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关键词： 肿瘤化疗   函数逼近   微分方程   最优控制   人工神经网络  

摘要： 肿瘤因其极高的致死率持续威胁人类健康,化学疗法作为一种通过抗癌药物靶向杀伤肿瘤细胞的治疗手段,始终在肿瘤治疗体系中占据重要地位。然而化疗治疗在杀伤肿瘤细胞的同时不可避免地会对正常组织细胞造成损害。为平衡治疗效果与毒副作用,可将化疗过程建模为最优控制问题,通过建立最优控制模型来实现治疗效果最优。而现实生活中药效作用模型大多是未知的,使得传统方法难以求解出对应的最优控制和最优状态。因此本文考虑三种药效作用的假设函数,针对肿瘤化疗过程中化疗药物浓度与药效作用关系未知的问题,开展了算法设计、优化系统推导以及相关数值实验等方面的研究,主要包括以下三个部分: 首先通过中心差分法生成训练数据集,使用多项式逼近、三角多项式逼近、人工神经网络三种方法近似生成药效作用模型,补全了整个肿瘤化疗反应模型。接着评估了三种方法对含噪声数据的容忍度并进行比较。结果发现在无噪声数据下近似log-kill假设中的药效作用模型时,多项式逼近方法近似效果更好,而添加噪声后人工神经网络方法近似效果更优。在近似Norton-Simon和Emax假设中的药效作用模型时,人工神经网络方法近似效果更优。 其次推导出三种药效作用的假设函数的优化系统,将前面生成的药效作用模型带入优化系统中,在求解过程中采用两点边值法,针对log-kill、Norton-Simon、Emax三种假设在不同的初始条件和噪声数据环境下计算相应的最优控制和最优状态,并将计算结果与在相同条件下通过两点边值法得到的真实的优化系统结果逐一进行比较分析,旨在评估所构建模型的准确性。结果发现人工神经网络方法在多数场景下效果优于多项式逼近和三角多项式逼近方法,尤其在噪声干扰条件中更具鲁棒性。 最后通过中心差分法生成训练数据集,进而利用多项式逼近、三角多项式逼近和人工神经网络三种方法,在不同噪声水平下对无药物作用下的肿瘤生长模型进行近似,再将近似模型应用于log-kill、Norton-Simon、Emax三个不同的假设系统中,进一步近似出三个不同假设条件下的药效作用模型,并对比近似得到的假设模型与真实假设模型之间的差异,以评估不同逼近方法的准确性。结果发现人工神经网络方法近似效果优于多项式逼近和三角函数逼近。这为肿瘤化疗的数学建模提供了新的视角,并为临床治疗决策提供了辅助支持。

关键词： 数字孪生   多物理仿真   科学机器学习   非侵入式模型降阶   算子推理  

摘要： 提出了一种新型数据物理双轮驱动的科学机器学习方法，可实现对大规模异质结构集成芯片的多物理系统超实时预测，构建真正具备物理内核的数字孪生模型。科学机器学习方法是一种非侵入式的模型降阶方法，主要包含时空快照降阶、低维算子推理两大模块。数十万自由度的IGBT电-热-力多物理耦合系统数值仿真实验表明，该方法仅使用前30%时域快照仿真数据作为训练样本，即可实现对后续场分布进行精准预测，均方根误差不超过8%。实验数据表明，有限元仿真用时25 h 15 min,基于科学机器学习的数字孪生模型构建时间仅需665.97 s,且数字孪生模型针对单一时间帧的多物理场推断时间仅需0.6 s。

关键词： L频段   低杂散   下变频  

摘要： 本文设计了一款L频段低杂散下变频器，该下变频器能够实现将L频段信号频率（750 MHz～1 450 MHz）下变频至70 MHz，下变频器的低杂散输出是通过采用两次变频方案并使用具有更高带外抑制的滤波器来实现的。该下变频器测试结果满足性能指标的要求，验证了下变频器设计方案的可行性。

关键词： 发电机组   变频器  

摘要： 针对传统发电机组因固定转速运行导致的效率低下、排放恶劣等问题,本文提出一种基于变转速发动机的动态发电系统创新架构。系统采用高频整流-逆变拓扑结构结合自适应控制策略,实现发动机转速与电网频率的动态解耦控制。通过轴向磁通永磁同步发电机与IGBT整流-逆变装置的协同优化,配合智能散热系统构建了可自主调节工作点的动态发电平台。实验结果表明,该系统可实现发动机持续运行于燃油效率最优区间,较传统方案燃油效率提升15%以上,NOx排放降低16%～35%,输出电能满足GB/T2820中G3指标。研究验证了变转速发电系统在能效优化与供电品质提升方面的技术可行性,为分布式发电装备的绿色升级提供了新的技术路径。

关键词： Insulated gate bipolar transistors (IGBT)  

摘要： The current equalization problem in the parallel application of IGBT modules is the most central problem. Compared to the static equalization characteristics, the dynamic equalization characteristics have more variable forms, including the rate of change of current, current peak value, and other process characteristic quantities, which are the problems to be focused on. Considering the influence of the inherent parameter differences in the control loops of parallel branches, this paper proposes a method of adjusting the delay time of the drive signal and changing the amplitude of the drive signal voltage to coordinate the control of the IGBT gate pulses of different branches and achieve the uniform control of the switching process current. In this paper, the influence of the drive signal delay time and drive voltage amplitude on the IGBT switching process current is investigated, the control parameter coupling relationship is analyzed, and the parameter setting method is optimized. Based on the actual IGBT module parameters, a mathematical model of the device operating characteristics was established, the parallel IGBT switching simulation analysis was carried out, and the drive of the application of the actual working condition test method was carried out. The results proved that the selected optimization design parameters can significantly improve the dynamic equalization of parallel IGBT module current, which verifies the feasibility of the drive control optimization parameter design method. © 2020 IEEE.

关键词： FS-IGBT   场限环   多重质子注入   关断特性  

摘要： 高压绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)是一种在电力电子领域中不可或缺的核心器件,尤其在中高功率应用场景中占据主导地位,被视为工业系统的“核心大脑”。其重要性不仅体现在广泛的工业应用中,还因其作为国家战略性基础元器件而备受重视。IGBT芯片主要由元胞区和终端区构成,元胞区负责电流的控制和传输,终端区则通过特殊设计来提高芯片的击穿电压和可靠性。本文致力于通过优化3300VFS(FieldStop)-IGBT的元胞与终端设计,以显著降低其导通压降。具体研究内容主要包括以下几个方面: 本文首先针对3300V FS-IGBT设计了元胞及配套终端结构,对关键参数进行了拉偏调整,包括元胞尺寸、载流子存储层注入剂量、环间距和Pring注入剂量等。通过对比分析这些参数调整对器件性能的影响并探讨其作用机理,最终确定了满足设计要求的优化参数。为提升产品落地的可行性,设计了带Floating Pbody的元胞结构,该结构在导通压降VCE,ON和击穿电压VBR的折衷特性上表现更优。同时,针对终端结构,设计了常规多场限环复合终端及带Nring的场限环复合终端,其中带Nring的场限环复合终端宽度为1200μm,较常规设计减小200μm,且两种终端的耐压均达到元胞耐压的95%以上,表现出良好的性能。 进一步地,本文深入探讨了多重质子注入缓冲层中各峰值的主要影响,并在此基础上提出了一种结合磷注入的缓冲层结构。通过精细优化磷注入剂量及配套的阳极注入剂量,最终在维持相同导通压降和几乎一致的关断特性的前提下,成功将150℃时的漏电流ICES降低了 41.3%。优化后的元胞在常温下的基本静态参数为:阈值电压VIH=6.1V,击穿电压VBR=4421V,导通压降VCE,ON=2.3V。在此基础上,本文通过对不同元胞及终端方案组合,设计了四种3300VFS-IGBT的版图方案。

关键词： 传染病模型   基本再生数   时间最优控制   渐近行为   Hopf分岔  

摘要： 本文对几类传染病模型的动力学行为和最优控制问题进行研究,主要包含以下内容:(1)一类包含三种感染类别的传染病模型的动力学行为分析与时间最优控制;(2)一类包含两个时滞的传染病模型的动力学行为分析和最优稳态控制.全文由以下四个章节构成: 第1章主要介绍传染病模型在动力学行为和最优控制方面的研究背景以及在传染病防控方面的实际意义,并由此引出本研究的国内外研究现状. 第2章对一类包含三种感染类别的传染病模型进行研究.首先求出该模型的基本再生数,然后通过洛必达法则和单调性原理,得出地方病平衡点的存在唯一性条件;紧接着,利用Routh-Hurwitz引理和LaSalle不变集原理,分别得到平衡点的局部稳定性和全局稳定性条件.然后,在资源有限的情况下,为了使传染病的感染人数在一段时间以后小于某个阈值,建立一个时间最优控制问题,并通过Filippov存在性定理证明最优控制的存在性,也通过对偶技术建立一个Hamiltonian系统,得到最优控制的具体形式.最后,通过分支定界算法和内点算法,对本章的理论结果进行数值模拟验证. 第3章对一类包含两个时滞的传染病模型进行研究,主要研究时滞对其动力学行为和最优控制策略的影响.首先得到该模型的基本再生数,进一步列出地方病平衡点存在的必要条件,紧接着利用Routh-Hurwitz引理和Hopf分岔的横截条件,研究系统的动力学行为.然后,结合生活实际,建立一个最优稳态控制问题,进一步使用Filippov存在性定理证明最优控制的存在性,并通过对偶技术建立一个Hamiltonian系统,得到最优控制的具体形式.最后,结合四阶Runge-Kutta算法,建立相应的正向方程和倒向方程,对本章的理论结果进行验证. 第4章对本研究进行系统地总结,并阐明本研究对于传染病防控的现实意义.同时,也指明本研究中的一些不足之处,并指出今后还可进行的一些研究方向.

关键词： 虚拟元方法   Stokes方程特征值问题   稳定化项   Stokes方程最优控制问题   误差分析  

摘要： 本文通过应用节点连续虚拟元空间和几种局部投影算子,建立了在几乎任意多边形或多面体网格上逼近Stokes方程特征值以及最优控制问题的稳定化等阶虚拟元方法.具体内容包括: 利用对Stokes问题速度-压力选择等阶离散空间逼近具有结构简单、在科学计算领域非常实用的特点,对速度和压力的逼近采用相同的一阶节点连续虚拟元空间和相同的自由度分布,建立了对Stokes方程特征值问题的稳定化等阶虚拟元方法,该方法通过对双线性型引入与压力相关的网格依赖稳定化项,克服了该问题因选择等阶虚拟元空间不满足离散inf-sup条件而产生的非物理振荡的问题,通过对速度、压力引入适当的投影算子,给出了可仅由自由度计算的虚拟元变分公式.在Stokes源问题误差估计的基础上,利用紧算子的谱近似理论,给出了特征函数以及特征值的最优收敛阶.最后通过在几种不同多边形网格上的数值算例,例证了理论分析的正确性以及上述方法的有效性. 将上述稳定化等阶虚拟元方法框架拓展至Stokes方程最优控制问题,推导了状态方程的等阶逼近,得到了控制变量的变分离散形式,并给出了离散的一阶最优性条件,最后给出了该方法的先验误差估计.