如何通过仿真有效提高数模混合设计性（上）
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电子元器件抗ESD技术讲义:引 言 4 第1 章 电子元器件抗ESD损伤的基础知识 5 1.1 静电和静电放电的定义和特点 5 1.2 对静电认识的发展历史 6 1.3 静电的产生 6 1.3.1 摩擦产生静电 7 1.3.2 感应产生静电 8 1.3.3 静电荷 8 1.3.4 静电势 8 1.3.5 影响静电产生和大小的因素 9 1.4 静电的来源 10 1.4.1 人体静电 10 1.4.2 仪器和设备的静电 11 1.4.3 器件本身的静电 11 1.4.4 其它静电来源 12 1.5 静电放电的三种模式 12 1.5.1 带电人体的放电模式(HBM) 12 1.5.2 带电机器的放电模式（MM） 13 1.5.3 充电器件的放电模型 13 1.6 静电放电失效 15 1.6.1 失效模式 15 1.6.2 失效机理 15 第2章 制造过程的防静电损伤技术 2.1 静电防护的作用和意义 2.1.1 多数电子元器件是静电敏感器件 2.1.2 静电对电子行业造成的损失很大 2.1.3 国内外企业的状况 2.2 静电对电子产品的损害 2.2.1 静电损害的形式 2.2.2 静电损害的特点 2.2.3 可能产生静电损害的制造过程 2.3 静电防护的目的和总的原则 2.3.1 目的和原则 2.3.2 基本思路和技术途径 2.4 静电防护材料 2.4.1 与静电防护材料有关的基本概念 2.4.2 静电防护材料的主要参数 2.5 静电防护器材 2.5.1 防静电材料的制品 2.5.2 静电消除器（消电器、电中和器或离子平衡器） 2.6 静电防护的具体措施 2.6.1 建立静电安全工作区 2.6.2 包装、运送和存储工程的防静电措施 2.6.3 静电检测 2.6.4 静电防护的管理工作 第3章 抗静电检测及分析技术 3.1 抗静电检测的作用和意义 3.2 静电放电的标准波形 3.3 抗ESD检测标准 3.3.1 电子元器件静电放电灵敏度（ESDS）检测及分类的常用标准 3.3.2 标准试验方法的主要内容（以MIL-STD-883E 方法3015.7为例） 3.4 实际ESD检测的结果统计及分析 3.4.1 试验条件 3.4.2 ESD评价试验结果分析 3.5 关于ESD检测中经常遇到的一些问题 3.6 ESD损伤的失效定位分析技术 3.6.1 端口I－V特性检测 3.6.2 光学显微观察 3.6.3 扫描电镜分析 3.6.4 液晶分析 3.6.5 光辐射显微分析技术 3.6.6 分层剥离技术 3.6.7 小结 3.7 ESD和EOS的判别方法讨论 3.7.1 概念 3.7.2 ESD和EOS对器件损伤的分析判别方法 第4 章 电子元器件抗ESD设计技术 4.1 元器件抗ESD设计基础 4.1.1抗ESD过电流热失效设计基础 4.1.2抗场感应ESD失效设计基础 4.2元器件基本抗ESD保护电路 4.2.1基本抗静电保护电路 4.2.2对抗静电保护电路的基本要求 4.2.3 混合电路抗静电保护电路的考虑 4.2.4防静电保护元器件 4.3 CMOS电路ESD失效模式和机理 4.4 CMOS电路ESD可靠性设计策略 4.4.1 设计保护电路转移ESD大电流。 4.4.2 使输入/输出晶体管自身的ESD阈值达到最大。 4.5 CMOS电路基本ESD保护电路的设计 4.5.1 基本ESD保护电路单元 4.5.2 CMOS电路基本ESD保护电路 4.5.3 ESD设计的辅助工具－TLP测试 4.5.4 CMOS电路ESD保护设计方法 4.5.5 CMOS电路ESD保护电路示例 4.6 工艺控制和管理
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本文拟借助于神经网络良好的逼近能力，实现永磁同步电机的无位置传感器控制。 人工神经网络(Neural Network)可以逼近任意复杂非线性映射，具有很强的自学习自适应能力，十分适合于解决复杂的非线性控制问题。其中，BP神经网络是目前广泛应用的神经网络之一，得到了较为深入的研究，其结构简单，需要离线确定的参数少、泛化能力强、逼近精度高、实时性强，采用BP神经网络实现永磁同步电机的调速控制具有重要意义。 文中提出了基于BP神经网络的永磁同步电机自适应调速控制策略，建立了一种包含辨识网络和控制网络的双神经网络结构控制系统。辨识网络在线动态辨识系统输出并对控制网络参数进行调整，控制网络与PI控制方法相结合实现永磁同步电机自适应转速控制。仿真结果表明，该系统动态响应快、实时性较强、精度较高。 文中提出了一种基于混合训练算法的BP神经网络永磁同步电机无位置传感器控制方法。采用混沌优化和梯度下降法相结合的混合算法对BP神经网络进行离线训练后，将其用于永磁同步电机的转子位置角在线估计。结果表明，该训练算法可以有效地加快神经网络收敛速度，且估计的转子位置角误差较小、精度较高。 文中建立了以TMS320F2812芯片为核心的永磁同步电机调速控制系统，并进行了相应的软硬件设计，为实现永磁同步电机的各种控制策略奠定了实验基础。DSP控制系统为神经网络训练提供样本，为研究永磁同步电机的自适应调速控制和转子位置角估计创造了条件。
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伺服驱动系统作为现代工业生产设备的重要驱动源之一,是工厂自动化不可缺少的基础技术.随着现代工业的快速发展,对现代电伺服系统提出越来越高的要求,而以高性能正弦波永磁同步电动机(简称PMSM)作为伺服电机的PMSM伺服系统因共具有较传统的DC伺服系统和普通AC伺服系统优越的性能和良好的发展潜力而日益赢得广泛青睐并已成为当前电伺服务系统发展和研究的重点和热点之一.为此,该文以极具发展前景的PMSM位置伺服驱动系统为研究对象,在综合分析现代电伺服系统发展趋势和借鉴前人研究成果的基础上,针对发展高性能PMSM位置伺服系统的需要并结合控制理论新的发展,从通过采用先进控制策略改进其控制器性能的角度着手,提出了基于反馈控制、滑模控制、模糊控制等为基础而集成的智能滑模控制策略,为进一步丰富和发展PMSM伺服系统的控制策略提出了新的思路和方法.
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开关磁阻电机（SR电机）驱动系统（SRD）是一种先进的机电一体化装置，但是其较大的振动噪声和转矩脉动问题制约了SRD的广泛应用。本文以减小SR电机振动噪声和转矩脉动为主题展开理论分析和实验研究。主要内容有：由于径向力引起的定子径向振动是SR电机噪声的主要根源，因此径向力的分析和计算是研究SR电机振动噪声的基础。本文利用磁通管法推导出径向力的解析表达式，定性分析了径向力与电机结构参数等之间的关系。根据虚位移原理，推导出基于矢量磁势的电磁力计算公式。该计算方法求解电磁力时只需进行一次磁场计算，不但减小了计算量，同时计算精度较传统虚位移法高。利用这一计算方法，求出了实验样机的转矩及径向力的精确数值解。针对在SRD性能仿真时，传统的非线性插值不但耗时，而且对有限元计算数据量要求高的问题，本文利用人工神经网络强大的非线性模型辨识能力，成功进行了SR电机磁链反演和转矩计算的模型训练，最后建立了基于人工神经网络的SR电机精确解析数学模型。因为SR电机本体结构形式的选择问题与振动噪声大小有着密切的关系。本文从噪声辐射和振动幅值角度探讨了SR电机主要尺寸的确定；接着从对称性、力波阶数等角度研究了SR电机相数及绕组连接方式、极数、并联支路数的选择问题。并对一些常用的降低电机机械噪声的措施和方法进行了综述。系统振动特性的研究对于减小振动噪声十分重要。本文从振动系统的运动方程出发，导出了从激振力到振动加速度的传递函数和系统的自由振动解；然后利用机电类比法得出了SR电机定子系统的固有频率以及振动振幅的解析解，定性分析了影响振动振幅的各种因素；最后利用基于能量法的有限元解法，通过建立不同的散热筋结构形式、高度、根数以及形状的SR电机三维有限元模型，分析得出了最有利于降噪和散热的散热筋结构是高度高、根数多、上窄下宽的梯形截面的周向散热筋的结论。通过建立不同绕组装配工艺下的SR电机三维有限元模型，分析得出了加强绕组刚度可以提高系统低阶固有频率的结论。通过比较实验样机的模态分析结果和运行实验结果，证实了模态分析的有效性。仿真是计算SRD系统性能和预估电机振动的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系统的非线性动态仿真模型的基础上，对SRD系统进行了稳态性能仿真、动态性能仿真以及负载突变仿真。接着利用稳态性能仿真，综合考虑最大平均转矩和效率这两个优化目标，对SR电机的开关角进行了优化。最后结合由磁场有限元计算得到的径向力数据表和稳态性能仿真，通过非线性插值得到径向力的波形，然后对径向力波形进行了频谱分析，从而找到其主要的谐波分量。在电机设计阶段避免径向力波主要频谱分量与SR电机定子的固有频率接近而引起共振是降低SR电机噪声的首要条件。合适的控制策略对于SR电机减振降噪是必不可少的。本文理论推导出三步换相法的时间参数取值公式。仿真证明本取值公式较原先文献的结论在阻尼比较小时有更好的减振效果。针对SR电机运行中可能出现多个模态振形被激发出来的情况，利用数值优化法对三步换相法的时间参数进行了优化，使得减振效果整体最佳，所提的数值优化方法对两步换相法同样有效。在分析已有的直接瞬时转矩控制的基础上，针对其不足之处，提出了转矩定频控制取代内滞环的方法、开始重叠区域的转矩控制方法、最佳开关角度二次优化法和时间参数优化的三步换相法等新的控制方案。动态仿真证明这些方案是切实有效的，达到了预期效果。最后在直接瞬时转矩控制的每一次转矩斩波都使用三步换相法，和在相关断时刻根据实际电平灵活选用两步或三步换相法以减小电机振动噪声，并提出了考虑减振要求的开关频率设计方法，最终形成了一套完整的降低振动噪声和转矩脉动控制策略。设计并研制了基于TMS320LF2407DSP的SR电机控制器。根据控制策略要求，选用了不对称半桥功率电路拓扑结构；出于降低成本以及提高可靠性考虑，采用了MOSFET双路并联电路方案。在控制软件中实现了本文所提出的降低SR电机振动噪声和转矩脉动控制策略。本文最后对实验样机进行了静态转矩的测量实验，对比转矩测量值与转矩有限元计算值，验证了磁场有限元计算的有效性。然后对实验样机进行了空载与负载、电流控制与转矩控制、低速斩波与高速单波、是否采用两步或三步换相法等一系列对比运行实验，对比各种实验结果，充分证实了本文所提出的降低振动噪声和转矩脉动控制策略的有效性。本课题组承担了国家十·五863计划电动汽车重大专项：“EQ6110HEV混合动力城市公交车用电机及其控制系统”（2001AA501421）。本文的研究是在该项目的资助下完成，并且本文关于电机本体结构形式、散热筋结构和机械降噪措施等的结论已在该项目的60kW实验样机上得到证实。
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