[發明專利]一種基于多物理場優化的電磁閥性能分析方法

有效

• 申請號: 201911119293.4
• 申請日: 2019-11-15
• 公開（公告）號: CN110852014B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 上官文斌;郭長建;賀頻艷;段耀龍;王新玲;虞寧
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F111/10
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 黃媛君

1.一種基于多物理場優化的電磁閥性能分析方法，其特征在于，包括如下步驟：

建立動態電磁微分方程：式中，U為電磁閥線圈驅動電壓，R為線圈回路電阻，i為線圈電流，ψ為磁鏈，L為線圈電感；

建立閥芯動力學方程：式中，v為閥芯移動速度，m為閥芯和動鐵的質量，F_m為電磁力，它是閥芯位移x和線圈電流i的函數,k為回位彈簧剛度，x為閥芯位移，x₀為彈簧預緊量，F_p為閥芯組件所受液動力，c為速度阻尼系數，F_f為閥芯組件所受摩擦力；

利用UG軟件繪制電磁閥的三維模型，將該三維模型導入Maxwell軟件中，并完成對電磁閥材料定義、網格劃分、邊界和載荷的設定，進一步獲取電磁閥工作范圍內不同線圈電流和不同閥芯位移下的電磁力和線圈電感；

利用ICEM CFD軟件劃分電磁閥流體域有限元網格，并生成Fluent軟件的求解器能夠識別的網格輸入文件，將輸入文件提交至Fluent軟件的求解器，設置流體性質、輸入及輸出邊界條件，獲取電磁閥工作范圍內不同閥芯位移下的閥芯組件所受液動力；

將Maxwell軟件計算得到的線圈電感數據導入Matlab軟件中，分別求出線圈電感對閥芯位移和線圈電感對線圈電流的偏導數；

根據線圈電磁微分方程和閥芯動力學方程，利用Matlab軟件中的Simulink模塊搭建電磁閥聯合仿真模型，代入上述步驟中計算得到的電磁力、液動力、線圈電感偏導數以及電磁閥原始設計參數，設置運行時間并進行求解計算，得到電磁閥響應特性的仿真數據，提取數據并畫圖保存；

通過改變聯合仿真模型中的設計參數，獲取電磁閥響應特性曲線；

對電磁微分方程移項整理獲得電流微分方程，電流微分方程中的控制信號為方波信號，在Simulink中通過選用選擇模塊輸入控制信號，線圈電感和線圈電感偏導數在Simulink中通過選用查詢表模塊輸入Matlab軟件工作窗口中的數據，根據電流微分方程使用Simulink中的求和模塊以累加控制信號、線圈電感和線圈電感偏導數數據，此時求和模塊輸出為電流微分值，需要繼續利用Simulink中的積分模塊求出線圈電流大小；

閥芯動力學方程中的液動力和電磁力在Simulink中通過選用查詢表模塊輸入Matlab軟件工作窗口中的數據，彈簧力和阻尼力在Simulink中分別通過選用增益模塊輸入彈簧剛度和阻尼系數，摩擦力在Simulink中選用常數模塊直接輸入數據，根據閥芯動力學方程使用Simulink中的求和模塊以累加液動力、電磁力、彈簧力、阻尼力和摩擦力數據，此時求和模塊輸出為閥芯運動加速度值，需要連續2次使用Simulink中的積分模塊求出閥芯位移大小。

2.根據權利要求1所述的一種基于多物理場優化的電磁閥性能分析方法，其特征在于，閥芯動力學方程建立對象為常開電磁閥，方程中閥芯組件所受液動力為阻力，當研究對象為常閉電磁閥時，線圈通電后液動力是助力閥芯運動，應保證閥芯動力學方程中的液動力與電磁力符號一致。

3.根據權利要求1所述的一種基于多物理場優化的電磁閥性能分析方法，其特征在于，電磁閥中非導磁材料由于相對磁導率約等于1，將電磁閥三維模型導入Maxwell軟件計算時將非導磁材料舍去。

4.根據權利要求1所述的一種基于多物理場優化的電磁閥性能分析方法，其特征在于，在Maxwell軟件中將電磁閥三維模型的外邊界定義為氣球邊界，以模擬無窮大求解區域。

5.根據權利要求1所述的一種基于多物理場優化的電磁閥性能分析方法，其特征在于，使用ICEM CFD軟件劃分有限元網格時，在電磁閥中流體壓力和速度梯度變化較大的區域處加大單元密度，在梯度變化緩慢的區域減小單元密度。

6.根據權利要求1所述的一種基于多物理場優化的電磁閥性能分析方法，其特征在于，搭建電磁閥聯合仿真模型時，由于閥芯動力學方程無法自動識別閥芯運動位置，需要添加以閥芯極限運動位置和加速度方向作為判斷準則的選擇模塊。