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面向芯片热应变测量的温控系统设计与研究

面向芯片热应变测量的温控系统设计与研究

作者：何杰东莞理工学院

学位级别：硕士

半导体行业的快速发展进一步加大了对芯片质量的严格要求。随着芯片发热功率显著增加,长时间运行可能导致由芯片热应变引发的晶圆失效问题,从而严重影响电子电路的可靠性。在芯片热应变研究中,温控系统扮演着至关重要的角色,为热应变测... 详细信息

半导体行业的快速发展进一步加大了对芯片质量的严格要求。随着芯片发热功率显著增加,长时间运行可能导致由芯片热应变引发的晶圆失效问题,从而严重影响电子电路的可靠性。在芯片热应变研究中,温控系统扮演着至关重要的角色,为热应变测量提供准确的温度场环境。目前,国内外芯片热应变测量领域所采用的温控系统面临若干挑战,其中平面结构的加热设计限制了加热台在进行芯片截面热应变分析时的适用性,常规比例-积分-微分(Proportional-Integral-Derivative,PID)控制算法也不能很好地满足控制需求。因此本文致力于满足芯片热应变测量需求,设计并实现一款具有高稳定性和高精度的温控系统。本文研究的芯片热应变测量温控系统主要分为硬件、算法和软件三个部分。研究首先完成了原位加热台的机械结构设计,关键器件的选型,并确定了以RP2040芯片为核心的总体方案。该温控系统由六大部分构成:温度采集单元、微控制器、温度执行单元、数据通信模块、原位加热台和上位机系统。针对原位加热台的时滞和非线性等特性,本文采用一种模糊自整定PID控制策略。该策略能在线调整PID参数,并通过积分分离和不完全微分技术,有效减弱了积分控制器的影响,优化了系统的动态响应。本研究构建了温度控制系统的数学模型,并使用系统辨识方法确定了传递函数参数。在Matlab/Simulink环境下,对PID、模糊控制及模糊PID控制器模型进行了仿真分析,结果显示所设计的模糊PID控制器具备快速响应、小幅度超调和稳定性良好的特点。为评估温控系统的性能,本研究开发了配套的控制软件程序和基于Lab VIEW的上位机系统。软件设计采用模块化设计思想,以增强系统逻辑结构的严密性。上位机通过串口与下位机实现通信,其核心功能涵盖通过人机界面实时展示工作状态、实时温度及其随时间的变化曲线,并实现数据存储。此外,上位机还支持温度设定、编辑及多模式温控。最终,完成了温控系统的搭建并进行了系统测试。研究结果表明,采用模糊PID控制策略的温控系统在性能上显著优于常规PID控制器。具体而言,该系统将超调量降低了2%,稳态时间缩短了33.9%。在加热台温控精度方面,该系统达到了±0.1℃的高标准,并通过芯片恒温测试的验证,满足了芯片热应变测量的需求。这些成果不仅验证了模糊PID控制方法的有效性,也展示了其在温控领域应用的巨大潜力。

关键词：芯片热应变温度控制系统原位加热台模糊PID控制

基于优化代理模型的精密空调出风温度控制研究

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基于优化代理模型的精密空调出风温度控制研究

作者：周灵川东莞理工学院

学位级别：硕士

精密空调是现代工业和信息技术基础设施的关键组成部分,广泛应用于数据中心、通信基站、医疗设备室、实验室等对温度、湿度和洁净度要求极为严苛的场所,为设备的安全与性能提供了坚实的保障,也提供了稳定的工作环境。其中,出风温度控制... 详细信息

精密空调是现代工业和信息技术基础设施的关键组成部分,广泛应用于数据中心、通信基站、医疗设备室、实验室等对温度、湿度和洁净度要求极为严苛的场所,为设备的安全与性能提供了坚实的保障,也提供了稳定的工作环境。其中,出风温度控制是精密空调中至关重要的环节,其精确性和稳定性直接决定了整个空调系统的性能与工作环境的质量。然而,精密空调的结构复杂且设备间存在相互耦合关系,同时环境因素也呈现动态变化,这些因素共同为精密空调的出风温度精确控制带来了巨大的挑战。鉴于现有出风温度控制方面存在的稳定性和精度不足,本文主要研究工作如下:首先,本研究以水冷型精密空调为研究对象,首先深入剖析了其工作原理,并通过采集样机实验数据,构建了出风温度变化动力学模型。其次,针对精密空调系统的出风温度控制难点,本研究根据模糊控制原理,并在此基础上设计了一种增量型模糊控制器。该控制器通过引入合理的模糊规则和隶属函数,对控制量累增,有效解决了传统精密空调出风控制设计复杂、精度不高和不稳定的局限性。然后,为了显著增强增量型模糊控器在精密空调出风温度控制中的性能,本研究深度融合了粒子群优化算法与准牛顿法的核心优势,构建了一种的准牛顿粒子群优化算法(Quasi-Newton Particle Swarm Optimization,QNPSO),并在此基础上,进一步综合了一种动态调整优化策略,进而提出了基于QNPSO的动态模糊优化控制策略。最后,为了进一步提升控制器对于环境变化或不确定性的适应能力,本研究引入了优化代理模型的思想。通过建立环境与优化参数之间的关系模型。该模型能够根据实时环境数据动态调整控制器参数,使之在各种复杂环境下都能保持最优的控制器参数,维持空调出风温度稳定。为确保出风温度变化动力学模型的精准性,本研究将模型仿真的出风温度数据与实际测量数据进行对比验证,从而为后续控制器的设计奠定了坚实的理论基础。通过仿真实验与传统控制方法的对比分析,表明增量型模糊控制器在减小稳态误差和提高控制精度方面表现出显著优势。此外,本研究进一步进行了优化算法的仿真对比实验,结果表明,基于QNPSO算法优化的增量模糊控制器在精密空调出风温度控制中展现出了最显著的性能提升,包括鲁棒性和精确性的显著改善,而基于QNPSO的动态模糊优化控制策略进一步增强了控制器的适应性。最终,通过基于环境的仿真实验和样机控制实验,验证了基于优化代理模型的增量模糊控制系统对于环境变化有较好的适应性。为现代工业和信息技术基础设施的稳定运行做出了重要贡献。

关键词：精密空调数学建模模糊控制优化算法优化代理模型

HNTs@CeO_(2)-Au@Co_(3)O_(4)催化还原对硝基苯酚和染料污染物

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中国环境科学 2024年第1期44卷 193-201页

作者：方嘉声陈铭刁琪琪赵硕黄振庭卫昆卓琼芳东莞理工学院生态环境与建筑工程学院广东东莞523808 东莞市新污染物重点实验室广东东莞523808 山东理工大学化学化工学院山东淄博255049

制备了HNTs@CeO_(2)-Au@Co_(3)O_(4)核壳中空管状复合催化剂,用于还原降解水体中对硝基苯酚(4-NP)和染料(MB,MO)污染物.采用TEM,SEM,EDS,XRD,N_(2)吸脱附,XPS等方法对催化剂微观结构和物化特征进行表征.结果表明,CeO_(2)和Co_(3)O_(4)作为内外活性层较好地分散固载Au纳米颗粒,通过界面反应构筑于埃洛石纳米管中,形成CeO_(2)/Co_(3)O_(4)叠层结构封装埃洛石载金核壳复合催化剂(HNTs@CeO_(2)-Au@Co_(3)O_(4)).该催化剂分别在3.5,8和3min内可还原去除96%以上的4-NP,MB和MO污染物,其相应的一级反应动力学速率常数(0.856,0.370,1.337min^(-1))和转换频率(10.99,1.90,2.80min^(-1))均明显优于HNTs-Au@Co_(3)O_(4),HNTs@CeO_(2)-Au和HNTs@CeO_(2)@Co_(3)O_(4)对照材料.HNTs@CeO_(2)-Au@Co_(3)O_(4)催化剂连续进行6次使用后,仍保持较高的4-NP,MB和MO污染物还原转化率(91.2%,87.3%,89.5%)和结构稳定性.独特的CeO_(2)/Co_(3)O_(4)叠层结构特征和复合组分协同增强效应有效促进了高性能催化体系的构建,极大提升了Au颗粒的催化活性和稳定性,使HNTs@CeO_(2)-Au@Co_(3)O_(4)催化剂呈现较为优异的催化效能和循环使用性能.

关键词：纳米金催化剂埃洛石核壳结构对硝基苯酚染料污染物催化还原

6061铝合金黄色微弧氧化膜层制备工艺优化及性能表征

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电镀与涂饰 2024年第6期43卷 102-109页

作者：朱枝胜李康祝闻易爱华廖忠淼田君李志恒陈胤蔡雨菲刘玉婷东莞理工学院分析测试中心广东东莞523808 东莞理工学院材料科学与工程学院广东东莞523808

[目的]铝合金本色单一且在使用中易发生腐蚀,导致美观度下降。[方法]通过优化电参数与着色剂高锰酸钾的添加量,在6061铝合金表面制备了色泽均匀的黄色微弧氧化陶瓷膜。采用Lab色差评价体系对膜层的颜色进行定量分析。[结果]确定了最优... 详细信息

[目的]铝合金本色单一且在使用中易发生腐蚀,导致美观度下降。[方法]通过优化电参数与着色剂高锰酸钾的添加量,在6061铝合金表面制备了色泽均匀的黄色微弧氧化陶瓷膜。采用Lab色差评价体系对膜层的颜色进行定量分析。[结果]确定了最优的工艺参数为:频率500 Hz,占空比20%,脉冲比5∶1,正向电流密度8 A/dm^(2),负向电流密度2 A/dm^(2),高锰酸钾质量浓度0.8 g/L。由此获得的黄色膜层的b值为19.2,色差为0.09,与基体结合紧密且表面有典型的“火山口”形貌。该黄色膜层主要由γ-Al_(2)O_(3)和少量非晶相组成,表面均匀分布着大量锰氧化物是其显示黄色的主要原因。[结论]控制锰氧化物的生成可调节黄色微弧氧化膜的颜色。

关键词：铝合金微弧氧化高锰酸钾黄色微观结构

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一种求解?正则化问题的积极集Barzilai-Borwein算法

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系统科学与数学 2024年

作者：李凯林彭壮汉胡子健程万友东莞理工学院计算机科学与技术学院

Barzilai-Borwein（BB）型算法是一种被广泛应用于求解无约束优化问题的有效方法,其具有存储量小、迭代简单等优点,而积极集识别技术具有准确识别最优解附近的零分量的强大能力,该技术可以将每个迭代点区分成零分量和非零分量两部分.本... 详细信息

Barzilai-Borwein（BB）型算法是一种被广泛应用于求解无约束优化问题的有效方法,其具有存储量小、迭代简单等优点,而积极集识别技术具有准确识别最优解附近的零分量的强大能力,该技术可以将每个迭代点区分成零分量和非零分量两部分.本文提出了一种求解大规模?1正则化问题的子空间Barzilai-Borwein（BB）方法,通过积极集识别技术,结合非单调线搜索技术和合适的BB步长,在适当的条件下,我们证明了所提出算法的收敛性.通过数值实验与现有的算法进行比较,证明了所提出算法运行的CPU时间更短、迭代次数更少,数值性能上更优.

关键词：稀疏优化子空间 BB步长收敛性

基于屈服机制控制的典型半刚性连接钢框架结构优化设计方法

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建筑结构学报 2024年第1期45卷 202-216页

作者：李彬王湛范延静潘建荣王鹏李猛华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室广东广州510640 东莞理工学院土木工程系广东东莞523808

构件截面初选范围及性能评价规则的合理性是实现结构设计高效准确的重要前提。对半刚性连接钢框架结构中不同组件受弯承载力进行不等式迭代推导,建立了适用于构件参数初选取值范围的量化计算方法,即屈服机制控制方法;结合遗传算法和改... 详细信息

构件截面初选范围及性能评价规则的合理性是实现结构设计高效准确的重要前提。对半刚性连接钢框架结构中不同组件受弯承载力进行不等式迭代推导,建立了适用于构件参数初选取值范围的量化计算方法,即屈服机制控制方法;结合遗传算法和改进成本计算方法,提出了基于屈服机制控制的典型半刚性钢框架结构优化设计方法。对已有试验、有限元参数分析和不同算例的验证性分析结果表明:采用屈服机制控制方法求解的构件参数取值范围可有效控制结构构件屈服顺序,避免结构出现螺栓、连接件失效的“脆性破坏”;屈服机制控制方法可有效减小优化搜索的初始解域,加快优化计算效率;改进的结构成本计算方法,可考虑节点及安装成本,得到与实际情况相符的全局最优解。

关键词：钢框架半刚性节点受弯承载力屈服机制控制方法改进的成本方法优化设计方法

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置换多项式中的一个计数问题

数学学报(中文版) 2024年

作者：官欢欢李娟吴丹尧嘉应学院数学学院贵州财经大学数学与统计学院东莞理工学院计算机科学与技术学院

近些年来,有限域上置换多项式的计数问题一直受到很多人关注,本文构造了有限域上置换多项式的一个全新的计数公式,并给出了一个置换多项式存在的判定条件.本文的结果解决了王强提出的一个问题.

关键词：有限域置换多项式指数

一种基于聚集诱导发光机制的新型氨肽酶N荧光探针

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第7期57卷 704-710页

作者：闫喜龙张子卓李明瑞沈华伟陈立功王博威天津大学化工学院天津300350 天津大学浙江绍兴研究院绍兴312300 东莞理工学院资产与实验室管理处东莞523808 绍兴兴欣新材料股份有限公司绍兴312369

氨肽酶N(APN)在人体中广泛存在,在肿瘤细胞表面大量表达,并在癌症侵袭、转移和血管生产过程中具有重要作用;体液中的APN可作为炎症、癌症的早期生物标志物.鉴于此,发展高灵敏度、高选择性的检测手段对APN进行实时检测及可视化成像将为AP... 详细信息

氨肽酶N(APN)在人体中广泛存在,在肿瘤细胞表面大量表达,并在癌症侵袭、转移和血管生产过程中具有重要作用;体液中的APN可作为炎症、癌症的早期生物标志物.鉴于此,发展高灵敏度、高选择性的检测手段对APN进行实时检测及可视化成像将为APN相关疾病的诊断及病理生理学说明提供可能性.荧光探针因其选择性好、灵敏度高的优势,近年来已被广泛应用于生物酶检测.然而已报道用于检测APN的荧光探针多基于平面分子,易受聚集荧光猝灭(ACQ)限制.与基于传统平面分子的ACQ荧光染料相比,具有聚集诱导发光(AIE)效应的荧光分子能更好地应用于高浓度与高含水量的检测环境,为荧光探针技术的发展开辟了新的路径,而基于AIE机制的APN荧光探针仍鲜有报道.喹啉-丙二腈(QM)类化合物具有长发射波长,且生物相容性好、光稳定性优异,目前已有多种基于QM母体的AIE探针应用于细胞成像与各种活性物质检测.基于此,设计合成了以QM为母体的AIE荧光探针QM-Ala,探针具有99 nm的大斯托克斯位移、良好的稳定性、抗干扰能力和较快的响应速度,检测限(LOD)低至1.22 ng/***-Ala在3~7区间对pH有即时响应,并在体液pH条件下对APN质量浓度有良好的线性响应,因此有望应用于酶抑制剂筛选以及体液中的APN质量浓度检测.

关键词：荧光探针氨肽酶N 聚集诱导发光喹啉-丙二腈

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基于正交试验法的热电蒸馏系统性能优化

低温与超导 2024年第6期52卷 96-102页

作者：王文豪陈永亮袁嘉欣蓝子健尹辉斌东莞理工学院广东省分布式能源系统重点实验室东莞523808

热电蒸馏利用热电效应实现液体的蒸发和冷凝,对蒸馏过程的优化是实现系统高效运行的关键。本文通过正交试验法探讨了工质温度、流量和热电模块电流对产水性能影响的主次顺序,然后全面试验研究了工质温度和电流共同作用下的产水性能,提... 详细信息

热电蒸馏利用热电效应实现液体的蒸发和冷凝,对蒸馏过程的优化是实现系统高效运行的关键。本文通过正交试验法探讨了工质温度、流量和热电模块电流对产水性能影响的主次顺序,然后全面试验研究了工质温度和电流共同作用下的产水性能,提出了主动调控方法,动态调节电流以匹配工质温度,从而优化系统性能。研究结果表明,工质温度是影响产水量的最主要因素,在5 A电流下增幅最大,从30℃升至60℃时,产水量提高了39.8倍;影响因素其次是热电模块电流,而流量的影响相对较小。采用主动调控方法后,变流模式下的产水量比恒流模式提高了21.35%,能源利用效率提升了7.30%,结果可为热电蒸馏系统的设计和运行提供参考依据。

关键词：正交试验热电模块蒸馏海水淡化产水性能优化