[发明专利]基于数据驱动和机理模型融合的车载飞轮动态建模方法

权利要求书

1.一种基于数据驱动和机理模型融合的车载飞轮动态建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在线模型中，通过磁悬浮飞轮转子系统运动方程，计算磁悬浮飞轮转子系统输入和输出之间的传递函数矩阵；

S2、根据步骤S1中的传递函数矩阵计算频响传递函数矩阵，根据步骤S1中的传递函数矩阵获取留数矩阵，在频域内计算留数矩阵与无阻尼固有频率、模态阻尼比之间的关系，以及留数矩阵与模态振型矩阵之间的关系；

S3、根据步骤S2得到的频响传递函数矩阵，留数矩阵与无阻尼固有频率、模态阻尼比之间的关系，以及留数矩阵与模态振型矩阵之间的关系，通过最小二乘复频域方法求解频响传递函数矩阵与模态振型矩阵之间的关系，进而识别模态参数；

S4、在离线模型中，构建磁悬浮飞轮转子系统的机理模型，将离线模型和在线模型相结合，获取样本数据，基于数据驱动和机理模型融合，构建极限学习机模型，所述极限学习机模型用于识别道路工况。

2.根据权利要求1所述的一种基于数据驱动和机理模型融合的车载飞轮动态建模方法，其特征在于：所述步骤S1的具体过程为：

S11、计算磁悬浮飞轮转子系统运动方程，其中运动方程的输入为磁悬浮飞轮转子系统的N维加速度、速度和位移响应向量，输出为磁悬浮飞轮转子系统的N维振动力向量；

S12、对步骤S11中的磁悬浮飞轮转子系统运动方程进行拉普拉斯变换；

S13、计算磁悬浮飞轮转子系统输入和输出之间的传递函数矩阵。

3.根据权利要求2所述的一种基于数据驱动和机理模型融合的车载飞轮动态建模方法，其特征在于：所述步骤S1中的公式计算具体过程为：

S11、计算磁悬浮飞轮转子系统运动方程：

其中，[M]为质量矩阵，M∈R^n×n，[C]是阻尼矩阵，C∈R^n×n，[K]是刚度矩阵，K∈R^n×n，x分别为磁悬浮飞轮转子系统输入的N维加速度、速度和位移响应向量，f(t)为磁悬浮飞轮转子系统输出的N维振动力向量；

S12、对步骤S11中的磁悬浮飞轮转子系统运动方程进行拉普拉斯变换：

([M]s²+[C]s+[K]){X(s)}＝{F(s)}

其中，X(s)、F(s)为拉普拉斯变换后的公式，

S13、计算传递函数矩阵：令[V(s)]＝([M]s²+[C]s+[K])，得：

[V(s)]{X(s)}＝{F(s)}

[H(s)]＝[V(s)]^-1＝([M]s²+[C]s+[K])^-1

其中，[V(s)]是广义阻抗矩阵，反应磁悬浮飞轮转子系统动态特性，传递函数矩阵[H(s)]可表示为：

其中，a_ij([V(s)])为广义阻抗矩阵的伴随矩阵，|V(s)|为广义阻抗矩阵的行列式。

4.根据权利要求1所述的一种基于数据驱动和机理模型融合的车载飞轮动态建模方法，其特征在于：所述步骤S2的具体过程为：

S21、根据傅里叶变换，将传递函数矩阵转化成频响传递函数矩阵，推导出磁悬浮飞轮转子系统频域内输出和输入关系；

S22、计算步骤S1中获取的传递函数矩阵的特征方程，解出其特征根，所述特征根是关于无阻尼固有频率、模态阻尼比的表达式；

S23、结合步骤S21中计算的特征方程和特征根，计算传递函数矩阵的留数矩阵，获取留数矩阵与无阻尼固有频率、模态阻尼比之间的关系；

S24、根据磁悬浮飞轮转子系统的模态振型向量，获取留数矩阵与模态振型矩阵之间的关系。