一个正压和斜压不稳定的充要条件

提出一个新的李雅普诺夫函数，首次得到了正压和斜压不稳定的充要条件，大大改善了热知的Ｒａｙｌｅｉｇｈ－郭晓岚定理和Ｆｊｏｒｔｏｆｔ定理，解决了Ｒａｙｌｅｉｇｈ（１８８０）提出的无粘切变流正压稳定性问题。     

李雅普诺夫不稳定性与暴雨发生的关系

用李雅普诺夫稳定性理论第二方法的概念，找出一个与大气扰动微分方程组有关的李雅普诺夫函数δ￣２Ｓ，用δ￣２Ｓ与其导数乘积的符号确定系统的稳定性，诊断暴雨落区和强度。在１９９３年６～８月暴雨预报试验中，三峡地区发生８次暴雨过程，报出５次。     

李雅谱诺夫不稳定性与暴雨发生的关系

用李雅普诺夫稳定性理论第二方法的概念，找出一个与大气扰动微分方程组有关的李雅普诺夫函数δ＾２Ｓ，用δ＾２Ｓ与其导数ｄδ＾２Ｓ／ｄｔ乘积的符号确定系统的稳定性，诊断暴雨落区和强度。在１９９３年６￣８月暴雨预报试验中，三峡地区发生８次暴雨过程，报出５次。     

基于Quanser实验平台的带有输出约束单连杆柔性机械臂的神经网络控制

机械臂在航空航天、服务等领域的应用越来越广泛,其研究也越来越深入.相比于刚性机械臂,柔性机械臂质量轻、能耗小,具有更好的性能.但是,由于柔性机械臂本身的结构与材料具有特殊性,其在运动过程中会产生弹性形变与振动,这就给机械臂的定位、轨迹跟踪带来了困难,因此对其振动抑制的研究具有重要意义.本文利用假设模态法对单连杆柔性机械臂系统进行建模,通过李雅普诺夫直接法实现了闭环系统的稳定性.由于一些实际问题对控制系统的状态量有特殊要求,因此采用正切函数形式的障碍李雅普诺夫策略来处理输出约束问题,之后利用神经网络控制方法来逼近系统的不确定性,通过李雅普诺夫法对闭环系统的稳定性进行了分析,并基于Matlab平台设计仿真、基于Quanser实验平台进行实验,对控制器的控制性能进行了验证.     

基于障碍李雅普诺夫函数非线性系统的死区补偿控制

本文集中在带有部分状态约束的非线性单输入单输出系统的自适应控制器设计上.考虑了非对称死区的非线性输入特性,选取障碍李雅普诺夫函数用来阻止部分受约束的状态违反约束条件.根据障碍李雅普诺夫函数反步法,解决了该类系统的输出跟踪问题,同时也处理了死区非线性带来的影响.针对下三角结构的非线性系统,设计了自适应控制器,证明了闭环系统所有信号都是有界的,同时保证了系统输出可以跟踪上参考信号.最后,仿真结果表明了所提方法的有效性.     

斜压气流的中尺度稳定性 Ⅰ.对称不稳定

本文是“斜压气流的中尺度稳定性”的第一部份,讨论斜压基流对平行型中尺度扰动的稳定性,寻找弱稳定层结大气中出现带状中尺度扰动的可能性及其对深厚对流云系的启动和组织作用。 用非弹性近似(anelastic assumption),导出适于用广义矩阵法及打靶法解特征值问题的理想大气扰动方程,并在线性风,双曲正切型风及飑线发生前的实测风分布下,计算出中尺度不稳定谱及特征扰动结构,通过能量分析,说明斜压性在产生这种非地转惯性对流中的作用。     

分布式传感器网络系统的网络预测控制

本文针对分布式传感器网络系统的Fornasini-Marchesini （FM）状态空间模型,对系统的预测控制器设计问题进行研究.特别是针对所考虑的二维FM传感器网络系统,提出了一种新的网络预测控制方案来补偿通信时滞.首先,根据李雅普诺夫稳定性理论,给出了二维系统保持稳定的充分条件;然后利用稳定性条件,提出了一种新的预测控制器设计策略并保证系统的控制性能;最后,通过一个数值实例验证了所设计控制器的有效性.     

大地形与扰动的不稳定

本文分两部分。第一部分,讨论地形对于正压扰动稳定性的影响,指出造成不稳定的必要条件是:(d~2u/dy~2)-β-fA(dh/dy)=0,其中u是基流,h是地形高度。此外,尚讨论了振幅随时间的增长率,不稳定扰动移速等问题。第二部分,讨论了地形对于斜压扰动的稳定性的影响,指出在斜压大气中,地形的作用较正压大气显得更加重要。     

斜压气流的中尺度稳定性 Ⅱ.横波型不稳定

本文是“斜压气流的中尺度稳定性”的第二部份,讨论基本流对横波型中尺度扰动的稳定性。 将f-平面的Eady模型推广到非地转情况,得到斜压基流的双模态不稳定谱:在天气尺度和次天气尺度上出现Eady模态,在几十至几百公里的惯性尺度上出现非地转斜压中尺度模态。在垂直剖面上中尺度模态呈非对称“猫眼”流型,在水平方向上散度与涡度交替分布。对同一线性风速廓线,中尺度模态的发展率约为Eady模态的4倍,两种扰动发展的主要能源都是旋转基流中储存的斜压有效位能。     

斜压大气亚临界不稳定的数值试验

利用一个由表面摩擦和辐射线弛强迫驱动的斜压准地转两层模式作数值试验，来研究斜压大气中的亚临界不稳定现象。试验结果表明，当无量纲量β≥0.25时，斜压两层大气中能够发生亚临界不稳定现象。亚临界不稳定现象的发生与初始扰动的选择有关。科氏参数的经向梯度的大小又是影响斜压稳定性强度的一个重要因素，其值越大，斜压稳定性强度越小。     

纯斜压基流上斜压波的发展和锋生过程

利用地转动量近似和水平坐标变换建立的三维半地转方程,讨论了具有均匀位涡的基态流上非线性斜压扰动的发展和锋面的形成过程。计算结果表明,对于纯斜压流,斜压波的发展既取决于初始扰动,也与基流的垂直切变有关,垂直切变越大,斜压波增长越快。不同的基流.扰动有不同的增长率。对于某个确定的基流,斜压波在各个时刻的特性仅取决于初始扰动。斜压扰动发展到一定程度,形成大的风速和等温线密集区,即产生锋。     

青藏高原大地形高度变化对东亚地区定常扰动能源转换的影响

利用CAM3（Community Atmosphere Model version 3）模式和ERA-Interim再分析数据研究了对流层中青藏高原大地形对东亚地区定常扰动能量源的影响。在冬季对流层中东亚地区的定常扰动的能量源地主要有两个,分别是高原北部的东亚地区和高原下游的西太平洋地区。高原高度增加时,对流层整层东亚地区斜压发展随高原高度增高而减弱,西太平洋地区斜压发展增强。定常扰动的正压发展与斜压发展的位置相似,但是明显的要比定常扰动的斜压发展弱。随着高原高度升高,在对流层中高原北部的东亚地区正压发展先减弱后增强,而在高原下游的西太平洋地区随高原高度增高正压发展一直增强。在冬季对流层中定常扰动的总能量发展与定常扰动的斜压发展一致,这样的发展趋势说明了冬季东亚地区和西太平洋地区定常扰动在对流层中的能量发展主要是斜压性引起的。     

短波斜压扰动系统移动及强度变化的诊断分析

本文应用非绝热准地转位势倾向方程,分析和讨论了中纬度短波斜压扰动系统移动和强度变化的条件。理论分析和实例计算表明,地转风涡度平流对促使斜压扰动东移有重要贡献;地转风差动厚度平流是斜压扰动发展或衰减的重要影响因素;差动潜热能平流对斜压扰动的移动和发展均有不可忽视的作用。该方程用于短波斜压扰动移动及强度变化的诊断分析和预报是一种较好的方法。     

一个新混沌系统的自适应反同步控制及实现

针对所提出的一类新型混沌系统,研究了其驱动与响应系统的反同步控制问题.基于李雅普诺夫稳定性理论,利用自适应控制方法,提出了可以实现混沌系统反同步的控制器的设计方法和参数自适应学习算法.在此基础上,通过Matlab软件进行数值仿真,仿真结果显示所有的参数均可以得到准确地识别,并且可以在较短的时间内使误差系统趋于稳定,说明了控制器与参数自适应律的正确性.最后,基于Multisim电路仿真平台对同步电路进行验证,结果进一步证明了该方法的电路可实现性.     

非纬向基流的非线性斜压不稳定

本文从含Ekman摩擦的非线性两层斜压模式出发,应用Serrin-Joseph的能量方法,按变分原理,分别用扰动总能量、总位涡拟能和两者的线性组合导得了非纬向基流的非线性斜压稳定性判据。并和线性判据作了比较。     

物理守恒保真计算与理想斜压不稳定波模拟的改进

斜压不稳定是大气波动动力学最重要的机制之一,离散数值方案对斜压不稳定发展的描述能力是模式评估的重要内容和模式改进的重要依据。利用斜压原始方程全球谱模式,进行了Jablonowski-Williamson斜压不稳定理想试验,对传统计算方案和物理守恒律保真两方案进行了模拟结果比较,发现通过保持时间离散过程中的全能量守恒,物理守恒律保真方案能够有效地改进传统方案中斜压扰动发生时间延迟的问题,并且在同等条件下增大斜压扰动的发展强度。对涡动动能收支的分析表明,斜压扰动发生时间和发展强度的改进与能量转换的特征有直接联系;在传统方案的基础上,物理守恒律保真方案由于在时间离散中保持了整体物理守恒性质,能量转换率(尤其是斜压转换率)得到显著增强,从而增大斜压扰动的强度,消息改善与中尺度相关的梯度特征等。     

孤岛分布式能源系统的反步控制策略研究

针对含分布式能源（DER）的微电网在孤岛运行模式下自身调节能力有限的问题,基于反步控制方法设计了一种DER系统孤岛运行电压控制策略,解决了DER系统在孤岛运行模式下的电压控制问题.首先,给出了孤岛运行模式下DER系统模型及输出电压数学模型;其次,利用反步控制方法设计了控制器,同时利用李雅普诺夫稳定性理论进行了稳定性分析;最后,利用此控制器在平衡负载及不平衡负载的情况下对输出电压进行控制,并通过仿真验证了反步控制器的有效性.     

基于采样分布式估计器的多无人艇轨迹跟踪控制

提出了一种级联控制算法解决多无人艇（USVs）系统的分布式轨迹跟踪问题.这种控制算法可以分为两层：第一层是基于采样信息的分布式估计器,主要用于估计领航者的期望轨迹;第二层是每个无人艇的本地控制器,主要是结合滑模控制与神经网络径向基函数,在系统具有欠驱动、参数不确定性和扰动等因素的情况下,使其状态跟踪期望轨迹的本地估计值.为了求解上述跟踪控制问题,基于李雅普诺夫理论与级联系统理论,推导得到了所有无人艇位置状态收敛到期望轨迹的充分条件,并通过仿真结果验证了所提出控制方法的有效性与正确性.     

稳定的和不稳定的斜压行星波

本文采用两层模式,初步地应用“时空同化”的自然观,引进空间不稳定性观点,把空间不稳定性和时间不稳定性结合起来,研究振幅随纬度变化的斜压行星波的存在范围和其稳定性;得出了稳定的和不稳定的斜压行星波及其空间不稳定判据,并对传统的斜压行星波不稳定理论和判据作出鉴定,重新提出了斜压行星波时间不稳定判据,并讨论其物理含义;还得出了高层和低层斜压行星波相互强迫振动的机制以及不同纬度间扰动振幅的关系。     

台风变性加强过程的数值模拟和试验分析

1997年登陆的Winnie台风经历了变性重新加强的过程,利用中尺度数值模式MM5对该过程进行了数值模拟和分析.等熵位涡分析显示重新加强过程经历了2个阶段:(1)高层扰动加强期,北上的变性气旋在其高层维持了小的位涡区,使上游东移的位涡槽加强;(2)气旋斜压发展期,低层气旋上的斜压带与高层加强的扰动耦合,气旋获得斜压发展.该过程伴随着高层风速的加强并发展为急流,这是动力平衡和低层斜压动能输送的结果.高层扰动和急流演变过程说明了变性气旋自身对其发展的重要性.通过热带气旋分离的方法,利用数值试验对变性气旋以及与气旋相关的物理因子的作用进行分析.结果显示,低层变性的气旋Winnie首先通过潜热过程加强了高层的扰动,然后在其北移过程中和高层的扰动位相锁定而得到斜压发展,演变过程说明了登陆台风自身的重要性.在这个过程中,初始气旋的涡旋环流足最主要的,其次是水汽,而斜压性影响最少.斜压性影响最少是由于在气旋环流和高湿度的环境下,斜压带得到重建,使气旋仍然可以和高层的扰动相互作用而得到斜压发展.所以,斜压性仍是变性气旋再度发展的直接原因.综观台风Winnie的变性以及重新加强过程,气旋中斜压性的产生以及维持都和与降水相关的潜热过程密切相关.