CN113420526B - 分段供电直线感应电机实时仿真建模方法、系统及设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机仿真建模领域，具体涉及了一种分段供电直线感应电机实时仿真建模方法、系统及设备，旨在解决现有技术无法实现分段供电直线感应电机实时仿真建模的问题。本发明包括：由动子的直线速度v、动子覆盖定子的占比a_x和供电电压U_ss，经分段供电直线感应电机正常通电状态下数学模型，获取有动子覆盖时电流和推力由供电电压U_ss，经双向晶闸管切换过程中直线感应电机的数学模型，获取无动子覆盖时电流由电流和双向晶闸管通断信号K_s，获取双向晶闸管实际通断状态F_s；计算获取晶闸管切换过程电流和推力由a_x值判断最终定子输出的电流和推力。本发明实现了快速有效的分段供电多相直线感应电机的实时仿真建模。

Description

分段供电直线感应电机实时仿真建模方法、系统及设备

技术领域

本发明属于电机仿真建模领域，具体涉及了一种分段供电直线感应电机实时仿真建模方法、系统及设备。

背景技术

多相长定子直线感应电机具有功率大、推力波动低、容错能力强和动子结构简单等特点，适用于短时、大推力且高速的电磁推进系统，可应用于工业、交通和国防领域。6相长定子直线感应电机可分为6相对称型绕组和双Y移相30°绕组，双Y移相30°绕组为不对称的六相系统，但其磁路可等效为对称十二相系统。双Y移相30°绕组结构可消除电机中5次和7次谐波磁场，低次磁势谐波为13次，具有推力波动小特点，可等效为十二相电机。此外，为了减少长定子直线感应电机单台供电电源容量和定子段的耐压等级，将长定子分为多个短定子段，由交流切换开关实现对每个定子段的分段供电。交流切换开关采用基于电力电子的固态开关，可实现微秒级供电切换。目前电力电子的固态开关主要有基于半控型晶闸管和全控型IGBT两种类型，IGBT为全控型功率半导体器件可主动关断电流，然而它的耐压、通流及经济性上弱于晶闸管；晶闸管为半控型功率半导体器件，晶闸管关断条件为当门极开通信号关断且电流小于晶闸管的维持电流。对于10kV和10kA以上分段供电场合，采用基于晶闸管的交流切换开关具有一定优势。硬件在环测试为大型系统的控制保护开发和调试提供了良好测试平台，可测试控制策略、保护动作、逻辑和时序正确性、硬件板卡的稳定性等，并可模拟多种极端工况，降低系统的开发和调试风险。硬件在环测试平台包括高性能仿真计算设备和能够描述系统物理特性的实时仿真数学模型。实时仿真数学模型首先需满足等步长离散计算且计算时间小于仿真步长，其次需能够较准确的描述系统的物理特性，通常采用系统解耦分割、矩阵降维、非线性器件等效处理、分布式并行运算等技术，实现系统的实时仿真计算。

电磁驱动系统由长定子直线电机、分段供电开关、变频供电电源等子系统构成，系统元件数量多、结构复杂且有大量非线性特征的器件(双向晶闸管交流切换开关)，采用传统的方法建立数学模型很难实现硬件在环平台的实时性。电机状态方程输入通常为电压源，然而晶闸管为电流源型的器件，对于3相电机其3相电流之和为零且互感对称，较易得到交流切换开关输出到电机的相电压值。对于双Y移相30°绕组6相电机，6相之间都存在互感且不对称，其复杂性远高于3相对称电机，较难得到交流切换开关输出至电机相电压值，因此分段供电多相直线感应电机的实时仿真建模是系统硬件在环测试需要解决的关键问题之一。一些文献提出了一种单边复合次级直线感应电机力特性建模分析方法[1]，该方法主要针对直线电机的推力和法向力进行建模分析，其供电为理想的电流源，并未考虑直线感应电机的分段供电特性。另外一些文献提出了一种直线电机进给系统机电集成建模方法[2]，主要分析驱动系统及电机本体的非线性特征，建立系统机电集成模型，该方法并未对分段供电切换开关进行建模。

因此，本领域还缺少针对基于双向晶闸管开关、双Y移相30°绕组直线感应电机和分段供电的电磁驱动系统进行硬件在环实时仿真建模的方法。

以下文献是与本发明相关的技术背景资料：

[1]兰志勇、陈财、沈凡享，一种单边复合次级直线感应电机力特性建模分析方法，2019-03-27，CN109992874A.

[2]杨晓君、赵万华、刘辉等，一种直线电机进给系统机电集成建模方法，2017-12-23，CN108021039A.

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即现有技术无法实现分段供电直线感应电机实时仿真建模的问题，本发明提供了一种分段供电直线感应电机实时仿真建模方法，该实时仿真建模方法包括：

步骤S10，基于动子的直线速度v、动子覆盖定子的占比a_x和供电电压U_ss，在有动子覆盖工况下构建6相直线感应电机在2相静止坐标系下定转子电压、电流和磁链状态方程，在无动子覆盖工况下构建6相直线感应电机在6相静止坐标系下定子电压、电流和磁链状态方程；

步骤S20，基于有动子覆盖工况下的状态方程，通过2相静止坐标系至6相静止坐标系变换，获取直线感应电机6相定子电流以及推力/>基于无动子覆盖工况下的状态方程，获取直线感应电机6相定子电流/>

步骤S30，基于无动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流结合6相双向晶闸管交流切换开关通断信号K_s＝(k_a,k_b,k_c,k_x,k_y,k_z)，获取双向晶闸管实际通断状态F_s＝(f_a,f_b,f_c,f_x,f_y,f_z)；

步骤S40，基于无动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流和双向晶闸管实际通断状态F_s＝(f_a,f_b,f_c,f_x,f_y,f_z)，构建直线感应电机定子段切换过程的数学模型，并获取直线感应电机切换过程的6相定子电流/>和推力/>

步骤S50，若a_x>0，则直线感应电机定子输出的电流和推力为和/>若a_x＝0，则直线感应电机定子输出的电流和推力为/>和/>完成分段供电直线感应电机实时仿真建模。

在一些优选的实施例中，有动子覆盖工况下的所述6相直线感应电机在2相静止坐标系下定转子电压、电流和磁链状态方程，其表示为：

其中，L_m代表动子全覆盖定子段时的互感，L_r代表动子全覆盖定子段时的动子电感，L_s动子全覆盖定子段时的定子电感；/> τ为直线感应电机的极距；R_s为直线感应电机的定子电阻值，R_r为直线感应电机的动子电阻值；/> u_a、u_b、u_c、u_x、u_y、u_z分别代表直线感应电机输入的6相电压，i_sα、i_sβ、i_rα、i_rβ分别代表直线感应电机定子和动子在2相静止坐标系下的电流、Ψ_sα、Ψ_sβ、Ψ_rα、Ψ_rβ分别代表直线感应电机定子和动子在2相静止坐标系下的磁链。

在一些优选的实施例中，所述有动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流以及推力/>其表示为：

其中，分别代表有动子覆盖时直线感应电机的6相电流，i_α和i_β分别代表直线感应电机在2相静止坐标系下的电流。

在一些优选的实施例中，无动子覆盖工况下的所述6相直线感应电机在6相静止坐标系下定子电压、电流和磁链状态方程，其表示为：

其中， 分别代表直线感应电机定子在6相静止坐标系下的6相电流，u_a、u_b、u_c、u_x、u_y、u_z分别代表直线感应电机输入的6相电压，/>分别代表直线感应电机在6相静止坐标系下的定子磁链；/>R_s代表直线感应电机的定子电阻值；

L_ls、L_ms分别代表直线感应电机的定子漏感和互感。

在一些优选的实施例中，所述无动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流其表示为：

其中，为L_ss的逆矩阵。

在一些优选的实施例中，所述6相双向晶闸管交流切换开关通断信号K_s＝(k_a,k_b,k_c,k_x,k_y,k_z)，其触发信号包括关断触发信号和开通触发信号；

所述关断触发信号为：

所述开通触发信号为：

其中，分别代表仿真计算过程中第k和第k+1次的计算值。

在一些优选的实施例中，所述直线感应电机切换过程的6相定子电流和推力其表示为：

当p＝a,b,c,x,y,z且f_p＝1时，

当p＝a,b,x,y且f_p＝0时，

当p＝c且f_p＝0时，

当p＝z且f_p＝0时，

其中，分别代表直线感应电机切换过程定子的6相电流，k代表第k次仿真计算。

本发明的另一方面，提出了一种分段供电直线感应电机实时仿真建模系统，该仿真建模系统包括以下模块：

状态方程构建模块，配置为基于动子的直线速度v、动子覆盖定子的占比a_x和供电电压U_ss，在有动子覆盖工况下构建6相直线感应电机在2相静止坐标系下定转子电压、电流和磁链状态方程，在无动子覆盖工况下构建6相直线感应电机在6相静止坐标系下定子电压、电流和磁链方程；

有动子覆盖工况下电流和推力获取模块，配置为基于有动子覆盖工况下的状态方程，通过2相静止坐标系至6相静止坐标系变换，获取有动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流以及推力/>

无动子覆盖工况下电流获取模块，配置为基于无动子覆盖工况下的状态方程，获取无动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流

双向晶闸管通断状态获取模块，配置为基于无动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流结合6相双向晶闸管交流切换开关通断信号K_s＝(k_a,k_b,k_c,k_x,k_y,k_z)，获取双向晶闸管实际通断状态F_s＝(f_a,f_b,f_c,f_x,f_y,f_z)；

直线感应电机切换过程电流和推力获取模块，配置为基于无动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流和双向晶闸管实际通断状态F_s＝(f_a,f_b,f_c,f_x,f_y,f_z)，构建直线感应电机定子段切换过程的数学模型，并获取直线感应电机切换过程的6相定子电流/>和推力/>

实时建模模块，配置为若a_x>0，则直线感应电机定子输出的电流和推力为和若a_x＝0，则直线感应电机定子输出的电流和推力为/>和/>完成分段供电直线感应电机实时仿真建模。

本发明的第三方面，提出了一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及

与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现上述的分段供电直线感应电机实时仿真建模方法。

本发明的第四方面，提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现上述的分段供电直线感应电机实时仿真建模方法。

本发明的有益效果：

本发明分段供电直线感应电机实时仿真建模方法，充分考虑直线感应电机的分段供应特性，并考虑分段供电切换开关的建模，实现了快速有效的分段供电多相直线感应电机的实时仿真建模。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明分段供电直线感应电机实时仿真建模方法的流程示意图；

图2是本发明分段供电直线感应电机实时仿真建模方法的4变流器驱动系统结构示意图；

图3是本发明分段供电直线感应电机实时仿真建模方法一种实施例的基于双向晶闸管交流切换开关的6相直线感应电机物理模型图；

图4是本发明分段供电直线感应电机实时仿真建模方法一种实施例的分段供电直线感应电机4个定子段正常通电状态下数学模型；

图5是本发明分段供电直线感应电机实时仿真建模方法一种实施例的基于双向晶闸管切换开关切换过程中多相直线感应电机的数学模型；

图6本发明分段供电直线感应电机实时仿真建模方法一种实施例的切换过程中电源输出电压、电流及定子段电流波形；

图7是本发明分段供电直线感应电机实时仿真建模方法一种实施例的开关切换信号、定子段覆盖比例及定子段的推力示意图；

图8是本发明分段供电直线感应电机实时仿真建模方法一种实施例的切换过程中电源输出电压、电流及定子段电流波形的细节图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本发明的一种分段供电直线感应电机实时仿真建模方法，该实时仿真建模方法包括：

步骤S10，基于动子的直线速度v、动子覆盖定子的占比a_x和供电电压U_ss，在有动子覆盖工况下构建6相直线感应电机在2相静止坐标系下定转子电压、电流和磁链状态方程，在无动子覆盖工况下构建6相直线感应电机在6相静止坐标系下定子电压、电流和磁链状态方程；

步骤S20，基于有动子覆盖工况下的状态方程，通过2相静止坐标系至6相静止坐标系变换，获取有动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流以及推力/>基于无动子覆盖工况下的状态方程，获取无动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流/>

步骤S30，基于无动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流结合6相双向晶闸管交流切换开关通断信号K_s＝(k_a,k_b,k_c,k_x,k_y,k_z)，获取双向晶闸管实际通断状态F_s＝(f_a,f_b,f_c,f_x,f_y,f_z)；

步骤S40，基于无动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流和双向晶闸管实际通断状态F_s＝(f_a,f_b,f_c,f_x,f_y,f_z)，构建直线感应电机定子段切换过程的数学模型，并获取直线感应电机切换过程的6相定子电流/>和推力/>

步骤S50，若a_x>0，则直线感应电机定子输出的电流和推力为和/>若a_x＝0，则直线感应电机定子输出的电流和推力为/>和/>完成分段供电直线感应电机实时仿真建模。

如图1所示，为本发明分段供电直线感应电机实时仿真建模方法的流程示意图，输入为动子覆盖定子的占比a_x，动子的直线速度v，变流器供电电源输出6相电压U_ss，6相双向晶闸管交流切换开关通断信号K_s。首先，由速度v、动子占比a_x和变流器输出电压U_ss经过2相静止坐标系下直线感应电机状态方程计算得到有动子覆盖时的6相定子电流和推力其次，由6相静止坐标系下直线感应电机状态方程计算无动子覆盖时6相电机电流/>由上述/>和6晶闸管切换开关通断信号K_s可计算得到双向晶闸管实际的通断状态F_s，由/>和F_s经过直线感应电机定子切换过程数学模型可得到晶闸管切换过程中的6相定子电流/>和推力/>最后由动子占比a_x的值判断选择6相定子电流I_ss和推力T_r，当a_x>0时，定子输出电流和推力为电流/>和推力/>当a_x＝0时，定子输出电流和推力为电流/>和推力/>由此实现分段供电直线感应电机实时仿真。各公式详细表述在下面的详细过程重一一展示，此处不进行赘述。

为了更清晰地对本发明分段供电直线感应电机实时仿真建模方法进行说明，下面结合图1对本发明实施例中各步骤展开详述。

本发明第一实施例的分段供电直线感应电机实时仿真建模方法，包括步骤S10-步骤S50，各步骤详细描述如下：

步骤S10，基于动子的直线速度v、动子覆盖定子的占比a_x和供电电压U_ss，在有动子覆盖工况下构建6相直线感应电机在2相静止坐标系下定转子电压、电流和磁链状态方程，在无动子覆盖工况下构建6相直线感应电机在6相静止坐标系下定子电压、电流和磁链状态方程。

有动子覆盖工况下的所述6相直线感应电机在2相静止坐标系下定转子电压、电流和磁链状态方程，其表示如式(1)所示：

其中，L_m代表动子全覆盖定子段时的互感，L_r代表动子全覆盖定子段时的动子电感，L_s动子全覆盖定子段时的定子电感；/> τ为直线感应电机的极距；R_s为直线感应电机的定子电阻值，R_r为直线感应电机的动子电阻值；/> u_a、u_b、u_c、u_x、u_y、u_z分别代表直线感应电机输入的6相电压，i_sα、i_sβ、i_rα、i_rβ分别代表直线感应电机定子和动子在2相静止坐标系下的电流、Ψ_sα、Ψ_sβ、Ψ_rα、Ψ_rβ分别代表直线感应电机定子和动子在2相静止坐标系下的磁链。

无动子覆盖工况下的所述6相直线感应电机在6相静止坐标系下定子电压、电流和磁链状态方程，其表示如式(2)所示：

其中， 分别代表直线感应电机定子在6相静止坐标系下的6相电流，u_a、u_b、u_c、u_x、u_y、u_z分别代表直线感应电机输入的6相电压，/>分别代表直线感应电机在6相静止坐标系下的定子磁链；/>R_s代表直线感应电机的定子电阻值；

L_ls、L_ms分别代表直线感应电机的定子漏感和互感。

如图2所示，为本发明分段供电直线感应电机实时仿真建模方法的4变流器驱动系统结构示意图，电源u₁,u₂,u₃,u₄为4台变流器输出供电电压源。k_{n_1},k_{n_2},k_{n_3},k_{n_4}分别为第n组双向晶闸管交流切换开关，每组4个双向晶闸管交流切换开关，下标1,2,3,4分别对应变流器供电电源u₁,u₂,u₃,u₄。s_{n_1},s_{n_2},s_{n_3},s_{n_4}为直线感应电机第n组定子段，每组4个直线感应电机定子段，下标1,2,3,4分别对应变流器供电电源u₁,u₂,u₃,u₄。通过控制双向晶闸管交流开关k_{1_x},…,k_{n_x}的开通和关断，实现直线感应电机定子段s_{1_x},…,s_{n_x}分段供电，其中x＝1,2,3,4代表第x个变流器供电电源。直线感应电机动子位置可任意移动，图2中动子位置1和动子位置2代表不同时刻动子位置。a_x为动子覆盖直线感应电机定子段s_{n_x}的比例，a_x取值范围为0～1，x＝1,2,3,4代表变流器供电电源序号，当动子未覆盖直线感应电机定子段s_{n_x}时a_x＝0，当动子全覆盖直线感应电机定子s_{n_x}时a_x＝1。

如图3所示，为本发明分段供电直线感应电机实时仿真建模方法一种实施例的基于双向晶闸管交流切换开关的6相直线感应电机物理模型图，直线感应电机的绕组采用双Y移30°连接，其中A,B,C,X,Y,Z为6相电压源输入接口，k_a,k_b,k_c,k_x,k_y,k_z为6个双向晶闸管交流切换开关，每个双向晶闸管交流切换开关一端接入变流器电压源、另一端接入电机绕组。a_s,b_s,c_s,x_s,y_s,z_s分别代表6相直线感应电机的定子绕组，a_r,b_r,c_r,x_r,y_r,z_r分别代表6相直线感应电机的动子绕组。直线感应电机定子绕阻a_s,b_s,c_s连接为同一中性点，直线感应电机定子绕阻x_s,y_s,z_s连接为另一中性点，形成双Y结构。

如图4所示，为本发明分段供电直线感应电机实时仿真建模方法一种实施例的分段供电直线感应电机4个定子段正常通电状态下数学模型，以变流器供电电源u₁,u₂,u₃,u₄分别为直线感应电机定子段s_{n_1},s_{n_2},s_{n_3},s_{n_4}供电顺序为例介绍直线感应电机的数学模型。图4中直线感应电机的动子分为实体动子和虚拟动子两种类型，其中a₁,a₂,a₃为实体动子真实覆盖直线感应电机定子段s_{n_1},s_{n_2},s_{n_3}的比例。对于每个定子段，定子与动子之间的互感与实体动子真实覆盖的比例成正比，以s_{n_1}为例定子与动子之间的互感为a₁L_m。对于动子，动子与定子的互感与多个定子段相关，图4中动子的互感与定子段s_{n_1},s_{n_2},s_{n_3}都相关。为了保证直线感应电机推力的平稳性，直线感应电机各定子段采用恒定电流控制。当直线感应电机各定子段电流恒定且连续时，动子相对于定子的互感为(a₁+a₂+a₃)L_m，对于等长的定子段a₁+a₂+a₃＝1，因此动子相对于定子的互感为固定值L_m，也等效为虚拟动子与定子等长。对于6相电机只考虑基波电压时，其两相静止坐标系下电机定子、转子磁链及电流的状态方程如式(1)所示。

步骤S20，基于有动子覆盖工况下的状态方程，通过2相静止坐标系至6相静止坐标系变换，获取有动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流以及推力/>基于无动子覆盖工况下的状态方程，获取无动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流/>

有动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流以及推力/>其表示如式(3)、式(4)所示：

其中，分别代表有动子覆盖时直线感应电机的6相电流，i_α和i_β分别代表直线感应电机在2相静止坐标系下的电流。

如图5所示，为本发明分段供电直线感应电机实时仿真建模方法一种实施例的基于双向晶闸管切换开关切换过程中多相直线感应电机的数学模型，为了保证直线感应电机动子推力平稳，动子尾部离开当前定子段后才进行供电切换。为了保证变流器输出电流连续性，采用先导通下一个定子段，再关断当前定子段的控制策略切换交流开关。以图5为例，当动子离开定子段s_{1_1}后，先开通开关k_{2_1}，等待若干时间后关断开关k_{1_1}，当发生定子段供电切换时，两个定子段内都无动子覆盖。由于交流切换开关为半控制型电力电子器件，当门极开通信号关断后还需依靠开部电路将电流降低至小于晶闸管的维持电流才能够关断晶闸管，因此6相电机可能任意一相先关断，输入6相电机的相电压为非对称电压，每一相电压较难用电压源描述。此外，6相电机中每相两两之间都存互感，且绕组之间为不对称关系，因此需要采用6相静止坐标系去描述双向晶闸管在每一相开通和关断的过程。由于双向晶闸管在切换过程中无动子覆盖，因此6相电机绕组在6相静止坐标系下的电压和磁链方程如式(3)所示。

无动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流其表示如式(5)所示：

其中，为L_ss的逆矩阵。

步骤S30，基于无动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流结合6相双向晶闸管交流切换开关通断信号K_s＝(k_a,k_b,k_c,k_x,k_y,k_z)，获取双向晶闸管实际通断状态F_s＝(f_a,f_b,f_c,f_x,f_y,f_z)。

6相双向晶闸管交流切换开关通断信号K_s＝(k_a,k_b,k_c,k_x,k_y,k_z)，其触发信号包括关断触发信号和开通触发信号；

关断触发信号如式(6)所示：

开通触发信号如式(7)所示：

其中，分别代表仿真计算过程中第k和第k+1次的计算值。

步骤S40，基于无动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流和双向晶闸管实际通断状态F_s＝(f_a,f_b,f_c,f_x,f_y,f_z)，构建直线感应电机定子段切换过程的数学模型，并获取直线感应电机切换过程的6相定子电流/>和推力/>

直线感应电机切换过程的6相定子电流和推力/>其表如式(8)-式(9)：/>

由于无动子覆盖，直线感应电机的推力为0，即式(9)：

当p＝a,b,c,x,y,z且f_p＝1时，

当p＝a,b,x,y且f_p＝0时，

当p＝c且f_p＝0时，

当p＝z且f_p＝0时，

其中，分别代表直线感应电机切换过程定子的6相电流，k代表第k次仿真计算。

步骤S50，若a_x>0，则直线感应电机定子输出的电流和推力为和/>若a_x＝0，则直线感应电机定子输出的电流和推力为/>和/>完成分段供电直线感应电机实时仿真建模。

本发明采用一实例对仿真模型进行实时仿真的验证，FPGA为Xilinx公司V7系列FPGA芯片，在System generator中搭建定点仿真模型，仿真步长为0.5微秒。控制器为PowerPC芯片P2020和Xilinx的A7系列FPGA芯片，控制周期为100微秒，采用间接磁场定向控制策略，控制电机的电流和滑差为恒定值。为了保证变流器输出电流的连续性，定子段s_{2_1}在0.817秒时先开通，定子段s_{1_1}在0.842秒后关闭，定子段s_{2_1}和定子段s_{1_1}之间存在25ms同时开通时间。如图6所示，为本发明分段供电直线感应电机实时仿真建模方法一种实施例的切换过程中电源输出电压、电流及定子段电流波形，其中，图6(a)为电源1输出的6相电压波形，图6(b)为电源1输出的6相电流，图6(c)为定子段s_{1_1}的6相电流，图6(d)定子段s_{2_1}的6相电流。如图7所示，为本发明分段供电直线感应电机实时仿真建模方法一种实施例的开关切换信号、定子段覆盖比例及定子段的推力示意图，其中图7(a)为定子段s_{1_1}和定子段s_{2_1}的6相开关切换信号，图7(b)为电源1供电定子段的定子段覆盖比例a_x，图7(c)为定子段s_{1_1}和定子段s_{2_1}的输出的推力。如图8所示，为本发明分段供电直线感应电机实时仿真建模方法一种实施例的切换过程中电源输出电压、电流及定子段电流波形的细节图，其中，图8(a)为电源1输出的6相电压波形细节图，图8(b)为电源1输出的6相电流细节图，图8(c)为定子段s_{1_1}的6相电流细节图，图8(d)定子段s_{2_1}的6相电流细节图。由图6-图8可知，分段供电直线感应电机硬件在环仿真建模方法可准确模型6相直线感应电机晶闸管交流切换开关的切换过程，实现对高速直线电磁推进系统的硬件在环测试。

上述实施例中虽然将各个步骤按照上述先后次序的方式进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本实施例的效果，不同的步骤之间不必按照这样的次序执行，其可以同时(并行)执行或以颠倒的次序执行，这些简单的变化都在本发明的保护范围之内。

本发明第二实施例的分段供电直线感应电机实时仿真建模系统，该仿真建模系统包括以下模块：

状态方程构建模块，配置为基于动子的直线速度v、动子覆盖定子的占比a_x和供电电压U_ss，在有动子覆盖工况下构建6相直线感应电机在2相静止坐标系下定转子电压、电流和磁链状态方程，在无动子覆盖工况下构建6相直线感应电机在6相静止坐标系下定子电压、电流和磁链方程；

有动子覆盖工况下电流和推力获取模块，配置为基于有动子覆盖工况下的状态方程，通过2相静止坐标系至6相静止坐标系变换，获取有动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流以及推力/>

无动子覆盖工况下电流获取模块，配置为基于无动子覆盖工况下的状态方程，获取无动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流

双向晶闸管通断状态获取模块，配置为基于无动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流结合6相双向晶闸管交流切换开关通断信号K_s＝(k_a,k_b,k_c,k_x,k_y,k_z)，获取双向晶闸管实际通断状态F_s＝(f_a,f_b,f_c,f_x,f_y,f_z)；

直线感应电机切换过程电流和推力获取模块，配置为基于无动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流和双向晶闸管实际通断状态F_s＝(f_a,f_b,f_c,f_x,f_y,f_z)，构建直线感应电机定子段切换过程的数学模型，并获取直线感应电机切换过程的6相定子电流/>和推力/>

实时建模模块，配置为若a_x>0，则直线感应电机定子输出的电流和推力为和若a_x＝0，则直线感应电机定子输出的电流和推力为/>和/>完成分段供电直线感应电机实时仿真建模。

所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

需要说明的是，上述实施例提供的分段供电直线感应电机实时仿真建模系统，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。

本发明第三实施例的一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及

与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现上述的分段供电直线感应电机实时仿真建模方法。

本发明第四实施例的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现上述的分段供电直线感应电机实时仿真建模方法。

所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种分段供电直线感应电机实时仿真建模方法，其特征在于，该实时仿真建模方法包括：

步骤S10，基于动子的直线速度v、动子覆盖定子的占比a_x和供电电压U_ss，在有动子覆盖工况下构建6相直线感应电机在2相静止坐标系下定转子电压、电流和磁链状态方程，在无动子覆盖工况下构建6相直线感应电机在6相静止坐标系下定子电压、电流和磁链状态方程：

有动子覆盖工况下的所述6相直线感应电机在2相静止坐标系下定转子电压、电流和磁链状态方程，其表示为：

其中，L_m代表动子全覆盖定子段时的互感，L_r代表动子全覆盖定子段时的动子电感，L_s动子全覆盖定子段时的定子电感；/> τ为直线感应电机的极距；R_s为直线感应电机的定子电阻值，R_r为直线感应电机的动子电阻值；/>

u_b、u_c、u_x、u_y、u_z分别代表直线感应电机输入的6相电压，i_sα、i_sβ、i_rα、i_rβ分别代表直线感应电机定子和动子在2相静止坐标系下的电流、Ψ_sα、Ψ_sβ、Ψ_rα、Ψ_rβ分别代表直线感应电机定子和动子在2相静止坐标系下的磁链；

无动子覆盖工况下的所述6相直线感应电机在6相静止坐标系下定子电压、电流和磁链状态方程，其表示为：

其中， 分别代表直线感应电机定子在6相静止坐标系下的6相电流，u_a、u_b、u_c、u_x、u_y、u_z分别代表直线感应电机输入的6相电压，/>分别代表直线感应电机在6相静止坐标系下的定子磁链；/>R_s代表直线感应电机的定子电阻值；

L_ls、L_ms分别代表直线感应电机的定子漏感和互感；

步骤S20，基于有动子覆盖工况下的状态方程，通过2相静止坐标系至6相静止坐标系变换，获取有动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流以及推力/>

其中，分别代表有动子覆盖时直线感应电机的6相电流，i_α和i_β分别代表直线感应电机在2相静止坐标系下的电流；

基于无动子覆盖工况下的状态方程，获取无动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流

其中，为L_ss的逆矩阵；

步骤S30，基于无动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流结合6相双向晶闸管交流切换开关通断信号K_s＝(k_a,k_b,k_c,k_x,k_y,k_z)，获取双向晶闸管实际通断状态F_s＝(f_a,f_b,f_c,f_x,f_y,f_z)；

步骤S40，基于无动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流和双向晶闸管实际通断状态F_s＝(f_a,f_b,f_c,f_x,f_y,f_z)，构建直线感应电机定子段切换过程的数学模型，并获取直线感应电机切换过程的6相定子电流/>和推力/>

步骤S50，若a_x>0，则直线感应电机定子输出的电流和推力为和/>若a_x＝0，则直线感应电机定子输出的电流和推力为/>和/>完成分段供电直线感应电机实时仿真建模。

2.根据权利要求1所述的分段供电直线感应电机实时仿真建模方法，其特征在于，所述6相双向晶闸管交流切换开关通断信号K_s＝(k_a,k_b,k_c,k_x,k_y,k_z)，其触发信号包括关断触发信号和开通触发信号；

所述关断触发信号为：

所述开通触发信号为：

其中，分别代表仿真计算过程中第k和第k+1次的计算值。

3.根据权利要求2所述的分段供电直线感应电机实时仿真建模方法，其特征在于，所述直线感应电机切换过程的6相定子电流和推力/>其表示为：

当p＝a,b,c,x,y,z且f_p＝1时，

当p＝a,b,x,y且f_p＝0时，

当p＝c且f_p＝0时，

当p＝z且f_p＝0时，

其中，分别代表直线感应电机切换过程定子的6相电流，k代表第k次仿真计算。

4.一种分段供电直线感应电机实时仿真建模系统，其特征在于，该仿真建模系统包括以下模块：

状态方程构建模块，配置为基于动子的直线速度v、动子覆盖定子的占比a_x和供电电压U_ss，在有动子覆盖工况下构建6相直线感应电机在2相静止坐标系下定转子电压、电流和磁链状态方程，在无动子覆盖工况下构建6相直线感应电机在6相静止坐标系下定子电压、电流和磁链方程：

有动子覆盖工况下的所述6相直线感应电机在2相静止坐标系下定转子电压、电流和磁链状态方程，其表示为：

其中，L_m代表动子全覆盖定子段时的互感，L_r代表动子全覆盖定子段时的动子电感，L_s动子全覆盖定子段时的定子电感；/> τ为直线感应电机的极距；R_s为直线感应电机的定子电阻值，R_r为直线感应电机的动子电阻值；/> u_a、u_b、u_c、u_x、u_y、u_z分别代表直线感应电机输入的6相电压，i_sα、i_sβ、i_rα、i_rβ分别代表直线感应电机定子和动子在2相静止坐标系下的电流、Ψ_sα、Ψ_sβ、Ψ_rα、Ψ_rβ分别代表直线感应电机定子和动子在2相静止坐标系下的磁链；

无动子覆盖工况下的所述6相直线感应电机在6相静止坐标系下定子电压、电流和磁链状态方程，其表示为：

其中， 分别代表直线感应电机定子在6相静止坐标系下的6相电流，u_a、u_b、u_c、u_x、u_y、u_z分别代表直线感应电机输入的6相电压，/>分别代表直线感应电机在6相静止坐标系下的定子磁链；/>R_s代表直线感应电机的定子电阻值；

L_ls、L_ms分别代表直线感应电机的定子漏感和互感；

有动子覆盖工况下电流和推力获取模块，配置为基于有动子覆盖工况下的状态方程，通过2相静止坐标系至6相静止坐标系变换，获取有动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流以及推力/>

其中，分别代表有动子覆盖时直线感应电机的6相电流，i_α和i_β分别代表直线感应电机在2相静止坐标系下的电流；

无动子覆盖工况下电流获取模块，配置为基于无动子覆盖工况下的状态方程，获取无动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流

其中，为L_ss的逆矩阵；

双向晶闸管通断状态获取模块，配置为基于无动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流结合6相双向晶闸管交流切换开关通断信号K_s＝(k_a,k_b,k_c,k_x,k_y,k_z)，获取双向晶闸管实际通断状态F_s＝(f_a,f_b,f_c,f_x,f_y,f_z)；

直线感应电机切换过程电流和推力获取模块，配置为基于无动子覆盖工况下的直线感应电机6相定子电流和双向晶闸管实际通断状态F_s＝(f_a,f_b,f_c,f_x,f_y,f_z)，构建直线感应电机定子段切换过程的数学模型，并获取直线感应电机切换过程的6相定子电流/>和推力

实时建模模块，配置为若a_x>0，则直线感应电机定子输出的电流和推力为和/>若a_x＝0，则直线感应电机定子输出的电流和推力为/>和/>完成分段供电直线感应电机实时仿真建模。

5.一种电子设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及

与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现权利要求1-3任一项所述的分段供电直线感应电机实时仿真建模方法。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现权利要求1-3任一项所述的分段供电直线感应电机实时仿真建模方法。