CFD结合降阶模型预测阵风响应

传统的阵风响应主要在频域内进行分析，气动载荷基于线性方法计算，不能考虑黏性和跨声速流动影响．飞机设计需考虑不同频率和不同形状阵风的响应，基于CFD的阵风响应预测由于计算工况太多，工作量巨大．本文发展了一种CFD结合非定常气动力ARMA（autoregressive—moving—averagemodel）降阶模型的阵风响应分析方法，CFD只要针对给定频率和形状的一种阵风响应进行计算，对获得的气动力时间历程运用线性最小二乘法参数辨识ARMA降阶模型的系数，则对任意频率和形状的阵风，代入降阶模型即可确定该阵风的响应，大大提高了计算效率．为效验发展的方法，先计算NACA0012翼型在低马赫数0．11的阵风响应，通过对比CFD、ARMA降阶模型及早期发展的不可压阵风响应预测方法的结果，验证了方法的有效性．再对比CFD、ARMA在跨声速马赫数0．8的阵风响应预测结果，证实所发展的方法对跨声速阵风响应预测亦是有效的．

辽宁沿海经济带景观格局动态预测及其生态安全研究

21世纪中国将进入工业化与城市化快速发展阶段，随着经济全球化与竞争国际化，产业集群开始成为经济发展的主流，以临港产业为代表的沿海经济带开发建设已成为发达国家的重要经验和国内沿海省市的主导区域战略，辽宁沿海经济带的开发建设将进一步加大沿海地区与周边地区及内地的资源信息交换，人口的大量流入、城市化进程的加快等都可能对沿海区域的生态环境质量和可持续发展与生态安全产生重要影响。 论文通过3S技术手段，应用转移矩阵、土地利用度量公式、景观空间格局分析和Kappa 指数系列方法对1988～2007 年辽宁沿海经济带的景观变化进行了综合分析，同时应用CLUE-S 模型在有无“辽宁沿海经济带开发建设规划”两个预案下对该区域2008～2020 年的景观变化进行了预测。应用生态足迹理论与方法对研究区1990～2006年的生态足迹与生态承载力进行了分析，以反映研究区可持续发展情况；应用时间序列（ARMA）与支持向量机（SVM）预测了研究区2007～2020年生态足迹与生态承载力变化。并对研究区进行了基于生态足迹的区域生态安全动态分析及预测研究，最后提出了研究区生态安全对策，得到如下主要结论： （1）辽宁沿海经济带在1988～2007年间景观格局变化并不十分显著，景观由少数几种景观类型所控制，各景观类型有不断趋于平均化的趋势，但速度较慢，景观的破碎化程度越来越严重。土地利用度逐步增大，反映在景观变化上，是以建设用地的持续扩张与耕地以及林地、水域面积缩小为特点，其中建设用地在景观类型转换中发挥着越来越重要的作用。主要的景观变化发生在耕地、林地、水域与建设用地之间。 （2）在有无“规划”两种预案下，景观变化的趋势基本一致，但变化幅度有明显差别。两种预案下耕地都趋于减少，但“规划预案”降幅更大一些。建设用地逐渐增加，但“规划预案”扩张更快，面积更多。建筑用地变化情况的不同导致其它景观类型变化的不同。两种预案下景观的破碎化程度均有减小的趋势，斑块形状趋于规则，景观的连通性也在逐年增大，其中在“规划预案”中表现得更为显著。 （3）辽宁沿海经济带从1990～2006年间的人均生态足迹与生态承载力均呈逐渐增大趋势，且生态足迹需求明显大于生态承载力，生态赤字在逐渐增大，研究区内的生态负荷已超过了其生态容量，现有的区域发展模式是不可持续的。其中生态足迹需求增大主要来自能源足迹需求增大，而生态承载力的增加主要是因为水域类面积的增加。17年间研究区的人均万元GDP生态足迹均有不同程度的下降趋势，表明该区域的资源利用效率在逐渐提高。 （4）过去17年来，辽宁沿海经济带的生态压力指数变化趋势为先升后降，区域生态安全经历了生态较安全、稍不安全、较不安全和稍不安全等阶段，表明该区域生态安全正在逐步改善。生态占用指数与生态经济协调指数均呈逐步增大的趋势，表明研究区的社会经济发展程度和人民消费水平正在走向较富裕阶段，该区域社会经济发展与生态环境的协调性也在逐渐改善。 （5）两种预案下，辽宁沿海经济带未来14年的人均生态足迹与人均生态承载力均有逐渐增大的趋势，且人均生态足迹均超过了其人均生态承载力，存在不同程度的生态赤字，发展模式仍将是不可持续的，其中“规划预案”下的发展模式更加不可持续。 （6）两种预案下，研究区未来14年的生态安全均处于稍不安全状态，其中“规划预案”的生态压力更小一些。两种预案下研究区的生态占用指数和生态经济协调指数均有逐年增大的趋势，区域经济均将从较富裕阶段走向很富裕阶段，经济增长与生态环境的协调程度也由较好阶段步入很好阶段。其中“规划预案”下的区域经济增长更快，与生态环境的协调性将更好一些。 （7）三种方案可以降低研究区“规划预案”下的生态压力指数，实现区域的生态安全。其中同时提高研究区的生态承载力，降低生态足迹的方案更为合理可行，既保障了区域安全，又实现了区域的可持续发展目标。 （8）要保障研究区未来14年的生态安全，建议规划增加水域面积，推进区域热电联产，发展清洁能源并推动区域间资源互补共享。

有缆水下机器人主动升沉补偿技术研究

随着水下机器人技术的不断进步，水下机器人的作业范围和作业深度不断增加，深海水下机器人在深海领域有着其他手段无法比拟的优势。在深海区域，海面的海况条件相对比较恶劣，支持母船受风、浪、涌、流影响而产生较大幅度的升沉运动对有缆水下机器人正常作业和收放操作有较大的影响，水下机器人中继器的升沉运动甚至可以造成系缆的损坏而使机器人本体丢失。如何提高水下机器人在相对恶劣海况条件下的安全性能、特别是水下机器人与中继器安全的释放与回收成为当前深海有缆水下机器人开发所需要面临的一个重要问题。有缆水下机器人主动升沉补偿技术的研究，对于提高水下机器人在相对恶劣海况条件下的安全作业和收放具有重要的意义，对提高水下机器人抵御恶劣海况的能力具有重要的作用。 本文结合中国科学院沈阳自动化研究所研制的作业型遥控潜水器（ROV）在4级海况条件下安全作业和收放的实际需求以及“十五”期间国家863计划专题项目“基于母船升沉预测的深海装备主动升沉补偿测控单元的研究开发”的要求，开展有缆水下机器人主动升沉补偿技术研究，降低相对恶劣海况条件下母船升沉运动对水下机器人中继器的干扰，保证水下机器人与中继器安全的释放与回收。重点研究母船升沉运动的测量方法；研究以液压绞车为动力机构的主动升沉补偿控制方法；研究母船与水下机器人中继器升沉运动预报方法；研究母船、铠缆、水下机器人及中继器系统的有限元建模与运动分析方法。本文的主要研究内容如下： （1）研究海况条件、船舶尺寸与母船升沉运动之间的关系，分析在4级海况条件下作业型ROV母船升沉运动幅值和频率的分布范围和规律。利用惯性测量传感器测量母船升沉运动加速度值，通过积分和数字高通滤波处理得到母船升沉速度或位移信号。研究升沉运动测量误差来源，设计升沉运动自适应滤波器。 （2）以有缆水下机器人液压收放绞车为动力机构，开展基于常规液压收放绞车的主动升沉补偿控制方法研究。针对液压收放绞车的功率无法满足主动升沉补偿闭环控制的要求，研究在欠功率条件下液压绞车主动升沉补偿前馈控制策略，利用控制预值消除不对称负载作用时出现的液压绞车运动偏移。控制算法简单可靠，便于工程实现。 （3）针对液压绞车大负载、大惯量且系统参数时变、非线性等特征，研究液压绞车主动升沉补偿预测控制策略，通过水下机器人主动升沉补偿预测控制仿真实验分析液压绞车主动升沉补偿预测控制的补偿效率。 （4）研究母船与水下机器人中继器升沉运动预报方法。利用AR模型以及母船升沉运动历史数据，实现对母船未来极短时间内的运动预报，为液压绞车预测控制算法的应用提供参考轨迹。研究基于ARMA模型以及母船和水下机器人中继器升沉运动历史数据的水下机器人中继器升沉运动预报方法。 （5）通过升沉运动测量实验分析升沉运动测量模块的可靠性和测量精度的影响因素。利用模拟液压绞车主动升沉补偿实验验证常规液压绞车主动升沉补偿前馈控制的效率。并利用作业型ROV收放系统的实际液压绞车进行主动升沉补偿实验。结合模拟液压绞车与作业型ROV液压绞车主动升沉补偿实验的实验结果，分析4级海况条件下液压绞车主动升沉补偿控制效率。 （6）利用有限元理论建立母船、铠缆、水下机器人及中继器的有限元集中质量模型，通过数值方法求解有限元方程，得到母船与水下机器人中继器之间的运动耦合关系，仿真分析在液压绞车主动升沉补偿控制状态下水下机器人中继器升沉运动规律及铠缆张力变化规律。

一种新的机器人自适应控制方式

本文提出了一种新的、有效的机器人自适应控制方式,克服了其他方法由于模型不准或计算量大等所带来的一系列问题。本文首先将 Lagrange 运动方程转化为 ARMA 模型,并用虚拟噪声补偿模型误差(即由于线性化、解耦、观测不准和干扰等误差).然后利用改进的 Kalman 自适应滤波算法在线进行参数辨识和状态估计,将获得的参数用于机器人控制系统自适应控制器的设计.最后给出了该算法的仿真结果并对此进行了讨论。