為解決以上問題提供了途徑，國內(nèi)外已經(jīng)展開兩者一體化結(jié)合的研究，但是應(yīng)用結(jié)果表明，現(xiàn)有一體化技術(shù)仍不能滿足實(shí)際要求，特別是系統(tǒng)在極端工況下的深度補(bǔ)償與多目標(biāo)協(xié)同調(diào)控，這一方面是受一體化主電路結(jié)構(gòu)和使用元件的限制，另一方面是缺乏相關(guān)的基礎(chǔ)理論與仿真建模研究。項(xiàng)目將蓄電池和超級電容為代表的多元儲能器件與靜止同步補(bǔ)償裝置進(jìn)行高效的一體化融合，闡明了主電路的工作機(jī)理，提出了最優(yōu)的構(gòu)成方式，構(gòu)建了先進(jìn)的仿真模型，模擬系統(tǒng)極端運(yùn)行工況，并對一體化主電路、控制策略、原理與算法進(jìn)行了高效仿真。 主電路方面，項(xiàng)目結(jié)合國內(nèi)外軟開關(guān)變換電路的研究進(jìn)展，對蓄電池高效充放電電路進(jìn)行了選型與設(shè)計，重點(diǎn)討論了各種不同軟開關(guān)電路的特點(diǎn)，并提出了一種DC/DC變換電路，實(shí)現(xiàn)儲能單元與STATCOM直流母線之間的雙向能量流動控制。此外，項(xiàng)目還從電感基波壓降、STATCOM無功調(diào)節(jié)能力、開關(guān)諧波電流衰減度、濾波器諧振頻率等方面分析了LCL濾波器的特性，提出基于這些條件的濾波器參數(shù)設(shè)計方法。 控制策略方面，項(xiàng)目研究了基于多目標(biāo)趨優(yōu)的控制策略以及提高脈寬輸出精度和安全穩(wěn)定性的方法。在頂層控制策略方面，研究了快速傅立葉變換數(shù)字化算法，電流跟蹤控制等算法，實(shí)現(xiàn)各種電氣參數(shù)的快速計算，并對極端工況下頻率波動對算法帶來的影響，進(jìn)行了定量分析。在底層脈寬調(diào)制策略方面，研究了基于FPGA技術(shù)的全數(shù)字化自然采樣SPWM控制方法，構(gòu)建了基于FPGA的自然采樣SPWM全數(shù)字化框架，并對三角載波形成、正弦調(diào)制波形成、開關(guān)狀態(tài)組合配置，以及死區(qū)設(shè)置的數(shù)字化進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，提出的基于FPGA技術(shù)的開關(guān)時間的超實(shí)時比較計算方法，避免了自然采樣SPWM中泰勒級數(shù)展開與收斂判斷等復(fù)雜計算，其輸出波形諧波含量可以得到進(jìn)一步降低，提高大功率STATCOM輸出波形質(zhì)量。項(xiàng)目設(shè)計了基于分層結(jié)構(gòu)的高可靠性硬件電路以及具有安全協(xié)調(diào)機(jī)制的軟件系統(tǒng)，并根據(jù)各項(xiàng)設(shè)計要求完成了基于DSP FPGA CPLD的控制系統(tǒng)開發(fā)，在該結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了脈沖控制安全聯(lián)鎖的功能。 總的來說，項(xiàng)目能夠按照申請書制訂的研究內(nèi)容展開工作，較好的完成了各項(xiàng)任務(wù)，研究成果將為設(shè)備升級與工程實(shí)用化提供理論依據(jù)與指導(dǎo)。 2100433B

重大件吊裝過程受操作環(huán)境、吊裝對象和起重設(shè)備等因素影響，存在操作難度高、危險性大、難以精確快速定位等問題，目前的剛體動力學(xué)仿真方法和有限元類計算方法在精度和效率上均難以過程仿真和精確控制需求。本課題提出重大件吊裝過程的多體動力學(xué)與吊裝物變形一體化計算方法，并基于該方法提出虛實(shí)場景同步的吊裝過程實(shí)時可視化監(jiān)視與控制方法。主要包括：吊裝過程多體動力學(xué)與吊裝物變形一體化求解方法；柔性鋼繩與剛性吊裝物系統(tǒng)的動力學(xué)建模與快速求解方法；大型吊裝物吊裝過程實(shí)時變形計算的三角網(wǎng)格拉普拉斯變形法（TML）；基于虛實(shí)場景同步和Lyapunov控制論的吊裝過程監(jiān)控方法。通過建立仿真和實(shí)際試驗(yàn)環(huán)境對理論和方法進(jìn)行驗(yàn)證和改進(jìn)。課題的研究結(jié)果將為重大件吊裝仿真與工藝規(guī)劃、半實(shí)物的吊裝實(shí)時操作仿真、實(shí)際吊裝過程快速精確到達(dá)目標(biāo)位置的操控參數(shù)求解提供理論基礎(chǔ)和方法支撐。