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当期目录

    2011年, 第45卷, 第08期 刊出日期:2011-08-30 上一期    下一期
    自动化技术、计算机技术
    基于同步扰动随机逼近算法的电熔镁炉智能控制系统
    吴志伟, 吴永建, 柴天佑
    2011,45 (08):  1095-1100. 
    摘要 ( 5348 )  
     针对电熔镁炉熔炼过程中电极电流的调节主要依靠人工手动控制,控制效果差、产品质量不稳定、能量浪费严重的生产现状,提出了一种电熔镁炉智能控制策略.该智能控制策略根据熔炼过程中不同的熔炼工况分别设计了基于SPSA算法和神经网络的正常工况控制器以及基于规则推理技术的特殊工况控制器.将所设计的电熔镁炉智能控制系统应用于实际工业现场,实现了对电极电流的自动控制,保证了产品产量,降低了产品能耗.
    关键词:
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    一类非线性控制系统性能基准的估计
    张志, 胡立生
    2011,45 (08):  1101-1104. 
    摘要 ( 3701 )  
    针对控制回路中同时存在控制阀摩擦和保护阀切换作用的非线性问题,提出了基于阈值含输入非线性自回归(TNARX)模型的控制性能基准估计方法.将系统的输入输出测量数据根据阈值划分后,在不同的局部数据空间上建立NARX模型,这些局部模型的组合用来描述整个非线性系统.利用合并方差准则组合这些局部模型的预测误差方差,从而估计出整个非线性系统的控制性能基准.通过与多项式自回归(PAR)模型、含输入的多项式自回归(PARX)模型和自激励阈值自回归(SETAR)模型的比较,表明TNARX模型可以得到较好的估计结果.仿真分析验证了该方法的有效性.
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    基于改进蚁群算法的炼铁原料混匀过程调度优化
    胡凯林, 李平
    2011,45 (08):  1105-112. 
    摘要 ( 4313 )  
    通过将炼铁原料混匀过程转化为一种带有顺序相关准备时间、有限中间存储和组装过程的流水车间问题,建立了以最小完成时间为目标的离散调度模型,并针对炼铁原料混匀过程提出了一种改进蚁群算法.该算法通过为单个蚂蚁设置禁忌定时器,将中间存储的状态变化用于修正蚁群路径选择的可行集,减少了调度过程中阻塞造成的时间浪费,构造出质量更好的可行解.数值仿真实验表明,该算法比遗传算法和一般蚁群算法具有更高的计算效率和更好的求解效果.
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    一种数据驱动的预测控制器性能监控方法
    张光明, 李柠, 李少远
    2011,45 (08):  1113-1118. 
    摘要 ( 4074 )  
    提出一种数据驱动的预测控制器性能监控方法.基于马氏距离的综合性能指标,推导了性能指标的基准,以实现对预测控制器性能下降的及时检测.考虑导致预测控制器性能下降的4种常见原因,提出了基于马氏距离性能指标的性能诊断方法,即通过提取过程变量中主元和误差子空间的马氏统计量作为性能特征,利用支持向量机构造分类器,实现了预测控制器的性能诊断.最后,通过WoodBerry过程仿真,验证了所提方法在预测控制器性能监控中的有效性.
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    基于产热量优化的烧结余热回收操作参数设定
    熊永华, 姜云涛, 吴敏, 赖旭芝
    2011,45 (08):  1119-1124. 
    摘要 ( 3200 )  
     针对钢铁烧结余热回收过程中的热交换效率优化问题,引入锅炉有效产热量的概念,用于评价余热发电系统的整体运行效率,提出基于中压锅炉有效产热量优化的余热回收过程操作参数设定方法.首先应用BP神经网络对中压锅炉有效产热量进行预测,基于热力学原理建立有效产热量优化模型;然后采用一种改进的粒子群优化算法求解优化模型,得出有效产热量最大时中压蒸汽温度和环冷机速度的优化设定值.基于工业运行数据的仿真结果表明,所提方法可以使烧结余热回收系统的有效产热量平均提高5%左右,从而提高余热发电效率.
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    基于改进最小二乘支持向量机方法的短期风速预测
    张广明, 袁宇浩, 龚松建
    2011,45 (08):  1125-1129. 
    摘要 ( 4943 )  
    为了进一步提高短期风速预测的精度,分析了一种改进的风速预测方法.该方法考虑风速发生变化的极值点对总体预测误差的影响,以及预测曲线较实际曲线产生的滞后,分别对预测数据进行了极值点修正和偏移量处理.在对未来1 h风速进行预测时,相比粒子群优化(PSO)的最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型、未经优化的LS-SVM模型及反向传播(BP)神经网络模型,所提出的模型具有较高的预测精度和运算速度.算例结果表明,改进的LS-SVM算法是进行短期风速预测的有效方法.
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    用于场景分类的显著建筑物区域检测
    陈硕, 于晓升, 吴成东, 陈东岳
    2011,45 (08):  1130-1135. 
    摘要 ( 4706 )  
    为了实现城市区域内室外场景的快速分类,提出了一种基于视觉注意力选择机制的显著建筑物区域检测方法.该方法首先通过Gabor算子对图像进行滤波,得到水平方向与垂直方向的联合增强图像,然后利用基于相位傅里叶变换(Phase Fourier Transform, PFT)的显著性映射算法提取视野中的显著建筑物候选区域,最后通过方向直方图判别算法去除干扰目标,并采用CV (ChanVese)模型实现显著建筑物区域的分割.该方法在注意力选择机制及建筑物方向特征的基础上,提取具有场景代表性的建筑物区域信息,增强了算法的时效性和场景分析能力,同时实现了区域信息在像素级上的精确检测,并将其应用于美国南加州大学的多类室外场景数据库.实验结果表明,显著建筑物区域检测方法在检测结果、计算速度和鲁棒性等方面均取得了较为满意的效果.
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    基于最小二乘支持向量回归机的矿浆酸碱度鲁棒软测量
    任会峰, 阳春华, 周璇, 桂卫华, 鄢锋
    2011,45 (08):  1136-1139. 
    摘要 ( 3250 )  
     针对酸碱度在线检测仪稳定性差、维护保养成本高等不足及人工检测严重滞后的问题,结合泡沫浮选工艺机理分析,以在线泡沫视频图像表观特征为辅助变量,采用最小二乘支持向量回归机(Least Squares Support Vector Regression,LSSVR)实现了泡沫浮选矿浆酸碱度的软测量.将不同特性的核函数凸组合以提高模型性能,并采用最近邻山峰聚类算法约简核矩阵,降低计算复杂度,利用偏最小二乘回归提高模型鲁棒性.工业运行数据仿真结果表明,建立的软测量模型能够连续在线检测矿浆的酸碱度,并获得了比标准LSSVR、加权LSSVR及多核LSSVR更高的预测精度,可满足工业要求.
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    极限学习机的快速留一交叉验证算法
    刘学艺a, 李平a, b, 郜传厚c
    2011,45 (08):  1140-1145. 
    摘要 ( 5293 )  
    针对回归和分类问题,提出一种极限学习机(Extreme Learning Machine, ELM)的快速留一交叉验证算法,并从理论和数值仿真两方面说明其有效性.结果表明,该算法避免了以训练样本数量N次的ELM模型的显式训练,其计算复杂度与N仅呈线性趋势增长,即O(N).即使在处理大型数据集建模问题时,该算法仍然可以快速地进行ELM模型的选择和评价.通过人工和实际数据集上的仿真实验,验证了该快速留一交叉验证算法的有效性.
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    基于线性矩阵不等式的卫星姿态鲁棒控制
    韩笑冬1, 薄翠梅2, 张登峰3
    2011,45 (08):  1146-1150. 
    摘要 ( 3699 )  
     针对执行机构性能下降或出现故障,提出了对执行机构故障具有完整性且满足H∞扰动衰减指标的状态反馈鲁棒控制设计方法.该方法采用线性矩阵不等式(LMI)方法,分析了圆盘极点指标与H∞指标的相容性,并在相容指标约束下给出了鲁棒H∞控制器存在的充分条件和设计步骤.将鲁棒控制方法应用于卫星姿态控制系统,并进行了数值仿真.结果表明,该方法对卫星姿态控制系统执行机构性能下降或故障状态下具有较好的鲁棒性,能够满足姿态控制要求.
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    随机中立型时滞神经网络的全局渐近稳定性判据
    刘国权1, 杨先一1, 柴毅1, 付伟1, 冯伟2, 时光1
    2011,45 (08):  1151-1157. 
    摘要 ( 4045 )  
    研究一类含有变时滞的随机中立型神经网络的全局渐近稳定性问题.通过构造一个新的LyapunovKrasovskii泛函和不等式技术,得到了基于线性矩阵不等式表示的与时滞大小有关的时滞稳定的充分判据.该判据考虑了一类含有分布式时滞和随机扰动项并且激活函数是常量(正数、负数和零)的中立型神经网络,与现有文献相比,其更具有一般性和较少保守性.最后,通过2个算例分析,验证了所得结果是有效的.
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    苯氯化侧反应精馏过程的模拟优化与系统实现方法
    薄翠梅a, b, 汤吉海a, 乔旭a, 丁良辉a, 崔咪芬a
    2011,45 (08):  1157-1161. 
    摘要 ( 3696 )  
     针对侧反应精馏集成过程反应能力与分离能力最佳匹配条件设计问题,提出基于独立反应量的非线性解耦优化设计方法.研究以综合生产成本最小且反应能力最大为优化目标的多约束混合整型非线性规划问题,并给出了集成优化与模拟系统程序实现方法.将该方法应用到苯氯化侧反应精馏过程集成优化设计中,实现了反应能力与分离能力的最佳匹配,证明所提出的优化设计方法是有效的.
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    电熔镁砂企业生产计划多目标优化
    孔维健, 柴天佑, 丁进良
    2011,45 (08):  1162-1166. 
    摘要 ( 3213 )  
     针对大部分电熔镁砂生产企业都是产能有限的小工厂,在销售旺季时会损失超过自身产能的订单;在销售淡季时又容易积压库存的问题,提出了基于需求预测的多目标生产计划优化方法.该方法利用基于季节性自回归求和移动平均(ARIMA)模型向前多步预测市场的需求量,并建立销量与库存累积量的多目标优化模型.设计了关键月度产量计划后推法求解模型得到了决策者满意的优化目标.对预测过程中存在的偏差,利用实时反馈得到的真实销售数据修正预测结果,进而调整优化模型,校正后期产量计划.实际应用效果证明,按所提方法得到的产量计划能够实时地反映市场需求的动态变化,并实现了库存与销量的多目标优化.
     
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    RTDA控制器参数性能分析及在线模糊自整定
    楚纪正, 杜彬, 陈娟
    2011,45 (08):  1167-1171. 
    摘要 ( 3431 )  
    为了减少RTDA控制器的参数调节难度,增强其实用性,分析了RTDA控制器中需要整定的4个参数,即系统鲁棒性θR、设定值跟踪θT、干扰抑制θD和全局收敛性θA对系统性能的影响.结果表明:当θT和θA在一定范围内取定值时,对系统控制结果不会产生明显的影响;而θR和θD的整定则能够改善系统模型失配和未知扰动等问题.为此,提出了一种基于模糊逻辑的控制器参数θR和θD的在线自整定方法.该方法首先建立了控制器参数的模糊控制规则,然后,根据模糊控制规则进行模糊推理,实现了参数θR和θD的在线模糊自整定.仿真实验结果表明,与手工设定参数方法相比,本文提出的参数在线模糊自整定方法能够简化参数的整定步骤,提高RTDA控制器的性能.
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    一种带监督的仿射传播聚类多模型建模方法
    邓卫卫1, 杨慧中1, 2
    2011,45 (08):  1172-1175. 
    摘要 ( 4171 )  
     针对传统的多模型建模方法在聚类过程中不考虑模型的输出误差而导致最终的模型存在较大误差的问题,提出了一种带监督的仿射传播聚类多模型建模方法.该方法先由仿射传播聚类算法得到初始聚类,然后,根据输出误差对聚类进行循环调整至各类别不再变化为止,最后,得到准确划分的聚类并采用最小二乘支持向量机建立子模型来实现对输出的估计,并将本文的建模方法应用到某双酚A反应釜出口丙酮含量的软测量建模中进行仿真.结果表明,该方法可以获得比传统的多模型建模方法更好的建模效果.
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    带有多个状态滞后的连续系统正实控制
    马敬伟1, 赵红超1, 张向龙2
    2011,45 (08):  1176-1180. 
    摘要 ( 3987 )  
    针对以往研究的连续系统中没有同时考虑多个状态滞后和执行器故障的情况,对带有多个状态滞后的连续系统进行了研究.通过理论分析得出了这类系统渐近稳定且扩展严格正实的充分条件.在此基础上,对这类系统存在不确定性和执行器故障的情况进行了研究.结果表明,所设计的正实控制器能够保证闭环系统对容许不确定性及执行器故障都是渐近稳定和扩展严格正实的.同时,通过实例分析,说明所提出的正实控制器设计方法可行且有效.
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    一种多宿主机构架的xPC实时仿真系统
    王鹏, 李平康, 余俊, 尹长志
    2011,45 (08):  1181-1185. 
    摘要 ( 4479 )  
     在讨论了MATLAB环境下实时仿真实现方法的基础上,提出一种以“多宿主机”为构架的xPC实时仿真系统.相比于传统xPC系统,该系统大幅度提高了实时仿真系统的数据处理能力,并拓展了硬件的适用范围.在此基础上,设计了以2台宿主机、1台目标机为主结构的双目视觉2轮机器人实时目标跟踪系统;同时,辅以M文件S函数驱动GUI的实时监控界面,增强了系统的动态监控能力.最后,经实际测试验证了所提出的多宿主机构架能够有效地应用于实时仿真系统的开发.
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    一种电动汽车动力电池均衡控制方法的设计
    杨春雷, 刘志远
    2011,45 (08):  1186-1190. 
    摘要 ( 2924 )  
     针对电动汽车动力电池均衡控制存在的问题,给出了一种通过电压变换器和恒流电路对电池进行均衡的方法.该方法能满足各单体电池间均衡要求,且可避免尖峰电压对电池冲击.对均衡控制的整体结构进行了讨论,并介绍了电压变换器设计方法.对电池充电过程的非线性特性,给出了一种易于实现且可满足均衡控制要求的闭环反馈的电流控制方法.实验结果表明,所设计的均衡控制方法能满足动力电池均衡控制的要求.
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    基于H∞控制的主动队列管理算法
    侯萍1, 2, 王执铨1
    2011,45 (08):  1191-1195. 
    摘要 ( 3958 )  
    针对网络参数的不确定性和链路带宽的时变性,设计了一种主动队列管理(AQM)算法.该算法将可获得的链路带宽作为标称值,而不可获得的未知时变链路带宽作为干扰信号, 以状态空间的形式描述TCP/AQM模型,用时间域H∞控制方法解决网络拥塞问题.NS2仿真结果表明,该算法在往返时间时变和具有扰动业务流情况下,能够快速收敛于期望队列长度,且性能优于已有的控制算法.
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    一类不确定线性切换系统的满意控制
    董学平, 苏瑜田
    2011,45 (08):  1196-1201. 
    摘要 ( 3421 )  
    针对一般的不确定线性切换系统,设计了闭环具有H∞指标且子系统具有区域极点指标、反馈增益指标及协方差指标的状态反馈控制器.建立了切换系统满足4个指标的充分条件,运用线性矩阵不等式将具有4个指标的状态反馈控制器设计问题转化为一组线性矩阵不等式(LMI)的可行解问题,并借助MATLAB中LMI工具箱,求解得到满足要求的状态反馈控制器.最后通过数值仿真,验证了所提出设计方法的有效性.
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    基于等距离映射的非线性动态故障检测方法
    张妮, 田学民
    2011,45 (08):  1202-1206. 
    摘要 ( 4083 )  
    针对化工过程数据强非线性和动态性的特点,提出了一种基于动态等距离映射(Dynamic Isometric Mapping,DISOMAP)流形学习的非线性过程故障检测方法.该方法首先采用DISOMAP算法提取训练样本的子流形特征,自适应学习近邻点参数,保留了采样数据的流形结构,然后运用线性回归方法得到原空间和降维子流形空间的投影映射,从而将观测数据从原高维空间映射到低维嵌入空间,最后在变换后的低维空间构造统计量T2和SPE进行监控.TE过程的仿真结果表明,所提出的DISOMAP故障检测方法可以比核主元分析(Kernel Principle Component Analysis,KPCA)更为有效地监控过程变化,检测到故障的发生.
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    基于USB总线的多功能车辆总线网卡设计与实现
    刘全利, 宋健军, 王伟
    2011,45 (08):  1207-1210. 
    摘要 ( 3334 )  
    对多功能车辆总线(MVB)网卡的结构进行分析,运用VHDL语言实现FPGA中的逻辑设计,使用USB总线实现PC机与FPGA之间的高速数据传输,从而实现PC机与MVB网卡的通信.介绍了USB接口部分的硬件电路设计、FPGA的软件设计以及上位机的软件设计.目前,本设计方案已成功应用于某地铁列车通信控制系统.
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    一般工业技术
    基于彩色图像特征的铜成分软测量模型
    张宏伟, 宋执环
    2011,45 (08):  1211-1215. 
    摘要 ( 2894 )  
     针对再生铜熔炼过程中铜成分离线检测时滞大的问题,提出了一种基于颜色特征的再生铜成分参数准在线估计方法.首先获取现场取样并固化再生铜样品的彩色图像,然后使用RGB颜色空间、色调和颜色向量角分别量化再生铜颜色特征,最后利用最小二乘支持向量回归(LSSVR)对铜成分参数建立回归模型,进而实现铜成分参数估计.通过对再生铜样品的对比分析,该软测量模型能够准确快速地估计出测试样本的铜成分,既解决了铜成分参数离线检测时滞大的问题,又满足了工程要求的精度,验证了利用彩色图像特征构建铜成分软测量模型的方法是可行、有效的.
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    一种基于遗传算法优化小波支持向量回归机的实时寿命预测方法
    胡友涛, 胡昌华
    2011,45 (08):  1216-1220. 
    摘要 ( 12391 )  
     针对现有实时寿命预测方法没有充分利用同类产品性能退化数据信息的问题,从研究退化轨迹相似性的角度出发,提出一种基于遗传算法(GA)优化小波支持向量回归机(WSVR)的实时退化轨迹建模和寿命预测方法.首先基于GA优化WSVR建立各同类产品的性能退化轨迹模型,然后以特定个体的历史测量时刻向量为基准,计算同类产品的相应退化测量值向量及其与特定个体退化测量值向量的Euclid距离,并根据Euclid距离确定隶属度权值,基于加权思想建立特定个体的退化轨迹模型,最后结合实时测量数据依次更新退化测量值向量、Euclid距离、隶属度权值和退化轨迹模型,实现实时寿命预测.实例分析验证了所提出的方法是有效的.
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    基于径向基函数的动态优化问题联立求解方法
    王志强, 邵之江, 万娇娜, 方学毅
    2011,45 (08):  1221-1225. 
    摘要 ( 3399 )  
    提出了一种新的求解动态优化问题的联立方法.该方法不同于常用的配置法,而是采用径向基函数插值方法对动态优化问题进行全离散,得到近似的大规模非线性规划问题.离散方法使用逆MultiQuadric函数做为基函数,并采用了间接求解微分方程的策略.最后,运用所提出的方法对2个经典算例进行优化,结果显示效果良好.
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    基于多层感知器的异常数据实时检测方法
    潘轶彪1, 袁景淇1, 朱凯1, 陈宇2, 张锐锋2
    2011,45 (08):  1226-1229. 
    摘要 ( 3486 )  
    基于神经网络的多层感知器模型,结合滚动学习预报机制,提出了一种异常数据实时检测方法.该方法在每个当前时刻通过最近的固定长度的历史数据训练神经网络,完成下一时刻的预报.通过神经网络模型残差,确定概率为P的置信区间.当下一时刻数据落入置信区间内,则该数据被判为正常;反之,则为异常.被判为异常的数据不再用作更新历史数据,而以相应的预报值代替.通过某300 MW燃煤火力电站实际过程数据的在线验证,结果证明了所提出方法的有效性.
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    无线电电子学、电信技术
    一种Ad Hoc中基于拓扑变换的改进信任度估计模型
    王堃a, b, 郭篁a, b, 吴蒙b, 杨震b
    2011,45 (08):  1230-1235. 
    摘要 ( 3334 )  
    针对无线Ad Hoc网络中虚假推荐对信任度准确性造成的恶意影响的问题,提出了一种基于拓扑变换的信任度估计模型.分析与仿真结果表明,该模型的全局信任度具有迭代收敛性,加载此抵御虚假推荐的信任模型能更有效地激励节点协作,分组成功接收率和平均丢包数都有一定改善,同时更适合较大规模的网络.
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    电工技术
    低速段异步电动机直接磁场定向控制
    潘海鹏, 谷利飞, 顾敏明
    2011,45 (08):  1236-1239. 
    摘要 ( 4291 )  
     为了改善交流异步电动机无速度传感器控制系统低速运行时转速脉动的问题,采用直接磁场定向控制算法.该算法利用电流模型磁链观测器与反电势积分模型相结合的方法对电动机转子磁链的幅值和相位进行检测,并通过电流模型对转子转速进行辨识构成速度反馈回路.仿真结果表明,所采用的异步电动机直接磁场定向控制可以提高电动机的动态响应速度,使电动机有较好的参数不敏感性,能够在低速运行时取得较好的动静态性能.电流模型与反电势积分模型相结合的磁链观测方法,能够使交流异步电动机无速度传感器控制系统在高速及低速运行时都具有良好的动静态性能,增加了电动机的有效调速范围.
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    微网中电能质量调节器的稳定性及其容量分析
    李俊1, 2, 刘小宁2, 张广明1
    2011,45 (08):  1240-1245. 
    摘要 ( 4198 )  
    针对新能源分布式发电构成的微网电能质量问题,介绍了一种综合型电能质量调节方案.通过调节器串联部分抑制分布式新能源发电间歇性等因素带来的电压质量问题,利用调节器的串联侧消除非线性负载向微网注入的谐波电流.在此基础上,分析了系统的稳定性及其容量与相关参数之间的关系,并进行了仿真.结果表明,并联侧等效电阻是影响系统稳定的一个重要因素,电压波动率是影响串、并联侧容量的关键参数,并给出了串、并联侧的容量最小条件.这为实际装置的设计和相关参数选择提供了指导,对进一步深入系统的研究具有一定的理论意义与实用价值.
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    交通运输
    高速路网可变信息标志诱导的最优开关控制设计
    孙伟力1, 李平1, 王慧1, 刘泓2
    2011,45 (08):  1246-1250. 
    摘要 ( 3293 )  
    针对高速路网中诱导策略的设计,以可变信息标志(Variable Message Signs, VMS)的开关切换为控制手段,把交通诱导归纳为一类最优开关控制命题.通过元胞传输模型建立实际路网模型,利用遗传算法求解,给出了一种VMS诱导策略的最优设计方法.仿真结果表明,设计给出的VMS控制律可以提高路网通行能力,缓解局部拥堵.特别是对路网流量分布不均衡的情况效果较好,路网总耗费时间可降低32.39%.
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