[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

说明书

本发明公开了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，方法包括在线模型中，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，根据传递函数矩阵计算频响传递函数矩阵和留数矩阵，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，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；在离线模型中，构建磁悬浮飞轮转子系统的机理模型，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，提高了输出道路工况模型的准确性。

技术领域

本发明涉及磁悬浮电机的技术领域，尤其涉及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。

背景技术

近年来兴起的磁悬浮无轴承电机结合了磁轴承与开关磁阻电机的双重优点，可简化系统结构，提高临界转速与可靠性，将其用于飞轮领域，形成具备独特优势的磁悬浮飞轮电机，得到国内外学者广泛研究，相继出现径向分相、轴向分相等结构，其中轴向分相结构在实现电动/发电功能的同时，不额外增设磁轴承，仅用轴向分布的两套悬浮绕组即可实现径向四自由度悬浮，从而大幅提高系统集成度和临界转速，十分适合飞轮储能悬浮支承及能量的转化系统。

新型磁悬浮支承技术迅速发展，其作为高性能的支承技术，在航空、能源、国防、电力、空间科学等方面都有着重要的应用价值。其所支承的旋转系统向高转速、高精度和柔性化等方向发展，使磁悬浮支承系统结构动态特性的分析成为其研制过程中极为重要的环节。对磁轴承转子系统动态特性的研究，特别是结构系统的模态参数，包括模态频率、模态振型和阻尼，是磁轴承转子系统结构稳定性的关键。

车载飞轮电池是安装并工作于运动车身上的磁悬浮储能飞轮，汽车不同的行驶状态以及路面的不平整引起的汽车各向振动，都将会对飞轮转子的稳定运行产生影响。现有技术中没有完善的车载飞轮模型，不能及时检测其运行状态从而保证系统的稳定性。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供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，基于机理模型和数据驱动相结合的方法，采用极限学习机算法训练样本数据，对飞轮系统悬浮力、平均路面功率、加速比例、减速比例、匀速比例、怠速比例、平均速度、平均行驶速度、最大速度、最小速度、最大加速度、最大减速度、速度标准偏差、加速度标准偏差、累积行驶距离、平均加速度、平均减速度进行训练，建立极限学习机模型，有利于识别道路工况，提高了输出道路工况的准确性。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案。

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，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。

优选地，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；