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基于混合逻辑动态模型的单相PWM整流器IGBT开路故障诊断

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基于混合逻辑动态模型的单相PWM整流器IGBT开路故障诊断

作者：蒲俊楷西南交通大学

学位级别：硕士

随着我国高速动车组大规模服役,高速动车组运营的安全保障成为苛待完善的重要环节。电力牵引传动系统是高速动车组的核心系统之一,其安全保障至关重要。在电力牵引传动系统中,网侧变流器—单相脉冲(Pulse Width Modulation,PWM)整流器... 详细信息

随着我国高速动车组大规模服役,高速动车组运营的安全保障成为苛待完善的重要环节。电力牵引传动系统是高速动车组的核心系统之一,其安全保障至关重要。在电力牵引传动系统中,网侧变流器—单相脉冲(Pulse Width Modulation,PWM)整流器的核心器件绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)故障率较高。因此,研究单相PWM整流器的IGBT故障诊断对于提升高速动车组安全保障技术具有重要意义。本文以广泛应用于高速动车组的单相两电平整流器和单相三电平二极管中点箝位型(Neutral Point Clamped,NPC)整流器为研究对象,研究IGBT开路故障诊断方法。首先,对单相PWM整流器在所有可能开关信号、不同网侧电流条件、网侧电压与直流侧电压条件下的电路状态进行分析。将控制变迁和条件变迁的离散事件运用逻辑函数表达,与系统连续状态方程融合,建立单相PWM整流器的混合逻辑动态模型。然后,利用混合逻辑动态模型估计网侧电流,实测值与估计值比较生成残差,通过理论和仿真分析电压、电流和残差在每种IGBT开路故障运行下的特征。对单相两电平整流器每个IGBT故障,以开关信号相互隔离下的残差变化率为诊断变量,设定阈值,与阈值比较实现诊断。对单相三电平NPC整流器,以残差变化率为诊断变量,采用特定开关信号注入的方法,提取出独立有效的故障信息,制定相应的故障评价规则,实现故障IGBT的定位。最后,通过仿真和基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的硬件在环仿真平台对所提出的IGBT开路故障诊断方法进行了验证。结果表明,所构建估计器能准确估计网侧电流,所提出方法对单相两电平整流器和单相三电平NPC整流器IGBT开路故障均能有效快速诊断,而且对负载变化、网压变化、工况切换不敏感。

关键词：故障诊断 IGBT 开路故障单相PWM整流器三电平NPC整流器混合逻辑动态

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基于混合逻辑动态模型的逆变器开路故障诊断

铁道学报 2016年第8期38卷 35-40页

作者：葛兴来苟斌蒲俊楷王志远西南交通大学电气工程学院四川成都610031

依据混合逻辑动态建模方法,将逆变器IGBT开关信号定义为离散控制变量,二极管导通与否定义为离散条件变量,建立逆变器-电机混杂系统模型。定义残差为三相电流估计值与实测值的差值,发生IGBT开路故障后,三相残差电流单调上升或下降,根据... 详细信息

依据混合逻辑动态建模方法,将逆变器IGBT开关信号定义为离散控制变量,二极管导通与否定义为离散条件变量,建立逆变器-电机混杂系统模型。定义残差为三相电流估计值与实测值的差值,发生IGBT开路故障后,三相残差电流单调上升或下降,根据电流变化规律建立残差信息表定位故障,通过设定阈值抑制噪声、测量误差等影响。通过MATLAB/Simulink仿真和dSPACE半实物平台验证了诊断方法的正确性和有效性,诊断时间仅需1/8个基波周期。

关键词：逆变器 IGBT 混杂系统残差故障诊断半实物

基于状态观测器的单相整流系统传感器故障诊断与容错控制方法

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铁道学报 2017年第2期39卷 44-51页

作者：苟斌蒲俊楷葛兴来冯晓云西南交通大学电气工程学院四川成都610031

交直交传动系统广泛应用于高速铁路牵引领域。电力牵引变流器作为牵引传动系统核心部件,由于其自身结构复杂,且运行环境恶劣,易突发故障。本文针对牵引变流器脉冲整流器网侧电流传感器和中间直流侧电压传感器故障,通过建立单相脉冲整流... 详细信息

交直交传动系统广泛应用于高速铁路牵引领域。电力牵引变流器作为牵引传动系统核心部件,由于其自身结构复杂,且运行环境恶劣,易突发故障。本文针对牵引变流器脉冲整流器网侧电流传感器和中间直流侧电压传感器故障,通过建立单相脉冲整流器混合逻辑动态MLD(Mixed Logic Dynamic)模型,构建系统状态观测器,研究基于状态观测器的传感器在线故障诊断与容错控制方法,并基于RT-LAB在回路试验平台进行了验证。试验结果验证了该方法的有效性,其具有诊断速度快、精度高的特点,适用于电力牵引传动系统应用。

关键词：状态观测器单相脉冲整流器传感器故障诊断与容错控制混合逻辑动态模型

四开关三相逆变器全调制度范围内两种等效PWM算法

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电工技术学报 2017年第2期32卷 206-215,227页

作者：刘勇超葛兴来蒲俊楷唐启迪西南交通大学电气工程学院成都610031

为提高两电平逆变器单桥臂故障重构拓扑四开关三相逆变器(FSTPI)的直流电压利用率,提出了一种FSTPI的空间矢量脉宽调制(SVPWM)过调制算法,该算法根据调制度的大小将整个过调制区域划分为过调制模式Ⅰ区、过调制模式Ⅱ区和过调制模式Ⅲ... 详细信息

为提高两电平逆变器单桥臂故障重构拓扑四开关三相逆变器(FSTPI)的直流电压利用率,提出了一种FSTPI的空间矢量脉宽调制(SVPWM)过调制算法,该算法根据调制度的大小将整个过调制区域划分为过调制模式Ⅰ区、过调制模式Ⅱ区和过调制模式Ⅲ区。为揭示全调制度范围内FSTPI的SVPWM算法和载波脉宽调制(CBPWM)算法的内在联系,从调制函数角度出发,基于PWM规则采样法,分别推导了与这三个过调制模式区SVPWM算法等效的CBPWM算法,并得到了随着调制度变化,全调制度范围内CBPWM相应等效调制函数的变化规律。理论研究表明,全调制度范围内,FSTPI的SVPWM算法是一种特殊形式的CBPWM算法。仿真和实验结果证明了理论分析的正确性和有效性。

关键词：故障重构拓扑四开关三相逆变器空间矢量脉宽调制载波脉宽调制过调制调制函数

弱电网下计及直流母线和镜像频率耦合扰动的三相LCL型并网逆变器序导纳建模及稳定性分析

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电力自动化设备 2020年第9期40卷 190-196页

作者：朱益良蒲俊楷葛兴来闫培雷孙伟鑫李婷婷刘川西南交通大学磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室四川成都610031 成都运达科技股份有限公司四川成都610097

为解决新能源并网系统的交互失稳问题,首先运用双谐波线性化方法,综合考虑直流母线与镜像频率耦合扰动,建立三相LCL型并网逆变器的序导纳模型;进一步将传统的矩阵序导纳模型简化为单输入单输出序导纳模型,分别分析锁相环、直流电压外环... 详细信息

为解决新能源并网系统的交互失稳问题,首先运用双谐波线性化方法,综合考虑直流母线与镜像频率耦合扰动,建立三相LCL型并网逆变器的序导纳模型;进一步将传统的矩阵序导纳模型简化为单输入单输出序导纳模型,分别分析锁相环、直流电压外环和电流内环控制器的带宽对并网逆变器导纳特性的影响规律;最后基于MATLAB/Simulink仿真平台,验证了非线性时域系统中所建序导纳模型的准确性,并通过奈奎斯特稳定判据证明了所提模型可有效地提高弱电网下并网交互系统稳定性。

关键词：弱电网并网逆变器镜像频率耦合稳定性分析双谐波线性化

一种基于阻抗重构的城市轨道交通牵引系统直流侧振荡抑制方法

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控制与信息技术 2021年第2期 49-55页

作者：李婷婷孙伟鑫刘川蒲俊楷葛兴来成都运达科技股份有限公司四川成都610097 西南交通大学磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室四川成都610031

由于主电路参数失配以及逆变器-电机系统在特定工况下存在的负阻抗特性,城市轨道交通牵引系统容易发生直流侧母线电压振荡的现象。为解决此问题,文章建立了牵引系统的特征方程模型,分析了直流侧滤波参数对系统稳定性的影响。针对逆变器... 详细信息

由于主电路参数失配以及逆变器-电机系统在特定工况下存在的负阻抗特性,城市轨道交通牵引系统容易发生直流侧母线电压振荡的现象。为解决此问题,文章建立了牵引系统的特征方程模型,分析了直流侧滤波参数对系统稳定性的影响。针对逆变器-电机驱动系统,提出了一种基于阻抗重构的振荡抑制方法。其通过补偿控制器输出的d轴和q轴参考电压信号,改善了逆变器-电机系统的负阻抗特性,从而使系统稳定运行。仿真与硬件在环实验结果表明,采用该抑制策略可有效抑制直流侧母线电压振荡,从而提高系统的稳定性。

关键词：阻抗重构振荡抑制牵引系统电压失稳

鲁西七星台地区韧性剪切带变形特征及样式:对华北克拉通东部新太古代演化的构造约束

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岩石学报 2025年第1期41卷 237-259页

作者：张书慧张健赵辰苗亚洲刘晓光陈国楷中山大学地球科学与工程学院珠海519000 香港大学地球科学系中国香港中国地质调查局沈阳地质调查中心沈阳110034 山东科技大学地球科学与工程学院青岛266590

鲁西地区是华北克拉通东部陆块的重要组成部分,整体呈NW-SE向带状展布,保留有完整的新太古代地质记录和丰富的新太古代构造样式,对深入研究华北克拉通新太古代构造演化历史具有重要意义。过去的研究主要集中于地球化学、年代学、变质岩... 详细信息

鲁西地区是华北克拉通东部陆块的重要组成部分,整体呈NW-SE向带状展布,保留有完整的新太古代地质记录和丰富的新太古代构造样式,对深入研究华北克拉通新太古代构造演化历史具有重要意义。过去的研究主要集中于地球化学、年代学、变质岩石学等方面,但在构造地质学方面缺乏详细的证据制约。七星台地区位于鲁西西北部,新太古代不同岩性均有出露,保留丰富新太古代时期构造,是研究鲁西地壳形成与演化的经典地区。因此,本文选择在该地区进行了详细的野外构造解析、显微构造分析以及有限应变测量和地质年代学研究。详细野外填图揭示七星台韧性剪切带整体呈NW-SE向展布,剪切带内面理产状近直立,并且发育近水平矿物拉伸线理,而剪切运动学标志不发育。两条代表性构造剖面表明,在二长花岗岩体西侧与新太古代晚期TTG岩石构造接触区域,二长花岗岩为S-L构造岩发育糜棱面理,向东侧变形程度逐渐降低且最终变为块状构造。两条剖面中岩石分布及变形特征相似,不同变形程度的岩石间无明显界限,表明该地区带状分布的近直立岩石面理可能为水平向挤压所致。镜下显微特征也显示变形强度自西向东逐渐减弱的相似趋势,在变形二长花岗岩中普遍存在由强烈拉长的石英颗粒形成的多晶条带,矿物变形行为表明变形温度约450~550℃。利用三种不同方法获得的岩石有限应变测量结果和Flinn图解表明岩石应变类型为压扁型应变。应变强度分布图也显示岩石应变强度中间最强,向东远离构造接触带则呈逐渐降低趋势。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果显示七星台二长花岗岩形成时代为~2525Ma,结合前人研究,认为鲁西七星台地区变形时代约为2525~2500Ma。综上所述,鲁西地区在新太古代晚期经历了近NE-SW向水平压扁应变和近NW-SE向水平拉伸应变,指示新太古代晚期水平向构造挤压体制在华北克拉通东部陆块可能已经存在。同时,鲁西线性带并不具备典型的俯冲-碰撞造山带变形特征,如复杂的构造应力场变化、大型逆冲推覆构造以及高级变质作用等。这可能与其所处的特殊构造位置有关,如远离俯冲带的陆内应变集中区,但俯冲带的确切位置则需要未来更多详细工作来综合确定。

关键词：新太古代晚期七星台韧性剪切带二长花岗岩有限应变测量鲁西

加权共表达网络分析与机器学习识别类风湿关节炎滑膜中的关键基因

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中国组织工程研究 2025年第2期29卷 294-301页

作者：武英楷史高龙谢宗刚苏州大学附属第二医院江苏省苏州市215000 宁阳县第一人民医院山东省泰安市271000

背景:类风湿关节炎是一种全身的免疫相关性疾病,主要病理特点是关节滑膜炎性增生及关节软骨的破坏,其发病机制目前尚不明确,迫切需要发现新的具有高度敏感性和特异性的诊断标志物。目的:联合使用生物信息学技术及计算机学习算法,识别并... 详细信息

背景:类风湿关节炎是一种全身的免疫相关性疾病,主要病理特点是关节滑膜炎性增生及关节软骨的破坏,其发病机制目前尚不明确,迫切需要发现新的具有高度敏感性和特异性的诊断标志物。目的:联合使用生物信息学技术及计算机学习算法,识别并筛选类风湿关节炎患者滑膜中的关键基因,构建类风湿关节炎预测模型并进行验证。方法:从基因表达综合数据库中下载3个包含类风湿关节炎患者滑膜的数据集(GSE77298、GSE55235、GSE55457),GSE77298和GSE55235作为训练集,GSE55457作为测试集,共纳入66个样本,其中类风湿关节炎患者滑膜样本39个,正常滑膜样本27个。应用R语言筛选训练集中的差异基因,然后使用加权共表达网络将训练集中的基因模块化,选出关键模块中的特征基因,将差异表达基因和特征基因取交集,交集基因进入下一步机器学习。采用3种机器学习方法:最小绝对值收敛和选择算子算法、支持向量机-递归特征消除和随机森林算法对交集基因进一步分析获得枢纽基因,将枢纽基因再次相交即得到类风湿关节炎滑膜中的关键基因。以关键基因为变量构建预测类风湿关节炎的列线图模型,推测患者发生类风湿关节炎的危险程度,使用受试者工作特征曲线确定类风湿关节炎预测模型及其关键基因的诊断价值。结果与结论:①通过差异分析,训练集中共筛选出差异基因730个,加权共表达网络分析得到特征基因185个,两者交集基因159个;②最小绝对值收敛和选择算子发现枢纽基因4个,支持向量机-递归特征消除发现枢纽基因11个,随机森林发现枢纽基因5个,取交集后获得关键基因2个(TNS3、SDC1);③基于2个关键基因,在训练集及测试集种构建列线图,其校准预测曲线与标准曲线贴合较好,且预测类风湿关节炎发生的临床效能良好;④上述结果证实,基于生物信息及机器学习算法获得的TNS3和SDC1有可能成为类风湿关节炎诊断和治疗的关键靶点。

关键词：加权基因共表达网络机器学习算法类风湿关节炎关键基因预测模型

奥硝唑药物对牙髓再生根管内血管化的潜在影响

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中国组织工程研究 2025年第14期29卷 2892-2898页

作者：黎梓楷张程程熊嘉颖杨曦瑞阳晶石海山暨南大学口腔医学院广东省广州市510632

背景:在牙髓治疗中,组织的再生修复和根尖的进一步发育依赖于血运重建及细菌感染的有效控制。有研究报道,将奥硝唑载于盖髓材料或血管化支架材料中可控制牙髓感染,但其血管化影响有待研究。目的:探究奥硝唑在根管内的残留浓度规律,评价... 详细信息

背景:在牙髓治疗中,组织的再生修复和根尖的进一步发育依赖于血运重建及细菌感染的有效控制。有研究报道,将奥硝唑载于盖髓材料或血管化支架材料中可控制牙髓感染,但其血管化影响有待研究。目的:探究奥硝唑在根管内的残留浓度规律,评价奥硝唑对内皮细胞增殖、迁移、分化的影响以及对血管的刺激性。方法:①将奥硝唑包封于离体牙髓腔后浸泡于Hanks缓冲液中,7 d后去除髓腔内的奥硝唑并重新包封无菌水,再次浸泡于Hanks缓冲液中,采用比色法定期检测髓腔液中奥硝唑质量浓度。②将人脐静脉内皮细胞接种于孔板内,观察细胞贴壁后加入脂多糖刺激24 h,然后分别加入0,1,2,5,8,10μg/mL奥硝唑共培养,检测细胞活性与迁移能力。将人脐静脉内皮细胞接种于孔板内,分别加入不同质量浓度(0,1,2,5,8,10μg/mL)奥硝唑共培养,或者经脂多糖刺激24 h后分别加入不同质量浓度(0,1,2,5,8,10μg/mL)奥硝唑共培养,检测血管内皮生长因子、碱性成纤维细胞生长因子的基因表达与血管内皮生长因子的蛋白表达。③采用鸡胚绒毛膜实验评估2,10μg/mL奥硝唑对血管的刺激性。结果与结论:①离体牙中残留的奥硝唑在最初6 d内迅速释放,随后释放速度减慢,8 d以后根尖奥硝唑质量浓度约为2μg/mL。②在脂多糖诱导的炎症条件下,CCK-8与细胞活死荧光染色显示奥硝唑(1-10μg/mL)对人脐静脉内皮细胞的活性无明显影响,细胞划痕实验显示奥硝唑(1-10μg/mL)对人脐静脉内皮细胞的迁移能力无明显影响。RT-qPCR检测显示,与单独的奥硝唑共培养后,人脐静脉内皮细胞中血管内皮生长因子、碱性成纤维细胞生长因子mRNA表达整体呈下降趋势;在脂多糖诱导的炎症条件下与奥硝唑共培养后,人脐静脉内皮细胞中两种因子的mRNA表达呈上升趋势。Western blot检测显示,在脂多糖诱导的炎症条件下与奥硝唑共培养后,人脐静脉内皮细胞中血管内皮生长因子蛋白表达呈升高趋势。③鸡胚绒毛膜实验显示2,10μg/mL奥硝唑无血管刺激性。④结果表明1-10μg/mL奥硝唑无细胞毒性及血管刺激性,可促进炎性内皮细胞中血管生成相关基因及蛋白的表达,作为一种潜在的治疗药物用于髓腔感染控制。

关键词：奥硝唑内皮细胞血管再生药物残留牙髓感染根管内血管化