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关键词： 永磁同步电机   STM32   无速度传感器   伺服驱动器   矢量控制  

摘要： 永磁同步电机具有带载能力强、定位精度高、稳定性好等优点,被广泛应用于工业自动化、机床、机器人、电动汽车等领域,但永磁同步电机控制策略依赖于传感器来获取转子位置信息,这不仅增加了系统的成本和复杂性,而且限制了其在一些极端或紧凑空间场合的应用,因此无传感器控制策略已经成为当前研究热点,本课题通过研究永磁同步电机的无传感器控制策略,研制了一款永磁同步电机无速度传感器伺服驱动器。具体研究工作内容如下: (1)制定了永磁同步电机伺服驱动器的总体方案。电路主要有EMI与滤波电路、软启动电路、泵生电压电路、三相半桥逆变驱动输出电路、三相半桥IR2136驱动电路、三相半桥光电隔离驱动电路、输出电流隔离测量电路、母线电压隔离测量电路、光电编码器位置测量电路、STM32单片机控制核心电路以及系统供电电源电路,构成了系统硬件测试平台,并对上述电路工作原理及制作过程进行了详细的阐述。 (2)构建了永磁同步电机数学模型,推导了永磁同步电机坐标变换算法、空间矢量脉宽调制算法,明晰了永磁同步电机的矢量控制基本原理。设计了永磁同步电机的电流环矢量控制器及转速环矢量控制器,整定了永磁同步电机的电流环控制器及转速环矢量控制器的参数。通过仿真验证了本文所提方法能够有效抑制转速超调,提升了控制器的动态品质,使控制系统具有良好的自适应能力与鲁棒性。 (3)为实现永磁同步电机的无速度传感器控制,设计了永磁同步电机无速度传感器伺服控制系统,提出了非线性磁链观测器对电机转速与转子位置观测的方法。通过仿真实验验证了本文所提方法解决了传统锁相环在转速变化时的动态性能较差的问题。 在所设计的永磁同步电机伺服驱动器样机基础上,搭建实验平台并进行了不同转速下空载、带载运行的实验,验证了所设计的软硬件系统与控制算法的可行性。实验现象表明,永磁同步电机无速度传感器伺服驱动器样机的控制性能基本满足了设计要求。

关键词： 极大值原理   线性二次型   最优控制Riccati微分方程   平均场控制系统   分数布朗运动  

摘要： 本文研究了一类平均场型线性二次随机最优控制问题。状态方程如下:其中WH是分数布朗运动,它的Hurst参数H∈(1/2,1),关于分数布朗运动WH的随机积分为 Wick-It(?)型,x0∈Rn,A(·),A(·),C(·),C(·)∈Rn×n,B(·),B(·),D(·),D(·)∈Rm×n是给定的矩阵值确定函数,X(·)∈Rn是状态过程,u∈U([0,T])是取值于Rm的凸子集的适应的控制过程。指标泛函为:J(u(·))=J(x0;u(·))=E{(?)[+++(RtE[ut],E[ut]>]dt++},其中Q(·),Q(·),R(·),R(·)是矩阵值对称函数,G,G是对称矩阵。 本文的目的是求出最优控制u*∈U([0,T])需要满足的必要条件(也就是随机极大值原理)使得J(u*)=(?)J(u),及其充分条件。然后,利用变分方法,我们得到了最优性系统,它是一个耦合的平均场正倒向随机微分方程,其中平均场倒向随机微分方程是由布朗运动驱动的,但微分方程中包含Malliavin导数,这使得在实际中它很难求解。而最优控制需要满足的条件中还依赖这个带有平均场的倒向随机微分方程的解,于是,我们还关心如何解耦平均场倒向随机微分方程的问题,同时寻求如何解决这个Malliavin导数,也就是使得最优控制可以显式的表示出来,只依赖最优状态X*。为此,我们发现当扩散项满足一定条件时,利用解耦技术和Malliavin计算,得到了两个在一定条件下唯一可解的Riccati微分方程。最后我们给出了无Malliavin导数的平均场倒向随机微分方程的显式解以及最优控制的反馈表示。

关键词： Humidity   Insulated gate bipolar transistors   Temperature measurement   Moisture   Temperature sensors   Multichip modules   Semiconductor device measurement   Modeling   finite element methods   humidity measurement   moisture   insulated gate bipolar transistors   inverters   photovoltaic power systems   semiconductor device reliability   silicone insulation   simulation  

摘要： This study presents a novel, integrated approach to investigating and characterizing the impact of humidity on Insulated-Gate Bipolar Transistors (IGBTs) within large-scale inverter systems. Combining meticulously designed experimental setups and advanced finite element simulations, we delve deep into the complex dynamics of moisture transfer within IGBT modules. Our research demonstrates a meticulously designed experimental setup within a controlled climate chamber, enabling a comprehensive characterization process of the humidity transfer into the IGBT module. The proposed method allows for a detailed study of the moisture distribution as well as the effect of the temperature on the moisture within an IGBT module. We leverage the advanced capabilities of commercial finite element software to complement our experimental findings. These simulations enable a deeper understanding of the moisture distribution's symmetries and provide invaluable insights into simplifying the complex simulations. By integrating these diverse methodologies, we develop a comprehensive approach that deciphers the spatial distribution of humidity within the module and its real-time responses to environmental conditions. This integrated approach holds an immense potential for analyzing optimal system performance and facilitating self-optimization of the inverter by predicting stress induced by humidity.

摘要： 申请公布号：CN 117485324A申请公布日：2024年2月2日申请人：吉林大学发明人：靳立强、武伟、李英壮等本发明介绍了一种四轮分布式驱动电动车辆轮胎力矢量控制方法，包括根据实际车速和车轮转角利用线性二自由度汽车模型计算出理想横摆角速度和质心侧偏角，通过与传感器测量的实际横摆角速度和实际质心侧偏角误差用最优控制法计算出所需附加横摆力矩，

关键词： 非线性多智能体系统   死区   状态时滞   一致性   最优控制  

摘要： 近年来,多智能体系统在人造卫星簇、传感器网络和协同巡航等实际领域得到广泛应用.多智能体系统的控制问题具有较高的研究价值和现实意义.在实际工程中,大多数多智能体系统具有非线性特性,并且在运行过程中会受到时滞、执行器故障、外部扰动和死区等不可避免的因素的影响,从而影响系统的正常运行.为了降低系统的通信负担,在系统设计中引入相应的事件触发器和实现控制也成为当前研究的热点之一.本文的研究内容具体如下: (1)研究了一种带有状态时滞和死区的非线性多智能体系统一致性控制问题.首先,结合死区性质将死区构造为线性项和扰动项进行补偿.并使用模糊逻辑系统逼近系统的非线性项目.其次,通过构造Lyapunov-Krasovskii泛函克服时滞的影响.接着,使用动态面技术避免了“复杂性爆炸”的问题,并设计相应自适应控制器让非线性多智能体系统的同步误差达到半全局一致最终有界.最后,利用仿真验证了理论的有效性. (2)研究了一种基于有向拓扑结构下带有死区、外部扰动和执行器故障的非线性多智能体系统事件触发自适应模糊控制问题.与现有的系统相比,本章综合考虑了死区、执行器故障和外部扰动对多智能体系统的影响,并且设计事件触发器来降低了系统的通讯负担.首先,利用模糊逻辑系统来模糊逼近未知的非线性函数,接着,通过动态表面控制技术解决了复杂性爆炸的问题.且引入的预设性能控制能让跟踪误差收敛到期望范围内.其次,通过设计自适应控制器和使用Young不等式来解决死区、执行器故障和外部扰动对系统的影响,并构造Lyapunov函数证明多智能体系统一致有界.最后,利用仿真验证了理论的有效性. (3)研究了一种具有状态时滞和输入约束的非线性多智能体系统最优控制问题,通过引入非二次型代价函数,将受约束的优化问题转化为一个无约束的优化问题,并推导相应的哈密顿-雅各比-贝尔曼(HJB)方程.然后基于自适应动态规划(ADP)方法,在单一神经网络架构下,设计评估网络逼近局部最优代价函数和求解HJB方程,进而得到近似的最优控制律.最后,通过构造Lyapunov函数证明系统的稳定性.

关键词： SJ-IGBT   中子辐照   位移效应   总剂量效应   单粒子效应  

摘要： 绝缘栅双极性晶体管（Insulated Gate Bipolar Junction Transistor,IGBT）是电力电子领域的心脏,而超结（Surper Juction）IGBT引入了P型掺杂柱,大大提高了器件的关断能力,是下一代很重要的产品。包括但不限于SJ-IGBT等功率器件在高海拔地区的光伏发电系统、核反应堆中棒控系统中都不可避免会受到中子、电子、质子等粒子的辐射,特别是中子,存在积累效应,会致使IGBT及其所应用系统损坏,因此,研究IGBT的中子辐射效应是非常重要的。SJ-IGBT作为新一代重要的功率器件,在中子辐射效应方面研究尚少,特别是辐射损伤机理方面尚不明确。基于此,文中通过仿真与实验相结合的方式,开展了SJ-IGBT器件的中子辐照效应研究,主要内容如下: （1）借助仿真软件对SJ-IGBT受到中子辐照后产生的总剂量效应、位移效应、单粒子效应进行了分析,基于仿真结果阐述了中子辐照后不同效应对于SJ-IGBT电学特性的影响,并对比说明了传统IGBT和SJ-IGBT对于位移损伤的敏感程度,同时分析了中子带来的单粒子造成的SEB效应（Single-Event Burnout）原理。 （2）实验和仿真相结合来分析不同导通状态下SJ-IGBT受到中子辐照后电学参数的变化,从实验结果来看,中子辐照后,器件会受到总剂量效应和位移效应两个方面的影响。当器件处于类二极管模式下,器件内部产生电流受到位移效应的影响,产生电流大小与辐照剂量呈线性关系,中子辐照剂量为1.0×1013 cm-2后,器件产生电流扩大为原本的100倍左右,驼峰电流消失。器件处于类BJT模式下时,器件的BJT放大系数降低,电流下降超过7%。器件处于MOS模式下,总剂量效应的影响占主导,器件内部电流与阈值电压的变化关系较大,辐照后器件的阈值电压降低超过0.1V,饱和电流增大。

关键词： 纳米银膏   无压烧结工艺   焊接式IGBT模块   芯片老化寿命   可靠性  

摘要： 近年来,随着微电子技术的更新迭代与新能源产业的发展,采用传统封装技术的IGBT模块已经无法保持在高温度与大功率工程场景中的可靠性。由于烧结形成的银层具有优异的电热性能和高温抗性,纳米银膏烧结技术逐渐成为解决IGBT模块可靠性降低的先进封装方案之一。鉴于有压烧结的方式存在高设备成本和芯片损伤风险的缺陷,纳米银膏无压烧结在IGBT模块封装中的可靠应用成为了目前研究的重点之一。在上述背景下,本文基于一款掺杂有50%比例微米颗粒的纳米银膏与低温无压银烧结机制,对新能源领域应用较多的焊接式IGBT模块的封装优化展开了相关研究工作。 首先,本文采用掺杂有50%比例微米颗粒的纳米银膏(混合型纳米银膏)替代了目前常规使用的纯纳米尺度银膏。银膏内微米颗粒的加入在降低材料成本的同时有利于避免烧结中的分层现象。由于IGBT芯片易碎,为表征烧结层真实的剪切强度,本文基于目前通常采用的以铜片代替芯片的方式,针对选取的银膏开展了关于无压烧结工艺参数的单因素与正交多因素烧结实验,并最终确定了升温速率6℃/min、峰值温度230℃、保温时间90min、印刷厚度125μm的最优实验工艺。该工艺对应的烧结层剪切强度可达到34.269MPa。 其次,针对目前存在的铜片与芯片间较大重量差异所导致的最优实验工艺在实际应用中的失真问题,本文提出了在最优实验工艺中增加恒温预热阶段的解决思路,并依据该思路与银膏的热重分析曲线完成了对实验工艺的优化。最终,根据采用实验工艺的芯片烧结层与采用优化工艺的芯片烧结层在宏观空洞与微观孔隙上的表征结果,失真问题得到有效解决。 之后,本文基于上述优化的混合型纳米银膏无压烧结工艺实现了1200V/50A IGBT模块的封装制备,并分析比较了该银烧结IGBT模块与同等级焊接式IGBT模块的基础电热性能以及受散热性能影响的芯片老化寿命。研究结果表明,该银烧结IGBT模块在保持焊接式IGBT模块优异电性能的基础上,散热性能得到大幅提升,模块热阻相比焊接式IGBT模块降低了11.06%,内部IGBT芯片的老化寿命也在较大的散热优势下有所升高。 最后,本文在通过加速老化实验对银烧结IGBT模块的可靠性进行验证的基础上,建立了考虑力学黏塑性的温度冲击仿真模型,以及综合考量电热力多物理场耦合、温度相关的芯片电导率、芯片电极与铝材弹塑特性的功率循环仿真模型。通过仿真模型,本文较好地模拟了银烧结IGBT模块与焊接式IGBT模块各自芯片连接层与铝键合线在加速老化进程中的应力、应变等疲劳行为,并采用Darveaux能量密度寿命模型计算了两种模块芯片连接层的初始裂纹寿命与裂纹扩展速率,利用组合Basquin、Coffin-Mason与Morrow平均应力修正的应变寿命模型预测了两种模块铝键合线的疲劳寿命。最终,仿真结果与实验结果相符,两者都表明本文的混合型纳米银膏无压烧结优化工艺可以大大提升焊接式IGBT模块的可靠性,以此制作的银烧结IGBT模块有望在高温度与大功率工程场景中得到广泛应用。