基于电阻阻尼注入的异步直线推进电机装置推力平抑方法

本发明属于电机，具体涉及一种基于电阻阻尼注入的异步直线推进电机装置推力平抑方法。

背景技术：

1、异步直线感应电机因其直接驱动、响应速度快、机械摩擦损耗小等特点，在高速直线输运、电磁推进等对运动平稳性要求较高的应用场景占据重要地位。在这些场景中，电磁推力的波动幅度、动子的加速度一致性以及系统运行时的振动噪声，往往比单纯的能量转换效率更为关键。

2、然而，直线电机固有的纵向端部效应破坏了三相磁路的对称性。从电路角度分析，等效互感系数的降低会改变该相回路的等效电感、固有频率及阻尼特性，使其在脉冲激励下更易呈现欠阻尼振荡。这种特性会导致相电流可能出现较大的瞬态过冲和振荡。根据电磁力产生原理，电流的尖峰将被进一步放大为较大的推力振荡，从而影响系统的运行稳定性。

3、现有技术多采用结构优化或闭环反馈控制等手段。然而，结构优化成本高且灵活性差；反馈控制则受限于带宽，难以响应高速运行中的电流冲击，甚至可能因滞后引发系统谐振。

4、此外，基于电感或电容的储能型补偿方案容易引发lc振荡，导致其难以较好减小尖峰。因此，目前亟需一种结构简单、响应延迟较小的抑制手段。在此背景下，开发一种利用阻尼耗能机制，以牺牲少量能量换取电磁推力平稳的技术，具有重要的工程应用价值。

5、本发明要解决的技术问题是：针对异步直线推进电机装置的不同驱动回路存在电流响应差异而导致电流过冲和电磁推力波动的问题，提供一种基于阻性耗能的回路阻尼补偿方法，并提供相应的装置或系统。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

2、一种基于电阻阻尼注入的异步直线推进电机装置推力平抑方法，包括：构建异步直线推进电机装置，包括：多级驱动线圈、脉冲功率电源系统、开关器件和动子；

3、脉冲功率电源系统包括分别向各组驱动回路供能的脉冲电容；

4、开关器件包括分别控制各驱动回路导通的高压开关；

5、动子设置于多级驱动线圈围成的轴向通道内，与多级驱动线圈之间无直接电连接，并通过电磁感应相互耦合；

6、多级驱动线圈包括沿推进轴向依次间隔布置的多个子线圈，每相驱动回路包括至少两个子线圈，同一相驱动回路中的子线圈按照相反极性串联连接，以使相邻子线圈通电时产生极性相反的磁场，沿推进轴向形成交替极性的磁场分布；

7、基于纵向端部效应导致的互感不对称特性，将三相驱动回路划分为基准相回路和补偿相回路；基准相回路为互感参数处于最大值的相位，补偿相回路为受端部截断影响导致互感参数降低的两相回路；在两补偿相回路中串联阻尼补偿电阻，基准相回路中不串联阻尼补偿电阻；配置阻尼补偿电阻的阻值，使得补偿相回路的总电阻值大于基准相回路的总电阻值；两补偿相回路中，互感参数较小的补偿相回路所串联的阻尼补偿电阻的阻值较大。

8、本发明具有以下有益效果：

9、（1）本发明通过在互感较小、电流过冲较为明显的特定相位驱动回路中串联差异化的高能阻尼补偿电阻，实现了以焦耳热形式耗散部分电能并削减电流尖峰；解决了因纵向端部效应引起的电流过冲与电磁推力振荡的技术问题。

10、（2）本发明通过采用低感的线性耗能电阻作为补偿器件，实现了不引入额外储能元件的情况下进行阻尼调节；解决了储能型（电感/电容）补偿方案易引发二次振荡、难以有效抑制电流尖峰的技术问题。

11、（3）本发明通过基于二阶rlc电路阻尼调控原理改变特定回路的电阻参数，实现了提高回路阻尼比并抑制欠阻尼振荡的技术效果；解决了高速瞬态运行中不依赖复杂反馈算法即可抑制电流振荡的技术问题。

1.一种基于电阻阻尼注入的异步直线推进电机装置推力平抑方法，其特征在于，包括：构建异步直线推进电机装置，包括：多级驱动线圈、脉冲功率电源系统、开关器件和动子；

2.根据权利要求1所述的基于电阻阻尼注入的异步直线推进电机装置推力平抑方法，其特征在于，三相驱动回路包括空间上依次排列的a相绕组回路、b相绕组回路和c相绕组回路；定义a相绕组回路为基准相回路，不串联阻尼补偿电阻或保持其固有内阻；定义b相绕组回路和c相绕组回路为补偿相回路，分别串联b相阻尼补偿电阻rb_comp和c相阻尼补偿电阻rc_comp。

3.根据权利要求2所述的基于电阻阻尼注入的异步直线推进电机装置推力平抑方法，其特征在于，阻尼补偿电阻的阻值确定包括：预先设定比例系数k，k>1，并使c相阻尼补偿电阻rc_comp的阻值与b相阻尼补偿电阻rb_ comp的阻值满足rc_comp=k·rb_comp的比例关系；在保持比例系数k不变的条件下，在预设扫描范围内改变rb_comp的阻值，并根据所述比例关系同步确定rc_comp的阻值，以形成多个阻值组合；获取各阻值组合对应的三相电流峰值并计算三相电流峰值的不平衡度，将三相电流峰值不平衡度最小的阻值组合确定为最优阻值组合。

4.根据权利要求3所述的基于电阻阻尼注入的异步直线推进电机装置推力平抑方法，其特征在于，三相电流峰值的不平衡度为三相电流各自的第一峰值与三相第一峰值的平均值之间的绝对偏差的最大值，除以三相第一峰值的平均值，再乘以100%。

5.根据权利要求3所述的基于电阻阻尼注入的异步直线推进电机装置推力平抑方法，其特征在于，比例系数k的取值范围为：1＜k≤2.5。

6.根据权利要求1所述的基于电阻阻尼注入的异步直线推进电机装置推力平抑方法，其特征在于，多级驱动线圈的多个子线圈按照所接入的驱动回路划分为a相子线圈、b相子线圈和c相子线圈；多个子线圈分别接入a相驱动回路、b相驱动回路和c相驱动回路，每相驱动回路包括至少两个子线圈；同一相驱动回路中的子线圈按照相反极性串联连接，以使同一相驱动回路中的相邻子线圈通电时产生方向相反的磁场。

7.根据权利要求1所述的基于电阻阻尼注入的异步直线推进电机装置推力平抑方法，其特征在于，阻尼补偿电阻为能够承受千伏级脉冲电压及千安级脉冲电流的低感电阻。

8.根据权利要求1所述的基于电阻阻尼注入的异步直线推进电机装置推力平抑方法，其特征在于，阻尼补偿电阻为无感绕线电阻或金属箔电阻。

9.根据权利要求1所述的基于电阻阻尼注入的异步直线推进电机装置推力平抑方法，其特征在于，阻尼补偿电阻整体集中串联在脉冲功率电源输出端与多级驱动线圈首端之间的相回路上，或拆分为多个子电阻分段串联在多级驱动线圈的各级子线圈之间，以实现沿推进轴向的分段分布式阻尼补偿。

10.根据权利要求1所述的基于电阻阻尼注入的异步直线推进电机装置推力平抑方法，其特征在于，阻尼补偿电阻的阻值可调；根据动子的运行状态调整阻尼补偿电阻的阻值，以降低三相电流峰值的不平衡度。