基于JA模型的动态磁致伸缩确定方法及系统

基于ja模型的动态磁致伸缩确定方法及系统
技术领域
1.本发明涉及铁磁材料磁致伸缩特性研究领域，特别是涉及一种基于ja模型的动态磁致伸缩确定方法及系统。


背景技术：

2.磁致伸缩现象是磁性材料固有的重要特征之一，不同磁性材料的磁致伸缩特性主要通过该材料的蝴蝶曲线来表现。而磁性材料几乎存在于所有的电气设备中，如电力系统中变压器的铁心，发电机、电子线路中的电感线圈等，而磁致伸缩是电力设备铁心振动噪声的主要来源，国际上一直在讨论如何有效降低变压器、电抗器等电工装备的振动噪声。因此，有必要对铁心硅钢片的磁致伸缩特性进行探究，从而进一步解决电工装备的减振降噪问题。
3.目前激光测量方法已经被广泛应用到了硅钢片的磁致伸缩测量，许多学者关于取向和无取向硅钢片在应力、谐波、直流偏磁等工况下的磁致伸缩及其各向异性都有一定的研究，但是基本上都是在基于测量数据分析的基础上进行的，因此有必要建立磁致伸缩模型，使其利用尽可能少量的实验数据来获得准确有效的磁致伸缩。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于ja模型的动态磁致伸缩确定方法及系统，仅根据静态条件下的磁感应强度确定磁致伸缩，提高动态磁致伸缩分析的准确性。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种基于ja模型的动态磁致伸缩确定方法，所述方法包括：
7.基于损耗统计理论，将动态条件下铁磁材料的总损耗分解为磁致损耗、涡流损耗和剩余损耗；
8.分别确定涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型；
9.根据涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型，基于场分离理论，确定动态总磁场强度计算模型；
10.根据动态总磁场强度计算模型，结合二次磁畴旋转模型，确定动态磁致伸缩模型；所述动态磁致伸缩模型为磁致伸缩与磁感应强度的关系模型；
11.获取待测铁磁材料的磁感应强度；
12.根据待测铁磁材料的磁感应强度，利用所述动态磁致伸缩模型，获得待测铁磁材料的磁致伸缩。
13.可选的，所述涡流损耗计算模型为
[0014][0015]
其中，w
ed
为涡流损耗，d为硅钢片厚度，ρ为电阻率，β为形状参数，b为磁感应强度，t为时间。
[0016]
可选的，所述剩余损耗计算模型的确定方法为：
[0017]
采用数值拟合的方法确定总损耗和涡流损耗的差值与频率的均方根之间的线性关系式；
[0018]
根据所述线性关系式的斜率，利用公式确定表征磁体局部磁场分布的统计参数；其中，k为斜率，h0为表征磁体局部磁场分布的统计参数，g为无量纲系数，w为叠片宽度，bm为交流峰值磁密；
[0019]
将所述统计参数代入公式中，获得剩余损耗计算模型；其中，w
an
为剩余损耗。
[0020]
可选的，所述根据涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型，基于场分离理论，确定动态总磁场强度计算模型，具体包括：
[0021]
根据涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型，基于场分离理论，获得总损耗模型为其中，w为总损耗，w
hy
为磁致损耗，h
hy
为静态磁场强度；
[0022]
根据总损耗模型，确定动态总磁场强度计算模型为其中，h
total
为动态总磁场强度，γ为系数。
[0023]
可选的，所述根据动态总磁场强度计算模型，结合二次磁畴旋转模型，确定动态磁致伸缩模型，具体包括：
[0024]
根据动态总磁场强度计算模型，结合二次磁畴旋转模型和b＝μ0(h
total
m)，确定动态磁致伸缩模型为
[0025]
其中，λ为磁致伸缩，λs为饱和磁致伸缩，m为磁化强度，ms为饱和磁化强度，μ0为真空磁导率。
[0026]
可选的，所述根据待测铁磁材料的磁感应强度，利用所述动态磁致伸缩模型，获得待测铁磁材料的磁致伸缩，具体包括：
[0027]
根据待测铁磁材料的磁感应强度，利用静态j-a磁滞模型，获得静态磁场强度；
[0028]
根据静态磁场强度和待测铁磁材料的磁感应强度，利用所述动态磁致伸缩模型，
获得待测铁磁材料的磁致伸缩。
[0029]
可选的，所述根据待测铁磁材料的磁感应强度，利用静态j-a磁滞模型，获得静态磁场强度，具体包括：
[0030]
基于粒子群优化算法，提取静态j-a磁滞模型的参数，确定静态j-a磁滞模型为其中，δm为防止出现非物理解而引出的系数，m
an
为无磁滞磁化强度，c为可逆磁化参数，k为磁畴间的牵制参数，δ为方向系数，he为有效磁场强度，α为磁畴内部耦合平均场参数；
[0031]
根据待测铁磁材料的磁感应强度，采用四阶龙格库塔法求解静态j-a磁滞模型，获得磁化强度；
[0032]
根据磁化强度，利用公式b＝μ0(h
hy
m)，确定静态磁场强度。
[0033]
一种基于ja模型的动态磁致伸缩确定系统，所述系统包括：
[0034]
损耗分解模块，用于基于损耗统计理论，将动态条件下铁磁材料的总损耗分解为磁致损耗、涡流损耗和剩余损耗；
[0035]
计算模型确定模块，用于分别确定涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型；
[0036]
动态总磁场强度计算模型确定模块，用于根据涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型，基于场分离理论，确定动态总磁场强度计算模型；
[0037]
动态磁致伸缩模型确定模块，用于根据动态总磁场强度计算模型，结合二次磁畴旋转模型，确定动态磁致伸缩模型；所述动态磁致伸缩模型为磁致伸缩与磁感应强度的关系模型；
[0038]
磁感应强度获取模块，用于获取待测铁磁材料的磁感应强度；
[0039]
磁致伸缩获得模块，用于根据待测铁磁材料的磁感应强度，利用所述动态磁致伸缩模型，获得待测铁磁材料的磁致伸缩。
[0040]
可选的，所述动态总磁场强度计算模型确定模块，具体包括：
[0041]
总损耗模型获得子模块，用于根据涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型，基于场分离理论，获得总损耗模型为其中，w为总损耗，w
hy
为磁致损耗，h
hy
为静态磁场强度；
[0042]
动态总磁场强度计算模型获得子模块，用于根据总损耗模型，确定动态总磁场强度计算模型为其中，h
total
为动态总磁场强度，γ为系
数。
[0043]
可选的，所述动态磁致伸缩模型确定模块，具体包括：
[0044]
动态磁致伸缩模型确定子模块，用于根据动态总磁场强度计算模型，结合二次磁畴旋转模型和b＝μ0(h
total
m)，确定动态磁致伸缩模型为
[0045]
其中，λ为磁致伸缩，λs为饱和磁致伸缩，m为磁化强度，ms为饱和磁化强度，μ0为真空磁导率。
[0046]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0047]
本发明公开一种基于ja模型的动态磁致伸缩确定方法及系统，将动态条件下铁磁材料的总损耗分解为磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗，并使用场分离的方法得出动态条件下的总磁场强度计算模型，结合二次磁畴旋转模型建立了磁致伸缩模型，在实际应用时仅根据静态条件下待测铁磁材料的磁感应强度确定磁致伸缩，避免了使用测量数据导致计算偏差的缺陷，有效提高了动态磁致伸缩分析的准确性。
附图说明
[0048]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0049]
图1为本发明提供的一种基于ja模型的动态磁致伸缩确定方法的流程图；
[0050]
图2为本发明提供的一种基于ja模型的动态磁致伸缩确定方法的原理图；
[0051]
图3为本发明提供的粒子群优化算法流程图。
具体实施方式
[0052]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0053]
本发明的目的是提供一种基于ja模型的动态磁致伸缩确定方法及系统，仅根据静态条件下的磁感应强度确定磁致伸缩，提高动态磁致伸缩分析的准确性。
[0054]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0055]
本发明提供了一种基于ja模型的动态磁致伸缩确定方法，如图1-2所示，方法包括：
[0056]
步骤101，基于损耗统计理论，将动态条件下铁磁材料的总损耗分解为磁致损耗、
涡流损耗和剩余损耗。
[0057]
步骤102，分别确定涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型。
[0058]
(1)涡流损耗计算模型为
[0059][0060]
其中，w
ed
为涡流损耗，d为硅钢片厚度，ρ为电阻率，β为形状参数，b为磁感应强度，t为时间。
[0061]
进一步得到涡流损耗的表达式为
[0062]
(2)剩余损耗表达式为
[0063][0064]
在剩余损耗表达式中，h0的大小与交流峰值磁密bm有关，无法直接求解。由总损耗w
total
与磁滞损耗w
hy
、涡流损耗w
ed
、剩余损耗w
an
的关系可知，总损耗与涡流损耗之间的差值w
total-w
ed
和频率f的均方根f
0.5
之间呈线性关系。该线性关系对应的函数与纵坐标的交点即为磁滞损耗w
hy
分量。因而在求出斜率后，即可快速计算出h0的大小。
[0065]
剩余损耗计算模型的确定方法为：
[0066]
采用数值拟合的方法确定总损耗和涡流损耗的差值与频率的均方根之间的线性关系式；
[0067]
根据线性关系式的斜率，利用公式确定表征磁体局部磁场分布的统计参数；其中，k为斜率，h0为表征磁体局部磁场分布的统计参数，g为无量纲系数，w为叠片宽度，bm为交流峰值磁密；
[0068]
将统计参数代入公式中，获得剩余损耗计算模型；其中，w
an
为剩余损耗。
[0069]
步骤103，根据涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型，基于场分离理论，确定动态总磁场强度计算模型。
[0070]
具体包括：
[0071]
根据涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型，基于场分离理论，获得总损耗模型为其中，w为总损耗，w
hy
为磁致损耗，h
hy
为静态磁场强度；
[0072]
根据总损耗模型，确定动态总磁场强度计算模型为其中，h
total
为动态总磁场强度，γ为系数。
[0073]
步骤104，根据动态总磁场强度计算模型，结合二次磁畴旋转模型，确定动态磁致伸缩模型；动态磁致伸缩模型为磁致伸缩与磁感应强度的关系模型。
[0074]
具体包括：
[0075]
根据动态总磁场强度计算模型，结合二次磁畴旋转模型和b＝μ0(h
total
m)，确定动态磁致伸缩模型为
[0076]
其中，λ为磁致伸缩，λs为饱和磁致伸缩，m为磁化强度，ms为饱和磁化强度，μ0为真空磁导率。
[0077]
步骤105，获取待测铁磁材料的磁感应强度；
[0078]
步骤106，根据待测铁磁材料的磁感应强度，利用动态磁致伸缩模型，获得待测铁磁材料的磁致伸缩。
[0079]
具体包括：
[0080]
步骤106-1，根据待测铁磁材料的磁感应强度，利用静态j-a磁滞模型，获得静态磁场强度，实现过程如下：
[0081]
基于粒子群优化算法，提取静态j-a磁滞模型的参数，确定静态j-a磁滞模型为其中，δm为防止出现非物理解而引出的系数，m
an
为无磁滞磁化强度，c为可逆磁化参数，k为磁畴间的牵制参数，δ为方向系数，he为有效磁场强度，α为磁畴内部耦合平均场参数；
[0082]
根据待测铁磁材料的磁感应强度，采用四阶龙格库塔法求解静态j-a磁滞模型，获得磁化强度；
[0083]
根据磁化强度，利用公式b＝μ0(h
hy
m)，确定静态磁场强度。
[0084]
参照图3，基于粒子群优化算法，提取静态j-a磁滞模型的参数的方法如下：
[0085]
a：初始化种群，包括粒子的位置x(a、α、ms、k、c)和速度v(a、α、ms、k、c)。a表示无磁滞磁化曲线形状参数。
[0086]
b：根据适应度函数评价每个粒子的适应度，将其当前适应度与其个体历史最佳位置pb对应的适应度比较，如果当前适应度更高，则将用当前位置更新历史最佳位置。
[0087]
c：对每个粒子，将其当前适应值与全局最佳位置gb对应的适应值做比较，如果当前的适应度更高，则将用当前粒子的位置更新全局最佳位置。
[0088]
d：按照式(1)和式(2)更新每个粒子的速度和位置，如未满足结束条件，则返回步
骤b，满足结束时，则算法停止。
[0089]
vi＝ωvi c1random(0,1)(pb
i-xi) c2random(0,1)(gb-xi)
[0090]
xi＝xi vi[0091]
其中：ω为惯性因子，c1、c2为学习因子，vi为第i个粒子的速度，random(0,1)表示介于(0,1)之间的随机数，pbi为第i个粒子的历史最佳位置，xi为第i个粒子的当前位置。
[0092]
步骤106-2，根据静态磁场强度和待测铁磁材料的磁感应强度，利用动态磁致伸缩模型，获得待测铁磁材料的磁致伸缩。
[0093]
本发明将动态条件下铁磁材料的总损耗分解为磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗，并使用场分离的方法得出动态条件下的总磁场强度，结合二次磁畴旋转模型建立了磁致伸缩模型，算法简单；其次，本发明仅需静态条件下的磁感应强度，所需实验数据少，避免了复杂的实验设计和测量工作以及由此造成的低效和误差，有效提高生成磁致伸缩特性模拟结果的准确性。
[0094]
本发明还提供了一种基于ja模型的动态磁致伸缩确定系统，系统包括：
[0095]
损耗分解模块，用于基于损耗统计理论，将动态条件下铁磁材料的总损耗分解为磁致损耗、涡流损耗和剩余损耗；
[0096]
计算模型确定模块，用于分别确定涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型；
[0097]
动态总磁场强度计算模型确定模块，用于根据涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型，基于场分离理论，确定动态总磁场强度计算模型；
[0098]
动态磁致伸缩模型确定模块，用于根据动态总磁场强度计算模型，结合二次磁畴旋转模型，确定动态磁致伸缩模型；动态磁致伸缩模型为磁致伸缩与磁感应强度的关系模型；
[0099]
磁感应强度获取模块，用于获取待测铁磁材料的磁感应强度；
[0100]
磁致伸缩获得模块，用于根据待测铁磁材料的磁感应强度，利用动态磁致伸缩模型，获得待测铁磁材料的磁致伸缩。
[0101]
动态总磁场强度计算模型确定模块，具体包括：
[0102]
总损耗模型获得子模块，用于根据涡流损耗计算模型和剩余损耗计算模型，基于场分离理论，获得总损耗模型为其中，w为总损耗，w
hy
为磁致损耗，h
hy
为静态磁场强度；
[0103]
动态总磁场强度计算模型获得子模块，用于根据总损耗模型，确定动态总磁场强度计算模型为其中，h
total
为动态总磁场强度，γ为系数。
[0104]
动态磁致伸缩模型确定模块，具体包括：
[0105]
动态磁致伸缩模型确定子模块，用于根据动态总磁场强度计算模型，结合二次磁畴旋转模型和b＝μ0(h
total
m)，确定动态磁致伸缩模型为
[0106]
其中，λ为磁致伸缩，λs为饱和磁致伸缩，m为磁化强度，ms为饱和磁化强度，μ0为真空磁导率。
[0107]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0108]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。