Energy Density Conservation Equation

Thermal energy evolution equation
∂U∂t=−∇⋅q−∇⋅(Uv)−∇⋅(P⋅v)+v⋅(∇⋅P) \frac{\partial U}{\partial t}=-\bm{\nabla \cdot q}-\bm{\nabla \cdot} (U\bm{v})-\bm{\nabla \cdot }(\bm{{\rm P}\cdot v}) + \bm{v \cdot}(\bm{\nabla \cdot {\rm P}}) tU=q(Uv)(Pv)+v(P)

UUU is the thermal energy density. ttt is the time. q\bm{q}q is the heat flux vector. v\bm{v}v is the bulk velocity. P\bm{\rm P}P is the pressure tensor.

Continuity equation
∂n∂t+∇⋅(nv)=0 \frac{\partial n}{\partial t} + \bm{\nabla \cdot} (n \bm{v}) = 0 tn+(nv)=0

Where nnn is the number density of a species.

Because
U=12(Pxx+Pyy+Pzz) U=\frac{1}{2}(P_{xx}+P_{yy}+P_{zz}) U=21(Pxx+Pyy+Pzz)

We consider the kinetic temperature TTT
T=13Pxx+Pyy+Pzzn T=\frac{1}{3}\frac{P_{xx}+P_{yy}+P_{zz}}{n} T=31nPxx+Pyy+Pzz

Then, the relationship between thermal energy UUU and temperature TTT
U=32nT U=\frac{3}{2}nT U=23nT

Then
∂U∂t=∂∂t(32nT)=32T∂n∂t+32n∂T∂t=32n∂T∂t−32T∇⋅(nv) \frac{\partial U}{\partial t} = \frac{\partial}{\partial t}(\frac{3}{2}nT)=\frac{3}{2}T\frac{\partial n}{\partial t} + \frac{3}{2}n\frac{\partial T}{\partial t}=\frac{3}{2}n\frac{\partial T}{\partial t}-\frac{3}{2}T\bm{\nabla \cdot}(n \bm{v}) tU=t(23nT)=23Ttn+23ntT=23ntT23T(nv)

And
∇⋅(P⋅v)=v⋅(∇⋅P)+(P⋅∇)⋅v \bm{\nabla \cdot }(\bm{{\rm P} \cdot v})=\bm{v \cdot } (\bm{\nabla \cdot {\rm P}})+(\bm{{\rm P}\cdot \nabla})\bm{\cdot v} (Pv)=v(P)+(P)v

Then
∂U∂t=−∇⋅q−∇⋅(Uv)−(P⋅∇)⋅v \frac{\partial U}{\partial t}=-\bm{\nabla \cdot q}-\bm{\nabla \cdot} (U\bm{v})-(\bm{{\rm P}\cdot \nabla})\bm{\cdot v} tU=q(Uv)(P)v

And
∇⋅(Uv)=∇⋅(32nTv)=32T∇⋅(nv)+32nv⋅∇T \bm{\nabla \cdot} (U\bm{v})=\bm{\nabla \cdot} (\frac{3}{2}nT\bm{v})=\frac{3}{2}T\bm{\nabla \cdot}(n\bm{v})+\frac{3}{2}n\bm{v \cdot \nabla}T (Uv)=(23nTv)=23T(nv)+23nvT

Then
32n∂T∂t−32T∇⋅(nv)=−∇⋅q−32T∇⋅(nv)−32nv⋅∇T−(P⋅∇)⋅v \frac{3}{2}n\frac{\partial T}{\partial t}-\frac{3}{2}T\bm{\nabla \cdot}(n \bm{v}) = -\bm{\nabla \cdot q} - \frac{3}{2}T\bm{\nabla \cdot}(n\bm{v}) - \frac{3}{2}n\bm{v \cdot \nabla}T - (\bm{{\rm P}\cdot \nabla})\bm{\cdot v} 23ntT23T(nv)=q23T(nv)23nvT(P)v

32n∂T∂t=−∇⋅q−32nv⋅∇T−(P⋅∇)⋅v \frac{3}{2}n\frac{\partial T}{\partial t} = -\bm{\nabla \cdot q} - \frac{3}{2}n\bm{v \cdot \nabla}T - (\bm{{\rm P}\cdot \nabla})\bm{\cdot v} 23ntT=q23nvT(P)v

Then
32n(∂T∂t+v⋅∇T)=−∇⋅q−(P⋅∇)⋅v \frac{3}{2}n(\frac{\partial T}{\partial t} + \bm{v \cdot \nabla}T) = -\bm{\nabla \cdot q} - (\bm{{\rm P}\cdot \nabla})\bm{\cdot v} 23n(tT+vT)=q(P)v

Let
P=P−pI+pI=P′+pI \bm{{\rm P=P}}-p\bm{{\rm I}}+p\bm{{\rm I}} = \bm{{\rm P'}}+p\bm{{\rm I}} P=PpI+pI=P+pI

Where I\bm{\rm I}I is the unit tensor, and ppp is the scalar pressure.

Then
32n(∂T∂t+v⋅∇T)=−∇⋅q−(P′⋅∇)⋅v−p(I⋅∇)⋅v \frac{3}{2}n(\frac{\partial T}{\partial t} + \bm{v \cdot \nabla}T) = -\bm{\nabla \cdot q} - (\bm{{\rm P'}\cdot \nabla})\bm{\cdot v} - p(\bm{{\rm I}\cdot \nabla})\bm{\cdot v} 23n(tT+vT)=q(P)vp(I)v

Finally, the energy density conservation equation is
32n(∂T∂t+v⋅∇T)+p∇⋅v=−∇⋅q−(P′⋅∇)⋅v \frac{3}{2}n (\frac{\partial T}{\partial t}+\bm{v} \bm{\cdot \nabla}T)+p\bm{\nabla \cdot v}=-\bm{\nabla \cdot q}-(\bm{{\rm P'} \cdot \nabla})\bm{\cdot v} 23n(tT+vT)+pv=q(P)v

基于分布式模型预测控制的多个固定翼无人机一致性控制(Matlab代码实现)内容概要:本文围绕“基于分布式模型预测控制的多个固定翼无人机一致性控制”展开,采用Matlab代码实现相关算法,属于顶级EI期刊的复现研究成果。文中重点研究了分布式模型预测控制(DMPC)在多无人机系统中的一致性控制问题,通过构建固定翼无人机的动力学模型,结合分布式协同控制策略,实现多无人机在复杂环境下的轨迹一致性和稳定协同飞行。研究涵盖了控制算法设计、系统建模、优化求解及仿真验证全过程,并提供了完整的Matlab代码支持,便于读者复现实验结果。; 适合人群:具备自动控制、无人机系统或优化算法基础,从事科研或工程应用的研究生、科研人员及自动化、航空航天领域的研发工程师;熟悉Matlab编程和基本控制理论者更佳; 使用场景及目标:①用于多无人机协同控制系统的算法研究与仿真验证;②支撑科研论文复现、毕业设计或项目开发;③掌握分布式模型预测控制在实际系统中的应用方法,提升对多智能体协同控制的理解与实践能力; 阅读建议:建议结合提供的Matlab代码逐模块分析,重点关注DMPC算法的构建流程、约束处理方式及一致性协议的设计逻辑,同时可拓展学习文中提及的路径规划、编队控制等相关技术,以深化对无人机集群控制的整体认知。
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