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[硕士论文] 陈妤
电机与电器 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:超级电容由于具有充放电效率高、循环寿命长、功率密度高等特点,被广泛用于电动汽车、风力发电等应用中。超级电容单体额定电压通常在2.5~3V之间,所以需要将超级电容器单体串联以获得适应于供电对象的电压等级,制造过程中一致性的微弱差异往往导致串联超级电容组单体之间电压不均衡,严重影响了超级电容组储能容量和组串的使用寿命。论文研究基于Buck-Boost拓扑的电荷搬运型超级电容组均衡系统,论证方案的可行性并进行实验验证。
  分析了超级电容组均衡拓扑与控制方案,选定了Buck-Boost均衡拓扑结构实现均压控制。在此基础上使用simulink对提出的电路和均衡策略进行了五路超级电容组双闭环仿真;最后设计了超级电容均衡系统的硬件电路,包括主电路、辅助电路及信号采样控制电路。选用16位数字信号处理器dsPIC33FJ64GS606作为主控芯片,利用电感充放电的形式进行能量传递,根据实时采集到的电容端电压及电感电流信号,经A/D转换器后,送入数字信号处理器处理,编写相应的5路均衡算法程序,判断超级电容组的充放电状态,实时进行电压均衡控制。该系统采用电压电流双闭环的控制方案,通过占空比微调的方法,控制能量传递的方向,实现超级电容组端电压差值趋于一致,均衡电感电流最终趋于0,验证了提出的均衡电路和均衡算法的有效性。
[博士论文] 马龙
电气工程;电工理论与新技术 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
摘要:作为整数阶微积分理论的有力扩展,分数阶微积分能够更好地对复杂系统、过程和现象进行精确简洁地表征。伴随着分数阶微积分理论的发展,电气工程及其他领域中出现了大量分数阶建模的应用实例,涌现出一大批分数阶电路和系统。分数阶电路和系统的出现,一方面极大拓展了传统电路和系统的范畴,能够为用户提供更广阔的选择空间、更优异的电路性能和更多的设计自由度;另一方面由于分数阶参数的引入,使分数阶电路和系统表征出不同于整数阶电路和系统的特性,从而对传统电路分析与综合理论提出了新的挑战。
  近几十年来,国内外学者对分数阶电路与系统进行了大量研究,取得了丰硕成果,但由于分数阶微积分的复杂性,仍有许多问题亟待解决。例如,作为分数阶电路基础的分数阶元件性质研究仍需继续深入;分数阶元件的制造与实现方法的研究有待进一步发展和完善;作为器件和设备分数阶建模重要环节的分数阶电路综合研究才刚刚起步等。因此,开展分数阶电路的性质及电路综合方法研究,对发展完善分数阶电路理论,解决分数阶建模中关键问题,促进分数阶微积分理论在电气工程中的应用具有重要的学术价值和实践指导意义。
  基于上述分析,本文以分数阶电路与系统为主要研究对象,围绕分数阶电路性质和综合方法展开研究,通过借鉴和拓展传统网络分析与综合理论,推导获得了分数阶电路与系统的相关结论与定理。本文的主要研究成果如下:
  1.根据互易性定义,推导获得了流控(或压控)表征以及混合表征下的分数阶元件的互易和反互易条件;推导获得了二端非线性分数阶高阶元件的状态空间表征,根据可用能量定义,分14个区域讨论了二端非线性分数阶元件的无源和有源性;根据耗散矩阵定义,提出了线性分数阶元件的无源性判据,说明了与传统整数阶元件无源性条件的异同,重点讨论了分数阶耦合电感的无源性;针对分数阶电路中无源性与导抗函数正实性不再等价的问题,基于多变量正实函数的定义,提出了分数阶电路的多变量无源判据。
  2.以特勒根定理差分形式为基础,推导获得了分数阶二端元件、分数阶多口元件的时域和频域灵敏度公式,用于线性分数阶网络以及含非线性电阻的分数阶网络的灵敏度计算;基于广义对偶的概念,提出了线性多口元件的混合—传输表征,并以此为基础,结合相互互易的定义以及特勒根定理,给出了线性多口元件伴随元件的获取方法以及相对应的灵敏度公式。
  3.研究给出了分数阶串并联LC电路及分数阶LC传输线与传统RC、RL串并联电路及对应传输线之间的联系。重点研究了分数阶电容与分数阶电感阶次和为1情况下分数阶LC电路表现出的与传统RC和RL电路的异同、应用及灵敏度分析;提出一种基于商用AD844器件实现的分数阶元件变换器,能够实现分数阶元件类型、元件阶次和元件参数值的变换。
  4.提出了一种分数阶驱动点导纳和驱动点阻抗函数的多变量综合方法,重点解决了一类双元次分数阶驱动点导抗函数的综合问题。通过数值仿真算例及超级电容器的建模实例对所提出方法进行了验证。
[博士论文] 陶瑞祥
电气工程;电工理论与新技术 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
摘要:高压直流(HVDC)输电和地磁暴都会在大地中产生地电流场,为评估大地电流对交流电网、埋地金属油气管道、轨道交通供电系统等造成的影响,准确计算大地电流场分布至关重要。然而,目前的研究在求解直流输电接地极入地电流场时,很难兼顾接地极和大地模型的具体尺寸,在求解地磁暴感应地电流场时,现有研究大地模型尺寸跨度较小,不能满足当前研究地磁暴对大电网影响的需求。针对上述问题,本文主要研究内容及取得的成果如下:
  (1)针对多尺度恒定电流场,本文采用基于有限元的区域分解法进行求解,提出采用广义极小残量(GMRES)法进行区域分解迭代,并推导了不直接求解方程组系数矩阵的迭代过程,通过算例验证算法的正确性。在工程应用方面,为了更精确地求解直流输电接地极入地电流场,本文将接地极考虑到计算模型中,并采用本文的算法计算此多尺度模型,并将计算结果与现有文献计算结果在接地极附近区域进行对比,对比结果表明将接地极具体尺寸考虑在内的多尺度模型计算结果更加准确,此外,通过此算例验证GMRES迭代是比松弛迭代更高效的迭代方法。
  (2)将基于GMRES迭代的区域分解算法推广到多尺度时谐地电流场的求解中。由于地磁暴感应地电流大小与地磁场的变化率成正比,从风险评估的角度,对产生最大地磁感应电流(GIC)地磁场变化时段进行时谐等效。针对时谐地电流场,提出了采用棱边有限元的区域分解法,同样推导了基于GMRES法的迭代过程,并通过算例验证了算法的正确性和高效性。针对本文采用的基于GMRES迭代的区域分解法,在保证计算得到的地磁暴感应地电流密度分布相同的前提下,从时变电磁场唯一性定理出发,讨论了棱边单元位函数多值性的原因,发现电位耦合是导致电位多值性的原因,因此,将电位耦合改为电位固定值时,电位多值性消失。
  (3)针对现有研究地磁暴对交流电网的影响时普遍采用的场路结合求解方法,本文将单回交流输电线路进行等效并考虑到地磁暴感应地电流场的计算模型中采用区域分解法进行求解。对比了区域分解法与场路结合法的计算结果,结果表明场路结合法在地磁暴的一般频率范围0.0001Hz~0.1Hz内是适用的。依据大地电磁测深的解释成果,建立“三华”电网覆盖范围的多尺度大地电阻率模型,对重点时段的地磁场进行时谐等效,计算地磁暴情况下的地表电场分布,计算结果显示:由于海水与土壤电阻率之间的巨大差异,使得沿海地区电场强度普遍大于内陆区域,沿海地区的交流电网受地磁暴影响较内陆地区交流电网严重。由于陆地部分大地电阻率分布复杂,地表电场强度分布也非常复杂,因此,工程上采用均匀地表电场进行计算将会产生较大误差。地表电场强度与地表层电阻率密切相关,在内陆地区电阻率较高的区域,地面电场强度较大。通过与现有文献计算结果的对比,验证了本文计算方法的正确性,为计算多尺度时谐电流场提供了一种新方法。
[博士论文] 倪筹帷
电气工程;电力系统及其自动化 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
摘要:电感参数是导体回路载流后磁场的一种宏观电路等效,也是电路建模和分析的一个重要参数。在实际工程中,经常遇到在不知整个导体回路、但己知局部导体回路情况下的电流分布的问题。例如,柔性直流输电中得到广泛应用的高压大功率压接型IGBT器件,其内部由数十只芯片并联构成,在导通或关断瞬间,各个并联芯片的电流分布不仅与各个芯片的自身参数有关,而且还与各个芯片位置对应的电感参数有关,但并不知道该器件所在的整个导体回路。本文将这类问题称为多导体段问题。
  数十年来,许多学者对多导体段问题进行研究,并提出了基于虚拟假设回路的磁链法、基于空间磁场能量的能量法以及基于电位方程的部分元等效电路法。其中,磁链法和部分元等效电路法的电感参数计算公式一致,且计算速度比能量法快。但是,这两种方法和能量法在多导体段问题上的电感参数的计算结果不同,存在矛盾。
  本文针对多导体段的电感参数计算问题,通过对空间磁场能量与矢量磁位的分析,提出了一整套电感参数计算方法,可以准确地计算实际结构中多导体段的电感参数,能够准确地反映电流与空间磁场能量之间的关系。本文从三个层面依次递进进行了研究,并在实际问题中对所提方法进行了应用。
  首先,定义了多导体段模型,并推导了相应的空间磁场能量计算方法。多导体段模型的特点在于电流会在导体端面上积累出随时间变化的电荷,该部分电荷会在空间中产生相应的位移电流,确保了电流的连续性。分析结果表明,磁链法和能量法差异的根源,就在于原有的磁链法没有充分考虑这部分位移电流的影响。进而,通过对比矢量磁位受不同散度规范的影响,提出了基于矢量磁位的多导体段模型的磁场能量的简化计算公式,为多导体段的电感参数提取奠定了基础。
  其次,基于空间中的磁场能量,定义了多导体段模型的电感参数,提出了电感参数的计算方法,结果表明,应用库仑规范进行计算时能加快计算速度,且本文提出的电感参数的计算方法能够准确地反映电流与空间中的磁场能量之间的关系。在此基础上,应用所提方法,推导了多种情况下多导体段的电感参数的近似计算公式,结果表明,所提近似计算公式能更准确地计算多导体段的电感参数。
  然后,基于空间中的磁场能量、电场能量与复功率之间的关系公式,提出了改进的部分元等效电路方法。功率关系公式中每一项算式都可以等效为相应的电路元件,继而推导了各个等效电路元件参数的计算方法。结果表明,所提方法的电感参数计算公式与现有的部分元等效电路方法的计算公式形式类似,但通过修正,为等效电路元件参数赋予了空间能量关系的物理意义。同时,提出了频率较高时考虑传播时延情况下空间矢量磁位的计算方法,继而推导了相应的电感参数计算公式。将所提方法应用于天线的参数计算,结果表明,所提方法是有效的。
  最后,分别将所提方法应用于闭合回路的电感参数计算,涡流效应影响下导体内部电流分布计算,高压大功率压接型IGBT器件多芯片并联的电流分布计算等问题,通过与解析解或实验结果等的对比,均验证了所提方法的有效性。
[硕士论文] 张晓竹
安全科学与工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:电磁无损检测是以电磁原理为基础,对特种类设备进行风险评估、缺陷检测的一项无损检测技术。目前主要有漏磁、涡流、金属磁记忆等几种方法,它们各自具有不同的技术优势与技术不足之处。本文针对近年兴起的低频电磁检测技术展开了研究,包括理论分析、数值仿真、实验验证以及现场实验应用。主要研究内容如下:
  1)介绍了现有几种无损检测方法的原理及应用,并针对目前低频电磁技术在国内外的最新进展做了简要介绍。
  2)利用COMSOL软件对低频电磁场进行了相关模拟分析,初步推导出了产生低频电磁场的涡流、漏磁内部耦合机理,并得到了不同位置、形状以及不同尺寸缺陷处的低频漏磁场分布以及磁场强度的变化情况。
  3)通过有限元仿真,对影响低频漏磁场信号强度的参数即缺陷的位置、形状以及尺寸,进行了研究。本文运用控制变量法,对不同类型的缺陷分别进行模拟,对所获得的数据进行整理和分析,得到不同缺陷表征参数与磁场的漏磁场强度和低频漏磁信号曲线的变化规律及趋势,从而使得检测时能更加准确识别、定量缺陷。
  4)在COMSOL有限元仿真软件的基础上,制定了缺陷的低频漏磁检测方案,同样运用控制变量法,通过人工试件实验的方法,分析了不同参数(缺陷位置、缺陷形状及缺陷尺寸)对缺陷低频电磁检测信号强度的影响。通过对低频漏磁场变化规律的分析整合,为后续实际现场低频电磁检测试验提供了一定的参考依据。
  5)开展了实际现场检测,在所检测的4条凝液管线上检测出不同程度的内壁腐蚀点及一定面积的内壁腐蚀缺陷,从而验证了低频电磁检测技术的检测可靠性以及具有高灵敏度、高检测精度、轻巧便携检测速度快以及适用于大面积损伤探伤的优点。
[硕士论文] 贺开放
电工理论与新技术 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:现如今电力电子技术已经运用到了各个领域,电力电子设备的复杂性不断提高,自动化程度不断的增强,电力电子电路的各项性能已经得到了充分的发展,但是对电力电子设备的故障诊断和维护却相对滞后。电力电子设备的可靠运行已经成为人身安全和国民经济稳定的重要保障,因此保障电力电子设备的健康运行和对电路故障精准的诊断具有重要的意义。由此可见寻找一种针对电力电子电路的精准高效的故障诊断方法来减弱故障对安全和经济的影响是非常迫切需要的。
  本论文根据电力电子电路故障的特点,采用了多维尺度和神经网络的故障诊断方法,并且对以下几个方面进行了分析和研究。
  首先,本文对电力电子电路故障诊断的背景和意义进行了阐述,介绍了以往的电力电子电路故障诊断方法以及特点,概括了多维尺度的基础理论,分析了不同类型的多维尺度和各自的适用范围。
  其次,以三相桥式全控整流电路为研究对象,运用Matlab2014a/Simulink仿真工具箱进行仿真模型的建立,然后设置所需要的各种故障类型并进行仿真分析,从而获得三相整流电路在不同故障类型下的输出电压波形和原始采样数据。用快速傅里叶变换方法对原始数据进行分析得出直流分量、基波幅值、二次谐波幅值和三次谐波幅值并进行归一化处理形成电路的初始故障特征向量。多维尺度技术是一种把实体间的相异性信息转化成空间几何信息的数据维度约减技术,因此利用多维尺度对高维初始故障特征向量进行维度约减形成新的故障特征向量作为分类器的输入以减少分类器结构的复杂程度。
  本文把神经网络作为故障类型的分类器,为了建立高效准确的分类器,根据神经网络理论对神经网络的发展史、结构、分类和学习机制进行了介绍。对神经网络中运用比较广泛的BP神经网络进行了详细的表述,着重分析了其运行原理、网络结构、优点和局限性。由于BP神经网络具有很好的非线性映射能力因此使其作为故障分类器。通过仿真实验结果表明本文提出的方法对电力电子电路故障诊断是有效可行的。
[硕士论文] 杨啸天
电气工程;电力电子与电力传动 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
摘要:随着电动汽车增加,充电设施也快速建设,充电过程的安全问题得到更多关注,其中电力电子充电电路的运行稳定性是影响充电的一个方面。电路进入失控状态时,必然会对动力电池造成寿命的影响,同时还会影响设备安全与人员安全。此外,电力电子电路的非线性特性是当前的研究热点。此前研究人员更关注于buck、boost等低阶电路,国内外对高阶电路的研究较少,主要原因是高阶电路更复杂,模态更多,数学模型建立较为困难。但是现在工业中高阶电路因为其某些特性优于低阶电路,被越来越广泛使用,比如三电平LLC谐振电路,因此有必要对其进行非线性特性研究。
  本文以三电平LLC谐振电路为研究对象,从基本原理、参数设计、数学建模、混沌现象仿真分析、混沌抑制方法等方面进行描述。首先,对电路的全部工作过程进行详细阐述,以此为基础主要针对谐振网络进行参数设计,提出有效的控制算法,并验证了参数设计的有效性和电路运行稳定性;利用建立的电路模型,指定电路参数中的自变量(直流电源电压、控制参数中的比例系数、充电电流参考值)与因变量(充电电流),自变量以一定步长改变,得到自变量与因变量的频闪采样图,用于分析电路混沌现象发生过程,发现了三电平LLC谐振电路的混沌现象发生过程;最后针对该电路的混沌现象提出基于参数共振微扰法的混沌现象的控制策略,通过仿真验证了方法的有效性。综上,本文研究三电平LLC谐振电路的混沌现象发生过程,为实际工业电路的参数设计提供依据;并对混沌现象进行控制,以减小混沌现象真实发生时的危害性。
[硕士论文] 李丽君
光学 河南师范大学 2018(学位年度)
摘要:金属纳米结构提供了控制纳米级光的可能性,大多数可能的应用,如纳米天线、纳米级波导和超材料,这些应用都是基于纳米结构局域强电磁场的能力。金属表面等离激元共振是纳米颗粒中传导电子的集体振荡,它可以大大增强局部电磁场。但是,目前对于等离激元的研究,大多数都是采用数值仿真的方法进行研究的,这种方法作为一种数值实验的手段,但是无法解析地给出具体各参量之间的联系,如几何结构参数与共振频率之间的相互关系等。本文我们围绕等离激元共振的主题,介绍了等离激元及其共振的基本性质,根据等离激元共振频率会随纳米结构的形状,几何尺寸和周围介质的变化而发生显著变化的性质,很容易地将它们用含有电阻,电感和电容(RLC)元件形式的集总电路来等效建模。具有分布式电感和电容元件的电路可以捕获麦克斯韦方程中的大部分物理量,该电路模型提供了很好的解决方案,并可以揭示可能隐藏在精确分析解决方案中的物理。
  本文首先详细介绍了矩形金属纳米棒等离激元的“电路化”过程,在光激发下,金属纳米结构表面上积累电荷而产生电势能;同时电子运动的动能可以通过动态电感产生;而电流的运动产生磁场,可以用法拉第电感表示。在准静态下,结合欧姆定律,我们分析得到了能够描述其共振频率特性的解析方程。我们还利用微波工作室建立模型,进行了数值模拟仿真。将数值仿真的结果和我们分析结果进行了比较,发现它们可以匹配的很好,说明了我们理论的准确性和电路模型的有效性。随后,我们将模型扩展到L形纳米棒。虽然L形纳米棒等离激元共振已被解决,但与我们的解释不同。尽管数值有细微的差别,但只有电容和电感略有改变,矩形纳米棒等离子体共振的主要特征可以很好地保持,并且我们还测试了具有不同尺寸,形状和外围介质的矩形纳米谐振器,进一步证明了我们推导的表达式的有效性。
  其次,我们将前面的理论推导推广到单层结构化石墨烯上,由于石墨烯具有类金属性,所以单层纳米结构石墨烯依然可以方便地通过电感(L)和电容(C)形式的集总电路元件进行类比。在准静态下,结合欧姆定律,我们分析得到了单层结构化石墨烯等离激元共振频率的解析表达公式。我们对其进行了数值模拟仿真,并将数值仿真的结果和我们分析得到的结果进行了对比分析,发现它们具有很高的匹配度,进一步说明了我们理论的准确性和电路模型的有效性。通过该公式能够精确地判断出石墨烯等离激元共振频率随着周围介质、它自身几何尺寸和费米能量的变化情况,这为石墨烯等离激元谐振器的调制提供了方便。
  最后,利用等离激元共振耦合和局部磁场增强的特性,我们设计了一种磁场均匀增强的分段式近场光学天线。该天线主要由基底和金属结构两部分组成,基底材料我们使用的是MgF2,金属结构由内外两个腔组成,且每个腔臂都是分段式的,分段式可以实现内外腔的反向能流运动,以实现内腔区域内磁场的均匀增强。
[博士论文] 范湉湉
电子科学与技术;电磁场与微波技术 东南大学 2018(学位年度)
摘要:为了应对未来信息通讯对超大带宽、超高容量的需求,通信设备和民用探测雷达逐渐向大带宽的微波、毫米波波段拓展,电磁散射和辐射逐渐成为电大、超电大尺寸目标的近场计算问题。传统的全波方法已不能满足实际工程电磁计算的需要,目前高频渐进方法对解决这些问题具有更大优势。本文主要研究高频渐进近似方法中的近场物理光学的线积分技术、近场弹跳射线法、近场截断劈等效边缘电磁流法和基于近场电磁数据的深度学习方法。本文共分为八章。第一章为绪论部分,综述了本文的研究背景和现状,总结了本文的主要内容,介绍了论文的结构安排。第二章给出了频域物理光学的近场线积分技术,包括近场双站场景与近场单站场景。第三章介绍了基于线性幅度平方相位近似的频域物理光学近场驻相法,并给出数值算例验证。第四章介绍了时域物理光学的近场线积分技术,推导出时域物理光学线积分表达式,并给出该表达式几何光学分量与边界波分量的物理机制解释,给出数值算例验证结果。第五章详细介绍了几何光学方法,物理光学方法,近场弹跳射线法的基本原理与数值实现,并将本文推导的线积分表达式应用于弹跳射线法中。第六章介绍了劈绕射的解析解,并基于该解析解给出近场截断劈等效边缘电磁流表达式,给出数值算例验证结果。第七章基于双站雷达回波信号,给出深度学习在近场识别中的应用。第八章为结束语,对本文所做工作进行了总结,并对后续工作进行了展望。本文的主要工作和创新点可概括为:
  基于物理光学,分别推导出偶极子源照射下频域近区电磁场的双站散射和单站散射线积分表达式。通过构造开放参量区间积分形式的并矢势函数并结合变形形式的Poincaré引理,将偶极子源照射下理想导电平板的双站散射物理光学面积分表达式退化为围线积分形式,解决了现有物理光学线积分表达式在源位于观察点到散射体边缘连线构成的锥体侧表面或非常接近锥体侧面时存在的奇异性问题;使用全局坐标下的矢量代数定理推导出矢量形式的近场单站线积分表达式,避免了现有标量线积分表达式中引入的基于几何判断的Dirichlet函数,从而避免了分段形式线积分表达式在数值实现中的奇异性问题,且该近场单站线积分表达式更易于推广至复杂目标计算场景。与传统物理光学面积分技术相比,这些线积分表达式有更高的数值计算效率和更好地鲁棒性。
  对近场物理光学面积分积分核进行二次相位和线性幅度近似,进而使用驻相法推导出具有一致性绕射理论形式的解。由于相位函数采用二次近似,因此相应积分只包含一个确定位置的驻相点,避免了传统驻相法中驻相点的搜索以及驻相点相互靠近时的数值计算精度等问题。基于三角面元网格的自适应细分技术,实现了按场值误差自适应收敛的任意目标近场散射计算,使得二次相位和线性幅度近似无需给出解析或经验的近似条件。该方法的计算效率与频率无关,在计算超电大尺寸目标(几百波长或上千波长)时相对于传统面积分方法有很大的优势。
  通过构造闭合参量区间积分形式的时域并矢势函数,结合矢量定理将本文导出的频域物理光学近场线积分表达式拓展到时域情形。特殊地,当激励源位于从观察点/镜像点到板边缘的连线上时,引入了开放参量区间积分形式的时域并矢势函数,避免了闭合参量区间势函数在这一特殊情形时的奇异性。所推导的时域物理光学线积分表达式有明确的物理意义,可以进一步分解为时域几何光学分量的与时域边缘绕射波分量的叠加形式,为时域物理光学提供了明确的射线光学解释。基于时域线积分表达式的直接瞬态场计算对于所有源和观察点位置均保持有效,此外,所导出的时域线积分表达式相对于传统时域物理光学面积分的直接数值积分方法和频域线积分技术结合IFFT在计算效率上均有很大的优势。
  把本文导出的频域/时域线积分表达式退化至平面波激励情形,应用于频域/时域弹跳射线法,实现了平面波激励的高效近场射线管积分计算。通过天线方向图的矢量点源分段近似和电磁偶极子对分段近似,把射线管积分计算转化为矢量点源/偶极子源激励下的近场物理光学积分,使用本文导出的矢量点源/偶极子源激励的频域/时域物理光学线积分表达式,实现了任意方向图激励的快速近场计算。
  基于劈的局部远场近似条件对劈边缘进行细分,将远场截断劈等效边缘电磁流方法拓展至近场绕射计算。照亮劈的近场绕射贡献表示为沿劈边缘的等效电磁流的线积分形式;照亮面的物理光学贡献使用本文实现的线积分技术表示为沿面片边缘的围线积分形式。因此总的散射场可表示为一系列线积分的叠加形式,得到高频渐进近似方法的完整线积分算法框架。
  使用深度学习方法直接对时域近场双站雷达回波信号进行识别,相应的训练与测试数据库通过本文实现的近场高频渐近方法得到。该方法直接对近场雷达回波信号进行识别,从而避免了SAR图像的复杂二维匹配滤波处理以及成像过程中的信息损失,此外近场雷达回波信号相较于远场信号包含更丰富的信息,因此该方法有效提高了识别准确率。该方法利用卷积神经网络技术,避免了传统的目标识别方法中复杂的回波信号预处理、特征提取和特征选择,极大的简化了识别过程,提供了一种全新的近场目标识别方法。
[硕士论文] 苑朝阳
控制科学与工程 天津工业大学 2018(学位年度)
摘要:动态无线电能传输技术在大功率场景的应用过程中,处于高频磁场中的耦合机构必然会受到高频电磁力的作用,同时耦合线圈产生的高频耦合磁场还会对磁场中的运行轨道等材料产生高频电磁力的作用。在高频电磁力的长期作用下,将会导致无线电能传输装置的变形、松动、断裂,甚至脱落,影响系统使用寿命,带来安全威胁。论文针对动态无线电能传输系统中耦合机构的高频电磁力受力原理及特性问题进行了研究。
  (1)以线圈阵列式动态无线电能传输耦合机构为例,从狭义相对论和电磁波理论出发,对动态无线电能传输系统进行了合理简化建模,利用洛伦兹力理论和麦克斯韦张量理论分析了耦合机构线圈、屏蔽结构,以及谐振磁场中铁氧体和金属材料的高频电磁力产生原理及作用特性。
  (2)建立了耦合机构、铁氧体及金属材料的高频电磁力问题的伽辽金弱解形式仿真模型,得到了周期作用力和稳态吸斥力的作用特性。通过模拟脉冲电流激励,获得了脉冲电流对高频电磁力的影响规律以及瞬态脉冲力的作用特性。并基于金属铝的材料参数,通过不同磁导率和电导率参数设置,得到了磁导率和电导率参数变化对材料所受高频电磁力的影响规律。
  (3)按仿真等比例搭建高频电磁力等效测试平台,实验测量并与仿真对比分析了耦合机构、铁氧体及金属材料所受高频电磁力的作用特性与差异,验证了理论分析及仿真计算的正确性。
  (4)根据铁氧体材料和金属材料受力特性的差异,提出高频电磁力的平抑方案,并利用仿真进行了验证。
  本文对动态无线电能传输系统耦合机构及其谐振磁场中的铁氧体和金属材料所受高频电磁力作用原理及特性的研究结果表明,耦合机构发射侧所受高频电磁力大于接收侧。电导率参数的涡流效应和磁导率参数的磁化效应产生的稳态作用力方向相反,并且涡流效应引起的洛伦兹力在铁磁性材料受到的高频电磁力中占主要成分。脉冲电流的存在会改变耦合机构及材料的高频电磁力幅值。此外,耦合线圈采用磁屏蔽结构可以降低耦合机构所受高频电磁力的大小,并且通过铁氧体和金属材料的不同组合可对材料高频电磁力进行平抑。
[硕士论文] 侯海涛
电气工程 河北科技大学 2017(学位年度)
摘要:无线电能(Wireless Power Transfer)传输技术是一种在空间中进行无介质的电能传输方式。该技术可广泛应用于便携式以及一些特殊场合的用电设备中,为设备提供更加灵活、便捷的充电用电。
  本文从组成系统的各项参数入手,进行对系统传输特性上的研究。论文主要内容包括:介绍了常见的无线电能传输技术原理和分类,比较各个方式的优点和缺点,选用磁谐振式无线传输(Magnetically-Coupled Resonant Wireless Power Transfer, MCR-WPT)方式;在系统的组成中谐振电路是磁谐振式无线传输技术的重要组成部分,基于电路理论搭建电路模型,推导系统在谐振状态下的原边电路模型公式,选择适合系统的谐振电路拓扑结构;在此基础上,计算系统各项参数;用MATLAB进行仿真,总结各个参数对传输特性的影响;结合以上分析结果,设计实验模型。实验模型采集的数据的趋势与现有的理论结果一致,验证了上述理论的正确性。为了进一步提高系统的传输性能,采用锁相环控制技术使开关管的频率跟随接收绕组的变化,稳定系统运行状态。利用 Simulink模块设计实验仿真模型。通过改变传输距离,对整体系统进行仿真分析,仿真结果显示系统的传输效率高于实验结果。
  在文章的最后,提出了系统进一步提高传输距离的方法,总结了论文所做得工作以及展望无线电能传输技术的未来。
[硕士论文] 王江彬
电力电子与电力传动 兰州交通大学 2017(学位年度)
摘要:功率理论是应理论性和实践性两方面的要求发展起来的。尽管功率理论已经逐步完善并体系化,但在该领域仍然存在诸多问题需要解决,问题之一就是参考点选择问题。这主要表现在,一方面现有的参考点选择方法多种多样,需要找出一种比较优越的参考点选择方法;另一方面无论是瞬时功率理论中的瞬时视在功率和瞬时无功功率还是平均功率理论中的视在功率和无功功率,它们均会受参考点选择的影响,因此需要从数学上描述这种函数关系。
  为了从现有的参考点选择方法中选择出一种比较优越的方法,对目前功率理论研究中的参考点选择方法进行了总结和对比,得出选择虚拟中性点作为电路参考点是一种比较有优势的参考点选择方法。针对多相电路对虚拟中性点的具体选择方法进行了数学推导,分析了这种参考点选择方法与已有方法的兼容性,并论证了该虚拟中性点的唯一性。
  对现有各种瞬时功率理论进行了对比研究,得出广义瞬时功率理论是现有瞬时功率理论中最为优越的一个,其不仅能够囊括三相电路瞬时功率理论,而且可以直接应用在多相电路中。利用条件变分的电路优化方法对广义瞬时功率理论进行了数学推导,并从电流检测的角度对电流及功率进行了分解,得到了基于广义瞬时功率理论的电流检测框图。最后对电流检测方法进行了仿真,仿真效果说明基于广义瞬时功率理论电流检测方法的可行性。通过分析发现当在系统中任意选择参考点时,广义瞬时功率理论中的瞬时视在功率和瞬时无功功率均会受参考点选择的影响。描述了这两个功率量与参考点电位之间的函数关系,发现瞬时视在功率和瞬时无功功率均随参考点电位呈现二次函数关系,这种函数关系能够从数学层面解释瞬时视在功率与瞬时无功功率受参考点选择影响的原因。
  对现有各种平均功率理论进行了对比研究,得出基于周期函数空间功率理论适用范围广而对电流和功率的分析过程简单,因而有利于描述功率量与参考点选择之间的函数关系。利用条件变分的电路优化方法对基于周期函数空间功率理论进行了数学推导,重点论述了该理论的电流分解方法和功率定义方法,发现该理论定义的有功功率具有单向传递性,无功功率具有循环传递性。当在系统中任意选择参考点时,该理论定义的视在功率与无功功率也均会受参考点选择的影响。描述了视在功率以及无功功率与参考点电位之间的函数关系,发现视在功率与无功功率随参考点电位的有效值呈现二次函数关系,这种关系也可以在数学层面解释视在功率与无功功率受参考点选择影响的原因。
  为了分析广义瞬时功率理论与基于周期函数空间功率理论之间的关系,对两个理论的功率定义过程进行了分析,得出两个理论对功率的数学定义过程完全相同,只是引入的内积形式不同。正是由于这种内积形式的数学差异,一个理论给出的是瞬时功率理论的功率量,另一个理论给出的是平均功率理论的功率量。
[硕士论文] 张琳琳
控制理论与控制工程 山东科技大学 2017(学位年度)
摘要:1971年,美国加州大学的蔡少棠教授根据电路元件的完备性原理,预测了忆阻器的存在。直到2008年,HP实验室用纳米材料研制出实物忆阻器,开始引起国内外学者的广泛关注。忆阻器具有非线性特性,很容易产生混沌振荡信号,因此成为设计混沌电路中一个新兴电路元件,利用忆阻器设计混沌电路是一个热门研究方向,忆阻混沌电路与传统混沌电路相比,其动力学特性不仅依赖于电路参数的变化,还依赖于忆阻器初始值的设定。目前研究较多的是基于蔡氏(Chua)电路的忆阻混沌电路的设计。
  基于对混沌理论、忆阻器理论、经典混沌电路、忆阻混沌电路的分析及实现的认识,本文设计了两个新型忆阻混沌电路,并对其进行动力学分析及实现。具体的研究步骤如下:
  1.首先介绍混沌概念、混沌基本特征及其非线性动力学分析方法等理论,通过MATLAB编程仿真的数值分析方法包括:Lyapunov指数法、平衡点及稳定性分析、相轨图、分岔图、庞加莱映射及功率谱分析等方法。简单阐述了混沌电路中经常用到的基本运算单元电路,并介绍三类经典的混沌系统—Lorenz混沌系统、蔡氏(Chua)混沌电路及蔡氏对偶电路。
  2.简单介绍忆阻器与忆阻混沌电路,阐述忆阻器的概念,分析忆阻器的数学模型,并设计电路实现忆阻器,对两个基于忆阻器的混沌电路进行研究,系统阐述了忆阻混沌电路的分析方法。
  3.设计两个新型忆阻混沌电路—基于Lorenz系统的忆阻混沌电路,针对系统进行动力学分析,验证其复杂的动力学现象;基于Chua对偶电路的四阶忆阻混沌电路,对该电路依赖于参数和初始条件的动力学行为分别进行研究,用Multisim进行模拟电路设计,并用实际电路进行硬件实现,实验结果验证了理论结果的正确性。
[硕士论文] 孔岩
计算数学 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:本文主要研究电磁波传播问题的数值算法,工作的目的是丰富应用于无限域以及半无限域中的偏微分方程定解问题的数值计算方法,尝试解决由使用人工边界条件而导致的数值结果的不精确以及误差的不可预测性。本文以间断有限元(DG)与边界元(BEM)耦合方法的应用研究为研究课题。发展了一种杂交间断有限元(HDG)和边界元耦合方法,研究了HDG-BEM方法的耦合形式与适定性分析,并将其应用于数值模拟一些电磁散射模型。
  HDG有很多优点,例如:适合复杂几何图形和非一致结构网格;容易获得高阶精度;hp自适应和易实现并行计算。HDG方法是在单元边界上引入一个杂交变量,使得局部解可以定义,最终形成一个只包含所引入的杂交变量的线性系统。而BEM方法对开放域问题有很好的效果,边界积分方程可以自然满足场值在无穷远处的辐射条件。本文的主要思想是通过HDG方法的边界杂交变量与BEM在边界上进行自然耦合,先计算以杂交项为自由度的线性方程组,再通过杂交项的回带求解区域上的场值。与传统DG方法相比它大大减少全局耦合自由度,因此节省了计算机内存和CPU运算时间。文中分别给出了二维情况下HDG与电场积分方程(EFIE)的HDG-EFIE耦合形式,以及HDG与组合场积分方程(CFIE)的HDG-CFIE耦合形式。对HDG-CFIE做了适定性分析,对HDG-EFIE给出了具体的离散形式和程序实现步骤。我们对二维的几个经典电磁散射问题进行了数值实验,实验目的是展现HDG-BEM方法的精度和在处理含复杂介质以及求解区域为无限域问题时的优点和适应性。实验数据显示本文的方法有很好的精度和收敛速度。
[硕士论文] 朱兰
计算数学 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:寻求高效求解偏微分方程的方法对科学的发展起了很大的作用。例如在工程和航空航天科学、通信等许多领域具有相当重要性的计算电磁学,就是利用数学理论将其转化为求解麦克斯韦方程。而电磁学的应用也促使了求解麦斯威尔方程的计算技术的发展。
  在本文中,我们首先介绍了一些在电磁学中应用于求解Maxwell方程的有效方法,如有限元法、间断伽辽金(DG)方法等。在这些方法的基础上不断改进,发展出了通过引入杂交项求解的杂交间断伽辽金(Hybrid discontinuous Galerkin,HDG)法,它使得方程组最终形成一个只包含杂交项的线性系统。本文就是采用HDG算法来离散求解二维时谐Maxwell方程组。HDG算法不仅保留了DG方法的优点,还减少其全局耦合自由度数目(DOFs),使得求解更快速。然而,一般基于结构化网格的HDG法只适用于形状规则的图形,对于复杂形状的图形则难以适应。非结构化网格很好地解决了这一难题,但同时也要消耗大量计算资源。于是,基于这两种网格而发展出来的混合网格技术便成为了未来的区域剖分技术发展的趋势。
  本文的工作是在基于结合非结构化三角形和结构化四边形的混合网格上使用HDG方法对二维时谐的麦克斯韦方程进行求解。在求解区域的网格生成过程中,将区域剖分成两个部分,内部具有复杂几何的区域离散成非结构的三角形网格,其余外部自由空间离散成结构的四边形网格。在HDG框架下,两种网格的交界处可以很好得到耦合。基于混合网格的HDG算法在保留了HDG法本身适应复杂的几何形状、易得到高精度、hp-自适应和天然的并行性等优点的同时,减小了计算问题的复杂度和规模,使得我们可以得到一个更小的线性系统。同时,混合网格结合了结构网格的灵活性和完备性优点及非结构网格对复杂外形的适应、网格自适应等优点,既满足了对复杂形状的适用,又克服了大量消耗计算资源的不足。文章最后通过普通电磁场介质散射模型以及纳米线散射模型进行数值实验模拟实现此方法,并与一般非结构网格的HDG方法进行比较,得出了在获得相同精度情况下,基于混合网格的HDG方法有更少的自由度,消耗更少的计算时间和计算资源的结果,证明了用基于混合网格的HDG方法求解Maxwell方程组的优越性。
[硕士论文] 范龙祥
机械工程 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:由于电子设备应用的频段不断变宽和系统的集成度与复杂程度不断变高,电子设备对后门电磁防护的要求变高。电子设备的后门电磁防护包括小到机箱及机柜,大到屏蔽方舱等在内的设备或者装备的屏蔽外壳上的各类孔缝,而通过安装屏蔽部件可以进行有效的电磁泄漏抑制。屏蔽部件包括屏蔽衬垫、通风和透光屏蔽部件。本文工作思路如下:
  首先通过理论分析和电磁仿真软件 HFSS确定相应屏蔽体孔缝的电磁泄漏要素以及抑制方法—孔缝安装相应的屏蔽部件;然后确定屏蔽部件屏蔽效能的研究测试手段—屏蔽室法,并且研究了测试系统的搭建方法及测试误差。再在确定屏蔽部件的研究测试手段后,通过理论分析屏蔽部件的屏蔽效能影响因素,建立计算模型,得到了其选择或测试方法,为其工程应用提供参考,并且通过屏蔽室法或者电磁软件仿真验证选择或者测试方法的正确性。最后根据屏蔽部件的测试方法,建立相应的屏蔽部件/材料应用选型数据库,为屏蔽部件的应用选型提供参考,并且分析了屏蔽部件在工程应用时的测试结果与数据库结果不一致原因,提出电子设备屏蔽效能评价方法。
  通过上述研究,本文目的是对电子设备屏蔽部件的工程应用提供一种可靠地选择或测试方法,并且建立相应的屏蔽部件工程应用数据库,为屏蔽部件的应用提供参考,为建立屏蔽部件的科学评价体系打下基础。
  本文的主要工作成果有:
  1)通过理论和仿真研究了电子设备的泄漏机理,得到了对孔缝的电磁泄漏机理及抑制方法;
  2)针对缝隙类屏蔽导电衬垫,通过软件仿真与测试、盐雾试验的综合研究,分析了机械性能、电化学腐蚀性能等对衬垫导电性能的影响,获取了大量导电衬垫的屏蔽效能数据;
  3)针对孔口类屏蔽部件,通过仿真计算和实测对比分析,对影响波导通风窗的屏蔽效能的焊接工艺、材质等因素进行了分析研究,同时对屏蔽通风波导的风阻特性进行了研究;
  4)建立了导电衬垫、波导通风窗、屏蔽玻璃的选型应用数据库,为屏蔽部件的工程应用选型提供了参考依据,以助于建立科学的评价体系。
[硕士论文] 吴伟
机械工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:电子设备在工作过程中往往会伴有产热现象,完全封闭的屏蔽机箱将会影响设备的正常散热,所以机箱表面通常开有散热孔。然而不加任何防护的直接开孔会降低机箱的屏效,甚至会使屏蔽机箱失去屏蔽能力。考虑到波导管类似一种高通滤波器,电磁波在低于波导截止频率时,会在波导内产生损耗,并且无法在波导内传播。所以在机箱开孔处加上一段波导,既能使机箱内部的元器件正常散热,也能够保证机箱的屏蔽能力。因此,本文以平面波为干扰源,采用 TLM数值仿真算法,研究加在机箱表面的波导散热孔的电磁屏蔽特性。主要内容如下:
  (1)研究加在机箱表面的单根波导散热孔的电磁屏蔽特性。仿真波导孔的形状、长度、壁厚与平面波极化方向等因素对波导孔的截止频率与屏蔽效能的影响。结合平面波在波导内的场分布、平面波的反射与透射原理、均匀无耗传输系统中的模式正交性、截止波导原理等理论对仿真结果进行理论分析与验证。并通过将正六边形波导等效为圆波导计算出正六边形波导的截止频率。
  (2)研究加在机箱表面的阵列波导的电磁屏蔽特性。通过仿真得到阵列波导的形状、长度、间距、位置、开孔面积、开孔数量以及平面波极化方向等因素对阵列波导的截止频率与屏蔽效能的影响。结合单根波导孔的电磁屏蔽特性、谐振腔理论、平面波反射与透射等原理对仿真结果进行理论分析与验证。
  (3)研究由阵列波导构成的通风波导窗的应用。仿真介质或导体穿过波导窗、波导窗安装时产生的缝隙等因素对波导窗屏蔽特性造成的影响。并将安装时产生的缝隙等效为矩形波导,运用矩形波导理论对安装缝隙的仿真结果进行分析。最后在安装缝隙处添加螺钉与屏蔽衬垫,分析添加螺钉数量以及衬垫的电导率、磁导率、面积等因素对波导窗屏蔽特性的影响,得到各参数的最佳使用范围。研究结果有助于波导窗得到有效应用。
[硕士论文] 单栋清
电工理论与新技术 华北电力大学;华北电力大学(保定) 2017(学位年度)
摘要:随着分数阶微积分理论的发展,电气工程领域涌现出很多分数阶模型及应用,如变压器绕组、传输线、电缆线路、超级电容器等分数阶模型。这些模型不仅降低了模型的复杂度,而且提高了仿真精度,使仿真结果更加符合实际。分数阶电路理论是研究这些分数阶模型的基础,所以分数阶电路元件、分数阶电路的性质以及分数阶电路的仿真计算研究对于电气工程的发展具有重要意义。
  传统整数阶电路元件可以用电磁场知识加以描述,分数阶电磁场作为传统电磁场的拓展,也可以很好地解释分数阶电路元件。本文将分数阶Maxwell方程进行泰勒级数展开得到各阶次Maxwell方程,利用特定阶次的电场、磁场组合时的分数阶波阻抗对分数阶元件加以描述,从电磁场角度印证了分数阶元件的存在。
  分数阶电路的性质研究是分数阶电路理论发展的基础,分数阶微积分的引入使电路产生了许多新的性质。本文根据已有研究,归纳总结了分数阶RLβCα电路的相关性质,并提出和证明了分数阶电路的振荡条件,为分数阶电路理论的发展奠定了基础。
  分数阶电路性质研究离不开分数阶电路的仿真计算,本文选取L1插值离散逼近法建立了分数阶元件的伴生模型,基于MATLAB语言采用稀疏表格法编写分数阶电路分析程序。通过仿真计算验证了分数阶元件伴生模型和仿真程序的正确性。为分数阶电路的计算机辅助分析提供了有效的辅助工具,一定程度上弥补了当前电路分析软件的不足。
[硕士论文] 刘忠鹏
电子科学与技术 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:电磁感应加热设备广泛应用于工业、生活等领域。在电磁感应加热设备实际运行过程中,人为改变被加热的负载或者负载的电参数受到温度、湿度等环境因数的影响,甚至元器件老化,会改变负载电路的固有频率。如果感应加热设备不能适应负载电路固有频率的变化,将会明显降低设备的加热效率。
  本文研究一种针对以上问题的软控制技术,采用STM32单片机和负载检测反馈电路,监测和控制感应加热设备,达到保证加热效率不随负载变化而发生改变的目的。
  软控制技术包含硬件电路和控制程序两方面。首先通过对感应加热设备的逆变电路工作过程进行分析和计算,提出负载和频率检测方案。其次,为了实时监测和控制感应加热设备,设计了STM32系统板,它是控制程序运行的载体。最后,设计负载检测反馈电路、直流稳压电源等辅助电路。在软件设计方面,首先进行功能分析,然后以模块化思想编写控制程序,包括初始化程序、负载检测程序、傅立叶变换程序、移除负载监控及重放负载处理程序、按键扫描程序、温度监控程序、显示及定时程序等,最后将模块化程序连接成完整的控制程序。
  硬件电路和控制软件的测试分为外围电路和系统测试。在市电220V/50HZ输入时,测试直流稳压电源,获得直流电压18V、12V、5V的输出波形。在输入条件为3.3V的矩形波时,测试IGBT驱动电路,获得18V输出矩形波。在12V/50HZ输入条件时,测试负载检测及反馈电路,获得检测波形和反馈波形。系统测试在市电220V/50HZ的条件下进行,首先对感应加热设备有无负载的不同情况下,测试负载检测功能,包括产生IGBT驱动、系统板对外电路的信号采集和存储、程序处理数据获取波形个数的测试。其次,在有负载的条件下测试傅里叶变换程序,在以盛满2L水的430锅具为负载的情况下,测试正常加热功能,并计算加热效率。最后,在移走负载的操作下测试程序对负载的监控功能,在移走负载后又重放负载的操作下,测试程序自动检测锅具并正常加热的功能。通过测试,验证了软控制技术的可行性和正确性。
[硕士论文] 辛义
机械电子工程 华中科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着国家工业化的发展,机电系统的设计与研究也越来越多,许多机电系统中大量存在永磁体或线圈及导电不导磁金属块结构,运动过程中产生的电涡流效应越来越成为系统设计研究中需要考量的因素,产生电涡流效应的两作用物体非接触的特点,使得电涡流效应在应用和避免场合都有其独特性,因而运动系统中电涡流的研究越来越得到重视。本文主要基于导体与磁源相互运动产生电涡流情形,研究分析运动系统中导体的电涡流分布及作用力/力矩计算,建立电涡流的相关模型,并将模型应用于实际案例中。
  通过运动速度矢量分解,以磁源极化方向为z轴,将沿任意方向运动的电涡流模型分解为法向运动电涡流模型和平面运动电涡流模型,通过法拉第电磁感应定律和楞次定律分析两类模型中电涡流的分布情况,通过磁场力方程和矢量磁位函数方程建立两类模型的电涡流密度及作用力表达式,分析了两类方程的内在联系,得到了磁场力方程的适用范围,确定了矢量磁位函数方程的通用性。借助DMC模型,建立两类电涡流模型的数值计算方法,沿任意方向运动的电涡流模型均可由这两类模型算法矢量合成得到,并与商用软件COMSOL的仿真结果作比对。
  在此基础上,设计悬臂梁弯曲振动实验和旋转圆盘实验,从实验的角度验证上述建立的两类模型的准确性。最后,将验证过的电涡流模型推广应用于解决直驱主轴电机双面车项目中实际遇到的问题,进行直驱主轴电机运转中的反作用力矩的计算分析及圆盘类零件轴向振动的抑振装置的方案设计。
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