教学课程资源库 更多>>

关键词： 转炉倾动   DP网络   西门子S120   PI-P主从  

摘要： 转炉倾动控制在转炉生产中至关重要，在某些钢厂的改造项目中，业主要求采用控制器功率单元一对一控制的方案，DP网络下6SE70的光纤通讯无法在西门子S120中使用。因此本文提出了基于S120变频器，采用CBE20扩展和西门子DCC的PI-P主从控制方案，实现了从机故障连续生产，主机故障自动切换的目标，保证了生产的安全和连续。

关键词： 电潜泵   变频器   人工智能   自适应控制  

摘要： 针对电潜泵变频器控制系统中存在的非线性、时变性和不确定性等问题，提出了一种基于人工智能的自适应控制技术。通过引入深度学习算法和强化学习机制，实现了对电潜泵运行状态的实时监测和智能调节。实验结果表明，该方法能有效提高电潜泵系统的控制精度和运行效率，为油田智能化开采提供了新的技术支撑。

关键词： 超结   半超结   绝缘栅场效应晶体管   载流子存储   雪崩耐量  

摘要： 超结绝缘栅场效应晶体管（Super-Junction Insulated Gate Bipolar Transistor,SJ-IGBT/SJBT）,将经典IGBT的一维纵向电场分布拓展为二维,能有效提升IGBT的性能,被认为是IGBT未来的重要发展方向之一。具有载流子存储层的超结IGBT（Carrier-Storage SJ-IGBT,CS-SJBT）,可以改善超结柱（SJ-pillar）由于高掺杂浓度带来的电导调制能力不足的缺陷,有效改善SJ-IGBT的折中关系,因而得以快速发展。商用全超结650 V CS-SJBT产品刚问世,但针对CS-SJBT的理论和可靠性研究尚存不足:首先是具有CS层的全超结650V CS-SJBT的工作机理及其相比于经典N型漂移区IGBT（N-drift IGBT,NDBT）的差异和优势,认知并不统一;其次是半超结（Semi-Superjunction,Semi SJ）技术在1200 V IGBT中的作用机理和效果尚未完全清晰,尤其缺乏可供参考的设计实例评估Semi SJBT的性能水平;同时针对CS-SJBT的雪崩耐量的研究还未见相关报道。 本文以工业界常用的45μm SJ-pillar为基本超结结构,重点研究具有CS层的650V全超结和1200V半超结CS-SJBT的器件特性与机理,基于45μm多层外延（Multilayer Epitaxy,Multi-Epi）超结工艺平台开展了650V/1200V CS-SJBT的设计研制,并重点研究了650V全超结CS-SJBT的雪崩耐量,具体内容包括: 1.650V全超结CS-SJBT的折中关系与工作机理 在全超结650V CS-SJBT方面,研究了其静动态性能折中受柱区掺杂浓度影响的趋势,给出了最优掺杂浓度的确定依据,将传统超结金属氧化物半导体场效应晶体管（SJ-MOSFET）中受柱区掺杂浓度影响的击穿电压-导通压降(BV-Ron)折中关系转移/扩展到CS-SJBT中的击穿电压-开关损耗(BV-Eon/Eoff)折中。并基于将SJBT相比于NDBT的优势明晰为降低开关损耗。通过仿真CS-SJBT在导通和开关过程中的载流子和电场分布规律,展示了SJ-pillar在CS-SJBT中的作用机理。这些研究统一了对全超结CS-SJBT工作机理和优势的认知。 2.基于Multi-Epi超结工艺的650V全超结CS-SJBT器件研制 基于45μm多层外延SJ-pillar和槽栅场截止（Trench Field-stop,Trench-FS）工艺平台,研制了具有CS层的全超结650V/30A CS-SJBT。测试结果表明:CS-SJBT的静态特性参数BV/Vth/Von/Area分别为711V/3.9V/1.71V/3.4×3.4mm2,均与同电压量级商用NDBT相近;动态特性参数td,on/tr/Eon/td,off/t_f/Eoff相比于Trench-NDBT降低75%/41%/59%/54%/30%/35%,且与微沟槽（Micro-Parrten-Trench,MPT）NDBT相当;综合优值是Trench NDBT的1.7倍,是MPT NDBT的1.3倍。 3.650V全超结CS-SJBT雪崩耐量研究 实验和仿真研究了全超结650V CS-SJBT的雪崩耐量。在非钳位感性开关（Unclamped Inductive Switching,UIS）条件下,测得650V NDBT/SJBT的雪崩失效电流分别为2.7 A/7.8 A,对应雪崩能量大小分别为36.5 m J/307 m J,其中SJBT的有源区面积仅为NDBT的39%。仿真结果指出,SJBT更强的雪崩耐量源于其击穿特性曲线在雪崩被测电流范围内呈正差分电阻特性,使得失效前的电流和热量均匀分布在SJ-pillar,从而抑制了雪崩应力下电热正反馈诱发的提前失效。正差分电阻/电热均匀分布强度均与超结柱的掺杂浓度正相关,因此更高的柱区掺杂浓度是其具有更强雪崩耐量的根本原因。 4.1200V半超结CS-Semi SJBT的机理与折中关系 以具有45μm SJ-pillar的1200V CS-Semi SJBT作为主要研究对象,明晰了Semi SJBT相比于NDBT/SJBT的差异:Semi SJBT利用全超结SJBT一半厚度的超结柱,实现了与全超结相近的薄晶圆和拖尾电流改善能力,将Thickness/t_f/Eoff从NDBT分别降低22%/87%/47%,同时关断电压过冲相比于全超结SJBT降低了47%,从而在1200V电压量级提供了良好的性能-工艺难度-可靠性折中。仿真给出了器件性能关键值随SJ-pillar厚度比例变化的趋势,为实际设计选取合理的SJ-pillar厚度提供了参考依据。 5.基于

关键词： IGBT   老化预测   深度学习   Bi-LSTM  

摘要： 电子电力技术的发展推动了功率半导体器件的广泛应用,其中以绝缘栅双极型晶体管IGBT为代表的第三代电子器件因具有低导通压降、高输入阻抗以及驱动功率小等优点而被广泛应用在多个领域。然而,IGBT抗过热、过压及抗冲击能力较弱,其故障可能导致设备损坏、经济损失甚至人身安全隐患,因此,对IGBT的老化预测至关重要。 本文的主要研究内容包括以下几个方面: （1）基于saber老化仿真测试选取失效特征参数。本文通过探究IGBT的内部结构和失效机理,重点分析键合线老化和温度变化对模块内部电气参数的影响,并在Saber仿真软件中建立特征参数与老化失效中的关系模型,选取能表征IGBT老化失效的特征参数集射极关断尖峰电压Vce-p。 （2）提出一种基于混合自适应思想改进的灰狼优化算法。针对灰狼优化算法在对IGBT进行老化预测时收敛速度较慢、易陷入局部最优解以及种群多样性不足的问题,本文基于混合自适应思想,通过整合混沌映射、非线性收敛因子以及自适应扰动机制对标准灰狼算法进行了优化,最后应用九个基准测试函数和IGBT老化数据集对改进灰狼算法进行性能测试,实验结果表明在测试函数和IGBT老化数据集上,改进灰狼优化算法在搜索速率与搜索精度方面都优于常规灰狼算法。 （3）基于KAN构架思想改进Bi-LSTM的网络结构。传统MLP-Bi-LSTM网络由于其全连接层的线性连接结构,通常需要大量的参数来拟合复杂的数据分布,导致参数效率较低和易出现过拟合现象。为了解决这一问题,本研究提出将KAN网络构架应用于Bi-LSTM网络构架中,将其固定的非线性激活函数替换为基于KAN架构中参数化的可学习非线性激活函数。这种设计不仅显著减少了网络的参数量,还提高了参数效率,老化预测实验的RMSE降低了46.7%,MAE降低了36.3%,MAPE降低了44.7%,为时序预测网络的优化提供了新思路。 （4）搭建性能退化测试平台并进行网络模型验证。本文制定了高应力下的性能退化测试方案,得到三组不同温度应力下的实验老化数据集。接着使用本文提出的IGWO-KAN-Bi LSTM模型在该数据集上进行训练和预测,并通过对比实验评估该模型的老化预测性能,实验结果表明,采用IGWO优化算法和KAN架构改进的IGWO-KAN-Bi LSTM网络相较于传统循环神经网路预测性能有了显著提升。

关键词： 生态流行病学模型   恐惧效应   双曲死亡率   恢复率   最优控制  

摘要： 生态流行病模型是物种间相互作用的一种典型模式,它对如何预防疾病在种群间的传播和控制疾病对种群数量的影响有非常重要的意义.自然界中恐惧效应、捕食者的死亡率和感染食饵的恢复率是真实存在的且会对种群动态产生影响.本文基于恐惧效应、捕食者的死亡率和感染食饵的恢复率,建立并研究了一类具有恐惧效应和双曲死亡率的生态流行病模型及其最优控制,探讨预防感染的控制措施对易感食饵种群数量的影响并给出相应的最优控制策略.本文主要研究成果如下: 首先运用微分方程定性理论分析该模型的动力学行为,并证明平衡点的存在性与全局稳定性条件.选取易感食饵的恐惧效应作为关键参数,研究Hopf分支的存在性.其次,利用拉丁超立方抽样和偏秩相关系数对模型的参数进行敏感性分析,选取灵敏度较高的参数进行分支分析.同时在模型中用双曲死亡率替换线性死亡率,利用数值模拟分析模型动力学行为的变化.最后研究使易感食饵种群数量最大、同时控制成本最小的最优控制问题.以预防感染作为控制变量,利用Hamiltonian函数和Pont-ryagin极大值原理得到最优控制策略. 研究结果表明感染食饵对捕食者的恐惧会抑制生态流行病在种群之间的传播;感染食饵的恢复率会使种群展现更加丰富的动力学行为,三种群先后经历周期振荡、三种群稳定共存和感染食饵趋于灭绝三种状态;双曲死亡率替换线性死亡率,会出现捕食者种群密度降低,感染食饵和易感食饵种群密度增加、系统由周期振荡变为三种群稳定共存或系统的振荡幅度降低三种情况.通过数值模拟发现以预防感染为控制变量得到的最优控制策略,有效的增加了易感食饵的种群数量,降低感染食饵的种群数量,对抑制生态流行病的传播与维护生态系统的稳定有一定的借鉴意义.

关键词： 带式输送机   软启动   液力耦合器   可控软启动传输装置   变频器   永磁同步电机  

摘要： 在当前许多煤电联营的电站项目中，煤矿至电站的燃煤运输多采用长距离大功率带式输送机。由于带式输送机在设计时要考虑重载启动工况，为保证带式输送机安全启动，应配置软启动装置。在工程应用中，软启动方式及装置多种多样，其特点及适用场合各不相同。着重介绍和对比目前应用较广的软启动装置的组成、工作原理、优缺点等，对不同工程选取软启动装置给出建议，具有一定的实践指导意义。

关键词： 制动能量回收   模糊控制   矢量控制   双Boost电路  

摘要： 微型电动车样式众多,使用场景广泛,在使用时常常频繁制动,伴随着车辆动能损失,而且微型电动车电池容量小、续航里程短,在电池技术暂时无法突破的情况下,将制动能量进行回收利用是延长续航、减少能源浪费的绿色减排措施。制动能量回收要求车辆的制动系统从传统的机械液压制动系统变为具有制动能量回收的复合制动系统,车辆制动系统需做到前轮、后轮和电机之间制动力的协调控制。本文将从制动力分配控制策略和电机制动发电控制方法等方面展开研究,具体的工作内容如下: 首先,提出微型电动车制动能量回收控制策略并进行仿真研究。对车辆的制动过程进行受力分析,考虑理想制动力分配曲线、ECE法规曲线和安全制动工况的要求,确定本文采用串联制动模式下分级控制的制动力分配曲线,优先进行后轮电机制动力分配;建立了以制动强度z、电池荷电状态SOC和车辆速度v为输入变量,以再生制动分配系数K为输出变量的模糊控制策略,实现后轮和电机在串联形式下的制动力分配;建立整车制动力分配仿真模型,根据CLTC-P(1部)循环工况分析制动过程的制动力分配情况和制动能量回收率。仿真结果显示,模糊控制比固定比例的能量回收率高7.3%。 其次,根据电机四象限机械特性分析电机制动发电的原理和回收控制方法,电机转速较高时,采用矢量控制进行能量回收,电机转速较低时,采用双Boost电路进行能量回收;由电机数学模型及其坐标变换原理,结合SVPWM技术进行电机矢量控制,根据Boost电路原理分析Boost电路工作模式和器件选型,设计双Boost升压电路;基于Simulink分别搭建电机矢量控制和双Boost电路仿真模型,分析电机转速、电流和转矩的控制效果并验证双Boost电路不同占空比的升压效果。 再者,开发永磁同步电机制动能量回收控制器硬件电路,它包括TMS320F28335芯片最小系统电路、电流采集电路、电压采集电路、MOS驱动电路、CAN通信电路等;并单独设计Boost电路。利用Simulink设计电机控制、CAN通信、电流电压采集等控制程序并生成代码。 最后,验证电机控制方法和软硬件设计的有效性。以某永磁同步电机为研究对象,由一台主动电机提供动力输出,带动永磁同步电机发电,实验表明电机在负q轴电流控制下产生反向电流,具备制动能量回收效果;使用双Boost电路进行升压实验,电机产生电能输出的同时也产生反向力矩。实验结果表明,矢量控制和双Boost电路具有使永磁同步电机制动发电的能力,可以应用在车辆制动能量回收控制上。

关键词： Insulated gate bipolar transistors (IGBT)  

摘要： As power electronic systems evolve towards higher power and density, the reliability of high-current Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) modules has gained increasing attention. However, most existing studies focus on degradation prior to bond wire lift-off under constant stress, overlooking the non-constant stress conditions and multiple degradation jumps common in practical applications. This paper presents a lifetime prediction method for bond wire degradation in high-current IGBT modules, utilizing degradation jump trends under non-constant stress without requiring extensive prior failure data. This method develops a novel degradation estimation model (DEM) that maintains the degradation indicator, on-resistance at the reference temperature (RCE0), independent of junction temperature and load current under non-constant stress. A DC power cycling test is modified to induce and validate bond wire degradation under non-constant stress. Additionally, a non-constant stress degradation model (NCSDM) is introduced to capture nonlinear degradation between varying stress levels. By detecting degradation jumps and analyzing their trends, the proposed NCSDM enables accurate lifetime prediction for individual high-current IGBT modules. Experimental results confirm the effectiveness and applicability of the proposed method. © 2013 IEEE.

关键词： IGBT   single drive   solid-state circuit breaker  

摘要： Solid-state DC circuit breaker (SSCB) has become a key component for fast fault isolation in high-voltage DC systems. However, their effectiveness often relies on complex series and parallel connections of numerous switches. To address the Low flexibility and redundancies problems inherent in conventional circuit breakers, this paper proposes a Single-drive series-parallel IGBTs all-solid-state DC Circuit Breaker Component (SCBC). The innovative approach can precisely control multiple series and parallel IGBTs by using only one gate driver and a small number of passive components. In this novel configuration, a shutdown signal triggers the first-stage IGBTs. Once activated, the energy storage capacitor causes the subsequent IGBTs to shut down continuously. In SCBC, the main switches are connected in series and parallel, the breaking current capability is improved. In particular, the componentized design concept makes the topology is extensible and enhances the flexibility of SSCBs. Finally, the operating principle and design guidelines of SCBC are illustrated in detail through the creation of a mathematical model and topology, and their effectiveness is demonstrated through simulation and experimentation. © 1986-2012 IEEE.

关键词： 退化抛物方程   系数识别   最优控制  

摘要： 最优椭圆与抛物方程控制问题是应用数学与控制理论的核心研究方向之一,涉及偏微分方程、最优控制及数值计算等多个领域.鉴于Black-Scholes方程在金融工程中的广泛应用,本文研究了一类退化椭圆及抛物方程的耗散系数识别问题.通过最优控制方法,我们将该识别问题转化为退化方程的最优控制问题,严格证明了最优控制的存在唯一性,并给出了最优控制的一阶必要性条件.最后,通过数值实验直观展示了在对源项有噪声扰动的情形下的识别结果. 本文针对一类退化椭圆及抛物方程的耗散系数识别问题展开系统研究,主要包括以下几个部分: 首先,本文探讨了退化方程的适定性问题.由于方程在退化边界处的扩散系数取值为零,经典抛物方程理论不再适用.我们通过加权Sobolev空间框架建立弱解的适定性,为后续最优控制问题的研究提供理论基础. 其次,本文研究耗散系数识别问题的最优控制模型,通过将反问题转化为优化问题,本文构造了适当的目标泛函,并证明最优控制的存在性.关键步骤为利用极小化序列的极限来验证控制泛函的下半连续性.接着,本文分析了最优控制的必要条件,利用变分方法推导出最优解应满足的一阶最优性条件并引入伴随方程.该条件将原问题、伴随方程及最优控制的关系耦合在一起,为数值求解提供理论依据.在理论分析的基础上,本文进一步证明了系统的唯一性.通过建立适当的先验估计,并利用反问题的唯一性理论,本文证明了在一定条件下,耗散系数可由观测数据唯一确定,从而确保反问题解的唯一性. 最后,本文采用数值方法对理论结果进行验证.正问题的数值求解采用改进的Crank-Nicolson有限差分法,其中退化项的处理结合有限体积法以保证数值稳定性.反问题的优化求解采用拟牛顿法中的L-BFGS算法,该算法具有较高的计算效率,适用于大规模优化问题.数值实验通过图像直观展示了识别出的耗散系数,并与理论结果进行对比,验证了方法的有效性. 本研究不仅丰富了退化椭圆及抛物方程的理论分析,也为实际工程中的参数识别问题提供了有效的数值求解策略.