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关键词： 中果皮   聚乙烯醇   电子皮肤   LabVIEW   水凝胶   响应电路  

摘要： 柑橘类水果是世界上产量最高的水果种类之一,同时中国也是最大的柑橘生产国,柑橘年产量已超6000万吨。其中约有一半的柑橘被鲜食,另外约有40%被用于制造水果罐头、果冻、蜜饯等加工产品。然而随着柑橘类水果的加工生产,大量柑橘皮固体废料产生。目前这些废料大多通过垃圾填埋处理,这种方式成本低廉但造成了极大的资源浪费与环境污染,如何有效利用柑橘皮固体废弃物实现经济价值和环境价值的双重提升,已成为关注的焦点。 中果皮来源于这些废弃果皮中,具有产量大与环境友好等优点,同时中果皮含有丰富的纤维素、果胶与黄酮等物质,纤维素能增强力学性能、黄酮具有消炎、抗过敏等作用是不错的生物质材料。但在实际应用中将中果皮整体组织结构破坏后,难以发挥其机械性能,这时我们需要引入其他材料与中果皮复合互相增强机械性能。 本文工作将从CuBDC的合成PVA/HA、PVA/HA/CuBDC、PVA/HA/Mesocarp、PVA/HA/CuBDC/Mesocarp复合水凝胶的合成、复合水凝胶的性能测试及使用水凝胶的响应电路设计与实现方面进行展开: (1)以对苯二甲酸与硝酸铜为原料通过溶剂热法合成,利用XRD与FT-IR来证明CuBDC的成功制备。通过三次循环冻融法来制备聚乙烯醇(PVA)、透明质酸(HA)、CuBDC与中果皮的复合,分别制备了PVA/HA、PVA/HA/CuBDC、PVA/HA/Mesocarp、PVA/HA/CuBDC/Mesocarp四种水凝胶。通过傅里叶红外光谱分析验证了复合水凝胶的成功合成。经过X射线光电子能谱比对可以看出PVA/HA/Mesocarp水凝胶的显示出铜离子与氧原子价态变化,与傅里叶红外光谱的结果相互印证了离子键的生成。我们进一步探究了四种水凝胶材料(PVA/HA、PVA/HA/CuBDC、PVA/HA/Mesocarp、PVA/HA/CuBDC/Mesocarp)的多个关键性能参数,包括力学性能、导电性能、抗菌性和温敏性等。聚乙烯醇因为含有丰富的羟基和易延伸的柔性链段能够溶于水并且与其他物质共混提升力学性能同时其生物相容性优异,CuBDC的多孔洞结构能为水凝胶提供离子通道并能够与中果皮里的果胶发生反应。在力学性能方面,将聚乙烯醇、透明质酸CuBDC与中果皮的复合后,复合水凝胶的断裂伸长率和拉伸强度均有所提高,分别达到了290%和0.3MPa,负荷达500g证明中果皮能有效增韧并取得良好效果,同时CuBDC的加入能够与中果皮中的果胶产生协同作用更好的促进其力学方面的增强。导电性能方面,我们观察到PVA/HA/CuBDC/Mesocarp复合水凝胶表现出最高的导电性,并且具有良好的稳定性。抗菌性在水凝胶材料中至关重要,与对照组PVA/HA相比,PVA/HA/CuBDC复合水凝胶展现出最佳的抗菌效果抗菌率达到99%,这与其中铜离子的抗菌特性密切相关。 (2)通过将PVA/HA/CuBDC/Mesocarp水凝胶与电源和DAQ采集卡相连接,以实现游戏与材料之间的互动。一旦施加垂直应力于水凝胶,DAQ采集卡将立即捕获并传输数据至Lab VIEW软件中。借助Lab VIEW编程,我们将这些数据转换为游戏中小鸟的飞行高度,从而精确控制小鸟的运动轨迹通过柱子障碍物获得分数。通过设计的互动系统,玩家可以直接通过对水凝胶施加力来操纵游戏中的小鸟,为水凝胶传感体验增添了新的趣味性和互动性。

摘要： 《集成电路与嵌入式系统》是由北京航空航天大学主办的综合性学术期刊,聚焦集成电路领域的关键问题,致力于为行业内的专家学者提供交流和分享的平台,为高层次人才自主培养提供重要支撑,促进产学研的深度融合,共同推动我国集成电路产业的稳步发展。征稿范围《集成电路与嵌入式系统》主要刊载与集成电路和嵌入式系统相关的综述和学术论文,具体涵盖电路与系统理论及技术、大规模集成电路设计与制造、嵌入式与系统优化、混沌与非线性电路、传感器与物联网、信号与信息处理系统等方面。

关键词： ESD现象   全芯片ESD防护   集成电路  

摘要： ESD现象产生的原因主要是两个物体发生直接接触或者静电场感应，由于它们的静电势不同，从而引起静电荷的传输。ESD的失效模式主要有突发性完全失效和潜在性失效。家用影音设备中ESD现象将导致器件的使用可靠性和抗静电能力下降。家用影音设备集成电路ESD防护设计的重点包括选择合适的ESD防护器件、精简和紧凑的设计、低电容优化和提升响应速度。

关键词： PFC-LLC   驱动电源   前馈控制   间歇控制  

摘要： 近年来,随着照明应用领域的发展,LED(Light Emitting Diode)光源技术正全面且快速的提升,长寿命、低纹波、高效率的驱动电源技术成为了当前研究的热点。相对单级结构,采用AC-DC两级拓扑架构在保障隔离的基础上,具有更高的效率和更稳定的输出,在LED驱动电源中占据主流地位。本论文选择Boost PFC(Power Factor Correction)和LLC谐振变换器构成的两级式LED恒压源为研究对象,对控制算法和硬件设计等关键技术进行研究,主要内容描述如下。 Boost PFC电路在断续工作模式下,输入电流波形畸变导致设备功率因数低,是当前重要研究的问题。本文针对前级PFC电路,对电路进行小信号建模并设计电压电流双闭环控制,在此基础上分析了PFC变换器在断续模式下产生输入电流畸变的原因。为了减少由电流畸变引起的功率因数下降,研究了一种以传统的平均电流控制为基础的占空比前馈控制策略。通过将断续导通模式的电感电流采样校正为实际电感电流的平均值,同时引入占空比前馈控制,提高系统的功率因数。通过仿真验证了系统具有良好的稳态和动态性能。 轻载工作效率低是LLC谐振电路变频控制的固有问题,解决这一固有问题,对提高驱动电源的稳定性、改善工作性能具有重大意义。本文首先对后级LLC谐振变换器的工作原理进行分析确定直流电压增益函数,并总结各系统参数对变换器工作性能的影响。然后对LLC正常工作时,电压控制动态响应慢的问题,增加电流内环,形成电压电流双闭环控制,并进行PI参数补偿;针对双闭环控制下轻载效率偏低的问题,设计间歇控制方法提高轻载工作效率。并搭建仿真实验平台,验证研究方法的可行性。 根据上述理论分析,以TMS320F28034为控制核心,对主电路参数、驱动电路、辅助电源和采样电路进行硬件电路设计与软件设计,完成500W实验平台的搭建。最后基于此实验平台对所研究的内容进行了实验验证。相关的实验结果证明了所设计LED驱动电源及其控制方法的可行性与有效性。

关键词： 忆阻器   理想压控阈值型忆阻仿真器   忆阻混沌系统   混沌图像加密   忆阻联想记忆电路  

摘要： 自忆阻器作为第四种基础无源元器件被提出以来,其独特的非易失性存储能力、纳米级微小尺寸以及可与CMOS兼容的高集成度等,使得忆阻器在混沌电子学、通信加密以及人工神经网络等领域具有广泛的应用前景。 本文首先对两种忆阻器模型进行了分析和设计。深入研究了理想压控阈值型忆阻器的数学模型并对其进行了电路设计,通过软件仿真和硬件电路实验,验证了研究的可靠性。文章还深入分析了一种具有余弦窗口函数的阻值连续可变改进型忆阻器,详细探讨了该模型数学参数对其特性曲线的影响。忆阻器模型的研究为下文的电路设计奠定了基础。 其次,将理想压控阈值型忆阻仿真器应用在了混沌系统的设计之中。在理想压控阈值型忆阻器的数学模型的基础上,设计了一个四阶忆阻混沌系统。通过动力学分析方法,从多个角度探讨了其混沌特性。同时,还特别观察了当单一系统变量变化时,该系统混沌动力学行为的演变趋势。为了验证这一忆阻混沌系统的实际应用潜力,在仿真软件和数字信号处理器(DSP)实验平台中实现了该忆阻混沌系统。 接着,本文提出一种忆阻混沌图像加密算法,将明文的影响渗入到了密文当中,构建了基于局域网的双机加密图像通信平台,利用忆阻混沌系统实现了图片的加密传输,从直方图、相邻像素相关性、密钥敏感性以及裁剪攻击等多方面分析了该忆阻混沌图像加密算法的安全性和抗攻击性能。 最后,文章以阻值连续可变改进型忆阻器为核心,设计了忆阻联想记忆电路。基于巴普洛夫联想记忆实验的联想记忆模型,设计实现了忆阻神经元电路与忆阻神经突触电路,模拟了生物神经元以及神经突触的功能,并且构建了具有巩固学习功能的巴普洛夫联想记忆电路。 本文研究内容不仅丰富了忆阻器在混沌电路以及混沌加密传输领域的应用,而且对忆阻器在人工神经网络中的联想记忆领域进行了一定探索,为忆阻器的实际设计和应用提供了有益的参考和实验依据。

ISBN: (纸本)9787040608717

关键词： 锂电池组   不一致分析   双层拓扑结构   模型预测控制  

摘要： 面对能源危机和环境污染问题日益严峻,世界各国正在努力探索绿色可持续发展道路,纷纷推出了减排的重要举措。我国在“双碳”目标的提出下,积极推进能源结构的转型。在此背景下,以新能源汽车为核心推动力的锂离子动力电池市场迅速发展。为应对动力电池组对更高功率和电压的要求,许多电池供应商采取串联和并联电池单体的方法来满足要求。由于工艺、工况等多种因素,电池组不可避免地出现不均衡问题。在这样的背景下,主动均衡技术应运而生。常见的总线式均衡结构不仅限制了均衡的速度和路径,而且高频开关也增加了能量损耗。同时,不精确的均衡控制方法也可能导致重复均衡。为此,本文针对上述问题主要开展了以下研究: (1)针对电池组不一致性出现的原因进行分析,并且为了验证电池组不一致参数的影响,利用实验室现有设备搭建电池组测试平台,进行了电压、内阻等参数不一致性实验,从而选取可以稳定衡量电池能量的指标作为均衡变量。 (2)针对常规电池组均衡效率低、均衡路径少的问题,设计了双层均衡拓扑结构,底层采用的是基于升压电路与LC相结合的电路结构,顶层采用的是基于多绕组变压器反激变换的电路结构。随后,对两种结构进行工作模态分析、均衡效率分析和仿真验证。 (3)针对均衡过程中可能出现的重复均衡现象,设计了分组趋近的均衡规划和模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)。此外,在电池组模型、约束条件、均衡目标的基础上,设计了基于增益调度时间-效率的模型预测的均衡电流控制方法。 (4)针对上述提出的均衡结构和策略,设计了软硬件平台,其主要包含:状态检测模块、双层均衡结构执行模块、运算与控制模块。在上述软硬件平台上,结合所提出的均衡策略,进行了均衡实验。该实验针对两种不同的电池组失衡场景进行了测试。实验结果显示,本文研究设计的均衡结构和策略对串联电池组有着良好的均衡效果。