高压大容量变频调速系统关键技术分析与研究

高压大容量变频调速系统是电力电子技术领域的重要研究方向之一,也是当前我国节能减排的一项重要技术措施.本文针对高压大容量变频调速系统研发中的一些关键科学技术问题进行分析和讨论,如大容量开关器件应用特性、高压大功率变换器拓扑结构、变换器瞬时过程认识以及用于大容量变换器分析的基础理论方法等.结合实际的高压大容量变频调速系统,在系统安全工作区、脉冲优化管理、杂散参数的量化分析及其结构优化设计、系统主电路整体优化设计和多CPU协调控制等方面进行了详细分析,给出相应的实验结果.     

非正弦供电多相感应电机稳态性能分析

性能分析是电机优化设计的基础,由于非正弦供电多相感应电机稳态性能分析计算远比传统三相感应电机复杂,进行相关研究则具有理论意义与实用价值.在3次谐波注入的非正弦供电多相感应电机中,以基波等值电路与3次谐波等值电路为计算工具,考虑气隙磁场的非对称分布性并用拓展分布磁路法计算基波与3次谐波感应电动势,通过3层迭代计算出给定稳态运行工况下的基波与3次谐波电流等变量进而得到电机的性能指标,分析中强调了对节点气隙磁密的内层迭代过程与对激磁电流的中间层迭代过程不同于传统三相感应电机相应迭代过程的特点.以非正弦供电十五相感应电机原理样机为例,分析了不同稳态工况下的运行性能,计算结果与实验结果相互吻合说明了分析计算方法具有高的准确度.     

传导电磁干扰的精确定量预测方法

针对电磁兼容领域传导干扰预测存在的通用性不强、精确度不够和实用性差的现状，提出了干扰源集中等效与模型估计方法、基于器件开关暂态过程的干扰源建模方法和变换单元干扰源的双重傅立叶积分建模方法，实现了干扰源全频段的建模；提出了基于灵敏度分析的寄生参数确定方法、金属壳体地回路阻抗的精确建模方法和部分单元等效电路精确建模方法，解决了干扰耦合通道的精确描述问题；结合上述2个方面实现了传导干扰全频段（0～10MHz）的精确定量预测，不仅通用性强而且实用性好．最后提出了一种新型面电流测量方法解决了大尺度金属壳体电流分布的测试难题，结合相关实验证明了上述理论和方法的正确性．     

一种参数化的机载雷达最优处理新方法

雷达目标检测中, 最优处理器能够自适应地调整权值以跟踪环境的变化, 而最优权值的计算则需要依赖大量独立同分布(i.i.d.)的干扰样本. 因此在机载雷达非均匀的杂波背景中, i.i.d.样本数不足常导致最优处理性能的恶化. 文中在考虑杂波内部波动的基础上, 形成了一种修正的多普勒分布式杂波(DDC)模型, 并以此提出了一种参数化的最优处理新方法. 区别于现有方法, 新方法将最优权值计算转换为对DDC模型的参数估计, 即估计角频率中心和扩展. 并采用一种低复杂度的非线性能量算子实现上述参数的估计. 通过理论分析和仿真实验表明新方法对i.i.d.样本数的要求显著下降, 并具有运算量小、易于实现的优点.     

基于椭圆的形状描述与检索方法

研究了基于椭圆逼近形状轮廓的图像检索方法. 对形状进行了规范化研究, 保证了形状的检索与形状的位置、方位和大小无关. 研究发现任何封闭的形状都可以用一组椭圆来描述, 并且用这些椭圆可以惟一地重构原形状轮廓. 提出了用椭圆参数描述形状和检索相似形状的新方法. 根据不同椭圆对形状轮廓贡献的不同, 将形状分为高频椭圆和低频椭圆, 低频椭圆描述了形状的宏观特征, 高频椭圆描述了形状的细节特征, 提出了二阶段的形状检索方法. 实验结果表明, 该方法有较好的查询效果.     

三值光学计算机一种限制输入一步式MSD加法器

在已有三值光学MSD加法器研究工作的基础上,对限制输入符号的一步式MSD加法器进行了进一步研究.本文简要介绍了一般一步式MSD加法器的原理,其核心是"中位变换"、中位变换表和对应的中位变换器等概念.通过限制输入符号,得到了简化的2位中位变换表.通过分析这个2位中位变换表,获得了2位中位变换V子变换、U子变换和中位变换器主变换,设计了相应的变换器光路图.在此基础上,根据限制输入一步式MSD加法器原理设计了它的结构.通过对中位变换器和一步式MSD加法器的软件模拟以及实物实验,证明所设计的一步式MSD加法器有效.该加法器将成为三值光学计算机的基本部件之一.     

超音速分离管内多组分气体分离的相平衡计算

建立了超音速分离管内多组分气体分离的相平衡数学模型, 并给出了相应的计算方法. 用所提出的模型和求解方法对用于中试的天然气净化分离管内天然气的相平衡特性和分离效果进行了预测, 并与实测结果进行了比较. 结果表明, 预测结果与中试实验结果基本吻合, 证明所建立的数学模型和计算方法的可靠性, 能够较精确地预测气体超音速分离管分离得到的气液两相各组分含量等相平衡参数以及流量、密度等流动参数, 也为超音速分离管的结构优化提供了理论根据.     

参数不确定情况下结构系统重要性分析

为分析随机变量分布参数的主观不确定性对结构系统安全性能的贡献,建立了分布参数主观不确定性对结构系统功能函数和可靠度指标基于方差的重要性测度模型.通过对功能函数的各阶矩进行一阶泰勒展开,将局部参数灵敏度的计算和重要性测度的计算联系起来,并利用功能函数的各阶矩来近似结构系统的可靠度指标,从而建立主观不确定性参数对功能函数和可靠度指标影响的重要性测度求解方法.通过对数值算例和工程算例的分析,对比说明了文中方法在保证计算精度的条件下具有高效性,同时计算结果也提供了减小结构系统输出响应变异性和提高结构系统可靠性的途径.     

基于随机-区间混合不确定性的风机性能可靠性分析

针对抑制风机性能失效的工程问题,基于可靠性分析理论,将拉丁超立方试验设计、近似模型与计算流体动力学分析技术相结合,研究了一种基于响应面的风机性能混合不确定性分析方法.该方法通过引入区间不确定性,有效地解决了由于缺乏实验样本而导致的知识不确定性建模问题,极大地扩展了可靠性分析技术在流体机械研究中的适用性.引入随机和区间不确定性参数对风机系统进行描述,基于传统的一阶可靠性分析方法,建立了风机性能的随机-区间混合可靠性分析模型.采用重整化群湍流模型计算了风机的流量、压力、轴功率、效率等性能参数,得到了性能函数.由于计算流体动力学的计算效率较低,研究了响应面求解混合可靠性模型的有效迭代算法,并计算了风机性能失效概率区间.应用该方法对某轨道交通列车风机性能进行研究,分析了风机全压的失效概率和可靠性指标与不确定参数的灵敏度问题,甄别了不确定性参数对系统可靠性的影响,并从可靠性角度提出了提高风机性能可靠性的工程措施.     

两步EFOP参数估计的递推算法

经验频域最优参数（EFOP）估计方法是基于时域估计和频域估计的一种系统辨识方法．其优点在于能够降低噪声影响，对小样本数据的随机系统具有较好的辨识效果．利用松弛算法而建立的两步EFOP方法，可适用于ARMA和Box-Jenkins等模型．文中对受干扰的随机系统，推导出两步EFOP方法的递推算法．对新的递推算法进行了仿真，并利用实验结果分析和验证了该算法的有效性．     

最少变量数边界元提取三维VLSI互连电感与电阻

为得到高频复杂结构三维互连电感与电阻需求解电磁场涡流问题. 提出一种三维涡流计算模型, 在导体与无限大自由空间中利用矢量磁位表示其中的电磁场, 得到间接边界积分方程, 并利用边界元离散化技术进行求解. 这种方法避免对导体体积区域进行离散; 作为一种间接边界元方法, 它具有最少的变量数; 由于不对导体中的电流方向进行限制, 可以计算互相垂直导体之间的互电感和互电阻. 数值计算结果利用2-D解析解进行了验证; 计算了互相垂直导体在不同频率和间距下的互电感和互电阻.     

基于属性测度的辐射源识别方法研究

对辐射源识别问题进行了研究, 提出了一种采用属性测度理论对辐射源进行识别的新方法. 给出了对雷达侦察设备上报的辐射源参数数据进行属性识别的方法、步骤和多指标权系数的确定方法. 针对战场环境下多传感器系统获取的雷达辐射源信息具有时间上的冗余性, 文中又将该方法推广到多传感器系统. 将属性测度与D-S证据理论相结合, 利用文中给出的属性测度计算方法构造证据理论中的基本概率赋值函数. 最后以雷达辐射源用途识别和体制识别为例, 对单传感器和多传感器的情况分别进行计算机仿真实验, 结果验证了这一方法的正确性和有效性.     

微细金属丝表面熔融盐自然对流传热实验与数值模拟研究

为了得到熔融盐自然对流传热规律,本文在数值计算的基础上,采用焦耳加热方法首先对水平微细金属丝在空气和水中的自然对流传热规律进行了实验研究,在验证了实验方法,实验系统及实验设备选择的可靠性后,对熔融盐硝酸锂的自然对流传热规律进行了实验研究.结果表明,无论是计算结果还是实验结果,都与考虑黏性耗散影响的Fand关联式符合较好.     

镁合金AZ31焊接温度场的红外测量和数值模拟

采用非致冷焦面红外热像仪研究、测量了镁合金AZ31钨极氩弧焊的焊接温度场, 并通过红外测温数据对焊接温度场数学模型的计算参量进行了校正. 在此前提下, 利用数值模拟方法弥补了弧光干扰区域的温度场缺失, 得到了整体焊接温度场. 温度场分析结果为焊后微观组织状态研究提供了分析基础.     

层叠式锂离子电池展向温度分布的分析解及基于分析解的热设计优化

大型锂离子动力电池的热相关问题是限制其在电动汽车上大规模应用的主要问题之一.单体电池的热模型是进行电池热设计、改善电池热特性的重要工具.根据热模型的求解方法,可分为数值解和分析解两类.在现有文献的研究中,数值解占据了主要地位.但是,分析解因具有计算量小、可实现设计变量的全局优化等优点,在电池热设计和电池组热管理系统中可发挥重要作用.例如,在电池热设计中,分析解可全面考察多个设计参数连续变化下对电池热特性的影响,以进行多设计参数下的全局优化.本文首先对一款大型层叠式锂离子电池进行了数值热模拟和实验验证,数值热模拟的结果与多枚热电偶的实验测量结果吻合良好;然后,基于数值热模拟的结果提取了层叠式电池温度分布和产热率分布的主要特点,进而假设温度呈展向平面分布、产热率均匀分布;针对简化后的电池热问题,利用双重积分变换方法提出了分析解;最后,使用分析解开展了电池的热设计优化工作,讨论了不同电芯尺寸和极耳布置方案下的电池热特性.     

新型HfO2栅介质中的频散效应及参数提取方法

本文研究了原子层化学气相淀积ALCVD(atom layer chemical vapor deposition)方法淀积的HfO2/SiO2/p-SiMOS电容的电特性.高频时,积累电容出现了频率色散现象.针对双频C-V法测量超薄HfO2/SiO2堆栈栅MOS电容中制备工艺和测量设备引入的寄生效应,给出了改进的等效电路模型,消除了频率色散.研究发现,高k介质中存在的缺陷和SiO2/Si处的界面态,使高频C-V特性发生漂移.对禁带中界面态的分布进行归纳,得到C-V曲线形变的规律.研究了形变的C-V曲线与理想C-V特性的偏离,给出了界面态电荷密度的分布,得到了相对于实测C-V曲线的矫正线.通过比较理想C-V曲线和矫正线,提取了平带电压、栅氧化层电荷、SiO2/Si界面的界面态密度等典型的电学参数.     

基于模糊PID的数字控制在DC／DC变换器中的应用

针对DC／DC变换器这种非线性系统，提出了一种基于模糊PID的数字控制方法。该方法通过对输出电压的偏差及偏差变化率的识别，进行模糊推理，实现对PID控制器参数的在线调节。电流连续模式和断续模式下的Buck变换器仿真结果表明，该方法能有效减小系统的超调量，提高系统的响应速度，缩短系统的调节时间，增强控制系统的动态性能。     

基于干扰观测器的一类不确定非线性系统鲁棒自适应控制

本文利用干扰观测器和Backstepping方法,提出了一类不确定非线性系统的鲁棒自适应控制方案.首先,利用径向基神经网络(radial basis function neuralnetwork,RBFNN)设计干扰观测器,并通过对RBFNN参数的自适应调整来逼近系统干扰.基于干扰观测器的输出,采用Backstepping方法设计鲁棒自适应控制器.在所设计的鲁棒自适应控制器作用下,闭环系统所有信号达到半全局一致有界稳定.闭环系统稳定分析表明适当地选取设计参数可以确保所有系统状态是一致有界的.最后,仿真结果验证了所提出的鲁棒自适应控制方案的有效性.     

基于栅极信号的功率器件老化特征分析

本文研究栅极动态信号在功率器件故障预测上的应用.首先介绍了功率器件栅极动态信号反映的相关失效机制,并分析了栅极动态信号的老化特征及影响因素.提出了老化特征提取方法,选定动态过程时间,动态过程面积比率作为老化特征.使用降频错位采样的方法还原高频采样下计算的老化特征,降低利用动态信号进行故障预测的采样频率,以提高方法可行性.通过NASA公布的数据集进行实验验证,提取的老化特征明显,降频采样达到了预期效果.     

降雨入渗过程中土质边坡的固-液-气三相耦合分析

边坡降雨入渗过程伴随着地下水湿润锋面的推进、孔隙气体的迁移和土体的变形,涉及土体固-液-气三相耦合作用.以往对边坡在降雨入渗条件下的非饱和渗流过程及其对边坡稳定性的影响研究大多基于单相流（Richard方程）模型或水-气两相流模型,而较少从固-液-气三相耦合角度分析孔隙气体迁移和土体变形对降雨入渗过程和稳定性变化过程的影响.本文基于连续介质力学原理和混合体理论,建立了边坡土体固-液-气三相耦合数学模型和有限元数值模拟方法.采用Liakopoulos砂柱排水实验成果验证了耦合模型和计算程序的正确性,深入分析了气体边界条件对排水过程的显著影响.在此基础上,采用固-液-气三相耦合模型,研究了土质边坡在降雨入渗过程中的地下水渗流、气体迁移以及变形和稳定性演化过程,揭示了孔隙气体迁移过程和土体变形过程对边坡湿润锋面的推进以及稳定性变化的阻滞和延缓作用.研究成果对于暴雨诱发滑坡机理与防治研究具有一定参考价值.