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关键词： 开关元器件   寄生参数   极间电耦合关系   绝缘栅双极晶体管   工作特性  

摘要： 随着新能源技术的不断发展，电力电子装置的能量转换技术愈发关键，功率半导体IGBT作为核心开关元器件，高频的开关和较大的电压电流等级都对其可靠性和工作特性提出了更高的要求。为此，本文主要研究寄生电感和极间电耦合关系对IGBT工作特性的影响，对其开关过程分析具有指导作用，同时更全面地描述了开关过程电参数波形，有助于开展器件开关特性准确评估和安全工作区分析，对IGBT的实际应用具有重要意义。　　首先，针对功率回路寄生电感对IGBT工作特性的影响开展研究，建立了考虑寄生电感的电路模型，通过仿真与实验研究了瞬态波形变化、瞬态电磁干扰特性和开关损耗特性。采用瞬态波形计算了回路寄生电感值，考虑了功率半导体器件的非线性特征，提出了不同计算方法的适用范围，有助于提高寄生电感提取的准确性，并在此基础上提出了续流二极管封装寄生电感的计算方法。　　其次，研究了 IGBT的极间耦合关系，通过分析沟道夹断效应、IGBT内寄生PIN结构和晶体管放大倍数的变化，完善了栅极控制模型。在栅极控制模型的基础上，采用回路计算法分析集电极电流变化率，提出集电极电流的拟合次数应考虑电流变化过程持续时间及计算场景，有助于更准确地开展感应电压和功率损耗分析。计及寄生电感计算结果，通过低压端口和电流端口估计高压端口，同时采用BP神经网络及其改进算法预测电压电流过冲值，可知估算和预测结果均具有较高的准确性，两者结合提出了一种新的IGBT状态监测思路。　　最后，为了应对更高功率等级的应用要求，分析了 IGBT的并联均流特性，研究了回路寄生电感和极间耦合关系等因素对IGBT并联电流分布特性的影响，并采用控制栅压法等方式调节电流分布特性，最后提出采用缓冲电路-功率回路串联电阻补偿法，有效地改善了 IGBT的电流分布特性。

关键词： 库存管理   随机参考价格   最优控制   马尔可夫链逼近  

摘要： 库存控制又称库存管理，是对制造业生产、经营的物品或产品进行管理和控制，使其库存保持在经济合理的水平上。本文主要对制造商的两个优化问题进行讨论，分别是垄断制造商的最优生产定价策略问题和随机微分博弈下两个制造商的库存管理问题。　　在垄断制造商的最优生产定价策略问题中，假设在随机参考价格影响下，库存管理系统包括随机参考价格和随机需求。在随机控制的框架下研究了库存管理问题，目标函数是使垄断制造商的净利润最大化。为了得到最优生产和定价，采用动态规划原理和粘性解方法，证明了该值函数是对应的HJB方程的唯一粘性解。由于很难解出显式解，我们采用马尔可夫链逼近方法得到了数值解，并给出了收敛性分析。最后，我们进行了数值实验和灵敏度分析。根据实验结果，提出了相应的管理建议。　　在随机微分博弈下两个制造商的库存管理问题中，研究了在随机参考价格影响下，两个垄断厂商竞争下的生产和定价策略。设定的库存管理系统包括随机参考价格和随机需求。在随机微分博弈模型的框架下研究了库存管理问题，给出该背景下支付函数的定义。为了得到最优生产和定价，采用动态规划原理的方法，博弈的上下值满足一个耦合的非线性积分微分Hamilton-Jacobi-Isaacs（HJI）方程组。还证明了该对策问题鞍点的存在性，由于很难得到显式解，我们采用马尔可夫链逼近方法来近似值函数和最优控制，并给出了收敛性分析。最后，我们进行了数值实验，对得到的最优控制策略进行分析。

关键词： 无人船   自动靠泊   轨迹优化   伪谱法  

摘要： 船舶靠泊技术是海洋运输领域的关键技术之一,在现代航运业的发展中扮演着重要角色。随着全球对碳排放和环境保护的关注日益增强,船舶靠泊技术作为减少碳排放和环境保护的重要措施备受关注。通过优化靠泊过程,不仅可以提高港口作业效率,还可以减少燃料消耗和污染排放。进一步推动船舶靠泊技术的创新和应用,对于实现海洋运输业的绿色可持续发展目标至关重要。目前,船舶靠泊领域的主要挑战之一是复杂的港口环境,其中包括港口内多变的障碍物和风浪等因素对船舶靠泊过程的影响。这些外部因素常常会干扰船舶的靠泊操作,并可能导致靠泊事故的发生。因此,研究适用于复杂港口环境的自动靠泊算法成为提高船舶靠泊安全性和操作效率的重要途径。 (一)本文从靠泊轨迹优化和船舶受到的约束两方面入手,提出了一种多任务最优控制靠泊方案。通过对无人船的靠泊过程进行分析,针对靠泊过程中遇到的不同的挑战和需要实现的目标,将无人船的靠泊过程划分为港内阶段和靠泊阶段。港内阶段的任务主要是将无人船导引至泊位附近并对港内复杂的障碍物进行避碰,靠泊阶段任务主要是对船舶的姿态和航速进行调整,以满足靠泊终止条件。最后,根据不同阶段的不同任务建立最优控制方案中的路径约束和优化目标对靠泊路径进行优化。 (二)本文为准确描述无人船与环境之间的空间关系,提出了一种抽稀三角剖分地图切割法。通过对矢量地图进行三角剖分,将港口中不可航行的陆地区域分割成多个三角形区域。通过判断无人船与三角形区域之间的几何关系获取无人船的空间信息。同时,对矢量地图的边缘点进行抽稀,有效降低了地图复杂度,避免了最优控制方案中可能出现的维度爆炸问题,有效加快了最优控制靠泊方案的求解速度。 (三)本文对求解最优控制问题的hp自适应Radau伪谱法做出了改进,通过对最优控制问题的路径约束进行归一化,有效解决了大尺度地图下路径约束量级差异过大和最优控制靠泊方案难以收敛的问题。 (四)本文在仿真验证阶段基于缩尺比为1:31.599的KCS船模建立MMG船舶运动模型,并考虑港口内环境干扰,搭建基于NORSOK功率谱的慢时变风场模型。最后基于MATLAB编程环境,以真实港口青岛港为仿真环境,进行了多组不同环境干扰下的仿真实验,验证了提出的多任务最优控制方案在面对风扰和各种障碍物的影响时,能够保持其鲁棒性和有效性。

关键词： 分布依赖的随机微分方程   解的存在唯一性   Euler-Maruyama逼近   最优控制   倒向随机偏微分方程  

摘要： 分布依赖的随机微分方程是系数依赖于当前状态及其分布的随机微分方程.因为金融工程、生物学、控制系统等许多领域中的一些重要模型涉及平均场项,所以分布依赖的随机微分方程在实际问题中有着十分重要的应用.本文主要研究了两类分布依赖的随机微分方程.对于第一类分布依赖的随机微分方程,本文研究了其解的存在唯一性和EM逼近;对于第二类分布依赖的随机微分方程,本文研究了其最优控制问题和具有Neumann边界条件的倒向随机偏微分方程解的存在唯一性.具体研究内容有如下三个方面: 一、漂移系数不连续的高维分布依赖的随机微分方程及相应的粒子系统解的存在唯一性.在漂移系数关于空间变量逐段Lipschitz连续的条件下,首先利用Zvonkin变换将方程转换为漂移系数为Lipschitz连续的分布依赖随机微分方程,变换后的方程存在唯一解.然后由变换函数的性质可得逆函数的存在性和Lipschitz连续性.最后由Ito公式及逆函数的性质可得原来的分布依赖的随机微分方程及相应的粒子系统解的存在唯一性. 二、漂移系数不连续的高维分布依赖的随机微分方程解的Euler-Maruyama(简记为EM)逼近.在漂移系数关于空间变量逐段Lipschitz连续的条件下,提出可适应时间步长的EM方案,该方案允许时间步长不相同,通过取最小的时间步长模拟每个粒子来逼近经验测度.当漂移系数可分解时,对Zvonkin变换后的方程和原方程分别做EM逼近;当漂移系数不可分解时,给出Zvonkin变换后的方程解的EM逼近.本文还利用Holder不等式等工具,得到了EM逼近的强收敛速度. 三、带反射的一维分布依赖的随机微分方程的最优控制问题,其中漂移系数和扩散系数都依赖于过程的状态及其分布和控制.该控制问题的值函数由一个具有Neumann边界条件的倒向随机偏微分方程表示.本文证明了该倒向随机偏微分方程的充分正则解的存在唯一性.最后,通过该倒向随机偏微分方程构造了控制问题的最优反馈控制.

关键词： VICTS天线   多层同轴永磁直驱电机   矢量控制   初始位置辨识   容错控制系统  

摘要： 基于直驱型可变倾角连续断面节(VICTS,Variable Inclined Continuous Transverse Stub)相控阵平面天线的移动通信系统(即“动中通”系统)是一种在移动载体中使用的卫星通信系统,可以在载体移动过程中实时传输图片、音频和视频等信息,具有高响应速度、低轮廓尺寸和低重量等优点。随着国际卫星通信不断向高频段发展,对动中通系统稳定性的要求在不断提高。然而载体移动时的复杂环境干扰会导致直驱型VICTS天线发生寻相失败和位置超限等故障。为解决上述问题,本文基于直驱型VICTS天线的各层机电耦合特性,通过永磁同步电机理论数学模型分析、仿真分析和搭建实验平台等方式,开展VICTS天线多层同轴直驱驱动系统初始位置辨识系统和容错控制系统研究,主要工作内容如下: (1)分析VICTS天线单层动力学模型、永磁同步电机矢量控制和VICTS天线整体控制系统构成。首先,基于VICTS天线的机械组成结构特点,构建单层动力学模型。其次,通过坐标变换的方式,对永磁同步电机三相耦合电压模型进行解耦分析,并在此基础上对矢量控制策略进行研究。最后,设计VICTS天线整体控制系统,并通过仿真验证多层控制系统的稳定性。 (2)开展同轴多层永磁直驱电机的初始位置辨识系统研究。首先,对传统初始位置辨识方案的优缺点进行分析,结合VICTS的运动特点,确定以高频方波电压注入的方式设计初始位置辨识系统。其次,依据永磁同步电机在同步旋转坐标系下的模型方程,设计初始位置辨识系统和转子极性辨识系统,并针对初始位置辨识系统在特殊位置收敛特性和定子电感非线性饱和特性进行研究。最后,构建仿真模型验证所设计初始位置辨识系统的有效性。 (3)针对载体冲击造成直驱型VICTS卫星天线的多层同轴系统功能层运动失控的问题,开展失控现象故障容错控制算法研究。首先,对多层同轴直驱伺服系统的数学模型、冲击故障发生条件和冲击发生后失控转子的运动状态进行分析。其次,根据转子的运动状态提出一种针对冲击故障的容错控制系统,该系统包括3个部分:失控发生时根据当前失控层状态规划新的运动状态;失控恢复后平稳切换到原规划状态;采用实时速度预测补偿控制系统延时。最后,搭建仿真模型分别验证容错控制系统针对故障发生在加速段、匀速段和减速段的有效性以及针对上下层多种工况状态下的有效性。 (4)以直驱型VICTS天线为基础搭建实验平台进行验证,对本文中设计的初始位置辨识系统和容错控制系统的有效性进行实验验证分析,分别针对在单层和多层情况下的稳定性进行分析。最终实验结果表明,采用本文中设计的初始位置辨识系统和容错控制系统能够有效提高直驱型VICTS天线的稳定性。 本文的研究成果能够有效提高直驱型VICTS天线的工作效率,降低其故障率,为改进同类产品的结构提供切实可行的思路,有利于增强市场竞争力,对提高动中通卫星天线的探索开发具有重要意义。

关键词： 永磁同步电机   矢量控制   无差拍预测控制   电流环高性能控制  

摘要： 永磁同步电机结构简单、功率密度高并且稳定可靠,被广泛应用于新能源汽车、航空航天和工业自动化等多个领域。在这些高性能的应用领域中,电机的输出转矩响应需要迅速且准确,以确保整个系统具有更高的动态性能。而在永磁同步电机矢量控制策略中,电流环控制算法性能是整个控制系统性能的关键,直接影响输出转矩动态响应。因此,对永磁同步电机电流环控制性能的研究受到国内外学者的关注。本文以表贴式永磁同步电机为研究对象,针对其控制系统电流环动态响应和控制精度问题进行研究,采用无差拍电流预测控制算法,并在此基础上进行改进,研究过程如下: 首先,简要概述了永磁同步电机的基本控制策略,以及电流环控制算法,并选择无差拍电流预测控制算法作为本文的研究方向。阐述了永磁同步电机的构造原理、数学模型以及其控制策略。 其次,对无差拍预测控制算法进行理论推导并基于MATLAB/Simulink仿真软件进行仿真,并通过仿真对比,分析无差拍电流预测控制的优势和不足之处。 接下来,针对无差拍电流预测控制的不足之处,提出了以下改进策略:针对逆变器非线性因素导致的电流环控制精度下降问题,提出基于电压幅值的补偿策略,对因逆变器非线性因素导致的电压畸变进行补偿,提高了电流环控制精度;针对无差拍电流预测控制算法对永磁同步电机参数过于敏感的问题,采用基于积分补偿的电流环控制策略,降低了因电机参数不准确导致轴电流实际值与指令值之间出现的静态偏差;针对无差拍电流预测控制系统延时问题,采用一种改进的电流环控制时序,有效减小控制系统延时,提高电流环动态响应速度。 最后,以TI公司的DSP芯片TMS320F28069M为控制核心,来搭建永磁同步电机实验平台,分别设计了瞬态工况实验方案和稳态工况实验方案进行实验,实验结果说明了无差拍电流预测控制算法以及上述三种改进策略的有效性。

关键词： 博弈理论   非线性系统   滑模控制   最优控制   容错控制  

摘要： 实际控制系统的众多数学模型总是存在参数不确定性或结构不确定性,这使得控制器的设计变得更加复杂甚至不可能。在这种情况下,随着对非线性系统控制理论的深入研究,一种基于自适应动态规划的鲁棒控制方法为解决此类控制问题提供了巨大帮助。另一方面,输入饱和和故障等因素在实际应用中总是不可避免的。因此,在保证系统最优性能的同时有效处理这些非线性因素也是十分必要的考量。针对上述问题,本文以不确定非线性系统为被控对象,详细研究了其基于滑模面的鲁棒最优滑模控制的设计问题。本文主要的工作如下: 1)针对一类具有不匹配干扰的输入约束非线性系统,研究了事件触发的积分滑模最优容错控制问题。为消除突发故障的影响并确保非线性动力学的最佳性能,自适应动态规划算法与积分滑模控制技术被用来制定合适的容错最优控制策略。当系统轨迹收敛到滑模面时,等效滑模动态被转化为具有修正成本函数的重构辅助系统。然后,单个的评价神经网络被用来求解修正的微分方程。本研究提出了一种新颖的控制方法,该方法能有效消除突发故障的影响,同时以最小的代价实现最优控制。 2)针对一类互联非线性系统,研究了基于零和博弈理论的分层滑模容错跟踪控制问题,其中每个子系统的故障都会通过耦合影响其他子系统。首先,开发了一种控制策略,将容错跟踪控制问题转化为推导的误差系统的零和博弈问题,其中控制器和故障被视为利益相反的参与者。然后,基于滑模控制技术和分层设计概念,提出了一种新颖的鲁棒控制策略,这种策略可以在调节跟踪误差的同时最小化一个特殊的成本函数。随后,对评价神经网络进行在线训练,得出耦合微分方程的解。