基于广义多项式逼近理论的EMC不确定性仿真方法研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:candle819
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在电磁兼容仿真分析中,需考虑实际工程环境下存在的各类不确定性因素,以提高仿真结果的可信度。作为传统不确定性分析方法,蒙特卡洛方法计算效率低的特点使其难以实现复杂电磁兼容仿真分析。基于广义多项式逼近理论,本文构建了一种高效的电磁兼容不确定性仿真分析通用方法,并解决了维度灾难、仿真结果有效性评估和算法收敛判定等关键问题。利用随机变量对不确定性参数进行建模,得到随机麦克斯韦方程组。采用随机伽辽金方法,对随机麦克斯韦方程组两边分别进行内积计算,将其转化为一个增广的确定麦克斯韦方程组,结合时域有限差分方法求得混沌多项式形式的不确定性分析结果。当考虑材料参数不确定性与激励源参数不确定性时,随机伽辽金方法与蒙特卡洛方法的计算精度相同。当考虑几何参数不确定性时,随机伽辽金方法的计算精度较蒙特卡洛方法有所降低。采用随机点配置方法,根据随机变量选择相应的匹配点,应用时域有限差分方法在匹配点处进行确定麦克斯韦方程组的求解,再根据数值积分求解技术或多维拉格朗日插值技术给出仿真结果,最终实现不改变求解器条件下随机麦克斯韦方程组的求解。随机点配置方法具有较高的计算精度,特别是在处理考虑几何参数不确定性的仿真问题时,无需改变求解器的性质使其具备与蒙特卡洛方法相同的计算精度,优于随机伽辽金方法。至此,可以根据随机伽辽金和随机点配置方法的特点选择其一求解随机麦克斯韦方程,完成电磁兼容不确定性问题的分析。当所需随机变量的个数较多时,广义多项式逼近理论的计算效率会急剧下降。为解决这一问题,先采用一种快速敏感度分析策略,该策略利用理查德森外推法改进矩量法中随机变量的敏感度计算过程,以实现随机变量个数的约简。针对随机点配置方法,采用基于降维系数网格策略的匹配点选择方案,改变了匹配点个数与随机变量个数间呈现指数关系这一固有性质,大幅降低了所需进行确定性仿真的次数,提高了随机点配置方法的计算效率。引入遗传算法,通过建立近似随机变量模型,完善了降维稀疏网格策略,使其不再受到随机变量形式上的限制。为了解决不确定性分析结果的有效性评价问题和不确定性分析方法的收敛判定问题,提出平均等效面积法。平均等效面积法应用等效均匀分布代替真实概率密度分布,以实现不确定性分析结果的概率密度曲线与标准数据的概率密度曲线间公共面积大小的近似计算,给出不确定性分析结果的有效性评价。与此同时,平均等效面积法通过定量计算广义多项式逼近理论在相邻阶数下不确定性分析结果的相似程度,从而判断其是否收敛。最后,将本文所提出的计算电磁学方法应用于实际的电磁兼容预测中,分别实现了考虑不确定性输入的金属箱体屏蔽效能分析与考虑随机效应的屏蔽电缆转移阻抗预测。
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