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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： 高功率密度   IGBT模块   液冷板   流动传热分析   冷却策略  

摘要： 在我国“双碳”目标的发展战略下,风力发电的占比不断攀升。IGBT模块作为风力发电装置中的重要角色,其功率密度随着电子技术的发展日益升高。相比于传统的电力电子器件,应用在风力发电系统中的IGBT模块具有的功率密度及尺寸更大,导致其在工作时的温度也更高。而过高的温度会大幅降低其寿命及可靠性,对此通常会采用强制冷却方式来控制设备温度,例如采用液体冷却。然而,IGBT模块在实际工作过程中并非长期处于稳定的工况,通常是工作于如启停及负载不断改变的变工况条件下。因此需要制定相应的冷却策略,来匹配冷却液的质量流量与IGBT模块的散热负荷,实现精确冷却,从而节省能源消耗,响应节能减排号召。 为了改善上述IGBT模块散热功率密度高且散热负荷随工况变化的问题,散热器的液冷板设计及其冷却强度调节策略是解决该问题的关键。本文以某款风力发电系统中高功率密度IGBT模块液冷板为对象,开展了以下研究工作: (1)搭建液冷板热平衡测试平台,开展试验系统的整体方案设计及关键部件的选型,开展试验配套的测控系统开发,并对基础设计方案对应的液冷板试件进行热平衡测试。 (2)构建液冷板的流固耦合传热模型,以液冷板的基础设计方案为仿真算例进行分析研究,并通过台架试验结果验证仿真计算的准确性。 (3)采用仿真手段研究液冷板的主要结构参数对液冷板性能的影响规律,包括翅片数量、翅片宽度、翅片高度及翅片拔模斜度,并进行各参数的敏感性分析。 (4)采用仿真手段研究液冷板的主要运行参数对液冷板性能的影响规律,包括冷却液的质量流量、冷却液的入口温度、冷却液的种类以及散热负荷,并制定相应的冷却策略。

关键词： 永磁同步电机驱动系统   IGBT开路故障   故障检测与定位   模型预测电流控制  

摘要： 永磁同步电机因其效率高、响应速度快等特性,已逐步应用到智能制造、轨道交通等领域。电机驱动系统的工作方式决定了绝缘栅双极晶体管(Insulated-Gate Bipolar Transistor,IGBT)需要频繁的开断,这就使得IGBT在高温下还要承受极大的电应力,增加了开路故障的概率。因此,对IGBT进行开路故障检测与定位,对于提高电机驱动系统运行可靠性和降低维护成本具有显著意义。在电机驱动控制方法中,模型预测电流控制(Model Predictive Current Control,MPCC)动态响应快,可以灵活处理非线性系统中的多约束和多变量问题,近年来在状态监测与故障诊断技术领域获得了广泛关注。本文以内置式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM)为研究对象,以保障电机驱动系统健康、稳定运行为主要目标,开展了 IPMSM驱动系统逆变器IGBT开路故障诊断方法研究。论文的具体研究内容如下:(1)快速性是故障检测方法中的关键指标之一,而电流检测法的诊断时间至少需要一个相电流周期。针对电流检测法检测时间较长的问题,本文研究了一种基于MPCC的误差电流极性法,该方法将MPCC中代价函数的变化和电流检测法相结合,可有效缩短故障检测时间。(2)MPCC容易受到电机参数变化的影响,负载转矩、转速变化都可能导致电机参数变化或不匹配,进而影响代价函数的输出导致误诊。针对负载转矩、转速变化导致误诊的问题,本文在基于MPCC的误差电流极性法中对故障检测指标进行了归一化处理并加入了计数法,使该方法在保证准确性的基础上进一步提高了鲁棒性。最后,本文通过Matlab2016b/Simulink仿真软件和以TMS320F28335为控制核心的2kWIPMSM驱动系统逆变器IGBT开路故障诊断实验平台分别进行了仿真和实验验证。仿真和实验结果均表明:本文研究方法将代价函数和定子电流的变化作为诊断指标,可以实现对18种开路故障类型的检测与定位,且在转矩和转速变化时不会造成误诊断的现象,具有良好的鲁棒性。

关键词： 半集中式   开绕组   共直流母线   矢量控制   模型预测控制   零序电流抑制   执行时间   DSP  

摘要： 在城市轨道交通领域,直线电机可以直接产生推力。相较于传统旋转电机,直线电机不会受摩擦力限制。然而,出于安全考虑,永磁直线电机气隙较大,使得电感较小而难以采用弱磁控制,故调速范围受到限制。开绕组结构是一种典型的宽调速方案。但是,常规开绕组技术要求牵引变流器数量翻倍,将显著增加牵引系统重量、成本、故障率。为此,本课题提出半集中式开绕组拓扑,只增加一台复用变流器即可构成开绕组结构,是一种低成本、易实现的提速方案。但是,复用变流器增加了牵引系统控制方法的复杂度。因此,针对半集中式开绕组初级永磁直线电机牵引系统强耦合特征,提出了适用于不同运行场景的模型预测相电压控制（Phase Model Predictive Voltage Control,PMPVC）和通用最大电压利用率控制（Unified Maximum Voltage Utilization Control,UMVUC）等多种控制方法。具体如下: （1）基于相电压组合的模型预测相电压控制 本课题利用开绕组电机相电压独立的特点,首次提出了独立相控制单元概念,并进一步提出有限集式PMPVC,将N台电机所需的遍历次数从8N+1次大幅减少至3×2N+1次。进一步地,本课题提出了基于复用桥臂优先原则的简化式PMPVC,彻底消除了指数项,在维持良好控制性能的同时,使得计算量只会随着电机数N线性增长。 （2）基于相电压矢量的模型预测相电压控制 本课题首次提出相电压矢量（Phase Voltage Vector,PVV）的概念。依据基本PVV与参考PVV空间距离的物理意义,提出定位式PMPVC,对参考PVV进行快速定位,跳过遍历环节,大幅缩短执行时间。通过引入脉宽调制技术,提出四矢量式PMPVC,实现对参考相电压矢量的无差合成,提高旅客的乘坐舒适度,并对PMPVC进行调制度分析。 （3）基于空间矢量调制的通用最大电压利用率控制 为兼容现有控制框架,本课题提出了基于最小覆盖圆（Smallest Enclosing Circle,SEC）的UMVUC方法,将N台电机的参考电压矢量以实现最大电压利用率的方式分配给N+1台变流器,并优化计算流程,提高UMVUC的执行效率。同时,提出了适配的阶梯式零矢量分配策略,通过判断各电机零序电流极性,调整相应变流器的零矢量时间分配比例,抑制零序电流。 （4）搭建半集中式开绕组初级永磁直线电机牵引系统实验平台。本课题以TMS320F28377D双核微控制器为核心,搭建了半集中式开绕组初级永磁直线电机牵引系统软件和硬件设施,并实验验证了所提协同控制方法的可行性。

关键词： COVID-19   最优控制   隔离延迟   多尺度嵌套免疫-流行病学模型   全局稳定性  

摘要： COVID-19在全球范围内的大流行为人类健康带来了巨大的威胁,并对公共卫生、经济发展、就业领域等带来了巨大的挑战,尽管如今新冠病毒的致病性在不断减弱,但它产生的影响依旧不可忽视,在当下及未来如何应对新发突发传染病,仍然是值得我们去关注的一大问题.本文主要从两个角度对新冠病毒的感染传播机制进行研究,分别构建了考虑疫苗接种以及隔离延迟的新冠病毒传播模型和一个具有感染年龄结构的多尺度嵌套模型,研究了各自的动力学行为并进行了数值模拟.本文具体安排如下:首先,本文在宏观尺度上构建了一个刻画新冠病毒传播的时滞微分方程模型,考虑了疫苗接种及隔离延迟.根据模型,求得了基本再生数并进行了全局动力学分析.根据西安市的部分真实确诊病例数据,对模型参数进行估计,并进行了数据拟合,然后通过偏秩相关系数和扩展傅里叶振幅灵敏度检验进行敏感性分析,结果表明接种率、疫苗有效性、感染者的隔离率对控制COVID-19的传播有显著性影响.为了平衡疫情带来的经济损失,本文考虑了一个最优控制问题,并得到了使得感染人数及经济损失降到最低的最优控制策略.其次,为了研究宿主内病毒动态对宿主间传染病动态的影响,从微观角度出发,将病毒动力学模型嵌套进入一个宏观新冠病毒传播的模型,将病毒载量与个体在人群中的传染性联系起来,建立了一个具有感染年龄结构的多阶段多尺度嵌套新冠病毒传播模型.根据嵌套模型,计算了基本再生数和平衡点,分析了全局动力学行为并进行了动力学的数值模拟.基于拉丁超立方抽样方法,通过计算偏秩相关系数进行敏感性分析,结果表明,宿主内病毒的传播、复制、清除等对宿主间系统有显著性影响.另外,考虑对个体进行药物治疗,结果表明,只有当药物的有效性更强时,才能更好地控制疾病的传播,否则会延长个体的染病时间以及传染病的整个流行周期.最后,总结了本文的内容与不足之处,并给出了未来可以研究的工作.

关键词： 直接空冷机组   模糊C均值   广义预测控制   长短期记忆网络   多目标优化  

摘要： 我国三北地区富煤贫水,直接空冷机组在火力发电机组中广泛应用,其利用轴流风机驱动空气强制对流,与汽轮机排气进行热交换,节水效果十分显著。目前,直接空冷系统暴露在外,在自然因素与风机群集群效应的耦合作用下,空冷单元阵列的空气动力学特性不断变化,导致空冷机组的工作效率降低。同时,风机群的高耗电量进而导致火电机组净发电率降低,最终影响火电机组的经济运行。因此,研究直接空冷机组的空气动力学特性及运行优化能够改善机组的安全与经济性能。本文以某660MW机组1×8空冷阵列为研究对象,基于数模驱动下计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD),求解自然风瞬变扰动和风机随机转速下的空冷阵列瞬态数学模型,计算不同工况下运行数据,进而研究了机组运行优化。主要研究内容包括:首先,建立直接空冷系统的数值计算模型,介绍相应控制方程、湍流方程及其离散求解方法,最后模拟计算典型工况下各个空冷单元质量流率,并与直接空冷机组的实际测量数据比较,数值模型通过精度检验,为后续研究提供模型基础。其次,基于空冷岛数值模型分析自然风阶跃、风机转速阶跃工况下空冷阵列的流场分布情况,探索风机转速及自然风对风机入口流量的影响规律。研究表明:迎风面风机转速的提高恶化空冷岛冷却性能,下游轴流风机转速提高有利于空冷岛的冷却性能;自然风会恶化空冷岛的冷却性能,空冷单元排布位置不同将导致固有的抗干扰能力差异。基于上述风机群动态特性分析,利用模糊C均值对动态特性数据特征分析,提出风机群分区调节方案。再者,针对自然风向相对固定,风速较缓的夏冬季工况,设计基于多变量Hammerstein 模型的自适应广义预测控制(generalized predictive control,GPC)策略。首先,利用分层辨识原理的扩展随机梯度算法,辨识分布式Hammerstein系统模型参数;其次,基于预测控制原理同时考虑系统的非线性特性和约束条件,直接对整个非线性系统实施GPC策略。并考虑模型失配时,结合带遗忘因子最小二乘算法在线实时辨识系统模型,构成的参数自校正策略。自适应GPC控制策略具有输出偏差小、输出稳定等优点。最后,针对瞬变且随机自然风的春秋季工况,利用长短期记忆(long-term and short-term memory,LSTM)网络构建风机群非参数动态响应模型。通过改进精英策略的非支配排序遗传算法((non dominated sorting genetic algorithm with elite strategy,NSGA2),提出一种综合考虑空冷单元进口空气流量、风机能耗和机械电气损耗等性能指标,并通过模糊隶属度函数法计算各区域风机最优转速指令的多目标分布式最优控制策略。在无自然风和时变连续自然风两种工况下仿真研究,确定最优分布式控制策略,并与空冷阵列集中调速策略相比,多目标分布式最优控制在显著提高了机组冷端运行经济性的同时,降低调节过程的机械电气损耗,显著提高空冷机组的控制品质。研究结果可为直接空冷机组的优化节能安全运行,提供理论依据和工程参考。

关键词： 双三相永磁同步发电机   矢量控制   容错控制   硬件在环   实时仿真  

摘要： 多相电机相较于三相电机具有更平滑的转矩输出、更高的效率以及更加优异的控制性能,近些年来被广泛应用于航空航天、交通运输和工业自动化等领域。然而,随着相数的增加,多相系统的故障概率也相应提高。本文以双三相永磁同步发电机(Dual Three-Phase Permanent Magnet Synchronous Generator,DTP-PMSG)为研究对象,针对其缺相故障及电流传感器故障的容错控制技术进行了研究,具体开展工作如下: 首先,对电机的建模方式及矢量控制技术进行了研究。DTP-PMSG建模通常采用双d-q坐标变换或矢量空间坐标变换作为解耦变换方式,为研究两种坐标变换之间的关系,对存在电感耦合的双d-q坐标变换作进一步解耦处理,得到了完全解耦的双d-q坐标变换。针对三种坐标变换方式,分别研究了对应的电机模型及矢量控制架构,为后文不同容错控制的研究奠定了基础。 然后,针对DTP-PMSG缺相故障下的容错控制策略进行了研究。基于定子磁势不变原则,分别以最小铜耗以及相电流幅值最小为优化目标,计算了一相开路后剩余相电流的参考值并给出了控制实现方式。在此基础上提出一种混合控制方式,通过引入加权系数实现了DTP-PMSG缺相故障下的多目标优化及平滑切换。 其次,针对DTP-PMSG电流传感器故障下的容错控制进行了研究。以双d-q矢量控制为基础,设计了基于滑模的全阶电流观测器,实现了电流传感器一相故障下的三电流传感器容错控制;在矢量空间坐标变换的基础上,结合电机结构进行分析,提出了DTP-PMSG两电流传感器下的矢量控制;通过将两电流传感器矢量控制与滑模观测器相结合,实现了DTP-PMSG单电流传感器下的容错控制。 最后,基于RT-LAB搭建了DTP-PMSG硬件在环实时仿真平台,验证了DTPPMSG的多种矢量控制方式;搭建了电机缺相和电流传感器故障下的故障注入模型,并验证了所提容错控制策略的有效性,为DTP-PMSG多种容错控制策略的验证及优化提供了一种快速有效的验证方法。 图70幅,表5个,参考文献77篇。

关键词： 自适应动态规划   故障容错控制   航天器姿态控制系统   最优控制   神经网络  

摘要： 随着航天事业的蓬勃发展,越来越多的航天任务正在或即将开展。然而,系统精密且价格不菲的航天器却要长期工作在强辐射、高昼夜温差等条件恶劣的太空环境之中,这对航天器本身的安全性和可靠性提出了很高的要求。针对航天器相应系统的容错设计就是保障系统安全性和可靠性的有效手段。而由于航天器姿态控制系统的执行器需要长期保持工作,其发生故障的概率比较大,且其一旦发生故障很可能会导致航天器姿态控制性能的下降,甚至造成航天器姿态系统的失控并丢失整个航天器,所以针对航天器姿态控制系统执行器的容错控制十分必要。 本文利用自适应动态规划方法开展对航天器姿态系统执行器故障的容错控制研究,提出的容错控制方案不仅能够使故障后的航天器姿态系统保持稳定,还能对系统的控制性能进行一定程度的优化,从而实现了对故障后系统稳定性和控制性能优化的统筹兼顾。本文的主要研究工作如下: (1)针对单航天器姿态控制系统的执行器恒偏差故障和姿态运动学子系统受到的非匹配干扰,提出了一种基于自适应动态规划和自适应滑模的容错控制方案。首先使用自适应动态规划的方法设计滑模面,该滑模面可以抑制运动学子系统所受到的有界干扰。针对恒偏差故障,提出了一种由自适应估计方法获取故障信息,滑模控制方法利用该故障信息完成容错控制的方案。 (2)针对单航天器姿态控制系统执行器的时变偏差故障和时变干扰,提出了一种将自适应动态规划和基于障碍函数的新型自适应滑模控制相结合的容错控制方案。其首先为时变故障以及时变外界干扰设计了自适应辨识器,从而准确估计系统的不确定性,同时减弱了滑模控制的抖振。而后,利用自适应动态规划算法设计近似最优滑模面,从而事先给定了系统到达滑模面后的目标动态。最后使用基于障碍函数的自适应滑模控制着重处理了由有界但界未知的辨识器估计误差对系统所造成的不良影响,且控制效果良好,滑模变量可以在有限时间内到达预设的收敛区间,且能防止控制增益过估问题的出现。 (3)针对单航天器姿态控制系统执行器的部分失效故障和外界干扰,提出了一种基于自适应动态规划和积分滑模控制的容错控制方案。该方案首先利用自适应动态规划和Backstepping相结合的方法设计积分滑模控制的连续部分,其中利用自适应动态规划方法设计Backstepping方法的虚拟控制部分。而后,设计自适应估计器估计执行器故障和外界干扰的边界,最终实现了对故障航天器姿态控制系统的自适应鲁棒控制。 (4)针对多航天器姿态控制系统执行器的部分失效故障和失控故障以及干扰,提出了一种基于自适应动态规划和自适应控制分配的分层结构的容错控制方案。该方案首先设计了自适应分布式观测器,从而将领导航天器的信息传递给了每一个跟随航天器,而后基于自适应动态规划设计了鲁棒控制器来应对扰动的影响,最后利用基于模型参考自适应的控制分配方法在不需要故障检测与诊断模块的条件下实现了对故障的容错控制。 本文基于自适应动态规划方法针对航天器姿态控制系统不同类型的执行器故障所开展的容错控制研究,均经过严格的理论分析和仿真验证,其为该领域的相关设计提供了新的思路,为该领域的容错控制设计提供了有效的理论基础和工程参考。

关键词： IGBT power module   gate inductance   digital gate driver   switching loss   current overshoot   voltage overshoot   gate voltage spike  

摘要： This paper clarifies the effect of gate inductance L-g inside IGBT modules on gate voltage spikes when a digital gate driver is employed. Three IGBT modules with different L-g were fabricated to implement double pulse tests by conventional gate driving and digital control gate driving with three-step vectors. Itwas found that the tradeoff between switching loss and voltage/current overshoots can be improved by digital control, but a large gate voltage spike was generated when gate-driving vectors were changed. And the spike voltage V-g_ spike was positively correlated to the L-g. Although the V-g_ spike can also be suppressed by decreasing the difference of gate driving vectors between the first and the second steps, the improvement of the tradeoff is weakened. Therefore, it is required that the L-g inside the IGBT modules should be reduced to suppress the V-g_ spike while improving the tradeoff by the digital gate driver at the same time. Furthermore, by analyzing the oscillation of the V-g_spike, it indicates that there should be some other stray elements, which couple L-g and the stray capacitance inside IGBT chips, affecting the V-g_spike.

关键词： C0半群   共尾理论   指数稳定性   最优控制  

摘要： 可修复系统因故障停止后,通常需要一些时间来恢复或重新启动,即重启延迟.具有重启延迟的可靠性模型能够更真实地描述工程系统,因此该类模型逐渐成为可靠性领域研究的热点问题.本文研究了通过补充变量法和马尔科夫过程建立的具有重启延迟的复杂可修复系统的可靠性.本文首先介绍了由两个子系统R和T串联构成的复杂可修复系统的数学模型.再通过选取适合的状态空间,将模型转化为Banach空间中的抽象Cauchy问题.其次,利用预解正算子和C0半群理论,证明了系统动态解的存在唯一性.然后通过分析系统算子的谱分布,并利用预解正算子和共尾理论得到系统的指数稳定性.最后,通过以指标泛函作为衡量系统可控性的标准,并采用极小化序列的方法得到了系统的最优控制元.