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关键词： 磁悬浮列车   控制   随机激励  

摘要： 磁悬浮列车受到随机参激和随机外激作用时，会发生失稳并导致首次穿越失效。为了提高磁悬浮系统的稳定性，考虑气动升力和悬浮力的非线性特征，建立基于Hamilton理论的受控磁悬浮系统随机微分方程。以可靠度最大、平均首次穿越时间最长和最大Lyapunov指数最小为目标，建立最优控制策略的动态规划方程。研究结果表明：考虑PD控制和最优控制联合作用的磁悬浮系统，提高了磁悬浮系统的条件可靠性，延长了平均首次穿越时间；使最大Lyapunov指数始终为负，满足磁悬浮系统平凡解概率为1渐近稳定的条件；经过最优控制后，系统的联合概率密度发生了性态的变化，提高了系统的稳定性；在高斯白噪声强度较低时，以可靠度最大为目标的最优控制策略具有较好的性能指标；以最大Lyapunov指数最小为目标时，仅在某一范围内具有较好的性能指标。通过研究磁悬浮列车的最优控制问题，为提高列车稳定性，延长发生首次穿越失效的时间提供理论依据。

关键词： 离散奇异系统   线性二次最优控制   多时间滞后   耦合Riccati差分方程  

摘要： 针对离散时间奇异系统中由于奇异矩阵的存在导致状态变量不可直接更新问题，传统最优控制方法难以直接应用于此类系统，研究了带有随机乘性噪声和多重输入时滞的离散时间奇异系统的有限时域线性二次最优控制问题。为此，本文首先构造系统的增广矩阵，将带有多重时间滞后的离散奇异随机系统转换为标准的离散随机系统，并确保其正则性和因果性；然后基于最大值原理推导最优控制条件，并利用耦合Riccati 差分方程求解最优控制律及最小代价函数。最后通过仿真结果表明，在随机扰动和输入时滞影响下，本文提出的方法能够有效稳定系统状态，验证了方法的有效性。

关键词： 柔性直流   高海拔   宇宙射线   中子   4.5 kV IGBT   失效率   单粒子烧毁   雪崩  

摘要： 高海拔地区宇宙射线（主要是大气中子）强烈，电压和温度应力共同作用下将导致柔性直流换流阀关键组件-绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor， IGBT）运行可靠性降低。该文采用大气中子辐照谱仪中子束，开展了4.5 kV IGBT芯片的加速寿命试验，仿真分析了IGBT芯片失效机理，研究了电压、温度和中子辐照应力作用下寿命分布类型，分析了4500米海拔应用下失效率及其数学模型。研究结果表明，电场峰值由正面转移到背面，导致N-漂移区/N+缓冲层界面电场增加，引发界面雪崩倍增效应，从而导致芯片烧毁。电压、温度和中子辐照应力作用下，IGBT芯片寿命分布服从指数分布。芯片失效率随温度降低而升高，温度和中子注量率一定时失效率与电压的函数关系为λ=αeβ/U（α>0，β<0）。较低电压下芯片失效率存在截止效应。90 ℃工作结温时2200 V下所研究4.5 kV/5000 A IGBT模块失效率为98.7 FIT。该文研究成果将支撑高海拔地区高压柔性直流输电工程的设计。

关键词： 无线电能传输系统   耦合系数辨识   恒压输出   最大效率追踪   线性自抗扰控制   移相控制   比例积分控制   高效  

摘要： 针对无线电能传输系统在受外部干扰时电能传输不稳定和效率不高问题，文中提出了一种基于线性自抗扰控制的高效率、高稳定性的无线电能传输复合控制方法。对无线电能传输系统输入端的电压和电流有效值进行采样，进行耦合系数辨识。通过调整输出侧Buck-Boost电路的占空比进行阻抗匹配，以实现最大效率追踪。采用线性自抗扰控制输入侧全桥逆变器的移相角度确保系统稳定高效地传输电能。所提方法实现了无线电能传输系统在高效率电能传输和恒定电压输出两个控制回路之间的解耦运行。仿真结果表明，系统在受外部干扰时能够稳定传输电能，且系统传输效率维持在90%以上。与比例积分控制相比，线性自抗扰控制在面对负载扰动和参考电压扰动时具有更好的输出电压动态调节作用。

关键词： Thyristors  

摘要： Renewable power-to-hydrogen (ReP2H) systems require rectifiers to supply power to electrolyzers (ELZs). Two main types of rectifiers, insulated-gate bipolar transistor rectifiers (IGBT-Rs) and thyristor rectifiers (TRs), offer distinct tradeoffs. IGBT-Rs provide flexible reactive power control but are costly, whereas TRs are more affordable with lower power loss but consume a large amount of uncontrollable reactive power. A mixed configuration of rectifiers in utility-scale ReP2H systems could achieve an decent tradeoff and increase overall profitability. To explore this potential, this paper proposes an optimal investment portfolio model. First, we model and compare the active and reactive power characteristics of ELZs powered by TRs and IGBT-Rs. Second, we consider the investment of ELZs, rectifiers, and var resources and coordinate the operation of renewables, energy storage, var resources, and the on-off switching and load allocation of multiple ELZs. Subsequently, a two-stage stochastic programming (SP) model based on weighted information gap decision theory (W-IGDT) is developed to address the uncertainties of the renewable power and hydrogen price, and we apply the progressive hedging (PH) algorithm to accelerate its solution. Case studies demonstrate that optimal rectifier configurations increase revenue by at most 2.56% compared with using only TRs or IGBT-Rs, as well as those in existing projects. Under the optimal portfolio, reactive power compensation investment is nearly eliminated, with a preferred TR-to-IGBT-R ratio of 3:1. Copyright © 2025, The Authors. All rights reserved.

关键词： 车路耦合   最优控制   粒子群优化   主动悬架   可变形道路  

摘要： 传统悬架设计通常将道路看作刚性的，事实上车辆与道路的振动是耦合的，即道路受迫会产生变形振动，进而影响车辆。这种作用对悬架系统的优化与控制精度起着关键作用。为提升车辆平顺性并减小道路的损坏，建立四分之一车辆悬架系统-道路耦合模型，其中道路模型由欧拉伯努利梁和粘弹性地基组成。以车身加速度、动态轮胎载荷和悬架相对位移为多目标函数，提出一种考虑车路耦合作用的主动悬架控制算法。针对该算法的加权矩阵参数人工选择耗时长且难以确定最佳参数组合问题，提出采用粒子群算法对其权重参数进行优选，继而进行仿真计算以验证。结果表明:该控制算法可有效减少车辆对路面伤害，提高乘坐舒适性，为悬架设计和减缓道路损坏提供参考。

关键词： vibration effect   IGBT module   modal analysis   lifetime   finite element analysis (FEA)   power spectral density (PSD)  

摘要： This study explores the effect of vibrations generated by wind turbines on the lifespan of the IGBT module. Since wind turbines operate under varying dynamic loads, they produce vibrations that might influence the performance and longevity of electronic components like IGBTs. To investigate this concern, a modal analysis was carried out using the finite element analysis (FEA) in ANSYS to identify the natural frequencies of the module. These frequencies were then compared with typical load frequencies encountered in wind turbine operations. Furthermore, random vibration analysis, incorporating power spectral density (PSD), was conducted to assess the module's deformation under stochastic vibration conditions. The simulation results demonstrated that the IGBT module located inside the wind turbine nacelle has an exceptionally long operational lifetime under random vibration conditions. This indicates that the impact of vibrations on the module's durability is minimal. As a result, this study concludes that vibrations induced by wind turbine operations pose no significant threat to the lifespan of the IGBT module, reinforcing its reliability in power electronic systems, even in vibration-prone environments.

关键词： 液晶环氧   热导率   绝缘特性   热力学性能  

摘要： 随着绝缘栅极双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor， IGBT）持续朝着大功率和高电压方向发展，设备内部面临着高温过热、击穿故障、材料破裂等故障风险，为满足IGBT日益严苛的工作环境，亟需研发一种高性能的液晶环氧灌封材料。该文制备一种联苯型液晶环氧4，4-联苯二酚二缩水甘油醚（BP），研究了固化温度和共混双酚A环氧体系（EB-BP%）对BP电绝缘特性和热力学性能的影响规律。结果表明，BP与磺胺（SAA）在170℃固化温度下（BS-170）表现出明显的球状液晶畴形貌，且BS-170的热导率（λ）和击穿场强(Eb)分别为0.397W·m-1·K-1和47.403kV·mm-1，比双酚A环氧分别提升了67.5%和6%。BP与双酚A环氧共混体系中，EB-30的λ达到0.301W·m-1·K-1，比双酚A环氧提升了28.6%。此外，EB-30表现出优异的拉伸强度和断裂伸长率。因此，BP/EB作为IGBT封装材料时，整体性能更加优良。研究结果可为IGBT封装用新型高性能绝缘材料的研制提供一定思路和理论基础。