本發(fā)明涉及一種智能接觸器動(dòng)態(tài)模型的自動(dòng)構(gòu)建方法，特別是一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能接觸器動(dòng)態(tài)模型自動(dòng)構(gòu)建方法。

背景技術(shù)：

在接觸器智能控制技術(shù)的研究中離不開動(dòng)態(tài)仿真的支持，動(dòng)態(tài)仿真可以細(xì)致的體現(xiàn)接觸器起動(dòng)、保持及分?jǐn)嗳^(guò)程的電、磁、力間的相互作用關(guān)系，為控制方法的確定提供依據(jù)。接觸器動(dòng)態(tài)特性的復(fù)雜性不僅體現(xiàn)在磁路參數(shù)的分布性及磁化特性的非線性，還體現(xiàn)在電、磁、力間的相互耦合，目前接觸器動(dòng)態(tài)仿真主要有磁路法、有限元瞬態(tài)求解法及基于靜態(tài)數(shù)據(jù)的數(shù)值求解法，后兩種又可統(tǒng)一歸并為磁場(chǎng)法。

磁路法借鑒電路的計(jì)算方法對(duì)電磁系統(tǒng)進(jìn)行磁路等效計(jì)算，占用資源少，在工程上及優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有一定優(yōu)勢(shì)；有限元瞬態(tài)求解法，將整個(gè)求解時(shí)間分成多個(gè)步長(zhǎng)，在每個(gè)步長(zhǎng)中采用瞬態(tài)有限元方法計(jì)算電磁吸力，應(yīng)用該電磁吸力求解機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程得到運(yùn)動(dòng)部件位移，再根據(jù)該位移求解下一個(gè)步長(zhǎng)中的磁場(chǎng)及電磁吸力；基于靜態(tài)數(shù)據(jù)的數(shù)值求解法先通過(guò)有限元分析電磁機(jī)構(gòu)的靜態(tài)磁場(chǎng)，求得磁鏈、吸力與線圈電流、動(dòng)鐵心位移間的數(shù)據(jù)表格，然后利用該表格建立查表程序，再耦合電壓平衡方程和機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程，求解整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程。

虛擬樣機(jī)技術(shù)屬于基于靜態(tài)數(shù)據(jù)的數(shù)值求解法：先用三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件建立接觸器的幾何模型，然后將模型導(dǎo)入ansys(或其他電磁場(chǎng)分析軟件)進(jìn)行靜態(tài)吸力和磁鏈的計(jì)算，構(gòu)建插值表格；同時(shí)將模型導(dǎo)入多體動(dòng)力學(xué)軟件adams中，建立機(jī)械運(yùn)動(dòng)模型；最后，利用adams與控制軟件matlab/simulink的接口，完成仿真過(guò)程中吸力數(shù)據(jù)的交換；在每個(gè)仿真步長(zhǎng)中，控制軟件通過(guò)數(shù)據(jù)接口將電磁吸力傳遞給多體動(dòng)力學(xué)軟件進(jìn)行接觸器的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析；同時(shí)動(dòng)力學(xué)軟件將求得的銜鐵位移、速度等參量反饋給控制軟件并進(jìn)行查表計(jì)算，以確定新的磁鏈和吸力，如此反復(fù)，直至完成整個(gè)仿真過(guò)程。

以上仿真方法均需構(gòu)建接觸器的幾何模型，之后加載所用材料的電、磁、力的特性參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算，模型的構(gòu)建過(guò)程較為復(fù)雜，在構(gòu)建過(guò)程中往往采用大量的簡(jiǎn)化處理，仿真精度難以保證，構(gòu)建過(guò)程嚴(yán)重依賴接觸器的本體參數(shù)，導(dǎo)致不同型號(hào)的接觸器需要重新建模，工作量大，通用性不強(qiáng)。

本發(fā)明引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ann)技術(shù)，以接觸器的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)為樣本，來(lái)訓(xùn)練接觸器“速度求解子模型”及“反求電流子模型”，從而實(shí)現(xiàn)接觸器動(dòng)態(tài)模型的自動(dòng)構(gòu)建。該發(fā)明可以根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)方便、精確的構(gòu)建任意接觸器的動(dòng)態(tài)模型，整個(gè)建模過(guò)程僅需接觸器線圈電阻這一本體參數(shù)，摒棄了傳統(tǒng)仿真方法中大量的結(jié)構(gòu)特性及材料特性的建模仿真工作，建模效率高，仿真方法不依賴接觸器本體，具有通用性。在實(shí)際工程應(yīng)用中可以使接觸器在額定交流或直流工況下運(yùn)行，自動(dòng)構(gòu)建其動(dòng)態(tài)模型，提取接觸器動(dòng)態(tài)模型后在上位機(jī)融入一體化仿真技術(shù)，進(jìn)行智能控制模塊與接觸器本體動(dòng)態(tài)模型的逐點(diǎn)閉環(huán)仿真，從而實(shí)現(xiàn)智能接觸器動(dòng)態(tài)模型的自動(dòng)構(gòu)建，縮短智能接觸器的開發(fā)周期。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種智能接觸器動(dòng)態(tài)模型的自動(dòng)構(gòu)建方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)智能接觸器動(dòng)態(tài)模型的自動(dòng)構(gòu)建，縮短智能接觸器的開發(fā)周期。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種智能接觸器動(dòng)態(tài)模型的自動(dòng)構(gòu)建方法，首先，引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，配合接觸器實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集，來(lái)訓(xùn)練基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的接觸器速度求解子模型及反求電流子模型，實(shí)現(xiàn)接觸器動(dòng)態(tài)模型的自動(dòng)構(gòu)建；而后，融入一體化仿真技術(shù)，根據(jù)接觸器動(dòng)態(tài)模型及接觸器電磁系統(tǒng)等效電路通過(guò)動(dòng)態(tài)仿真程序的逐點(diǎn)閉環(huán)仿真，實(shí)現(xiàn)智能接觸器動(dòng)態(tài)模型的自動(dòng)構(gòu)建。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述接觸器動(dòng)態(tài)模型的自動(dòng)構(gòu)建具體過(guò)程如下：

s1、采用霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器對(duì)接觸器動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中的線圈電壓ucoil、線圈電流icoil進(jìn)行測(cè)量，采用激光位移傳感器對(duì)動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中的動(dòng)鐵心位移x及動(dòng)鐵心速度v進(jìn)行測(cè)量；

s2、根據(jù)步驟s1獲得的線圈電壓ucoil、線圈電流icoil配合線圈電阻rcoil，按照式(1)所示的磁路電壓平衡方程，進(jìn)行磁鏈計(jì)算，得到接觸器電磁系統(tǒng)的磁鏈ψ；

ψ＝∫(ucoil-icoilrcoil)(1)

s3、根據(jù)步驟s2計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行兩次神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，第一次神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練：以(ψ,x)向量作為輸入，以icoil向量作為期望輸出，建立接觸器(ψ,x)向量與icoil向量之間精確的非線性映射關(guān)系，得到接觸器速度求解子模型；而后，再進(jìn)行第二次神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練：以(ψ,icoil)向量作為輸入，以v向量作為期望輸出，建立接觸器(ψ,icoil)向量與v向量之間精確的非線性映射關(guān)系，得到接觸器反求電流子模型，從而完成接觸器動(dòng)態(tài)模型的自動(dòng)構(gòu)建。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述接觸器電磁系統(tǒng)等效電路為一可變電感與線圈電阻的串聯(lián)。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述接觸器動(dòng)態(tài)模型的自動(dòng)構(gòu)建是通過(guò)labview仿真軟件實(shí)現(xiàn)。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述接觸器電磁系統(tǒng)等效電路是通過(guò)multisim仿真軟件構(gòu)建。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，配合接觸器實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集，來(lái)訓(xùn)練基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的接觸器“速度求解子模型”及“反求電流子模型”，從而實(shí)現(xiàn)接觸器動(dòng)態(tài)模型的自動(dòng)構(gòu)建；在此基礎(chǔ)上融入一體化仿真技術(shù)，進(jìn)行接觸器智能控制模塊與動(dòng)態(tài)仿真程序的逐點(diǎn)閉環(huán)仿真，從而實(shí)現(xiàn)智能接觸器動(dòng)態(tài)模型的自動(dòng)構(gòu)建，縮短智能接觸器的開發(fā)周期。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明采用的ann程序訓(xùn)練原理圖。

圖2為本發(fā)明智能接觸器動(dòng)態(tài)模型自動(dòng)構(gòu)建原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說(shuō)明。

本發(fā)明的一種智能接觸器動(dòng)態(tài)模型的自動(dòng)構(gòu)建方法，首先，引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，配合接觸器實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集，來(lái)訓(xùn)練基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的接觸器速度求解子模型及反求電流子模型，實(shí)現(xiàn)接觸器動(dòng)態(tài)模型的自動(dòng)構(gòu)建；而后，融入一體化仿真技術(shù)，根據(jù)接觸器動(dòng)態(tài)模型及接觸器電磁系統(tǒng)等效電路通過(guò)動(dòng)態(tài)仿真程序的逐點(diǎn)閉環(huán)仿真，實(shí)現(xiàn)智能接觸器動(dòng)態(tài)模型的自動(dòng)構(gòu)建。

所述接觸器動(dòng)態(tài)模型的自動(dòng)構(gòu)建具體過(guò)程如下：

s1、采用霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器對(duì)接觸器動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中的線圈電壓ucoil、線圈電流icoil進(jìn)行測(cè)量，采用激光位移傳感器對(duì)動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中的動(dòng)鐵心位移x及動(dòng)鐵心速度v進(jìn)行測(cè)量；

s2、根據(jù)步驟s1獲得的線圈電壓ucoil、線圈電流icoil配合線圈電阻rcoil，按照式(1)所示的磁路電壓平衡方程，進(jìn)行磁鏈計(jì)算，得到接觸器電磁系統(tǒng)的磁鏈ψ；

ψ＝∫(ucoil-icoilrcoil)(1)

s3、根據(jù)步驟s2計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行兩次神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，第一次神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練：以(ψ,x)向量作為輸入，以icoil向量作為期望輸出，建立接觸器(ψ,x)向量與icoil向量之間精確的非線性映射關(guān)系，得到接觸器速度求解子模型；而后，再進(jìn)行第二次神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練：以(ψ,icoil)向量作為輸入，以v向量作為期望輸出，建立接觸器(ψ,icoil)向量與v向量之間精確的非線性映射關(guān)系，得到接觸器反求電流子模型，從而完成接觸器動(dòng)態(tài)模型的自動(dòng)構(gòu)建。

所述接觸器電磁系統(tǒng)等效電路為一可變電感與線圈電阻的串聯(lián)。所述接觸器動(dòng)態(tài)模型的自動(dòng)構(gòu)建是通過(guò)labview仿真軟件實(shí)現(xiàn)。所述接觸器電磁系統(tǒng)等效電路是通過(guò)multisim仿真軟件構(gòu)建。

以下為本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

本發(fā)明的智能接觸器動(dòng)態(tài)模型的自動(dòng)構(gòu)建方法，引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，配合接觸器實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集，來(lái)訓(xùn)練基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的接觸器“速度求解子模型”及“反求電流子模型”，從而實(shí)現(xiàn)接觸器動(dòng)態(tài)模型的自動(dòng)構(gòu)建；在此基礎(chǔ)上融入一體化仿真技術(shù)，進(jìn)行接觸器智能控制模塊與動(dòng)態(tài)仿真程序的逐點(diǎn)閉環(huán)仿真，從而實(shí)現(xiàn)智能接觸器動(dòng)態(tài)模型的自動(dòng)構(gòu)建。

本發(fā)明中采用的ann訓(xùn)練原理如圖1所示：首先采用霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器對(duì)接觸器動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中的線圈電壓ucoil、線圈電流icoil進(jìn)行測(cè)量，采用激光位移傳感器對(duì)動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中的動(dòng)鐵心位移x及動(dòng)鐵心速度v進(jìn)行測(cè)量，之后對(duì)以上測(cè)量信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在上位機(jī)中得到便于處理的數(shù)字信號(hào)，采集到的ucoil、icoil配合線圈電阻rcoil進(jìn)行磁鏈計(jì)算，得到ψ；然后進(jìn)行ann程序1的訓(xùn)練：以(ψ,x)向量作為輸入，以icoil向量作為期望輸出，對(duì)ann程序1進(jìn)行訓(xùn)練，建立接觸器(ψ,x)向量與icoil向量之間精確的非線性映射關(guān)系，訓(xùn)練好的ann程序1可以實(shí)現(xiàn)“已知接觸器電磁系統(tǒng)的磁鏈和動(dòng)鐵心位移反求線圈電流”；最后進(jìn)行ann程序2的訓(xùn)練：以(ψ,icoil)向量作為輸入，以v向量作為期望輸出，對(duì)ann程序2進(jìn)行訓(xùn)練，建立接觸器(ψ,icoil)向量與v向量之間精確的非線性映射關(guān)系，訓(xùn)練好的ann程序2可以實(shí)現(xiàn)“已知接觸器電磁系統(tǒng)的磁鏈和線圈電流求解動(dòng)鐵心速度”；最后利用訓(xùn)練好的ann程序1及ann程序2來(lái)構(gòu)建接觸器動(dòng)態(tài)仿真模型，仿真接觸器的整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程。

完整的動(dòng)態(tài)仿真模型如圖2所示，整體可分為：接觸器動(dòng)態(tài)仿真模型、電磁系統(tǒng)等效電路及其驅(qū)動(dòng)、智能控制策略三個(gè)部分。

接觸器動(dòng)態(tài)仿真模型：依據(jù)磁路電壓平衡方程：ψ＝∫(ucoil-icoilrcoil)構(gòu)建電壓平衡子模型，可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)輸入的線圈電壓ucoil、線圈電流icoil計(jì)算電磁系統(tǒng)的磁鏈ψ，為ann程序提供輸入數(shù)據(jù)；ann程序2用作ann求解速度子模型，以線圈電流icoil及磁鏈ψ為輸入向量，經(jīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的映射作用，輸出精確的動(dòng)鐵心速度v，動(dòng)鐵心速度v經(jīng)積分算子1/s的積分作用后得到動(dòng)鐵心位移x；ann程序1用作ann反求電流子模型，以磁鏈ψ及動(dòng)鐵心位移x為輸入向量，經(jīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的映射作用，輸出精確的線圈電流icoil；根據(jù)電感的基本定義構(gòu)建動(dòng)態(tài)電感子模型，可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)輸入的磁鏈ψ及線圈電流icoil計(jì)算磁路的動(dòng)態(tài)電感l(wèi)，即l＝ψ/icoil，作為連接接觸器動(dòng)態(tài)仿真與spice電路仿真的紐帶，從而進(jìn)行智能接觸器的仿真。以上子模型按圖2所示相互連接即可構(gòu)成完整的接觸器動(dòng)態(tài)仿真模型，模型整體的輸入為線圈電壓ucoil，為接觸器提供激勵(lì)源，該建模過(guò)程采用labview可以方便的實(shí)現(xiàn)。

電磁系統(tǒng)等效電路及其驅(qū)動(dòng)：接觸器電磁系統(tǒng)等效電路為一可變電感與線圈電阻的串聯(lián)，在每個(gè)仿真步長(zhǎng)中根據(jù)上述接觸器動(dòng)態(tài)仿真模型發(fā)送的動(dòng)態(tài)電感l(wèi)值來(lái)更新該可變電感，模擬接觸器的運(yùn)動(dòng)反電勢(shì)；電磁系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路可以利用multisim豐富的電子元件庫(kù)而任意構(gòu)建，最后進(jìn)行spice電路仿真，該建模過(guò)程采用multisim可方便的實(shí)現(xiàn)。

智能控制策略：以接觸器動(dòng)態(tài)模型中的位移x及等效電路中的線圈電壓ucoil、線圈電流icoil等變量作為反饋，利用labview強(qiáng)大的可視化數(shù)據(jù)流編程環(huán)境來(lái)任意構(gòu)建各種智能控制策略，得到電磁系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，來(lái)控制接觸器的激磁狀態(tài)，將控制后的線圈電壓ucoil返回到接觸器的動(dòng)態(tài)仿真模型中，為接觸器提供激勵(lì)源。labview和multisim兩個(gè)獨(dú)立的仿真軟件同時(shí)進(jìn)行非線性時(shí)域仿真，然后在每一個(gè)仿真步長(zhǎng)結(jié)束時(shí)交換數(shù)據(jù)，依次循環(huán)，構(gòu)成逐點(diǎn)閉環(huán)的智能接觸器動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)。

以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。