阅读说明：本技术 用于长初级直线电机的分段供电控制系统和方法 (Sectional power supply control system and method for long primary LEM ) 是由 季旭 毛凯 张艳清 张志华 韦克康 于 2018-05-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及电机供电技术领域,公开了一种用于长初级直线电机的分段供电控制系统和方法。其中,该系统包括：多个变流器,用于对所述长初级直线电机的多个定子分段进行供电；检测计算装置,用于检测所述长初级直线电机的动子的运动位置,并基于所述运动位置计算所述动子的速度；控制器,用于接收所述运动位置和所述动子的速度,并根据所述动子的运动位置和所述动子的速度对变流器进行控制。由此,通过对动子位置进行定位以及获得动子的速度,可以精确控制每一段定子开通关断的时机,从而实现对定子逐段切换供电。(The present invention relates to motor power supply technique fields, disclose a kind of sectional power supply control system and method for long primary LEM.Wherein, which includes: multiple current transformers, is powered for multiple stator-sectionals to the long primary LEM；Computing device, the movement position of the mover for detecting the long primary LEM are detected, and calculates based on the movement position speed of the mover；Controller controls current transformer for receiving the speed of the movement position and the mover, and according to the speed of the movement position of the mover and the mover.As a result, by the way that the speed of mover is positioned and obtained to rotor position, the opportunity that each section of stator opens shutdown can be accurately controlled, switches power supply paragraph by paragraph to stator to realize.)

用于长初级直线电机的分段供电控制系统和方法

技术领域

本发明涉及电机供电技术领域，尤其涉及一种用于长初级直线电机的分段供电控制系统和方法。

背景技术

电磁推进技术是利用电磁力推动物体,使物体在电磁力作用下加速运动的技术。长初级直线电机将大功率电能输入置于初级侧，次级侧为感应板(直线感应电机)或永磁体(直线同步电机)，次级简单，特别适合用于有一定载重要求的电磁推进领域。然而，这样的方式却带来了了如下问题：由于电机初级侧较长，电能释放需基于次级侧位置而实时改变，若全程供电必然带来非次级耦合区的直线电机无效段的电能浪费，效率低下。因此，需要采用分段供电技术对长初级直线电机进行驱动控制。

电磁推进技术应用广泛，如磁悬浮列车、汽车碰撞测试、航母舰载机电磁弹射等，依据不同的加速度需求，现有的分段供电技术主要分为两种方式：对于低加速度需求，采取惯性滑过分段区，带速重投控制；对于高加速度需求，采取多段切换开关控制，保证在每段直线电机内均有推力输出。

然而，采用惯性滑过分段区、带速重投控制的方式虽然简单，但存在牺牲加速距离，工程上存在一定浪费；采用多段切换开关控制存在大量大功率晶闸管，线缆连接复杂，成本高，且推力波动难以控制的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种用于长初级直线电机的分段供电控制系统和方法，能够解决上述现有技术中的问题。

本发明的技术解决方案：一种用于长初级直线电机的分段供电控制系统，该系统包括：

多个变流器，用于对所述长初级直线电机的多个定子分段进行供电；

检测计算装置，用于检测所述长初级直线电机的动子的运动位置，并基于所述运动位置计算所述动子的速度；

控制器，用于接收所述运动位置和所述动子的速度，并根据所述动子的运动位置和所述动子的速度对变流器进行控制。

优选地，所述控制器根据所述动子的运动位置和所述动子的速度对变流器进行控制包括：

在所述动子的运动位置为所述动子运行于当前定子分段内的情况下，所述控制器控制与所述当前定子分段对应的变流器供电，其余变流器均不供电；

在所述动子的运动位置为所述动子运动进入下一定子分段且留在所述当前定子分段的动子的长度大于或等于动子总长度的一半的情况下，所述控制器控制与所述下一定子分段对应的变流器的速度环断开而电流环工作，并基于所述动子的速度控制与所述当前定子分段对应的变流器的速度环和电流环工作；

在所述动子的运动位置为所述动子运动进入下一定子分段且留在所述当前定子分段的动子的长度小于动子总长度的一半的情况下，所述控制器控制与所述当前定子分段对应的变流器的速度环断开而电流环工作，并基于所述动子的速度控制与所述下一定子分段对应的变流器的速度环和电流环工作；

在所述动子的运动位置为完全运行出当前定子分段的情况下，所述控制器控制与所述下一定子分段对应的变流器保持供电，并控制与所述当前定子分段对应的变流器停止供电。

优选地，所述控制器基于所述动子的速度控制与所述当前定子分段对应的变流器的速度环和电流环工作包括：

所述控制器基于所述动子的速度计算所述动子与所述当前定子分段的耦合面积，根据所计算的耦合面积控制与所述当前定子分段对应的变流器的速度环和电流环工作。

优选地，所述控制器基于所述动子的速度控制与所述下一定子分段对应的变流器的速度环和电流环工作包括：

所述控制器基于所述动子的速度计算所述动子与所述下一定子分段的耦合面积，根据所计算的耦合面积控制与所述下一定子分段对应的变流器的速度环和电流环工作。

优选地，所述检测计算装置为激光测距仪。

优选地，所述变流器的数量与所述长初级直线电机的定子分段的数量相同。

本发明还提供了一种用于长初级直线电机的分段供电控制方法，该方法包括：

利用检测计算装置检测所述长初级直线电机的动子的运动位置，并基于所述运动位置计算所述动子的速度；

利用控制器接收所述运动位置和所述动子的速度，并根据所述动子的运动位置和所述动子的速度对变流器进行控制，变流器的数量为多个，用于对所述长初级直线电机的多个定子分段进行供电。

优选地，根据所述动子的运动位置和所述动子的速度对变流器进行控制包括：

在所述动子的运动位置为所述动子运行于当前定子分段内的情况下，所述控制器控制与所述当前定子分段对应的变流器供电，其余变流器均不供电；

在所述动子的运动位置为所述动子运动进入下一定子分段且留在所述当前定子分段的动子的长度大于或等于动子总长度的一半的情况下，所述控制器控制与所述下一定子分段对应的变流器的速度环断开而电流环工作，并基于所述动子的速度控制与所述当前定子分段对应的变流器的速度环和电流环工作；

在所述动子的运动位置为所述动子运动进入下一定子分段且留在所述当前定子分段的动子的长度小于动子总长度的一半的情况下，所述控制器控制与所述当前定子分段对应的变流器的速度环断开而电流环工作，并基于所述动子的速度控制与所述下一定子分段对应的变流器的速度环和电流环工作；

在所述动子的运动位置为完全运行出当前定子分段的情况下，所述控制器控制与所述下一定子分段对应的变流器保持供电，并控制与所述当前定子分段对应的变流器停止供电。

优选地，基于所述动子的速度控制与所述当前定子分段对应的变流器的速度环和电流环工作包括：

基于所述动子的速度计算所述动子与所述当前定子分段的耦合面积，根据所计算的耦合面积控制与所述当前定子分段对应的变流器的速度环和电流环工作。

优选地，基于所述动子的速度控制与所述下一定子分段对应的变流器的速度环和电流环工作包括：

基于所述动子的速度计算所述动子与所述下一定子分段的耦合面积，根据所计算的耦合面积控制与所述下一定子分段对应的变流器的速度环和电流环工作。

通过上述技术方案，可以利用检测计算装置检测长初级直线电机的动子的运动位置并基于该运动位置计算得到动子的速度，利用控制器可以根据所述动子的运动位置和所述动子的速度对变流器进行控制。由此，通过对动子位置进行定位以及获得动子的速度，可以精确控制每一段定子(即，每一定子分段)开通关断(例如，通断电)的时机，从而实现对定子逐段切换供电。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种用于长初级直线电机的分段供电控制系统的方框图；

图2为本发明实施例提供的一种用于长初级直线电机的分段供电控制方法的流程图；

图3A和3B为本发明实施例提供的一种分段供电推力曲线示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。

在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

图1为本发明实施例提供的一种用于长初级直线电机的分段供电控制系统的方框图。

如图1所示，本发明实施例提供了一种用于长初级直线电机的分段供电控制系统，其中，该系统可以包括：

多个变流器10，用于对所述长初级直线电机的多个定子(也可以称为初级)分段进行供电；

在图1中，为了简洁的目的，仅示出了一个变流器10，但并非表示该系统仅包括一个变流器10。

检测计算装置20，用于检测所述长初级直线电机的动子(也可以称为次级)的运动位置，并基于所述运动位置计算所述动子的速度；

控制器30，用于接收所述运动位置和所述动子的速度，并根据所述动子的运动位置和所述动子的速度对变流器进行控制。

通过上述技术方案，可以利用检测计算装置检测长初级直线电机的动子的运动位置并基于该运动位置计算得到动子的速度，利用控制器可以根据所述动子的运动位置和所述动子的速度对变流器进行控制。由此，通过对动子位置进行定位以及获得动子的速度，可以精确控制每一段定子(即，每一定子分段)开通关断(例如，通断电)的时机，从而实现对定子逐段切换供电。

举例来讲，可以以定子分段为4个、变流器10的数量为4个(一个定子分段可以对应有一个为其供电的变流器)为例。在这种情况下，控制器30可以包括主控板和四个从控板。检测计算装置20可以依据压缩后的通信协议将位置信息和速度信息通过一帧数据包的RS422串口通讯传送至控制器30的主控板，主控板通过总线的方式将位置信息和速度信息同步共享给四个从板，以达到更好的实时性。

本领域技术人员应当理解，上述示例仅仅是示例性的，并非用于限定本发明。

根据本发明一种实施例，所述控制器30根据所述动子的运动位置和所述动子的速度对变流器进行控制可以包括：

在所述动子的运动位置为所述动子运行于当前定子分段内的情况下，所述控制器控制与所述当前定子分段对应的变流器供电，其余变流器均不供电；

也就是，当动子完全在当前分段中运行时，与之对应的变流器按照目标推力进行功率电输出完成反馈控制，其余各变流器均不供电。

在所述动子的运动位置为所述动子运动进入下一定子分段且留在所述当前定子分段的动子的长度大于或等于动子总长度的一半的情况下，所述控制器控制与所述下一定子分段对应的变流器的速度环断开而电流环工作，并基于所述动子的速度控制与所述当前定子分段对应的变流器的速度环和电流环工作；

也就是，在这种情况下，两个分段(当前定子分段和下一定子分段)各自的变流器可以同时供电。举例来讲，可以通过固定与下一定子分段对应的变流器的输出状态，仅调节与当前定子分段对应的变流器的输出，进而使得合力恒定。

在所述动子的运动位置为所述动子运动进入下一定子分段且留在所述当前定子分段的动子的长度小于动子总长度的一半的情况下，所述控制器控制与所述当前定子分段对应的变流器的速度环断开而电流环工作，并基于所述动子的速度控制与所述下一定子分段对应的变流器的速度环和电流环工作；

也就是，在这种情况下，举例来讲，可以通过固定与当前定子分段对应的变流器的输出状态，仅调节与下一定子分段对应的变流器的输出，进而使得合力恒定。

在所述动子的运动位置为完全运行出当前定子分段的情况下，所述控制器控制与所述下一定子分段对应的变流器保持供电，并控制与所述当前定子分段对应的变流器停止供电。

也就是，当动子完全运行出当前定子分段时，与之对应的变流器停止为其供电，此时仅有与下一定子分段对应的变流器工作，为直线电机提供驱动电流。至此，完成了当前定子分段与下一定子分段的供电切换控制。

本领域技术人员应当理解，其余定子分段的供电切换均与上述两个定子分段切换过程类似，本发明不再赘述。

根据本发明一种实施例，所述控制器30基于所述动子的速度控制与所述当前定子分段对应的变流器的速度环和电流环工作可以包括：

所述控制器30基于所述动子的速度计算所述动子与所述当前定子分段的耦合面积，根据所计算的耦合面积控制与所述当前定子分段对应的变流器的速度环和电流环工作。

其中，耦合面积与速度环和电流环之间呈线性关系，耦合面积越小，对应的速度和电流越小。

根据本发明一种实施例，所述控制器30基于所述动子的速度控制与所述下一定子分段对应的变流器的速度环和电流环工作可以包括：

所述控制器30基于所述动子的速度计算所述动子与所述下一定子分段的耦合面积，根据所计算的耦合面积控制与所述下一定子分段对应的变流器的速度环和电流环工作。

据本发明一种实施例，所述检测计算装置20可以为激光测距仪。

举例来讲，激光测距仪具有高采样频率、高精度的优点。通过该激光测距仪可以利用飞行测距法精确测量动子(次级板)的位置；同时，可以利用内置的高速处理芯片进行差分运算，计算出动子运动的速度信息。

根据本发明一种实施例，所述变流器10的数量与所述长初级直线电机的定子分段的数量可以相同。

图2为本发明实施例提供的一种用于长初级直线电机的分段供电控制方法的流程图。

如图2所示，本发明实施例提供了一种用于长初级直线电机的分段供电控制方法，其中，该方法可以包括：

S200，利用检测计算装置检测所述长初级直线电机的动子的运动位置，并基于所述运动位置计算所述动子的速度；

S202，利用控制器接收所述运动位置和所述动子的速度，并根据所述动子的运动位置和所述动子的速度对变流器进行控制，变流器的数量为多个，用于对所述长初级直线电机的多个定子分段进行供电。

通过上述技术方案，可以利用检测计算装置检测长初级直线电机的动子的运动位置并基于该运动位置计算得到动子的速度，利用控制器可以根据所述动子的运动位置和所述动子的速度对变流器进行控制。由此，通过对动子位置进行定位以及获得动子的速度，可以精确控制每一段定子(即，每一定子分段)开通关断(例如，通断电)的时机，从而实现对定子逐段切换供电。

根据本发明一种实施例，S202中根据所述动子的运动位置和所述动子的速度对变流器进行控制可以包括：

在所述动子的运动位置为所述动子运行于当前定子分段内的情况下，所述控制器控制与所述当前定子分段对应的变流器供电，其余变流器均不供电；

在所述动子的运动位置为所述动子运动进入下一定子分段且留在所述当前定子分段的动子的长度大于或等于动子总长度的一半的情况下，所述控制器控制与所述下一定子分段对应的变流器的速度环断开而电流环工作，并基于所述动子的速度控制与所述当前定子分段对应的变流器的速度环和电流环工作；

在所述动子的运动位置为所述动子运动进入下一定子分段且留在所述当前定子分段的动子的长度小于动子总长度的一半的情况下，所述控制器控制与所述当前定子分段对应的变流器的速度环断开而电流环工作，并基于所述动子的速度控制与所述下一定子分段对应的变流器的速度环和电流环工作；

在所述动子的运动位置为完全运行出当前定子分段的情况下，所述控制器控制与所述下一定子分段对应的变流器保持供电，并控制与所述当前定子分段对应的变流器停止供电。

根据本发明一种实施例，基于所述动子的速度控制与所述当前定子分段对应的变流器的速度环和电流环工作可以包括：

基于所述动子的速度计算所述动子与所述当前定子分段的耦合面积，根据所计算的耦合面积控制与所述当前定子分段对应的变流器的速度环和电流环工作。

根据本发明一种实施例，基于所述动子的速度控制与所述下一定子分段对应的变流器的速度环和电流环工作可以包括：

基于所述动子的速度计算所述动子与所述下一定子分段的耦合面积，根据所计算的耦合面积控制与所述下一定子分段对应的变流器的速度环和电流环工作。

上述图2描述的方法与前述图1描述的系统相对应，具体示例说明可以参见前述关于图1描述的系统的说明，在此不再赘述。

下面结合示例对本发明所述的用于长初级直线电机的分段供电控制方法进行描述。

为方便阐述，假设第一段直线感应电机分区(即，长初级直线电机的第一定子分段)为LIMA，为其供电的变流器为CONA；第二段直线感应电机分区为LIMB，为其供电的变流器为CONB；第三段直线感应电机分区为LIMC，为其供电的变流器为CONC；第四段直线感应电机分区为LIMD，为其供电的变流器为COND；次级板长度为L。具体地，该方法可以包括：

步骤1：当次级完全在分区LIMA中运行时，变流器CONA可以按照目标推力进行功率电输出，完成反馈控制，其余各变流器均不供电；

步骤2：当次级运行至LIMA与LIMB分段处(即，次级一部分进入LIMB，一部分留在LIMA中)、且留在LIMA段中次级长度大于等于L/2时，变流器CONB开始供电，此时的状态是CONA与CONB同时供电，次级受力为LIMA和LIMB两段的合力。若同时控制各自段的输出力，必然使得合力波动较大，控制难度上升，效果较差。因此，可以固定CONB的输出状态，仅调节CONA的输出，进而使得合力恒定，即根据所述动子的速度控制变流器CONA的“速度环”和“电流环”稳定工作；变流器CONB断开“速度环”，而其“电流环”在目标推力电流的作用下进行单环工作，也称为CONA为“主控”，CONB为“协控”。

步骤3：当次级运行至LIMA与LIMB分段处，且留在LIMA段中次级长度小于L/2时，开始交换主控权，使得变流器CONB为“主控”，变流器CONA为“协控”，即变流器CONB的“速度环”开始工作，为其“电流环”提供推力电流，而变流器CONA的“速度环”断开，且其“电流环”的给定电流维持上一电流状态不再变化。

步骤4：当次级完全运行出LIMA时，变流器CONA停止为分区LIMA供电，此时仅有变流器CONB工作，为直线电机提供驱动电流，至此，完成LIMA与LIMB分区的切换控制。

步骤5：其余段切换均与LIMA与LIMB分区切换类似。

通过上述方法，在整个切换过程中，仅存在一个“主控”变流器，解除了两个变流器同时工作时控制相互耦合问题。

更进一步地，在步骤2中，当次级大部分在分区LIMA中时，此时次级相对于分区LIMA为“出端”，相对于分区LIMB为“入端”，由前述分析可知，“出端”边端效应对推力的影响远远小于“入端”边端效应对推力带来的影响，因此，将变流器CONA作为主控可以获得较好的控制效果；同时，当变流器CONB作为“协控”时，可将“协控”时间作为分区LIMB的励磁时间，在此时间内建立一个与分区LIMA相同的恒定励磁磁场(保证励磁磁场不变，抑制推力波动与电流冲击)，减小因励磁磁场的建立而对控制产生的干扰；

在步骤3中，主控权交换后，变流器CONA的电流环给定维持上一状态不变，减小了分区LIMA输出的推力冲击。

图3A和3B为本发明实施例提供的一种分段供电推力曲线示意图。

在图3中，输出推力21000N，负载275kg，电流采用内模解耦控制。具体地，图3A代表的是分区LIMA和分区LIMB的输出推力，且A曲线代表的是分区LIMA的输出推力，B曲线代表的是分区LIMB的输出推力；图3B代表的是直线感应电机输出的合推力。

如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。

本发明以上的系统和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。

这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。