CN114239299A - 基于Preisach模型的磁致伸缩确定方法及系统 - Google Patents

基于Preisach模型的磁致伸缩确定方法及系统 Download PDF

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CN114239299A CN202111573488.3A CN202111573488A CN114239299A CN 114239299 A CN114239299 A CN 114239299A CN 202111573488 A CN202111573488 A CN 202111573488A CN 114239299 A CN114239299 A CN 114239299A
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Abstract

本发明涉及一种基于Preisach模型的磁致伸缩确定方法及系统，属于铁磁材料磁致伸缩特性研究领域，将动态条件下铁磁材料的总损耗分解为磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗，并使用场分离的方法得出动态条件下的总磁场强度计算模型，结合磁致伸缩本质模型建立了磁致伸缩模型，在实际应用时仅根据静态条件下磁滞回线的实验数据确定磁致伸缩，避免了使用测量数据导致计算偏差的缺陷，有效提高了动态磁致伸缩分析的准确性。

Description

基于Preisach模型的磁致伸缩确定方法及系统
技术领域
本发明涉及铁磁材料磁致伸缩特性研究领域，特别是涉及一种基于Preisach模型的磁致伸缩确定方法及系统。
背景技术
磁致伸缩现象是磁性材料固有的重要特征之一，不同磁性材料的磁致伸缩特性主要通过该材料的蝴蝶曲线来表现。而磁性材料几乎存在于所有的电气设备中，如电力系统中变压器的铁心，发电机、电子线路中的电感线圈等，而磁致伸缩是电力设备铁心振动噪声的主要来源，国际上一直在讨论如何有效降低变压器、电抗器等电工装备的振动噪声。因此，有必要对铁心硅钢片的磁致伸缩特性进行探究，从而进一步解决电工装备的减振降噪问题。
目前激光测量方法已经被广泛应用到了硅钢片的磁致伸缩测量，许多学者关于取向和无取向硅钢片在应力、谐波、直流偏磁等工况下的磁致伸缩及其各向异性都有一定的研究，但是基本上都是在基于测量数据分析的基础上进行的，因此有必要建立磁致伸缩模型，使其利用尽可能少量的实验数据来获得准确有效的磁致伸缩特性。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于Preisach模型的磁致伸缩确定方法及系统，仅根据静态条件下磁滞回线的实验数据确定磁致伸缩，提高动态磁致伸缩分析的准确性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于Preisach模型的磁致伸缩确定方法，所述方法包括：
构建静态磁场强度模型；
基于损耗统计理论，将动态条件下铁磁材料的总损耗分解为磁致损耗、涡流损耗和剩余损耗；
分别确定涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型；
根据涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型，基于场分离理论，确定动态总磁场强度计算模型；
根据动态总磁场强度计算模型，结合磁致伸缩本质模型和静态磁场强度模型，确定动态磁致伸缩模型；所述动态磁致伸缩模型为磁致伸缩与磁感应强度和静态磁场强度的关系模型；
获取待测铁磁材料的磁感应强度；
根据待测铁磁材料的磁感应强度和待测铁磁材料的极限磁滞回线，利用所述动态磁致伸缩模型，获得待测铁磁材料的磁致伸缩。
可选的，所述静态磁场强度模型为：
Figure BDA0003424549900000021
其中，Hhy为静态磁场强度，Ev(B0,b0)为以B0和b0为变量的Everett函数离散值，Ev(Bk,bk-1)为以Bk和bk-1为变量的Everett函数离散值，Ev(Bk,bk)为以Bk和bk为变量的Everett函数离散值，n(t)为等分点的数量，bk和bk-1分别为一阶回转曲线上两个不同点的磁感应强度，Bk为一阶回转曲线回转点的磁感应强度。
可选的，所述根据动态总磁场强度计算模型，结合磁致伸缩本质模型和静态磁场强度模型，确定动态磁致伸缩模型，具体包括：
建立磁致伸缩本质模型为
Figure BDA0003424549900000022
其中，λ为磁致伸缩，λm为饱和壁移磁化强度对应的磁致伸缩，Mm为饱和壁移磁化强度，M为壁移磁化强度，χ为阶跃函数，
Figure BDA0003424549900000023
根据动态总磁场强度计算模型，结合磁致伸缩本质模型和静态磁场强度模型，确定动态磁致伸缩模型为
Figure BDA0003424549900000031
其中，μ0为真空磁导率，B为磁感应强度，d为硅钢片厚度，ρ为电阻率，β为形状参数，γ为系数，G为无量纲系数，w为叠片宽度，H0为表征磁体局部磁场分布的统计参数。
可选的，所述根据待测铁磁材料的磁感应强度和待测铁磁材料的极限磁滞回线，利用所述动态磁致伸缩模型，获得待测铁磁材料的磁致伸缩，具体包括：
根据待测铁磁材料的极限磁滞回线，采用Preisach模型的求解方法，计算所述动态磁致伸缩模型中的静态磁场强度；
根据待测铁磁材料的磁感应强度和计算的静态磁场强度，利用所述动态磁致伸缩模型，获得待测铁磁材料的磁致伸缩。
可选的，所述根据待测铁磁材料的极限磁滞回线，采用Preisach模型的求解方法，计算所述动态磁致伸缩模型中的静态磁场强度，具体包括：
生成待测铁磁材料的极限磁滞回线的一阶回转曲线；
根据一阶回转曲线，利用公式
Figure BDA0003424549900000032
获得多个离散的Everett函数值；其中，B(Hα)为极限磁滞回线上输入为磁场强度Hα时对应的磁感应强度，B(Hα,Hβ)为以(Hα,B(Hα))为回转点时，一阶回转曲线上输入为磁场强度Hβ时对应的磁感应强度，Ev(Hα,Hβ)为以磁场强度Hα，Hβ为变量的Everett函数离散值；
根据多个离散的Everett函数值，利用静态磁场强度模型，获得所述动态磁致伸缩模型中的静态磁场强度。
可选的，所述生成待测铁磁材料的极限磁滞回线的一阶回转曲线，具体包括：
将极限磁滞回线的回转点确定为一阶回转曲线的回转点；
等分回转点和饱和磁感应强度之间的磁感应强度区间，获得多个等分点和每个等分点对应的磁感应强度；
构建每个等分点的磁感应强度对应的极限磁滞回线上升支磁场强度和在一阶回转曲线上磁场强度的差值模型为ΔH(x)＝ΔHrev·(1-b)xe-a(1-x)+ΔHout(BP)·bxc；其中，ΔH(x)为等分点的磁感应强度对应的极限磁滞回线上升支磁场强度和在一阶回转曲线上磁场强度的差值，ΔHrev为一阶回转曲线回转点对应的极限磁滞回线水平宽度，ΔHrev＝Ha(BR)-Hd(BR)，Ha(BR)、Hd(BR)分别为回转点R对应的极限磁滞回线上升支和下降支磁场强度，x为等分点在一阶回转曲线中的相对位置，
Figure BDA0003424549900000041
ΔB为等分点P与正深度饱和点T之间磁感应强度差值，ΔBrev为一阶回转曲线上回转点R与正深度饱和点T之间的垂直宽度，ΔBrev＝BT-BR，BT为正深度饱和点T处磁感应强度；BR为回转点R处磁感应强度，ΔHout(BP)为BP对应的极限磁滞回线水平宽度，ΔHout(BP)＝Ha(BP)-Hd(BP)，Ha(Bp)、Hd(Bp)分别为等分点P对应的极限磁滞回线上升支和下降支磁场强度，a、b、c分别为第一、第二、第三参数；
利用均方根逼近得出所述差值模型中a、b、c的最优值为
Figure BDA0003424549900000042
其中，β为回转点R在一阶回转曲线中的相对位置，
Figure BDA0003424549900000043
ΔBout为极限磁滞回线正、负深度饱和点之间磁感应强度差值；
将a、b、c的最优值带入所述差值模型，确定最终的差值模型；
根据每个等分点对应的磁感应强度和最终的差值模型，利用公式HP＝Ha(BP)-ΔH(x)，确定每个等分点在一阶回转曲线上对应的磁场强度；其中，HP为一阶回转曲线上等分点P处的磁场强度，BP为等分点P对应的磁感应强度，Ha(BP)为BP对应的极限磁滞回线上升支磁场强度；
根据每个等分点在一阶回转曲线上对应的磁场强度和每个等分点对应的磁感应强度，确定每个等分点在一阶回转曲线上的位置；
将所有等分点与回转点依次连接，生成待测铁磁材料的极限磁滞回线的一阶回转曲线。
一种基于Preisach模型的磁致伸缩确定系统，所述系统包括：
静态磁场强度模型构建模块，用于构建静态磁场强度模型；
损耗分解模块，用于基于损耗统计理论，将动态条件下铁磁材料的总损耗分解为磁致损耗、涡流损耗和剩余损耗；
计算模型确定模块，用于分别确定涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型；
动态总磁场强度计算模型确定模块，用于根据涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型，基于场分离理论，确定动态总磁场强度计算模型；
动态磁致伸缩模型确定模块，用于根据动态总磁场强度计算模型，结合磁致伸缩本质模型和静态磁场强度模型，确定动态磁致伸缩模型；所述动态磁致伸缩模型为磁致伸缩与磁感应强度和静态磁场强度的关系模型；
磁感应强度获取模块，用于获取待测铁磁材料的磁感应强度；
磁致伸缩获得模块，用于根据待测铁磁材料的磁感应强度和待测铁磁材料的极限磁滞回线，利用所述动态磁致伸缩模型，获得待测铁磁材料的磁致伸缩。
可选的，所述静态磁场强度模型为：
Figure BDA0003424549900000051
其中，Hhy为静态磁场强度，Ev(B0,b0)为以B0和b0为变量的Everett函数离散值，Ev(Bk,bk-1)为以Bk和bk-1为变量的Everett函数离散值，Ev(Bk,bk)为以Bk和bk为变量的Everett函数离散值，n(t)为等分点的数量，bk和bk-1分别为一阶回转曲线上两个不同点的磁感应强度，Bk为一阶回转曲线回转点的磁感应强度。
可选的，所述动态磁致伸缩模型确定模块，具体包括：
磁致伸缩本质模型建立子模块，用于建立磁致伸缩本质模型为
Figure BDA0003424549900000052
其中，λ为磁致伸缩，λm为饱和壁移磁化强度对应的磁致伸缩，Mm为饱和壁移磁化强度，M为壁移磁化强度，χ为阶跃函数，
Figure BDA0003424549900000061
动态磁致伸缩模型确定子模块，用于根据动态总磁场强度计算模型，结合磁致伸缩本质模型和静态磁场强度模型，确定动态磁致伸缩模型为
Figure BDA0003424549900000062
其中，μ0为真空磁导率，B为磁感应强度，d为硅钢片厚度，ρ为电阻率，β为形状参数，γ为系数，G为无量纲系数，w为叠片宽度，H0为表征磁体局部磁场分布的统计参数。
可选的，所述磁致伸缩获得模块，具体包括：
静态磁场强度计算子模块，用于根据待测铁磁材料的极限磁滞回线，采用Preisach模型的求解方法，计算所述动态磁致伸缩模型中的静态磁场强度；
磁致伸缩计算子模块，用于根据待测铁磁材料的磁感应强度和计算的静态磁场强度，利用所述动态磁致伸缩模型，获得待测铁磁材料的磁致伸缩。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开一种基于Preisach模型的磁致伸缩确定方法及系统，将动态条件下铁磁材料的总损耗分解为磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗，并使用场分离的方法得出动态条件下的总磁场强度计算模型，结合磁致伸缩本质模型建立了磁致伸缩模型，在实际应用时仅根据静态条件下磁滞回线的实验数据确定磁致伸缩，避免了使用测量数据导致计算偏差的缺陷，有效提高了动态磁致伸缩分析的准确性。
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种基于Preisach模型的磁致伸缩确定方法的流程图；
图2为本发明提供的一种基于Preisach模型的磁致伸缩确定方法的原理图；
图3为本发明提供的一阶回转曲线生成流程图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
本发明的目的是提供一种基于Preisach模型的磁致伸缩确定方法及系统，仅根据静态条件下磁滞回线的实验数据确定磁致伸缩，提高动态磁致伸缩分析的准确性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供了一种基于Preisach模型的磁致伸缩确定方法，如图1-2所示，方法包括：
步骤101，构建静态磁场强度模型。
静态磁场强度模型为：
Figure BDA0003424549900000071
其中，Hhy为静态磁场强度，Ev(B0,b0)为以B0和b0为变量的Everett函数离散值，Ev(Bk,bk-1)为以Bk和bk-1为变量的Everett函数离散值，Ev(Bk,bk)为以Bk和bk为变量的Everett函数离散值，n(t)为等分点的数量，bk和bk-1分别为一阶回转曲线上两个不同点的磁感应强度，Bk为一阶回转曲线回转点的磁感应强度。
步骤102，基于损耗统计理论，将动态条件下铁磁材料的总损耗分解为磁致损耗、涡流损耗和剩余损耗。
步骤103，分别确定涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型。
(1)涡流损耗计算模型为
Figure BDA0003424549900000081
其中，Wed为涡流损耗，d为硅钢片厚度，ρ为电阻率，β为形状参数，B为磁感应强度，t为时间。
(2)剩余损耗计算模型为
Figure BDA0003424549900000082
其中，Wan为剩余损耗，G为无量纲系数(G＝0.1375)，w为叠片宽度，H0为表征磁体局部磁场分布的统计参数。
在剩余损耗表达式中，H0的大小与交流峰值磁密Bm有关，无法直接求解。由总损耗Wtotal与磁滞损耗Why、涡流损耗Wed、剩余损耗Wan的关系可知，总损耗与涡流损耗之间的差值Wtotal-Wed和频率f的均方根f0.5之间呈线性关系。该线性关系对应的函数与纵坐标的交点即为磁滞损耗Why分量。因而在求出斜率后，即可快速计算出H0的大小。
剩余损耗计算模型的确定方法为：
采用数值拟合的方法确定总损耗和涡流损耗的差值与频率的均方根之间的线性关系式；
根据线性关系式的斜率，利用公式
Figure BDA0003424549900000083
确定表征磁体局部磁场分布的统计参数；其中，K为斜率，H0为表征磁体局部磁场分布的统计参数，G为无量纲系数，w为叠片宽度，Bm为交流峰值磁密；
将统计参数代入公式
Figure BDA0003424549900000084
中，获得剩余损耗计算模型；其中，Wan为剩余损耗。
步骤104，根据涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型，基于场分离理论，确定动态总磁场强度计算模型。
具体包括：
根据涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型，基于场分离理论，获得总损耗模型为
Figure BDA0003424549900000091
其中，W为总损耗，Why为磁致损耗，Hhy为静态磁场强度；
根据总损耗模型，确定动态总磁场强度计算模型为
Figure BDA0003424549900000092
其中，Htotal为动态总磁场强度，γ为系数。
步骤105，根据动态总磁场强度计算模型，结合磁致伸缩本质模型和静态磁场强度模型，确定动态磁致伸缩模型；动态磁致伸缩模型为磁致伸缩与磁感应强度和静态磁场强度的关系模型。
具体包括：
建立磁致伸缩本质模型为
Figure BDA0003424549900000093
其中，λ为磁致伸缩，λm为饱和壁移磁化强度对应的磁致伸缩，Mm为饱和壁移磁化强度，M为壁移磁化强度，χ为阶跃函数，
Figure BDA0003424549900000094
根据动态总磁场强度计算模型，结合磁致伸缩本质模型和静态磁场强度模型，确定动态磁致伸缩模型为
Figure BDA0003424549900000095
其中，μ0为真空磁导率，B为磁感应强度，d为硅钢片厚度，ρ为电阻率，β为形状参数，γ为系数，G为无量纲系数，w为叠片宽度，H0为表征磁体局部磁场分布的统计参数。
步骤106，获取待测铁磁材料的磁感应强度；
步骤107，根据待测铁磁材料的磁感应强度和待测铁磁材料的极限磁滞回线，利用动态磁致伸缩模型，获得待测铁磁材料的磁致伸缩。
具体包括：
S1，根据待测铁磁材料的极限磁滞回线，采用Preisach模型的求解方法，计算动态磁致伸缩模型中的静态磁场强度，包括以下步骤；
S1-1，生成待测铁磁材料的极限磁滞回线的一阶回转曲线，具体生成过程为：
(1)将极限磁滞回线的回转点确定为一阶回转曲线的回转点；
(2)等分回转点和饱和磁感应强度之间的磁感应强度区间，获得多个等分点和每个等分点对应的磁感应强度；
(3)构建每个等分点的磁感应强度对应的极限磁滞回线上升支磁场强度和在一阶回转曲线上磁场强度的差值模型为ΔH(x)＝ΔHrev·(1-b)xe-a(1-x)+ΔHout(BP)·bxc；其中，ΔH(x)为等分点的磁感应强度对应的极限磁滞回线上升支磁场强度和在一阶回转曲线上磁场强度的差值，ΔHrev为一阶回转曲线回转点对应的极限磁滞回线水平宽度，ΔHrev＝Ha(BR)-Hd(BR)，Ha(BR)、Hd(BR)分别为回转点R对应的极限磁滞回线上升支和下降支磁场强度，x为等分点在一阶回转曲线中的相对位置，
Figure BDA0003424549900000101
ΔB为等分点P与正深度饱和点T之间磁感应强度差值，ΔBrev为一阶回转曲线上回转点R与正深度饱和点T之间的垂直宽度，ΔBrev＝BT-BR，BT为正深度饱和点T处磁感应强度；BR为回转点R处磁感应强度，ΔHout(BP)为BP对应的极限磁滞回线水平宽度，ΔHout(BP)＝Ha(BP)-Hd(BP)，Ha(Bp)、Hd(Bp)分别为等分点P对应的极限磁滞回线上升支和下降支磁场强度，a、b、c分别为第一、第二、第三参数；
(4)利用均方根逼近得出差值模型中a、b、c的最优值为
Figure BDA0003424549900000111
其中，β为回转点R在一阶回转曲线中的相对位置，
Figure BDA0003424549900000112
ΔBout为极限磁滞回线正、负深度饱和点之间磁感应强度差值；
(5)将a、b、c的最优值带入差值模型，确定最终的差值模型；
(6)根据每个等分点对应的磁感应强度和最终的差值模型，利用公式HP＝Ha(BP)-ΔH(x)，确定每个等分点在一阶回转曲线上对应的磁场强度；其中，HP为一阶回转曲线上等分点P处的磁场强度，BP为等分点P对应的磁感应强度，Ha(BP)为BP对应的极限磁滞回线上升支磁场强度；
(7)根据每个等分点在一阶回转曲线上对应的磁场强度和每个等分点对应的磁感应强度，确定每个等分点在一阶回转曲线上的位置；
(8)将所有等分点与回转点依次连接，生成待测铁磁材料的极限磁滞回线的一阶回转曲线。
参照图3，生成一阶回转曲线的过程总结为：
a：确定一阶回转曲线回转点R的位置，得到曲线上任一点P处磁场强度Hp；
一阶回转曲线回转点R对应的极限磁滞回线水平宽度，即磁场强度差值ΔHrev如下：
ΔHrev＝Ha(BR)-Hd(BR) (1)
其中，Ha(B)为极限磁滞回线上升支磁场强度；Hd(B)为极限磁滞回线下降支磁场强度；Ha(BR)、Hd(BR)分别为回转点R对应的极限磁滞回线上升支和下降支磁场强度；
所述一阶回转曲线回转点R与正深度饱和点T之间的垂直宽度，即磁感应强度差值ΔBrev如下：
ΔBrev＝BT-BR (2)
其中，BT为正深度饱和点T处磁感应强度；BR为回转点R处磁感应强度；
所述一阶回转曲线上任一点P处磁场强度HP如下：
HP＝Ha(BP)-ΔH (3)
其中，BP为P点磁感应强度；Ha(BP)为BP对应的极限磁滞回线上升支磁场强度；ΔH为BP对应的极限磁滞回线上升支磁场强度与P点磁场强度差值。
b：引入无量纲参数β及x分别表征点R及点P在一阶回转曲线中的相对位置；
用比值β表征回转点R在一阶回转曲线中的相对位置：
Figure BDA0003424549900000121
其中，ΔBout为极限磁滞回线正、负深度饱和点之间磁感应强度差值；
用比值x表征点P在一阶回转曲线中的相对位置：
Figure BDA0003424549900000122
其中，ΔB为点P与点T之间磁感应强度差值。
c：将同一磁感应强度BP对应的极限磁滞回线上升支磁场强度Ha(BP)与P点磁场强度HP差值ΔH(x)按变化速率用两项分量叠加表示；
ΔH(x)＝ΔHrev·(1-b)xe-a(1-x)+ΔHout(BP)·bxc (6)
ΔHout(BP)＝Ha(BP)-Hd(BP) (7)
其中，a、b、c为参数，其取值决定ΔH(x)变化速率；ΔHout(BP)为BP对应的极限磁滞回线水平宽度，即磁场强度差值。
d：利用均方根逼近得出上述表达式中系数a、b、c最优值；
系数a、b均与β有关，因此用关于β的多项式表示系数a、b，拟合结果如下：
a＝ΔBrev(7.73+2.76β-28.63β2+28.36β3) (8)
b＝0.22(1-β) (9)
c＝0.125 (10)
e：选取所得系数最优值，生成直流偏磁条件下铁磁材料一阶回转曲线。
S1-2，根据一阶回转曲线，利用公式
Figure BDA0003424549900000131
获得多个离散的Everett函数值；其中，B(Hα)为极限磁滞回线上输入为磁场强度Hα时对应的磁感应强度，B(Hα,Hβ)为以(Hα,B(Hα))为回转点时，一阶回转曲线上输入为磁场强度Hβ时对应的磁感应强度，Ev(Hα,Hβ)为以磁场强度Hα，Hβ为变量的Everett函数离散值；
S1-3，根据多个离散的Everett函数值，利用静态磁场强度模型，获得动态磁致伸缩模型中的静态磁场强度。
S2，根据待测铁磁材料的磁感应强度和计算的静态磁场强度，利用动态磁致伸缩模型，获得待测铁磁材料的磁致伸缩。
本发明将动态条件下铁磁材料的总损耗分解为磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗，并使用场分离的方法得出动态条件下的总磁场强度，结合磁致伸缩本质模型建立了磁致伸缩模型，算法简单；其次，本发明仅需极限磁滞回线的实验数据，所需实验数据少，避免了复杂的实验设计和测量工作以及由此造成的低效和误差，有效提高生成磁致伸缩特性模拟结果的准确性。
本发明还提供了一种基于Preisach模型的磁致伸缩确定系统，系统包括：
静态磁场强度模型构建模块，用于构建静态磁场强度模型；
损耗分解模块，用于基于损耗统计理论，将动态条件下铁磁材料的总损耗分解为磁致损耗、涡流损耗和剩余损耗；
计算模型确定模块，用于分别确定涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型；
动态总磁场强度计算模型确定模块，用于根据涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型，基于场分离理论，确定动态总磁场强度计算模型；
动态磁致伸缩模型确定模块，用于根据动态总磁场强度计算模型，结合磁致伸缩本质模型和静态磁场强度模型，确定动态磁致伸缩模型；动态磁致伸缩模型为磁致伸缩与磁感应强度和静态磁场强度的关系模型；
磁感应强度获取模块，用于获取待测铁磁材料的磁感应强度；
磁致伸缩获得模块，用于根据待测铁磁材料的磁感应强度和待测铁磁材料的极限磁滞回线，利用动态磁致伸缩模型，获得待测铁磁材料的磁致伸缩。
静态磁场强度模型为：
Figure BDA0003424549900000141
其中，Hhy为静态磁场强度，Ev(B0,b0)为以B0和b0为变量的Everett函数离散值，Ev(Bk,bk-1)为以Bk和bk-1为变量的Everett函数离散值，Ev(Bk,bk)为以Bk和bk为变量的Everett函数离散值，n(t)为等分点的数量，bk和bk-1分别为一阶回转曲线上两个不同点的磁感应强度，Bk为一阶回转曲线回转点的磁感应强度。
动态磁致伸缩模型确定模块，具体包括：
磁致伸缩本质模型建立子模块，用于建立磁致伸缩本质模型为
Figure BDA0003424549900000142
其中，λ为磁致伸缩，λm为饱和壁移磁化强度对应的磁致伸缩，Mm为饱和壁移磁化强度，M为壁移磁化强度，χ为阶跃函数，
Figure BDA0003424549900000143
动态磁致伸缩模型确定子模块，用于根据动态总磁场强度计算模型，结合磁致伸缩本质模型和静态磁场强度模型，确定动态磁致伸缩模型为
Figure BDA0003424549900000144
其中，μ0为真空磁导率，B为磁感应强度，d为硅钢片厚度，ρ为电阻率，β为形状参数，γ为系数，G为无量纲系数，w为叠片宽度，H0为表征磁体局部磁场分布的统计参数。
磁致伸缩获得模块，具体包括：
静态磁场强度计算子模块，用于根据待测铁磁材料的极限磁滞回线，采用Preisach模型的求解方法，计算动态磁致伸缩模型中的静态磁场强度；
磁致伸缩计算子模块，用于根据待测铁磁材料的磁感应强度和计算的静态磁场强度，利用动态磁致伸缩模型，获得待测铁磁材料的磁致伸缩。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于Preisach模型的磁致伸缩确定方法，其特征在于，所述方法包括：
构建静态磁场强度模型；
基于损耗统计理论，将动态条件下铁磁材料的总损耗分解为磁致损耗、涡流损耗和剩余损耗；
分别确定涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型；
根据涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型，基于场分离理论，确定动态总磁场强度计算模型；
根据动态总磁场强度计算模型，结合磁致伸缩本质模型和静态磁场强度模型，确定动态磁致伸缩模型；所述动态磁致伸缩模型为磁致伸缩与磁感应强度和静态磁场强度的关系模型；
获取待测铁磁材料的磁感应强度；
根据待测铁磁材料的磁感应强度和待测铁磁材料的极限磁滞回线，利用所述动态磁致伸缩模型，获得待测铁磁材料的磁致伸缩。
2.根据权利要求1所述的基于Preisach模型的磁致伸缩确定方法，其特征在于，所述静态磁场强度模型为：
Figure FDA0003424549890000011
其中，Hhy为静态磁场强度，Ev(B0,b0)为以B0和b0为变量的Everett函数离散值，Ev(Bk,bk-1)为以Bk和bk-1为变量的Everett函数离散值，Ev(Bk,bk)为以Bk和bk为变量的Everett函数离散值，n(t)为等分点的数量，bk和bk-1分别为一阶回转曲线上两个不同点的磁感应强度，Bk为一阶回转曲线回转点的磁感应强度。
3.根据权利要求2所述的基于Preisach模型的磁致伸缩确定方法，其特征在于，所述根据动态总磁场强度计算模型，结合磁致伸缩本质模型和静态磁场强度模型，确定动态磁致伸缩模型，具体包括：
建立磁致伸缩本质模型为
Figure FDA0003424549890000012
其中，λ为磁致伸缩，λm为饱和壁移磁化强度对应的磁致伸缩，Mm为饱和壁移磁化强度，M为壁移磁化强度，χ为阶跃函数，
Figure FDA0003424549890000021
根据动态总磁场强度计算模型，结合磁致伸缩本质模型和静态磁场强度模型，确定动态磁致伸缩模型为
Figure FDA0003424549890000022
其中，μ0为真空磁导率，B为磁感应强度，d为硅钢片厚度，ρ为电阻率，β为形状参数，γ为系数，G为无量纲系数，w为叠片宽度，H0为表征磁体局部磁场分布的统计参数。
4.根据权利要求3所述的基于Preisach模型的磁致伸缩确定方法，其特征在于，所述根据待测铁磁材料的磁感应强度和待测铁磁材料的极限磁滞回线，利用所述动态磁致伸缩模型，获得待测铁磁材料的磁致伸缩，具体包括：
根据待测铁磁材料的极限磁滞回线，采用Preisach模型的求解方法，计算所述动态磁致伸缩模型中的静态磁场强度；
根据待测铁磁材料的磁感应强度和计算的静态磁场强度，利用所述动态磁致伸缩模型，获得待测铁磁材料的磁致伸缩。
5.根据权利要求4所述的基于Preisach模型的磁致伸缩确定方法，其特征在于，所述根据待测铁磁材料的极限磁滞回线，采用Preisach模型的求解方法，计算所述动态磁致伸缩模型中的静态磁场强度，具体包括：
生成待测铁磁材料的极限磁滞回线的一阶回转曲线；
根据一阶回转曲线，利用公式
Figure FDA0003424549890000023
获得多个离散的Everett函数值；其中，B(Hα)为极限磁滞回线上输入为磁场强度Hα时对应的磁感应强度，B(Hα,Hβ)为以(Hα,B(Hα))为回转点时，一阶回转曲线上输入为磁场强度Hβ时对应的磁感应强度，Ev(Hα,Hβ)为以磁场强度Hα，Hβ为变量的Everett函数离散值；
根据多个离散的Everett函数值，利用静态磁场强度模型，获得所述动态磁致伸缩模型中的静态磁场强度。
6.根据权利要求5所述的基于Preisach模型的磁致伸缩确定方法，其特征在于，所述生成待测铁磁材料的极限磁滞回线的一阶回转曲线，具体包括：
将极限磁滞回线的回转点确定为一阶回转曲线的回转点；
等分回转点和饱和磁感应强度之间的磁感应强度区间，获得多个等分点和每个等分点对应的磁感应强度；
构建每个等分点的磁感应强度对应的极限磁滞回线上升支磁场强度和在一阶回转曲线上磁场强度的差值模型为ΔH(x)＝ΔHrev·(1-b)xe-a(1-x)+ΔHout(BP)·bxc；其中，ΔH(x)为等分点的磁感应强度对应的极限磁滞回线上升支磁场强度和在一阶回转曲线上磁场强度的差值，ΔHrev为一阶回转曲线回转点对应的极限磁滞回线水平宽度，ΔHrev＝Ha(BR)-Hd(BR)，Ha(BR)、Hd(BR)分别为回转点R对应的极限磁滞回线上升支和下降支磁场强度，x为等分点在一阶回转曲线中的相对位置，
Figure FDA0003424549890000031
ΔB为等分点P与正深度饱和点T之间磁感应强度差值，ΔBrev为一阶回转曲线上回转点R与正深度饱和点T之间的垂直宽度，ΔBrev＝BT-BR，BT为正深度饱和点T处磁感应强度；BR为回转点R处磁感应强度，ΔHout(BP)为BP对应的极限磁滞回线水平宽度，ΔHout(BP)＝Ha(BP)-Hd(BP)，Ha(Bp)、Hd(Bp)分别为等分点P对应的极限磁滞回线上升支和下降支磁场强度，a、b、c分别为第一、第二、第三参数；
利用均方根逼近得出所述差值模型中a、b、c的最优值为
Figure FDA0003424549890000032
其中，β为回转点R在一阶回转曲线中的相对位置，
Figure FDA0003424549890000033
ΔBout为极限磁滞回线正、负深度饱和点之间磁感应强度差值；
将a、b、c的最优值带入所述差值模型，确定最终的差值模型；
根据每个等分点对应的磁感应强度和最终的差值模型，利用公式HP＝Ha(BP)-ΔH(x)，确定每个等分点在一阶回转曲线上对应的磁场强度；其中，HP为一阶回转曲线上等分点P处的磁场强度，BP为等分点P对应的磁感应强度，Ha(BP)为BP对应的极限磁滞回线上升支磁场强度；
根据每个等分点在一阶回转曲线上对应的磁场强度和每个等分点对应的磁感应强度，确定每个等分点在一阶回转曲线上的位置；
将所有等分点与回转点依次连接，生成待测铁磁材料的极限磁滞回线的一阶回转曲线。
7.一种基于Preisach模型的磁致伸缩确定系统，其特征在于，所述系统包括：
静态磁场强度模型构建模块，用于构建静态磁场强度模型；
损耗分解模块，用于基于损耗统计理论，将动态条件下铁磁材料的总损耗分解为磁致损耗、涡流损耗和剩余损耗；
计算模型确定模块，用于分别确定涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型；
动态总磁场强度计算模型确定模块，用于根据涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型，基于场分离理论，确定动态总磁场强度计算模型；
动态磁致伸缩模型确定模块，用于根据动态总磁场强度计算模型，结合磁致伸缩本质模型和静态磁场强度模型，确定动态磁致伸缩模型；所述动态磁致伸缩模型为磁致伸缩与磁感应强度和静态磁场强度的关系模型；
磁感应强度获取模块，用于获取待测铁磁材料的磁感应强度；
磁致伸缩获得模块，用于根据待测铁磁材料的磁感应强度和待测铁磁材料的极限磁滞回线，利用所述动态磁致伸缩模型，获得待测铁磁材料的磁致伸缩。
8.根据权利要求7所述的基于Preisach模型的磁致伸缩确定系统，其特征在于，所述静态磁场强度模型为：
Figure FDA0003424549890000041
其中，Hhy为静态磁场强度，Ev(B0,b0)为以B0和b0为变量的Everett函数离散值，Ev(Bk,bk-1)为以Bk和bk-1为变量的Everett函数离散值，Ev(Bk,bk)为以Bk和bk为变量的Everett函数离散值，n(t)为等分点的数量，bk和bk-1分别为一阶回转曲线上两个不同点的磁感应强度，Bk为一阶回转曲线回转点的磁感应强度。
9.根据权利要求8所述的基于Preisach模型的磁致伸缩确定系统，其特征在于，所述动态磁致伸缩模型确定模块，具体包括：
磁致伸缩本质模型建立子模块，用于建立磁致伸缩本质模型为
Figure FDA0003424549890000051
其中，λ为磁致伸缩，λm为饱和壁移磁化强度对应的磁致伸缩，Mm为饱和壁移磁化强度，M为壁移磁化强度，χ为阶跃函数，
Figure FDA0003424549890000052
动态磁致伸缩模型确定子模块，用于根据动态总磁场强度计算模型，结合磁致伸缩本质模型和静态磁场强度模型，确定动态磁致伸缩模型为
Figure FDA0003424549890000053
其中，μ0为真空磁导率，B为磁感应强度，d为硅钢片厚度，ρ为电阻率，β为形状参数，γ为系数，G为无量纲系数，w为叠片宽度，H0为表征磁体局部磁场分布的统计参数。
10.根据权利要求9所述的基于Preisach模型的磁致伸缩确定系统，其特征在于，所述磁致伸缩获得模块，具体包括：
静态磁场强度计算子模块，用于根据待测铁磁材料的极限磁滞回线，采用Preisach模型的求解方法，计算所述动态磁致伸缩模型中的静态磁场强度；
磁致伸缩计算子模块，用于根据待测铁磁材料的磁感应强度和计算的静态磁场强度，利用所述动态磁致伸缩模型，获得待测铁磁材料的磁致伸缩。
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