Applying Graph Theory and Mathematical-Computational Modelling to Study a Neurophysiological Circuit

The aim of the present study is to contribute to the knowledge about the functioning of the neuronal circuits. We built a mathematical-computational model using graph theory for a complex neurophysiological circuit consisting of a reverberating neuronal circuit and a parallel neuronal circuit, which could be coupled. Implementing our model in C++ and applying neurophysiological values found in the literature, we studied the discharge pattern of the reverberant circuit and the parallel circuit separately for the same input signal pattern, examining the influence of the refractory period and the synaptic delay on the respective output signal patterns. Then, the same study was performed for the complete circuit, in which the two circuits were coupled, and the parallel circuit could then influence the functioning of the reverberant. The results showed that the refractory period played an important role in forming the pattern of the output spectrum of a reverberating circuit. The inhibitory action of the parallel circuit was able to regulate the reverberation frequency, suggesting that parallel circuits may be involved in the control of reverberation circuits related to motive activities underlying precision tasks and perhaps underlying neural work processes and immediate memories.

ICPT电路全系统模型与测试验证研究

并联谐振型感应耦合电能传输电路结构简单、开关损耗低、工作频率范围宽,然而该电路有时启动失败或出现频率分岔现象。当这些现象出现后,如果保护电路不能及时动作则导致开关管击穿。该文采用全系统非线性建模的方法,建立包含驱动电路、开关变换电路和负载的全系统数学模型。针对该模型采用分段线性化和摄动方法得到电路的解析解;根据解析解导出零电压开关频率计算式,并研究品质因数Q变化对零电压开关频率的影响,由此揭示超出范围的负载是启动失败或产生分岔现象的根本原因。针对该模型的理论分析方法得到电路参数平衡点附近的相图,针对该模型的仿真计算可在特定初始条件下准确计算电路参数的相图和波形。结果表明:当Q≥√ε0,电路能够正常启动;当√ε0/2≤Q<√ε0,电路可从零状态启动;当Q<√ε0/2,根据初始条件使用该模型计算电路参数的波形和相图,可准确预测电路能否启动或正常运行;当电路已经稳定工作在极限环状态,如果负载增大到使品质因数Q<<√ε0/2,使用上述方法可以计算出电路即将终止运行并走向其中一个非零平衡点,这种计算方法可为保护电路动作提供准确的预测依据。测试结果验证该模型准确。

面向新型电力系统的数字实时硬件在环仿真综述

随着新能源的接入比例不断升高与电力电子设备的广泛应用,数字实时硬件在环仿真已经成为新型电力系统仿真分析的重要手段。在此背景下,综述数字实时硬件在环仿真的国内外研究现状,讨论提高仿真效率与精确度的关键技术,以及该过程中存在的疑难点。从数字实时硬件在环仿真的发展历史出发,首先讨论数字实时仿真的元件建模,包括Ron/Roff与L/C两类器件建模方法;随后归纳戴维南等效、诺顿等效与频率相关网络等值三类接口电路等效方法;接着讨论高速率并行算法、基于不同计算单元的仿真平台架构与硬件在环仿真的类型;然后总结典型数字实时硬件在环仿真的基本流程及其在新型电力系统中的应用实例,最后总结各类架构与算法的优缺点、适用场景。

基于自适应无迹卡尔曼滤波法的并联型电池系统SOC估计

荷电状态(SOC)是并联型电池系统安全运行和有效控制的关键状态参数之一。当电池系统噪声统计信息(如模型噪声和测量噪声)未知且时变,对于含多个不一致电池单体的并联型电池系统,其SOC的估计准确度往往受限。为此,首先介绍了一种基于模型参数校正器的并联型电池系统,以表征电池单体的不一致性。然后,提出了一种基于自适应无迹卡尔曼滤波法的并联型电池系统SOC估计算法,该算法是一种带噪声统计估计器的时变无迹卡尔曼滤波法。最后,通过与普通无迹卡尔曼滤波法和扩展卡尔曼滤波法的仿真及实验数据对比分析表明,所提出的SOC估计算法能有效、准确地进行并联型电池系统SOC估计。

3/3相双绕组发电机系统的并联运行稳定性

参数匹配不当的 3/3 相双绕组发电机系统并联运行时会发生低频振荡而不能正常工作。为了对系统稳定运行的条件进行研究,该文建立了系统的等效电路模型、线性化数学模型及相应的状态空间方程。在此基础上,证明了该类系统并联运行时存在交互振荡和负载振荡两种振荡模式,并从运行稳定性的机理出发,得出了相应的的运行稳定性判据。揭示了该类系统并联运行稳定性和单机运行稳定性之间的关系。实验与理论分析结果的对比说明了所建模型和分析方法的正确性。

磁耦合谐振式无线电能传输系统串并式模型研究

磁耦合谐振式无线电能传输系统具有传输效率高、距离远、功率大的特点。针对串并式模型(Series-Parallel Model,SP)进行分析,从等效电路的角度研究系统传输效率及输出功率与线圈距离、工作频率、负载电阻之间的关系,得到效率及功率的表达式。通过Matlab仿真,发现在只改变系统频率的情况下最佳效率工作频率与最大功率工作频率重合,且输出功率对频率的变化更为敏感。设计制作了一套串并式结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统,通过实验验证了前述分析的正确性。

LCC谐振变换器的电路特性分析

为了研究具有电容型滤波器LCC串并联谐振变换器的电路特性,对其进行了建模与分析。首先,建立了两种工作模式下LCC谐振变换器的时域数学模型;然后,在数学模型的基础上研究了LCC谐振变换器的电路特性,推导了谐振槽元件参数的计算表达式,讨论了谐振槽元件参数选择与电路特性之间的关联,指出并联电容与串联电容的比值是决定电路性能的一个重要因数;最后,根据设计要求提供了LCC谐振变换器电路的设计方法,介绍了设计过程,给出了仿真和实验结果。

采用模块RSD触发技术的高压固态脉冲电源

为了将超高速大功率半导体开关反向导通型双晶复合晶体管(RSD)用于构建高压重频固态脉冲源,研究了一种将RSD及其触发电路集成模块进行串联的RSD堆触发技术。首先建立RSD器件反向触发数学模型,并经过多次串联触发测试获得实验数据,通过对波形数据分析得到该模型的参数值;然后基于此模型,按照开关通流容量对预充电荷量的要求,对RSD并联谐振触发单元的谐振参数设计进行了Matlab仿真分析,确定谐振电路电阻、电感、电容参数优化值分别为:0.5Ω、1.75μH和0.2μF;最后,单个模块的触发实验验证了器件反向触发数学模型和预充电路参数设计的合理性,为10kV高压固态脉冲电源的6模块RSD串联触发电路的实现建立了基础。

车载动力电池成组热不一致性研究

结合软包磷酸铁锂电池循环充放电、脉冲放电过程中的电学响应与构造特点,提出电池电热模型简化处理与耦合计算方法;利用内阻估算法,解决了开路电压提前达到切断电压导致实验数据缺失问题;利用近似平衡电势与温度的线性拟合关系,简化了获得平衡电势随温度变化率关系的测试与辨识过程;利用描述电动车动力传递关系数学模型,以及表现不同成组方式下并联分支电流分配情况的电池串并联成组模型,分析了车载电池包在真实运行状况下影响整体热一致性的各种因素;设定成组模块内某电池存在不同的内阻与SOC差异程度并仿真个体温差,研究表明,在内阻存在较大差异性的电池包内,应优先考虑先并后串的成组方式,电池包应尽量保持在电压平台段对应的SOC区域运行。

基于电路分析的串并联光伏阵列特性研究

在光伏发电功率优化的设计中,为了解决多照度下串并联光伏阵列的最大功率点跟踪问题,需要建立精确和有效的光伏阵列数学模型。当环境光照由传统的两个照度扩展为N个照度等级,阵列结构由单一的串联阵列扩展为任意数目的时候,采用电路分析方法,对串并联阵列的输出特性进行理论推导和分析。光伏电池采用改进的双二极管模型。串并联阵列中,串联支路内采用电流分析法,并联支路间采用电压分析方法,进行分段函数建模。上述模型适用于任意光照条件下任意结构的光伏阵列的输出特性仿真,并能估计出阵列输出峰值点的个数和分布区间。MATLAB仿真结果证明,上述模型运算精度高,实验结果和理论分析一致,为最大功率点跟踪优化的研究提供了理论依据。

不同材料锂电池模块并联建模分析

不同材料锂电池模块并联会出现严重不均流现象,降低电池使用安全性和可靠性。为准确描述不同材料锂电池模块并联的不均衡特性,本文开展了锂电池模块并联建模方法研究。以磷酸铁锂电池和锂二氧化硫电池模块为研究对象,选取二阶RC电路构建单体锂电池模块等效模型,并结合开路电压特性,采用蝙蝠算法辨识模型参数。然后基于锂电池模块并联拓扑,构建锂电池模块并联数学模型,并给出仿真计算方法。通过开展恒流和动态工况下的锂电池模块并联物理实验,验证了锂电池模块并联模型的有效性。此外,基于所提并联建模方法,对比分析了不同情形下锂电池模块并联成组输出特性,仿真结果表明,不同材料锂电池模块并联相比于相同材料模块并联,支路电流差异更大,可能加剧电池不一致性并加速电池老化。

一种X型宽带复合左右手传输线的设计与分析

为了实现宽带复合左右手传输线,提出并设计了一种反对称X型周期性左右手传输线结构.建立了结构的集总参数等效电路模型,并通过提取等效电路的元件值和S参数仿真,验证了传输线结构的谐振特性.采用参数反演算法对传输线结构的本构参数进行了提取和分析,证实了该结构具有1.6GHz的带宽,其中在10.08~10.9GHz呈现左手特性,在9.3~10.08GHz呈现右手特性,属于宽带左右手传输线结构.最后,应用印刷电路板技术制作了X型复合左右手传输线,并利用平板波导系统对其S参数进行了测试,实验测试结果和仿真结果吻合较好,证明了所设计的左右手传输线结构的有效性.为宽带左右手传输线结构的设计和分析提供了一种手段.

并联谐振变换器的电路特性分析

为全面揭示具有电容型滤波器的并联谐振变换器的电路特性,首先,对并联谐振变换器的两种工作模式进行了原理分析,建立了相应的数学模型.然后,讨论了两种工作模式下并联谐振变换器的电路特性,指出在电路等效输出电压小于输入电压时,输入电流线性变化.最后,推导了可用于电路元件参数设计的表达式,提出了满足设计需求的并联谐振变换器谐振元件参数的设计方法.仿真结果表明,文中分析与设计方法是正确的.

电压并联反馈电路模型的建立及计算公式的推导

在建立电压并联反馈电路模型基础上,推导出放大电路中的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的精确计算公式。提出了新的计算方法,从而解决了放大电路计算不方便,精确度不高、准确性不够的问题。进一步揭示了基本放大电路、反馈电路元件参数对反馈放大电路的影响关系。给设计出高性能放大电路及电子仪器指明了方向,同时使电压并联反馈电路的计算更方便。

高功率因数LCC谐振电路的多目标优化

为了优化具电容型滤波器的LCC串并联谐振变换器的输入/输出性能,首先,基于傅里叶级数的动态相量法建立了LCC谐振电路的稳态数学模型,得到了等价电路.然后,在等价电路的基础上得到了反映变换器输入/输出性能的数学表达式.最后,提出一种基于Pareto的多目标遗传算法来对变换器的输入/输出性能进行优化.该算法采用包含密度信息的细粒度赋值策略,通过最小化目标函数获得了一组均匀分布的最优解集,可用于指导电路设计.仿真和实验结果验证了所提出的优化方法的正确性.

RLC-振荡电路中的数学模型

从分析实际问题入手,依据闭合电路定律,从中建立RLC-振荡电路的数学模型.

平行耦合带状线带通滤波器的分析方法

传输线理论分析法由于未考虑到滤波器中不连续性结构所带来的传输损耗,往往其分析结果不够准确。针对这一问题,提出了一种新的平行耦合带状线带通滤波器的分析方法。在已获得的带状线不连续性等效电路模型基础上,运用传输线基本理论推导出了附加开路线的平行耦合带状线传输矩阵计算公式,将平行耦合带状线带通滤波器等效成单根带状传输线子网、阶梯跳变子网以及附加开路线的平行耦合带状线子网的级联,通过上述多个级联子网的传输矩阵相乘得到该滤波器的散射参数。实例验证结果表明,该方法计算结果与IE3D软件仿真结果吻合较好,且该滤波器散射参数的平均误差小于2%。

适用于模块化多电平换流器实时仿真的建模方法

为了实现模块化多电平换流器(MMC)系统的实时仿真,采用理想变压器模型法对MMC进行了模型分割。针对模型分割联解信号延时导致的波形失真问题,提出了采用插值预测和超前预测分别对串行和并行实时仿真延时进行补偿的方法。此外,为了进一步提高模型分割后子模块群组的计算速度,提出了MMC子模块网络的开关函数等效模型和电磁暂态数值模型,并推导了数值模型中子模块输出电压和电容电压的差分方程。然后,以21电平MMC逆变电路为例,将上述MMC建模方法与原整体模型进行了仿真对比分析。结果表明,所提插值预测的方法有效改善了MMC分割模型的稳定性,且具有极高的仿真精度。所提开关函数模型和电磁暂态数值模型均具有很好的加速效果,其中,电磁暂态数值模型与详细模型的仿真结果高度吻合。所提出的建模方法适用于MMC实时仿真测试平台的构建。

基于混合电路模型的亚毫米波谐波混频器的实现

针对亚毫米波频段混频二极管管对模型获取困难的问题,提出了利用全波电磁场分析算法提取管对无源结构参数,并与管对直流电流-电压特性参数结合获取混合电路等效模型的建模方法.分析了谐波混频器原理,设计并实现了一个工作于2mm波段的二次谐波混频器.测试结果显示在116～120GHz频率范围内,其变频损耗小于20dB,与仿真数据基本吻合,证明本文提出的混合电路建模方法及所提取模型的有效性.

平行陶瓷棒介质阻挡放电分段模型等效参数预测

为实现对介质阻挡放电负载模型等效参数的有效预测,引入放电区域面积作为中间变量。以平行陶瓷棒为负载,通过Maxwell有限元仿真得到恒压静电场下的负载等效电容与放电区域的对应关系。结合恒压静电场下的电场分布,提出了放电区域逐步扩张下的气隙首次击穿电压、负载外加电压峰值及气隙放电维持电压的预估方法。进而,根据李萨如图形法求得各个工作点的功率。至此,建立起了放电区域同各个等效参数间的量化关系,并实现了对参数的预测。最后,对气隙间距为1,3,4mm的工况进行了实验验证。实验结果表明:气隙放电维持电压预测值在局部变化趋势上与实测值存在一定差异;放电功率、负载外加电压峰值预测结果与实测值较为吻合。