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基于碳化硅功率器件的车用变换器及其滑模控制研究

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基于碳化硅功率器件的车用变换器及其滑模控制研究

作者：王龙祥广西科技大学

学位级别：硕士

全球能源危机与环境污染问题日益突出,电动汽车由于在行驶过程中“零污染”和“零排放”的特点正在快速代替传统燃油车。电动汽车的发展给电力电子领域带来新的研究方向,如车用DC-DC变换器、充电桩、车载OBC等。车用双向DC-DC变换器作... 详细信息

全球能源危机与环境污染问题日益突出,电动汽车由于在行驶过程中“零污染”和“零排放”的特点正在快速代替传统燃油车。电动汽车的发展给电力电子领域带来新的研究方向,如车用DC-DC变换器、充电桩、车载OBC等。车用双向DC-DC变换器作为电动汽车中动力电池和电机驱动之间的桥梁,对电动汽车的安全、稳定运行具有十分重要的意义。此外,随着电动汽车整车电压等级和功率等级的提高,传统硅器件的性能逐渐难以满足在电动汽车领域的应用,而新型碳化硅器件因其优越的性能得到广泛关注。因此,本文以电动汽车为研究背景,使用SiC MOSFET提出了一种新型车用双向DC-DC变换器拓扑。本文首先分析了目前常见的双向DC-DC变换器拓扑结构,在此基础上提出一种新型谐振电流馈电双向DC-DC变换器。此变换器利用谐振实现开关管的软开关,弥补了电流馈电型变换器的缺点,并具有高电压增益和效率。在不改变现有电池输出电压等级的前提下,该拓扑仍能实现高电压输出。同时对该变换器工作原理和数学模型进行研究,推导出变换器增益函数以及软开关的约束条件,并根据增益函数对变换器的参数进行设计。其次,设计谐振电流馈电双向DC-DC变换器的滑模控制器。分析滑模控制基础理论以及在DC-DC变换器中的应用特性。本文以输出电压和参考电压之间的差值及积分作为滑模面,设计滑模控制器,并通过仿真实验证明滑模控制有利于谐振电流馈电变换器的动态性能和稳态性能。最后,搭建仿真实验模型和实验样机。根据前文计算出的参数,在MATLAB/SIMULINK中搭建仿真模型,验证变换器的工作原理和滑模控制的优越性。此外,设计谐振电流馈电双向DC-DC变换器的实验样机,并分析关键波形和实验数据,进一步证明所提变换器拓扑结构的可行性和输出特性,且能够满足电动汽车对DC-DC变换器的要求。

关键词：双向DC-DC变换器 SiC MOSFET 谐振电流馈电软开关滑模控制

量子点太阳能电池工作过程数字化及性能优化研究

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量子点太阳能电池工作过程数字化及性能优化研究

作者：王龙祥北京建筑大学

学位级别：硕士

随着“双碳”政策的推进与落实,建筑节能领域的研究会再上一个新的台阶。作为可应用于光伏一体化建筑的高效光伏器件,量子点太阳能电池在过去数十年间迅速发展,已经初步具备了大规模工业生产的能力。Pb S量子点材料因其显著的多激子效... 详细信息

随着“双碳”政策的推进与落实,建筑节能领域的研究会再上一个新的台阶。作为可应用于光伏一体化建筑的高效光伏器件,量子点太阳能电池在过去数十年间迅速发展,已经初步具备了大规模工业生产的能力。Pb S量子点材料因其显著的多激子效应、可应用的中间带结构、可调谐的带隙宽度、宽的光谱吸收以及低成本高效的制备方法,是量子点器件极有潜力的光吸收材料,应用此类材料的光伏器件已经达到了14%的光电转换效率。论文主要利用SCAPS光电模拟软件对结构为FTO/Ti O2/Pb S-Pb X2/Pb S-EDT/Au的量子点太阳能器件进行了数字化建模,并通过数值模拟探讨了不同参数对太阳能电池性能的影响。最后通过实验对部分模拟结果进行验证,为量子点太阳能电池的性能优化研究提供了思路。文章的主要工作内容以及结论如下:1.通过有机液相热注射合成方法合成了高质量的Pb S量子点材料（粒径大约是3nm）,采用液相配体交换技术对量子点材料进行了配体交换,并通过旋涂法制备了效率为9.08%的Pb S量子点太阳能电池（器件结构为FTO/Ti O2/Pb S-Pb X2/Pb S-EDT/Au）。使用SCAPS光电模拟软件对制备的器件进行数字建模,模拟器件的效率校准为9.04%。除基本参数外其他的光电参数主要来自于参考文献,并且在模拟过程中对部分参数进行了适当调整。2.通过模拟探讨了光吸收材料层厚度以及电子传输层和空穴传输层材料对器件性能的影响。结果显示器件的短路电流以及开路电压随着光吸收层厚度的增加呈稳定上升趋势,而填充因子则在厚度增加到200 nm后逐渐开始下降,器件的光电转换效率在700nm处达到最大值10.85%。此外还将Ti O2替换为Cd S、Zn O以及Zn0.8Mg0.2O,并通过能带排列的变化证实了电子传输层和光吸收层之间能带偏移的关键作用。导带负向偏移会降低器件的开路电压,而适当的导带正向偏移则可以增加器件的光电转换效率。将Pb S-EDT替换为Cu2O、Cu I以及Spiro-OMe TAD,结果显示价带偏移量的减小有助于减少界面载流子的复合率。3.通过模拟探讨了缺陷等其他参数的影响,随后对部分参数的影响进行了实验验证。在光吸收层缺陷态密度方面,结果显示,随着Pb S-Pb X2内的缺陷态密度的减小,光伏器件性能不断增加,在1015 cm-3处达到较高的水平,之后性能参数逐渐趋于稳定。在界面缺陷态密度方面,模拟发现较低的界面缺陷态密度有利于器件性能的提升,并且Ti O2/Pb S-Pb X2界面的影响比Pb S-EDT/Pb S-Pb X2界面更加显著。在电子传输层和空穴传输层掺杂浓度方面,结果表明随着掺杂浓度的提高,器件的量子效率也随之提高。模拟显示电子传输层的最佳掺杂浓度为1021 cm-3,并且空穴传输层的掺杂浓度对器件性能影响更加显著。在背电极功函数方面,模拟显示背电极功函数能显著影响器件的性能,并且金电极是很好的选择。在工作温度方面,研究发现当温度上升时,器件性能下降,相较于短路电流,开路电压随着温度的升高下降更加严重。最后还通过实验验证了光吸收层厚度的影响,在改变缺陷态密度的情况下模拟得到了与实验相似的结果,温度模拟的结果也与以往的实验结果相似,这再次验证了模拟研究的有效性。

关键词：太阳能电池 PbS量子点 SCAPS 数值模拟器件优化

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数学史融入中职数学教学之探究

数理化解题研究 2022年第33期 23-25页

作者：王龙祥江苏省金坛中等专业学校 213200

数学史是研究数学历史的学科,它追溯了许多数学公式和数学理念的起源,阐述了数学学科的根本,在中职数学教学中应引入数学史的内容,通过引入数学史的教学手段来丰富课堂内容,促使学生进一步学习数学,提升课堂深度.将数学史融合到中职数... 详细信息

数学史是研究数学历史的学科,它追溯了许多数学公式和数学理念的起源,阐述了数学学科的根本,在中职数学教学中应引入数学史的内容,通过引入数学史的教学手段来丰富课堂内容,促使学生进一步学习数学,提升课堂深度.将数学史融合到中职数学教学中,是新时代基于立德树人根本任务下的职业学校数学教学工作的新要求.文章依据中职学生特点对数学史融入中职数学教学的相关策略进行了探究.

关键词：数学史中职数学引入丰富课堂

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中职数学系列微课开发实践

新课程教学（电子版） 2023年第14期 144-145页

作者：王龙祥江苏省金坛中等专业学校

随着科技的不断发展,微课的开发与应用也逐渐拓展开来,尤其是近几年来在教学领域应用得十分广泛,能够很好地帮助开展教学的进程,以及提升学生整体的学习效率。在中职数学的教学中,应该积极地将微课应用起来,并将其最好的功效发挥出来,... 详细信息

随着科技的不断发展,微课的开发与应用也逐渐拓展开来,尤其是近几年来在教学领域应用得十分广泛,能够很好地帮助开展教学的进程,以及提升学生整体的学习效率。在中职数学的教学中,应该积极地将微课应用起来,并将其最好的功效发挥出来,使得微课能不断地为中职数学的教学所用,不断地提升中职数学教学的水平和质量。

关键词：科技发展微课的开发与应用中职数学教育教学

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JPEG2000编解码系统的优化与实现

JPEG2000编解码系统的优化与实现

作者：王龙祥哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

JPEG2000标准压缩算法采用离散小波变换（DWT）和优化截断的嵌入式块编码（EBCOT）算法,相较于JPEG算法有许多优势,在世界上许多图像处理的领域应用广泛。本文通过详细分析原有IP硬件结构,发现其在占用面积和支持图像分辨率方面非常有... 详细信息

JPEG2000标准压缩算法采用离散小波变换（DWT）和优化截断的嵌入式块编码（EBCOT）算法,相较于JPEG算法有许多优势,在世界上许多图像处理的领域应用广泛。本文通过详细分析原有IP硬件结构,发现其在占用面积和支持图像分辨率方面非常有必要进行优化。本文通过对JPEG2000标准协议的压缩算法进行分析,首先利用编码和解码部分算法相似、过程相逆的特点,对编解码结构进行优化整合,实现一种可以同时具有编码或解码功能的硬件结构,大大减小硬件面积。针对整体硬件结构,复用编解码所需的小波系数存储器及码流存储器,整体存储器面积减少62%;针对小波正反变换部分,根据编码或解码模式选择不同的流水结构,复用存储器及逻辑资源;针对位平面扫描算法,复用上下文生成等逻辑及存储器资源;针对MQ算法,复用基于状态迁移的概率估计逻辑。然后在硬件结构优化完成的基础上,进一步扩展IP功能,提出两种方案实现支持尺寸为1024×1024大分辨率图像编解码IP的设计,方案一采用“拼接法”将图像划分为4个尺寸为512×512叠块完成实现,方案二采用“整体优化设计法”完成实现,两种方案完成的硬件设计各有优缺点,可根据不同场景实际需求选择使用。本文针对优化完成的结构,采用Verilog HDL语言完成硬件代码实现,并通过对IP核进行充分的验证和性能分析,在代码覆盖率、自洽性、可配置功能等诸多方面表现优异,编码模式最高工作频率可达接近150MHz,解码模式最高工作频率可超过175MHz,满足实际编解码需要。本文利用Xilinx工具搭建SoC系统,构建了基于FPGA的系统级验证平台,可以实现完整的编码或解码功能,解码时可通过显示器显示重构后的图像,验证了设计的功能。

关键词： JPEG2000 图像编解码硬件结构优化大分辨率验证平台

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养老建筑领域装配式建筑的应用研究

四川建材 2022年第12期48卷 69-70页

作者：王龙祥江苏省赣榆中等专业学校江苏连云港222199

我国是世界上人口最多的国家,随着近年来人口生育率的不断下降,人口老龄化问题也来越严重,老年人群体规模也越来越大,养老模式也在发生着深刻变革,老年人的养老问题正在成为一个重要的研究课题。随着人们生活水平的提高,对养老建筑数量... 详细信息

我国是世界上人口最多的国家,随着近年来人口生育率的不断下降,人口老龄化问题也来越严重,老年人群体规模也越来越大,养老模式也在发生着深刻变革,老年人的养老问题正在成为一个重要的研究课题。随着人们生活水平的提高,对养老建筑数量和质量的要求都在不断提升,从养老建筑需求入手,探讨在养老领域,运用装配式建筑的特点,缓解当前养老需求与养老建筑之间的矛盾。

关键词：人口老龄化装配式建筑养老建筑意义

星型AM-AMPS共聚物对水基钻井液流变性和滤失量的影响

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星型AM-AMPS共聚物对水基钻井液流变性和滤失量的影响

作者：王龙祥中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

水基钻井液在高温下流变性不稳定,滤失量大大增加。目前国内外传统的方法都是采用线型的水溶性改性天然聚合物或者合成的聚合物来控制水基钻井液的高温流变性和滤失量。这些线型聚合物处理剂要么在高温下发生热降解;要么在高温下可以控... 详细信息

水基钻井液在高温下流变性不稳定,滤失量大大增加。目前国内外传统的方法都是采用线型的水溶性改性天然聚合物或者合成的聚合物来控制水基钻井液的高温流变性和滤失量。这些线型聚合物处理剂要么在高温下发生热降解;要么在高温下可以控制钻井液的滤失量,但又会导致钻井液体系的黏度过大,高温作用下流变性的稳定和滤失量控制是目前高温水基钻井液仍未解决的技术难题。星型聚合物是由多个线型支链依靠化学键连接至同一个中心支点或核上所形成的支化聚合物。与相同分子量的线型聚合物相比,星型聚合物具有更低的本体和溶液黏度,同时星型聚合物具有更好的热稳定性和溶解性。本文开展了星型丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚物对水基钻井液流变性和滤失量的影响。主要研究内容如下:(1)合成了三种不同分子量的星型共聚物并对其进行表征制取了苯乙烯(St)和马来酸酐(MAH)的交替共聚物Poly(St-alt-MAH)作为侧基,合成水溶性的多官能度大分子引发剂;然后多官能度大分子引发剂激发丙烯酰胺(AM)和功能性单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)的水溶液共聚合,制备了三种不同分子量的中心为Poly(St-alt-MAH),支链为丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚物Poly(AM-co-AMPS)的星型结构共聚物S-Poly(AM-co-AMPS),并对其进行表征。实验发现S-Poly(AM-co-AMPS)的热稳定性随分子量的增加而加强。(2)探究不同分子量、不同结构的聚合物对水基钻井液流变性的影响采用宾汉模式和幂律模式探究不同分子量的S-Poly(AM-co-AMPS)在不同浓度条件下,对水基钻井液老化前后流变特性的影响;合成了相同分子量的线型丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚物L-Poly(AM-co-AMPS),与S-Poly(AM-co-AMPS)作对比,采用ZNN-D6六速旋转黏度计和Fann 50 SL高温高压流变仪两种测试方法研究了具有不同结构的聚合物对水基钻井液流变特性的影响。实验发现浓度为0.3%、分子量为2000万的S-Poly(AM-co-AMPS)维持高温条件下钻井液稳定的能力更强。(3)探究不同分子量、不同结构的聚合物对水基钻井液滤失量的影响与相同分子量的L-Poly(AM-co-AMPS)作对比,研究了S-Poly(AM-co-AMPS)在不同浓度条件下,对水基钻井液老化前后API滤失量和HTHP滤失量的影响。实验发现分子量为2000万、浓度为0.3%的S-Poly(AM-co-AMPS)对钻井液的降滤失作用效果显著。

关键词：星型聚合物 AMPS 流变性降滤失抗高温

多自由度塑料油箱冲击试验台控制系统的研究与实现

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多自由度塑料油箱冲击试验台控制系统的研究与实现

作者：王龙祥齐鲁工业大学

学位级别：硕士

近年来,随着汽车行业的飞速发展,汽车已经取代其他工具成为了人们主要的交通工具。为了节约能源、降低成本,汽车轻量化已成为汽车工业的重要发展趋势,这一趋势使得汽车使用塑料油箱的比例大大增加。汽车油箱作为汽车的重要部件直接影响... 详细信息

近年来,随着汽车行业的飞速发展,汽车已经取代其他工具成为了人们主要的交通工具。为了节约能源、降低成本,汽车轻量化已成为汽车工业的重要发展趋势,这一趋势使得汽车使用塑料油箱的比例大大增加。汽车油箱作为汽车的重要部件直接影响到汽车质量以及安全性能的好坏,因而对汽车油箱质量的检测成为汽车油箱生产的重要环节,塑料油箱冲击试验台的研制工作就显得格外的重要。塑料油箱冲击试验台是现在油箱生产企业必须购买的实验设备,这在国外已经非常普遍,但是对于国内很多汽车油箱生产企业来说,冲击试验台的应用还是一个新兴的课题,所以设计这样的一种设备是比较受欢迎的。本文在分析研究试验台整机各部分机械结构和运行方式的基础上,设计了基于三菱PLC和MCGS触摸屏的控制系统。控制系统充分利用了PLC的稳定可靠、触摸屏友好灵活以及两者具有良好兼容性的特点进行了塑料油箱冲击试验台控制系统的研制,整个控制系统以PLC为核心控制设备,控制冲击试验台的正常运行,系统以触摸屏作为人机交互界面,在操作员的操作下完成塑料油箱冲击试验过程,实时更新数据。试验台中输入量和输出量连接在分布式输入输出设备上,通过PLC和MCGS触摸屏完成对输入输出量的控制。本试验台用于塑料油箱的耐冲击性能试验。全自动塑料油箱冲击试验台控制系统以PLC和人机交互界面触摸屏联合控制的方法,实现了冲击试验台的基本控制要求。同时基于摆锤冲击理论的计算得出,摆锤撞击中心和塑料油箱的撞击位置需要在一条水平直线上面,因此通过对冲击试验台机构平面的坐标系建立以及伺服电机和PID控制算法的引入,实现了摆锤的精确定位,通过在触摸屏上面设置输入坐标或者给定的冲击位置曲线方程,摆锤定位系统能够通过伺服电机编码器的实时反馈实现摆锤的撞击中心和撞击位置精确重合。通过对与现有塑料油箱冲击试验台相比,三个轴自由度可调可以实现各个尺寸的塑料油箱冲击试验并能够实现各个方向速度可调,编码器结构可以通过在上位机灵活的选择摆锤的仰角从而实现各种能量的摆锤冲击试验,而且通过与上位机的通信免去了繁杂的人力操作,实现了自动化操作的功能。本文对试验用的试验台做了仿真测试,机械结构衔接合理,并进行了试验测试。整机系统操作合理、人机交互界面友好、系统可靠性程度高,可以完成对塑料油箱冲击试验的测试,具有一定的使用价值。

关键词：塑料油箱 PLC 触摸屏控制系统

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语文科任务型写作课程形态的构建

语文科任务型写作课程形态的构建

作者：王龙祥闽南师范大学

学位级别：硕士

写作课程的体系化追求与写作课程的实施困境之间的矛盾,成为当下写作教育研究急待跨跃的一道槛。本研究立足于课程构建理论,认为写作课程层级之下,应当有多种课程形态并存的局面。其中,任务型写作课程形态具有典型价值,更加有利于对学... 详细信息

写作课程的体系化追求与写作课程的实施困境之间的矛盾,成为当下写作教育研究急待跨跃的一道槛。本研究立足于课程构建理论,认为写作课程层级之下,应当有多种课程形态并存的局面。其中,任务型写作课程形态具有典型价值,更加有利于对学生写作的过程性指导,更加注重写作学习的功能性。任务型写作教学,把学生的学习过程作为完成一系列任务的过程。在写作教学过程中,若能够把写作过程的具体任务与学生写作能力培养的目标结合起来,通过任务驱动完成学习任务,将更加有效地达成写作能力目标。本论文以“写作课程形态”为理念指导,共有四章,围绕“构建语文科任务型写作课程形态”这一主题,主要从“构建理念”“目标确定”“路径开发”等方面展开探索。第一章是绪论部分,以新课程改革背景下写作研究的困惑为切入点,论述任务与写作能力目标培养的关系,在相关研究综述方面,着重概述国内任务型写作课程的雏形。第二章是任务型写作课程形态的构建理念分析,主要从任务型写作课程的理论基础与目标取向、构建任务型写作课程形态的必要性等方面展开论述。第三章是任务型写作课程目标的确定问题,涉及学情分析、社会需求和写作知识三个维度的依据,这三个方面缺一不可。第四章着重论述任务型写作课程形态的构建路径,包括任务型写作课程形态的组织原则、基于不同核心要素的课程形态构建路径以及写作任务的有效开发问题。以任务为核心,以情境为依托,关注写作的交际功能价值,以达成写作能力的培养为靶向,这是本研究的立足点。任务型写作课程并不在于推翻或排斥其他写作课程范式,而是基于写作能力培养过程的有效性,运用整合教学法的理念,将其他写作课程范式中有利于写作能力培养的因素,以任务活动和任务完成的形式加以整合,从而构建一种相对完整的任务型写作课程形态。

关键词：课程目标任务型写作课程形态需求评估任务类型构建路径