[发明专利]一种车载磁悬浮飞轮电池系统的控制方法

说明书

本发明提供了一种车载磁悬浮飞轮电池系统的控制方法，x、y轴方向的位移预测值，一方面与位移参考值进行比较，得到误差，经PID模块、力电转换器、Clark变换、逆变器，产生三相电流实际值，控制飞轮转子稳定悬浮；另一方面，x、y轴方向的位移预测值与其被采集到的时刻相对应，构成原始信号，经VMD分解后，得到输出IMF信号的模态分量和中心频率，经神经网络模块，输出包含转子裂纹信息的数据。本发明既可以实现低成本的检测正常工况下无传感器技术检测飞轮转子的实时位移，又可以借助该位移去探测飞轮故障工况下飞轮转子的裂纹故障状态，避免了分散控制导致控制效率低、分散等弊端，保证了安全性，同时实现高效、低成本运行。

技术领域

本发明属于车载磁悬浮飞轮电池技术领域，具体涉及一种车载磁悬浮飞轮电池系统的控制方法。

背景技术

飞轮电池具有无污染、充电时间短、储能密度高、能量转换效率高等一系列优点。将飞轮电池用作电动汽车的动力电池是电动汽车发展的重要方向，是解决燃油汽车导致环境及能源问题的重要途经。典型的飞轮电池拓扑结构以磁轴承作为其支承系统，而位移检测环节是磁轴承闭环控制系统的重要组成部分。目前，国内外实际磁轴承位移检测中，多直接利用各类高精度位移传感器，控制五自由度飞轮电池需要至少9个传感器，高昂的位移传感器成本限制了飞轮电池系统普及和应用。因此，探究无位移传感器的磁轴承支承的飞轮转子位移自检测技术在飞轮电池实际工程应用中起到了重要作用。现有技术提出采用卡尔曼滤波器方法实现转子的无传感器位置检测、通过PWM载波分析来实现无传感器技术，以上技术均具有控制系统复杂的缺点，尤其对于五自由度的磁轴承，复杂性会更高，导致实时性变差，因而亟需提出一种结构简单、实时性好的无传感器技术。

目前，飞轮电池主要有金属飞轮和复合材料飞轮，但是复合材料成本过高，不适合规模化的应用，相比而言，金属飞轮成本低，适合于规模化的应用，但是金属飞轮易产生裂纹故障。飞轮转子是旋转机械的重要组成部分，广泛运用于发电机、电机、汽轮机等，转子轴在加工以及工作中受到摩擦、腐蚀损伤、交变应力很容易形成各种故障。而裂纹故障作为转子系统的主要故障之一，如果不能及时检测出并加以修复，转子失稳断裂会造成重大经济损失甚至人员伤亡。如今，在裂纹检测领域，现有的技术例如超声波检测、渗透检测、涡流检测等，都存在成本高，效率较低等缺点。因此，在飞轮电池系统中亟需一种成本低、效率高的在线检测转子裂纹的方法。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种车载磁悬浮飞轮电池系统的控制方法，具有成本低、算法简单、实时性高等特点，可以确保飞轮电池安全稳定工作，且十分利于飞轮电池的规模化应用。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种车载磁悬浮飞轮电池系统的控制方法，具体为：

支持向量机模块输出x轴方向的位移预测值x^、y轴方向的位移预测值y^，所述x^和 y^分别与位移参考值x^*、y^*进行比较，得到误差e_x和e_y，依次经PID模块、力电转换器、Clark变换、逆变器，产生三相电流实际值，控制飞轮转子稳定悬浮；

将所述位移预测值x^、y^与其被采集到的时刻相对应，构成原始信号f(t)，输入VMD 分析模块进行分解，得到输出IMF信号的模态分量{u′_n}和中心频率{ω′_n}，经神经网络模块，输出包含转子裂纹信息的数据。

进一步地，所述VMD分析模块进行分解的过程为：

S1，原始信号f(_t)的构造框架为：

1)利用Hilbert变换，得到：其中，u_n(t)为第n个本征模态函数，δ(t) 为冲击函数，j为复数单位，t表示时刻；

2)将相应的本征模态函数调制到基频带：其中为各个本征模态函数中心频率的指数项；