基于分段超高速直线电机快速切换供电控制方法及设备

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发明的范围。可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本技术的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。附图中的流程图和框图，图示了按照本技术各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。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发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，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发明的保护范围之内。

背景技术：

1、直线电机无需借助任何机械装置即可实现电能与直线运动机械能的转换，在地面磁悬浮交通、航天电磁发射、电磁推进地面超高速科学研究与试验设施等领域存在广泛的应用前景。为降低变频器供电容量，提高系统效率，直线电机一般采用分段供电形式。直线电机定子模组通过开关连接至变频器，运行过程中仅需为动子所在位置附近的直线电机定子模组供电，随着动子运动依次完成直线电机定子模组切换供电。以地面磁悬浮交通为例，直线电机定子通过机械开关连接至变频器，当磁悬浮列车驶离当前直线电机定子模组时，控制变频器输出电流逐渐下降至零，断开当前定子模组连接的机械开关，然后闭合下一段定子模组机械开关，再控制变频器输出电流逐渐升高至额定值，从而完成直线电机定子模组供电切换。

2、但是，对于超高速应用场合，如航天电磁发射和电磁推进地面超高速科学研究与试验设施等，需在数秒时间内加速至高速度，又因为直线电机定子模组供电距离短且动子运行速度高，切换供电频繁且需要在极短时间内完成，传统的机械开关响应速度慢，寿命短，无法满足超高速应用情况下的分段直线电机切换供电需求。为此，在超高速场合，一般采用反并联晶闸管作为双向开关完成直线电机定子模组切换供电。但是晶闸管仅能在电流过零时刻完成关断，因此在直线电机定子模组切换供电过程中存在缺相运行等不对称工况，切换过程中如果仍然采用传统的闭环控制策略，则切换时必然存在过流、电流畸变等问题，对直线电机和变频器安全稳定运行造成严重影响。

3、以下文献是与本发明相关的技术背景资料：

4、美国专利us 0284360《block switching transient minimization for linearmotors and inductive loads》提出将直线电机定子模组采用角接方式，避免了切换供电过程中缺相及过流问题，但该方法仅适用于角接直线电机，无法应用零序注入等方法提高变频器电压利用率。刊登在《电工技术学报》2022年第37卷第14期的《基于积分滑模的高速磁悬浮列车牵引控制策略》和《电工技术学报》2021年第36卷第2期的《基于自抗扰和负载功率前馈的高速磁悬浮系统pwm整流器控制策略》分别提出基于积分滑模和自抗扰前馈的切换控制方法，以提高切换供电速度和动态性能。但积分滑模控制方法存在严重依赖电机参数准确性问题，自抗扰前馈控制方法计算量大，存在参数调节困难等缺点。刊登在《中国电机工程学报》的《抑制电流波动的直线电机分段供电切换方法》提出将同一变频器供电的所有直线电机定子模组中性点相连接，在切换供电过程中通过检测每一相电流过零点完成晶闸管切换开关逐相关断与导通，不存在缺相运行情况，可以大幅度抑制切换供电过程中的过流水平。但在超高速情况下，变频器输出电流频率高，电流相邻过零点时间短，且受加工工艺以及齿槽效应影响，电流过零点分布可能不均匀，难以准确检测。另外，该方法实现切换供电需一个基波周期，时间较长。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的上述问题，即电机参数和模型复杂且频繁检测高频电流过零点的问题，本发明提供了一种分段超高速直线电机快速切换供电控制方法，所述方法基于分段超高速直线电机实施，所述分段超高速直线电机包括m个变频器、1个直线电机动子、n个直线电机定子模组和n台晶闸管切换开关；

2、其中m为正整数且m≥2，n为正整数且n＞m；

3、第j个直线电机定子模组通过第j晶闸管切换开关连接至第j个变频器；其中j为正整数且1≤j≤m；若第j+qm个直线电机定子模组存在，则第j+qm个直线电机定子模组通过第j个晶闸管切换开关连接至第个j变频器；q表示正整数；

4、所述快速切换供电方法包括：

5、本发明是以动子运动方向设置定子序号；

6、步骤s100，对直线电机上电，直线电机动子移动；

7、步骤s200，当直线电机动子由第j个直线电机定子模组的范围完全进入第j个直线电机定子模相邻的第j+m个电机定子模组的范围时，控制系统向第j台晶闸管切换开关下发关断信号，关断第j台晶闸管切换开关；

8、步骤s300，当第j台晶闸管切换开关三相均关断后，通过控制系统向第j+m晶闸管切换开关下发导通信号，完成分段超高速直线电机切换供电。

9、进一步的，所述晶闸管切换开关包括：

10、所述晶闸管切换开关与直线电机定子模块一一对应。

11、进一步的，所直线电机定子模组，具体包括：

12、每个直线电机定子的电阻90mω，定子互感为100μh，定子漏感为100μh。

13、进一步的，所述方法，具体包括：

14、定义电流由变频器精晶闸管切换开关流入直线电机定子模组为正向，电流由直线电机定子模组经晶闸管切换开关流入变频器为负向；

15、进一步的，所述步骤s200，具体包括：

16、晶闸管切换开关包括a相、b相和c相；

17、第j台晶闸管切换开关接收到关断信号后，包括如下6种情况：

18、当第j台晶闸管切换开关a相首先关断，且关断前a相电流为负方向，则第j个变频器输出电压为

19、

20、当第j台晶闸管切换开关a相首先关断，且关断前a相电流为正方向，则第j个变频器输出电压为

21、

22、当第j台晶闸管切换开关b相首先关断，且关断前b相电流为负方向，则第j个变频器输出电压为

23、

24、当第j台晶闸管切换开关b相首先关断，且关断前b相电流为正方向，则第j个变频器输出电压为

25、

26、当第j台晶闸管切换开关c相首先关断，且关断前b相电流为负方向，则第j个频器输出电压为

27、

28、当第j台晶闸管切换开关c相首先关断，且关断前b相电流为正方向，则第j个变频器输出电压为

29、

30、判断是否a相、b相和c相均关断，若以上a相、b相和c相都未能关断，等待a相、b相和c相关断直到到达预设时间进行重新判断；

31、其中ua为a相输出电压，ub为b相输出电压，uc为c相输出电压。

32、进一步的，所述步骤s300，具体包括：

33、当a相输出电压ua，b相输出电压ub和c相输出电压uc均为零，判断为三相均关断，开通第j+m晶闸管。

34、本发明的第二方面，提出了一种电子设备，包括：

35、至少一个处理器；以及

36、与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，

37、所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现上述的分段超高速直线电机快速切换供电控制方法。

38、本发明的第三方面，提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现上述的分段超高速直线电机快速切换供电控制方法。

39、本发明的有益效果：

40、(1)本发明的切换供电控制方法无需依赖依赖复杂的电机参数和模型，也无需进行高频电流过零点频繁检测，切换供电过程快速且实现简单；

41、(2)本发明的分段超高速直线电机快速切换供电控制方法能够极大提高切换供电速度和可靠性。