[發明專利]一種接觸器觸頭系統帶載多物理場耦合仿真優化設計系統

有效

• 申請號: 201810274837.3
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108416169B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 許志紅;唐昭暉;范俊
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

1.一種接觸器觸頭系統帶載多物理場耦合仿真優化設計系統，其特征在于，包括：

電弧計算模塊，根據電弧軌跡數據庫，基于電弧實驗和電弧磁流體仿真數據，通過深度BP-Adaboost神經元網絡進行訓練，建立不同燃弧環境下開關電弧的燃燒過程中耗散能量、燃弧時間與主回路電壓軌跡、電流軌跡、觸頭運動軌跡之間的非線性關系，并將結果作為電弧等效模型的參數，構建開關電弧動態模型；

電磁場-動力學-聲學求解模塊，基于電磁有限元、多體動力學和振動噪聲的有限譜元法，通過基于電磁有限元軟件建立的電磁場求解器和基于多體動力學軟件建立的動力學求解器之間的實時數據交互接口，將接觸器在吸合過程、吸持階段和分斷過程中的電磁場與接觸器機構的運動過程、電磁場與接觸器機構的機械振動在時域上進行耦合；對電磁機構進行柔性化處理，獲取電磁機構吸持狀態下的機械振動響應，建立動力學求解器和聲學求解器之間的數據交換接口，對接觸器吸持狀態下振動噪聲進行分析；

電磁場-溫度場求解模塊，基于電磁有限元和熱傳導，通過電磁場求解器獲取所得的電阻損耗、渦流損耗和溫度場求解器的熱傳導、熱對流、熱輻射方程之間的相互耦合，以及接觸器在帶負載吸持情況下電磁系統、線圈、觸頭系統、聯動機構的溫度場分布情況；

分級設計模塊，通過等效磁路和簡化物理模型進行初步設計，并經多物理場耦合計算進行深度優化設計，輸出設計方案；

圖形用戶界面模塊，提供電磁系統的結構、觸頭系統的結構、材料庫、電源類型、控制方案，用于用戶選擇；

所述深度BP-Adaboost神經元網絡的訓練過程如下：

步驟S11：對電弧電壓軌跡U_arc、電流軌跡I_arc、耗散能量P_loss、燃弧時間t和觸頭速度軌跡v進行歸一化處理，初始化神經元網絡；

步驟S12：訓練數據樣本，每次訓練后形成一個弱分類器，記錄每次訓練誤差；

步驟S13：將失效樣本加入新樣本，重構樣本集并進行訓練，得到新的弱分類器；

步驟S14：合并弱分類器，形成強分類器；

步驟S15：重復步驟S12至步驟S14，形成若干個強分類器；根據預測效果分配對應權重，合并強分類器，得到深度BP-Adaboost神經元網絡；

步驟S16：對輸出變量進行反歸一化，得到電弧燃弧時間與燃弧能量的預測值；

步驟S17：以訓練得到的燃弧時間與耗散能量作為電弧等效模型的參數，建立開關電弧動態模型。

2.根據權利要求1所述的一種接觸器觸頭系統帶載多物理場耦合仿真優化設計系統，其特征在于，所述電磁場-動力學-聲學求解模塊的求解過程如下：

步驟S21：輸入接觸器每個部件速度v₀、位置、線圈電流I₀、線圈電壓U₀的初始值、求解時間t以及求解步長dt；

步驟S22：電磁場求解器獲取一個步長后電磁系統的磁場分布和電磁吸力，通過數據交互接口，將計算結果傳遞給動力學求解器；

步驟S23：動力學求解器以步驟S22所得結果為驅動，獲取一個步長后接觸器每個部件的位移、速度以及加速度，通過數據交互接口將計算結果傳遞給電磁場求解器；

步驟S24：電磁場求解器根據步驟S23所得結果確定接觸器每個部件的位置和速度，通過采用Remeshing方法，更新電磁系統網格，進行下一個時間步的計算；

步驟S25：重復步驟S22至步驟S24步直到接觸器中電磁機構吸合，提取此時電磁機構的位移、速度、加速度、電磁吸力和磁場分布；當檢測到銜鐵和靜鐵心發生碰撞，電磁場求解器以及動力學求解器根據機械振動的情況自動縮短步長；

步驟S26：對接觸器中電磁機構進行柔性化處理，重復步驟S22至步驟S24，獲取接觸器中電磁機構在電磁激勵下的動態響應；

步驟S27：對一本構方程進行快速傅立葉變換，獲取接觸器中電磁機構在機械振動在頻域下的噪聲響應曲線；

步驟S28：對頻域下的噪聲響應進行快速傅立葉逆變換，獲得時域下的噪聲響應。