[发明专利]一种接触器的直接吸力闭环控制方法及系统

权利要求书

1.一种接触器的直接吸力闭环控制方法，其特征在于，包括以下步骤:

步骤S1:根据接触器电磁机构电流、磁链及吸力的二元一一对应关系，设计基于BP神经网络的吸力观测器；

所述步骤S1具体为：

步骤S11:将接触器的磁路电压平衡方程式改为积分形式，并根据在不同电流i_coil和磁链ψ的共同约束下，存在唯一的吸力F_x与之对应，获取(i_coil,ψ)→F_x二元一一对应的非线性映射关系；

步骤S12:采用BP神经网络对非线性映射关系进行拟合，设计接触器的电磁吸力观测器；

所述步骤S12根据静态表格的电流、磁链和吸力数据，进行BP神经网络模型的离线训练，具体的：

采用三层网络，包括电流磁链的输入层、单隐含层以及吸力输出层；W_ij为输入层到隐含层的权重；a_j为输入层到隐含层的偏置；W_jk为隐含层到输出层的权重；b_k为隐含层到输出层的偏置，激励函数则采取tansig函数，如式(2)所示：

根据映射效果，并综合考虑计算复杂度来调整中间隐含层的神经元个数；

由静态数据离线训练完成的神经网络模型经嵌入式改写即可用于实时控制中；传感器采集到的u_coil、i_coil按照式(1)实时计算磁链ψ，之后i_coil、ψ输入训练好的嵌入式神经网络即可实时映射出F_x，完成吸力观测器的构建；

将接触器的磁路电压平衡方程式改为积分形式，如式(1)所示，求得磁链

式中：u_coil为线圈电压，i_coil为线圈电流，R_coil为线圈电阻，t为动态过程的当前时刻；

步骤S2:以线圈电流及积分计算磁链作为吸力观测器的输入，获取实时输出电磁吸力；

步骤S3:电磁吸力结合机械运动方程和弹簧反力方程，求接触器动态过程弹簧反力，并在弹簧反力的基础上加一预设裕量，作为吸力参考值，进行吸力闭环控制。

2.根据权利要求1所述的一种接触器的直接吸力闭环控制方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：接触器在吸合过程中，电磁吸力F_x克服弹簧反力F_f使动铁心向静铁心运动，满足达朗贝尔机械运动方程：

式中：m为铁心质量，x为动铁心位移，F_f为弹簧反力，是位移x的函数；

采用神经网络观测到吸力F_x后，在不使用位移传感器的情况下，根据式(3)及电磁机构本体弹簧反力关于位移的方程共同建立反力观测器模型求解弹簧反力值。

3.一种用于实现权利要求1或2任一所述一种接触器的直接吸力闭环控制方法的控制系统，其特征在于，包括接触器线圈驱动模块和嵌入式控制模块；所述接触器线圈驱动模块包括依次连接的整流器、不对称半桥和接触器线圈；所述嵌入式控制模块包括吸力滞环控制器、电压电流传感器、磁链观测器、吸力观测器和反力观测器；所述电压电流传感器、磁链观测器、吸力观测器和反力观测器依次连接；所述电压电流传感器还与接触器线圈连接；所述吸力滞环控制器与不对称半桥、吸力观测器和反力观测器分别连接。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述接触器线圈采用的不对称半桥驱动，包括运行三种状态：励磁状态，续流状态以及去磁状态。