Academic Press 系列: 没有的同学考虑下吧~

ix1982 · 发表于 2008-7-19 23:46:46

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1. AUTOMATED FINGERPRINT
IDENTIFICATION SYSTEMS
(AFIS)
Peter Komarinski
With contributions by:
Peter T. Higgins and Kathleen M. Higgins
Lisa K. Fox
page: 310页文字版

CONTENTS
FOREWORD xiii
CHAPTER 1 INTRODUCTION 1
1.1 Welcome 1
1.2 Fingerprints 3
1.3 What Is AFIS? 4
1.4 Identification Practices Prior to AFIS Systems 8
1.5 Current Identification Practices 10
1.6 Why Fingerprint-Based Checks Are Important 12
1.7 From Paper to Paperless 13
1.7.1 Paper: The Fingerprint Card 13
1.7.2 Paperless: Livescan 13
1.8 The Impact of AFIS Systems 15
1.9 Other AFIS Issues 16
1.10 Why This Book Was Written 18
1.11 Who This Book Is Intended For 20
1.12 Chapter Overview 23
1.12.1 Chapter 2 History of Automated Fingerprint Identification System 24
1.12.2 Chapter 3 Fingerprints Are Unique 24
1.12.3 Chapter 4 AFIS Summary—How the System Works 24
1.12.4 Chapter 5 From Print to Identification 25
1.12.5 Chapter 6 Current Issues 25
1.12.6 Chapter 7 Buying an AFIS System: The Basic Documents Needed 26
1.12.7 Chapter 8 Standards and Interoperability 26
1.12.8 Chapter 9 Contractual Issues Regarding the Purchase of an
Automated Fingerprint Identification System 26
1.12.9 Chapter 10 Case Study—Diamonds in the Rough: Increasing the
Number of Latent Print Identifications 27
1.12.10 Appendices 27
CHAPTER 2 HISTORY OF AUTOMATED FINGERPRINT IDENTIFICATION SYSTEM 29
2.1 Early Prints 29
2.2 Moving Beyond a Single Database 32
2.3 Fingerprint (Tenprint) Cards 33
2.4 Latent Print Processing 36
2.5 The First AFIS System 37
2.6 Growth and Development of AFIS Systems 39
2.7 IAFIS: The AFIS That Changed the World of Fingerprint Automation 41
2.7.1 Transmission Standard 46
2.7.2 FBI and Other Implementations of the ANSI Standard 47
2.7.3 Image Quality Specifications 48
2.7.4 Compression Standard 49
2.7.5 Conclusion 50
2.7.6 Current Challenges 50
CHAPTER 3 FINGERPRINTS ARE UNIQUE 53
3.1 Names 53
3.2 Identification Documents 54
3.2.1 Driver’s License 55
3.2.2 Passport 57
3.3 Photographs 59
3.4 DNA 61
3.5 Fingerprints 61
3.5.1 Physical Characteristics 61
3.5.2 Proven Uniqueness? 62
3.5.3 Image Quality 64
3.6 Classification Systems 66
3.6.1 The NCIC System 66
3.6.2 The Henry and American Classification Systems 68
3.6.3 Filing Systems 70
CHAPTER 4 AFIS SUMMARY—HOW THE SYSTEM WORKS 73
4.1 Databases 73
4.2 Processing Overview 76
4.2.1 Tenprint 76
4.2.2 The Latent Print Process 80
4.2.3 Unsolved Latent Search 83
4.2.4 Latent/Latent Search 84
4.3 Why AFIS Systems Work 84
4.4 Why Are Some Identifications Missed? 86
CHAPTER 5 FROM PRINT TO IDENTIFICATION 89
5.1 AFIS Components 89
5.1.1 Physical Layout of AFIS 90
5.1.2 AFIS Hardware 90
5.1.3 Coders 93
5.1.4 RAID Storage 95
5.1.5 Matchers 96
viii AUTOMATED FINGERPRINT IDENTIFICATION SYSTEMS
5.2 Fingerprint Cards and Images 98
5.2.1 Past Practices 99
5.2.2 Current Practices 102
5.2.3 Importance of High-Quality Images 104
5.2.4 Inked Images versus Livescan Images 106
5.2.5 Image Capture Processes 106
5.3 AFIS Name and Minutiae Searches 108
5.4 Types of AFIS Searches 112
5.4.1 Tenprint to Tenprint (TP/TP) Searches 112
5.4.2 Latent to Tenprint (LT/TP) Searches 114
5.4.3 Latent to Latent Searches 115
5.5 AFIS Reports 116
5.5.1 Tenprint Reports 117
5.5.2 Latent Print Reports 118
CHAPTER 6 CURRENT ISSUES 121
6.1 SWOT Analysis 121
6.1.1 AFIS Strengths 122
6.1.2 AFIS Weaknesses 123
6.1.3 AFIS Opportunities 128
6.1.4 AFIS Threats 132
6.2 DNA and Fingerprints 134
6.3 The Move from Forensic to Civil Applications 136
6.4 Other Frontiers 140
6.4.1 Multiple Agencies Sharing AFIS Technology: WIN 140
6.4.2 Multiple Nations Sharing AFIS Systems: Eurodac 141
CHAPTER 7 BUYING AN AFIS SYSTEM: THE BASIC DOCUMENTS NEEDED 145
Peter T. Higgins and Kathleen M. Higgins
7.1 Introduction 145
7.2 The Need for a Disciplined Approach 145
7.3 Overall Strategy 147
7.4 Pre-acquisition Phase 148
7.4.1 Concept of Operations Document 148
7.4.2 Acquisition Strategy Document 150
7.4.3 Benchmarking 151
7.5 Acquisition Phase 154
7.5.1 Source Selection Plan 155
7.5.2 Statement of Work (SOW) 155
7.5.3 Requirements Specification 156
7.6 Development and Deployment Phase 158
7.7 Conclusion 160
CHAPTER 8 STANDARDS AND INTEROPERABILITY 161
8.1 System Challenges to Interoperability 161
8.2 Electronic Fingerprint Transmission Specification (EFTS) 166
CONTENTS ix
8.3 Wavelet Scalar Quantization 167
8.4 Management Challenges to Interoperability 167
8.4.1 Security 170
8.4.2 Type of Search Permitted 171
8.4.3 Indemnification 172
8.4.4 Agreement to Maintain Records 172
8.4.5 Charges 172
8.4.6 Suspension of Services and Agreement Termination 172
8.5 A Case Study: The Issue of Hit Rate for Latent Prints 172
8.5.1 Obtaining Latent Prints 174
8.5.2 The Search Database 180
8.5.3 Counting Latent Print Identifications 182
8.5.4 New York State Survey 184
CHAPTER 9 CONTRACTUAL ISSUES REGARDING THE PURCHASE OF AN AUTOMATED
FINGERPRINT IDENTIFICATION SYSTEM 191
Lisa K. Fox
9.1 Introduction 191
9.2 Preparing to Acquire an AFIS 192
9.3 Special Considerations for Public Procurement 193
9.3.1 General Requirements for Governmental Action 194
9.3.2 Requirements Imposed on the Actions of Governmental Employees 195
9.4 Types of Public Procurement 196
9.4.1 Competitive Procurement 197
9.4.2 Non-competitive Procurement 198
9.4.3 Things to Consider When Evaluating the Competitive versus
Non-competitive Models 198
9.4.4 AFIS Procurement Flowchart 200
9.5 Statutory and Regulatory Requirements 201
9.5.1 Public Procurements in General 201
9.5.2 Technology Procurements in Particular 202
9.5.3 Additional Requirements Based on the Intended Use of the Technology 203
9.6 Identification of Funding Sources 203
9.6.1 Location and Identification of the Funding Source 204
9.6.2 Determination If the Funding Source Imposes Additional Obligations 205
9.7 Legal Considerations When Developing the Public Procurement
Solicitation 208
9.7.1 Introduction and Background 210
9.7.2 General Information and Response Format 210
9.7.3 AFIS Specifications and Scope of Work Requirements 212
9.7.4 Evaluation Criteria and Relative Weights of the Criteria 223
9.7.5 Contractual Terms and Conditions 230
9.7.6 Other Suggested Contractual Issues to Address in the RFP 231
9.8 What Can Go Wrong in the Process 237
9.9 How Problems and Complaints Are Made Known 239
9.10 Conclusion 240
x AUTOMATED FINGERPRINT IDENTIFICATION SYSTEMS
CHAPTER 10 CASE STUDY—DIAMONDS IN THE ROUGH: INCREASING THE NUMBER OF
LATENT PRINT IDENTIFICATIONS 243
10.1 Introduction 243
10.2 Plan for Increased Latent Print Identifications 244
10.3 Review of UL File Procedures 245
10.4 System-wide Upgrade 246
10.5 Opportunities for Increasing UL File Identifications 247
10.6 Summary 249
APPENDIX A GLOSSARY 251
APPENDIX B INTERNATIONAL ASSOCIATION FOR IDENTIFICATION—1998 IAI AFIS COMMITTEE
REPORT ON CROSS-JURISDICTIONAL USE OF AFIS SYSTEMS 269
APPENDIX C NCHIP FUNDING, 1995–2003 285
INDEX 287

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ix1982 · 发表于 2008-7-20 00:11:23

2. High-Speed Analog-To-Digital Conversion
Michael J.Delmar

ix1982 · 发表于 2008-7-20 00:15:59

Neural Systems for Control
Omid M. Omidvar and David L. Elliott, Editors
page: 357页文字版

Contents
Contributors vii
Preface xi
1 Introduction: Neural Networks and Automatic Control 1
1 Control Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 What is a Neural Network? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2 Reinforcement Learning 7
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2 Non-Associative Reinforcement Learning . . . . . . . . . . . 8
3 Associative Reinforcement Learning . . . . . . . . . . . . . 12
4 Sequential Reinforcement Learning . . . . . . . . . . . . . . 20
5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
6 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3 Neurocontrol in Sequence Recognition 31
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2 HMM Source Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3 Recognition: Finding the Best Hidden Sequence . . . . . . . 33
4 Controlled Sequence Recognition . . . . . . . . . . . . . . . 34
5 ASequential Event Dynamic Neural Network . . . . . . . . 42
6 Neurocontrol in sequence recognition . . . . . . . . . . . . . 49
7 Observations and Speculations . . . . . . . . . . . . . . . . 52
8 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4 ALearning Sensorimotor Map of Arm Movements: a Step
Toward Biological Arm Control 61
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2 Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3 Simulation Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
5 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
5 Neuronal Modeling of the Baroreceptor Reflex with Applications
in Process Modeling and Control 89
1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
2 The Baroreceptor Vagal Reflex . . . . . . . . . . . . . . . . 90
iv
3 ANeuronal Model of the Baroreflex . . . . . . . . . . . . . 95
4 Parallel Control Structures in the Baroreflex . . . . . . . . . 103
5 Neural Computational Mechanisms for Process Modeling . . 116
6 Conclusions and Future Work . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
6 Identification of Nonlinear Dynamical Systems Using Neural
Networks 127
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
2 Mathematical Preliminaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
3 State space models for identification . . . . . . . . . . . . . 136
4 Identification using Input-Output Models . . . . . . . . . . 139
5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
6 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
7 Neural Network Control of Robot Arms and Nonlinear
Systems 157
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
2 Background in Neural Networks, Stability, and Passivity . . 159
3 Dynamics of Rigid Robot Arms . . . . . . . . . . . . . . . . 162
4 NNController for Robot Arms . . . . . . . . . . . . . . . . 164
5 Passivity and Structure Properties of the NN . . . . . . . . 177
6 Neural Networks for Control of Nonlinear Systems . . . . . 183
7 Neural Network Control with Discrete-Time Tuning . . . . 188
8 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
9 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
8 Neural Networks for Intelligent Sensors and Control —
Practical Issues and Some Solutions 207
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
2 Characteristics of Process Data . . . . . . . . . . . . . . . . 209
3 Data Pre-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
4 Variable Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
5 Effect of Collinearity on Neural Network Training . . . . . . 215
6 Integrating Neural Nets with Statistical Approaches . . . . 218
7 Application to a Refinery Process . . . . . . . . . . . . . . . 221
8 Conclusions and Recommendations . . . . . . . . . . . . . . 222
9 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
9 Approximation of Time–Optimal Control for an Industrial
Production Plant with General Regression Neural Network
227
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
2 Description of the Plant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
3 Model of the Induction Motor Drive . . . . . . . . . . . . . 230
v
4 General Regression Neural Network . . . . . . . . . . . . . . 231
5 Control Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
10 Neuro-Control Design: Optimization Aspects 251
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
2 Neuro-Control Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
3 Optimization Aspects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
4 PNC Design and Evolutionary Algorithm . . . . . . . . . . 268
5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
6 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
11 Reconfigurable Neural Control in Precision Space Structural
Platforms 279
1 Connectionist Learning System . . . . . . . . . . . . . . . . 279
2 Reconfigurable Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
3 Adaptive Time-Delay Radial Basis Function Network . . . . 284
4 Eigenstructure Bidirectional Associative Memory . . . . . . 287
5 Fault Detection and Identification . . . . . . . . . . . . . . 291
6 Simulation Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
8 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
12 Neural Approximations for Finite- and Infinite-Horizon Optimal
Control 307
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
2 Statement of the finite–horizon optimal control problem . . 309
3 Reduction of the functional optimization Problem 1 to a
nonlinear programming problem . . . . . . . . . . . . . . . 310
4 Approximating properties of the neural control law . . . . . 313
5 Solution of the nonlinear programming problem by the gradient
method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
6 Simulation results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
7 Statements of the infinite-horizon optimal control problem
and of its receding-horizon approximation . . . . . . . . . . 324
8 Stabilizing properties of the receding–horizon regulator . . . 327
9 The neural approximation for the receding–horizon regulator 330
10 A gradient algorithm for deriving the RH neural regulator
and simulation results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
11 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
12 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
Index 341

ix1982 · 发表于 2008-7-20 00:34:22

4. Practical Switching Power Supply Design
page: 258 文字版 3 部分

Content
Preface ix
CHAPTER 1
Why Use Switching Power Supplies?
How a Switching Power Supply Works
I
CHAPTER 2
s
2. I Forward-Mode Switching Regulators 5
2.2 Flyback-Mode Switching Regulators 7
CHAPTER 3
A Walk through a Representative Switching
Power Supply 9
3.1 The EM1 Filter 9
3.2 Bulk Input Filter (Storage) Capacitor
3.3 Transformer I I
3.4 Power Switches 12
3.5 Output Rectifiers 12
3.6 The Output Filter Section
3.7 Current Sense Elements 13
3.8 Voltage Feedback Elements 13
3.9 The Control Section 14
9
I2
CHAPTER 4
Switching Power Supply Topologies I7
4.1 Factors Affecting the Choice of an Appropriate Topology
4.2 Non-Transformer-Isolated Switching Power Supply
17
Topologies 20
vi Contents
4.2. I The Buck Regulator Topology 20
4.2.2 The Boost Regulator Topology 24
4.2.3 The Buck-Boost Regulator Topology
4.3. I The Flyback Regulator Topology
4.3.2 The Push-Pull Regulator Topology
4.3.3 The Half-Bridge Regulator Topology
4.3.4 The Full-Bridge Regulator Configuration
26
4.3 Transformer-Isolated Switching Power Supply Topologies 29
29
34
38
40
CHAPTER 5
Semiconductors Used in a Switching Power
Supply 43
5.1 Bipolar Power Transistors 43
5.2 PowerMOSFETs 50
5.3 Rectifiers 56
5.4 Switching Power Supply Control Integrated Circuits 5x
5.4. I Voltage-Mode Control 60
5.4.2 Current-Mode Control 61
5.4.3 Quasi-Resonant-Mode Control 63
CHAPTER 6
The Magnetic Components within a Switching
Power Supply 67
6.1 Basic Magnetism and Ferromagnetism 68
6.2 The Forward-Mode Transformer 76
6.3 The Flyback Transformer 83
6.4 The Forward-Mode Filter Choke
6.5 Mutually Coupled Forward-Mode Filter Inductors
90
04
CHAPTER 7
Cross-Regulation of the Outputs 97
7.1 Transformer Techniques 99
7.2 The Voltage-Sensing Network 99
7.3 Mutually Coupled Output Filter Chokes 100
CHAPTER 8
Protection I03
8. I Protecting the Supply and the Load from the Input Line 103
8. I . I AC Line Input Adverse Operating Conditions
8. I .2 DC Line Input Adverse Operating Conditions
104
10.5
Contents
8.2 Protecting the Load from the Supply and Itself
8.2. I Hardware Implementations to Address Overvoltage
8 . 2 . 2 Hardwarc lniplemeritations to Address Overcurrent
CHAPTER 9
Miscellaneous Topics I I5
9. I Power Supply and System Grounds I 15
9.2 The Use and Design of Clamps and Snubbers
9.3 RFI and EM1 Design Considerations 125
i07
109
I l l
I I9
9.4 Power Supply and Product Safety Considerations
9.5 Testing Power Supply Units
I 28
132
9.5. I Line Regulation 132
9.5.2 Load Regulation 133
9.5.3 Dynamic Load Response Time
9.5.4 1)ielectric Withstanding Voltage I35
9.5.5 Holdup Time 137
9.5.6 Overcurrent Limit Test 138
133
CHAPTER 10
Closing the loop-Feedback and Stabillty 14I
IO. I The Bode Plot as a Basic Tool 141
10.2 Closing the Loop 14s
10.3 The Stability Criteria Applied to Power Supplies
10.4 The Control-to-Output Transfer Functions of Common Switching
136
Power Supply Topologies 148
10.4.1 Forward-hlode Control-to-Output Transfer Functions ( Voltage-Mode
IO 4.2 Flyhack-hlode and Curtent-Mode Controlled Forward
Control) I49
Converters 15 I
10.5 Common Error Amplifier Compensation Techniques I54
10.5. I Single-Pole Conipcnsation 155
10.5.2 Zero-Pole Pair Compensation 158
10.5.3 Two-Pole-Two-Zero Compensation I62
10.6 Attempting to Compensate for a Right-Half-Plane Zero 167
CHAPTER 11
Resonant Converters-An Introduction 169
1 I . I Why Resonant Switching Power Supplies'?
I I .2 Basic Quasi-Resonant Converter Operation
1 1.3 The Resonant Switch-A Method of Creating a Quasi-
170
172
Resonant Family 178
viii Contents
1 I .4 The Zero-Voltage Quasi-Resonant Converter Family
1 1 .5 Second-Side Resonance I86
11.6 Effects of Parasitic Elements within High-
181
Frequency Supplies 189
1 I .6. I Transformer- and Inductor-Centered Parasitic Effects 190
1 I .6.2 Layout- and Component-Dependent Parasitic Losses 193
CHAPTER 12
Switching Power Supply Design Examples 199
12.1 A Low-Cost, Low-Power Flyback Converter 199
12.2 A 100-kHz, 50-W, Off-Line, Half-Bridge Switching
12.3 A 50-W,P arallel Resonant, Half-Bridge, Quasi-
12.4 A 60-W, Off-Line Flyback Converter with
Power Supply 209
Resonant Converter 220
Battery Backup 227
Bibliography 235
Index 237

[ 本帖最后由 ix1982 于 2008-7-20 00:35 编辑 ]

ix1982 · 发表于 2008-7-20 00:39:59

Academic Press - Practical Switching Power Supply Design part2和 part3

ydz · 发表于 2008-7-20 00:43:59

hao ji

ix1982 · 发表于 2008-7-20 00:47:09

Radiosity and Realistic Image Synthesis
Michael F. Cohen
John R. Wallace
page: 412 文字版 2部分

Contents
Foreword by Donald Greenberg xi
Preface xiii
1 Introduction 1
1.1 Realistic Image Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1 Goals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.2 Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 A Short Historical Perspective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.1 Raster Graphics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.2 Global Illumination Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.3 Early Radiosity Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.4 The Rendering Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3 Radiosity and Finite Element Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.4 The Radiosity Method and This Book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2 Rendering Concepts by Pat Hanrahan 13
2.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2 Basic Optics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3 Radiometry and Photometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.4 The Light Field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.4.1 Transport Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.4.2 Radiance and Luminance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.4.3 Irradiance and Illuminance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.4.4 Radiosity and Luminosity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4.5 Radiant and Luminous Intensity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4.6 Summary of Radiometric and Photometric Quantities . . . . . . 27
2.5 Reflection Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.5.1 The Bidirectional Reflection distribution Function . . . . . . . . 28
2.5.2 Mirror Reflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.5.3 The Reflectance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.5.4 Lambertian Diffuse Reflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.5.5 Glossy Reflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.6 The Rendering Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.6.1 Local or Direct Illumination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
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2.6.2 Global or Indirect Illumination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.6.3 The Radiosity Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3 Discretizing the Radiosity Equation 41
3.1 The Radiosity Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2 Making Image Synthesis Tractable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.3 The Radiosity Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.4 Approximating Radiosity across a Surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.5 Error Metrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.5.1 Point Collocation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.5.2 Galerkin Form of Weighted Residuals . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.6 Constant Element Radiosities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.7 Higher-order Basis Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.8 Parametric Mapping to a Master Element . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.8.1 Master Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.8.2 Isoparametric Mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.9 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4 The Form Factor 65
I. The Form Factor Integral 65
4.1 The Coefficients of K . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.2 The Differential Form Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.3 Three Formulations of the Form Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.4 Computing the Form Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
II. Closed Form Solutions for the Form Factor 72
4.5 Formulae for Simple Shapes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.6 Differential Area to Convex Polygon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.7 General Polygon to Polygon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
III. Numerical Solutions for the Form Factor 75
4.8 Numerical Integration in General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.8.1 Gaussian Quadrature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.8.2 Quadrature Points and the Form Factor Integral . . . . . . . . . . 77
4.8.3 Monte Carlo Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.9 Evaluating the Inner Integral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.9.1 Hemisphere Sampling Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.9.2 Nusselt Analog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.9.3 The Hemicube . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.9.4 Single-Plane Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.9.5 Monte Carlo Ray Tracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.9.6 Area Sampling Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.10 Full Area-to-Area Quadrature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
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4.10.1 Monte Carlo Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.11 Contour Integral Formulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.12 A Simple Test Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.13 Nonconstant Basis Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.13.1 The Hemicube for General Form Factors . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.13.2 Monte Carlo for General Form Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.13.3 Singularities in the Integrand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.14 Acceleration Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.14.1 Hemicube Acceleration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.14.2 Ray Tracing Acceleration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5 Radiosity Matrix Solutions 109
5.1 Qualities of the Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
5.2 Linear System Solution Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
5.2.1 Direct Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
5.2.2 Iterative Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
5.3 Relaxation Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
5.3.1 Jacobi iteration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
5.3.2 Gauss-Seidel Iteration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
5.3.3 Southwell Iteration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
5.3.4 Ambient Energy and Overelaxation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
5.4 Dynamic Environments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
5.4.1 Lighting Changes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
5.4.2 Reflectivity Changes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
5.4.3 Changes in Geometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
5.5 Parallel Implementations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
6 Domain Subdivision 131
6.1 Error Metrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
6.1.1 True Error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
6.1.2 Local Estimate of Approximation Error . . . . . . . . . . . . . . . . 132
6.1.3 Residual of the Approximate Solution . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
6.1.4 Error Based on the Behavior of the Kernel . . . . . . . . . . . . . 135
6.1.5 Image Based Error Metrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
6.1.6 Perceptually Based Error Metrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
6.2 Mesh Characteristics and Accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
6.2.1 An Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
6.2.2 Mesh Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
6.2.3 Element Order and Continuity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
6.2.4 Element Shape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
6.2.5 Discontinuities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
6.3 Automatic Meshing Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
Radiosity and Realistic Image Synthesis vii
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6.3.1 A Posteriori Meshing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
6.3.2 Adaptive Subdivision: H-refinement for Radiosity . . . . . . . 157
6.3.3 Error Estimation for Adaptive Subdivision . . . . . . . . . . . . . 159
6.3.4 Deciding How to Subdivide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
7 Hierarchical Methods 167
I. Hierarchical Subdivision 168
7.1 A Physical Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
7.2 Two-Level Hierarchy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
7.3 The K Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
7.4 Multilevel hierarchy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
7.4.1 N-Body Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
7.4.2 Radiosity and the N-Body Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
7.4.3 Hierarchical Refinement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
7.4.4 Solution of the Hierarchical System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
7.4.5 The Oracle Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
7.4.6 Progressive Refinement of the Hierarchy . . . . . . . . . . . . . . . 184
7.4.7 Experimental Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
II. Hierarchical Basis Functions and Wavelets 187
7.5 Hierarchical Basis Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
7.6 Wavelets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
7.6.1 Haar Basis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
7.6.2 Vanishing Moments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
7.6.3 Vanishing Moments and Sparse Representations . . . . . . . . . 194
7.6.4 A Wavelet Radiosity Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
III. Importance-Based Radiosity 201
7.7 Importance Meshing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
7.7.1 The Importance Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
7.7.2 Importance-Based Error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
7.8 Hierarchical Radiosity and Importance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
7.8.1 Pseudocode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
7.8.2 Example Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
8 Meshing 209
8.1 Basic Subdivision Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
8.2 Mesh Template Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
8.2.1 Grid Superposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
8.2.2 Template Mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
8.2.3 Multiblocking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
8.2.4 Adaptive Subdivision with Templates . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
8.3 Decomposition Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
8.3.1 Nodes-Elements-Together Decomposition . . . . . . . . . . . . . . 217
Radiosity and Realistic Image Synthesis viii
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8.3.2 Decomposition by Recursive Splitting . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
8.3.3 Decomposition by Advancing Front . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
8.3.4 Nodes-First Decomposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
8.4 Mesh Smoothing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
8.5 Discontinuity Meshing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
8.5.1 Discontinuities in Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
8.5.2 First and Second Derivative Discontinuities . . . . . . . . . . . . 224
8.5.3 Shadow Volume Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
8.5.4 Critical Surface Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
8.6 Topological Data Structures and Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
8.6.1 Data Structure Criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
8.6.2 The Winged-Edge Data Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
8.7 Alternatives to Meshing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
9 Rendering 243
9.1 Reconstructing the Radiosity Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
9.2 Interpolation Methods for Rendering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
9.2.1 C0 Interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
9.2.2 C1 Interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
9.3 Two-Pass Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
9.3.1 Evaluating the Radiosity Equation per Pixel . . . . . . . . . . . . 259
9.3.2 Multi-Pass Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
9.4 Incorporating Surface Detail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
9.4.1 Texture Mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
9.4.2 Bump Mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
9.5 Mapping Radiosities to Pixel Colors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
9.5.1 Gamma Correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
9.5.2 Real-World Luminance to Pixel Luminance . . . . . . . . . . . . 268
9.6 Color . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
9.6.1 Human Vision and Color . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
9.6.2 Color Matching Functions and the CIE Chromaticity Diagram
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
9.6.3 Color Spaces and Image Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
9.6.4 Direct Use of Spectral Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
9.7 Hardware Accelerated Rendering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
9.7.1 Walkthroughs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
9.7.2 Hardware-Supported Texture Mapping . . . . . . . . . . . . . . . . 285
9.7.3 Visibility Preprocessing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
10 Extensions 289
10.1 Nondiffuse Light Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
10.1.1 Form Factors to and from Light Sources . . . . . . . . . . . . . . . 290
Radiosity and Realistic Image Synthesis ix
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10.1.2 Point Lights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
10.1.3 Parallel Lights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
10.1.4 General Luminaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
10.1.5 Spot Lights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
10.1.6 Sky Light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
10.1.7 Normalization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
10.1.8 Light Source Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
10.2 Directional Reflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
10.2.1 Classifying Transport Paths . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
10.2.2 Tracing the Transport Paths . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
10.2.3 Implicit Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
10.2.4 Explicit Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
10.2.5 Non-Lambertian Reflection and Hierarchical Methods . . . . 316
10.2.6 Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
10.2.7 Two-Pass Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
10.2.8 Surface Reflectance/Transmittance Data . . . . . . . . . . . . . . . 324
10.3 Participating Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
10.3.1 Path Integrals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
10.3.2 The Zonal Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
11 Applications and Research 331
11.1 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
11.1.1 Architectural Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
11.1.2 Lighting Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
11.1.3 Remote Sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
11.1.4 Visual Shape Understanding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
11.1.5 Infrared Signature Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
11.1.6 Fine Arts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340
11.2 Experimental Validation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340
11.3 Future Research Directions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
11.3.1 Error Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
11.3.2 Perceptually Based Error Metrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
11.3.3 Physically Based Emission and BRDF Data . . . . . . . . . . . . 344
11.3.4 Meshing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
11.3.5 Hierarchy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
11.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
Bibliography 349
Index 373

ix1982 · 发表于 2008-7-20 00:55:24

6. POWER ELECTRONICS HANDBOOK
EDITOR-IN-CHIEF
MUHAMMAD H. RASHID
Ph.D., Fellow IEE, Fellow IEEE
Professor and Director
University of Florida=University of West Florida Joint Program and Computer Engineering
University of West Florida
Pensacola, Florida
page:813页文字版 5部分

Contents
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xi
List of Contributors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii
1 Introduction Philip Krein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Power Electronics Defined. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Key Characteristics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Trends in Power Supplies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.4 Conversion Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.5 Tools For Analysis and Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2 The Power Diode Ali I. Maswood . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1 Diode as a Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2 Some Properties of PN Junction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3 Common Diode Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.4 Typical Diode Ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.5 Snubber Circuits for Diode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.6 Series and Parallel Connection of Power Diodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.7 Typical Applications of Diodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.8 Standard Datasheet for Diode Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3 Thyristors Jerry Hudgins, Enrico Santi, Antonio Caiafa, Katherine Lengel, and Patrick R. Palmer . . . . . . . . . . . 27
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2 Basic Structure and Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.3 Static Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.4 Dynamic Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.5 Thyristor Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.6 Types of Thyristors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.7 Gate Drive Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.8 PSpice Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.9 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4 Gate Turn-Off Thyristors Muhammad H. Rashid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.2 Basic Structure and Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.3 GTO Thyristor Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.4 Static Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.5 Switching Phases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.6 SPICE GTO Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.7 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
v
5 Power Bipolar Transistors Marcelo Godoy Simo˜es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.2 Basic Structure and Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.3 Static Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
5.4 Dynamic Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.5 Transistor Base Drive Applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.6 SPICE Simulation of Bipolar Junction Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.7 BJT Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
6 The Power MOSFET Issa Batarseh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
6.2 The Need for Switching in Power Electronic Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.3 General Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
6.4 The Power MOSFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
6.5 MOSFET Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
6.6 MOSFET Regions of Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
6.7 MOSFET PSPICE Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
6.8 Comparison of Power Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
6.9 Future Trends in Power Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
7 Insulated Gate Bipolar Transistor S. Abedinpour and K. Shenai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
7.2 Basic Structure and Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
7.3 Static Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
7.4 Dynamic Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
7.5 IGBT Performance Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
7.6 Gate-Drive Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
7.7 Circuit Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
7.8 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
8 MOS Controlled Thyristors (MCTs) S. Yuvarajan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
8.2 Equivalent Circuit and Switching Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
8.3 Comparison of MCT and Other Power Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
8.4 Gate Drive for MCTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
8.5 Protection of MCTs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
8.6 Simulation Model of an MCT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
8.7 Generation-1 and Generation-2 MCTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
8.8 N-channel MCT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
8.9 Base Resistance-Controlled Thyristor [14]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
8.10 MOS Turn-Off Thyristor [15] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
8.11 Applications of PMCT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
8.12 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
8.13 Appendix. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
9 Static Induction Devices Bogdan M. Wilamowski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
9.2 Theory of Static Induction Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
9.3 Characteristics of Static Induction Transistor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
9.4 Bipolar Mode Operation of SI Devices (BSIT). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
9.5 Emitters for Static Induction Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
9.6 Static Induction Diode (SID) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
9.7 Lateral Punch-Through Transistor (LPTT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
9.8 Static Induction Transistor Logic (SITL). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
9.9 BJT Saturation Protected by SIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
9.10 Static Induction MOS Transistor (SIMOS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
vi Contents
9.11 Space-Charge Limiting Load (SCLL). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
9.12 Power MOS Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
9.13 Static Induction Thyristor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
9.14 Gate Turn-Off Thyristor (GTO). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
10 Diode Rectifiers Yim-Shu Lee and Martin H. L. Chow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
10.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
10.2 Single-Phase Diode Rectifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
10.3 Three-Phase Diode Rectifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
10.4 Poly-Phase Diode Rectifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
10.5 Filtering Systems in Rectifier Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
10.6 High-Frequency Diode Rectifier Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
11 Single-Phase Controlled Rectifiers Jose´ Rodrı´guez and Alejandro Weinstein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
11.1 Line Commutated Single-Phase Controlled Rectifiers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
11.2 Unity Power Factor Single-Phase Rectifiers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
12 Three-Phase Controlled Rectifiers Juan W. Dixon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
12.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
12.2 Line-Commutated Controlled Rectifiers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
12.3 Force-Commutated Three-Phase Controlled Rectifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
13 DC-DC Converters Dariusz Czarkowski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
13.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
13.2 DC Choppers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
13.3 Step-Down (Buck) Converter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
13.4 Step-Up (Boost) Converter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
13.5 Buck-Boost Converter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
13.6 C ` uk Converter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
13.7 Effects of Parasitics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
13.8 Synchronous and Bidirectional Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
13.9 Control Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
13.10 Applications of DC-DC Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
14 Inverters Jose´ R. Espinoza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
14.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
14.2 Single-Phase Voltage Source Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
14.3 Three-Phase Voltage Source Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
14.4 Current Source Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
14.5 Closed-Loop Operation of Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
14.6 Regeneration in Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
14.7 Multistage Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
14.8 Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
15 Resonant and Soft-Switching Converters S. Y. (Ron) Hui and Henry S. H. Chung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
15.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
15.2 Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
15.3 Resonant Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
15.4 Quasi-Resonant Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
15.5 ZVS in High-Frequency Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
15.6 Multiresonant Converters (MRC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
15.7 Zero-Voltage-Transition (ZVT) Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
15.8 Nondissipative Active Clamp Network. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
15.9 Load Resonant Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
15.10 Control Circuits for Resonant Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
15.11 Extended-Period Quasi-Resonant (EP-QR) Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
15.12 Soft-Switching and EMI Suppression. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
15.13 Snubbers and Soft-Switching for High Power Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
Contents vii
15.14 Soft-Switching DC-AC Power Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
16 AC-AC Converters Ajit K. Chattopadhyay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
16.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
16.2 Single-Phase AC=AC Voltage Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
16.3 Three-Phase AC=AC Voltage Controllers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
16.4 Cycloconverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
16.5 Matrix Converter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
16.6 Applications of AC=AC Converters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
17 DC=DC Conversion Technique and Nine Series LUO-Converters Fang Lin Luo, Hong Ye,
and Muhammad H. Rashid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
17.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
17.2 Positive Ouput Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
17.3 Negative Ouput Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
17.4 Double Output Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
17.5 Multiple-Quadrant Operating Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372
17.6 Switched-Capacitor Multiquadrant Luo-Converters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
17.7 Switched-Inductor Multiquadrant Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
17.8 Multiquadrant ZCS Quasi-Resonant Luo-Converters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
17.9 Multiquadrant ZVS Quasi-Resonant Luo-Converters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
17.10 Synchronous Rectifier DC=DC Luo-Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
17.11 Gate Control, Luo-Resonator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401
17.12 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
18 Gate Drive Circuits M. Syed J. Asghar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
18.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
18.2 Thyristor Gate Requirements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
18.3 Trigger Circuits for Thyristors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
18.4 Simple Gate Trigger Circuits for Thyristors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
18.5 Drivers for Gate Commutation Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
18.6 Some Practical Driver Circuits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
19 Control Methods for Power Converters J. Fernando Silva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
19.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
19.2 Power Converter Control using State-Space Averaged Models. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432
19.3 Sliding-Mode Control of Power Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450
19.4 Fuzzy Logic Control of Power Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
19.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484
20 Power Supplies Y. M. Lai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
20.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
20.2 Linear Series Voltage Regulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
20.3 Linear Shunt Voltage Regulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491
20.4 Integrated Circuit Voltage Regulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492
20.5 Switching Regulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494
21 Electronic Ballasts J. Marcos Alonso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507
21.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507
21.2 High-Frequency Supply of Discharge Lamps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513
21.3 Discharge Lamp Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516
21.4 Resonant Inverters for Electronic Ballasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519
21.5 High-Power-Factor Electronic Ballasts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
21.6 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
22 Power Electronics in Capacitor Charging Applications R. Mark Nelms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
22.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
22.2 High-Voltage dc Power Supply with Charging Resistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
viii Contents
22.3 Resonance Charging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534
22.4 Switching Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
23 Power Electronics for Renewable Energy Sources C. V. Nayar, S. M. Islam, and Hari Sharma . . . . . . . . . . . 539
23.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539
23.2 Power Electronics for Photovoltaic Power Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540
23.3 Power Electronics for Wind Power Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562
24 HVDC Transmission Vijay K. Sood. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
24.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
24.2 Main Components of HVDC Converter Station . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 580
24.3 Analysis of Converter Bridges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583
24.4 Controls and Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583
24.5 MTDC Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589
24.6 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591
24.7 Modern Trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592
24.8 DC System Simulation Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595
24.9 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596
25 Multilevel Converters and VAR Compensation Azeddine Draou, Mustapha Benghanem, and Ali Tahri . . . . . . 599
25.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
25.2 Reactive Power Phenomena and Their Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 600
25.3 Modeling and Analysis of an Advanced Static VAR Compensator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603
25.4 Static VAR Compensator for the Improvement of Stability of a Turbo Alternator . . . . . . . . . . . . . . . . . 612
25.5 Multilevel Inverters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615
25.6 The Harmonics Elimination Method for a Three-Level Inverter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619
25.7 Three-Level ASVC Structure Connected to the Network. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622
26 Drive Types and Specifications Yahya Shakweh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 629
26.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 629
26.2 Drive Requirements and Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633
26.3 Drive Classifications and Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 636
26.4 Load Profiles and Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641
26.5 Variable-Speed Drive Topologies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644
26.6 PWM VSI Drive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 650
26.7 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 657
26.8 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 660
27 Motor Drives M. F. Rahman, D. Patterson, A. Cheok, and R. Betts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663
27.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664
27.2 DC Motor Drives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 665
27.3 Induction Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 670
27.4 Synchronous Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 681
27.5 Permanent Magnet ac Synchronous Motor Drives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 689
27.6 Permanent-Magnet Brushless dc (BLDC) Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 694
27.7 Servo Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 704
27.8 Stepper Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 710
27.9 Switched-Reluctance Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 717
27.10 Synchronous Reluctance Motor Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 727
28 Sensorless Vector and Direct-Torque-Controlled Drives Peter Vas and Pekka Tiitinen . . . . . . . . . . . . . . . . .
28.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 735
28.2 Basic Types of Torque-Controlled Drive Schemes: Vector Drives, Direct-Torque-Controlled Drives . . . . . . 736
28.3 Motion Control DSPS by Texas Instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 766
29 Artificial-Intelligence-Based Drives Peter Vas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 769
29.1 General Aspects of the Application of AI-Based Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 769
29.2 AI-Based Techniques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 770
Contents ix
29.3 AI Applications in Electrical Machines and Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 773
29.4 Industrial Applications of AI in Drives by Hitachi, Yaskawa, Texas Instruments and SGS Thomson . . . . . . 774
29.5 Application of Neural-Network-Based Speed Estimators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 774
30 Fuzzy Logic in Electric Drives Ahmed Rubaai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 779
30.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 779
30.2 The Fuzzy Logic Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 779
30.3 Applications of Fuzzy Logic to Electric Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 784
30.4 Hardware System Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 788
30.5 Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 789
31 Automotive Applications of Power Electronics David J. Perreault, Khurram K. Afridi, and Iftikhar A. Khan . . . 791
31.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 791
31.2 The Present Automotive Electrical Power System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 792
31.3 System Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 792
31.4 Functions Enabled by Power Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 797
31.5 Multiplexed Load Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 801
31.6 Electromechanical Power Conversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 803
31.7 Dual=High-Voltage Automotive Electrical System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 808
31.8 Electric and Hybrid Electric Vehicles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 812
31.9 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 813
32 Power Quality S. Mark Halpin and Angela Card. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 817
32.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 817
32.2 Power Quality. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 818
32.3 Reactive Power and Harmonic Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 823
32.4 IEEE Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 827
32.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 828
33 Active Filters Luis Mora´n and Juan Dixon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 829
33.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 829
33.2 Types of Active Power Filters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 829
33.3 Shunt Active Power Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 830
33.4 Series Active Power Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 841
34 Computer Simulation of Power Electronics and Motor Drives Michael Giesselmann . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853
34.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853
34.2 Use of Simulation Tools for Design and Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853
34.3 Simulation of Power Electronics Circuits with PSpice1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 854
34.4 Simulations of Power Electronic Circuits and Electric Machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 857
34.5 Simulations of ac Induction Machines using Field Oriented (Vector) Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 860
34.6 Simulation of Sensorless Vector Control Using PSpice1 Release 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863
34.7 Simulations Using Simplorer1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 868
34.8 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 870
35 Packaging and Smart Power Systems Douglas C. Hopkins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 871
35.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 871
35.2 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 871
35.3 Functional Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 872
35.4 Assessing Partitioning Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 874
35.5 Full-Cost Model [5]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 877
35.6 Partitioning Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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ix1982 · 发表于 2008-7-20 01:14:26

7. Observers in Control Systems A Practical Guide
George Ellis
Danaher Corporation
page:264 文字版

Content
Observers in Control Systems.......................................... ?
Acknowledgments.............................................................. xi
Safety .................................................................................. xiii
1 Control Systems and the Role of Observers ................ 1
1.1 Overview................................................................................... 1
1.2 Preview of Observers ............................................................... 2
1.3 Summary of the Book ............................................................... 4
2 Control-System Background.......................................... 5
2.1 Control-System Structures ....................................................... 5
2.2 Goals of Control Systems......................................................... 13
2.3 Visual ModelQ Simulation Environment ................................... 17
2.4 Software Experiments: Introduction to Visual ModelQ ............. 18
2.5 Exercises .................................................................................. 39
3 Review of the Frequency Domain.................................. 41
3.1 Overview of the s-Domain ........................................................ 41
3.2 Overview of the z-Domain ........................................................ 54
3.3 The Open-Loop Method ........................................................... 59
3.4 A Zone-Based Tuning Procedure ............................................. 62
3.5 Exercises .................................................................................. 66
4 The Luenberger Observer: Correcting Sensor
Problems ............................................................................. 67
4.1 What Is a Luenberger Observer? ............................................. 67
4.2 Experiments 4A-4C: Enhancing Stability with an Observer...... 72
4.3 Predictor-Corrector Form of the Luenberger Observer ............ 77
4.4 Filter Form of the Luenberger Observer ................................... 78
4.5 Designing a Luenberger Observer ........................................... 82
4.6 Introduction to Tuning an Observer Compensator ................... 90
4.7 Exercises .................................................................................. 95
5 The Luenberger Observer and Model Inaccuracy........ 97
5.1 Model Inaccuracy ..................................................................... 97
5.2 Effects of Model Inaccuracy ..................................................... 100
5.3 Experimental Evaluation ........................................................... 102
5.4 Exercises .................................................................................. 114
6 The Luenberger Observer and Disturbances ............... 115
6.1 Disturbances............................................................................. 115
6.2 Disturbance Response ............................................................. 123
6.3 Disturbance Decoupling ........................................................... 129
6.4 Exercises .................................................................................. 138
7 Noise in the Luenberger Observer ................................ 141
7.1 Noise in Control Systems ......................................................... 141
7.2 Sensor Noise and the Luenberger Observer............................ 145
7.3 Noise Sensitivity when Using Disturbance Decoupling ............ 156
7.4 Reducing Noise Susceptibility in Observer-Based Systems .... 161
7.5 Exercises .................................................................................. 170
8 Using the Luenberger Observer in Motion Control...... 173
8.1 The Luenberger Observers in Motion Systems ........................ 173
8.2 Observing Velocity to Reduce Phase Lag ................................ 185
8.3 Using Observers to Improve Disturbance Response ............... 202
8.4 Exercises .................................................................................. 212
References.......................................................................... 213
A Observer-Based Resolver Conversion in Industrial
Servo Systems1 ................................................................. 217
B Cures for Mechanical Resonance in Industrial
Servo Systems1 ................................................................. 227
Introduction..................................................................................... 227
Two-Part Transfer Function............................................................ 228
Low-Frequency Resonance............................................................ 229
Velocity Control Law ....................................................................... 230
Methods of Correction Applied to Low-Frequency Resonance ...... 231
Conclusion ...................................................................................... 235
Acknowledgments .......................................................................... 235
References ..................................................................................... 235
C European Symbols for Block Diagrams ....................... 237
Part I: Linear Functions .................................................................. 237
Part II: Nonlinear Functions ............................................................ 238
D Development of the Bilinear Transformation............... 241
Bilinear Transformation .................................................................. 241
Prewarping ..................................................................................... 242
Factoring Polynomials .................................................................... 243
Phase Advancing............................................................................ 243
Solutions to Exercises....................................................... 245
Chapter 2........................................................................................ 245
Chapter 3........................................................................................ 245
Chapter 4........................................................................................ 246
Chapter 5........................................................................................ 246
Chapter 6........................................................................................ 247
Chapter 7........................................................................................ 248
Chapter 8........................................................................................ 249
Index .................................................................................... 251

persuadeking · 发表于 2008-7-20 01:31:59

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