[發(fā)明專利]基于響應(yīng)面的動(dòng)鐵式比例電磁鐵恒力預(yù)測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911030638.9
• 申請(qǐng)日: 2019-10-28
• 公開（公告）號(hào): CN110929437A
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龐繼紅;王瑞庭;羅中倫;李勇;代金坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 溫州大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06F30/17;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 溫州金甌專利事務(wù)所(普通合伙) 33237
• 代理人: 林益建

本發(fā)明公開了基于響應(yīng)面的動(dòng)鐵式比例電磁鐵恒力預(yù)測(cè)方法，涉及電磁鐵優(yōu)化領(lǐng)域，其步驟包括：一、通過(guò)有限元方法，在JMAG電磁仿真軟件中建立了動(dòng)鐵式比例電磁鐵有限元模型；二、利用響應(yīng)面法中的中心復(fù)合設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，制定動(dòng)鐵式比例電磁鐵在有效工作區(qū)間內(nèi)的靜態(tài)電磁力的實(shí)驗(yàn)方案；三、進(jìn)行響應(yīng)面法的預(yù)測(cè)以及對(duì)預(yù)測(cè)的驗(yàn)證，利用有限元模型分別對(duì)理想恒力值的影響因素進(jìn)行預(yù)測(cè)，并利用有限元方法對(duì)預(yù)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行仿真分析，得到有限元方法計(jì)算結(jié)果與理想恒力值之間的最大誤差和最小誤差。本發(fā)明具有準(zhǔn)確度高，節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間和成本的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電磁鐵優(yōu)化領(lǐng)域，具體涉及基于響應(yīng)面的動(dòng)鐵式比例電磁鐵恒力預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

動(dòng)鐵式比例電磁鐵作為電液比例控制技術(shù)中的關(guān)鍵部件，具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、推力大、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的運(yùn)用到國(guó)防、航天及民用等領(lǐng)域。動(dòng)鐵式比例電磁鐵作為比例閥的閥芯驅(qū)動(dòng)單元，其在有效工作行程內(nèi)的恒力特性直接決定了比例閥的控制精度，所以在有效工作行程內(nèi)的位移-力曲線的線性度是衡量比例閥工作性能的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。李其朋等利用有限元方法研究各關(guān)鍵影響因素對(duì) PS(proportional solenoid)恒力特性影響，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。譚松濤等利用Ansys軟件通過(guò)分別改變線圈安裝位置、勵(lì)磁電流等因素，分析了電磁鐵工作行程內(nèi)電磁力變化情況。Yoshio Kano 等通過(guò)改變螺線管式電磁鐵的磁路使輸出的電磁力分布平坦化，利用有限元計(jì)算磁通密度和推力并將其與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，論證有限元方法的可靠性。So-Nam Yun等利用FEM對(duì)MAPS影響因素進(jìn)行了分析，采用遺傳算法和加權(quán)處理的方法，對(duì)隔磁環(huán)關(guān)鍵的影響因素進(jìn)行了循環(huán)調(diào)整，從而得到隔磁環(huán)的最優(yōu)幾何參數(shù)。Albert Schultz等研究了在動(dòng)靜態(tài)響應(yīng)特性中MAPS的電磁力與勵(lì)磁電流和工作氣隙之間關(guān)系,并通過(guò)FEM進(jìn)行驗(yàn)證。

上述研究只針對(duì)單一影響因素變化對(duì)電磁力的影響，未考慮各影響因素之間的交互作用，導(dǎo)致對(duì)電磁力優(yōu)化效率較低

發(fā)明內(nèi)容

為了克服背景技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種的基于響應(yīng)面的動(dòng)鐵式比例電磁鐵恒力預(yù)測(cè)方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案：基于響應(yīng)面的動(dòng)鐵式比例電磁鐵恒力預(yù)測(cè)方法，其步驟包括：

一、通過(guò)有限元方法，在JMAG電磁仿真軟件中建立了動(dòng)鐵式比例電磁鐵有限元模型；

二、利用響應(yīng)面法中的中心復(fù)合設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，制定動(dòng)鐵式比例電磁鐵在有效工作區(qū)間內(nèi)的靜態(tài)電磁力的實(shí)驗(yàn)方案；

三、進(jìn)行響應(yīng)面法的預(yù)測(cè)以及對(duì)預(yù)測(cè)的驗(yàn)證，利用有限元模型分別對(duì)理想恒力值的影響因素進(jìn)行預(yù)測(cè)，并利用有限元方法對(duì)預(yù)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行仿真分析，得到有限元方法計(jì)算結(jié)果與理想恒力值之間的最大誤差和最小誤差。

所述步驟一包括：

1.1、利用Maxwell基本方程組的微分形式建立數(shù)學(xué)模型；

1.2、通過(guò)JAMG軟件對(duì)動(dòng)鐵式比例電磁鐵建立1/4仿真模型，并對(duì)各個(gè)零件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，零件包括隔磁環(huán)、動(dòng)鐵、上下導(dǎo)套、上下殼體、勵(lì)磁線圈以及空氣區(qū)域；

1.3、利用靜態(tài)特性測(cè)試平臺(tái)對(duì)動(dòng)鐵式比例電磁鐵在額定電流時(shí)進(jìn)行靜態(tài)位移-力特性測(cè)試，將測(cè)試結(jié)果與有限元方法仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比并分析產(chǎn)生誤差的原因。

所述步驟1.1中Maxwell基本方程組的微分形式為：

安培環(huán)路定律：

法拉第定律：

高斯電通定律：▽·D＝ρ (3)

磁場(chǎng)高斯定律：▽·B＝0 (4)