Thesis (Ph. D.)--School of Chemical Engineering, Georgia Institute of Technology, 2004. Directed by Sue Ann Bidstrup. / Includes bibliographical references (leaves 165-168).

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Thesis (Ph.D.)--University of Western Australia, 2004.

Thesis (Ph. D.)--Oregon Health & Science University, Department of Science & Engineering, December 2008. / Includes bibliographical references (leaves 130 - 136).

The power electronics market is valued at $23.25 billion in 2019 and is projected to reach $ 36.64 billion by 2027. Power electronic systems (PES) have been extensively used in a wide range of critical applications, including automotive, renewable energy, industrial variable-frequency drive, etc. Thus, the PESs' reliability and robustness are immensely important for the smooth operation of mission-critical applications. Power semiconductor switches are one of the most vulnerable components in the PES. The vulnerability of these switches impacts the reliability and robustness of the PES. Thus, switch-health monitoring and prognosis are critical for avoiding unexpected shutdowns and preventing catastrophic failures. The importance of the prognosis study increases dramatically with the growing popularity of the next-generation power semiconductor switches, wide bandgap switches. These switches show immense promise in the high-power high-frequency operations due to their higher breakdown voltage and lower switch loss. But their wide adaptation is limited by the inadequate reliability study. A thorough prognosis study comprising switch degradation modeling, remaining useful life (RUL) estimation, and degradation-aware controller development, is important to enhance the PESs' robustness, especially with wide bandgap switches. In this dissertation, three studies are conducted to achieve these objectives- 1) Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) degradation modeling and RUL estimation, 2) cascode Gallium Nitride (GaN) Field-Effect Transistor (FET) degradation modeling and RUL estimation, and 3) Degradation-aware controller design for a PES, solid-state transformer (SST). The first two studies have addressed the significant variation in RUL estimation and proposed degradation identification methods for IGBT and cascode GaN FET. In the third study, a system-level integration of the switch degradation model is implemented in the SST. The insight into the switch's degradation pattern from the first two studies is integrated into developing a degradation-aware controller for the SST. State-of-the-art controllers do not consider the switch degradation that results in premature system failure. The proposed low-complexity degradation-aware and adaptive SST controller ensures optimal degradation-aware power transfer and robust operation over the lifetime.

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Orientador: Aparecido Augusto de Carvalho / Banca: Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira / Banca: Erica Regina Marani Daruichi Machado / Banca: Antonio Augusto Fasolo Quevedo / Banca: Ruberlei Gaino / Resumo: Foi implementado um sistema eletrônico de eletroestimulação funcional para geração e avaliação de movimentos nos membros inferiores de pessoas paraplégicas e hígidas. O sistema eletrônico é constituído por um estimulador elétrico neuromuscular, por uma plataforma de testes e por algoritmos de controle. O estimulador é de oito canais, independentes, controlado, com forma de onda de corrente de estimulação bifásica, retangular, com carga balanceada e capacidade de fornecer até 140 mA. O sistema pode operar com modulação por largura ou amplitude ou de pulso. Os parâmetros de estimulação podem ajustados e alterados com facilidade e agilidade por meio tela de do computador em um programa desenvolvido em LabVIEW. Foi necessária a implementação de uma plataforma de testes que contém os dispositivos necessários para gerar e aferir algumas grandezas, como estímulos elétricos controlados, deslocamento, velocidade e aceleração angular. A plataforma é composta por sensores, circuitos de condicionamento de sinais, software para o ajuste e controle dos parâmetros de eletroestimulação e também uma cadeira onde foi instalada toda a instrumentação. Utilizou-se DSP (Processador Digital de Sinais) e LabVIEW, juntamente com o eletroestimulador e sensores, para a implementação de controladores em malha fechada, PID (Proporcional Integral e Derivativo) e também Fuzzy Takagi-Sugeno, para estabelecer a posição da perna do na posição desejada, no movimento de extensão do joelho, de pessoas hígidas e paraplégicas. Foram realizados testes em malha aberta e malha fechada, com voluntários hígidos e paraplégicos. Modelos Fuzzy Takagi-Sugeno (TS) foram utilizados na modelagem e controle discreto do modelo matemático proposto por Ferrarin e Pedotti (2000). Foi proposta uma metodologia inédita para a... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: We have implemented an electronic system for functional electrical stimulation for generation and evaluation of movements in the lower limbs of paraplegic and healthy people. The electronic system comprises a neuromuscular electrical stimulator, a test platform and control algorithms. The eight-channel stimulator is independent, controlled, waveform for stimulating current biphasic, rectangular, and load-balanced ability to deliver up to 140 mA. The system can operate with width or amplitude modulation or pulse. The stimulation parameters can be easily and agility adjusted and changed through the computer screen in a program developed in LabVIEW. It was necessary to implement a test platform that contains the necessary devices to generate and measure some quantities such as controlled electrical stimulation, displacement, velocity and angular acceleration. The platform consists of sensors, signal conditioning circuits, software for adjustment of parameters and control of electrostimulation and also a chair where it was settled the instrumentation. We used DSP (Digital Signal Processor) and LabVIEW, together with the electrostimulator and sensors to implement a closed loop controllers, PID (Proportional Integral Derivative) and Fuzzy Takagi-Sugeno, to establish the position of the leg in a desired position, in the movement of knee extension in people. Tests were conducted in open and closed loop with healthy and paraplegic volunteers. Takagi-Sugeno (TS) fuzzy models were used for modeling and discrete control of the mathematical model leg proposed by Ferrarin e Pedotti (2000). We proposed a new methodology for the construction of local models considering the position, velocity and angular acceleration. The... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

O objetivo deste estudo é desenvolver um método para avaliar a confiabilidade de sistemas eletrônicos complexos. A análise proposta baseia-se na aplicação de ensaios de confiabilidade e de normas técnicas, bem como modelos matemáticos para estimação da vida operacional. Os ensaios de confiabilidade executados nesse estudo simulam condições operacionais mais severas que as usualmente enfrentadas pelo sistema, a fim de reduzir o tempo de execução dos ensaios. Ao longo destes, foram coletados os tempos até a falha de diversas amostras do sistema, os quais são submetidas a diferentes condições de operação. O planejamento das variáveis que aceleram os principais modos de falha de componentes eletrônicos e os perfis de solicitação empregados também são discutidos, sendo consideradas as mais importantes a temperatura e a umidade. Através da aplicação de modelos matemáticos para predição da vida nas condições normais de operação, dadas as ocorrências de falhas nas condições aceleradas, a confiabilidade e o tempo médio até a falha são determinados para a central telefônica estudada, tomada como exemplo na aplicação do método. Adicionalmente aos ensaios são desenvolvidas estimativas da confiabilidade da central telefônica através da norma militar US MIL-HDBK-217 F (1991). Os resultados destas estimativas são utilizados para comparação e confirmação dos resultados obtidos através dos ensaios. Destaca-se que os métodos descritos neste texto não são restritos a aplicação em centrais telefônicas analógicas, mas podem ser empregados a uma grande família de equipamentos eletrônicos de complexidade tecnológica semelhante. / This research aims to develop a method to evaluate the reliability of complex electronic systems. The analysis proposed is based on application of reliability laboratory tests, technical standards and mathematical models to estimate the system operational life. Reliability tests proposed simulate harder operational conditions than those usually faced by the system, aiming to reduce the time of execution. During the tests, time to failure of several samples are collected. Those samples are submitted to different environmental conditions. Selection of variables that accelerate the main failure modes of electronic components and the load profiles used are also analyzed, considering humidity and temperature the most important variables for failure acceleration. The proposed model is used to estimate the reliability and the mean time to failure of an analog PABX, those values being generated by the application of mathematical models for life prediction in the usage operation condition, given the accelerated reliability estimate. Additionally to the tests, a reliability estimation of the PABX central is done using US MIL-HDBK-217 F (1991). Results are used to compare and to validate the reliability value evaluated through the accelerated tests. It is important to emphasize that the application of the methods described in this present text is not restricted to analog PABX systems, being applied to a wide range of electronic equipments with similar technological complexity.

Thesis (M.S.E.C.E.)--University of Delaware, 2009. / Principal faculty advisor: Javier Garcia-Frias, Dept. of Electrical & Computer Engineering. Includes bibliographical references.