教学课程资源库 更多>>

关键词： Modular multilevel converter   STATCOM   Reliability   Modulation strategies   IGBT blocking voltage  

摘要： The modular multilevel converter (MMC) is an attractive option for medium- and high-voltage static synchronous compensator (STATCOM) application. For this application, three aspects are relevant. Firstly, reliability and efficiency are directly related to the operation costs of this converter. Secondly, either high IGBT blocking voltage capability, featuring few number of submodules (SMs), or low-voltage IGBT modules, with a larger number of SMs, can be employed in an MMC-STATCOM. Lastly, either modulation strategies with fixed or variable switching frequency can be employed. Nevertheless, the literature does not present works evaluating these three aspects of an MMC-STATCOM at the same time. Therefore, this paper analyzes the impact of modulation strategies and number of SMs on wear-out failure and efficiency of an MMC-STATCOM. The effect of all SM components is considered. Two distinct modulation strategies are selected: phase-shifted pulse-width modulation (PS-PWM), with fixed switching frequency, and nearest-level control with cell tolerance band algorithm (NLC-CTB), with variable switching frequency. Four commercially available semiconductor blocking voltages are considered to evaluate the converter with different number of SMs. The results demonstrate that the number of SMs and the modulation strategy affect the MMC-STATCOM performance. Indeed, the converter presents different reliability at system-level and energy losses per year, depending on the IGBT blocking voltage and modulation strategy. The design with higher IGBT blocking voltage is the most affected.

关键词： Insulated gate bipolar transistors   Temperature measurement   Wires   Junctions   Voltage measurement   Monitoring   Temperature sensors   Condition monitoring   insulated gate bipolar transistor (IGBT)   junction temperature measurement   reliability   thermosensitive electrical parameter  

摘要： Junction temperature monitoring and bond wire detection are crucial for the condition monitoring and protection of insulated gate bipolar transistor (IGBT) and freewheeling diode (FWD). on-state voltage drop is one of the most popular parameters for junction temperature estimation and bond wire detection. However, there is still a lack of cost-effective on-state voltage drop measuring techniques for both IGBT and FWD with a fast response. This article proposes an in situ junction temperature monitoring and bond wire detecting method based on IGBT and FWD on-state voltage drops. The proposed technique can measure the on-state voltage drops of IGBT and FWD online with high accuracy and fast response. The on-state voltage drops of IGBT and FWD under low load current are linearly dependent on their junction temperatures. Besides, the on-state voltage drops under high load current are closely related to the bond wire degradation. Therefore, the junction temperatures and bond wire conditions of both IGBT and FWD can be monitored based on the on-state voltage drops during a period of alternating current. The experiment results validate the feasibility of the proposed on-state voltage drop-based method for junction temperature monitoring and bond wire detecting. The proposed method has characteristics of high response speed, noninvasiveness for normal converter operating, and simple structure.

关键词： 磁通切换   永磁电机   多目标优化   齿槽转矩   矢量控制  

摘要： 随着我国石油开采的不断深入,高黏稠油井和深油井的开采状况越来越普遍,导致机械采油难度和成本大幅增加,传统抽油机效率低下、高能耗等问题也随之而来。结合现阶段我国促进节能降耗的新举措,新型抽油机的研究对于降低油田开发成本,鼓励能源产业发展至关重要。与传统的转子永磁电机不同,磁通切换永磁电机(Flux-Switching Permanent-Magnet Machines,FSPM)克服了定子永磁型电机的弱点,成为最有前途的双凸极结构永磁电机。本文首先阐述了磁通切换电机的背景及研究现状。通过对传统型FSPM进行详细描述,通过类比传统型FSPM的工作原理,论证了V型FSPM具有相似的磁通切换原理、绕组一致性和互补性,解释了反电动势输出波形为正弦波的缘由,为后续进一步论证适用于矢量控制策略提供了数学模型。其次,依照本设计方案中V型FSPM和传统型FSPM各个参数之间的关系得到电机的初始参数尺寸,并给出总体设计流程,并对两种电机进行比较分析,包含磁场分布、永磁磁链、空载反电动势、电感、转矩和铁损等方面,研究表明与之前的理论对应。最后,为了提高电机的效率、输出转矩,降低齿槽转矩,本文采用基于多目标优化算法和有限元法,研究一种6/8极V型FSPM主要尺寸参数变化对电机总体性能的影响,最终得到最适合于该电机的主要结构参数的参考值,这些参考值将为其他V型FSPM的设计、优化和控制奠定基础。基于Matlab/Simulink建立了V型FSPM的矢量控制仿真,所得结果证明了数学模型的正确性及具有良好的稳态性能。

关键词： 癌症免疫治疗   恶性肿瘤   最优控制   粒子群算法  

摘要： 恶性肿瘤严重威胁人类健康。近年来,免疫疗法对恶性肿瘤的治疗取得重要进展,引起广泛关注。嵌合抗原受体T(CAR-T)细胞治疗是一种针对恶性肿瘤的免疫治疗方法,对治疗血液肿瘤等有良好效果。然而,CAR-T细胞治疗的大范围推广还面临许多重要挑战。特别地,病人对治疗过程的反应与回输CAR-T细胞的数量和活性程度等都密切相关,回输CAR-T细胞的数量和活性水平对治疗效果有重要影响。本课题针对这一问题进行研究,建立数学模型定量研究肿瘤进展过程与回输CAR-T细胞数量和状态之间的关系。 本文根据CAR-T细胞治疗过程中CAR-T细胞与肿瘤细胞相互作用的分子调控机制,建立包含CAR-T细胞成熟过程异质性与免疫杀伤过程的细胞治疗动力学模型;通过所建立的数学模型研究相应肿瘤演变过程对关于CAR-T细胞和肿瘤细胞不同初始条件的依赖关系,并由所得到的定量关系讨论CAR-T细胞治疗中回输细胞不同对治疗效果的影响。主要结果包括以下内容。 首先建立恶性肿瘤CAR-T细胞治疗的数学模型并进行定量分析。结果表明当输入CAR-T细胞数量不足时无法遏制肿瘤细胞生长;而当回输CAR-T细胞数量足够多时,治疗效果依赖于回输细胞活性的分布,初始细胞中幼稚细胞或成熟细胞过度集中会引起治疗效果滞后或者后续不足。通过对模型的计算模拟实验发现当回输CAR-T细胞的活性程度满足同时具有幼稚细胞和成熟细胞的双峰分布时,可以取得较好的治疗效果。 为进一步研究关于CAR-T细胞初始活性分布的最优控制问题,本文根据单位分解方法,将所求初始分布分解为多个独立分布的线性组合,采用粒子群算法求解线性组合系数的最优解,通过组合系数得到取得最优治疗效果时关于初始分布的最优解。 最后比较初始肿瘤细胞数量和回输CAR-T细胞数量的关系,发现治疗效果对回输CAR-T细胞数量具有较强的依赖性。当CAR-T细胞数量不足时无法达到有效治疗效果,而存在依赖于肿瘤细胞数量的CAR-T细胞数量阈值,当初始CAR-T细胞数量大于该阈值时治疗效果无明显改进。通过数值计算进一步发现该阈值与初始肿瘤细胞数量存在正相关关系。 通过本课题研究的成果,针对肿瘤CAR-T细胞治疗的临床问题,给出治疗效果与治疗过程和量化控制之间的关系,根据所得到的关系为临床治疗中CAR-T细胞回输的数量、活性成熟度的分布和回输频率等提出理论建议,具有重要的社会价值和理论意义。

关键词： 恒风量控制   风量估算   永磁同步电机   矢量控制   中央空调  

摘要： 随着人们对生活环境要求的不断提高,在满足基本的制冷、制热需求基础上,用户对舒适恒温、空气净化、换新风等需求也在逐步显现。而这些功能的实现,离不开恒风量控制。风量是空调送风系统的一个重要参数,保持风量的恒定是确保室内温度、湿度、舒适度和清洁度的关键因素。风量输出的大小是风机和管网系统相互作用的结果,与整个系统的风阻、静压密切相关,由于空调的应用场景负责多样,管网系统的风阻、静压各不相同,另外空调长时间运行后也有可能因为过滤网脏堵引起静压的变化。如何确保稳定的风量输出是空调实现稳定、舒适、节能的关键因素,因此本文以多联式中央空调的轴流风机为控制对象,针对风机和管网系统中的恒风量输出进行研究。本课题使用的风机为永磁同步电机(PMSM),根据永磁同步电机特性,建立了电机的数学模型,研究了FOC(Field-Oriented Control)磁场定向控制技术的原理。搭建了矢量控制系统的仿真模型,并结合实物电机参数进行了仿真研究,为实现恒风量控制奠定了基础。分析了风机和管网系统的特性曲线,推导出电机控制参数与风量和静压之间的关系式,提出一种根据电机电流、转速实时估算出静压和风量的方法。依据风量计算公式建立了风量PI控制器的模型,调整了相关控制参数并仿真验证了风机在静压/风量变化时的动态特性和稳态精度,其误差满足设计要求。依照风机控制对象的具体需求,整个控制系统以Infineon的IMC101T-T038为控制核心构建,根据电机负载特性探讨了模块的选型并设计其外围电路和器件参数,结合控制需求设计相应通讯、EEPROM和AD采样电路,并制作了样机。在软件方面则详细阐述了风机控制系统的各程序的控制流程图。最后搭建实验测试平台,测试确认了电流、速度、位置控制器的控制参数,实测波形与仿真结果一致,运行平稳。以某型号轴流风机作为测试验证对象,收集样机在不同静压和风速下的风量、电流等数据,加以整理归纳并拟合出相关计算参数。分别测试控制系统在静压/风量变化时风量输出变化。结果表明,在此两种情况下均与仿真结果接近,控制误差满足设计要求。

关键词： 信号时序逻辑   预设性能控制   卡尔曼滤波   深度强化学习  

摘要： 计算机科学领域开发了诸如模型检测等形式验证技术,以此来验证系统的属性是否满足形式规约。但控制领域的研究者则面临着更加巨大的挑战,即如何设计一个良好的控制器使得系统的状态轨迹可以满足给定的规约。本文采用信号时序逻辑对控制任务建模,分别从控制和优化学习的视角研究了线性系统在信号时序逻辑约束下的控制器设计方法。本文工作主要包括如下三个方面: 第一,针对信号时序逻辑约束下一类未知线性系统的跟踪控制问题进行了研究。将线性系统的控制任务用信号时序逻辑描述,并基于预设性能控制的方法给出了鲁棒、无抽象、计算效率高的反馈控制方案。通过分析表明在该控制律下闭环系统保持稳定性即意味着系统的状态轨迹能够满足信号时序逻辑规约。最后通过Lyapunov定理证明了闭环系统的稳定性。 第二,从最大后验角度出发,提出了一种对带异常值观测噪声鲁棒的改进卡尔曼滤波算法。首先将传统卡尔曼滤波算法状态更新问题转化为损失函数最小化问题,并用Log-Cosh函数替代其中的l2范数,以此来提高算法的鲁棒性。而后进一步推导出了改进卡尔曼滤波算法的更新方程,并用其优化信号时序逻辑约束下线性系统的跟踪控制。 第三,研究了信号时序逻辑约束下基于深度强化学习的线性系统最优控制问题。将线性系统与环境的交互建模为马尔可夫决策过程,并将其拓展为一个增广马尔可夫决策过程,以此来解决深度强化学习算法无法直接应用于信号时序逻辑规约的挑战。在此基础上,本文设计了一种基于深度强化学习的网络化线性系统控制器,并训练控制器在未知系统模型和网络环境下学习最优控制策略。

关键词： 非线性疲劳损伤模型   可靠性   寿命预测   功率循环试验  

摘要： 悬浮斩波器作为中低速磁浮列车的核心驱动装置,是整车可靠性评估的关键。而功率可控硅模块是悬浮斩波器的核心器件,因此应当研究模块的退化过程。近年来,半导体功率器件的可靠性和寿命预测模型研究得到了国内外的广泛关注,但已有的寿命模型不适合解释半导体功率器件的载荷加载顺序效应,并且在解释模块退化过程时存在局限。本文针对这一问题,即如何解释悬浮斩波器功率模块的退化过程,进行其寿命评估,开展了以下方面研究:1、建立了IGBT模块的寿命预测模型。基于集总参数法,建立IGBT模块的电热模型。建立了适合统计IGBT模块载荷的数据统计模型。基于对损伤变量处理方式的不同,分析比较了不同类型的疲劳损伤模型,建立了一种基于寿命曲线法和损伤变量修正式的非线性疲劳损伤模型。最后提出一种模型优化方法。优化后的模型能够在不考虑载荷间相互作用的前提下,解释载荷加载顺序效应,并更好地解释损伤发展过程。2、开展了IGBT模块的加速寿命试验。分析了IGBT模块失效过程的加速性,选定了恒应力定数截尾的加速寿命试验类型,依据IGBT模块加速失效机理选取了主动式功率循环的加速寿命试验方案,并制定了相应的控制策略。搭建了功率循环试验平台,完成了多物理场退化数据的采集,并验证了键合线失效是功率循环试验的主要失效机理。3、完成了试验数据的分析与预测模型的优化。根据试验取得的瞬态热阻抗数据,拟合得出了等效热模型参数。依据试验取得的退化状态发展数据,拟合得出三种疲劳损伤模型的参数,并定量分析了三种模型的拟合优度。结果表明,其中最合适的模型对退化状态发展数据有着很好的解释能力。最后完成寿命预测模型的优化,结果表明,采用优化算法的模型能够解释载荷加载顺序效应,并具有相应损伤发展机理依据。4、分析了影响悬挂斩波器IGBT模块寿命的关键因素。对输入电压波动、环境温度变化以及模块参数漂移三个因素进行了分析比较,指出了每个因素需要考虑的关键问题。

关键词： 谣言传播   最优控制   媒体报道   抑制率   目标免疫策略  

摘要： 随着互联网技术的发展,许多社交平台也应用而生,如:微信,Facebook等.但是科技进步在给人类生活带来便利的同时,也使得谣言在网络上的传播更加容易.网络谣言的产生给人类的生活带来了很大的影响,甚至可能会危及生命.所以,对网络谣言传播机制和规律的研究以及提出更加有效的谣言最优控制策略具有非常重要的意义.本文的主要研究内容如下:　　(1)现有的遗忘记忆机制模型大多没有考虑迁入率和迁出率对谣言的影响,实际上在谣言的传播过程中,考虑迁入率和迁出率是很有必要的,也没有考虑到冬眠者转变为抑制者的可能性.而且现有模型多是采用常数传播率,并没有考虑到谣言个体接触信息次数对谣言传播的影响.因此本文首先考虑了双极社交强化因素和唤醒机制,建立了一种具有双极社会强化的ISHR谣言传播动力学模型,利用下一代矩阵理论得到基本再生数,通过构造Lyapunov函数证明了无谣言平衡点和正平衡点的全局稳定性,对参数遗忘率!和失去兴趣率θ进行了最优控制分析,计算得到了一个最优控制解.利用数值模拟对系统的稳定性分析结果进行了验证,对基本再生数R0的相关参数进行了敏感性分析,并对敏感性较强的遗忘率δ和失去兴趣率θ进行了优化控制分析.仿真结果表明,基本再生数随增强因子的增大而增大,随衰退率的增大而减小.积极地社会强化促进谣言传播,消极的社会强化会抑制谣言传播.媒体控制可以减少谣言传播者的数量,与其它几种控制方式相比,最优控制可以使传播者数量显著减少,实现了控制目标和控制成本之间的平衡.　　(2)针对媒体报道不仅对传播率会有影响,而且对抑制率也有影响,基于此考虑抑制率为关于媒体报道的函数,建立了一个媒体信息影响下的网络谣言传播模型.对该网络模型进行动力学分析,计算得到谣言传播阈值.通过构造Lyapunov函数证明了无谣言平衡点和正平衡点的全局稳定性,对参数ξ和λ进行了最优控制分析,计算得到最优控制解.最后分析了两种免疫策略对谣言传播的控制效果,通过对两种免疫策略进行仿真.结果发现,随机免疫对谣言传播能够起到群体控制的作用,与随机免疫策略相比,目标免疫策略能够有效的降低谣言传播者密度的最终规模,甚至达到无谣言平衡状态.此外,目标免疫策略针对度值较大的谣言传播者控制更加有效,这也导致媒体累积信息量更低,从而降低媒体宣传成本.

关键词： 驱动集中布置   预设空间降维法   总性能最优   容错控制   动态避障  

摘要： 近些年来,3C电子产业发展迅速,为了追求携带方便和拓展新技术,产品也逐渐向小型化发展。针对这种产品装配工作,基本都是通过人工进行作业,因此工作强度也日益增加。为了能够更好的提高产品的装配质量,许多厂商都购买和使用现有的高速轻载机器人,作为人工装配作业的辅助性系统来协助完成产品的装配任务。普通工业机器人不具有冗余自由度,无法进行能力优化、容错和避障,因此限制了其在协同作业任务中的发展。针对上述问题,本文以自主研制的平面4R冗余机器人展开以下方面的研究:首先,本文陈述了课题的研究背景和意义,总结了驱动集中布置、总性能优化、容错控制和避障方法的优劣势和研究现状,凝练出相应的研究关键点。对冗余机器人进行设计,绳索驱动拥有一定的优越性,可以将绳索换成同步带,然后将电机集中后置,这种布置方案能够降低各个关节的承载力提升了作业效率,从根本上降低了能耗。为后续算法提供了合理的实验平台。其次,提出了基于加权M-P伪逆的预设空间降维法运动学逆解,为后续容错控制奠定了基础。采用拉格朗日法进行动力学建模并通过ADAMS对算法进行验证,为后续总性能最优提供了模型基础。将总能量、总力矩和广义结束时间多个指标进行加权融合,通过粒子群优化得到最优结束时间,对优化前后进行了数据对比,验证了优化结果的合理性。再次,本文从提高机器人容错性能方面出发,将机器人进行轨迹跟踪时,各时刻性能指标采用主成分分析法进行处理,得到综合评价函数,以此函数作为评价指标对发生故障后影响整体性能最大的关节进行合理调度,从而达到最优的资源协调分配策略,降低机器人发生故障后对整体性能的影响。再次,为保障协作者的安全,本文从提高机器人协作能力方面出发,在不影响末端跟踪轨迹的情况下,进行动态避障。通过建立合理的损失函数并集合梯度投影法实现冗余机器人动态避障,通过仿真进行验证了算法的有效性。最后,通过实验平台对上述算法进行验证,结果表明,仿真和实验验证了上述算法的有效性。