[發明專利]基于Matlab和Maxwell的直線電機聯合優化設計方法

有效

• 申請號: 202011150404.0
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112434450B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 韓正清;許金;吳延好;李明珂;芮萬智;熊又星;孫文;李廣波;常永昊;王路;王玉杰;劉柳;黃垂兵;張逸超
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 馬輝

1.一種基于Matlab和Maxwell的直線電機聯合優化設計方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)利用Matlab創建與有限元軟件Maxwell的接口設計；

2)設計與電機電磁性能相關的結構變量參數范圍；

根據電機尺寸約束，確定電機結構變量參數，并在主模塊中基于Matlab將結構變量參數化；

3)利用Matlab在子模塊A中實現Maxwell參數化建模；

4)建立每個結構變量參數對應的渦流場有限元模型；

5)利用Maxwell軟件進行電機電磁場分析，提取空載和堵駐條件下的仿真結果；

6)主模塊載入將步驟5)子模塊A中的仿真結果然后創建子模塊B，并在子模塊B中計算發射過程中電機電磁性能；

所述步驟6)的具體過程為：

主模塊調用子模塊A中的仿真結果，并創建子模塊B，并在子模塊B中實現電機電磁參數計算、動子運動軌跡設計、發射過程中電機電磁性能計算：

a)電機電磁參數計算：

其中，L_m為激磁電感，B_m為氣隙磁密基波幅值，τ為電機極距，h為電機高度，I_m為電流激勵幅值；

其中，L_ls為初級漏感，U_m為空載感應電勢幅值；

其中，L_lr為次級漏感，m為電機相數，F_emax為電機軸向電磁推力的最大值；

R_r＝2πf(L_m+L_lr) (4)

其中，R_r為次級電阻，f為電機最大電磁推力點對應的滑差頻率；

其中，R_s為直流電阻值，ρ為芯線電阻率，l為單相芯線長度，s為芯線面積；

b)動子加速運動軌跡設計：動子運動軌跡包括充磁階段、加加速階段、恒加速階段、減加速階段共4個階段；

各階段的運動方程如式(6)-(9)

充磁階段0t≤t₁，運動方程表示為：

加加速階段t₁t≤t₂，運動方程表示為：

恒加速階段t₂t≤t₃，運動方程表示為：

減加速階段t₃t≤t₄，運動方程表示為：

電磁力方程：

F_e(t)＝(M+m)a_m (10)

其中：

a(t)、v(t)、x(t)分別為加速度、速度以及位移運動曲線方程；

J_r為加加速度；

a_m為平均加速度；

n為力下降系數；

v₀為恒加速階段轉減加速階段的臨界速度；

M、m為負載和動子質量；

c)電機電磁性能計算：根據運動曲線中任一時刻的運動量，通過動子磁場定向前提下的直線電機電磁方程，計算前端能源裝置的電壓輸出；

7)主模塊載入步驟6)中子模塊B的電機電磁性能，根據能源系統的約束條件，初步篩選，并開展下一個樣本的計算。

2.根據權利要求1所述基于Matlab和Maxwell的直線電機聯合優化設計方法，其特征在于：所述步驟1)中，基于Matlab面向對象創建與有限元軟件Maxwell接口形成主模塊。

3.根據權利要求1所述基于Matlab和Maxwell的直線電機聯合優化設計方法，其特征在于：所述步驟3)中，創建一個Maxwell有限元模型，即子模塊A，并將其保存在主模塊的目錄下，在主模塊中調用子模塊A。