DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 摘 要 本文选取大学生群体为研究对象，通过问卷调查的方式，利用描述统计、卡方分析和均值分析等方法，研究大学生在网红经济中的基本消费情况、主要消费项以及影响其消费的因素。 关键词 :网红经济，大学生消费，数据统计 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 网红即网络红人。网红经济，是指依托互联网特别是移动互联网传播及其社交平台推广，通过大量聚集社会关注度，形成庞大的粉丝和定向营销市场，并围绕网红IP衍生出各种消费市场，最终形成完整的网红产业链条的一种新经济模式 [ 1 ] 。据统计，仅2016年，网红经济产业规模达到580亿。 大学生是一个庞大的群体，也是社会消费群体中的重要组成部分。本文选取微博为研究平台，通过对在校大学生发放问卷进行调查的方式，研究大学生对网红的偏好，在网红经济领域中的消费以及影响其消费的因素及影响程度。
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user: 2. 网红经济概述 网红经济能够制定有效的营销策略，关心消费者的需求，从而实现人气变现的目的。美国文化理论家雷德里克·杰姆逊在《后现代主义与文化理论》中指出：“文化已从过去那种特定的‘文化圈层’中扩张出来，进入了人们的日常生活，成为消费品。”正因如此，所以网络红人们在网络世界的娱乐已不是纯粹的精神体验，还抱有明确的商业动机 [ 2 ] 。如其服装有其鲜明的特征与风格，这样能确保吸引到对其特征有兴趣的关注者，从而提升营销的精准程度。多数网红选取微博作为营销平台，因为其用户构成偏年轻化，年轻人对于网红产品如服装、美妆等等需求量大，具有可观的消费能力。另外，网红的变现手段多样，除了刚刚提到的服装、美妆等产品外，还有文章打赏、直播打赏和代推广等方式。从消费心理来看，年轻的一代对新鲜事物有着好奇心，从众心理使得一部分人容易被吸引 [ 3 ] 。经过对数百个网红账号的研究我们发现，这些账号擅于运用关系营销，始终保持与粉丝的互动，如在评论区中回复粉丝，发起抽奖活动、线上直播等等来提高粉丝活跃度，这样频繁的互动利于维持粉丝黏性，提高粉丝的参与度，保证粉丝的忠诚度。
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user: 3. 研究设计 问卷调查内容从大学生是否使用微博、是否关注网红及(偏向)关注类型，月生活费、消费项受影响情况、影响消费因素对其消费的影响作用等方面入手，共设计14道题来具体调查网红经济下的大学生消费情况，采取线上线下一起发放问卷的方式进行数据收集。重点研究网红经济影响对应消费项的程度及影响消费行为的因素对消费行为的影响程度。
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user: 4. 调查对象基本情况 4.1. 性别构成 我们以武汉几所高校为主、外加收集自其他省市高校大学生的数据，总共发放1800份问卷，其中经过筛选后，回收有效问卷1656份，问卷有效率约为92%。性别构成方面，男生649人，占39.2%，女生1007人，占60.8%。 4.2. 年级分布 年级构成方面，大一学生占20.7%，大二学生占44.3%，大三学生占26.6%，大四学生占8.4%。 4.3. 月生活费分布 月生活费方面，参与调查的全部大学生中，生活费在1000元以下的大学生占22.4%，生活费在1000元~1500元(包含1500元)的大学生最多，占46.5%，1500~2000元(包含2000元)的占20.8%，2000~2500元(包含2500元)的占5.0%，2500元以上的占5.3%。 表1是调查中关注网红的大学生月生活费分布表。
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user: 5. 大学生消费数据统计分析 5.1. 大学生关注网红的情况 在我们所调查的样本中，1382人表示其会使用微博，占总人数的83.5%。而这83.5%的人中，55.5%表示其有关注网红，44.5%的人表示其没有关注网红，结果如表2。另外，在追求时尚方面的结果如表3。 设H O 为是否关注网红和追求时尚的态度无关，H 1 为两者相关，进行卡方分析后得到，P值为0.000小于0.05，因而理由拒绝H 0 ，接受H 1 ，因此是否关注网红与追求时尚的态度有关，且追求时尚的人及坚定地追求时尚的人比不追求时尚的人更容易关注网红。 5.2. 大学生关注网红的类型 关于关注网红的大学生关注的网红类型(多选)方面结果如表4。 在本次调查中，关注网红的大学生更倾向于关注原创视频类型，占比高达68.8%，而不关注网红的大学生较偏向于在未来关注原创视频类型和学习干货类型。 5.3. 大学生在网红领域消费情况 在关注网红的大学生中，有27.8%表示他们会在网红电商、直播等等领域进行消费。其中女生占比例略大于男生。男生中在网红领域消费的人有16.6%，女生中在网红领域消费的人有16.7%。 由表可知，在网红经济领域进行消费的大学生中，生活费集中在1000~1500元的居多。卡方分析的结果表示，是否在网红领域中消费与追求时尚的态度有关，且追求时尚的人及坚定地追求时尚的人比不追求时尚的人更容易在网红领域中消费。 5.4. 对消费行为的影响 本部分分服装、化妆品、朋友交际、游戏消费和直播相关五个消费项研究了网红经济对关注网红的大学生的消费的影响程度，这五个方面是网红经济变现的主要来源，也是我们此次研究的重点方面。其中1到5为自由选择项，表示影响程度依次加重，1为最低，即没有影响，5为最高，即完全影响。结果如表5所示。 对这五项各自得分求和后除以人数取平均值，得出关注者在这五个消费项方面受网红推荐或宣传的平均影响，结果如表6所示。 由此可以看出，网红经济对关注网红的大学生消费存在一定的影响，特别是在服装和化妆品方面，产生了较大影响。关注网红的大学生会更多地关注网红的穿衣搭配和妆容，并进行一定程度的模仿；网 Table 1 Monthly living expenses statistic 月生活费统计 人数 百分比 有效百分比 累积百分比 1000元以下 112 14.6 14.6 14.6 1000~1500元 345 45.0 45.0 59.6 1500~2000元 206 26.9 26.9 86.4 2000~2500元 53 6.9 6.9 93.4 2500元以上 51 6.6 6.6 100.0 合计 767 100.0 100.0 表1. 月生活费统计 Table 2 Statistics about attention to the Internet celebrit 关注网红情况 性别 关注 不关注 合计 人数 百分比 人数 百分比 人数 百分比 男 238 47.9% 259 52.1% 497 100.0% 女 529 59.8% 356 40.2% 885 100.0% 合计 767 55.5% 615 44.5% 1382 100.0% 表2. 关注网红情况 Table 3 Statistics about attitude towards fashio 追求时尚的态度 性别 追求时尚 坚定地追求时尚 不追求时尚 合计 人数 百分比 人数 百分比 人数 百分比 人数 百分比 男 308 47.5% 309 47.6% 32 4.9% 649 100.0% 女 248 24.6% 697 69.2% 62 6.2% 1007 100.0% 合计 556 33.6% 1006 60.7% 94 5.7% 1656 100.0% 表3. 追求时尚的态度 Table 4 Statistics about different types of Internet celebrity that students pay attention t 类型 时装类 美妆类 原创视频 粉丝互动 自媒体类 主播红人 学习干货 百分比 28.2% 36.6% 68.8% 52.2% 35.5% 25.9% 32.9% 表4. 关注的网红类型 Table 5 Statistics about the affected degree to the main consumption item 类别 服装 化妆品 朋友交际 游戏相关 直播消费 人数 百分比 人数 百分比 人数 百分比 人数 百分比 人数 百分比 1 243 31.7 279 36.4 323 42.1 391 51.0 570 74.3 2 136 17.7 110 14.3 159 20.7 108 14.1 73 9.5 3 197 25.7 166 21.6 175 22.8 120 15.6 62 8.1 4 125 16.3 147 19.2 76 9.9 83 10.8 31 4.0 5 66 8.6 65 8.5 34 4.4 65 8.5 31 4.0 总计 767 100.0 767 100.0 767 100.0 767 100.0 767 100.0 表5. 消费项受影响程度统计 Table 6 Statistics about the average affected degree to the main consumption item 消费项 服装 化妆品 朋友交际 游戏相关 直播消费 均值 2.52 2.49 2.14 2.12 1.54 表6. 消费项受影响程度的均值统计 红也会在网络上推荐各类服饰和化妆品，大学生出于对网红的关注和信任，在购买服饰及化妆品时都会受到其推荐的影响。 5.5. 一些因素对消费的影响程度 本部分分网红受关注度(粉丝量)、口碑、发布内容质量、对网红本人偏好和产品质量五个方面研究了这几个因素对消费的影响程度。这也是我们经过调研得到的主要影响因素。其中1到5，程度依次加重，1为最低，即没有影响，5为最高，即完全影响。结果如表7所示。 对这五项各自得分求和后除以人数取平均值，得出五个因素各自对关注者消费行为的平均影响，结果如表8所示。 由此可以看出，网红受关注度(粉丝量)、口碑、发布内容质量、对网红本人偏好和产品质量五个方面都会对大学生消费产生影响，前两项对大学生消费产生影响稍弱，后三项对大学生消费产生较大影响，且影响程度几乎相同。由此可见，网红经济对大学生消费存在一定影响。过去大学生购买产品只能凭借自身经验及周围朋友推荐，而在网红经济下，大学生可以从网红账号发布内容中了解产品的各类信息，包括产品质量、产品效果等，且会倾向于信任自己关注的网红及其发布的内容。
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user: 6. 结论和启示 本文首先对大学生关注网红的状况进行分析，除基本统计数据及卡方检验外，重点研究了网红经济影响对应消费项的程度及影响消费行为的因素的影响程度。选取服装、化妆品、朋友交际、游戏消费和直播五个消费项，研究网红经济对其影响程度，得到网红经济对服装、化妆品消费的影响更大的结论。另外，选取网红受关注度(粉丝量)、口碑、发布内容质量、对网红本人偏好和产品质量五个因素对消费行为的影响程度，得到产品质量、对网红本人的偏好以及网红账号发布内容的质量影响大于其他因素的结论。 网红经济对大学生消费的影响力量是不容小觑的，这个依托于互联网高科技的新生力量已经发展壮大。通过对大学生消费的分析，我们可以猜测它对其他群体也有着不可忽视的影响，由此带给我们一些启示： (一) 对大学生的启示 面对网红经济中各方面的诱惑力，大学生要理性消费，量力消费，不盲目攀比，树立正确的消费观，把钱花在有意义的地方。尽量减少游戏等领域的消费，增加可以提升自身实力比如书籍，网络课程、知识分享等方面的消费，使每一分钱都发挥其价值。 (二) 对企业营销的启示 企业要善于把握机会，依托强大的互联网力量，借着网红经济的东风，找准市场，寻找适合企业产品的营销方式。例如对于新产品，通过找形象符合的网红营销等方式，扩大产品知名度。同时，对于网红经济对不同群体的影响也要深入调研，充分把握消费者心理才能创造成功的营销模式。就我们现在所取得的结论而言，大学生在服装、化妆品这两个方面的消费容易受到所关注网红影响，而在影响消费的因素方面，产品质量、对网红本人的偏好以及网红账号发布内容的质量对其消费行为的推动作用要大于其他方面。所以在制定营销方案时，可以着眼于这些方面，对服装、化妆品等产品加大线上营销力度， Table 7 Statistics about the affected degree of factors affecting consumptio 类别 受关注度 口碑 内容质量 偏好 产品质量 人数 百分比 人数 百分比 人数 百分比 人数 百分比 人数 百分比 1 332 43.3 240 31.3 224 29.2 267 34.8 199 25.9 2 141 18.4 125 16.3 119 15.5 131 17.1 83 10.8 3 164 21.4 181 23.6 173 22.6 144 18.8 128 16.7 4 81 10.6 135 17.6 153 19.9 128 16.7 155 20.2 5 49 6.4 86 11.2 98 12.8 97 12.6 202 26.3 总计 767 100.0 767 100.0 767 100.0 767 100.0 767 100.0 表7. 影响消费项因素的影响程度统计 Table 8 Statistics about the average affected degree of factors affecting consumptio 因素 受关注度 口碑 发布内容的质量 对网红的偏好 产品本身的质量 均值 2.18 2.61 3.1 3.1 3.1 表8. 影响消费项的因素的影响程度均值统计 对其他产品可以采取多种营销方式提高销量。同时，要注意提高产品的质量，塑造容易被受众接受的网红的意见领袖等形象，对其账号发布内容结合受众特点进行选择，发布优质内容，以增强粉丝黏性，提高网红及其账号的人气变现能力。
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user: 摘 要 本文利用SVM对系统极点进行分类，区分出状态反馈系统无故障和发生故障时分别产生的极点。并利用网格搜寻法寻找最优参数，对极点分类方法进行建模。为了实现对系统极点变化的实时监测，本文给出了一种通过系统状态估算系统极点的新方法。在给出故障诊断模型的基础上，同时对相应的故障设计可靠控制器。最后通过算例验证极点估算方法的正确性和故障诊断的准确性以及可靠控制器的有效性。 关键词 :模板，极点估算方法，极点分类模型，SVM，故障诊断，状态反馈 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 SVM是近年来兴起的一种基于统计学习理论的机器学习算法，以结构风险最小化为原则来训练和建立模型，其算法本质上是一个凸二次优化问题，能够保证找到的极值解就是全局最优解 [ 1 ] [ 2 ] 。SVM善于解决小样本、非线性和高维数问题，具有结构简单、泛化能力优秀等特点。有些学者将统计学习理论应用到系统辨识和故障诊断领域 [ 3 ] [ 4 ] ，其中对于支持向量机应用的研究也有了一定的发展 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 。一些学者将支持向量机应用到了故障分类中，文献 [ 8 ] 和文献 [ 9 ] 分别给出了一种基于最小二乘支持向量机的故障分类方案。文献 [ 10 ] 和 [ 11 ] 将SVM应用到了模糊控制中，并且文献 [ 11 ] 对SVM的算法进行了改进，首次提出用一个新的回归来解决最小二乘支持向量机中的问题，使其学习速度得到了提升。 对于传统的可靠控制问题，国内一些学者已经做得比较完备 [ 12 ] [ 13 ] 。在本文的故障仿真中可以看到，对应部件不同的通道发生故障时，相应的闭环系统极点的变化区域是不同的。本文在此基础上，提出通过SVM对不同故障的极点进行分类，以实现对闭环系统故障的诊断。单通道故障控制器相对于多通道故障控制以及任意单一通道故障控制有着能耗小，保守性低的优势，在实际生产中应用性更强。本文针对这一情况，设计单一通道的故障控制器，针对不同的单一通道故障切换相应的控制器。而在此之前，首先要解决状态估计的问题，对此国内外学者已经做了大量的研究 [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] 。 本文对于故障诊断和分类给出以下方法。首先给出了极点观测器的设计方法，通过对系统实时监测到的状态，实时估计系统极点的变化趋势。其次，通过系统极点的变化趋势，利用SVM对系统极点进行分类，根据不同通道发生故障，系统极点变化区域不同这一特性，实现对故障的实时诊断。最后，根据故障系统诊断的不同类型的故障，对系统实施相应故障的可靠控制。
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user: 3. 主要结果 3.1. 线性系统圆形区域极点配置状态反馈控制器设计 对系统(9)引入状态反馈控制器： u ( t ) = K x ( t ) (11) 由此构成闭环系统： x ˙ ( t ) = ( A + B K ) x ( t ) (12) 定理1：对于系统(9)，存在状态反馈控制器(11)使得闭环系统(12)的极点配置在半径为r，中心在 ( − q ， 0 ) 的圆盘中的充分必要条件是存在对称正定矩阵X和矩阵Y使得： [ − r X ( A + q I ) X + B Y X ( A + q I ) T + Y T B T − r X ] < 0 存在可行解 X = X T > 0 和 Y ，其中 Y = K X ， K 为状态反馈增益矩阵。 证明：根据引理1和引理3可知矩阵A的所有特征值均在半径为r，中心在 ( − q ， 0 ) 的圆盘中的充分必要条件是存在对称正定矩阵X，使得 [ − r X A X + q X X A T + q X − r X ] < 0 (13) 将(13)中的矩阵 A 替换成 A + B K ，得到 [ − r X ( A + B K ) X + q X X ( A + B K ) T + q X − r X ] < 0 (14) 又由 Y = K X 得到 K = Y X − 1 ，带入(14)有 [ − r X ( A + B Y X − 1 ) X + q X X ( A + B Y X − 1 ) T + q X − r X ] < 0 整理有 [ − r X ( A + q I ) X + B Y X ( A + q I ) T + Y T B T − r X ] < 0 定理得证。 3.2. 线性系统执行器故障圆形区域极点配置状态反馈控制器设计 当系统发生执行器故障，由(10)可知系统可以描述为： { x ˙ ( t ) = A x ( t ) + B F a u ( t ) y ( t ) = C x ( t ) 对系统(9)引入状态反馈控制器； u f ( t ) = F a K x ( t ) 由此构成闭环系统： x ˙ ( t ) = ( A + B F a K ) x ( t ) (15) 定理2：对于系统(15)，考虑执行器故障 u f = F a u ，对于系统存在状态反馈可靠控制器的充分必要条件为，对于正定矩阵 X > 0 和矩阵 Y ，下列线性矩阵不等式组 [ − r X ( A X + B φ a i Y ) + q X ( X A T + Y T φ a i B T ) + q X − r X ] < 0 存在可行解，若LMIs存在可行解 ( X ， Y ) ，则系统的极点配置到半径为r，中心在 ( − q ， 0 ) 的圆盘区域中，相应的状态反馈可靠控制器增益矩阵为 K = Y X − 1 。 证明：根据引理1和引理3可知矩阵 的所有特征值均在半径为r，中心在 ( − q ， 0 ) 的圆盘中的充分必要条件是存在对称正定矩阵 X ，使得 [ − r X A X + q X X A T + q X − r X ] < 0 (16) 将(16)中的 替换成 A + B F a K 得到 [ − r X ( A + B F a K ) X + q X X ( A + B F a K ) T + q X − r X ] < 0 (17) 又由 Y = K X 得到 K = Y X − 1 ，带入(17)有 [ − r X ( A X + B F a Y ) + q X ( X A T + Y T F a B T ) + q X − r X ] < 0 (18) 又由引理4代入执行器故障得到 [ − r X ( A X + B φ a i Y ) + q X ( X A T + Y T φ a i B T ) + q X − r X ] < 0 定理得证。
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user: 4. 系统仿真 考虑如下系统： [ x ˙ 1 x ˙ 2 x ˙ 3 ] = [ 5 1 0 0 2 0 1 1 − 2 ] [ x 1 x 2 x 3 ] + [ 1 0 1 − 1 0 − 1 ] u y = [ 1 1 0 1 0 1 ] [ x 1 x 2 x 3 ] 希望的闭环系统极点配置在半径为2，中心在 ( − 2 ， 0 ) 的圆盘区域内 设计状态反馈控制器为 [ x ˙ 1 x ˙ 2 x ˙ 3 ] = [ − 2.0320 0.0135 − 0.0233 − 1.4920 − 1.0034 0.0058 − 4.5399 3.0169 − 2.0291 ] [ x 1 x 2 x 3 ] [ u 1 u 2 ] = [ − 7.0320 − 0.9865 − 0.0233 − 5.5399 2.0169 − 0.0291 ] [ x 1 x 2 x 3 ] 此时闭环系统渐进稳定，极点均配置在所要求的圆盘区域内。 针对此系统收集2条执行器通道分别出现故障时的极点数据，如图5和图6。 建立极点分类器模型的过程中，通过网格搜寻法找到最佳的c和g，建立极点分类模型。寻参如图7和图8。 通过图像可以看出，Accuracy的最佳准平是94.0299%，达到了非常理想的分类水准。 针对2个通道的故障分别切换到相应的单通道控制器，收集极点数据如图9和图10。 下面通过数例验证三个有效性： 第一：极点观测器的有效性。即通过闭环系统状态的信息，估计闭环系统的极点。 第二：极点分类器的有效性。验证极点分类器的分类结果和模拟的故障类型和位置一致。 第三：单通道可靠控制器的有效性。根据故障诊断信息，由相应的可靠控制器构成的闭环系统的极点保持在所配置的区域内。 仿真实验，如下： 第一步：考虑执行器故障 F = diag ( f 1 ， f 2 ) ，其 f 1 = 0.3 ，   f 2 = 1 。此时极点跳出所配置的条形区域，极点位置如图11。 图5. 通道1出现故障时极点位置图 图6. 通道2出现故障时极点位置图 图7. 参数选择3D视图 图8. 参数选择等高线视图 图9. 针对通道1出现故障的极点配置图 图10. 针对通道2出现故障的极点配置图 图11. 故障极点位置图 此时，这三个极点的位置数据为 λ = { − 2.1103 ， − 0.8626 ， 3.5213 } ，而应用极点观测器的算法采集到的极点数据为 λ ′ = { − 2.0882 ， − 0.8589 ， 3.5840 } 。我们可以看到应用本文中的极点观测器采集到的极点数据与真实数据极为相近。 下面采用本文中极点观测器的设计方法来求观测到的极点集，具体算法如下： 取采样时间为 t 1 = 0.1 ， t 2 = 0.11 ， t 3 = 0.12 ， t 4 = 0.13 ； 计算公式为： x ( t ) = e A t x ( 0 ) 此时 x ( 0 ) = [ 1 1 1 ] ′ x ′ 1 = [ 1.4299 1.3774 0.6426 ] ′ x ′ 2 = [ 1.4818 1.4231 0.6061 ] ′ x ′ 3 = [ 1.5355 1.4705 0.5693 ] ′ x ′ 4 = [ 1.5912 1.5195 0.5323 ] ′ 根据式子(6)有 Δ x = [ x 2 − x 1 x 3 − x 2 x 4 − x 3 ] X = [ x 1 x 2 x 3 ] ∗ Δ t X 可逆，根据式子(8) A = Δ x ∗ X − 1 ，求出： 此时极点集 λ ′ = { − 2.0882 ， − 0.8589 ， 3.5840 } ； 综上，极点观测器的有效性得到了验证。 可以看出极点观测器所观测到的极点非常准确，并且相对误差随着 Δ t 的缩小而缩小。 第二步：判断 λ 中有一个极点跳出所配置的区域，下面将对极点数据进行分类，然后切换相应的单通道故障控制器。应用本文中的极点分类器建立的极点数据分类模型，模型的参数c = 32，g = 0.5，对这三个极点进行分类，将其预设为第二类故障极点，可以看到预测的故障类型和实际故障类型100%吻合，分类结果如图12。 通过图12，我们可以看到收集到的三个极点，可以准确的分类，此时可以看出发生故障的通道为通道1，与我们所模拟的故障一致，直接验证了极点分类器的有效性。 第三步：对产生故障的极点加上本文所设计的单一通道故障控制器进行极点配置 此时针对通道2的故障，即执行器故障 F = diag ( f 1 ， f 2 ) ，其 f 1 = 0.3 ，   f 2 = 1 ，对其进行极点配置，结果如图13。 通过图13可以看到，极点均配置在了所要求的区域内，验证了单通道可靠控制器的有效性。
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user: 5. 结论 综上所述，本文提出的极点观测器，基于LIB-SVM的极点分类器和单通道故障控制器均有效，仿真结果表明，该方法效果良好，能够对系统的极点做出非常准确的观测，分类，以及控制，即极点配置。 图12. 极点分类与预测情况 图13. 极点配置图 并且相对于其他方法本文提出的故障诊断及控制方法具有一定的鲁棒性且故障诊断的精度较高，在闭环系统出现故障但不影响系统正常运行，也就是极点位置发生偏移，但均在所配置区域D的情况下，此时可以发出预警，但不切换相应的控制器。只有在极点跳出区域D时，切换相应的控制器。这样可以有效的节约能耗和降低保守性。仿真结果完美地证明了本文结论的有效性。
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user: 摘 要 本论文以2016 FSAE中国大学生方程式汽车大赛为背景，设计并制造了一辆方程式赛车的排气系统。整个设计过程在满足大赛规则的基础上，实现了降低排气系统的重量、提高了排气效率和发动机的动力表现并且满足了制造工艺性能的要求。 关键词 :排气系统，谐振效应，排气回压，消声器，弯管 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 众所周知，要设计并制造一辆完整的汽车是一个很复杂的过程。而FSAE中国大学生方程式汽车大赛要求一个大学生车队在一年之内设计并制造一辆小型并具有方程式赛车的操纵性能的较高性能的赛车。一个车队通常需要八到十二个月的时间来设计、制造、测试、准备和调试赛车，它极大的考验了车队队员们的设计能力和动手能力以及解决问题的能力。 而本文正是结合了在车队的实际工作，来为我们2016年的赛车设计并制造一套表现较为出色的排气系统，同时解决排气管的制造工艺以及性能评价等问题。
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user: 2. 绪论 2.1. 赛车排气系统与民用汽车排气系统性能比较 高性能表现赛车的排气系统的设计以及性能取向与民用汽车的排气系统很不一样。但排气管具有的最主要的作用还是为发动机排出废气保证发动机的正常工作并隔绝发动机产生的高温废气。对于民用汽车而言，考虑到制造成本问题，往往使用易于大量生产的材料进行排气系统的制造，而且在设计上也尽向节约成本的方向靠拢，并考虑国家的法律法规，还要考虑到尾气排放以及噪音的问题。而赛车的排气系统则恰恰相反，赛车对发动机的性能表现有很高的要求，如图1，赛车排气系统常常使用的是比较不易于量产的工艺以及材料。 而且从设计上来说，由于赛车排气系统使用的是费时又费力的制造工艺，所以在设计方面就没有什么限制，这样可以让设计者向着充分发挥发动机的工作性能的方向去自由发挥。 图1. 赛车排气系统 在排气系统的设计中，最重要的一个部分就是对于排气歧管的设计，既要考虑到利用发动机产生的废气的惯性来提高排气效率以及充量系数，从而获得更大的功率和扭矩。还要防止四个缸排出的废气相互干扰，所以要计算排气歧管的长度，并且保证四个缸的歧管长度相等，因为发动机在高速运转下的排气速度是极快的。 2.2. 赛事对排气噪音的要求 1) 赛车排气系统上必须安装有消音器。 2) 排气出口位置必须设计合理，使得赛车无论以任何速度行驶，车手都不会受到赛车尾气污染。 3) 排气系统最终出口不得处于后轴中心线后450 mm以外的位置，同时其离地距离不得高于600 mm。 4) 噪音等级上限，空挡时噪音等级上限为100 dB加权分贝。其他速度时噪音等级上限为110 dB [ 1 ] 。
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user: 3. 排气系统基本原理 3.1. 排气系统的作用 汽车排气系统最重要的作用就是将发动机排放的废气给排出发动机。 3.2. 排气系统设计理论 内燃发动机的工作主要是一个气体循环的过程，不同的配合会对发动机的性能产生很大的影响。本文主要讨论的是对排气系统的设计来对发动机的性能进行提升。 3.2.1. 压力波在管道中传播的特性 根据压力波在管道中传播的原理，当正压力波遇到管道开口端时，会向传播方向相反的方向反射一个负压力波，当正压力波遇到管道闭口端时，会向传播方向相反的方向反射一个正压力波；反之，当负压力波传播到管道开口端时，会向反方向反射一个正压力波，当负压力波传播到管道闭口端时，会向反方向发射一个负压力波 [ 2 ] 。 将发动机排气冲程看作是四冲程的第一个冲程，排气门打开时，气缸内是自由排气状态，根据压力波在管道中传播的原理，排气门附近产生一个正压力波，正压力波向排气出口方向传播，在遇到下一个管道端口时，反射一个负压力波向反方向传播。这时，如果排气管道的长度设计得合理，就能利用负压力波在排气门第二次打开时回到排气门附近，这时，就能利用负压力波的真空效应，将气缸内的废气抽出，这是提高排气效率的一个极为有效的方法。 3.2.2. 波动效应在排气歧管设计中的应用 为使赛车发动机的性能得到更大的提高，就要极为有效的来利用气体的波动效应来对排气歧管进行设计。 由于发动机在不同的转速条件下，废气排出的速度是不同的。根据比赛的情况，CBR600发动机7000~9000转是常用转速区间，所以，对于排气歧管的设计参数是根据8000转来确定的。 由于四冲程发动机本身有一个气门重叠角，这时候，根据CBR600发动机8000转时设计的排气歧管长度恰好能使歧管内发射的负压力波传递至排气门附近，这时就能极大的提高排气冲程的排气效率 [ 3 ] 。
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user: 4. 排气系统形式选择 上海工程技术大学2016年赛车使用了HONDA CBR600RR赛用摩托发动机，直列四缸，压缩比为12.2，排量为599 cc，最高马力：120 ps/13，500 rpm，最大扭力：6.73 kg-m/11，250 rpm。 4.1. 四出二排气形式 图2这种排气形式的优点就是较为简单，排气系统有两个出口，能够较大程度的减少气缸排出废气的相互干涉问题。但四出二的排气形式需要更多的管材来搭建排气系统，而且还要使用到两个消音器，这样增加了不小质量。 4.2. 四出一排气形式 图3的布置是直接将四个排气歧管的末端通过一个集合器合并到一根总管，其最大的优点就是使用的管材量最少。但这种排气形式在集合器处会发生较为严重的干涉问题。 4.3. 四出二出一排气形式 图4的排气形式就是将每两个工作情况相对应的气缸的排气歧管末端合并成两根二级歧管，再将这两根二级歧管给合并成一根总管，最后连接消音器。这样的排气形式就可以较为有效的解决集合处废气互相干涉的情况，而且使用到的管材也相对较少。 图2. 四出二排气形式 图3. 四出一排气形式 图4. 四出二出一排气形式 4.4. 排气形式选择 考虑到排气系统的轻量化、背压问题、干涉问题、噪音问题、制造加工等许多综合因素，设计方向最终确定为四出二出一的排气布置形式。
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user: 5. 排气系统设计 5.1. 排气歧管参数计算 排气歧管最基本的参数就是歧管的长度和歧管的直径。计算方式如下： P = 850 × ED RPM − 3 P3M排气歧管长度(inch) ED：180˚ + 排气气门早于排气行程下止点开启曲轴转角(度) RPM门早于发动机优化目标转速(rad/min) ID = CC 25 × ( P + 3 ) × 2.1 P2.排气歧管长度(inch) CC歧管发动机排量(cm 3 ) ID排气歧管内径(inch) 根据上面的公式 [ 4 ] 计算得以CBR600发动机在8000转的工作状态下的优化目标转速算得的P = 15.36 (in)，ID = 1.18 (in) 5.2. 排气歧管法兰设计 由于排气歧管头段和发动机排气口的连接是靠发动机体上的丝杆，所以必须在排气歧管的头段焊接法兰来将排气歧管固定在发动机上。另有一个法兰将排气总管分为两段，这样便于安装和拆卸。 设计图如图5所示，总管法兰设置有四个螺栓孔，以方便尾段排气总管的角度调整。 图5. 排气总管法兰盘 5.3. 排气系统材料选用 考虑到排气系统使用到不同的金属管材对排气效率的影响以及对整车质量的影响，对于材料的选择还是进行了慎重的比对。 首先考虑304不锈钢管材，因为其耐腐蚀程度以及韧性都比较好，304不锈钢含8%左右的镍而403不含镍 [ 5 ] 。但是，其密度高，考虑到做全段排气系统的搭建，对整车的轻量化没有任何好处。 其次就是钛合金管材，主要考虑的是TC4钛铝合金，因为TC系列钛合金切削性能好，方便排气系统搭建时的手工加工，较于纯钛，其抗氧化性能好，硬度高，其耐高温效果也好。而且钛合金的质量轻，相比于使用全段不锈钢管，钛合金排气系统的质量仅仅是前者的七分之二。 综合所有因素考虑，排气系统的搭建最终选择了钛合金为搭建管材。 5.4. 排气系统模型构建 根据发动机四个气缸的点火顺序是一二四三，所以可以确定当一号缸在做排气冲程时，四号缸正好在做压缩冲程，将这两个气缸的歧管合并至一根二级歧管的话，可以最大程度上的避免它们之间在排气时有相互干涉的情况。二号和三号缸也如此。 模型如图6。 图6. 排气系统总成
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user: 6. 排气系统设计分析 6.1. GT power软件对排气系统整体形式分析 在GT power软件里进行建模仿真以验证这种排气形式的可靠性。建模过程中所有发动机参数都根据CBR600发动机的参数设定，而排气系统的参数也使用设计时所确定的排气系统参数，进气系统的参数，使用的是今年赛车所设计的进气系统模型。 从图7中可以看出，这是按照CBR600发动机建立的一个直列四缸发动机，每个缸体容积为149.75 ml，压缩比为12.2。因为主要考虑的是这种排气形式是否能够较为有效的利用到发动机废气的波动效应，所以使用这个GT power模型主要分析的是排气歧管中的气体压力波动。 从图8中可以看出，这是一号缸的排气歧管排气门附近压力波动图，图中的波线是较为有规律的上下波动的，但在排气门附近的波峰位置还有些许不稳定，这是因为发动机在高速工作的情况下，排气口排出气体速度可能会发生偶尔的不匀的情况，也有可能是歧管合并处的接口形状导致的。 从整体上来看，压力的波动是较为均匀，有规律的，波峰波谷的位置也相差不大，没有紊乱的波线可以说明干涉的情况基本没有过多的发生。 6.2. ANSYS分析 ANSYS速度云图分析 从图9中可以发现，四个缸的排气门打开时，歧管头段的截面流速都是不均匀的，这是因为排气歧管在于发动机装配的头段就是弯曲的，这样才能保证排气系统的装配不与车架干涉，但是这段弯曲是对发动机的排气效果有影响的 [ 6 ] ，但是为了保证排气系统成功装配，只能够对这段弯头进行优化。 对歧管头段的弯头角度进行了改进，使得弯头在不影响排气系统装配的条件下，使其半径增大，这样能对气体流速问题起到较为合适的调整。 图10是改进后的截面气体流速分布图。 图7. GT power发动机整体建模 图8. 一号缸排气压力仿真波动图 图9. 一至四号缸截面速度云图 图10. 四号缸改进后速度云图
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user: 7. 排气系统加工制作 7.1. 排气管弯头制作 由于购买的材料都是已加工好的钛合金弯头与直管，弯头与直管都有不同内径的，如图11弯头也分别有不同角度。所以对其进行加工，改变弯管与直管的接合处角度，这样才能搭出与模型中一致的排气系统。 在弯头制作时首先要根据几何关系计算需要切掉的角度(如图12)，以及在弯头上切口的方向，另外使用到专用的弯管画线工具。 7.2. 排气管初步搭建 如图12加工完成的排气歧管在发动机上进行初步的搭建，使用透明胶作为固定材料，并标记了各段弯管和直管的配合关系。 7.3. 排气管焊接 首先是法兰盘与排气管的焊接，只有焊接完成法兰盘，才有办法将排气系统安装至发动机上。完成的排气总成如图13~图15。 测试状态如图16。最终完成的整个排气系统与赛车其他部件的配合都较为完美，不存在干涉的现象，而且与模型的形状参数一致，可以说排气系统的制造过程较为成功！ 图11. 弯管切割 图12. 一二级歧管搭建完成 图13. 焊接完成的法兰盘与排气管 图14. 焊接完成的排气总成 图15. 排气系统在赛车上的安装 图16. 排气系统在赛车进行试验
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user: 8. 结论 通过对赛车整个排气系统的从设计到制造到实验的过程，较为良好的实现了最初的优化目标。本文主要完成的任务有: 1) 收集各方面关于排气原理以及优化案例的资料。 2) 根据赛规要求，完成排气形式的选择，根据资料对排气管的参数进行计算并得出结论。 3) 使用SolidWorks软件对整个排气系统进行建模。 4) 使用ANSYS及GT power等仿真软件对模型进行分析，通过分析得出的结果对原模型进行修改。 5) 对最终冻结的方案进行加工制作，并完成排气系统成品。 6) 完成排气系统的实际使用测试。
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user: 摘 要 高速列车运营经济性是高速铁路运营经济性和可持续发展的重要参考指标。而高速列车运行能耗是高速列车运营经济性的重要影响因素。在分析高速列车全寿命周期成本的基础上，分析了高速列车运营能耗构成及其各部分能耗占比，进一步提出了高速列车运行能耗模型，在此基础上分析了各部分能耗的占比和影响要素，并给出了高速列车节能降耗的提升方向，为高速列车节能减排提供借鉴。 关键词 :高速列车，全寿命周期成本，运营经济性，运行能耗，节能降耗 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 截止2015年，我国“四横四纵”高速铁路主骨架已经形成，累计上线运营列车1500余列，通车里程1.9万公里，以高速铁路为骨架的快速铁路网的总规模达4万公里以上。高速铁路的发展要与社会经济发展相适应，高速列车作为高速铁路运输旅客和货物的重要装备之一，高速列车运营经济性是高速铁路运营经济性和可持续发展的重要参考指标 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 。而高速列车运行能耗是高速列车运营经济性的重要影响因素，因此，本文建立了高速列车运行能耗模型，分析了各能耗的占比及其影响因素，在此基础上给出了高速列车节能降耗的提升方向，对高速列车节能减排有着重要意义。
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user: 2. 高速列车运行能耗模型 高速列车全寿命周期内的能耗并贯穿于设计、制造、运营、维护和报废等各个阶段，运营过程能耗在全寿命周期内所占比重最大 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] ，是高速列车节能降耗的重点阶段，见图1。 2.1. 高速列车运营能耗构成 通过对高速列车运营部门和主机厂的相关数据的统计分析，可知：高速列车运营过程中的能耗主要包括高速列车运行关的能耗、车站及基础设施能耗和其他形式能耗等三部分，分别占高速列车运营能耗的82%、17%和1%，见图2。 图1. 列车全寿命周期能耗分布 2.2. 高速列车运行能耗模型 高速列车的电能流路径是从牵引供电接触网–高速列车–轮轨–牵引供电接触网的能量流路径，见图3。从图3可知，电能从变电站经接触网到列车，最终通过轮轨界面的回流，在整个运行过程中，电能消耗可以分为以下四个方面 [ 6 ] ： ►列车克服阻力运动的能量； ►由于牵引系统效率低而损失的能量； ►用于提供乘客服务功能的能量； ►牵引供电系统损失的能量。 故此，可建立高速列车运行能耗模型，见图4。图4中模型是带再生制动列车和不带再生制动列车的能量流模型，其中再生制动是指将非再生制动中由摩擦制动器造成的热能损失反馈到电网中。 图2. 高速列车运营能耗比例 图3. 能量流路径 图4. 高速列车运行能耗模型 (a) 不带再生制动；(b) 带再生制动
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user: 3. 高速列车运行能耗分析 3.1. 高速列车运行阻力能耗分析 根据ATOC (2009)和IEP (DfT， 2009a)新的RSSB(2007)牵引能耗报告可知(见图5)，高速列车运行能源需求主要是用来克服列车运行阻力、惯性和坡度阻力牵引列车运行的牵引能耗和为旅客提供服务功能的辅助能耗。从图5中可知，牵引能源可分为用来克服惯性(如：加速)和坡度阻力而消耗的能量、克服运行阻力(摩擦力和阻力)需要的能量两部分，牵引能耗约占列车总消耗能源的四分之三 [ 7 ] 。 克服惯性和坡度阻力所需的能量与列车质量成正比，分别转换为动能和重力势能。采用再生制动就是尽可能多的恢复这些能量，但再生制动效率低和运行工况的限制(例如，网压过高时不允许再生制动)不可避免的会造成一部分能量损失。列车的加速度分布(如停止/启动的循环次数)会影响克服惯性所需的能量，路网地形也会影响克服坡度阻力所需的能量。 克服列车运行阻力的能源主要用于摩擦生热，其阻力可由戴维斯公式得到。现代高速列车运行过程中，空气阻力占主导地位，对于给定的列车，运动阻力与列车速度的平方成正比。 3.2. 由于牵引系统效率低而损失的能量 牵引系统的电气元件和机械元件效率低会导致部分能量以热量形式耗散。现代动车组车从接触网获得电能，经变压器、变流器后变成三相交流电供给电机，再经传动装置将电能转化为机械能传递至车轮，驱动列车运行。德国最先进的16.7 Hz、15 kV的交流系统在满负荷运行时可达到约85%的功率效率，50 Hz的AC或DC系统则能达到更高的效虑 [ 8 ] 。 测得京津城际动车组运行时总能耗为 9.5544 × 10 9 J ，牵引能耗 8.47 × 10 9 J ，可算出牵引系统能耗大约占列车运行总能耗88.65%，牵引系统各部分能耗占比见图6。 3.3. 用于提供乘客服务功能的能量 乘客服务功能包括照明、取暖以及旅客车厢的通风。虽然这些功能主要在列车运行过程中提供，但在列车停止后也需要进行清洁和维护工作，确保列车在下次启动时仍处于舒适的环境。乘客服务功能的能源需求很大程度上取决于周围环境氛围。UIC EVENT在2003年的研究中表明，乘客服务功能的平均能耗约占列车总能耗的20% [ 9 ] [ 10 ] ，见图7。 图5. 高速列车运行能耗 图6. 牵引系统各部分能耗比 图7. 冬天(0℃)英国列车乘客服务功能的能源要求 Table 1 Measures to reduce train energy [11 措施类型 措施 对能耗的影响 对比高铁和传统列车的适用性 技术措施 减少列车质量 新干线降低1吨/车重量可使二氧化碳排放降低1%。 这两种列车类型具有大致类似的效果， 更有利于服务和更频繁的停止。 气体力学 和摩擦 新干线空气阻力减少10%可使二氧化碳排放降低6%。 由于空气动力阻力更大， 更快的速度和能源需求成正比。 减少牵引系统 的损耗 牵引组件减少1%的能源使用量可使整体能耗 降低1%，如果采用再生制动，牵引 和制动系统效率可进一步提高。 这两种列车类型具有大致类似的效果。 再生制动 城际可节省5%~7%的能源； 列车可降低能源使用的8%~9%。 新型动车组必备，适用于站点多的路线。 提高空间利用率 TGV双层设计几乎比TGV单层 减少座位/km能耗的30%。 同样适用于两种列车类型，有些策略 (双层，宽体)不符合英国的基础设施。 提高乘客 服务功能效率 减少乘客气候控制能耗的10% 可降低列车整体能耗的1%。 列车每天运行的距离越长可降低 的座位/km乘客服务功能能耗越多。 操作 措施 增加负荷因数 在所有措施中，增加负载因数具有最大的 降低乘客/km能耗潜力。 同样适用于两种列车类型， 高速列车负荷因数通常高于城际列车。 高效的牵引策略 高效的牵引策略可以提高牵引效率的7.5% 同样适用于两种列车类型， 但不是本研究考虑的问题。 表1. 降低列车能耗措施 [ 11 ] 3.4. 牵引供电系统损失的能量 牵引供电用电是单相负荷，会在电力系统中产生较大的负序电流和负序电压，且因列车功率因数较低，高次谐波含量较大等会给牵引供电系统造成能量损耗。如谐波电流流入三相电子绕组产生旋转磁场，引起振动扭矩，并且增加定子绕组、定子铁芯、转子激磁绕组和阻尼绕组的附加电能损失和发热。谐波电流流入变压器产生的铁芯磁滞现象会引起噪音增大，此外，高次谐波的电流、电压还会引起附加的铁损和铜损，使变压器总电能损失增大。牵引供电系统损失的能量列车总消耗能源的3%。
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user: 4. 高速列车节能降耗提升方向 列车节能降耗的措施可分为两大类：第一类是技术措施，通过硬件改进减少在给定操作条件下的能耗；第二类是操作方式改进，即通过修改列车操作方式减少硬件能耗，见表1。表1总结了具体措施对能耗的影响及其对列车总的节能降耗的影响程度。
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user: 5. 结论 通过以上研究并分析，可以得出以下结论： 1) 通过高速列车全寿命周期能耗构成分析，得到了高速列车运营能耗构成及各部分权重，与高速列车运行相关的能耗占比高达82%。在此基础上，进一步分析高速列车运行相关能耗并获得其能耗模型。 2) 根据高速列车运行能耗模型，指出了各部分能耗所占比重，分析了各能耗组成成分耗能的主要因素，为高速列车节能降耗的提出提供了技术提升方向； 3) 在前述研究基础上，给出了高速列车节能降耗的提升方向，并给出了具体措施对对能耗的影响及其适用性。
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user: 摘 要 基于已有的有源钳位正反激DC/DC变换器，本文提出了一种新颖的不对称半桥正反激DC/DC变换器。将不对称半桥结构应用到有源嵌位正反激DC/DC变换器，继承了有源嵌位正反激DC/DC变换器高效率、高功率密度的特点，并将开关管电压应力大大减小。文章详细论述了该变换器的工作原理，给出了关键时序波形，并着重分析了稳态下的基本数量关系和软开关实现条件。在理论分析的基础上，使用saber进行仿真分析并制作了80 W实验样机，验证了该变换器理论分析的正确性。 关键词 :不对称半桥，正反激，开关应力，软开关，变换器 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 有源嵌位正反激变换器高压侧绕组串联、低压侧绕组通过整流二极管并联的结构，让其具有高效率、高功率密度、输出纹波小、利用自身拓扑结构易实现软开关的特点。因此，有源嵌位正反激变换器被广泛应用于锂电池充电，电动汽车，航空电源等领域。文献 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 详细的分析了该变换器的工作原理。但是，实际工作中由于变换器自身结构的原因，主开关管和嵌位电容的电压应力总是很高，大大影响了其在高电压输入场合的应用。 基于此，本文提出一种不对称半桥正反激DC/DC变换器，将不对称半桥结构与有源嵌位正反激变换器结合起来，继承了有源嵌位正反激变换器的原有优点，减小了主开关管电压应力，因此在相同的输入电压等级下可以选用耐压低、导通电阻小的MOSFET，进一步提高变换器效率，不对称半桥正反激DC/DC变换器也更加适合高压输入场合 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 。
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user: 2. 变换器工作原理 2.1. 变换器结构 不对称半桥正反激DC/DC变换器电路结构由不对称半桥结构、正反激变压器组和副边并联半波整流构成(见图1)。图中：Q 1 、Q 2 为主功率开关管，C 2 为隔直电容，N P1 和N S1 分别为正激变压器T 1 的原边和副边绕组，N P2 和N S2 分别为反激变压器T 2 的原边和副边绕组。原边绕组N P1 、N P2 串联，副边绕组N S1 、N S2 通过整流二极管D 1 和D 2 并联连接到负载，此结构减小整流二极管的电流应力的同时还可以减小输出的电流纹波，有利于减小输出滤波器的体积。高压侧的不对称半桥结构减小了功率开关管的电压应力，隔直电容C 1 所承受电压也较低。 2.2. 变换器工作原理 所提变换器的等效电路和工作波形如图2所示。L m1 、L m2 分别为正激变压器和反激变压器的励磁电感，L k 为两变压器的等效漏感，正激变压器匝比n 1 = N P1 /N S1 ，反激变压器匝比n 2 = N P2 /N S2 ，开关管Q 1 的反并二极管和输出电容分别为D Q1 和C Q1 ，开关管Q 2 的反并二极管和输出电容分别为D Q2 和C Q2 。 开关管Q 1 和Q 2 采用固定死区互补导通的控制方式，变换器工作在稳定状态下共8个工作模态。分析前做以下假设：1) 隔直电容C 1 与励磁电感及漏感的谐振频率远小于开关频率；2) 隔直电容C 1 远大于开关管输出电容C Q1 和C Q2 ，稳态下可视为恒压源。 图1. 不对称半桥正反激DC/DC变换器 图2. 等效电路和工作波形 1) 模态1 [t 0 -t 1 ]：Q 1 处于开通状态，变压器原边电流线性上升。正激变压器T 1 向负载传输能量，D 1 导通，变压器T 1 原边电压被负载侧电压嵌位；反激变压器原边绕组做电感，D 2 关断，原边电流i p 与励磁电流i m2 相等且线性上升，反激变压器储存能量。 2) 模态2 [t 1 -t 2 ]：Q 1 关断，原边电流i p 给C Q2 放电，同时对C Q1 充电，U ds1 上升，U ds2 持续下降。D 1 导通，D 2 保持关断。当U ds2 下降到U c1 时，U ds1 上升到U in -U c1 ，D 2 开始导通，D 1 和D 2 开始换流。寄生电容C Q1 的存在可实现Q 1 的零电压关断。 3) 模态3 [t 2 -t 3 ]：D 1 和D 2 都导通，两变压器原边电压都被负载侧电压嵌位。变压器漏感L k 与C Q1 和C Q2 谐振，L k 继续给谐振C Q2 放电，给谐振C Q1 充电。当U ds2 下降到0 V，U ds1 上升到U in 并被嵌位，Q 2 的体二极管D Q2 开始导通续流。D 1 关断，D 2 开始持续导通。 4) 模态4 [t 3 -t 4 ]：D Q2 在此阶段持续导通，此时开通Q 2 可实现开关管零电压开通。 5) 模态5 [t 4 -t 5 ]：Q 2 处于开通状态，反激变压器T 2 向负载传输能量，T 2 原边电压被输出电压嵌位。正激变压器T 1 原边承受反压，其值为U c2 -n 2 U o ，T 1 在这个电压的作用下磁芯复位。原边电流i p 与T 1 的励磁电流i m1 相等，并且在C 1 反压的作用下减小然后反向。 6) 模态6 [t 5 -t 6 ]：Q 2 关断，原边电流i p 给C Q1 放电，同时对C Q2 充电。U ds2 上升，U ds1 持续下降。D 2 导通，D 1 保持关断。U ds1 下降到U in -U c1 ，U ds2 上升到U c1 时，D 1 开始导通，D 1 和D 2 开始换流。寄生电容C Q2 的存在可实现Q 2 的零电压关断。 7) 模态7 [t 6 -t 7 ]：D 1 和D 2 都导通，两变压器原边电压再次被负载侧电压嵌位。漏感L k 与C Q1 和C Q2 谐振，漏感L k 继续给C Q1 谐振放电，给C Q2 谐振充电。当U ds1 下降到0，U ds2 上升到U in 并被嵌位，Q 1 的体二极管D Q1 开始导通续流。D 2 关断，D 1 开始持续导通。 8) 模态8 [t 7 -t 8 ]：D Q1 在此阶段持续导通，此时开通Q 1 可实现开关管零电压开通。
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user: 3. 稳态特性分析 3.1. 基本数量关系 利由上述模态分析可知，模态1和模态5是变换器工作的主要模态，其他模态相对于这两个模态非常短暂，在分析基本数量关系是可忽略。定义开关周期为T S ，开关管Q 1 导通的占空比为D。 1) 隔直电容电压 由变压器原边侧的伏秒平衡可以得到： ( U in − U cl ) D T S = U cl ( 1 − D ) T S (1) 由式(1)得： U cl = D T in (2) 由于隔直电容C 1 远大于开关管寄生电容C Q1 和C Q2 ，所以在整个开关周期内U c1 基本保持不变。 2) 输入输出关系 在模态1中反激变压器T 2 的励磁，模态5中反激变压器T 2 的去磁。根据反激变压器T 2 的伏秒平衡可以得到： ( U in − U cl − n 1 U o ) D T S = n 2 U o ( 1 − D ) T S (3) 结合式(2)可以得到： U o = D ( 1 − D ) [ n 1 D + n 2 ( 1 − D ) ] U in (4) 为了简化分析，可假设两变压器匝比相同都为n。此时有： U o = D ( 1 − D ) n U in (5) 3) 器件应力分析 变换器高压侧采用不对称半桥结构，容易的到开关管Q 1 和Q 2 的电压应力为： U ds1 = U ds2 = U in (6) 由有源钳位正反激DC/DC变换器拓扑结构不难看出，其功率开关管的电压应力为： U ds1 = U ds2 = U in 1 − D (7) 开关管Q 1 导通时，正激变压器传输功率，D 1 导通D 2 关断承受反压。为简化分析，假设两变压器匝比相同都为n。由式(2) (5)可得到D 2 承受的反向电压为： U d2 = 1 − D n U in = U o D (8) 同理开关管Q 2 导通时D 1 承受的反压为： U d1 = D n U in = U o 1 − D (9) 3.2. 软开关条件 由上述模态分析可以得知，开关管并联结电容在关断时起到缓冲作用，可有助于实现开关管零电压关断。开关管关断速度越快，并联结电容越大，零电压关断效果越好，关断损耗越小 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 。 在模态4和模态8中开通开关管可实现开关管的零电压开通，接下来以开关管Q 2 为例分析其实现的条件。 开关管Q 2 在开通前，其输出电容C Q2 经过两个过程的放电。模态2中原边电流i p 与反激励磁电流i m2 相等，对C Q2 放电。由于励磁电感值较大，开关管输出电容值较小，所以在i p 不是很小的情况下可认为是瞬间完成，且i p 的值基本不变。模态3中输出侧换流开始，两变压器原边均可等效为电压源，漏感L k 给C Q2 谐振放电，由于L k 值较小，此阶段流过L k 的电流即原边电流i p 会快速减小为正激励磁电流的大小。所以实现开关管Q 2 零电压开通，i p 必须满足在死区时间内能将C Q2 的电全部放完且在死区结束前i p 还未过零。 分析电路的瞬态响应，一个周期内原边电流i p 在如图2中等效电路所示的正方向下的最大值为： i p max = ( 1 − D ) U in − n U o 2 L m 2 D T S (10) 式(11)可知，输入电压U in ，反激励磁电感L m2 会影响到原边电流i p 的大小。 综上，U in 越大，L m2 越小越有利于实现开关管Q 2 零电压开通。再者合理调节死区时间，要求在死区时间内能将C Q2 的电全部放完且在死区结束前i p 未过零。