一种直流电磁机构线圈静态磁链测量方法技术

本发明专利技术涉及电磁机构静态磁链测量技术领域，特别是公开了一种直流电磁机构线圈静态磁链测量方法，该方法包括如下步骤：步骤一，搭建直流电磁机构线圈电流测试平台；步骤二，建立实测电流分解和滤波模型，滤除无关高频噪声信号干扰；步骤三，建立直流电磁机构线圈电感等效改进一阶RC数学模型；步骤四，建立线圈电流

【技术实现步骤摘要】
一种直流电磁机构线圈静态磁链测量方法


[0001]本专利技术涉及电磁机构静态磁链测量
，特别是一种直流电磁机构线圈静态磁链测量方法。

技术介绍

[0002]工业和信息化部在《基础电子元器件产业发展行动计划(2021
‑
2023)》中指出面对百年未有之大变局和产业大升级、行业大融合的态势，加快电子元器件及配套材料和设备仪器等基础电子产业发展，对推进信息技术产业基础高级化、产业链现代化，乃至实现国民经济高质量发展具有重要意义。
[0003]在现实生活中，低压电器的使用量非常的大，并且应用范围也非常的广泛，电磁机构作为低压电器产品的重要部件，对低压电器的正常工作起决定性作用。在低压电器虚拟样机仿真等产品研发过程中，电磁机构磁路的设计关系到铁心、衔铁、轭铁等部件的磁状态。如果电磁机构磁路通过过多磁链，则铁心等部件会进入过饱和状态，使其磁导率迅速下降，从而降低电磁机构导磁能力，严重时达到几乎不导磁状态，极大降低电磁机构工作性能，影响低压电器正常工作。因此，电磁机构线圈静态磁链的快速、准确测量计算对低压电器的研发起重要作用。本领域技术人员需要一种通用的直流电磁机构线圈静态磁链测量方法，辅助电磁机构设计。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决上述问题，设计了一种直流电磁机构线圈静态磁链测量方法。
[0005]实现上述目的本专利技术的技术方案为，一种直流电磁机构线圈静态磁链测量方法，该方法包括如下步骤：
[0006]步骤一，搭建直流电磁机构线圈电流测试平台，获取电磁机构不同电流、不同位置下线圈电流
‑
时间关系；
[0007]步骤二，基于变分模态分解算法和皮尔逊相关系数建立实测电流分解和滤波模型，对实测电流
‑
时间关系进行滤波，滤除无关高频噪声信号干扰；
[0008]步骤三，将直流电磁机构线圈等效为改进一阶RC电路，建立直流电磁机构线圈电感等效改进数学模型；
[0009]步骤四，基于双平方权重算法和信赖域算法建立线圈电流
‑
时间关系改进一阶RC加权拟合模型；
[0010]步骤五，基于麻雀搜索算法建立直流电磁机构线圈电流
‑
时间关系最优改进一阶RC加权拟合模型，基于拟合优度判别拟合模型优劣；
[0011]步骤六，基于直流电磁机构建立线圈磁链模型，基于线圈电流
‑
时间关系最优改进一阶RC加权拟合模型求解线圈总磁链。
[0012]所述步骤一中搭建直流电磁机构线圈电流测试平台包括如下过程：
[0013]首先，将不导磁塞尺置于衔铁与铁心等部件之间固定衔铁位置，通过调整塞尺厚度调整衔铁位置；
[0014]其次，通过角度尺判断测试过程中所需衔铁具体位置；
[0015]再次，然后搭建直流电磁机构线圈电流测试平台，将直流恒压恒流线性电源调整到测试过程中所需恒定直流电压值，将示波器、电流探头以及电压探头调整到测试过程中所需测量条件；
[0016]最后，按下开关使电路接通，通过电流探头和电压探头捕获电磁机构线圈流过电流和两端电压并在示波器上显示对应线圈电流、线圈电压数据，完成直流电磁机构衔铁不同位置和线圈不同电流时线圈电流
‑
时间关系、线圈电压
‑
时间关系的测量。
[0017]所述步骤二中基于变分模态分解算法和皮尔逊相关系数建立实测电流分解和滤波模型的过程如下：首先基于变分模态分解算法将线圈电流
‑
时间关系原始信号分解成若干个子信号分量，具体分为变分问题的构造和变分问题的求解。其中，带约束的变分问题模型表示为：
[0018][0019]式中：u
k
、w
k
为各线圈电流模态分量及其对应中心频率；k为具有中心频率有限带宽线圈电流模态分量的个数；为对时间t的偏导数；δ(t)为单位冲击函数；f为线圈电流原始信号。
[0020]通过在式(1)中引入Lagrange乘子λ(t)和二次惩罚因子α转化为非约束性变分问题，表示为：
[0021][0022]基于交替方向乘子法求解式(2)的鞍点得到函数的最优解。
[0023]基于皮尔逊相关系数计算线圈电流原始信号与子信号分量之间的相关性，表示为：
[0024][0025]式中：rho(f,u
k
)为线圈电流原始信号与子信号分量间的相关系数；m为线圈电流信号数据个数；x
f,i
，为线圈电流原始信号和子信号第i个数据点；
[0026]根据皮尔逊相关系数选取相关系数最大的子信号分量，滤除其它子信号分量，获取滤波之后的线圈电流
‑
时间关系。
[0027]所述步骤三中建立直流电磁机构线圈电感等效数学模型是根据直流电磁机构线圈工作特性，将直流电磁机构线圈等效为一阶RC电路，建立线圈电感等效数学模型，即直流
电磁机构线圈电压平衡方程可表示为：
[0028][0029]式中：U为线圈电压；i(t)为线圈电流；R为线圈电阻；L为线圈电感。
[0030]对线圈电流
‑
时间关系一阶RC拟合模型式(4)进行变换得到式(5)表示为：
[0031][0032]引入距离参数d表征线圈电流小距离平移现象，修正一阶RC拟合模型，直流电磁机构线圈电流
‑
时间关系改进一阶RC拟合模型可表示为：
[0033][0034]式中：d：直流电磁机构线圈电流小距离平移距离；
[0035]所述步骤四中建立线圈电流
‑
时间关系改进一阶RC加权拟合模型的过程为：
[0036]基于双平方权重算法赋予不同电流
‑
时间关系数据点不同双平方权重，即越远离拟合线的数据点权重越低，可以最大限度减少由于外界电磁干扰等因素使示波器所测电流
‑
时间关系数据中异常值的影响，双平方权重表示为：
[0037][0038]式中：r
i
为普通最小二乘残差，h
i
为最小二乘拟合杠杆值；
[0039][0040]式中：K为调谐常数4.685；s为稳健标准偏差MAD/0.6745，其中MAD为残差的中值绝对偏差；
[0041][0042]式中：w
i
为不同电流数据点的双平方权重,基于信赖域算法迭代优化线圈电流
‑
时间关系一阶RC拟合模型中加权残差，得到最小加权残差对应的最优拟合电感值。
[0043]所述步骤五中建立直流电磁机构线圈电流
‑
时间关系最优改进一阶RC加权拟合模型的过程为：
[0044]将改进一阶RC拟合模型拟合优度R2的最大值作为麻雀搜索算法的优化目标，平移距离d作为优化变量，可表示为：
[0045][0046]麻雀搜索算法优化改进一阶RC拟合模型拟合优度R2具体步骤为：
[0047]步骤1：根据直流电磁机构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流电磁机构线圈静态磁链测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一，搭建直流电磁机构线圈电流测试平台，获取电磁机构不同电流、不同位置下线圈电流
‑
时间关系；步骤二，基于变分模态分解算法和皮尔逊相关系数建立实测电流分解和滤波模型，对实测电流
‑
时间关系进行滤波，滤除无关高频噪声信号干扰；步骤三，将直流电磁机构线圈等效为改进一阶RC电路，建立直流电磁机构线圈电感等效数学模型；步骤四，基于双平方权重算法和信赖域算法建立线圈电流
‑
时间关系改进一阶RC加权拟合模型；步骤五，基于麻雀搜索算法建立直流电磁机构线圈电流
‑
时间关系最优改进一阶RC加权拟合模型，基于拟合优度判别拟合模型优劣；步骤六，基于直流电磁机构建立线圈磁链模型，基于线圈电流
‑
时间关系最优改进一阶RC加权拟合模型求解线圈总磁链。2.根据权利要求1所述的一种直流电磁机构线圈静态磁链测量方法，其特征在于，所述步骤一中搭建直流电磁机构线圈电流测试平台包括如下过程：首先，将不导磁塞尺置于衔铁与铁心等部件之间固定衔铁位置，通过调整塞尺厚度调整衔铁位置；其次，通过角度尺判断测试过程中所需衔铁具体位置；再次，然后搭建直流电磁机构线圈电流测试平台，将直流恒压恒流线性电源调整到测试过程中所需恒定直流电压值，将示波器、电流探头以及电压探头调整到测试过程中所需测量条件；最后，按下开关使电路接通，通过电流探头和电压探头捕获电磁机构线圈流过电流和两端电压并在示波器上显示对应线圈电流、线圈电压数据，完成直流电磁机构衔铁不同位置和线圈不同电流时线圈电流
‑
时间关系、线圈电压
‑
时间关系的测量。3.根据权利要求1所述的一种直流电磁机构线圈静态磁链测量方法，其特征在于，所述步骤二中基于变分模态分解算法和皮尔逊相关系数建立实测电流分解和滤波模型的过程如下：首先基于变分模态分解算法将线圈电流
‑
时间关系原始信号分解成若干个子信号分量，具体分为变分问题的构造和变分问题的求解。其中，带约束的变分问题模型表示为：式中：u
k
、w
k
为各线圈电流模态分量及其对应中心频率；k为具有中心频率有限带宽线圈电流模态分量的个数；为对时间t的偏导数；δ(t)为单位冲击函数；f为线圈电流原始信号。通过在式(1)中引入Lagrange乘子λ(t)和二次惩罚因子α转化为非约束性变分问题，表示为：
基于交替方向乘子法求解式(2)的鞍点得到函数的最优解。基于皮尔逊相关系数计算线圈电流原始信号与子信号分量之间的相关性，表示为：式中：rho(f,u
k
)为线圈电流原始信号与子信号分量间的相关系数；m为线圈电流信号数据个数；x
f,i
，为线圈电流原始信号和子信号第i个数据点；根据皮尔逊相关系数选取相关系数最大的子信号分量，滤除其它子信号分量，获取滤波之后的线圈电流
‑
时间关系。4.根据权利要求1所述的一种直流电磁机构线圈静态磁链测量方法，其特征在于，所述步骤三中建立直流电磁机构线圈电感等效数学模型是根据直流电磁机构线圈工作特性，将直流电磁机构线圈等效为一阶RC电路，建立线圈电感等效数学模型，即直流电磁机构线圈电压平衡方程可表示为：式中：U为线圈电压；i(t)为线圈电流；R为线圈电阻；L为线圈电感。对线圈电流
‑
时间关系一阶RC拟合模型式(4)进行变换得到式(5)表示为：引入距离参数d表征小距离平移现象，修正一阶RC拟合模型，直流电磁机构线圈电流
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时间关系改进一阶RC拟合模型可表示为：式中：d：直流电磁机构线圈电流小距离平移距离；5.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵靖英，李宁，黄麟然，乔珩埔，郝潇飞，赵正元，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：