CN113761819B - 不等长分段供电直线感应电机控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及了一种不等长分段供电直线感应电机控制方法及系统，旨在解决现有技术无法实现不等长分段供电直线感应电机参数变化特征分析和控制的问题。本发明包括：构建定子和动子数学模型的等效电路，并建立子数学模型和动子数学模型；由动子位置计算各定子段覆盖动子的占比、定子段和动子长度系数；构建电机在稳态工况下的电压和磁链状态方程，并获取不等长直线感应电机定子段控制的前馈电压，采用PI控制器实现电流的反馈闭环控制，将前馈电压和反馈输出相加，并经ipark变换得到三相坐标系的参考电压，完成不等长分段供电直线感应电机的推力闭环控制。本发明实现了不等长分段供电直线感应电机的精确、平稳控制。

Description

不等长分段供电直线感应电机控制方法及系统

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及了一种不等长分段供电直线感应电机控制方法及系统。

背景技术

长定子直线感应电机具有功率大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。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。为了减少交流开关的数量及切换次数，可将直线感应电机进行不等长分段。在直线电机轨道初始位置，动子运行速度低，定子每对极需要的电压较低，可串联多个定子段，因此该区域定子段可设置较长。在动子运行高速区域，定子每对极需要的电压较高，因此该区域定子长度可设置为相对较短。

不等长分段供电可减少直线电机轨道交流切换开关数量和切换次数，降低电磁驱动系统成本、减少过分段的推力波动和提高系统的可靠性。然而，不等长的定子段会导致电源供电的定子段直线电机的参数不断发生变化，特别是不同长度两定子段切换时会引起电流冲击和推力波动问题。因此，亟需在不改变现有电磁驱动系统硬件架构基础上，通过研究优化控制方法解决不等长定子段带来的相关问题。一些文献公开了用于感应直线电机的分段供电系统[1]，系统可减少供电电源的数量，降低了成本，并且解决了双电源供电存在的变频器工作不同步导致的推力波动问题，减小了开关对供电系统的影响，然而该发明不能解决不等长分段供电直线电机参数变化带来的控制问题。另一些公开了一种用于长初级直线电机的分段供电控制系统和方法[2]，然而该方法主要描述等长分段供电的直线同步电机的控制系统，方法不适用于分析不等长分段供电直线感应电机参数变化特征和控制方法。

以下文献是与本发明相关的技术背景资料：

[1]张永康、李雨蔓、王喆、蔡志伟、董文博、李响、张建泉，用于感应直线电机的分段供电系统，2019-11-29，CN110912493A.

[2]季旭、毛凯、张艳清、张志华、韦克康，用于长初级直线电机的分段供电控制系统和方法，2018-05-16，CN110504893A.

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不等长分段供电直线感应电机参数变化特征分析和控制的问题，本发明提供了一种不等长分段供电直线感应电机控制方法，该控制方法包括：

步骤S10，根据不等长分段供电直线感应电机的实际结构，构建定子数学模型的等效电路和动子数学模型的等效电路；

步骤S20，基于所述定子数学模型的等效电路构建不等长分段供电直线感应电机的定子数学模型；基于所述动子数学模型的等效电路构建不等长分段供电直线感应电机的动子数学模型；

步骤S30，由不等长分段供电直线感应电机的动子位置计算各定子段覆盖动子的占比a_s、定子段长度系数b_s和动子长度系数c_s；

步骤S40，基于不等长直线感应电机的定子数学模型和动子数学模型以及各定子段覆盖动子的占比a_s、定子段长度系数b_s和动子长度系数c_s，获取不等长分段供电直线感应电机在稳态工况下的电压和磁链状态方程；

步骤S50，基于所述电压和磁链状态方程，获取不等长直线感应电机定子段控制的前馈电压，并通过PI控制器(Proportional Integral Controller)实现电流的反馈闭环控制；

步骤S60，将反馈闭环控制的输出参考电压与所述前馈电压相加，通过ipark变换获得三相坐标系的参考电压u_abc，完成不等长分段供电直线感应电机的推力闭环控制。

ipark变换是park变换的逆变换，park变换是将abc相变量系统各电磁量(如电流、电压、磁链等)，转换到以转子纵轴d、横轴q及静止轴0为坐标轴的dq0轴变量系统，使按相坐标建立的具有时变电感的变系数微分方程，变换为轴坐标表示的电感为常数的常系数微分方程。

从数学意义上讲，park变换没有什么，只是一个坐标变换，从abc坐标变换到dq0坐标，将u_a,u_b,u_b,i_a,i_b,i_c，磁链a，磁链b和磁链c这些量都变换到dq0坐标中，如果有需要可以逆变换回来。

从物理意义上讲，park变换就是将i_a,i_b,i_c电流在α、β轴上的投影，等效到d、q轴上，将定子上的电流都等效到直轴和交轴上去。对于稳态来说，等效之后，i_q,i_d就是一个常数了。

在一些优选的实施例中，步骤S30包括：

步骤S31，分别计算不等长分段供电直线感应电机的动子进入定子段以及动子离开定子段时的动子覆盖定子占比a_s；

步骤S32，基于当前定子段的长度和最短定子段的长度关系计算定子段长度系数b_s；

步骤S33，基于动子段的长度和最短定子段的长度关系计算动子段长度系数c_s。

在一些优选的实施例中，所述动子进入定子段以及动子离开定子段时的动子覆盖定子占比a_s分别为：

其中，代表动子进入定子段时的动子覆盖定子占比，/>代表动子离开定子段时的动子覆盖定子占比，s代表当前动子尾部距离起始点距离，s_mover代表动子长度，/>代表第x段定子尾部的绝对位置，/>代表第x段定子头部距离起始点的绝对位置，/>代表第x段定子的长度，n为定子段的数量。

在一些优选的实施例中，所述定子段长度系数b_s为：

其中，代表第x段定子的长度，s_min代表最短定子段的长度，n为定子段的数量。

在一些优选的实施例中，所述动子段长度系数c_s为：

其中，s_mover代表动子长度，s_min代表最短定子段的长度。

在一些优选的实施例中，所述不等长分段供电直线感应电机在稳态工况下的电压和磁链状态方程为：

其中，u_sα和u_sβ分别代表定子电压，Ψ_sα、Ψ_sβ、Ψ_rα和Ψ_rβ分别代表定子和动子磁链，i_sα、i_sβ、i_rα和i_rβ分别代表定子和动子电流，R_s代表定子电阻，R_r代表动子电阻，L_ls代表定子漏感，L_lr代表动子漏感，L_m代表互感。

在一些优选的实施例中，所述不等长直线感应电机定子段控制的前馈电压为：

其中，代表不等长直线感应电子定子段控制的前馈电压，R_s代表定子电阻，L_ls代表定子漏感，L_m代表互感，/>代表定子段dq轴的参考电流，ω_s代表磁场定向角速度。

在一些优选的实施例中，所述磁场定向角速度ω_s为：

其中，代表动子速度为v时的电角速度，τ代表不等长分段直线感应电机的极距，/>代表控制滑差。

在一些优选的实施例中，所述不等长分段供电直线感应电机，其控制策略采用所述控制滑差以及电流幅值/>的间接磁场定向，所述控制滑差/>以及电流幅值/>其计算方法为：

其中，R_r代表动子电阻，L_lr代表动子漏感，L_m代表互感。

本发明的另一方面，提出了一种不等长分段供电直线感应电机控制系统，该控制系统包括以下模块：

等效电路构建模块，配置为根据不等长分段供电直线感应电机的实际结构，构建定子数学模型的等效电路和动子数学模型的等效电路；

数学模型构建模块，配置为基于所述定子数学模型的等效电路构建不等长分段供电直线感应电机的定子数学模型；基于所述动子数学模型的等效电路构建不等长分段供电直线感应电机的动子数学模型；

参数计算模块，配置为由不等长分段供电直线感应电机的动子位置计算各定子段覆盖动子的占比a_s、定子段长度系数b_s和动子长度系数c_s；

电压和磁链状态方程构建模块，配置为基于不等长直线感应电机的定子数学模型和动子数学模型以及各定子段覆盖动子的占比a_s、定子段长度系数b_s和动子长度系数c_s，获取不等长分段供电直线感应电机在稳态工况下的电压和磁链状态方程；

前馈与反馈控制模块，配置为基于所述电压和磁链状态方程，获取不等长直线感应电机定子段控制的前馈电压，并通过PI控制器实现电流的反馈闭环控制；

推力闭环控制模块，配置为将反馈闭环控制的输出参考电压与所述前馈电压相加，通过ipark变换获得三相坐标系的参考电压u_abc，完成不等长分段供电直线感应电机的推力闭环控制。

本发明的有益效果：

(1)本发明不等长分段供电直线感应电机控制方法，通过用实体动子建立直线感应电机的定子数学模型，并采用虚拟动子建立直线感应电机的动子数学模型，实现了不等长分段供电直线感应电机定子和动子建模的解耦建模。

(2)本发明不等长分段供电直线感应电机控制方法，解决定子段参数随动子的运动而跳变条件下的电机建模问题，使推力在定子段长度跳变时依旧保持平稳输出，可用于不等长分段供电直线感应电机的离线或者实时电磁暂态仿真。

(3)本发明不等长分段供电直线感应电机控制方法，在不等长分段供电直线感应电机定子和动子建模的解耦建模以及离线或者实时电磁暂态仿真的前提下，使推力在定子段长度跳变时依旧保持平稳输出，从而实现了不等长分段供电直线感应电机的精确、平稳控制。

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是本发明不等长分段供电直线感应电机控制方法的流程示意图；

图2是本发明不等长分段供电直线感应电机控制方法一种实施例的驱动系统结构图；

图3是本发明不等长分段供电直线感应电机控制方法一种实施例的定子数学模型的等效电路和动子数学模型的等效电路；

图4是本发明不等长分段供电直线感应电机控制方法一种实施例的数学模型；

图5是本发明不等长分段供电直线感应电机控制方法一种实施例的定子占比和长度系数曲线图；

图6是本发明不等长分段供电直线感应电机控制方法一种实施例的电机参考电流、电角速度、前馈电压和PI控制器输出电压；

图7是本发明不等长分段供电直线感应电机控制方法一种实施例的定子段电压、电流和推力。

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。

本发明的一种不等长分段供电直线感应电机控制方法，该控制方法包括：

步骤S10，根据不等长分段供电直线感应电机的实际结构，构建定子数学模型的等效电路和动子数学模型的等效电路；

步骤S20，基于所述定子数学模型的等效电路构建不等长分段供电直线感应电机的定子数学模型；基于所述动子数学模型的等效电路构建不等长分段供电直线感应电机的动子数学模型；

步骤S30，由不等长分段供电直线感应电机的动子位置计算各定子段覆盖动子的占比a_s、定子段长度系数b_s和动子长度系数c_s；

步骤S40，基于不等长直线感应电机的定子数学模型和动子数学模型以及各定子段覆盖动子的占比a_s、定子段长度系数b_s和动子长度系数c_s，获取不等长分段供电直线感应电机在稳态工况下的电压和磁链状态方程；

步骤S50，基于所述电压和磁链状态方程，获取不等长直线感应电机定子段控制的前馈电压，并通过PI控制器实现电流的反馈闭环控制；

步骤S60，将反馈闭环控制的输出参考电压与所述前馈电压相加，通过ipark变换获得三相坐标系的参考电压u_abc，完成不等长分段供电直线感应电机的推力闭环控制。

为了更清晰地对本发明不等长分段供电直线感应电机控制方法进行说明，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不等长分段供电直线感应电机控制方法，包括步骤S10-步骤S60，各步骤详细描述如下：

如图2所示，为本发明不等长分段供电直线感应电机控制方法一种实施例的驱动系统结构图，电源u₁和电源u₂为2台变流器输出供电电压源。电源u₁为定子段S_{1_1}、S_{2_1}……S_{n_1}供电，通过控制交流切换开关k_{1_1}、k_{2_1}……k_{n_1}的通断实现定子段的分段供电，b_{1_1}、b_{2_1}……b_{n_1}代表定子段S_{1_1}、S_{2_1}……S_{n_1}的长度系数。电源u₂为定子段S_{1_2}、S_{2_2}……S_{n_2}供电，通过控制交流切换开关k_{1_2}、k_{2_2}……k_{n_2}的通断实现定子段的分段供电，b_{1_2}、b_{2_2}……b_{n_2}代表定子段S_{1_2}、S_{2_2}……S_{n_2}的长度系数。图中b_{1_1}和b_{1_2}为轨道起始部分定子段，电机动子经过此定子段时速度较低，为了减少切换开关的数量，其定子段长度比其它定子段长。动子位置1和动子位置2代表不同时刻动子位置，a₁为动子覆盖直线感应电机定子段S_{1_1}、S_{2_1}……S_{n_1}的比例，a₁取值范围为0～1；a₂为动子覆盖直线感应电机定子段S_{1_2}、S_{2_2}……S_{n_2}的比例，a₂取值范围为0～1。c_s为动子的长度系数，由于动子的长度不变，因此c_s为恒定值。

步骤S10，根据不等长分段供电直线感应电机的实际结构，构建定子数学模型的等效电路和动子数学模型的等效电路。

本发明一个实施例中，如图3所示，定子数学模型的等效电路包括定子数学模型定子侧等效电路和实体动子侧等效电路：

定子数学模型定子侧等效电路包括串联的定子电阻R_s、定子漏感b_sL_ls和定子励磁电感b_sL_m，并在定子数学模型定子侧等效电路的两端施加定子电压u_s，则定子数学模型定子侧电流为i_s；

实体动子侧等效电路包括串联闭合连接的实体动子覆盖当前定子段的励磁电感A_sb_sL_m、实体动子电阻R_r1和实体动子漏感L_lr1，实体动子侧电流为i_r1；

定子数学模型定子侧等效电路与实体动子侧等效电路，励磁电感b_sL_m和实体动子覆盖当前定子段的励磁电感A_sb_sL_m相耦合。

本发明一个实施例中，如图3所示，动子数学模型的等效电路包括动子数学模型定子侧等效电路和虚拟动子侧等效电路：

动子数学模型定子侧等效电路与定子数学模型定子侧等效电路相同；

虚拟动子侧等效电路，包括串联闭合连接的虚拟动子侧的励磁电感L_m、虚拟动子电阻R_r2和虚拟动子漏感L_lr2，虚拟动子侧电流为i_r2；

动子数学模型定子侧等效电路与虚拟动子侧等效电路，励磁电感B_sL_m和虚拟动子侧的励磁电感L_m相耦合。

步骤S20，基于所述定子数学模型的等效电路构建不等长分段供电直线感应电机的定子数学模型；基于所述动子数学模型的等效电路构建不等长分段供电直线感应电机的动子数学模型。

本发明一个实施例中，定子数学模型包括n个定子段数学模型，动子数学模型包括虚拟动子数学模型和实体动子数学模型，虚拟动子数学模型全覆盖所有定子端数学模型，实体动子数学模型为实际直线运动的动子的数学模型，n为定子段的数量。

定子数学模型如式(1)所示：

其中，u_s代表定子电压，i_s代表定子电流，Ψ_s代表定子磁链矢量，i_r代表动子电流，b_s代表定子段长度系数，p代表微分算子，R_s代表定子电阻，b_sL_m表示励磁电感，A_s表示耦合系数。

假设分段供电电源可实现各个定子段的电流闭环准确控制，动子经过每个定子段的定子电流幅值相位相等且连续，从动子角度可将定子等效为无限长，由此推导出动子数学模型，如式(2)所示：

其中，Ψ_r表示动子磁链矢量，ω_e表示动子的电角速度，j表示复数因子，i_r为动子电流，L_r虚拟动子侧的励磁电感。

如图4所示，为本发明不等长分段供电直线感应电机控制方法一种实施例的数学模型，以图2中动子位置2为例进行说明，此时动子覆盖定子段S_{1_2}和定子段S_{2_1}，两个定子段的定子长度不相等，分别为b_{1_2}和b_{2_1}。对于定子段S_{1_2}，其与动子互感为a₂b_{1_2}L_m。对于定子段S_{2_1}，其与动子互感为a₁b_{2_1}L_m。对于动子，其与两个都定子都有互感，数值为a₂b_{1_2}L_m+a₁b_{2_1}L_m且a₂b_{1_2}+a₁b_{2_1}＝c_s。

步骤S30，由不等长分段供电直线感应电机的动子位置计算各定子段覆盖动子的占比a_s、定子段长度系数b_s和动子长度系数c_s：

步骤S31，分别计算不等长分段供电直线感应电机的动子进入定子段以及动子离开定子段时的动子覆盖定子占比a_s，分别如式(3)和式(4)所示：

其中，代表动子进入定子段时的动子覆盖定子占比，/>代表动子离开定子段时的动子覆盖定子占比，s代表当前动子尾部距离起始点距离，s_mover代表动子长度，/>代表第x段定子尾部的绝对位置，/>代表第x段定子头部距离起始点的绝对位置，/>代表第x段定子的长度，n为定子段的数量。

步骤S32，基于当前定子段的长度和最短定子段的长度关系计算定子段长度系数b_s，如式(5)所示：

其中，代表第x段定子的长度，s_min代表最短定子段的长度，n为定子段的数量。

步骤S33，基于动子段的长度和最短定子段的长度关系计算动子段长度系数c_s，如式(6)所示：

其中，s_mover代表动子长度，s_min代表最短定子段的长度。

如图5所示，为本发明不等长分段供电直线感应电机控制方法一种实施例的定子占比和长度系数曲线图，横坐标代表时间(单位：s)，图5上图纵坐标代表动子位置(单位：m)，图5中图纵坐标代表定子占比，图5下图纵坐标代表定子长度系数。

步骤S40，基于不等长直线感应电机的定子数学模型和动子数学模型以及各定子段覆盖动子的占比a_s、定子段长度系数b_s和动子长度系数c_s，获取不等长分段供电直线感应电机在稳态工况下的电压和磁链状态方程，如式(7)所示：

u_sα和u_sβ分别代表定子电压，Ψ_sα、Ψ_sβ、Ψ_rα和Ψ_rβ分别代表定子和动子磁链，i_sα、i_sβ、i_rα和i_rβ分别代表定子和动子电流，R_s代表定子电阻，R_r代表动子电阻，L_ls代表定子漏感，L_lr代表动子漏感，L_m代表互感。

步骤S50，基于所述电压和磁链状态方程，获取不等长直线感应电机定子段控制的前馈电压，并通过PI控制器实现电流的反馈闭环控制。

不等长直线感应电机定子段控制的前馈电压如式(8)所示：

其中，代表不等长直线感应电子定子段控制的前馈电压，R_s代表定子电阻，L_ls代表定子漏感，L_m代表互感，/>代表定子段dq轴的参考电流，ω_s代表磁场定向角速度。

磁场定向角速度ω_s，其计算方法如式(9)所示：

其中，代表动子速度为v时的电角速度，τ代表不等长分段直线感应电机的极距，/>代表控制滑差。

不等长分段供电直线感应电机，其控制策略采用所述控制滑差以及电流幅值的间接磁场定向，控制滑差/>以及电流幅值/>的计算方法如式(10)所示：

其中，R_r代表动子电阻，L_lr代表动子漏感，L_m代表互感。

步骤S60，将反馈闭环控制的输出参考电压与所述前馈电压相加，通过ipark变换获得三相坐标系的参考电压u_abc，完成不等长分段供电直线感应电机的推力闭环控制。

采集电机的三相电流，通过park变换获得旋转坐标系电机电流的反馈值，采用PI控制器实现电流的反馈闭环控制，输出参考电压，并将输出参考电压与前馈电压相加，再经过ipark变换得到三相坐标系的参考电压u_abc，完成分段供电直线感应电机的推力闭环控制。

本发明采用一实例对控制方法进行仿真验证，在Matlab simulink中搭建不等长分段供电直线感应电机控制方法验证平台，采用0.5微秒定步长仿真，控制周期为100微秒。图5为不等长直线感应电机定子占比和长度系数曲线图，由动子的位置可计算出当前电源供电动子覆盖定子的占比a_s和定子的长度系数b_s。图6为电机参考电流、电角速度、前馈电压和PI控制器输出电压。图7为定子段电压、电流和推力。由以上仿真结果可知，本发明提出的不等长分段供电直线电机控制方法可实现不等长分段直线电机推力平稳控制。

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不等长分段供电直线感应电机控制系统，该控制系统包括以下模块：

等效电路构建模块，配置为根据不等长分段供电直线感应电机的实际结构，构建定子数学模型的等效电路和动子数学模型的等效电路；

数学模型构建模块，配置为基于所述定子数学模型的等效电路构建不等长分段供电直线感应电机的定子数学模型；基于所述动子数学模型的等效电路构建不等长分段供电直线感应电机的动子数学模型；

参数计算模块，配置为由不等长分段供电直线感应电机的动子位置计算各定子段覆盖动子的占比a_s、定子段长度系数b_s和动子长度系数c_s；

电压和磁链状态方程构建模块，配置为基于不等长直线感应电机的定子数学模型和动子数学模型以及各定子段覆盖动子的占比a_s、定子段长度系数b_s和动子长度系数c_s，获取不等长分段供电直线感应电机在稳态工况下的电压和磁链状态方程；

前馈与反馈控制模块，配置为基于所述电压和磁链状态方程，获取不等长直线感应电机定子段控制的前馈电压，并通过PI控制器实现电流的反馈闭环控制；

推力闭环控制模块，配置为将反馈闭环控制的输出参考电压与所述前馈电压相加，通过ipark变换获得三相坐标系的参考电压u_abc，完成不等长分段供电直线感应电机的推力闭环控制。

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，上述实施例提供的不等长分段供电直线感应电机控制系统，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不等长分段供电直线感应电机控制方法。

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不等长分段供电直线感应电机控制方法。

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 (5)

1.一种不等长分段供电直线感应电机控制方法，其特征在于，该控制方法包括：

步骤S10，根据不等长分段供电直线感应电机的实际结构，构建定子数学模型的等效电路和动子数学模型的等效电路；

步骤S20，基于所述定子数学模型的等效电路构建不等长分段供电直线感应电机的定子数学模型；基于所述动子数学模型的等效电路构建不等长分段供电直线感应电机的动子数学模型；

步骤S30，由不等长分段供电直线感应电机的动子位置计算各定子段覆盖动子的占比a_s、定子段长度系数b_s和动子长度系数c_s，包括：

步骤S31，分别计算不等长分段供电直线感应电机的动子进入定子段以及动子离开定子段时的动子覆盖定子占比a_s：

其中，代表动子进入定子段时的动子覆盖定子占比，/>代表动子离开定子段时的动子覆盖定子占比，s代表当前动子尾部距离起始点距离，s_mover代表动子长度，/>代表第x段定子尾部的绝对位置，/>代表第x段定子头部距离起始点的绝对位置，/>代表第x段定子的长度，n为定子段的数量；

步骤S32，基于当前定子段的长度和最短定子段的长度关系计算定子段长度系数b_s：

其中，代表第x段定子的长度，s_min代表最短定子段的长度，n为定子段的数量；

步骤S33，基于动子段的长度和最短定子段的长度关系计算动子段长度系数c_s：

其中，s_mover代表动子长度，s_min代表最短定子段的长度；

步骤S40，基于不等长直线感应电机的定子数学模型和动子数学模型以及各定子段覆盖动子的占比a_s、定子段长度系数b_s和动子长度系数c_s，获取不等长分段供电直线感应电机在稳态工况下的电压和磁链状态方程：

u_sα和u_sβ分别代表定子电压，Ψ_sα、Ψ_sβ、Ψ_rα和Ψ_rβ分别代表定子和动子磁链，i_sα、i_sβ、i_rα和i_rβ分别代表定子和动子电流，R_s代表定子电阻，R_r代表动子电阻，L_ls代表定子漏感，L_lr代表动子漏感，L_m代表互感；

步骤S50，基于所述电压和磁链状态方程，获取不等长直线感应电机定子段控制的前馈电压，并通过PI控制器实现电流的反馈闭环控制；

步骤S60，将反馈闭环控制的输出参考电压与所述前馈电压相加，通过ipark变换获得三相坐标系的参考电压u_abc，完成不等长分段供电直线感应电机的推力闭环控制。

2.根据权利要求1所述的不等长分段供电直线感应电机控制方法，其特征在于，所述不等长直线感应电机定子段控制的前馈电压为：

其中，代表不等长直线感应电子定子段控制的前馈电压，R_s代表定子电阻，L_ls代表定子漏感，L_m代表互感，/>代表定子段dq轴的参考电流，ω_s代表磁场定向角速度。

3.根据权利要求2所述的不等长分段供电直线感应电机控制方法，其特征在于，所述磁场定向角速度ω_s为：

其中，代表动子速度为v时的电角速度，τ代表不等长分段直线感应电机的极距，/>代表控制滑差。

4.根据权利要求3所述的不等长分段供电直线感应电机控制方法，其特征在于，所述不等长分段供电直线感应电机，其控制策略采用所述控制滑差以及电流幅值/>的间接磁场定向，所述控制滑差/>以及电流幅值/>其计算方法为：

其中，R_r代表动子电阻，L_lr代表动子漏感，L_m代表互感。

5.一种不等长分段供电直线感应电机控制系统，其特征在于，该控制系统包括以下模块：

等效电路构建模块，配置为根据不等长分段供电直线感应电机的实际结构，构建定子数学模型的等效电路和动子数学模型的等效电路；

数学模型构建模块，配置为基于所述定子数学模型的等效电路构建不等长分段供电直线感应电机的定子数学模型；基于所述动子数学模型的等效电路构建不等长分段供电直线感应电机的动子数学模型；

参数计算模块，配置为由不等长分段供电直线感应电机的动子位置计算各定子段覆盖动子的占比a_s、定子段长度系数b_s和动子长度系数c_s，包括：

分别计算不等长分段供电直线感应电机的动子进入定子段以及动子离开定子段时的动子覆盖定子占比a_s：

其中，代表动子进入定子段时的动子覆盖定子占比，/>代表动子离开定子段时的动子覆盖定子占比，s代表当前动子尾部距离起始点距离，s_mover代表动子长度，/>代表第x段定子尾部的绝对位置，/>代表第x段定子头部距离起始点的绝对位置，/>代表第x段定子的长度，n为定子段的数量；

基于当前定子段的长度和最短定子段的长度关系计算定子段长度系数b_s：

其中，代表第x段定子的长度，s_min代表最短定子段的长度，n为定子段的数量；

基于动子段的长度和最短定子段的长度关系计算动子段长度系数c_s：

其中，s_mover代表动子长度，s_min代表最短定子段的长度；

电压和磁链状态方程构建模块，配置为基于不等长直线感应电机的定子数学模型和动子数学模型以及各定子段覆盖动子的占比a_s、定子段长度系数b_s和动子长度系数c_s，获取不等长分段供电直线感应电机在稳态工况下的电压和磁链状态方程：

u_sα和u_sβ分别代表定子电压，Ψ_sα、Ψ_sβ、Ψ_rα和Ψ_rβ分别代表定子和动子磁链，i_sα、i_sβ、i_rα和i_rβ分别代表定子和动子电流，R_s代表定子电阻，R_r代表动子电阻，L_ls代表定子漏感，L_lr代表动子漏感，L_m代表互感；

前馈与反馈控制模块，配置为基于所述电压和磁链状态方程，获取不等长直线感应电机定子段控制的前馈电压，并通过PI控制器实现电流的反馈闭环控制；

推力闭环控制模块，配置为将反馈闭环控制的输出参考电压与所述前馈电压相加，通过ipark变换获得三相坐标系的参考电压u_abc，完成不等长分段供电直线感应电机的推力闭环控制。