CN112269060B - 一种接触电阻及接触电导率辨识方法及系统 - Google Patents

一种接触电阻及接触电导率辨识方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种接触电阻及接触电导率辨识方法及系统，该方法包括：获取试验模型，基于试验模型获取待测结构体的试验电流值；建立电学仿真模型，基于电学仿真模型获取待测结构体的接触面电导率值和仿真电流值；比较试验电流值和仿真电流值，对接触面电导率值进行调整，得到调整后的接触面电导率值；根据调整后的接触面电导率值得到待测结构体的实际接触面电导率值。本发明实施例通过电学有限元仿真模型作为接触电阻及接触电导率辨识工具，有效避免传统基于试验的接触电阻参数辨识方法的等效简化误差，精度更加准确，并通过实际接触面积的测量求出实际接触电导率值，能推广到不同的接触形式，应用范围更加广泛。

Description

一种接触电阻及接触电导率辨识方法及系统
技术领域
本发明涉及电学技术领域，尤其涉及一种接触电阻及接触电导率辨识方法及系统。
背景技术
在电学领域，常常涉及导体的接触电阻测量，凡是两个导体接触就总会有接触电阻，接触电阻的存在不仅对电流传导、电压的分布，特殊的环境下对系统的产热也有很大的影响。
现有技术中对于接触电阻的测量或辨识方法有很多，一种是利用霍尔元件测量接触面的电磁信号，然后进行接触电阻的计算，容易受金属以及外部电磁信号的干扰；另一种是将电池传输最短路径进行了简化，通过测量位置与整体电阻测量值的关系，进行接触电阻的辨识；还有一种是通过搭建地体与土壤的接触结构，测量总电阻与土壤电阻，由仿真方法获取结构热功率，通过公式推算接触电阻。
而由于接触的结构特点，接触电阻不能直接进行测量，只能通过测量电压、电流或电磁场等测量值后按照特定的模型进行接触电阻参数的辨识计算，然而接触电阻的测量与电流的传递路径具有相关性，不同的电载荷加载形式、位置及接触结构对测量辨识结果有不同程度的影响，现有的解决方法是不考虑电流路径或进行路径等效简化，然后通过特定的模型或公式进行接触电阻的推导，往往会造成一定程度的偏差，使得测量结果也不便于验证。
发明内容
本发明实施例提供一种接触电阻及接触电导率辨识方法及系统，用以解决现有技术中测量接触电阻不够精确的缺陷。
第一方面，本发明实施例提供一种接触电阻及接触电导率辨识方法，包括：
获取试验模型，基于所述试验模型获取待测结构体的试验电流值；
建立电学仿真模型，基于所述电学仿真模型获取所述待测结构体的接触面电导率值和仿真电流值；
比较所述试验电流值和所述仿真电流值，对所述接触面电导率值进行调整，得到调整后的接触面电导率值；
根据所述调整后的接触面电导率值得到所述待测结构体的实际接触面电导率值。
进一步地，所述获取试验模型，基于所述试验模型获取待测结构体的试验电流值，具体包括：
在所述待测结构体两端施加预设恒定电压，获取所述试验电流值。
进一步地，所述建立电学仿真模型，基于所述电学仿真模型获取所述待测结构体的接触面电导率值和仿真电流值，具体包括：
建立数字几何模型，根据所述试验模型中的试验条件建立电学有限元仿真模型；
根据所述预设恒定电压和所述试验电流值，得到试验电阻值；
获取所述电学有限元仿真模型中的仿真接触面积和所述仿真电流值，基于所述试验电阻值和所述仿真接触面积，得到所述接触面电导率值。
进一步地，所述比较所述试验电流值和所述仿真电流值，对所述接触面电导率值进行调整，得到调整后的接触面电导率值，具体包括：
比较所述试验电流值和所述仿真电流值，输出电流比较结果；
调整所述接触面电导率值，直至所述电流比较结果在预设误差范围内，得到所述调整后的接触面电导率值。
进一步地，所述根据所述调整后的接触面电导率值得到所述待测结构体的实际接触面电导率值，具体包括：
基于所述调整后的接触面电导率值和所述仿真电流值，得到接触电阻；
通过预设接触面测量方法获取实际接触面积；
由所述接触电阻和所述实际接触面积，得到所述实际接触面电导率值。
进一步地，所述预设接触面测量方法包括接触面拆解法。
第二方面，本发明实施例还提供一种接触电阻及接触电导率辨识系统，包括：
试验模块，用于获取试验模型，基于所述试验模型获取待测结构体的试验电流值；
仿真模块，用于建立电学仿真模型，基于所述电学仿真模型获取所述待测结构体的接触面电导率值和仿真电流值；
调整模块，用于比较所述试验电流值和所述仿真电流值，对所述接触面电导率值进行调整，得到调整后的接触面电导率值；
处理模块，用于根据所述调整后的接触面电导率值得到所述待测结构体的实际接触面电导率值。
进一步地，所述试验模块具体用于：
在所述待测结构体两端施加预设恒定电压，获取所述试验电流值。
第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述接触电阻及接触电导率辨识方法的步骤。
第四方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述接触电阻及接触电导率辨识方法的步骤。
本发明实施例提供的接触电阻及接触电导率辨识方法及系统，通过电学有限元仿真模型作为接触电阻及接触电导率辨识工具，有效避免传统基于试验的接触电阻参数辨识方法的等效简化误差，精度更加准确，并通过实际接触面积的测量求出实际接触电导率值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种接触电阻及接触电导率辨识方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的整体流程图；
图3是本发明实施例提供的试验模型原理图；
图4是本发明实施例提供的仿真结合网格模型示意图；
图5是本发明实施例提供的电流路径示意图；
图6是本发明实施例提供的一种接触电阻及接触电导率辨识系统的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种接触电阻及接触电导率的辨识方法，采用试验与有限元仿真结合的方法，通过搭载实际的试验模型，搭载完整的数字几何模型，达到实际与仿真计算的高度一致，通过设定及优化接触导电率的值，保证试验与仿真结果的一致，进而得到并确认接触电阻及电导率的大小，以保证接触电阻及电导率辨识的精度。
图1是本发明实施例提供的一种接触电阻及接触电导率辨识方法的流程示意图，如图1所示，包括：
S1，获取试验模型，基于所述试验模型获取待测结构体的试验电流值；
S2，建立电学仿真模型，基于所述电学仿真模型获取所述待测结构体的接触面电导率值和仿真电流值；
S3，比较所述试验电流值和所述仿真电流值，对所述接触面电导率值进行调整，得到调整后的接触面电导率值；
S4，根据所述调整后的接触面电导率值得到所述待测结构体的实际接触面电导率值。
具体地，如图2所示的整体流程图：首先通过实际试验，基于特定的试验模型得到待测结构体的试验电流值，再通过建立电学仿真模型，采用与试验模型相同的试验条件，设定接触电导率值进行计算，然后将得到的试验电流值和电学仿真模型中的仿真电流结果进行比较，并对接触面电导率值进行逐步调整，得到满足要求的调整后的接触面电导率值，最后进一步得到待测结构体的实际接触面电导率值。
本发明实施例通过电学有限元仿真模型作为接触电阻及接触电导率辨识工具，有效避免传统基于试验的接触电阻参数辨识方法的等效简化误差，精度更加准确，并通过实际接触面积的测量求出实际接触电导率值。
基于上述实施例，该方法中步骤S1具体包括：
在所述待测结构体两端施加预设恒定电压，获取所述试验电流值。
具体地，如图3所示，为进行金属接触的电压电流试验，在待测结构体的两端施加恒定电压，测量回路电流，即试验电流值。
基于上述任一实施例，该方法中步骤S2具体包括：
建立数字几何模型，根据所述试验模型中的试验条件建立电学有限元仿真模型；
根据所述预设恒定电压和所述试验电流值，得到试验电阻值；
获取所述电学有限元仿真模型中的仿真接触面积和所述仿真电流值，基于所述试验电阻值和所述仿真接触面积，得到所述接触面电导率值。
具体地，在上述实施例的基础上，建立数字几何模型，并根据试验条件创建有限元仿真模型，网格划分如图4所示。
根据试验模型的测试电压及试验电流值计算得到试验电阻值；
其中，R试验为根据试验计算的整体电阻，单位为Ω；U试验为实验过程施加的电压，单位v；I试验为实验测得的电流，单位为A；
然后根据电学有限元仿真模型中的仿真接触面积计算接触面电导率值：
其中，σ面积为接触面电导率，单位为S/m2；A仿真为仿真模型中的接触面积，单位为m2。
本发明实施例以成熟的有限元仿真作为接触电阻及接触电导率辨识工具，仿真方法自身精度高，而且避免了电流路径的等效简化误差，使得测试环境更接近实际使用环境。
基于上述任一实施例，该方法中步骤S3具体包括：
比较所述试验电流值和所述仿真电流值，输出电流比较结果；
调整所述接触面电导率值，直至所述电流比较结果在预设误差范围内，得到所述调整后的接触面电导率值。
具体地，将仿真电流结果与试验电流值进行比较，开始调整接触面电导率，重复前述的计算接触面电导率的步骤，直至仿真电流结果与试验结果相吻合，达到预设误差范围内，例如设定为为±3％，便得到调整后的接触面电导率值，图5所示为电流路径的示意图。
基于上述任一实施例，该方法中步骤S4具体包括：
基于所述调整后的接触面电导率值和所述仿真电流值，得到接触电阻；
通过预设接触面测量方法获取实际接触面积；
由所述接触电阻和所述实际接触面积，得到所述实际接触面电导率值。
其中，所述预设接触面测量方法包括接触面拆解法。
具体地，根据调整后的接触面电导率值计算接触电阻：
R接触＝σ面积·A仿真
其中，R接触为计算的接触电阻，单位Ω；σ面积为最终的接触面电导率，单位S/m2；
再通过接触面拆解等方法可测量实际接触面积，进而计算得到相同接触方式下的实际接触电导率
其中，σ实际为真实接触面电导率；A实际为真实的接触面积。
本发明实施例通过结合实际的接触面积计算接触电导率，能够推广到相同连接方式，如焊接、螺栓连接、铆接等的接触应用，应用范围更广。
下面对本发明实施例提供的接触电阻及接触电导率辨识系统进行描述，下文描述的接触电阻及接触电导率辨识系统与上文描述的接触电阻及接触电导率辨识方法可相互对应参照。
图6是本发明实施例提供的一种接触电阻及接触电导率辨识系统的结构示意图，如图6所示，包括：试验模块61、仿真模块62、调整模块63和处理模块64；其中：
试验模块61用于获取试验模型，基于所述试验模型获取待测结构体的试验电流值；仿真模块62用于建立电学仿真模型，基于所述电学仿真模型获取所述待测结构体的接触面电导率值和仿真电流值；调整模块63用于比较所述试验电流值和所述仿真电流值，对所述接触面电导率值进行调整，得到调整后的接触面电导率值；处理模块64用于根据所述调整后的接触面电导率值得到所述待测结构体的实际接触面电导率值。
本发明实施例通过电学有限元仿真模型作为接触电阻及接触电导率辨识工具，有效避免传统基于试验的接触电阻参数辨识方法的等效简化误差，精度更加准确，并通过实际接触面积的测量求出实际接触电导率值。
基于上述实施例，所述试验模块61具体用于：在所述待测结构体两端施加预设恒定电压，获取所述试验电流值。
图7示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图7所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)710、通信接口(communicationinterface)720、存储器(memory)730和通信总线(bus)740，其中，处理器710，通信接口720，存储器730通过通信总线740完成相互间的通信。处理器710可以调用存储器730中的逻辑指令，以执行接触电阻及接触电导率辨识方法，该方法包括：获取试验模型，基于所述试验模型获取待测结构体的试验电流值；建立电学仿真模型，基于所述电学仿真模型获取所述待测结构体的接触面电导率值和仿真电流值；比较所述试验电流值和所述仿真电流值，对所述接触面电导率值进行调整，得到调整后的接触面电导率值；根据所述调整后的接触面电导率值得到所述待测结构体的实际接触面电导率值。
此外，上述的存储器730中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的接触电阻及接触电导率辨识方法，该方法包括：获取试验模型，基于所述试验模型获取待测结构体的试验电流值；建立电学仿真模型，基于所述电学仿真模型获取所述待测结构体的接触面电导率值和仿真电流值；比较所述试验电流值和所述仿真电流值，对所述接触面电导率值进行调整，得到调整后的接触面电导率值；根据所述调整后的接触面电导率值得到所述待测结构体的实际接触面电导率值。
又一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的接触电阻及接触电导率辨识方法，该方法包括：获取试验模型，基于所述试验模型获取待测结构体的试验电流值；建立电学仿真模型，基于所述电学仿真模型获取所述待测结构体的接触面电导率值和仿真电流值；比较所述试验电流值和所述仿真电流值，对所述接触面电导率值进行调整，得到调整后的接触面电导率值；根据所述调整后的接触面电导率值得到所述待测结构体的实际接触面电导率值。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种接触电阻及接触电导率辨识方法，其特征在于，包括：
获取试验模型，基于所述试验模型获取待测结构体的试验电流值；所述获取试验模型，基于所述试验模型获取待测结构体的试验电流值，具体包括：在所述待测结构体两端施加预设恒定电压，获取所述试验电流值；
建立电学仿真模型，基于所述电学仿真模型获取所述待测结构体的接触面电导率值和仿真电流值；
比较所述试验电流值和所述仿真电流值，对所述接触面电导率值进行调整，得到调整后的接触面电导率值；
根据所述调整后的接触面电导率值得到所述待测结构体的实际接触面电导率值；
所述建立电学仿真模型，基于所述电学仿真模型获取所述待测结构体的接触面电导率值和仿真电流值，具体包括：
建立数字几何模型，根据所述试验模型中的试验条件建立电学有限元仿真模型；
根据所述预设恒定电压和所述试验电流值，得到试验电阻值；
获取所述电学有限元仿真模型中的仿真接触面积和所述仿真电流值，基于所述试验电阻值和所述仿真接触面积，得到所述接触面电导率值。
2.根据权利要求1所述的接触电阻及接触电导率辨识方法，其特征在于，所述比较所述试验电流值和所述仿真电流值，对所述接触面电导率值进行调整，得到调整后的接触面电导率值，具体包括：
比较所述试验电流值和所述仿真电流值，输出电流比较结果；
调整所述接触面电导率值，直至所述电流比较结果在预设误差范围内，得到所述调整后的接触面电导率值。
3.根据权利要求1所述的接触电阻及接触电导率辨识方法，其特征在于，所述根据所述调整后的接触面电导率值得到所述待测结构体的实际接触面电导率值，具体包括：
基于所述调整后的接触面电导率值和所述仿真电流值，得到接触电阻；
通过预设接触面测量方法获取实际接触面积；
由所述接触电阻和所述实际接触面积，得到所述实际接触面电导率值。
4.根据权利要求3所述的接触电阻及接触电导率辨识方法，其特征在于，所述预设接触面测量方法包括接触面拆解法。
5.一种接触电阻及接触电导率辨识系统，其特征在于，包括：
试验模块，用于获取试验模型，基于所述试验模型获取待测结构体的试验电流值；
仿真模块，用于建立电学仿真模型，基于所述电学仿真模型获取所述待测结构体的接触面电导率值和仿真电流值；所述试验模块具体用于：在所述待测结构体两端施加预设恒定电压，获取所述试验电流值；
调整模块，用于比较所述试验电流值和所述仿真电流值，对所述接触面电导率值进行调整，得到调整后的接触面电导率值；
处理模块，用于根据所述调整后的接触面电导率值得到所述待测结构体的实际接触面电导率值；
所述仿真模块具体用于：
建立数字几何模型，根据所述试验模型中的试验条件建立电学有限元仿真模型；
根据所述预设恒定电压和所述试验电流值，得到试验电阻值；
获取所述电学有限元仿真模型中的仿真接触面积和所述仿真电流值，基于所述试验电阻值和所述仿真接触面积，得到所述接触面电导率值。
6.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至4任一项所述接触电阻及接触电导率辨识方法的步骤。
7.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述接触电阻及接触电导率辨识方法的步骤。
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