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关键词： 分数阶   谣言传播   最优控制   反应扩散   动力学分析  

摘要： 在互联网快速发展的时代,谣言的传播途径不再只是传统的口口相传，而且具有传播速度更快,范围更广的特点.谣言本身具有恶劣的影响,不仅造成人们心理恐慌,而且严重扰乱社会秩序.自1965年Daley和Kendall提出经典的SIR谣言传播模型以来,越来越多学者将改进的仓室模型应用到谣言传播动力学研究中.近年来,随着分数阶微积分理论不断完善,借助分数阶模型来刻画谣言传播过程的记忆效应成为谣言研究领域的热点问题.本文建立几类分数阶谣言模型，分别得到了具有双时滞分数阶谣言传播模型的Hopf分岔条件,多语言环境下分数阶谣言传播模型的最优控制策略以及分数阶反应扩散谣言传播模型的全局稳定性.　　论文第一部分研究具有两种不同时滞的分数阶谣言传播模型的Hopf分岔问题.首先,建立具有两种不同时滞的分数阶SIQR(Susceptible-Infected-Isolators-Removers)谣言传播模型.然后,分别利用两种不同的时滞作为分岔参数计算得到分岔临界值,进而得到不同情况下发生Hopf分岔的横截条件.结果表明,分岔参数发生变化会使系统的稳定性能发生极大的变化.当选择较小的参数时,系统具有良好的稳定性能;一旦参数超过临界值,系统会发生Hopf分岔,从而系统的稳定性能降低.最后,给出数值仿真例子来验证理论结果的正确性.　　论文第二部分探讨多语言环境下的分数阶谣言传播模型的动力学行为.首先,建立多语言环境下的分数阶2I2SR(Ignorants1-Ignorants2-Spreaders1-Spreaders2-Removers)谣言传播模型.其次，证明系统特解的有界性和唯一性.并利用Hurwitz准则,证明系统平衡点的局部渐近稳定性.特别地，借助分数阶最优控制理论得到该分数阶模型的最优条件.最后,给出数值算例验证了理论结果的有效性.　　论文第三部分讨论多语言环境下的分数阶反应扩散谣言传播模型的全局渐近稳定性问题.首先,建立多语言环境下的分数阶反应扩散SIR谣言传播模型.同时,证明系统特解的有界性.其次,通过构造Lyapunov函数并结合分数阶稳定性理论来证明得到系统平衡点的全局渐近稳定性.然后,通过对阈值的灵敏度分析,得到模型参数对谣言传播的影响.最后,给出两个数值模拟例子验证相应的理论结果的正确性.

关键词： 双定子电机   矢量控制   高频信号注入法   模型参考自适应法   力能指标  

摘要： 永磁同步电机具有效率高、结构简单、过载能力强等突出优点,在低速大转矩系统中得到了广泛应用。低速大转矩直驱永磁同步电机的内腔空间较大,为了进一步提升该种电机的转矩密度,同时尽可能节约生产成本,形成双定子电机并研发新型转子结构是必然所趋。本文依托国家自然科学基金项目,针对新型矿用永磁/磁阻复合转子双定子电机(Permanent magnet/reluctance hybrid rotor double stator motor,PM/RHR-DSM),提出适用于该种低速大转矩电机的最优输出转矩比控制策略,本文主要研究内容包括以下几个方面: (1)PM/RHR-DSM的转子是由永磁转子和磁阻转子“背靠背”复合而成,内外定子绕组采用串联联接方式。对该种新型PM/RHR-DSM的结构和工作原理进行深入研究,并在三相静止坐标系、两相静止坐标系和同步旋转坐标系下建立其数学模型。 (2)当PM/RHR-DSM内外输出转矩比与负载不能很好匹配时,会严重影响电机运行的力能指标。为此探究在不同负载转矩条件下,不同输出转矩比对双定子电机功率因数和效率的影响。为使PM/RHR-DSM运行在最优力能指标,提出最优输出转矩比控制策略,并进行理论研究与分析。利用MATLAB搭建PM/RHR-DSM控制系统仿真模型,通过仿真验证了所提出最优输出转矩比控制策略能使PM/RHR-DSM在不同负载条件下始终运行在最优力能指标。 (3)PM/RHR-DSM的定子电阻、电感、铁耗等效电阻等参数在不同运行工况下变化较大,会影响控制系统的鲁棒性和运行稳定性。需要对电机参数进行准确辨识。针对电机多参数辨识存在欠秩的问题,本文提出一种分部辨识策略,采用高频注入法辨识电机的交直轴电感参数;采用模型参考自适应法辨识电机电阻、永磁体磁链参数。最后通过仿真分析验证了所提出辨识策略的可行性,降低了参数变化对控制系统的影响。

关键词： 直驱式风力发电机组   永磁同步发电机   复矢量解耦   机侧变流器控制   网侧变流器控制  

摘要： 大力发展可再生能源是实现“双碳”目标的重要举措,风能作为一种可再生能源,因储量丰富、清洁环保、易于开发等优势已成为我国能源转型的主力军。当前,我国海上风电正处于蓬勃发展时期,海上风电多采用直驱式风力发电机组,作为功率变换系统的变流器是实现电机控制与能量转换的关键。然而,在同步旋转坐标系下机组变流器电流内环存在交叉耦合分量,通常采用前馈补偿实现耦合分量解耦,而前馈补偿解耦依赖精确的系统参数,当环境变化导致系统参数摄动时会出现解耦不彻底现象,进而导致系统性下降,因此研究参数鲁棒性更强的解耦控制策略是一个重要的课题。为此,本文围绕直驱式风电机组变流器解耦控制展开研究,主要内容如下:首先建立了风电机组的数学模型,在此基础上,依据交流电机复矢量理论建立直驱式风电机组变流器的复矢量模型。其次,研究变流器在同步旋转坐标系下未解耦时d-q轴交叉耦合分量对电流环动态性能造成的影响,分析传统前馈解耦控制策略的解耦性能,针对传统前馈解耦存在的动态解耦能力弱这一问题,依据内模控制思想提出复矢量解耦控制策略,理论分析复矢量解耦与前馈解耦两种控制策略的解耦能力及参数鲁棒性,并通过仿真对理论分析进行验证。最后,将复矢量解耦控制策略应用于直驱式风电机组变流器的电流环控制系统设计中,设计了机侧变流器d轴电流复矢量控制策略和网侧变流器电网电压定向复矢量控制策略,搭建基于复矢量控制的直驱式风电机组仿真模型对其性能进行仿真评估。

关键词： IGBT模块   状态监测   有限元仿真   键合线   焊料层   封装失效  

摘要： 吉利控股集团董事长李书福委员在今年全国两会上指出我国新能源汽车产销量连续8年位居世界第一。伴随着蓬勃发展的新能源产业、光伏、风电、轨道交通等,我国对于高压大功率电力电子器件的需求呈逐年上升趋势。其中,IGBT模块就是其典型代表,由于其电压范围应用宽,开通时间快等优势,被用于各种场景。但同时,IGBT模块也是变流器中最容易发生失效的部件,进而导致变流器的停机检查,往往会造成重大的经济损失。而IGBT模块的失效又以封装失效的形式概率高,主要包括焊料层和键合线失效。因此,研究IGBT模块的失效机理和对IGBT模块进行健康状态监测,以便更加准确、及时的了解IGBT模块的信息,对于变流器的稳定运行有重要的工程意义。 IGBT模块的失效主要包括封装失效和芯片失效,而封装失效的概率大于芯片失效。封装失效主要为焊料层疲劳老化失效和键合线失效。因此,本文以IGBT模块的焊料层和键合线为研究对象,首先根据IGBT模块的物理结构,构建了IGBT模块的多物理场仿真模型,模拟了焊料空洞和键合线断裂,分析了老化过程中热阻和饱和压降将随老化进程而增大。其次基于热网络模型深入分析了焊料层老化过程中各阶热阻的增长趋势,并提出了基于热网络模型的IGBT焊料层失效分析方法。最后分析了键合线老化过程中饱和压降、结温和注入电流的关系,并提出了基于饱和压降对集电极电流变化率的IGBT键合线状态监测方法。本文的主要研究内容如下: (1)基于英飞凌公司型号为FF450R17ME4的IGBT模块的实际物理参数和材料参数,在COMSOL有限元仿真软件平台上构建了包含电、热、力等多物理场的仿真模型。针对焊料层疲劳老化,仿真模拟了不同焊料层空洞大小和位置对模块热阻的影响。针对键合线失效,仿真模拟了键合线断裂根数和位置对模块饱和压降的影响,并结合理论分析了产生这样影响的原因。基于此,提取出了表征器件老化的电热参数,为焊料层和键合线的状态监测奠定了基础。 (2)提出了一种基于热网络模型的IGBT焊料层状态监测方法。根据IGBT模块的降温曲线,由数值拟合获得其Foster热网络模型。由于Foster热网络不具备实际的物理意义,因此无法获得实际的各阶热阻,无法量化热阻与焊料层老化程度之间的关系。于是将Foser热网络模型经数学关系转换为具有实际物理意义的Cauer热网络模型。通过控制焊料层空洞的大小来表征焊料层的老化程度,并详细讨论了芯片焊料层与DBC焊料层与各阶热阻的对应关系。实现了焊料层老化程度与各阶热阻的量化,研究结论为焊料层老化程度提供了新思路。 (3)提出了一种基于饱和压降对集电极电流变化率的IGBT键合线状态监测方法。为验证键合线脱落过程中饱和压降的变化趋势,本文首先搭建了IGBT模块的饱和压降测量平台,由于饱和压降的测量也受到结温的影响,于是本文将模块置于恒温箱,测得了模块在不同断裂根数不同结温下的饱和压降。然后理论推导并由实验数据验证了在饱和区内IGBT模块的饱和压降和注入电流是呈线性关系的。最后通过温度归一化排除了结温的影响。该方法可以量化展示IGBT模块的键合线健康状态且不受结温和注入电流的影响,为键合线的状态评估提供了新方向。

关键词： short circuit   circuit simulation   SPICE   IGBT   saturation current   transient thermal network  

摘要： In this paper, we propose a novel method to improve the circuit simulation accuracy of insulated-gate bipolar transistor (IGBT) power devices under a short-circuit state. To determine the IGBT junction temperature, the transient thermal resistance of an IGBT device on the order of micro seconds is estimated by transient thermal simulations. The saturation current without self-heating effects is estimated based on a short-circuit test and the transient thermal resistance. The IGBT SPICE parameter is extracted from the saturation current characteristics during the short-circuit state. The coupled electrical-thermal simulations with the SPICE model and thermal resistance model are applied to several short-circuit evaluations with different parasitic impedance and gate driving condition, and the results are consistent with the measured current and voltage waveforms.

关键词： 随机微分方程   最优控制   内部交易   平均场   随机时滞微分方程  

摘要： 本文研究了一类由布朗运动以及泊松随机测度驱动的平均场随机时滞微分方程(MF-SDDE)的最优控制问题。旨在寻求一个最优控制u,根据最优随机控制的最大值原理表明,如果控制u是最优的,那么相应的哈密顿量在u?u处有一个最大值。除了考虑到信息的延迟,本文还加入了其他考虑因素,如对系统未来价值的期望以及内部控制等条件。当交易者从一开始就掌握与系统相关的一些随机变量的未来值的内部信息时,我们建立了最优控制的充分和必要的最大值原理。在解决问题的过程中,本文运用了白噪声分析的方法,来解决内部控制的问题。其中包括Hida-Mallivian微积分,正向积分等,将问题建立在白噪声概率空间上进行论证推导。同时运用Donsker Delta函数,在将非参数化的内部控制问题转化为参数化的非内部控制问题,使其更具经典性更便于问题的解决。通过建立哈密顿函数,给出伴随方程具体解的形式,证明状态方程和伴随方程解的存在唯一性。理论上,给出基于内部交易的一类随机时滞系统的充分型与必要型最大值原理,包括不受平均场作用和受平均场作用两种情况,本文的创新也在于此。在讨论平均场随机时滞微分方程后,我们又研究了一般情况下的随机时滞微分方程的最优控制问题,并建立了与之相应的最大值原理并证明。在论文的最后,我们给出了一类随机微分方程的数值模拟,此方程描述的是具体的金融市场,我们通过前文的证明找到了最优控制,并进行数值模拟,目的是通过大量的随机数利用计算机编程来得到方程的数值解,应用Python程序得到了资产价格随时间变化的走势图,通过数值模拟说明了结论的可行性。

关键词： 矢量控制   谐振抑制   频域模型   系统优化  

摘要： 随着伺服控制技术的发展,伺服系统得到了广泛应用,对系统的控制精度和性能要求也越来越高,而对于高速的系统来说,其谐振现象会对控制系统控制精度产生很大影响,甚至造成设备的损害。为此针对永磁同步电机矢量控制系统中由于系统传动柔性带来的谐振及其抑制技术进行了研究,目前关于谐振抑制技术研究基本都是通过扫频得到系统频率特性曲线,以此获得系统谐振频率或判断谐振抑制是否有效,这种方法耗时长,效率低。为解决上述问题,首先完善了现有的频域分析模型,提出了扩展频域模型及其理论建模方法,然后给出了矢量控制系统在谐振抑制中的频域分析模型,在给出的谐振系统频域模型下对谐振抑制技术进行研究,主要研究内容如下:(1)以PMSM的理论模型为依据,然后进行坐标的转换,将三相ABC坐标系下的PMSM理论模型转化为d-q坐标系下的理论模型,达到了解耦电流电压的目的。并介绍了矢量控制算法的原理和具体实现步骤。最后,在SIMULINK平台上搭建了仿真验证模型,从而证实了该矢量控制算法的正确性,为后续的研究奠定了一定的理论依据和模型基础。(2)介绍了系统频域模型的构建方法,并指出了系统辨识以及现有频域构建方法的局限性,完善了现有频域模型理论构建方法,提高了PMSM矢量控制系统频域模型的精度和适用范围。(3)介绍了双惯量系统的谐振产生机理,分析了加速度反馈抑制谐振的原理,然后构建了双惯量负载下的矢量控制系统频域模型,基于频域模型确定了加速度反馈的系数,引入加速度反馈减弱了谐振对系统的影响。(4)分析了陷波器抑制谐振的基本原理和参数确定方法,通过系统频域模型计算谐振频率并设计陷波器,同时进行了仿真试验,验证了其有效性。为了进一步优化系统性能,引入了校正环节,并构建其频域模型,通过频域模型使用遗传优化算法进行优化,优化后的系统性能得到了提高。

关键词： 谣言传播   稳定性   辟谣   媒体报道效应   最优控制  

摘要： 随着计算机和互联网技术的不断发展,微博、抖音等在线社交媒体得到了迅猛应用,同时也加速了谣言的传播。谣言的传播对社会秩序和人们的生活都有很大的影响。因此,研究考虑媒体影响的谣言传播的内在机制和规律,降低谣言的危害具有重大现实意义。本文考虑了媒体报道效应、媒体中谣言数量以及辟谣因素这三个影响谣言传播的因素,分别建立了三个谣言传播模型,并对它们进行了分析和讨论。在第二章,将媒体中谣言的数量视为随时间变化的子类,综合考虑了媒体报道效应和媒体中谣言数量对谣言传播过程的影响,建立了相应的微分方程模型。针对构建的传播模型,选择了两个合理的控制变量:科普强度和惩罚强度。研究结果表明:媒体正面宣传报道可以减少谣言的传播,但不能完全阻止谣言的传播。在本文给出的参数下,通过定量分析可以计算出满足约束条件的最优控制参数值。在第三章,将辟谣者角色对谣言传播过程的影响考虑在内,建立了一个综合考虑媒体报道效应、媒体中谣言数量以及辟谣者影响的谣言传播模型。通过计算,证明了模型平衡点的存在性和局部渐近稳定性。研究结果表明:在传播过程中,增加积极的宣传和报道可以更有效地减少谣言的传播范围,增大辟谣者数量的初始值也可以减少谣言传播的持续时间,有利于控制谣言的传播。在第四章,考虑到辟谣媒体对传播过程的重要影响,建立了综合考虑媒体辟谣和个体辟谣影响的双层网络谣言传播模型。针对建立的双层网络模型,选择了三个合理的控制变量:科普教育强度、帖子删除强度和惩罚强度。研究结果表明:在传播辟谣信息的过程中,相对于个体传播辟谣信息,权威媒体对谣言传播过程的影响更大,影响范围也更广泛。在第五章,对全文进行了总结。

关键词： 内置式永磁同步电机   矢量控制   三矢量模型预测控制   转矩脉动抑制  

摘要： 大型气垫船作为一种高速水上运输工具,具有运载能力大、运输效率高、环境适应能力强等显著特点,在国防与民用领域具有广泛的应用。大型气垫船通常使用燃气轮机为主要动力源,燃气轮机的高效可靠起动是动力系统中的关键环节之一。本课题针对大型气垫船动力推进装置的燃气轮机起动电机控制策略开展研究,采用模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）提高起动系统性能;采用三矢量模型预测电流控制策略,结合最大转矩电流比（Maximum Torque per Ampere,MTPA）算法提高电机驱动器效率,同时进一步改善系统动态性能;针对负载扰动引起的转矩脉动,采用前馈补偿环节抑制因外界干扰造成的转矩脉动,保证了燃气轮机起动系统的运行可靠性与稳定性。 首先,本文对三相内置式永磁同步电机在两相旋转坐标系下的数学模型进行简要推导,分析了id=0控制和最大转矩电流比控制的原理与实现方法,对两种控制策略进行仿真分析,验证了在恒转矩区给定相同的转速或转矩时,采用MTPA控制策略的定子电流幅值小于id=0控制策略,即采用MTPA控制策略时起动电机系统效率更高。 其次,为满足起动系统动态响应快的实际需求,针对传统模型预测控制中开关策略单一、电机三相定子电流谐波较大的问题,研究了一种逆变器开关序列优化方法,在此基础上提出了一种三矢量模型预测电流控制策略,根据优化的代价函数得到当前逆变器开关信号的最优解,合成期望电压参考矢量,在不影响快速性和稳定性的前提下减小了定子电流谐波,提高系统控制的精准度,仿真验证了该控制策略能有效提高燃气轮机起动系统动态响应速度。 再次,针对起动电机在高速带载运行过程中,因电机参数发生变化或外部扰动引起的转矩脉动从而影响系统转速控制稳定性与控制精度问题,研究了一种基于卡尔曼扰动观测器的前馈补偿控制策略。该策略通过建立合适的扰动观测器模型,在不引入外界电压或电流信号的前提下,利用转矩前馈值对电机转速环进行补偿,提高了起动系统的鲁棒性,仿真结果验证了该控制策略的有效性与稳定性。 最后,设计并搭建了120k W/4000rpm永磁同步电机驱动控制平台,对所提的永磁同步电机矢量控制策略、三矢量模型预测电流控制策略与基于前馈补偿的永磁同步电机转矩脉动抑制策略控制效果进行实验验证,测试结果验证了所提控制策略的有效性,实现了起动电机在恒转矩区的稳定运行。

关键词： 双向无线电能传输   无缝功率环   无功下垂   移相控制   广义状态空间平均建模  

摘要： 近年来,随着传统化石能源的大量使用,造成了自然生态环境的不断恶化,因此发展新型可持续能源,创造绿色出行成为各界广泛关注的焦点。电动汽车由于具有绿色、环保等优势变得脱颖而出,且在未来电动汽车可作为一种分布式的储能能源,与电网进行能量交互,缓解电网压力。无线电能传输相比于有线充电具有安全、便捷、可靠等优势,得到了电动汽车领域的青睐。而电动汽车双向无线电能传输系统中存在高次谐波成分,会产生大量无功,对系统效率产生影响,同时采用切换的方式实现功率传输方向改变的方法会对系统稳定性造成影响。为此,本文针对如何设计不同自由度之间的协调配合,降低系统无功功率,提高传输效率,同时实现无需切换即可完成功率传输方向改变的问题,通过理论分析提出基于功率的无缝功率环移相控制策略,利用Matlab/Simulink搭建仿真模型,并结合半实物平台进行实验验证。 首先,本文介绍了无线电能传输的基本原理以及功率双向传输的具体过程,由于该系统是一个存在较大气隙的松耦合系统,需要谐振网络对系统无功成分进行补偿,利用电路互感等效模型理论对各种谐振补偿网络展开分析,包括串联-串联补偿网络、串联-并联补偿网络、并联-串联补偿网络、并联-并联补偿网络、以及双LCL高阶补偿网络和双LCC高阶补偿网络,最后根据分析结果选用了适用于大功率双向传输系统的双LCC高阶谐振补偿网络。 其次,对系统的总体结构展开介绍,分析了移相控制的基本原理,利用基波分析法和电路互感等效模型对系统进行建模,然后根据电路理论推导系统有功/无功功率与内移相角、外移相角之间的关系,进而提出了一种基于有功功率环路控制外移相角、无功下垂环路控制内移相角的无缝功率环移相控制策略。 再次,针对双向无线电能传输系统稳定性建模问题,介绍了几种基本传统的建模分析方法,其中包括交流阻抗分析法、离散时域建模法和状态空间平均法。同时基于状态空间平均建模的方法,建立了一种考虑系统控制环路在内的广义状态空间平均建模法,利用该方法建立了含有变换器开关管驱动波形之间移相角的广义状态空间平均方程,然后对该状态方程进行线性化和小信号处理。 最后,利用Matlab/Simulink软件搭建系统仿真模型,搭建了硬件在环的半实物实验平台,通过该平台完成了对本文理论分析结果的仿真和实验验证。