普通黑烟囱热液系统及巨羽流形成的基本数学模型

建立了一种新的管状模型来模拟普通黑烟囱体的热液循环系统,分别用达西方程、湍流方程、Ergun方程和“浮压力差”方程来描述热液循环不同关键环节处的动力学系统,用一个温度场的对流-扩散方程来描述反应区的热能交换及系统的温度变化规律.在联立几个方程并用有效的数值算法及Matlab语言编程求解后,得出了系统中温度、压力及物质流速随时间的变化曲线,并对黑烟囱体内部的动态热平衡和压力平衡进行了分析.在普通黑烟囱体系统模型的基础上进一步建立了巨型羽状流(巨羽流)生成的数学模型.选择胡安·德富卡(Juan de Fuca)洋脊热液喷口对巨羽流的形成进行了模拟,其结果与Baker根据实测数据估算的近似值吻合很好.在上述模型的基础上进一步探讨了巨羽状流形成的一系列条件及主要参数对巨羽流生成周期、温度和最大物质流速等的影响.主要结论如下:巨羽流系统可以由普通黑烟囱系统发展演化而成,其实际过程是普通黑烟囱流系统活动所形成的热液沉积在一定程度上会堵塞热液喷溢通道(相当于形成盖层),造成热液在海底之下积蓄和升温,从而导致浮压力差增大,经过2~3 a(浮压力差达到盖层破裂极限值)则可形成巨羽流系统,巨羽流产生时的热源温度必须超过500℃,喷出热液的最高温度为413℃左右(与实际观测到的海底热液的最高温度一致).当反应区热源温度增大时,产生巨羽流的临界时间明显变短(可能不到1 a),而临界温度(巨羽流生成时的温度)及巨羽流的最大物质流速几乎不随其变化;随着渗透率的增大,巨羽流的最大物质流速也随之增大,但其增速随渗透率的进一步增大而变缓,并逐渐趋向一个相当于下渗流无摩擦阻力时的极限稳定值.     

一种新型滞后-超前补偿器的设计与应用

传统的滞后-超前补偿器由1对实零点和1对实极点组成,校正效果往往不理想。本文先设计了1种由2对实零点和2对实极点组成的双重滞后-超前补偿器,随后在双重滞后-超前补偿器的基础上又设计了1种由2对共轭零点和2对共轭极点组成的复滞后-超前补偿器。同时给出了这3种补偿器模型之间的关系以及零极点之间的关系。理论研究及实际应用均表明本文设计的这2种补偿器较传统的补偿器在提高系统稳定性,增强系统抗干扰能力等方面有着各自的优势,而后者可以为模型设计提供更高的自由度。     

基于根轨迹法的海洋生态模型稳定性分析

本文对一类非线性海洋生态模型进行了稳定性分析,并通过广义根轨迹的分析得出,初始时刻营养盐的不同输入对系统稳定性的影响,并用相轨迹图加以验证。通过稳定性分析可知,当浮游植物的生长率和初始时刻营养盐的输入均大于浮游植物的死亡率和营养盐的流失时,系统存在稳定状态。若浮游植物的生长率和初始时刻营养盐的输入增大时,系统的动态性能减少,即系统会更快的趋于稳定状态。     

基于整合-激发神经元的自组织映射网络

选取与生物神经元的工作过程较为相似的整合-激发(IF)神经元模型作为传递函数,建立了一个基于整合-激发(IF)神经元的新型自组织特征映射(SOM)网络。通过仿真验证了IF神经元网络的自组织功能,实现对传统自组织网的改进。     

离散变结构控制系统的二阶趋近律方法

本文研究了应用于离散变结构控制系统的一种新的趋近律方法,即一个二阶递推的趋近律方法。利用新趋近律方法设计了一个和当前时刻相关的前两个样本点的递推二阶控制器;基于Lyapunov函数法,利用提出的二阶趋近律方法证明了离散变结构控制系统的渐近稳定性和滑模的有限时间可达性;说明了此方法在不确定离散变结构控制系统中的稳定性研究中的可行性。新方法可大幅度消弱抖振,使系统运动最终趋于原点,还能使系统的准滑动模态保持步步穿越切换面,较好的改善了趋近过程。     

基于生成对抗网络的控制系统参数辨识

自然科学和社会科学领域内的控制系统往往表现出很强的非线性行为且被控对象往往与多个输入项相关,因此,对其系统的参数辨识更加困难。本文提出了一种基于改进生成对抗网络的参数辨识算法,用于解决非线性多输入多输出系统的参数辨识问题。该参数辨识方法对经典的生成对抗网络的输入信号及网络架构作出改进,将未知参数变换为网络权重,利用交叉熵损失和梯度下降法推导了待辨参数的迭代更新算法,并通过实例仿真验证了该算法在参数估计上的有效性和稳定性。     

基于模糊神经网络的多变量系统的解耦方法

针对多变量、强耦合、纯迟延系统,提出一种模糊神经网络的解耦方法,结合遗传算法、将多变量系统解耦成单变量系统。传统解耦方法对于非线性系统、变结构系统以及耦合关系和耦合强度随时间和负载变化的复杂系统经常无能为力,而这种综合了模糊逻辑和神经网络优势的解耦方法,由于具有非线性和自学习能力,使其解耦性能不受影响,弥补了传统解耦方法的缺陷,对复杂系统有着较好的解耦能力。且该方法不需要建立精确的数学模型,易于实现。文章最后通过仿真实验验证了该模型的解耦效果。     

时滞多输入离散变结构控制系统的趋近律方法

研究了基于离散趋近律方法的变结构控制设计问题。借助于S型函数提出了的一种离散趋近律方法,应用到了时滞多输入离散系统。应用该趋近律设计的变结构控制系统,其特点是可以使系统的状态在原点稳定,且可有效消除由传统离散趋近律参数引起的抖振。最后的仿真例子进一步表明了本文方法对时滞离散系统的可行性与有效性。     

基于根轨迹法的海洋生态模型稳定性分析

本文对一类非线性海洋生态模型进行了稳定性分析,并通过广义根轨迹的分析得出,初始时刻营养盐的不同输人对系统稳定性的影响,并用相轨迹图加以验证.通过稳定性分析可知,当浮游植物的生长率和初始时刻营养盐的输入均大于浮游植物的死亡率和营养盐的流失时,系统存在稳定状态.若浮游植物的生长率和初始时刻营养盐的输人增大时,系统的动态性能减少,即系统会更快的趋于稳定状态.     

考虑下渗海水稀释作用的海底热液活动系统数学模型

在简单巨羽流生成模型基础上,考虑下渗海水对循环热液的稀释作用设计建立了管状模型,旨在讨论下渗海水(在海底普遍存在)对热液循环系统的影响。在保持原模型基本结构的基础上又添加了代表下渗低温海水稀释作用的D区。模型着重对D区中的低温下渗海水(未经反应区加热)与释放区热液的混合,从而对实现热液稀释的作用进行分析。首先建立系统中两个循环体的控制方程,然后在有限条件下对模型求解,并对求解的结果进行实际意义的分析。主要结论包括下渗区D区作为释放区时,D区释放流体的物质流速已明显大于C区中流体的物质流速,下渗区成为另一个喷溢区;如果在烟囱体下部有裂缝或者其外壳的渗透率较高时,对系统所释放流体的温度、物质通量等指标的估算不能再按常规方法单纯地考虑烟囱体的喷口,因为周围的"高渗区"可能是更大的释放区;对于巨羽流系统,由于释放区C区的压力较小,所以不太可能发生上述情况;具有明显低温流的天然系统不可能位于本模型的参数空间;对热液系统发育的不同阶段应采用不同的数学模型。