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基于传递函数的IGBT模块结温估计及老化监测方法

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天津理工大学学报 2025年第1期41卷 36-43页

作者：孙谢鹏杜明星胡经纬天津理工大学复杂系统控制理论及应用天津市重点实验室天津理工大学电气工程与自动化学院

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)模块的Cauer模型与可靠性密切相关，因此研究Cauer模型及其参数的提取方法具有重要的实际意义。基于此，以三阶Cauer模型为例，研究了基于底板温度传递函数的热网络模型参... 详细信息

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)模块的Cauer模型与可靠性密切相关，因此研究Cauer模型及其参数的提取方法具有重要的实际意义。基于此，以三阶Cauer模型为例，研究了基于底板温度传递函数的热网络模型参数提取方法，并利用该模型实现了结温准确估计和老化状态监测。首先，建立了底板温度传递函数与热网络模型参数的关系，确定了三阶Cauer频域模型的热阻和热容。其次，根据得到的三阶Cauer频域模型反推出结温传递函数，进而求得结温表达式，实现IGBT模块结温估计并实验验证其准确性。最后，将该方法与国际电工委员会(international electrotechnical commission, IEC)标准下的总热阻计算方法相比，计算误差小于1%,且实现了结温的准确估计。此外，基于此方法可以实现对IGBT模块、热界面材料(thermal interface material, TIM)和散热片散热效果的状态监测。

关键词：绝缘栅双极型晶体管 Cauer频域模型传递函数结温估计状态监测

基于EMR信号的SiC MOSFET栅氧化层退化状态监测方法

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天津理工大学学报 2025年第2期41卷 57-64页

作者：李巍杜明星天津理工大学电气工程与自动化学院天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室

栅氧化层退化是碳化硅-金属-氧化物-半导体场效应晶体管(silicon carbide metal-oxide-semiconductor field effect transistor, SiC MOSFET)最常见的失效形式之一，栅氧化层状态监测是电力电子系统稳定运行的重要保证。因此，文中提出... 详细信息

栅氧化层退化是碳化硅-金属-氧化物-半导体场效应晶体管(silicon carbide metal-oxide-semiconductor field effect transistor, SiC MOSFET)最常见的失效形式之一，栅氧化层状态监测是电力电子系统稳定运行的重要保证。因此，文中提出了一种基于电磁辐射(electromagnetic radiation, EMR)信号的SiC MOSFET栅氧化层退化状态监测方法。首先在SiC MOSFET导通过程分析基础上，推导出栅氧化层老化程度与漏极电流变化率之间的关系；其次，把SiC MOSFET模块当作一个磁偶极子，测量其EMR信号，分析可知栅氧化层老化会引起EMR信号频谱幅值减小；最后，以SiC MOSFET组成的Buck变换器为被测对象，利用近场探头捕获EMR信号，根据其频谱幅值监测栅氧化层退化的程度。实验结果表明，SiC MOSFET栅氧化层退化对低频段的EMR信号频谱影响较大，在谐振点6.3 MHz附近出现峰值，并且随着栅氧化层老化程度加深，EMR信号频谱幅值也相应减小。

关键词：碳化硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管栅氧化层老化电磁辐射

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基于改进有限时间的电力系统混沌控制

天津理工大学学报 2025年第1期41卷 64-69页

作者：王红君李淑一赵辉陶纪中天津理工大学天津市复杂系统控制理论与应用重点实验室天津理工大学电气电子工程学院天津农学院工程技术学院

在某些特殊条件下，电力系统会受影响产生混沌振荡现象，影响电网的安全稳定运行。比如，电力系统在运行过程中产生过多的无功功率将会导致电压相角偏移，从而进一步引发电力系统混沌振荡现象。通过对电力系统相对电角度和相对角速度的... 详细信息

在某些特殊条件下，电力系统会受影响产生混沌振荡现象，影响电网的安全稳定运行。比如，电力系统在运行过程中产生过多的无功功率将会导致电压相角偏移，从而进一步引发电力系统混沌振荡现象。通过对电力系统相对电角度和相对角速度的调控和观测，可以实现电力系统稳定性的控制。文中首先对二阶电力系统模型(model of second order power system, MSOPS)进行混沌振荡的动力学分析，综合利用反步法和固定时间控制器等方法，设计了一种改进有限时间(finite-time, FT)的控制器，既实现了对电力系统混沌振荡的抑制又减轻了计算负担、提升系统收敛速度。最后采用MATLAB软件进行数值仿真表明：文中提出的控制策略能够快速抑制电力系统的混沌状态，验证了控制方法的鲁棒性和快速性。

关键词：电力系统有限时间混沌控制反步法

基于深度子空间学习和数据增强的滚动轴承故障诊断方法

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光电子·激光 2025年第1期36卷 69-76页

作者：张帅帅张超王肖锋天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室彼合彼方机器人(天津)有限公司天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心

主成分分析网络（principal component analysis network, PCANet）作为一种基于深度子空间学习框架的网络模型，在多个应用领域展现出卓越的性能。然而，在滚动轴承故障诊断方面，PCANet算法存在无法准确反映数据完整结构信息、鲁棒性... 详细信息

主成分分析网络（principal component analysis network, PCANet）作为一种基于深度子空间学习框架的网络模型，在多个应用领域展现出卓越的性能。然而，在滚动轴承故障诊断方面，PCANet算法存在无法准确反映数据完整结构信息、鲁棒性差以及泛化能力较弱等问题。本文针对这些问题，提出了一种基于PCANet算法和数据增强的滚动轴承故障诊断方法。该方法利用L2,1范数学习滚动轴承振动信号的频域稀疏结构，从而抑制噪声数据，提高模型鲁棒性。此外，通过数据增强处理，不同类别的训练样本之间的差异性也得到显著增加，从而提高了模型的泛化能力。最后，实验结果表明，该方法明显提高了PCANet模型的鲁棒性和泛化能力，能够准确识别不同类型的滚动轴承故障。

关键词：滚动轴承主成分分析网络(PCANet) 数据增强 L2,1范数故障诊断

中空连续体机械臂的设计与主从任务转换避障控制

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2025年第1期58卷 24-35页

作者：万淑敏孙长超袁培康常乐康荣杰天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300350

连续体机械臂具有优良的弯曲性能和柔顺灵活性,表现出了独特的环境适应性和人机交互安全性,在微创手术、灾后救援、狭窄空间检修等非结构化环境及家庭服务领域具有广阔的应用前景.然而,连续体机械臂的中央脊椎骨占据其内部空间,模块单... 详细信息

连续体机械臂具有优良的弯曲性能和柔顺灵活性,表现出了独特的环境适应性和人机交互安全性,在微创手术、灾后救援、狭窄空间检修等非结构化环境及家庭服务领域具有广阔的应用前景.然而,连续体机械臂的中央脊椎骨占据其内部空间,模块单元冗余且运动耦合导致避障运动困难等问题妨碍了其在实际场景中的应用.针对以上问题,设计了内部中空的丝驱动连续体机械臂,为末端执行器的电液气管线留置出了充足的物理空间,并通过鲍登管在结构上实现了模块单元间的运动解耦;考虑丝驱动连续体机械臂的弯曲特性,建立了解耦后的简化运动学模型和运动学闭环控制算法;构造了评估空间障碍物与连续体机械臂最短距离的计算方法;在传统变构型避障运动控制的基础上,提出了基于主从任务转换的避障控制算法,能够在末端轨迹跟踪约束下,实现对障碍的躲避,同时也可暂时舍弃对给定末端轨迹的跟踪以躲避位于末端运动轨迹附近的障碍物.仿真和实验结果表明:所设计的连续体机械臂具有良好的运动能力,轨迹跟踪控制的末端位置平均误差为2.510 mm,仅为连续体机械臂长度的0.32%;提出的主从任务转换避障控制算法有效,能够准确评估末端运动与避障运动的优先级,相关研究工作为连续体机械臂的设计和运动控制提供了新的参考和思路.

关键词：连续体机械臂解耦避障主从任务转换

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Ⅰ型和Ⅱ型钙黏蛋白二聚体生物力学响应的分子动力学模拟

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天津理工大学学报 2025年第2期41卷 140-145页

作者：王梓函王鑫天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心

钙黏蛋白是一种细胞粘附分子，在维持生物体中组织形态发生和完整性方面起着至关重要的作用。如果粘附系统功能失调会对身体产生重大影响，比如癌症侵袭和转移、皮肤病、心肌病等疾病。然而，即使具有相似的晶体结构，它们的生物力学响... 详细信息

钙黏蛋白是一种细胞粘附分子，在维持生物体中组织形态发生和完整性方面起着至关重要的作用。如果粘附系统功能失调会对身体产生重大影响，比如癌症侵袭和转移、皮肤病、心肌病等疾病。然而，即使具有相似的晶体结构，它们的生物力学响应对于外部载荷也是不同的。因此，文中利用分子动力学软件包GROMACS2019.6模拟原子力显微镜探针在E-钙黏蛋白、N-钙黏蛋白和VE-钙黏蛋白上的纳米压痕，旨在从力学稳定性、粘附性和刚度的角度研究I型和II型钙黏蛋白二聚体的生物力学响应。钙黏蛋白的胞外结构域被选为力学模型，因为它在控制细胞-细胞和细胞-底物相互作用中起着关键作用。结果表明，从均方根位移(root mean square displacement, RMSD)和力-位移曲线研究来看，E-钙黏蛋白二聚体与其他两种二聚体相比，其刚度最高，所以其具有较强的机械稳定性，RMSD波动也较小。而相比于其余两种二聚体，N-钙黏蛋白则是刚性较低，粘附性较强的，所以其RMSD波动也相对较大，机械稳定性较差。这一结果将有助于用更合适的基质培养不同的干细胞，并有助于解释体内细胞粘附强度的差异。

关键词：分子动力学模拟粘附刚度机械稳定性

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面向非结构化道路的可行驶区域语义分割

天津理工大学学报 2025年第2期41卷 105-112页

作者：朱俊涛刘佳琦杨璐天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心

准确识别非结构化道路可行驶区域可为军用智能车辆无人作战局部自主决策及路径规划提供理论依据。针对非结构化道路边缘模糊、特征相似等特点，现有的分割算法难以满足军用智能车辆对其准确性识别的问题，文中提出了一种面向非结构化道... 详细信息

准确识别非结构化道路可行驶区域可为军用智能车辆无人作战局部自主决策及路径规划提供理论依据。针对非结构化道路边缘模糊、特征相似等特点，现有的分割算法难以满足军用智能车辆对其准确性识别的问题，文中提出了一种面向非结构化道路的可行驶区域语义分割算法(attention Transformer DeepLabv3+,ATD)。在编码特征提取中级联了卷积注意力(convolutional block attention module, CBAM)模块，在不损失语义分割识别精度的前提下，增强了语义信息在不同通道和空间维度的自适应像素权重，强化了复杂环境下的特征编码能力。在解码中引入了Transformer多头注意力(multi-head attention),加强了空间位置信息的关联性，实现了非结构化道路边缘的细粒度化推理。基于自建的约6 000张非结构化道路数据集进行对比实验，实验结果表明，较对比网络模型准确率平均提高了5.65%,交并比平均提高了4.20%。

关键词：非结构化道路语义分割卷积注意力 Transformer DeepLabv3+

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基于分块模板匹配的印刷品文字缺陷图像检测方法

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天津理工大学学报 2025年第1期41卷 16-22页

作者：王旭周海波王军豪窦富超任凤雷天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心

随着自动化生产的飞速发展，印刷品缺陷检测逐步成为提高印刷质量的重要环节之一。在印刷品文字缺陷检测中，由于受纸张表面柔性等因素影响，存在局部模板匹配精度偏低的问题，导致误检率偏高，为进一步提高其检测精度，文中提出一种基... 详细信息

随着自动化生产的飞速发展，印刷品缺陷检测逐步成为提高印刷质量的重要环节之一。在印刷品文字缺陷检测中，由于受纸张表面柔性等因素影响，存在局部模板匹配精度偏低的问题，导致误检率偏高，为进一步提高其检测精度，文中提出一种基于分块模板匹配的印刷品文字缺陷图像检测方法。该方法将模板图像作为检测标准，利用霍夫直线法检测印刷品裁切线，完成扫描图像整体位姿与大小矫正，并采用分块模板匹配法，完成模板图像与扫描图像的局部高精度匹配，随后经图像正负差分与图像融合处理，获得漏印、墨斑及墨色不均等缺陷图像，最后进行连通域分析去除伪缺陷，进而实现印刷品文字缺陷图像检测。经实验验证，该方法能够较好满足检测要求，在印刷品行业具有一定的应用价值。

关键词：印刷质量模板图像扫描图像分块模板匹配缺陷检测

基于物联网与深度学习的机械设备的故障诊断综述

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天津理工大学学报 2025年第2期41卷 21-29页

作者：韩海飞魏仁哲王收军刘楠天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心

高效的机械设备故障诊断是保证机械系统正常运行的必要条件，针对传统的故障诊断过于依赖复杂的人工特征提取，已经不能满足实际诊断要求的问题，归纳综述了将物联网(internet of things, IoT)与深度学习相结合进行故障诊断这一具有潜... 详细信息

高效的机械设备故障诊断是保证机械系统正常运行的必要条件，针对传统的故障诊断过于依赖复杂的人工特征提取，已经不能满足实际诊断要求的问题，归纳综述了将物联网(internet of things, IoT)与深度学习相结合进行故障诊断这一具有潜力的技术。阐述了IoT在设备故障诊断中的便利与优势，对当前基于深度学习的故障诊断就卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)、生成对抗网络(generative adversurial network, GAN)、自动编码器(autoencoder, AE)和深度置信网络(deep belief networks, DBN)展开，介绍了各种算法以及应用场景，同时列举了近年来国内外学者在机械设备故障诊断方面开展的研究情况，并比较了不同应用场景下的优势与不足。最后，对于将物联网与深度学习相结合应用在机械设备的故障诊断方向上的未来发展做出展望。

关键词：故障诊断物联网综述深度学习数据处理

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