高频纳秒脉冲串作用下皮肤肿瘤热效应的多参数有限元仿真与实验

为综合传统微秒脉冲电场和纳秒脉冲电场治疗肿瘤的优点,提出一种高频纳秒脉冲串的脉冲形式来治疗肿瘤。研究此高频纳秒脉冲串在生物组织中产生的热效应,并通过多参数有限元方法对施加镊子电极的皮肤黑色素肿瘤的温度以及热损伤进行仿真。施加的电场强度范围为1~10k V/cm,脉宽范围为50~500ns,脉冲串内重复频率介于100k Hz和1MHz之间,一串脉冲的长度为100μs,脉冲串重复频率为1Hz。对于皮肤肿瘤,施加电场强度5k V/cm、脉宽500ns、脉冲串内重复频率1MHz的脉冲,1s后肿瘤的最高温度仅为37.4℃,热损伤可以忽略不计。对不同电场强度、脉宽、重复频率下皮肤黑色素肿瘤的温度和热损伤进行仿真计算,研究肿瘤温度以及热损伤与脉冲参数的关系,并确定使肿瘤不发生热损伤的脉冲参数范围。对裸鼠在体黑色素肿瘤的温度进行实测,肿瘤的温升结果与仿真中的平均温度变化较为一致。

不平衡负载下四桥臂逆变器双重准比例复数积分控制策略

逆变器输出特性易受负载影响,负载不平衡时会导致逆变器三相输出电压不平衡。为了解决电压不平衡问题,提出了一种双重准比例复数积分(Dual quasi-proportional complex integral, DQPCI)控制器。此控制器不仅可将交流稳态误差控制在较小范围内,还可有效抑制电压不平衡分量。首先,基于αβ0静止坐标系下四桥臂逆变器的数学模型,分析了逆变器的控制原理及DQPCI控制器的控制特点。其次,根据准比例谐振控制器、准比例复数积分控制器及DQPCI控制器的数学模型及电路模型,对比分析了三者之间的异同点及工作性能。此外,采用伯德图分析了控制器各参数及负载对系统性能影响,并在空载条件下进行了参数设计及校验。最后利用PSCAD进行仿真,结果验证了所提出控制策略的正确性和有效性。