【技术实现步骤摘要】
所属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专利技术的范围。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专利技术的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本专利技术的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本专利技术的原理的前提下，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专利技术的保
技术介绍
1、直线感应电机具有动子结构简单且质量轻、可靠性高等优势，被广泛应用于高速磁悬列车以及航天器助推等领域。为提高效率，降低供电电源容量，定子通常采用分段供电的方式。晶闸管反并联结构的开关器件可以在电流过零时实现大电流关断，满足快速切换的要求。然而，高电压、瞬态大电流的工作条件以及较大的应力，使得切换开关极易发生故障。供电切换开关故障会导致定子电流产生较大波动，引起电机的不对称运行，进而触发系统保护，对整个电磁驱动系统的安全性产生极大的威胁。因此，实时感知切换开关的故障信息对提高电磁驱动系统可靠性具有重要意义。
2、超高速直线电机定子电流频率较高，从切换开关发生开路故障到保护动作这一过程仅持续几个毫秒，这对故障诊断算法的快速性和实时性提出了很高的要求。此外，分段供电切换过程是一个多种工况快速变化的暂态过程，针对多种工况均适用的故障特征难以构建。【《分段供电直线电机开关直通故障的在线诊断方法》，徐兴华，高电压技术】以拟合特征阻抗与计算值的误差总标准差作为故障特征对切换开关直通故障进行在线诊断，但特征阻抗的变化并非直通故障的独有特点，难以判断是否发生其他故障而引起。【《分段供电直线电机切换开关的关断故障在线诊断方法》，徐兴华，电机与控制学报】以电流过零信号占空比、电流的局部积分信号作为故障特征，通过对正常时的数据统计分析得到其异常判据。然而，当动子处于高速状态时，电流过零点难以捕捉，易导致过零点占空比信号出现异常。【《基于数据驱动的分段供电直线电机故障诊断研究》，腾腾，电机与控制学报】以三相电流的包络线平均值作为故障特征，利用神经网络进行学习分类，但该方法只适用于离线诊断。公开号为cn116594314a的专利公开了一种基于数字孪生的高速磁悬浮牵引系统故障诊断和优化控制方法。
3、cn113360718a公开了一种基于大数据分析的直线电机故障检测方法及系统，但仅适用于离线诊断。因此，对于超高速直线电机供电切换开关开路故障的在线诊断方法还需进一步研究。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中的上述问题，即现有的技术方案中缺少一种能够实时对高速运动状态的动子进行实时诊断的方法的问题，本专利技术提供了一种超高速直线电机供电切换故障数字孪生诊断方法，所述方法包括：
2、步骤s1，获取电流采样值，并根据等效电路构建数字孪生模型；
3、步骤s2，基于所述数字孪生模型，根据所述电流采样值计算电流预测值；所述数字孪生模型，包括供电切换开关数学模型和直线电机降维线电压模型；
4、步骤s3，基于所述电流预测值与电流采样值之差的绝对值除以控制器下发的电流给定值，获得残差向量并归一化；
5、步骤s4，基于归一化的残差向量进行滑动平均滤波和均方根滤波，获得第一除噪残差向量和第二除噪残差向量；
6、步骤s5，定义第一除噪残差向量的二范数为故障特征；
7、基于第二除噪残差向量设置自适应阈值；
8、步骤s6，基于所述故障特征和自适应阈值确定故障标志位置和故障所在相。
9、进一步的，所述供电切换开关数学模型为：
10、基于等效电路中的历史电流源ih和等效电导y构建，并通过电感支路和阻容支路模拟晶闸管的导通过程和关断过程，将导通过程的等值电路和关断过程的等值电路转化为诺顿等效电路，获得供电切换开关数学模型为：
11、
12、ih＝sw·(-ik)+(1-sw)·[y·(uk-ikr)]；
13、其中，sw表示开关状态，sw＝1表示导通，sw＝0表示关断，uk表示上一仿真周期开关支路的电压，ik表示上一仿真周期开关支路的电流，r表示诺顿等效电路中的电阻，l表示诺顿等效电路中的电感，c表示诺顿等效电路中的电容。
14、进一步的，所述直线电机降维线电压模型为：
15、由直线电机相电压方程中考虑中性点电流约束条件进行线性重构获得，所述直线电机降维线电压模型具体为：
16、ml4pis4+mr4is4＝us4；
17、其中，ml4表示降维后的定子线电压方程电感矩阵，mr4表示降维后的定子先电压方程电阻矩阵，is4表示定子中的四相电流，p表示位置，us4表示降维后的定子线电压。
18、进一步的，所述电流预测值，具体为：
19、下一周期定子四相电流预测值
20、
21、其中，ts表示一个周期的时间，isa4(k)表示第k个采样周期时电流物理采样值；eye(4)表示单位矩阵，mu表示电压矩阵，mi表示电流矩阵，us4表示定子中的四相电压。
22、下一周期定子六相电流预测值
23、
24、进一步的，所述残差向量，其获得方法为：
25、基于所述下一周期定子六相电流预测值与所述电流采样值isa之差的绝对值除以控制器下发的电流给定值iref获取残差向量e并获得归一化残差向量为：
26、
27、进一步的，所述步骤s4，具体为：
28、第一除噪残差向量eav为：
29、
30、第二除噪残差向量erms为：
31、
32、其中，n表示滑窗宽度，i表示数据点序号。
33、进一步的，所述自适应阈值δ，其获得方法为：
34、基于所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超高速直线电机供电切换故障数字孪生诊断方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的超高速直线电机供电切换故障数字孪生诊断方法，其特征在于，所述供电切换开关数学模型为：
3.根据权利要求2所述的超高速直线电机供电切换故障数字孪生诊断方法，其特征在于，所述直线电机降维线电压模型为：
4.根据权利要求3所述的超高速直线电机供电切换故障数字孪生诊断方法，其特征在于，所述电流预测值，具体为：
5.根据权利要求1所述的超高速直线电机供电切换故障数字孪生诊断方法，其特征在于，所述残差向量，其获得方法为：
6.根据权利要求1所述的超高速直线电机供电切换故障数字孪生诊断方法，其特征在于，所述步骤S4，具体为：
7.根据权利要求1所述的超高速直线电机供电切换故障数字孪生诊断方法，其特征在于，所述自适应阈值δ，其获得方法为：
8.根据权利要求1所述的超高速直线电机供电切换故障数字孪生诊断方法，其特征在于，所述步骤S6包括：
9.根据权利要求1所述的超高速直线电机供电切换故障数字孪生诊断
10.一种超高速直线电机供电切换故障数字孪生诊断系统，其特征在于，所述系统包括：
...【技术特征摘要】
1.一种超高速直线电机供电切换故障数字孪生诊断方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的超高速直线电机供电切换故障数字孪生诊断方法，其特征在于，所述供电切换开关数学模型为：
3.根据权利要求2所述的超高速直线电机供电切换故障数字孪生诊断方法，其特征在于，所述直线电机降维线电压模型为：
4.根据权利要求3所述的超高速直线电机供电切换故障数字孪生诊断方法，其特征在于，所述电流预测值，具体为：
5.根据权利要求1所述的超高速直线电机供电切换故障数字孪生诊断方法，其特征在于，所述残差向量，其获得方法为...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐飞，武旭，李耀华，李子欣，史黎明，高范强，赵聪，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：
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