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关键词： Insulated gate bipolar transistors (IGBT)  

摘要： Health status monitoring of power electronic devices is essential for ensuring their safe and reliable operation. In recent years, monitoring switching transient electromagnetic voiceprint (EMVP) signals has emerged as a promising new indicator for assessing device health. However, the identification of aging states based on EMVP still relies on manual interpretation, leading to low accuracy. This paper presents a health status monitoring method for Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) devices using EMVP signals, applicable across various operating conditions. Specifically, we propose a spatiotemporal feature fusion cross attention neural network for aging state identification. Experimental results demonstrate that the network achieves an accuracy of over 95% in detecting the aging state of IGBT devices. Furthermore, a transfer learning approach is introduced to improve the model’s effectiveness and generalization ability when working with small sample datasets. The proposed monitoring method facilitates accurate and rapid evaluation of IGBT device aging states under diverse operational conditions. © 2013 IEEE.

关键词： 捕食系统   生态流行病   B-D型功能性反应   恢复率   最优控制  

摘要： 捕食系统中,鉴于染病种群会因自身免疫系统对疾病具备自我恢复的能力,且捕食者对易感和染病食饵种群的捕食能力有所区别.因此本文建立并分析了一类带有Beddington-DeAngelis型功能性反应(以下简称B-D型功能性反应)和恢复率的生态流行病动力学模型.本文分析了模型平衡点的存在性和稳定性条件,利用数值模拟验证系统平衡点稳定性条件、应用灵敏度分析得到模型受各参数变化的敏感程度以及应用分支分析讨论种群自愈率的变化对系统动力学行为的影响,并建立最优控制模型,为生态种群系统疾病的预防与治理提供一定的理论依据. 首先,运用微分方程定性理论和渐近自治系统理论对模型进行定性分析,确定系统存在七类平衡点,针对每类平衡点,详细探讨了其存在的条件,分析了其局部和全局渐近稳定性的充分性判据.结果表明,在不同参数条件下,系统呈现出多种的状态,具备丰富的动力学行为. 其次,通过数值分析,在内部平衡点存在的条件下,系统四种群最终稳定共存或呈周期振荡共存.对模型参数进行灵敏度分析,发现食饵自愈率、捕食者自愈率以及易感捕食者种群对易感食饵种群捕获率对系统有一定的影响.运用分支理论进一步研究发现,随着食饵自愈率增加,系统四种群先后经历周期振荡共存、稳定共存,易感食饵和易感捕食者两种群共存的状态;捕食者自愈率增加时,系统四种群也呈现类似规律;随着易感捕食者种群对易感食饵种群捕获率增加,种群会先后经历四种群稳定共存、周期共存和染病捕食者灭绝. 最后,建立了相应的最优控制模型,运用Pontryagin极大值原理,求出该模型的最优控制理论解.对最优控制策略进行数值模拟分析,结果表明,实施控制后,感染食饵和感染捕食者种群数量明显下降,而易感食饵和易感捕食者种群数量有所上升,有效抑制了疾病在种群中的传播,达到控制疾病的目的. 本文研究工作表明食饵和捕食者的恢复率影响染病捕食系统的动力学行为,能够有效降低染病种群的数量,为生态流行病学系统的控制和治理提供一定的理论依据.

关键词： 随机(p,N)-策略   双阈值(m,N)-策略   M/G/1排队   全概率分解   更新过程理论   队长分布   系统容量的优化设计   最优控制策略  

摘要： 本学位论文研究在随机（p,N）-策略控制下一个双阈值（m,N）-策略的M/G/1排队系统.利用一种直观的全概率分解分析技术,并结合更新过程理论及拉普拉斯变换工具,详细地对该系统的瞬态性质和稳态性质进行分析,并基于样品检测系统背景,从经济效益的角度出发讨论了系统的费用优化问题,并得到了使得成本费用最小的最优控制策略.因此,本学位论文分为以下三个章节: 在第一章中,基于现有的研究成果,提出了一类新的具有双重控制策略的排队模型――在（p,N）-策略控制下具有双阈值（m,N）-策略的M/G/1排队系统模型.运用更新过程理论、全概率分解技术,从任意初始状态出发,在多种情况下详细讨论系统队长的瞬态分布.最后,再利用拉普拉斯变换工具,得到在任意时刻t队长的瞬态分布关于时间的拉普拉斯变换表达式. 在第二章中,基于第一章得到的瞬态结果,我们讨论了系统在任意时刻t队长的稳态分布和其他一些排队性能指标.首先,通过洛必达法则和一些代数运算,我们直接计算获得了队长稳态分布的递推表达式,进而获得稳态队长分布的概率母函数和平均队长的表达式,并讨论了一些特殊情形.其次,通过队长稳态分布的数值计算讨论了系统的容量优化设计问题.再者,利用一些代数运算得到了稳态下系统的一些其他排队性能指标.最后,通过数值计算实例分析了参数p、m、N对系统的空闲率和附加平均队长的影响. 在第三章中,我们把检测系统检验样品过程用排队服务过程刻画,在建立系统的费用结构模型的基础上,利用更新报酬定理得到系统长期运行单位时间内所产生的期望成本费用函数的显示表达式.然后在没有平均等待时间和有平均等待时间约束下,通过数值计算实例确定了使得系统期望费用最小的最优控制策略（m*,N*）,并分析了参数p对费用优化和最优控制策略的影响.

关键词： M/G/1排队   (p,N)-策略   不中断多重休假   队长的随机分解   最优控制策略  

摘要： 研究在（p, N）-策略控制下耐烦服务员不中断多重休假M/G/1排队系统,其中每当系统变空时,服务员去进行一次不中断的休假,当服务员休假回来时,若系统中等待服务的顾客数大于等于事先设置的正整数阈值N（N≥1）,则服务员立即开始服务直到系统再次空竭;若系统中有顾客但顾客数少于N个,则服务员以概率p（0≤p≤1）开始服务,以概率1-p不服务,处于通常的闲期,直到系统中的顾客数累积到N时才服务.通过系统稳态队长的随机分解定理得到系统稳态队长分布的概率母函数和平均队长表达式,同时应用Little公式得到任意顾客的平均等待时间表达式.然后建立系统的费用结构模型,利用更新报酬定理推得系统长期运行单位时间的期望成本费用函数.进一步,在没有平均等待时间和有平均等待时间约束下,通过数值实例分别讨论系统的优化控制问题,并确定使系统费用最小的一维最优控制策略N*和当休假时间为T时的二维最优控制策略（N*,T*）.

关键词： 白车身装配线   控制系统设计   变频器故障诊断   深度学习  

摘要： 随着汽车工业的不断发展,生产过程的自动化和智能化已成为提升生产效率和产品质量的重要方向。白车身装配线作为汽车生产流程中的核心环节,其自动化水平对生产精度和效率具有至关重要的影响。在实际应用中,PLC控制系统因其高可靠性、灵活编程和易于维护等优点,广泛应用于白车身装配线的控制与管理。然而,尽管现有系统已在白车身自动化输送方面取得一定进展,产线中变频器故障诊断仍面临一些挑战,这直接影响着生产线的稳定性与运行效率。因此,本研究基于PLC设计了一套安全、稳定的白车身装配线控制系统,并在此基础上设计了一种改进的变频器故障诊断方法,旨在提高生产过程的效率和稳定性。本文的主要研究内容如下: (1)结合装配线的控制系统功能需求,对装配线的设计方案做了总体规划。硬件系统设计时,为了保障装配安全性,采用安全光栅、摆动门相结合的形式,并且采用了菲尼克斯PLC和SEW变频器。为了保障各个设备高效且快速的连接,利用Profinet现场总线通信技术,建立了PLC与生产线上其他设备之间的高速、稳定通信。 (2)根据不同工位的控制需求,白车身装配线被划分为安全接车、装配、安全送车三个主要区域,利用PLCnext Engineer软件对各个区域进行编程控制,涵盖功能块设计和程序逻辑编写。同时,为了保障人员安全,系统安全程序被单独设计及编写。此外,为了实现生产线间的高效协作,建立了PLC系统的工业网络架构,并制定了上下游两个相邻产线的跨系统通讯方案。 (3)在白车身装配线的正常运行中,设备的健康状态和稳定性至关重要。变频器是装配线中的易损设备,且在生产线中的部署较为密集,因此,研究与分类变频器故障显得尤为重要。由于现场变频器价格昂贵且拆卸困难,本研究采用MATLAB中的Simulink模块对变频器进行建模与仿真。通过分析仿真模型输出的三相电流波形,为后续故障诊断提供数据支持,确保生产线的健康稳定运行。 (4)为了解决传统神经网络在时效性和准确度方面的不足,本文设计了一种基于CNN-LSTM网络结构的变频器故障诊断模型。该模型充分结合了CNN在局部特征提取和LSTM在时序处理中的优势,有效提高了故障诊断的精度。同时,将故障诊断模型部署到嵌入式单机系统,并通过py PLCcom通信模块将故障编码数据传输至PLC控制系统,实时监测变频器的健康状态,从而提高产线的维护效率,确保装配线工作的连续性和可靠性。

关键词： 交通管理   智能网联   冲突消解   轨迹优化   最优控制   SUMO微观仿真  

摘要： 在智能网联环境下，为提升车辆通过无信控交叉口的安全性、高效性与舒适性，提出一种无信控交叉口智能网联车辆的冲突消解模型，以实现车辆通过交叉口次序的全局优化。首先，基于进入控制区和离开控制区的时间推导车辆到达各冲突区的安全时间间隔，对存在潜在冲突的车辆构建虚拟车队并建立冲突约束。其次，基于最大速度和加速度进行车辆最小行程时间推导，再以车辆总延误最小为目标构建冲突消解的非线性时序优化模型；针对车辆急加、减速问题，基于时序优化模型的结果，将车辆在控制区的初始状态和末端状态作为初始数据，利用最优控制理论进行轨迹优化。最后，通过Traci接口对SUMO进行二次开发以建立仿真场景并对所建模型进行仿真验证。结果表明，模型在不同交通量下的优化效果均优于“先到先服务”控制方法，车辆的平均行程时间和平均损失时间分别降低44.67%和78.33%；在轨迹优化方法的控制下，加速度干扰值降低了55.5%，能使车辆在冲突消解模型的控制下平滑地完成加减速过程，有效提升了交叉口行车舒适性。

关键词： 屏蔽栅   绝缘栅双极型晶体管   VCEON-EOFF折中关系   自偏置PMOS  

摘要： 由于硅基器件工艺较为成熟,绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）在新能源发电、电动汽车及智能电网等中高功率场景中仍然是主流器件。在"双碳"战略驱动下,进一步发展高性能低损耗型IGBT器件已成为推进电力电子装备升级与能源结构转型的关键突破口。因此为了进一步改善导通压降VCEON和关断损耗EOFF之间的折中关系,从而提升IGBT整体性能,本文基于传统载流子存储沟槽栅双极性晶体管（CON-CSTBT）提出了两种具有N型埋层的屏蔽栅IGBT新结构。主要工作如下: 1.提出了具有嵌入式沟槽发射极和N型埋层的屏蔽栅IGBT（REBN-SG-IGBT）新结构。该器件的主要特征是在P型基区注入了N型埋层,栅电极下方时屏蔽栅电极,并且P型基区、N型埋层和嵌入式沟槽发射极形成了一个自偏置PMOS。在正向导通时,PMOS关断,高掺杂的N型埋层能够显著增强了器件的正向导通性能。在器件关断时,PMOS自适应开启,可以作为漂移区中空穴的额外抽取路径,减小了器件的EOFF。此外,栅极下方采用屏蔽栅电极设计,降低了密勒电容,提高了开关速度,有利于降低器件的EOFF。因此,新结构具有更好的VCEON和EOFF的折中关系。仿真结果表明,相比于CON-CSTBT和SG-CSTBT,REBN-SG-IGBT的VCEON分别降低了17.9%和10.5%,密勒电容CGC分别降低了82.3%和51.9%。在相同的VCEON=1.19V时,REBN-SG-IGBT的EOFF分别降低了55.4%和33.0%。 2.进一步提出了具有N型埋层的三维屏蔽栅IGBT（3DBNSG-IGBT）新结构。该器件的特征在于栅极和屏蔽栅电极在三维方向交替排列,并且在P型基区注入了N型埋层,三维方向的屏蔽栅电极和P型基区与N型埋层形成了自偏置PMOS。屏蔽栅电极不仅减小了栅极和集电极的电容耦合,还减小了三维方向上减小了沟道密度,降低了器件的饱和电流密度。因此新结构不仅具有更好的VCEON和EOFF的折中关系,还具有更好的短路能力。仿真结果表明,相比于CON-CSTBT3DBNSG-IGBT的VCEON降低了9.6%,密勒电容CGC降低了75.4%。在相同的VCEON=1.32V时,3DBNSG-IGBT的EOFF降低了44.7%。此外,与CON-CSTBT相比,3DBNSG-IGBT在饱和状态下的饱和电流密度下降了39.7%,短路耐受时间提升了85.9%。

摘要： 基于矢量控制的新型交流感应式无刷励磁系统是针对现有无刷励磁装置难以起励，低速以及难以输出较大的励磁功率而提出的。无刷励磁系统的数学模型是在励磁机矢量控制的基础上进行详细分析的，然后在任意转速下调节励磁机的电压和相对于转子转速的旋转磁场，从而输出主电机所需的功率。同时对主机的励磁电流进行实时检测，并利用励磁机的定子电压和电流进行控制。模拟和实验结果表明，主机所需的励磁功率可以通过矢量控制的无刷励磁系统快速准确地输出。

关键词： Multichip modules  

摘要： Multichip insulated gate bipolar transistor (mIGBT) modules are the optimal solution for achieving high current and power capacity in industrial applications. Monitoring chip open-circuit failure caused by emitter bond wire lift-off is essential for enhancing the robustness and reliability of converters. This paper proposes an in-situ monitoring method for chip open-circuit failure in mIGBT modules, which is based on the pre-charge time of gate voltage (tPG). Theoretical analysis is conducted to derive tPG as a health sensitive parameter (HSP). The sampling and diagnostic circuits are designed in detail, and the effectiveness of the proposed method is validated through double pulse and converter tests. Experimental results indicate that when chip open-circuit failure occurs, tPG significantly decreases. The proposed method is independent of bus voltage and load current, and exhibits high immunity to junction temperature variations. It requires only measuring variations in gate voltage. Furthermore, this method provides a solution for monitoring and diagnosing of chip open-circuit failure without requiring microprocessor involvement, enabling plug-and-play functionality or integration into the gate driver circuit. The proposed method presents high safety, low invasiveness, and ease of implementation. © 1986-2012 IEEE.