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核级石墨断裂性能试验及数值模拟

核级石墨断裂性能试验及数值模拟

作者：余子昊贵州大学

学位级别：硕士

核级石墨在高温气冷堆(HTGR)中常被用作堆芯主要结构材料,在使用过程中,堆芯石墨构件将承受热应力、机械载荷、以及潜在的地震作用等。这些复杂的应力可能造成材料内部出现裂纹,使得材料力学性能发生改变,从而影响结构完整性并威胁HTGR... 详细信息

核级石墨在高温气冷堆(HTGR)中常被用作堆芯主要结构材料,在使用过程中,堆芯石墨构件将承受热应力、机械载荷、以及潜在的地震作用等。这些复杂的应力可能造成材料内部出现裂纹,使得材料力学性能发生改变,从而影响结构完整性并威胁HTGR的安全。因此,研究核级石墨的断裂力学性能很有必要。为了研究核石墨的断裂性能,本文首先对单边切口的核级石墨(IG11)梁进行三点弯曲试验,采用电子散斑干涉技术测量梁表面的位移场,并使用夹式位移计和线性位移计分别测量梁切口张开位移(CMOD)和跨中挠度δ。在试验的基础上,利用ABAQUS中扩展有限元(XFEM)、内聚力模型(CZM)和虚拟裂纹闭合技术(VCCT)对石墨梁的断裂行为进行数值模拟。数值结果表明,使用XFEM和CZM时,峰值荷载P对网格尺寸很敏感,而使用VCCT则相对稳定。针对三种模型,评估了关键断裂参数对荷载-位移曲线的影响,即XFEM的最大主应力σ,CZM的名义界面强度τ,VCCT的临界应变能释放率G,G和G。通过与试验结果进行对比,验证了有限元模型的可靠性,并针对三种模型提出了适用于IG11石墨断裂模拟的合理参数值。分析了网格尺寸和断裂参数对临界裂纹长度a的影响,并通过裂纹尖端的应变场,确定了裂纹的扩展特性。虽然三种模型均可用于模拟石墨的断裂行为,但XFEM对石墨梁的峰值前的非线性断裂行为模拟较好,因此本文将重点采用XFEM对石墨的断裂行为进行研究。通过XFEM数值模拟,得到加载过程中FPZ完全发展时断裂过程区的长度l最大,约为14.16 mm,约为石墨梁韧带高度的68%;分析了缝高比a/D在起裂和失稳时石墨的断裂参数的变化,结果表明:随着a/D的增大,起裂荷载P和峰值荷载P随着a/D的增加而减小,P/P的比值保持稳定在0.8左右;双K断裂参数K和K基本保持不变。此外,还研究了不同尺寸下石墨的断裂参数变化,结果表明,起裂荷载、峰值荷载、断裂韧度是与尺寸效应相关的参数,而断裂能的尺寸效应不明显。结合试验和数值模拟结果,利用逐点位移配合法(IDCM)确定石墨的拉伸软化曲线(TSC)。利用回归分析将TSC近似为双线性和三线性。结果表明,三线性拟合曲线更适合描述石墨的TSC。结合虚拟裂缝模型,考虑起裂韧度的断裂过程分析方法,根据文中公式编制相关计算程序,有效的预测了石墨梁裂纹断裂的全部过程。最后,对本文研究内容及主要结论进行总结,并对下一步的研究工作提出建议。

关键词：扩展有限元内聚力模型虚拟裂纹闭和技术断裂过程区虚拟裂纹模型

基于EnKF和ES-MDA的油藏自动历史拟合

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基于EnKF和ES-MDA的油藏自动历史拟合

作者：袁子昊山东大学

学位级别：硕士

聚合物驱油作为三次采油的重要手段,近年来在油田上得到广泛的应用。在数学模型中,聚合物的驱替机理是通过一组或多组粘浓曲线进行描述的。这些粘浓曲线来源于油田实验室的测量,在当前实验技术下是拥有相当的精准度的。然而,由于地面实... 详细信息

聚合物驱油作为三次采油的重要手段,近年来在油田上得到广泛的应用。在数学模型中,聚合物的驱替机理是通过一组或多组粘浓曲线进行描述的。这些粘浓曲线来源于油田实验室的测量,在当前实验技术下是拥有相当的精准度的。然而,由于地面实验环境与油藏地层环境的区别,以及实际生产中诸如管损等干扰,聚合物实际驱替时的粘浓参数往往带有不确定性,这部分不确定性导致了数值模拟与实际观测的较大差异,因此对于聚合物的化学参数应用历史拟合技术是必要的。本文研究的主要内容是:先给出聚合物溶液粘度、流变特征、渗透率下降系数、残余阻力系数、不可及孔隙体积以及聚合物吸附的数学模型,并基于此建立概念模型。之后利用孪生实验（twin experiment）来验证EnKF（集合卡尔曼滤波,Ensemble Kalman Filtering）和ES-MDA（集合平滑多重数据同化,Ensemble Smoother Multiple Data Assimilation）两种算法对概念模型的数据同化效果,提出算法实现中所出现的问题,并由此分析出聚合物驱油自动历史拟合问题应当采用的算法以及数据同化策略。之后根据所选定的算法与策略,对实际矿场进行历史拟合以验证该算法对于工程实际问题的处理能力和应用价值。本文由以下章节组成:第一章:介绍了自动历史拟合技术的研究背景,国内外对于化学剂驱替机理、数学模型以及油藏历史拟合算法的研究现状,阐述了问题模型和化学剂参数数据同化和历史拟合技术的研究意义。第二章:给出了包含聚合物溶液粘度等的油藏数值模拟正向模型,之后分别阐述了EnKF和ES-MDA算法并利用孪生实验（twin experiment）针对聚驱概念模型进行了数据同化试验,分析了两种算法在不同大小集合（ensemble）下的表现,初步确定了针对实际油藏问题的同化算法和策略。第三章:将算法应用到实际矿场,给出了各生产井的拟合效果并进行了分析。第四章:对文章内容进行了总结并提出了展望。

关键词：油藏数值模拟自动历史拟合集合卡尔曼滤波集合平滑多重数据同化聚合物驱油数据同化

云南高原主栽玉米的根系性状、镉累积特征与品种差异

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云南高原主栽玉米的根系性状、镉累积特征与品种差异

作者：于子昊云南农业大学

学位级别：硕士

农田土壤镉(Cd)污染问题是我国面临的重大环境问题之一。根系是连接土壤-作物系统的纽带,根系性状与作物Cd累积关系密切。玉米是云南高原Cd污染农田主栽作物之一,品种众多,但对云南高原主栽玉米的根系性状、Cd累积特征与品种差异,了解... 详细信息

农田土壤镉(Cd)污染问题是我国面临的重大环境问题之一。根系是连接土壤-作物系统的纽带,根系性状与作物Cd累积关系密切。玉米是云南高原Cd污染农田主栽作物之一,品种众多,但对云南高原主栽玉米的根系性状、Cd累积特征与品种差异,了解有限。本文以云南高原主栽的43个玉米品种为研究材料,通过盆栽试验初筛出植株Cd积累与根系性状差异明显的玉米品种;进而采用这些玉米品种开展大田试验,进一步研究云南高原主栽玉米的根系性状、Cd累积特征与品种差异,解析根系性状与玉米Cd累积的关系,阐释玉米Cd累积品种差异的可能机制。结果如下:(1)盆栽试验中,玉米根系形态、根鞘性状、植株Cd累积均存在明显的品种差异。品种间的根长、根表面积、平均根系直径、根体积、根尖数和分枝数分别最大相差6.1、4.9、1.8、7.2、4.9和20.8倍,根鞘重量、发育指数和有效态Cd含量分别最大相差19.5、10.6和1.8倍;根系和茎叶Cd累积量最大相差16.7和9.4倍,且根系形态与根鞘质量、根系Cd含量及累积量呈极显著正相关。(2)隶属函数分析发现,宏伟1号、盘玉3号、云金3号、京滇8号、金粒151、云优78这6个品种玉米的根系较发达、Cd累积较高;相反,森玉8号、路单8号、路单16号、恩玉98、周玉0913、秋庆168等6个品种玉米的根系欠发达、Cd累积量较低。这12个品种玉米根系形态与Cd累积差异明显,用以后续大田试验。(3)大田试验中,12个品种玉米根系形态、构型、化学、根鞘等性状存在显著的品种差异,根系形态与植株Cd含量及累积量、根系构型与根系Cd含量呈极显著正相关,根系化学性状、根鞘性状与籽粒Cd含量及累积量呈显著正相关。(4)大田12个玉米品种中,应用隶属函数与聚类分析发现,宏伟1号、盘玉3号、森玉8号的根系较发达,周玉0913、路单16号的根系欠发达;盘玉3号、周玉0913、云金3号的Cd累积量较高,森玉8号、路单16号、恩玉98的Cd累积量较低;周玉0913、盘玉3号的Cd转运较强,恩玉98、路单16号、森玉8号的Cd转运较弱。因此筛选出盘玉3号(根系发达、Cd高累积高转运)、路单16号(根系欠发达、Cd低累积低转运)、森玉8号(根系发达、Cd低累积低转运)、周玉0913(根系欠发达、Cd高转运),开展根际代谢物组研究。(5)采用非靶向代谢组学方法,发现4个品种玉米的根际差异性代谢物涉及52条代谢途径。其中,盘玉3号与周玉0913之间存在18个差异代谢物,其中7个上调,11个下调,主要差异代谢物为CHNO,主要涉及的代谢途径为吗啡成瘾(Morphine addiction)、环鸟苷酸-PKG信号通路(c GMP-PKG signaling pathway);森玉8号与路单16号之间存在19个差异代谢物,其中1个上调,18个下调,主要差异代谢物为CHO,主要涉及的代谢途径为朊病毒疾病(Prion diseases)、星形孢菌素生物合成(Staurosporine biosynthesis)、非洲锥虫病(African trypanosomiasis)。由代谢途径可知,玉米可能会通过脂代谢、菌物代谢等途径促进根系生长及耐Cd能力。(6)应用结构方程模型(SEM)解析玉米根系性状与Cd累积的关系,发现根系形态、根鞘、化学性状与植株Cd累积的路径系数分别为0.672(P<0.01)、1.514(P<0.05)、2.049(P<0.05),表明玉米根系形态、根鞘、化学性状均会显著影响玉米Cd累积,以根系形态的影响最大。其中,根长与根系性状的回归系数为1,表明根长对玉米Cd累积的影响最大。总之,玉米根系性状与Cd累积存在明显的品种差异,根系性状与玉米Cd累积关系密切,根系形态(尤其是根长)对玉米Cd累积的影响最大。因此,根系形态是云南高原主栽玉米Cd累积品种差异的关键原因。

关键词：云南高原玉米品种 Cd污染根系性状代谢组学差异机理

急性有氧运动对高校男子篮球运动员注意转移和注意分配功能影响的ERP研究

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急性有氧运动对高校男子篮球运动员注意转移和注意分配功能影响的...

作者：刘子昊西南大学

学位级别：硕士

注意转移是根据新的任务要求,把注意从一个对象转移到另一个对象上;注意分配是在同一时间内,注意指向于两种及以上活动或对象,并进行合理的注意资源分配。篮球项目要求运动员在比赛中根据即时的任务要求,将心理意识转化为行为活动。随... 详细信息

注意转移是根据新的任务要求,把注意从一个对象转移到另一个对象上;注意分配是在同一时间内,注意指向于两种及以上活动或对象,并进行合理的注意资源分配。篮球项目要求运动员在比赛中根据即时的任务要求,将心理意识转化为行为活动。随着篮球赛事竞争性增加,在赛前利用有限时间和场地,有效提高运动员注意转移与注意分配功能,对运动员技战术发挥和比赛结果有重要影响。注意转移功能体现为运动员在运球、传球、投篮三种技术动作的转换,进攻和防守两种比赛状态的转换。注意分配功能体现为在运动员持球和无球跑位同时,观察队友及对手的站位与移动路线并进行相应行为的能力。据现有研究表明,科学系统的运动干预对个体的注意转移和注意分配功能具有积极影响,但运动时间与强度不恰当会造成两种功能减退的后果。将普通人与运动员、不同经验运动员等进行对比,运用量表、仪器测量其注意转移和注意分配功能差异的研究较多,运用事件相关电位（ERP）技术对篮球运动员急性有氧运动后两种功能差异化研究较少。因此本研究选取测量两种功能的范式和事件相关电位（ERP）技术相结合的方式,探讨急性有氧运动后高校篮球运动员注意转移和注意分配功能的变化以及其相关的内在机制。本研究选取连续20min的中等强度（最大心率60%～70%）有氧运动（功率自行车）为干预手段,选取48名西南大学男子篮球运动员（二级及以上）作为实验对象随机分为实验组和控制组。实验组进行运动干预,控制组休息20min。在实验方法上,采用符号性中心提示范式和双任务范式作为刺激材料。观察被试的行为（正确率、反应时）,来分析其注意转移和注意分配功能,正确率越高、反应时越短则两种功能越强。同时运用脑电记录系统（Neuroscan）采集被试前后测事件相关电位（ERP）数据。通过观察被试注意转移实验中60～160ms的正项波（P100）、160～250ms的负项波（N200）和注意分配实验中300～550ms的负项波（P300）变化来分析被试两项功能变化。注意转移功能P100成分代表早期处理阶段能力,N200成分代表抑制、冲突、监测能力。注意分配功能P300成分代表信息加工的处理速度。波幅的峰值越大、潜伏期越短则代表被试注意转移和注意分配能力越强。研究结论如下:（1）注意转移实验:（1）行为结果:正确率指标:干预前一致条件刺激与不一致条件刺激中实验组与控制组无显著性差异;干预后两组一致条件刺激无显著性差异,不一致条件刺激实验组显著优于对照组（P＜0.05）。反应时指标:干预前实验组与控制组无显著性差异;干预后在一致条件刺激和不一致条件刺激实验组均显著优于控制组（P＜0.05）。（2）ERP结果:P100指标:干预后两组的不一致条件刺激相比于一致条件刺激波幅增长更大,但无统计学意义（P=0.06）,说明不一致条件刺激需要更强的早期处理能力。N200指标:干预后实验组在后测时N200波幅更为负向（P＜0.05）,说明实验组抑制、冲突、监测能力得到了显著提升。（2）注意分配实验:（1）行为结果:正确率指标:干预前实验组与控制组无显著性差异,干预后实验组显著优于对照组（P＜0.05）。反应时指标:干预前实验组与控制组无显著性差异,干预后实验组显著优于控制组（P＜0.05）。（2）ERP结果:P300指标:干预后实验组P300成分的潜伏期相比干预前有显著缩短（P＜0.05）,说明干预后实验组信息加工处理速度增加。综合以上行为和ERP结果,本研究认为中等强度急性有氧运动对男子篮球运动员的注意转移和注意分配功能具有积极影响。本研究促进脑科学在运动领域的交叉探究,为今后篮球运动员在注意转移和注意分配功能与时间相关电位（ERP）技术结合研究做铺垫。从ERP角度探讨提高篮球运动员竞技表现的方式方法,对其他运动项目提供参考性意见,为提高运动员水平寻找多角度的训练思路和理论支撑。

关键词：急性有氧运动注意转移注意分配 ERP

重大行政决策程序机制研究 ——以政府投资决策为例

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重大行政决策程序机制研究 ——以政府投资决策为例

作者：刘子昊西南政法大学

学位级别：硕士

随着我国经济社会的快速发展，日益繁多的行政事务以及步入风险社会所带来的管控压力都需要我们的行政机关作出大量的行政决策以实现对社会的良性管理。然而面对多样态且兼具专业性与裁量性的行政决策活动，要想一一进行程序规制不仅不... 详细信息

随着我国经济社会的快速发展，日益繁多的行政事务以及步入风险社会所带来的管控压力都需要我们的行政机关作出大量的行政决策以实现对社会的良性管理。然而面对多样态且兼具专业性与裁量性的行政决策活动，要想一一进行程序规制不仅不切实际，亦背离效率价值。但那些对社会影响广泛而深刻，在时空维度上呈显要、重大的行政决策，则理应受到行政法学界的审慎关注。当前我们的社会业已进入利益多元化的时代，不同利益群体的利益需求出现巨大分化，作为重要的利益与资源的分配方式，政府在重大行政决策的制定上再不能像过去高度集中的计划经济体制那样单一地以国家利益作为统一导向，而应当对社会公众分化了的利益需求进行调和，对不同利益群体的意愿进行均衡考量。因此，传统由政府绝对支配的一元化决策模式已然不能满足当下行政实践的需要，新的发展趋势开始倒逼重大行政决策逐步实现向开放的参与式模式转换。要驱动重大行政决策由封闭走向开放，由单一变为多元，则必然要求决策程序的法治化，而法治化的目标则必须依赖于决策相关程序机制的建构方才能够达成。本文以重大行政决策的程序机制的研究为主线，在文章第一部分对重大行政决策理论作了系统性阐释，分别对重大行政决策的概念、范围与基本原则进行介绍，之后则进一步延伸到重大行政决策的发展趋势。通过对这种向开放参与的模式嬗变过程的解析，进而探讨重大行政决策程序机制生成的必要性及其积极意义。然程序机制的构建与完善必须依赖于对制度现状的充分把握，因此文章第二部分是对我国重大行政决策程序现状的制度审视，其以重大行政决策程序的立法现状与决策实际运行现状为主线分别展开。前者是对现行程序立法的梳理与评述，而在对后者的考察上，笔者选择了当下属于典型重大行政决策类型的政府投资决策为例，通过相关案例的引入，实证式地分析其在实践中存在的问题与不足，从而问诊当前重大行政决策程序中的制度性缺陷。文章第三部分则是在以国情为基本考量提出构建民主与科学化的重大行政决策程序机制的建议。其中第一节是在现实语境下对作为程序机制载体的程序立法的路径选择之分析。而之后的部分则是以问题为导向，以提升重大行政决策的民主性、正当性与科学性为目标指引，完善公众参与程序与信息公开与反馈程序，并以此为内核构建起“政府与公众双向交互机制”，使重大行政决策渐进地演化成开放、双向、互动的新格局，同时进一步强化评估论证与监督问责等支持性机制，以期为决策模式的转型提供更充足的制度供给。

关键词：重大行政决策程序机制公众参与

永磁电机空间系绳伺服机构高性能张力控制技术研究

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永磁电机空间系绳伺服机构高性能张力控制技术研究

作者：潘子昊南京航空航天大学

学位级别：硕士

与传统刚性传动结构相比,由弹性系绳或绳网组成的柔性伺服系统结构简单,损耗小,机械相容性强并且可靠性高,在空间伺服机构应用场合受到广泛关注。柔性材料应力与应变变化之间存在明显的迟滞特性,在张力建立与释放的动态过程中会出现明... 详细信息

与传统刚性传动结构相比,由弹性系绳或绳网组成的柔性伺服系统结构简单,损耗小,机械相容性强并且可靠性高,在空间伺服机构应用场合受到广泛关注。柔性材料应力与应变变化之间存在明显的迟滞特性,在张力建立与释放的动态过程中会出现明显的超调或震荡,因此在动态过程中需要采取相应的峰均比抑制手段来进行稳定的张力控制。本文以空间永磁电机柔性伺服机构为研究背景,针对永磁电机系绳伺服系统的高性能张力控制技术展开研究。本文介绍了空间张力伺服机构的应用和永磁电机高性能张力控制技术的发展现状,研究了空间系绳张力伺服机构对永磁电机驱动系统的控制性能需求,并分析了柔性系绳张力伺服机构的数学模型和永磁电机的矢量控制方法等基本原理。本文对比例-积分(PI)控制策略进行了分析,指出传统PI控制易产生静态误差和张力冲击的原因。本文提出了一种基于状态反馈的永磁电机系绳伺服机构峰均比抑制张力控制策略,将系绳张力和目标物速度作为状态变量,补偿了负载位移对系绳张力造成的稳态误差。由于在实际应用中电机驱动控制器难以直接获得目标物运动速度信息,本文又设计了对目标物速度的状态观测器,并给出状态增益矩阵和观测器矩阵的参数设计方法和控制策略。仿真和实验对比结果表明,所提出的状态观测器对目标物速度跟踪误差较小,同时状态反馈控制作用下张力动态响应较为平稳。空间系绳张力机构实物实验可重复性差且难以同时验证多种工况,因此通过半实物实验来进行永磁电机张力伺服控制效果的验证在航天设备研制中是一种更为有效的方法。本文提出了一种通过硬件在环系统控制永磁电机制动运行来进行系绳张力机构负载特性模拟的方法,研究了柔性系绳张力机构的负载特性,给出了硬件在环控制器中张力机构模型与负载特性模拟系统整体设计方案。通过对比电动机-柔性系绳负载和电动机-发电制动对拖运行两种模型运行过程中关键物理量的变化规律表明,采用硬件在环控制器控制永磁电机制动运行的方式可以模拟张力机构的负载特性,满足对张力控制策略进行验证的需求。在此基础上,本文搭建了一套空间系绳用永磁电机张力伺服系统负载特性模拟对拖实验平台,该系统由两台永磁同步电机对拖结构组成,一台电动运行,另一台进行发电运行下的转矩控制来模拟系绳张力机构的负载特性。基于该实验平台,开展了不同负载质量和不同张力指令下的对比实验研究,充分验证了所提方案的正确性和有效性。

关键词：永磁电机柔性传动张力伺服峰均比抑制负载特性模拟

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退耕还林工程对扶贫影响的测度与分析

退耕还林工程对扶贫影响的测度与分析

作者：康子昊浙江农林大学

学位级别：硕士

1999年,为恢复退化生态系统,中国政府启动了退耕还林工程。农户是退耕还林工程的实施主体,退耕还林工程把农户的坡耕地和沙化耕地转化为林地,并在一定时期内给予其补助。提高农户收入是退耕还林工程两个核心目标之一,退耕还林工程与我... 详细信息

1999年,为恢复退化生态系统,中国政府启动了退耕还林工程。农户是退耕还林工程的实施主体,退耕还林工程把农户的坡耕地和沙化耕地转化为林地,并在一定时期内给予其补助。提高农户收入是退耕还林工程两个核心目标之一,退耕还林工程与我国深度贫困发生地区高度重叠,党的十八大以来,精准扶贫和生态文明建设上升到国家战略层面,实施退耕还林工程是否对提高农户收入和农村扶贫具有积极作用值得中国政府和学界高度关注。本文利用连续跟踪调研获得的6省区、15市县、72个乡镇、216个行政村的952个样本农户1995～2016年的平衡面板数据和收入决定方程,估计了退耕还林工程对样本农户收入增长与收入不平等的影响,在此基础上,基于收入增长和收入不平等变化路径测度了退耕还林工程对农村扶贫的影响。本文经验性结果表明:（1）实施退耕还林工程使样本农户以土地为基础的收入增长了10.80%,对样本农户非农收入的影响不显著。（2）实施退耕还林工程拉大了样本农户的收入不平等,2003～2016年,退耕还林工程对基尼系数的贡献率保持在1.60%～2.80%之间。（3）在样本区域,退耕还林工程产生了良好的扶贫效果,1999～2016年,基于1995年贫困线标准,退耕还林工程使样本区域贫困率下降了2.65%,一方面,退耕还林工程带来的收入增长使贫困率下降2.83%,另一方面,退耕还林工程引起的收入不等拉大导致贫困率上升0.17%。基于本研究得出的结论,可以得出如下政策含义:调整退耕还林工程政策需要进一步体现其在农户增收和农村扶贫方面发挥的积极作用。需谨慎调整退耕还林工程补助政策,加大对经济林等退耕还林工程后续产业的扶持,强化对参与退耕还林工程农户生产要素配置优化的帮助和引导。同时,需要关注由实施退耕还林工程所引发的农户收入不平等拉大问题,通过适度向低收入和贫困群体的政策倾斜,实现退耕还林工程区改善生态、农户收入增长、收入差距缩小和贫困发生减少的共赢。本研究可能的边际学术贡献在于,从收入增长和收入分配路径建立退耕还林工程对农村扶贫影响的研究框架,并基于上述影响路径定量估计了退耕还林工程对农村扶贫的贡献率。

关键词：退耕还林工程收入增长收入不平等扶贫

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THz谷拓扑光子晶体器件设计

THz谷拓扑光子晶体器件设计

作者：喻子昊华中师范大学

学位级别：硕士

谷电子学是凝聚态物理学的一个分支,专注于研究材料中谷自由度的操纵和控制。术语“谷”是指材料的倒易空间中能量色散关系的极值,这些极值通常存在于一些二维材料中。谷自由度的操纵和控制已成为在各种应用中实现新功能的新选择,例如... 详细信息

谷电子学是凝聚态物理学的一个分支,专注于研究材料中谷自由度的操纵和控制。术语“谷”是指材料的倒易空间中能量色散关系的极值,这些极值通常存在于一些二维材料中。谷自由度的操纵和控制已成为在各种应用中实现新功能的新选择,例如量子计算、传感和通信。另一方面,光子晶体是周期性结构,可以在纳米尺度上操纵光。它们由折射率周期性变化的材料组成,这使得光与结构相互作用,从而产生所需的光学特性。光子晶体可以设计成波导、滤波器,甚至是可以将光捕获在非常小体积内的空腔中。光子晶体和谷电子学的结合带来了谷光子晶体器件的发展,它可以在纳米尺度上操纵谷光的自由度。谷光子晶体器件与传统光子器件相比的主要优势之一是:它们可以提供更优异的性能和产生新的功能。例如,它们可以被设计成具有更高级的极化控制,这对于数据传输和传感等应用非常重要。此外,谷光子晶体器件可以设计得很小,这对于在单个芯片上集成多个器件具有重大的意义。谷光子晶体器件可以使用多种技术制造,例如电子束光刻和激光写入。这些技术允许对光子晶体结构进行精确图案化,这对于实现所需的光学特性至关重要。谷光子晶体器件的一个例子是谷滤波器,它是一种可以选择性地透射具有特定谷偏振的光的器件。谷滤波器由在具有谷自由度的材料(例如硅基材料或石墨烯)上图案化的光子晶体结构组成。光子晶体结构被设计成具有对光的谷偏振敏感的带隙,这使其可以充当过滤器,仅传输具有特定谷偏振的光。谷光子晶体器件的另一个例子是谷腔,它是一种可以将光捕获在非常小体积内的结构。谷腔由在具有谷自由度的材料上图案化的光子晶体结构组成。光子晶体结构被设计成具有对谷自由度敏感的共振模式,这使其能够捕获具有特定谷偏振的光。谷光子晶体器件已经在传感、通信和量子信息处理等各个领域展现出巨大的潜力。例如,谷光子晶体器件可用作检测环境微小变化的传感器,例如特定分子的存在。然而,太赫兹谷光子晶体器件的发展也面临着诸如对具有谷极化的高质量材料的需求、制造高质量亚波长结构的困难以及对太赫兹范围内高效光源和探测器的需求等挑战。克服这些挑战对于太赫兹谷光子晶体器件的持续发展和实际应用至关重要。总之,太赫兹谷光子晶体器件提供了一种有前途的方法来在纳米尺度上为各种应用操纵光。随着该领域研究和发展的不断深入,会有更多创新和实用的设备出现,这些设备可能会对传感、通信和量子信息处理等领域产生重大影响。本文的研究工作如下:(1)本文设计了一种基于变形的SSH模型的全介质谷光子晶体,其单胞由置于空气背景的六个介质柱组成。通过改变介质柱的相对位置,从而影响其胞间/胞内耦合强度,进而实现系统的拓扑相变。接着通过对动量空间中的高对称点/~′的相位和涡流性质进行计算,我们揭示了谷态的涡旋性质,建立了谷极化态的选择规则。基于谷拓扑的性质,我们设计了一种菱形分束器波导,验证了谷的手性选择规则。我们的数值结构表明,这种拓扑保护的边缘态在尖角处仍保持鲁棒传输,从而为太赫兹状态下的谷光子晶体器件提供了一种新颖的设计方法。(2)引入高阶拓扑的概念,设计了一种高阶谷拓扑光子晶体,研究了拓扑高阶角态与拓扑边缘态的性质。通过将两者结合,设计了一种结合拓扑波导和拓扑腔的二维谷拓扑光子晶体折射率传感器,传感器的Q值高达2.22×10,灵敏度达到1.66/左右,显著高于传统折射率传感器,并且还在波导结构中引入在现实加工情况下可能出现的结构缺陷,结果表明高阶拓扑谷光子晶体折射率传感器具有很好的鲁棒性,即使有缺陷的影响也只能对其性能产生微弱的影响,我们所设计的折射率传感器可用于生物监测方面,为其提供了一种优异的设计方法。

关键词：谷拓扑光子晶体折射率传感器全介质材料高阶拓扑态

基于Smith预估器的永磁电机高动态响应电流环控制策略

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电工技术学报 2020年第9期35卷 1921-1930页

作者：潘子昊卜飞飞轩富强杨志达南京航空航天大学多电飞机电气系统工信部重点实验室南京210016

高性能永磁电机伺服系统需要快速的电流响应,数字控制系统中的延时环节会制约电流环动态性能。为此,该文推导了矢量控制系统中主要延时环节的数学模型并分析其不利影响;在此基础上,引入Smith预估算法,针对永磁电机电流环的高动态响应要... 详细信息

高性能永磁电机伺服系统需要快速的电流响应,数字控制系统中的延时环节会制约电流环动态性能。为此,该文推导了矢量控制系统中主要延时环节的数学模型并分析其不利影响;在此基础上,引入Smith预估算法,针对永磁电机电流环的高动态响应要求,提出一种Smith预估电流控制器,给出该电流控制器的设计过程及实现方法,并讨论了电机参数敏感性。仿真与实验结果表明,所提控制策略正确有效,而且能对控制系统的延时环节进行较好补偿,可有效改善电流环动态性能,进而有助于提高伺服系统整体性能。

关键词：永磁电机电流控制器 Smith预估控制