混响室时域有限差分数值模型的快速计算方法

应用时域有限差分(FDTD)法对混响室进行时域建模仿真,结合快速Fourier变换(FFT)可得到混响室的宽频响应,但由于混响室本质上属于高品质因数(Q)的谐振腔体,仿真时往往遇到计算时间冗长的问题。为克服该问题,基于腔体储能衰减规律,推导出了混响室内电场强度衰减与Q值的关系式,实现了混响室损耗后处理方法。该方法可预估混响室时域仿真所需的时间步数,由一次无损耗仿真结果,可实现混响室在不同损耗程度下的数值模型快速计算。对实际混响室进行数值建模,模型计算结果与实测数据一致性较好,验证了提出方法的正确性。仿真发现:混响室的场均匀性随工作频率增大而变好,而当损耗程度大于实际情况时,场均匀性会出现一定恶化。该处理方法为混响室和其他电磁腔体的时域3维全波快速仿真提供了新思路,具有参考价值。     

基于时域有限差分方法的污秽绝缘子局部放电频谱分析

绝缘子污秽问题一直是困扰电力安全生产的难题之一。为此,采用超高频(ultra-high frequency,UHF)法仿真和测量了绝缘子污秽放电情况,并对其放电频谱进行了分析。首先运用时域有限差分软件XFDTD对污秽绝缘子的放电过程进行了仿真,得到其电磁波的时域波形,再经快速Fourier变换(fast Fourier transform,FFT)得到放电频谱,并研究了污秽程度对绝缘子放电的影响规律,得出了重污秽绝缘子的电磁辐射大于中污秽绝缘子的电磁辐射的结论。然后,针对不同人工污秽程度的绝缘子,测量绝缘子局部放电电磁辐射在680～9 400MHz频率范围内的电磁波频谱。分析测量数据时,采用了分频段分幅值统计所处区间数据个数的统计方法来处理数据,结果表明:在各个区间内重污秽绝缘子的数据个数大于轻污秽绝缘子的数据个数,得到其潜在规律,初步通过比较区分了绝缘子的污秽程度。进一步可建立不同污秽等级绝缘子的电磁波辐射特性数据库,判断绝缘子的污秽情况。     

传输线馈电的混响室时域仿真与实验验证

归一化场强是对混响室仿真结果进行实验验证的重要参量,而品质因数是表征混响室性能的关键指标。为了简化归一化场强的计算并实现对品质因数的合理评估,给出了适用于一般线天线端口的传输线式馈电模型,通过参数的对比验证了该馈电模型的正确性,并从混响室储能平衡角度,推导出品质因数关于归一化场强的关系式。采用该馈电模型,应用时域有限差分算法对实际混响室进行了数值仿真,并对几个代表性频点做了实验验证。结果表明:应用该馈电模型并将空气区域电导率设置为20μS/m,得到的归一化场强平均值逼近于实测结果,而品质因数随频率升高呈振荡上升的趋势。这为混响室的优化设计和品质因数的数值评估提供了新思路。     

考虑地线电晕影响的雷击输电线路杆塔的时域有限差分分析

对雷击输电线路的研究是保障线路安全、稳定运行的重要措施。采用时域有限差分(FDTD)方法,在考虑地线产生电晕的条件下,对雷电反击输电线路杆塔进行仿真分析。仿真中采用了一个简化的电晕放电模型,分别考虑反击闪络发生在上、中、下三相导线上,对输电线路暂态过电压进行了计算分析。仿真结果表明,地线电晕可以降低雷击时杆塔的暂态电压幅值,并且增加闪络发生的时间。     

时域有限差分总场吸收边界条件的计算与验证

时域有限差分总场吸收边界条件适用于电磁场总场的计算。与传统散射场的吸收边界条件的表达式不一样 ,此时 ,时域有限差分处理的电磁场是入射场和障碍物散射场的和 ,即总场 ,已经不需要把计算区域分为总场和散射场。入射源直接加在吸收边界上 ,在其上进行边界处理 ,省去连接边界 ,这样逻辑上易于理解 ,编程简单 ,计算速度快。本文推导出总场吸收边界条件公式 ,并用一个三维例子 ,把总场和散射场吸收边界条件的结果进行了对比 ,以验证其正确性     

基于改进差分时域特征和深度学习优化的航空发动机剩余寿命预测算法

实现航空发动机剩余寿命的准确预测对于保证飞行安全和提高维修效率具有重要意义,但现有的预测算法往往只是浅层结构,且对各传感器参数之间的相互关系缺乏关联性考虑,限制了对发动机参数信息的深度挖掘。在深度学习理论的基础上,着重考虑不同传感器之间的参数关系,引入差分时域特征扩充特征集,构建了基于长短时记忆网络的寿命预测模型DTF-LSTM。在C-MAPSS数据集上的实验结果表明,该算法相较于其他深度学习算法具有更低的均方根误差(RMSE)值,可以有效实现发动机剩余寿命预测。     

基于广义时域有限差分的复合绝缘子干区形成机理研究

复合绝缘子的污闪主要为电弧发展和干区形成交替发生引起的闪络。目前对于绝缘子沿面电弧发展已有深入研究,但干区形成机理及过程由于其随机性并未得到全面分析。文中通过广义时域有限差分法,计算复合绝缘子表面电热耦合场,对干区形成和电弧发展进行了建模,以此研究干区影响电弧形成的机理和绝缘子几何尺寸的优化策略。同时,文中展开了积污条件下复合绝缘子闪络实验,将实验结果与仿真结果对比验证了仿真模型的准确性。结果表明:广义时域有限差分法适合绝缘子附近多场计算,可降低计算复杂度;在绝缘子电极以及电弧附近更易产生干区;通过优化绝缘子的几何尺寸,可以在不增加绝缘子爬电距离的条件下降低闪络击穿的概率。     

基于改进离散差分进化算法的多故障最小碰集生成技术

最小碰集生成是确定多故障诊断策略的常用方法,提出运用基于混合策略的离散差分进化算法(DDE)求解多故障模糊组的最小碰集。结合最小碰集生成的特点对种群中个体进行了重定义;采用混合差分策略加上随机变化的缩放因子,平衡了算法寻优的全局性和收敛速度的矛盾;通过新增两个选择机制提高算法的及时性和种群的多样性。结合实例进行了仿真分析,验证了该算法相对于离散粒子群算法的有效性。     

基于改进Agrawal模型和FDTD法的感应雷过电压算法

为了计算架空配电线路雷电感应过电压,利用Nucci提出的雷电回击通道模型(MTLE模型),计算雷电回击电流产生的空间电磁场,采用Cooray-Rubinstein公式计算大地电导率影响的水平电场分量,并改进Agrawal场线耦合模型,建立架空配电线路雷电感应过电压方程,基于时域有限差分(FDTD)法,计算10 kV架空线路的雷电感应过电压数值。结果表明,大地电导率对计算结果影响较大,大地电导率使线路上的感应电压幅值降低接近20 kV;不同回击传播速率也影响感应雷过电压的数值。定量计算雷电感应过电压,需要分析各种因素对计算感应雷击过电压的影响,完善计算方法,保障计算准确性,使理论与计算方法适用于实际的配电线路防雷设计,提供有价值的参考依据。     

基于BLT方程的传输线网络时域响应仿真方法

电磁脉冲(EMP)会对电子设备、器件以及系统的信号线路造成干扰、潜在性失效或永久性损伤,而传输线及其网络正是其主要的能量耦合通道,为研究注入式电磁脉冲对传输线网络的耦合规律,以环形网络和树形网络两种常见网络为研究对象,运用电磁拓扑理论与BLT方程,研究电磁脉冲在传输线网络中的时域响应。首先推导了传输线网络BLT方程并进行求解,建立了树形结构和环形结构传输线网络的电磁拓扑模型,在运用BLT方程求解网络结点响应的过程中,提出了先求解网络传递函数而后结合时域卷积的计算方法,对网络结点的时域响应进行了仿真计算。通过树形网络和环形网络的电磁脉冲瞬态响应的实验研究,验证了所采用的理论和仿真分析方法的有效性,这些结果对进一步研究传输线网络对电磁脉冲的响应规律和防护技术具有指导意义。     

混响室散射场条件下的场线耦合数值计算

为探究混响室(reverberation chamber,RC)散射场条件下的电磁场与导线之间的耦合规律,利用矩量法对混响室散射场条件下的场线耦合规律进行了仿真研究。根据谐振腔理论,分析了理想情况下混响室腔体内的电磁环境,利用电磁仿真软件FEKO构造与真实混响室尺寸1:1的仿真模型,并在仿真模型的测试区域内放置不同长度、形状的导线,通过数值计算对导线中的平均感应电流进行仿真计算。数据结果表明:导线中的平均感应电流呈谐振分布;当导线弯曲时,平均感应电流的分布与直导线情况相同;当导线出现折点时,折点处为平均感应电流极小值,折点两侧平均感应电流反向。     

振动型本征混响室场均匀性仿真分析

为比较分析振动本征混响室与机械搅拌混响室的场均匀性性能,针对振动型本征混响室(VIRC)腔壁不断振动的特点,提出了一种振动型本征混响室的场均匀性建模与仿真方法。将腔壁振动等效为多个细小腔壁在振动方向上随机振动,并将一个腔壁振动的混响室离散化为多个固定外形的混响室,则计算全部固定外形混响室中工作区域的电场即可获得振动型本征混响室的场均匀性。由此建立了振动型本征混响室的矩量法数值模型,进行低频段(200~400 MHz)的场均匀性仿真,并采用电场分量柱状图与Rayleigh分布概率密度曲线一致性比较的方法论证了建模与仿真的有效性。然后在200~400 MHz范围内将振动型本征混响室与同体积同外形的机械搅拌混响室进行场均匀性仿真对比,发现前者比后者的场均匀性标准偏差低0.5 dB以上,从而证明了在同体积同外形腔室结构条件下,振动型本征混响室较机械搅拌混响室能更有效的改善混响室的低频段性能。     

采用替代法的电磁混响室辐射发射测试

电磁混响室已被大量用于辐射抗扰度测试,但在辐射发射测试方面还有待深入研究。替代法是电波暗室中常用的辐射总功率测量方法,其测试准确度高、重复性好。为此,使用各种标准天线作为被试品,通过计算仿真和试验测量,研究替代法用于混响室辐射总功率测试的可行性,在此基础上选取替代法的标准辐射源,明确基于标准辐射源的辐射总功率计算方法。...     

声学散射体对混波室独立采样点的影响

为研究散射体对独立采样的影响,已提出了一种利用基于声学理论的Schroeder散射体来增加低频时的独立采样点数的方法,以改善混波室在低频时的性能。通过时域有限差分(FDTD)数值仿真与实验相结合,给出了不同频率散射体加入到装有搅拌器的混波室的前后采样点功率密度的相关系数以及相应的独立采样点;分析了数值仿真与实验的结果,给出了加入散射体前后天线校准因子(ACF)随频率的变化关系。结果证明散射体能有效增加混波室在低频时的独立采样点数,为改善混波室的低频性能提供了思路。     

混响室内基于统计特性的屏蔽效能测试

针对传统屏蔽效能定义的测试方法存在的不足,提出了混响室条件下基于统计特性的屏蔽效能测试方法,并从理论上阐述了其优越性。应用仿真软件FEKO对屏蔽体电场强度数据采集方式进行了仿真计算,结果表明选择中轴线采样能够有效反映屏蔽体的屏蔽特性。开发了基于统计意义和多点数据采集的混响室屏蔽效能测试系统,研究了尺寸为800 mm×700 mm×1000 mm的小屏蔽体在不同缝隙尺寸下的屏蔽效能。同时通过对传统定义和统计定义下屏蔽效能重复性测试,结果表明,混响室内基于统计特性的屏蔽效能测试方法相比传统测试手段具有更好的重复性,更加适于工业应用。     

混响室电场的概率分布模型研究

混响室(reverberation chamber,RC)电场分布的经典概率分布模型在实际混响室电场拟合度良好性检测中拒绝率较大,不能准确地描述电场统计分布规律。为此,研究了混响室电场统计分布规律,建立了新的电场概率分布模型。基于电场Cartesian分量的实部和虚部均服从正态分布的假设,引入了联合Gaussian分布密度函数来描述电场Cartesian分量的实部和虚部构成的2维随机变量的概率分布模型。在此基础上利用构造边缘分布函数的方法建立了混响室电场Cartesian分量幅值和相位的概率分布模型。以实际混响室电场为对象进行拟合度良好性检测,结果表明,与Rayleigh分布、Weibull分布和均一分布模型相比,边缘分布模型具有最小的拒绝率,从而证明了边缘分布模型能够更准确地描述混响室电场分布的统计规律。     

基于数值微分法求导的分布式发电系统仿真算法

针对分布式发电系统模型结构灵活多变的特点,采用数值微分求导方法计算隐式积分迭代算法中的雅可比矩阵,进而构造了一种适用于分布式发电系统稳定性仿真的数值积分算法.该算法简化了雅可比矩阵的获取过程且具有并行特征,特剐适用于具有变结构特征的系统模型的仿真.算例分析证明了所提出算法的优越性.     

基于改进表面电荷法的空间电容计算

改进了三维空间表面电荷法,利用曲面单元对设备结构进行了剖分,给出了数值离散格式,对均压环对地、平板对地的空间电容数值进行了计算,并将计算结果与测量值进行了比较分析。结果分析表明,计算值与测量值有相当好的一致性。