【技术实现步骤摘要】
基于数据驱动和机理模型融合的车载飞轮动态建模方法
[0001]本专利技术涉及磁悬浮电机的
,尤其涉及一种基于数据驱动和机理模型融合的车载飞轮动态建模方法。
技术介绍
[0002]近年来兴起的磁悬浮无轴承电机结合了磁轴承与开关磁阻电机的双重优点,可简化系统结构,提高临界转速与可靠性,将其用于飞轮领域,形成具备独特优势的磁悬浮飞轮电机,得到国内外学者广泛研究,相继出现径向分相、轴向分相等结构,其中轴向分相结构在实现电动/发电功能的同时,不额外增设磁轴承,仅用轴向分布的两套悬浮绕组即可实现径向四自由度悬浮,从而大幅提高系统集成度和临界转速,十分适合飞轮储能悬浮支承及能量的转化系统。
[0003]新型磁悬浮支承技术迅速发展,其作为高性能的支承技术,在航空、能源、国防、电力、空间科学等方面都有着重要的应用价值。其所支承的旋转系统向高转速、高精度和柔性化等方向发展,使磁悬浮支承系统结构动态特性的分析成为其研制过程中极为重要的环节。对磁轴承转子系统动态特性的研究,特别是结构系统的模态参数,包括模态频率、模态振型和阻尼,是磁轴 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于数据驱动和机理模型融合的车载飞轮动态建模方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、在线模型中,通过磁悬浮飞轮转子系统运动方程,计算磁悬浮飞轮转子系统输入和输出之间的传递函数矩阵;S2、根据步骤S1中的传递函数矩阵计算频响传递函数矩阵,根据步骤S1中的传递函数矩阵获取留数矩阵,在频域内计算留数矩阵与无阻尼固有频率、模态阻尼比之间的关系,以及留数矩阵与模态振型矩阵之间的关系;S3、根据步骤S2得到的频响传递函数矩阵,留数矩阵与无阻尼固有频率、模态阻尼比之间的关系,以及留数矩阵与模态振型矩阵之间的关系,通过最小二乘复频域方法求解频响传递函数矩阵与模态振型矩阵之间的关系,进而识别模态参数;S4、在离线模型中,构建磁悬浮飞轮转子系统的机理模型,将离线模型和在线模型相结合,获取样本数据,基于数据驱动和机理模型融合,构建极限学习机模型,所述极限学习机模型用于识别道路工况。2.根据权利要求1所述的一种基于数据驱动和机理模型融合的车载飞轮动态建模方法,其特征在于:所述步骤S1的具体过程为:S11、计算磁悬浮飞轮转子系统运动方程,其中运动方程的输入为磁悬浮飞轮转子系统的N维加速度、速度和位移响应向量,输出为磁悬浮飞轮转子系统的N维振动力向量;S12、对步骤S11中的磁悬浮飞轮转子系统运动方程进行拉普拉斯变换;S13、计算磁悬浮飞轮转子系统输入和输出之间的传递函数矩阵。3.根据权利要求2所述的一种基于数据驱动和机理模型融合的车载飞轮动态建模方法,其特征在于:所述步骤S1中的公式计算具体过程为:S11、计算磁悬浮飞轮转子系统运动方程:其中,[M]为质量矩阵,M∈R
n
×
n
,[C]是阻尼矩阵,C∈R
n
×
n
,[K]是刚度矩阵,K∈R
n
×
n
,x分别为磁悬浮飞轮转子系统输入的N维加速度、速度和位移响应向量,f(t)为磁悬浮飞轮转子系统输出的N维振动力向量;S12、对步骤S11中的磁悬浮飞轮转子系统运动方程进行拉普拉斯变换:([M]s2+[C]s+[K]){X(s)}={F(s)}其中,X(s)、F(s)为拉普拉斯变换后的公式,其中,X(s)、F(s)为拉普拉斯变换后的公式,S13、计算传递函数矩阵:令[V(s)]=([M]s2+[C]s+[K]),得:[V(s)]{X(s)}={F(s)}[H(s)]=[V(s)]
‑1=([M]s2+[C]s+[K])
‑1其中,[V(s)]是广义阻抗矩阵,反应磁悬浮飞轮转子系统动态特性,传递函数矩阵[H(s)]可表示为:
其中,a
ij
([V(s)])为广义阻抗矩阵的伴随矩阵,|V(s)|为广义阻抗矩阵的行列式。4.根据权利要求1所述的一种基于数据驱动和机理模型融合的车载飞轮动态建模方法,其特征在于:所述步骤S2的具体过程为:S21、根据傅里叶变换,将传递函数矩阵转化成频响传递函数矩阵,推导出磁悬浮飞轮转子系统频域内输出和输入关系;S22、计算步骤S1中获取的传递函数矩阵的特征方程,解出其特征根,所述特征根是关于无阻尼固有频率、模态阻尼比的表达式;S23、结合步骤S21中计算的特征方程和特征根,计算传递函数矩阵的留数矩阵,获取留数矩阵与无阻尼固有频率、模态阻尼比之间的关系;S24、根据磁悬浮飞轮转子系统的模态振型向量,获取留数矩阵与模态振型矩阵之间的关系。5.根据权利要求4所述的一种基于数据驱动和机理模型融合的车载飞轮动态建模方法,其特征在于:所述步骤S2的公式计算具体过程为:S21、在拉普拉斯公式中,令s=jω,根据傅里叶变换,将传递函数矩阵转化成频响传递函数矩阵,推导出磁悬浮飞轮转子系统频域内输出和输入关系;{X(ω)}=[H(ω)]{F(ω)}[H(ω)]=[V(ω)]
‑1={[K]
‑
ω2[M]+[C](jω)}
‑1其中,[H(ω)]是磁悬浮飞轮转子系统的频响传递函数矩阵,X(ω)、F(ω)分别为磁悬浮飞轮转子系统频域内的输入和输出;S22、计算步骤S1中获取的传递函数矩阵的特征方程,解出其特征根,所述特征根是关于无阻尼固有频率、模态阻尼比的表达式;于无阻尼固有频率、模态阻尼比的表达式;于无阻尼固有频率、模态阻尼比的表达式;其中,[H(s)]为步骤S1中计算的传递函数矩阵,a
ij
为[V(ω)]矩阵非对角元素,β
r
和α
r
是特征方程的一对共轭复数根,特征根β
r
和α
r
是实部σ
r
的阻尼因子,δ
r
表示阻尼固有频率;σ
r
=
‑
ε
r
ω
r
,ω
r
是第r阶无阻尼固有频率,ε
r
是第r阶模态阻尼比;S23、结合步骤S21中计算的特征方程和特征根,计算传递函数矩阵的留数矩阵,获取留数矩阵与无阻尼固有频率、模态阻尼比之间的关系;
[J]
r
=(s
‑
β
r
)[H(s)]其中,[J]
r
和[J
*
]
r
是特征方程的留数矩阵,结合S21和S22中的公式进而获取留数矩阵与无阻尼固有频率、模态阻尼比之间的关系;S24、根据磁悬浮飞轮转子系统的模态振型向量,获取留数矩阵与模态振型矩阵之间的关系:留数矩阵与磁悬浮飞轮转子系统的模态振型向量之间的关系:[J]
r
=Q
r
{φ
r
}{φ
r
}
T
[J
*
]
r
=Q
r*
{φ
r*
}{φ
r*
}
T
其中,Q
r
、Q
r*
分别是模态比例因子,{φ
r
}、{φ
r*
}分别是模态振型向量,磁悬浮飞轮转子系统所有的模态振型向量之间组成一个大矩阵,即为模态振型矩阵:[φ]=[{φ1}
…
{φ
N
}{φ
1*
}
…
{φ
N*
}]其中,N为模态阶数,φ
N
为对应N阶模态振型向量。6.根据权利要求1所述的一种基于数据驱动和机理模型融合的车载飞轮动态建模方法,其特征在于:所述步骤S3的具体过程为:S31、获取模态振型矩阵的加权正交条件计算公式;S32、结合频响传递函数矩阵,留数矩阵与无阻尼固有频率、模态阻尼比之间的关系,留数矩阵与模态振型矩阵之间的关系,以及模态振型矩阵的加权...
【专利技术属性】
技术研发人员:朱志莹,李鑫雅,张巍,孙玉坤,朱海浪,丛冰玉,倪钰惠,綦光鑫,
申请(专利权)人:南京工程学院,
类型:发明
国别省市:
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。