拓撲結構
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拓撲結構范文第1篇
中圖分類號：TP393
1 網絡拓撲概述
網絡拓撲是網絡的形狀，或者它在物理上的連通性，網絡拓撲所關心的是網絡的連接關系以及其圖形表示，并不在意其所連接的節點的各種細節，計算機網絡拓撲結構有節點和鏈路組成，本文所研究的網絡拓撲結構包括總線型、環形、星形、樹形、胖樹形、網格、分布式、full-mesh網絡拓撲結構。
2 網絡拓撲結構的評價指標
本文所研究的網絡拓撲結構都是靜態的網絡，網絡結構一般不會發生改變。其評價指標主要有：（1）節點的度：與節點相連接的邊的數目，模塊化設計要求節點的度保持恒定。（2）距離：兩個節點之間相連的最少邊數。（3）網絡直徑：網絡中任意兩個節點之間距離的的最大值。（4）對稱性：從任何節點看，拓撲結構都一樣，這樣的網絡模擬編程比較容易。
3 各種不同的網絡拓撲結構及其分析
3.1 總線型網絡拓撲結構
總線型拓撲結構是采用單根傳輸線作為總線，將網絡中所有的站點通過相應的接口和電纜直接連接到這根共享的總線上，這些站點共享一條數據通道。任何一個節點信息都可以沿著總線向兩個方向傳播擴散，并且能被總線中任何一個節點所接收。在總線型結構中，設節點數為N，則鏈路數為N+1；每個節點的度為1，對于結構的模塊化比較方便；網絡直徑定義為2，信息傳送相對比較快速；網絡拓撲結構不對稱。總線型拓撲結構的優點：易于分布，擴充方便；其主鏈路為雙向通道，便于信息進行網播式傳播；分布式控制；結構可靠性較高；系統的可擴充性較高。
總線型拓撲結構的缺點：故障診斷困難；故障隔離困難；對節點要求較高，每個節點都要有介質訪問控制功能；所有的工作站通信均通過一條共用的總線，實時性很差。
3.2 環型拓撲結構
環型拓撲結構中各節點通過環路接口連在一條首尾相連的閉合環型通信線路中，環路中各節點地位相同，環路上任何節點均可請求發送信息，請求一旦被批準，便可以向環路發送信息。這種結構使公共傳輸電纜組成環形連接，數據在環路中只能單向傳輸。對于有N個節點的環形拓撲結構，鏈路數為N；直徑為N-1，不同的節點之間網絡時間差距比較大；節點的度為2，對于模塊化也比較方便，網絡結構對稱。環型拓撲結構的優點：兩個節點間僅有唯一的通路，簡化了路徑選擇的控制；某個節點發生故障時，可以自動旁路，可靠性較高；所需電纜長度比星型拓撲要短得多。環型拓撲結構的缺點：要擴充網絡中環的配置或關閉一些已連入環的站點，都會影響網絡的正常運行；當節點過多時，影響傳輸效率，但當網絡確定時，其延時固定，實時性強。
3.3 星型拓撲結構
星型拓撲結構是一種以中央節點為中心，把若干節點連接起來的輻射式互聯結構。網絡中的各節點通過點到點的方式連接到一個中央節點上，由該中央節點向目的節點傳送信息。中央節點執行集中式通信控制策略，因此中央節點相當復雜，負擔比各節點重得多。對于有N個節點的星型網絡，鏈路數為N-1，網絡直徑為2，不同節點之間消息傳送時延恒定；最大節點度為N-1；網絡結構對稱。星型結構的優點：網絡結構簡單，便于大型網絡的維護和調試；控制簡單；網絡延遲時間較短，誤碼率較低；每個連接只接一個設備，單個連接的故障只影響一個設備，不會影響全網。星型結構的缺點：一條通信線路只被該線路上的中央節點和一個站點使用，因此線路利用率不高；對中央節點的依賴性較強，所以對中央節點的可靠性和冗余度要求較高。
3.4 樹型網絡結構
樹型網絡結構實際上是星型拓撲結構的擴展。在樹型網絡結構中，網絡節點是分層進行連接，越是靠近根節點，節點位置越靠近主干，節點的穩定性越重要；越是靠近葉子節點，節點的重要性相對也降低，節點的功能喪失對整個系統的影響相對減小。任何一個節點送出的信息都由根接收后重新發送到所有的節點，可以傳遍整個傳輸介質，也是廣播式網。對于特殊的樹形結構完全二叉樹，N=2^k-1個節點，大多數節點的度為3，對于結構的模塊化很方便，直徑為2（k-1）反映了樹形結構兩個節點之間傳輸信息的最大代價，另外樹型網絡拓撲結構不對稱。樹形結構的優點：易于擴展，有較強的可折疊性，故障隔離容易，樹形結構可以減少布線投資。樹形結構的缺點：一旦靠近根節點的系統出現故障，整個系統都將癱瘓，對靠近根節點的安全性，穩定性要求很高
3.5 胖樹網絡結構
胖樹是樹型拓撲結構的擴展。它具有樹型拓撲結構的層次特性，可以向下擴展，但是和樹型不同的是在層次之間，層次之間采用了一種類似全連接的方式來建立拓撲，例如第二層的任一節點跟第三層及第一層的所有節點之間都有連接。網絡結構中信息的交換主要也是發生在層次之間，同層的節點信息沒有交換。設胖數的層數為n，每層的節點數分別為x1，x2，…xn，則胖數中總的節點數為s=x1+x2+…xn，第i層節點的度=第i-1層的度+第i+1層的度，每一次節點的度都是一樣的，對于模塊化也是比較方便的。網絡的直徑為n-1，網絡的通信速度會更加的快。不對稱。胖樹拓撲的優點：相比樹型拓撲，網絡的健壯性受根節點附近節點影響明顯減弱，某一個中央處理設備癱瘓后，底層節點還可以通過其他的路徑來傳送信息，拓撲結構更加的安全穩定；易于擴展；網絡中信息交換的速度與樹形結構相比也有明顯的加快。胖樹拓撲的缺點：網絡結構比較復雜，當節點很多的時候，建立拓撲速度會比較慢；網絡中的鏈路數明顯增多，網絡結構建模的造價相對比較高。
3.6 網格拓撲結構
網格結構是一種比較比較規律的結構，就像我們畫出的表格一樣，每個網絡節點占據表格的一個節點，網格拓撲的大小取決于網格的行數和列數，除了邊界和頂點節點網格中的每一個節點的鄰居為4，其可靠性和穩定性都比較好，不會因為某一個節點的功能喪失而影響整個網絡。對于有N個節點的r*r的網格結構，有2N-2r條鏈路，直徑為2（r-1），網絡通信開銷相對比較大，節點的度為4，對于拓撲模型的模塊化比較有利。網格拓撲的優點：結構比較的清晰，規律，模型構建容易；網格拓撲的缺點：網絡連接復雜，構建網絡的成本也比較的大
3.7 分布式拓撲結構
分布式結構的網絡是將分布在不同地點的網絡節點通過線路互連起來的一種網絡形式，網中任一點均至少與兩條線路相連，當任意一條線路發生故障時，通信可轉經其他鏈路完成，具有較高的可靠性。同時，網絡易于擴充。分布式拓撲結構優點：采用分散控制，即使整個網絡中的某個局部出現故障，也不會影響全網的操作，可靠性好；各個節點間均可以直接建立數據鏈路，信息流程最短；便于全網范圍內的資源共享。分布式拓撲結構缺點：連接線路用電纜長，造價高；網絡管理軟件復雜；報文分組交換、路徑選擇、流向控制復雜；在一般局域網中不采用這種結構。
3.8 全鏈接（Full-mesh）網絡拓撲結構
Full-mesh是分布式結構的一殊情況，Full-mesh是所有的節點之間都有直接連接的方式，是帶弦環的一種特殊情形在full-mesh網絡結構中，每個網絡節點都要么有一條物理電路要么有一條虛擬電路與所有其他網絡節點相連。Full-mesh提供了大量的冗余，從而可以保證網絡通道的安全性和穩定性。對與有N個節點的full-mesh網絡，網絡中的鏈路數為n（n-1）/2，和相同節點的其他網絡相比，full-mesh的通信鏈路最多。網絡直徑為1，這也說明了上邊的分析，網絡通信非常的方便，這方面性能比其他的網絡有更大的優勢，網絡的度為N-1，節點的度恒定，這種網絡對于模塊化也是最好的。Full-mesh網絡拓撲的優點：在該網絡中所有的節點之間可以通過虛擬通道或者物理通道直接交換信息，當兩個節點之間的之間鏈路無法進行通信的時候，可以通過其他的線路通信，網絡通信的延遲以及信息的丟失率會非常的低。Full-mesh網絡拓撲的缺點：兩個節點之間直接連接來進行通信，最大的缺點就是當節點數量巨大的時候，網絡鏈路將會爆炸性的增長，造成嚴重的資源浪費和管理上的困難。
4 總結
網絡拓撲結構是網絡中的設備實現網絡互連所呈現出的物理布局，它能反映出網絡中各實體間的結構關系。總線型拓撲結構主要用于計算機數目相對較少的局域網中，以太網是典型的總線型局域網；環型拓撲結構在局域網中使用較多，尤其是實時性要求較高的環境中；星型拓撲結構廣泛應用于網絡中智能集中于中央節點的場合；樹型拓撲結構是一種廣播式網絡結構；胖樹型拓撲結構的性能要比樹型結構優越，信息交換速度更快；網格型拓撲結構具有較好的可靠性和穩定性；分布式拓撲結構的路徑選擇、流向控制比較復雜，在一般局域網中不采用這種結構；Full-mesh網絡拓撲結構是一種特殊的分布式結構，網絡通道的安全性和穩定性較高。
網絡拓撲結構是計算機網絡的重要基礎信息，它是網絡管理、數據模擬和信息收集的基礎，同時也是網絡安全評估和實施網絡攻擊的前提。因此對網絡拓撲結構的研究具有十分重要的意義。
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拓撲結構范文第2篇
關鍵詞：高壓變頻器； 拓撲結構； 混合級聯型； 模塊化； 多電平變換電路
中圖分類號：TN323 文獻標識碼：A
文章編號：2095-1302(2011)10-0062-05
Topological Structure of Converters with High-pressure and High-power
QIU Feng1, FENG Jiang-hua2, HU Jia-xi2
(1.School of Electrical and Information, Hunan University of Technology, Zhuzhou 412001, China;
2. CSR Zhuzhou Electric Locomotive Research Institute Co. Ltd., Zhuzhou 412001, China)
Abstract： The topological structure of several commonly used converters with high-pressure and high-power are compared. The latest research results about topological structure of converters with high-pressure and high-power at home and abroad in recent years are introduced. The development trends of high-pressure high-power inverter technology and multi-level circuit topology structure are proposed.
Keywords： high-voltage converter; topology; hybrid cascade-type; modular; multi-level conversion circuit
0 引 言
高壓變頻器通常指供電電壓在3 kV的大功率變頻器，目前實際應用的主要電壓等級有3 kV(3.3 kV)、6 kV(6.6 kV、6.9 kV)和10 kV 。在能源危機和環境污染日益嚴重的社會發展中，各國政府都開始增強節能減排的意識，重視節能應用，我國“十一五”與“十二五”規劃均提出節約能源的重要性；同時能源價格的日益增長，讓許多重工業領域企業更加重視高壓電氣裝備的長遠投資。理論分析結果以及實際應用的狀況，均表明高壓變頻器在節能改造方面具有巨大的潛力，有著廣闊的發展前景。
到目前為止，高壓變頻器還沒有像低壓變頻器那樣有近乎統一的拓撲結構。起初，高壓變頻調速采用高-低-高的方式，即經過升降壓變壓器，實質上依然是低壓變頻器。然后出現了高-高直接式中壓變頻器。根據有無中間直流環節，可以分為交-交變頻器和交-直-交變頻器。由于交-交變頻器調速范圍窄，需要無功補償和濾波裝置，造價成本很高且占地面積大，所以逐漸被交-直-交中壓變頻器所代替。對于交-直-交變頻器，根據直流環節結構的不同，可以劃分為電流源型變頻器和電壓源型變頻器，電流源型中壓變頻器的中間濾波環節采用的是大容量電感，而電壓源型中壓變頻器中間濾波器采用的是大容量電容。由于電流源型中壓變頻器對電網電壓波動和負載特性非常敏感，現場調試非常麻煩，因而使其無法像電壓源型變頻器一樣普及應用。
本文所研究的高壓變頻器屬于交-直-交電壓型多電平變頻器。本文將對國內外幾種主要的高壓大功率變頻器主電路拓撲結構進行綜述和研究，并在此基礎上，從進一步提高系統效率的角度出發，對高壓變頻器技術的發展方向加以探討。
1 二極管箝位型變換電路
日本學者A.Nabae于80年代初提出了中點箝位型PWM逆變電路結構，該電路又稱二極管箝位多電平變換電路。圖1是二極管箝位型五電平變換器的單相電路，該電路的每相橋臂有8個開關器件S1～S8串聯，每4個開關器件同時處于導通或關斷狀態，其中(S1，S5)、(S2，S6)、(S3，S7)、(S4，S8)為互補工作的開關對，也即當其中的一個開關導通時，另一個關斷。對于n電平的二極管箝位型變換拓撲，每個橋臂需要(n-1)個直流分壓電容，2(n-1)個主開關器件，(n-1)(n-2)個箝位二極管。通過組合3個相同的單臂電路，并利用相同的分壓電容，就可以很容易地得到三相電路。
在普通二極管箝位型多電平變換電路中，箝位二極管的阻斷電壓與開關器件的承受電壓相同，變頻器電平數越多，串聯的箝位二極管器件就越多。例如在圖1(a)中， VDc2 、VDc5由3個相同的二極管串聯；VDc3和VDc4由兩個相同的二極管串聯。由于二極管特性參數不一致會導致所串聯的二級管電壓存在偏差，而偏差太大會造成二極管器件損壞，因而需要均壓措施和RC吸收電路，但這又導致系統體積龐大，成本增加。為了解決這一問題，本文提出了一種改進型拓撲結構［1］，如圖1(b)所示。這種拓撲所用的功率器件數量和傳統拓撲一樣，通過改變箝位二極管直接的連接關系，直接和間接地將二極管的電壓箝在單電平電壓之內，從而使得阻斷電壓為每個電容上的電壓，在電平數較多的情況下，該電路比普通二極管箝位電路具有較大的優越性。
隨電平數的增加，箝位二極管的數量以電平數二次方的規律遞增，所以當電平數較高時，就會需要大量的箝位二極管，從而使系統在布局上難以實現。目前，應用于大容量的實用化拓撲，基本上都是二極管箝位型三電平逆變器，因為該逆變器只有兩個直流分壓電容，它的中點電位控制相對簡單。該類結構若要進一步發展，其研究的重點將是如何通過軟硬件結合的方式控制中點電容電壓平衡，從而實現更高電壓等級的應用。目前，此類結構最有可能得到實際應用的是“背靠背”式多電平結構，該結構不僅可以控制電容中點電壓平衡，提高電壓等級，而且還可以實現電機的四象限運行。
2 飛跨電容箝位型變換電路
飛跨電容箝位型拓撲結構最早是由T.A.Meynard和H.Foch在1992年的PESC會議上提出的。圖2所示是一個飛跨電容箝位型五電平逆變器的單相電路。由圖2可見，飛跨電容箝位型五電平主電路只是用飛跨電容取代箝位二極管，其工作原理與二極管箝位電路相似。這種拓撲結構雖然省去了大量的二極管，但又引入了不少電容。不過，由于電容的引進，電壓合成的選擇增多，開關狀態的選擇更加靈活，通過在同一電平上不同開關狀態的組合，可使電容電壓保持均衡。對于一個n電平的飛跨電容型電路，每個橋臂需要2(n-1)個開關器件，(n-1)個直流分壓電容以及(n-1)(n-2)/2個箝位電容。
這種變換電路的優點是開關方式靈活、對功率器件保護能力較強，它既能控制有功功率，又能控制無功功率，適合高壓直流輸電系統等，但控制方法非常復雜，而且開關頻率增高，開關損耗增大，效率隨之降低，對高壓系統而言，電容體積大、成本高、封裝難，通常生產應用一般不采用該電路結構。為了用較少的飛跨電容實現較多的電平輸出，文獻［2］提出了一種全二進制組合的浮動電壓源逆變器拓撲。在該拓撲中，通過改變飛跨電容的電壓比，可使每個開關狀態對應一個輸出電平。
3 H橋式級聯型變換電路
在獨立直流電源的級聯型變換電路中，最基本的是H橋串聯結構，圖3所示是一種H橋式級聯型五電平逆變器三相電路。這種電路不需要大量箝位二極管和飛跨電容，但每個基本單元都需要用一個獨立的直流電源來實現箝位功能，一般可通過多輸出繞組變壓器經整流后實現。
通過單相電壓的計算可知，當其電路接成三相時，可以達到10 kV以上的輸出，輸出的電壓波形更接近正弦，可不用輸出濾波器，同時網側電流諧波較小。在控制方面不存在電容電壓動態控制問題，在實現上相對比較容易。
雖然使用單獨的直流電源可使電路的各單元彼此隔離，解決單元級聯時的動態均壓和電壓箱位問題，但是輸出電壓等級越高，串聯功率單元數也越多，這樣，所需的移相隔離變壓器的副邊繞組也很多，而移相隔離變壓器體積大、接線復雜，這會使制造難度增加，成本也增加很多，系統結構將變得復雜。為此，越來越多的文獻都對H橋級聯型拓撲進行改進。
在1998年的IEEE APEC會議上，M.D.Manjrekar等人提出了混合七電平逆變器的拓撲結構。該結構對不同單元采用不同的直流電壓，可以用較少的級聯單元得到較多的輸出電平。圖4給出混合七電平級聯型逆變器的三相電路，電路中電壓高的H橋單元功率開關元件采用IGCT，電壓低的H橋單元則采用IGBT，從而形成不對稱級聯型多電平拓撲。而且耐壓值較高、開關頻率較低的IGCT功率單元采用切換頻率為輸出電壓的基波頻率；耐壓值較低、開關頻率較高的IGBT功率單元采用PWM調制，這樣既可滿足功率要求，又可減小諧波。這種拓撲結構綜合利用了這兩種功率器件的高電壓阻斷能力和快速開關能力，同其他類型多電平逆變器相比，在輸出相同電平數的情況下，其需要的功率器件最少。
如果將圖4中具有公共端的三組H橋逆變電路用三電平NPC逆變器代替，則可構成圖5所示的多電平拓撲。在該拓撲中，一個三電平單相逆變橋與一個兩電平H橋逆變電路串聯組成一相，前者輸出為五電平，可提供主要的基波電壓和大部分輸出功率，稱為主逆變橋。后者輸出為三電平，可提供輔助的改善波形的電壓和小部分輸出功率，稱為輔助逆變電路。從逆變器的開關模式和輸出電壓效果來看，該拓撲結構與圖3所示的拓撲結構是等效的，因此，將該拓撲結構的逆變器稱為5/3主從式混合多電平逆變器［3］。分析表明，這種改進的H橋級聯多電平拓撲所使用的器件數量比其他類型多電平逆變器減少了1/3［4］。此外，H橋結構的進一步發展還可降低成本，提高效率(例如加入儲能單元等混合拓撲結構)。
4 直接串聯式變換電路
事實上，串并聯在一起的各個器件，可看作單個器件使用，其控制也是完全相同的。從圖6所示的直接串聯IGBT中壓變頻器主電路可以看出，電網電壓經過高壓二極管整流和電容濾波后，再經過逆變器進行逆變，然后通過適當的濾波器，就可簡單易行的實現高壓輸出。這種結構的優點是可利用較為成熟的低壓變頻器電路拓撲、控制策略和控制方法。但器件在串聯使用時，由于各器件的動態電阻和極間電容不同，故會存在靜態和動態均壓的問題。如果采用與器件并聯R和RC的均壓措施，也會使電路復雜且損耗增加；此外，器件的串聯對驅動電路的要求也會大大提高，故要盡量做到串聯器件同時導通和關斷，否則，由于各器件開斷時間不一致，承受電壓不均，可能會導致器件損壞甚至整個裝置崩潰。
5 模塊化多電平變換電路
隨著電平數的增多，箝位型拓撲結構所需的半導體器件的數量急劇增加，電容電壓不容易平衡，需采用復雜的電壓控制策略，但這會限制這類拓撲的應用領域和范圍。H橋型級聯多電平變頻器所需的半導體器件數量明顯少于中點箝位型拓撲結構，但應用在有功功率變換的場合時，需要多個獨立直流電源，這又限制了其在一些領域的應用。為了解決上述問題，本文提出了一種新的拓撲結構：模塊組合多電平變頻器(Modular Multilevel Converter:以下簡稱MMC)。
MMC按組成電路拓撲結構的不同可分為三種拓撲結構：第一種是星型模塊化多電平變頻器的拓撲，其結構如圖7(a)，實際上該電路就是H橋級聯型多電平變頻器；第二種是三角型模塊化多電平變頻器的拓撲，其結構如圖7(b)；第三種是模塊化多電平變頻器的拓撲，其電路結構如圖8所示，該結構［5］是SIEMENS公司提出的，其中，第一種和第二種結構都可以實現能量的變換，即將模塊直流側能量傳送給交流電網，但各個子模塊直流側需要獨立的直流電源，而這兩類拓撲結構均不存在公共的直流側，因而不適用于需要統一直流側的變頻器應用場合。
在圖8中，n+1電平模塊化變頻器每相由2n個子模塊SM(Sub-Modular)和2個電抗器組成，SM的結構可以是單相H橋結構或單相半H橋結構。一個子模塊共有3種開關狀態：第一種是2個IGBT(T1、T2)均關閉；第二種是T1導通，T2關閉，這時SM輸出電壓為電容電壓,稱為投入狀態；第三種是T1關閉，T2導通，這時SM輸出電壓為0，稱為切除狀態。
這樣，可以通過觸發來控制SM的輸出電壓。出于模塊化設計和制造的目的,各子模塊的額定值相同，輸入側與輸出側的6個橋臂電抗值也相等。MMC正常工作有2個條件：
直流電壓的維持，對圖8來說就是3個相單元中處于投入狀態的SM數都相等且不變，并使UA=UB=UC；
三相交流電壓的輸出調節，就是通過對3個相單元上、下橋臂中處于投入狀態的SM數進行分配而實現對變頻器輸出電壓的調節。
MMC可以實現整流和逆變狀態，并進行四象限運行，具有嚴格的模塊化結構和良好的控制特性，適用于高壓大功率領域。MMC在獲得多電平輸出的同時，還能有效降低開關器件的開關頻率，不僅減少了諧波和高頻干擾，同時也可降低開關損耗。其次，MMC允許使用標準化元件，可以在采用相同器件的前提下向不同的功率和電壓等級擴展，因而無需使用變壓器就可應用于高壓直流輸電、新能源并網、牽引供電等中高壓大功率的場合。最后，MMC易于模塊化組合，而且設計靈活，利于普及。
6 結 論
本文對目前幾種常見的高壓大功率變頻器的拓撲結構特點進行了分析。目前二極管箝位型逆變器的拓撲結構已經有了很成熟的應用，但是，由于其母線中點電容電壓難以控制平衡，因此，該結構僅可使用于7電平以下的電路。現在，高壓變頻器應用領域中廣泛采用H橋級聯結構，該結構容易實現高電壓，且在輸入側采用了特殊制造的移相變壓器，可以避免對電網的諧波污染。而與此同時，模塊化多電平變頻器的引入，也開闊了高壓變頻器的拓撲結構。從這些結構中可以看出各種多電平電路的拓撲結構都是向著高效率、高性能、高電壓、高可靠性、低成本等方向發展，主要目的是使高壓變頻器變得更加實用。
參 考 文 獻
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拓撲結構范文第3篇
關鍵詞：拓撲結構 蛋白質 表面吸附
0 引言
眾所周知，細胞對材料表面的響應，是通過附著在材料表面的蛋白的組成、構象和分布而實現的，所以細胞對納米拓撲結構的響應最終由表面吸附的蛋白層傳遞。當植入材料與生物體接觸時，蛋白質將自發地吸附到材料表面，形成蛋白質層，并受各種因素的影響，主要包括蛋白質自身的性質、材料表面性質以及所處的生物環境。在眾多的影響因素中，材料表面的拓撲結構是尤其重要的影響因素之一。盡管近年來二維拓撲結構對蛋白及細胞的影響有了廣泛的報道，但隱藏于現象背后的機理，細胞的感知，細胞間信號傳導以及對納米拓撲結構的長期反應仍鮮有報道并迫切需要得到解答。因此，探討蛋白質對材料表面納米拓撲結構的響應，將對我們理解生物分子、細胞、材料表面所構成的非常復雜的體系有極大的促進作用。
1 規則圖形
目前所見的規則圖形主要包括溝槽、金字塔、凹坑或凸起三類。目前對于這三類規則圖形的研究已經有了一定的成果。Calli等人通過局部陽極氧化法在硅和鈦表面制得了與蛋白質尺寸大小相似的納米凹槽結構，觀察結果表明，在硅表面，F-肌動蛋白在納米凹槽區域附近的吸附量比在平整區域要低很多，有沿著納米凹槽吸附的傾向，研究發現，納米金字塔拓撲結構對牛γ-球蛋白的吸附及其活性有明顯影響，其吸附量比在平整表面的吸附量顯著增加，而且其相對活性隨著表面納米金字塔堆積的密度增加而降低。對于凹坑/凸起結構對蛋白吸附的影響尚無定論，Sutherland等人在材料表面制得了直徑40nm、深度10nm的凹陷結構，并分別在納米凹陷結構和平整表面吸附纖維蛋白原。測試結果表明，蛋白質在這兩種表面上的吸附量相似。而通過血液檢測則發現在納米凹陷結構處血小板數量更多。推測這是由于表面的構象和取向更有利于纖維蛋白原與血小板膜上的受體結合，使得血小板的黏附增多。
2 球面
在納米蛋白藥物控制釋放體系中，藥物載體多為球形表面，這些彎曲表面的曲面曲率會對蛋白質等生物分子產生影響。Roach等人在15-165nm范圍內不同親疏水性Si微粒對蛋白變性與曲率的關系進行研究，提出了球狀蛋白和棒狀蛋白（纖維蛋白原）在不同曲率微粒上吸附的模型，認為球狀蛋白在大曲率球面上其構象傾向于保持原狀，而棒狀蛋白在大曲率球面上傾向于變形，包裹球面。
3 粗糙表面
Cai和Han等人的實驗結果表明，粗糙度與吸附量之間沒有線性關系，粗糙度對蛋白質的吸附量沒有顯著影響。而Rechendorff等的研究結果表明，增大表面粗糙度可提高蛋白質的吸附量。眾多結果表明，納米級的粗糙度會影響蛋白質的吸附行為，應該重視粗糙度這一因素對材料生物相容性的影響。
4 結束語
一般而言，納米尺度拓撲結構可有效影響蛋白粘附和細胞行為，這使得拓撲結構成為生物體系與人工材料界面間的關鍵影響因素。納米拓撲結構有望成為生物醫用材料調節細胞的方式。納米拓撲結構與生物蛋白吸附之間的研究正處于起步階段。而目前的研究表現出了納米結構影響蛋白吸附不僅取決于尺寸分布，其形態特征也有著顯著影響。另外，不同的納米結構對于不同的蛋白有著不同的影響。而在體內環境中，微結構將面對多種蛋白同時存在并隨時而變的復雜體系，研究這其中的相互關系將會是一個巨大的挑戰。
參考文獻：
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拓撲結構范文第4篇
1無線無線網拓撲結構
無線無線網絡拓撲結構由兩部分構成，分別是核心網系統架構和無線接入網系統架構。其中無線接入網系統架構中基站的主要功能是完成Uu口數據的對接以及RNC信息資源的管理，基站將Uu口數據映射至無線傳輸信道上，傳輸的數據信息經過時分復用和波分復用技術原理，具體如圖1所示，最終將傳輸的數據信息通過空中接口，還原至接收終端系統。然后基站會通過不同的時隙將數據信息發送至接收器，完成Uu口數據的對接。無線射頻天線在構架結構上采用雙向傳輸模式，射頻卡經過射頻信號的激發，將數字信號傳輸至交換設備，交換設備通過控制數字信號的編碼方式，然后將接收的數字信號傳輸至后臺終端系統，完成整個射頻天線數據業務的發送與接收。TD-LTE主要從核心層、業務層以及傳輸層進行了布點規劃，核心層提高了數據信息處理的速度，減少了基站與客戶端之間數據信息傳輸的時間，其次增加了設備的傳輸功率，對傳輸信道數據信號的多徑衰減以及收集具有一定的輔助作用。其次在業務層次結構完成數據的處理及交換，現代4G通信融合業務中，傳輸的數據信息量大，并且也提高了原有的傳輸速率，減少了客戶接收數據的延時性。
2網線網絡規劃問題
2.1導頻問題導頻問題的出現會使EC/IO數據值降低，還會使通信系統的容量降低，對于距離基站較遠的區域，無線系統無法接入，導致主導導頻功率的下降。在優化措施上要對導頻功率或者對天線方位進行調整，使其增大天線覆蓋范圍，保證基站發射的功率信號，使用戶都能夠在有限的距離范圍內接收到。若EC/IO的數據線出現斷續時，在解決方案上可將機械角度下調2°，使原有的2°角轉變為現有的4°角或者增大2db的發射功率，保證發射功率處于穩定階段。通過對等優化分析，使得路段EC/IO的參數值明顯提高。例如：若該區域用戶在導頻上不能將本機的頻率與基站的對應頻率進行匹配，通過將基站機械角度下調后，使得用戶本機的使用頻率在基站導頻頻率范圍內，增大了EC/IO的傳輸功率，使得用戶不會出現掉話的現象。
2.2切換問題切換問題便是用戶基站的選用，若一個用戶距離2個基站距離不同，所處基站的發射功率不同，則會選用的基站也會不同。若用戶到達另一個區域，選用的基站是另一區域的基站，則會出現基站切換問題，導致這種現象的原因之一是基站發射功率較弱，手機接收不到近端基站的發射功率，導致無法進行有效切換。在解決和優化措施上對路測采集的信息點數進行采集，然后在切換方式上采用軟切換，用戶手機在切換至另一個站點時，才會斷開與遠站點數據的連接，防止出現掉話的現象。在優化措施上便是調整基站發射功率，增大基站發射功率后，基站天線的覆蓋范圍增大，保證在有限區域內，用戶使用者接收到的信號都是來自較近的基站，避免出現一個終端系統同時接收2個不同的信號源，導致手機終端不能正常有效的切換。
2.3覆蓋問題無線無線網絡優化中EC/IO和RSCP兩個參數指標都比較低，此時RSCP的參照系數低于-90dBm。在分析過程中首先考慮地形因素，查看該區域是否在地鐵、峽谷或者盆地內，這些區域基站射頻信號不易進入，才會導致RSCP參數值偏低；其次還要考慮此區域網絡規劃的合理性以及設備參數的調整度，假設該區域沒有在基站天線覆蓋區域內，應調整天線的俯仰角度，使該區域包含在覆蓋范圍內；而后查看設備功率參數的設置是否合理，若不合理應按照設備具體的參數值進行對應調整，保證通信設備的正常運行；再者減少高層建筑的修建，主要是因為高層建筑跨度較大，基站發射的信號無法穿透墻體，導致對面區域無法接收到基站發射的信號；最后在覆蓋問題上還應調整天線的俯仰角度，盡量將天線的覆蓋范圍最大，這樣才能保證覆蓋內的區域接收到信號源。
3無線網絡覆蓋優化措施
單站優化查看基站終端設備的吞吐量、基站的切換頻點以及基站的覆蓋角度等。優化項目與評判標準具有一致性，優化單站數據庫、DT/CQT測試數據、功能數據測試更新以及硬件故障處理信息記錄。在對無線環境優化分析中，優化的數據指標都在通用的標準范圍內，RSCP優化數據指標在80%-90%，MOS優化數據指標在3-7，DT話音BLER優化數據指標在94%-98%，以及Tx_Power優化數據指標在91%-95%。而換用較大增益的天線增大覆蓋區域，主要指減少相鄰基站信號的重疊，防止出現信號衰減區。
拓撲結構范文第5篇
關鍵詞：ANSYS軟件；空間桁架結構；拓撲優化；設計方案
就目前的建筑技術而言，空間桁架結構的優化設計一般都是采用拓撲優化或者采用尺寸優化。本文中主要論述了采用拓撲優化的設計方法，。所謂拓撲優化，也可以稱之為輪廓優化，再往廣義范圍里講，也可以稱之為形狀優化。拓撲優化大概可以分為離散體與連續體兩種形式，但在實際的使用中，一般都是采用離散體的拓撲優化方法。這種優化方法表現在現代建筑的空間桁架結構中，主要是通過相關測量和調查，以掌握每個桿件之間的距離大小，然后再使用通過拓撲優化的方法來確認是否有桿件的存在。而對于連續體的方法來講，現有的技術水平已經能夠通過一定的軟件技術來分析邊界等基礎信息，以得出最優的設計方案，這種技術的發展對于空間桁架結構的初期設計有著重大的意義。以下本文就以連續體的拓撲優化方式，通過采用ANSYS軟件來對空間桁架結構的設計進行優化處理。
1、分析空間桁架結構拓撲優化設計的意義
空間桁架結構作為大跨度建筑結構設計中較常采用的結構形式，其具有材質輕、施工簡便以及通透性好等特點，在體育館、海洋館等有著大跨度要求的建筑結構中有著廣泛的應用，因此提高其結構設計水平、優化結構設計方法對于保證空間桁架結構的施工質量，提高桁架結構的穩定性與安全性來講都有著很重要的意義。而在對空間桁架結構設計進行優化時，常常采用ANSYS軟件來對結構進行有限元分析和計算，通過ANSYS軟件的強大計算功能來實現設計最優化的目的。所謂實現設計最優化，就是指在確保結構的安全的前提下，盡可能的減少材料的使用量，降低工程成本。以達到最經濟合理的設計方案。這對于實現節能建筑理念和可持續發展理念在空間桁架結構中的有效運用是有著關鍵作用的。因此，對空間桁架結構的設計進行拓撲優化處理是非常有必要的。
2、建立空間桁架結構拓撲優化設計模型
ANSYS拓撲優化功能可以用于求得最優結構，以獲得最大剛度、最小體積或最大自振頻率。拓撲優化的原理是在滿足結構體積減小量的條件下使結構的柔度極小化，極小化的結構柔度實際就是要求結構的剛度最大化，優化過程是通過自動改變設計變量，即單元偽密度來實現的。單元偽密度為O的材料為可以刪除的部分，單元偽密度為1的材料為保留的部分。
ANSYS拓撲優化功能，模型中只能有下列單元類型：二維平面單元PLANE2和PLANE82，用于平面應力或軸對稱問題；三維塊單元SOuD92和SOLID95；殼單元SHELL93。
而在本文研究中的空間桁架結構總體尺寸較大，為5.8 m×5.8 m×25 m，且作用力都集中在結構的外表面。若采用三維實體單元，盡管建模簡單，但計算量大且對機器配置要求高，故采用殼單元SHELL93。
ANSYS程序只對單元類型編號等于1的單元網格進行拓撲優化，對于單元類型編號等于或大于2的單元網格部分不進行拓撲優化。所以，在劃分模型網格時，必須確保拓撲優化的區域的單元類型編號為l。
優化模型根據與其連接部分結構尺寸條件建立，臂架結構頂部采用板結構焊接形式，本文將確定其為非優化區域，板厚為20 mm，優化區域是由3個面組成的空間三維連續體結構，板厚為30 mm。結構頂部前端垂直載荷40 t，結構仰角：8l度。
3、空間桁架結構的拓撲優化及其優化結果
在建立了相應的優化模型之后，我們對臂架底部鉸接的空間桁架結構設計方案，通過線性結構靜力分析的手段對其開展了拓撲優化。現將拓撲優化的具體過程以及結果分析分別描述如下，以供參考。
3.1空間桁架結構的拓撲優化過程
ANSYS程序提供了1個專門用于預定義總體積的拓撲函數，即VOLUME，它既可作為目標函數，也可以用于約束條件。本文定義目標函數為MCOMP，VOLUME減少60%為約束條件，定義目標函數和約束條件的命令流如下：
…
TOCOMP，MCOMP，MULTIPLE，4！
定義多柔度作為拓撲優化函數MCOMP
TOVAR，MCOMP，OBJ ！
定義柔度函數MCOMP作為拓撲優化目標
TOVAR，VOLUME，CON，60 ！
總體積VOLUME減少60%
TODEF，O，O.00l ！
收斂容差為0.0001
TOPITER，20，l ！
最多執行20次迭代
…
ANSYS程序提供2種拓撲優化方法：一是優化準則法；二是連續凸函數尋優法。前者只適用于以體積作為約束條件的問題；后者可以用于所有的目標函數和約束條件的組合問題。由于本文是把體積作為約束條件，故選擇優化準則法。
3.2空間桁架結構的拓撲優化結果
在采用ANSYS軟件來對空間桁架結構進行拓撲優化的過程中，我們在對其進行多次計算后比較分析，發現了在拓撲優化的過程中可以得出下述幾點結論：
首先，可以從多次反復計算中看出，空間結構桁架的板厚大小并不構成對拓撲優化實施的影響，因此可以不必考慮板厚這一因素對結構設計的影響。
其次，我們在利用ANSYS對結構進行拓撲優化時，并未全面考慮到結構中所使用桿件的長度、細度等問題，因此在其他的結構設計優化中，若要顧及美觀、或者顧及桿件的長細比、或者顧及到桿件的制造工藝需求等多方面因素時，可以相對調整優化結果，使桿件的布置有所變動來滿足設計需求。
第三，ANSYS進行多工況加權求和時，加權系數可以用自己預先定義的數組，也可以取加權系數均為工況總數的倒數，本文取4種工況加權系數均為0.25并且加大側載，優化出能承受側向彎矩的腹桿結構。
第四，在得到的拓撲優化結果基礎上，利用APDL命令提取和輸出節點的坐標，得出各節桿的節距，可以實現在滿足一定強度條件下桿的截面尺寸優化。
