大功率直动式电磁机构多目标优化的研究

摘要

直动式电磁机构是大功率接触器结构设计中的首选方案，其静、动态特性的优劣直接决定了产品的工作寿命及动作可靠性。本文主要针对大功率直动式电磁机构闭合回跳以及分断能力不足等问题，分析决定其相关性能的关键指标，进而对相关参数实现最优化设计。同时，在大功率电磁机构所具备节能模块的基础上，引入电压调控策略，进而实现对结构参数和电气参数的整机参数优化设计及稳健性设计。
　　首先，基于有限元仿真软件FLUX建立直动式电磁机构的静态特性模型，得到较为精准的静态特性结果。基于所得的静态数据，采用4阶 Runge-Kutta法离散处理动力学微分方程组，数值法求解电磁机构的动力学模型，最后通过试验对比验证该方法求解动态特性的准确性，为后续的参数优化设计奠定基础。
　　其次，针对大功率直动式电磁机构存在的闭合弹跳和分断能力不足等问题，分析决定其相关性能的关键指标。基于多目标粒子群算法对关键指标实现结构参数的最优化设计，选取反力弹簧和回跳弹簧的刚度与初始静压力为策略变量，触头吸合速度、衔铁分断速度、吸合时间为优化目标。
　　然后，基于大功率直动式电磁机构所具备的节能模块，提出并引入 PWM电压控制策略，同时在Microchip公司开发的MPLAB平台下以 PIC12F615单片机为控制核心通过 PICC语言编程实现相关电气功能，进而通过分段 PWM输出以调控电磁机构的动态特性。在此基础上，对包含电气控制参数的整机参数进行多目标粒子群优化设计。
　　最后，基于对电磁机构整机参数的多目标粒子群优化设计，确定了各参数的最佳配合方案，提出多目标参数的稳健设计，即静态参数的稳健设计和动态参数的稳健设计。通过多目标参数的寻优设计确定各参数的中心值组合，在此基础上分析其参数波动的容差设计。静态参数稳健设计主要是对电磁机构的公差链设计，计算出合理的开距及磁间隙的公差分配；动态参数稳健设计主要是通过对各目标下参数信噪比和灵敏度分析，在现有的加工工艺上实现了对动态特性目标量波动范围的控制。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题的来源及研究的目的和意义

1.2 课题的国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 电磁机构有限元模型及静动态特性求解

2.1 引言

2.2直动式电磁机构简介

2.3电磁机构静态特性的有限元求解（FEM）

2.4电磁机构动态特性的数值求解

2.5电磁机构动态特性的测试

2.6本章小结

第3章 基于NSMOPSO算法的电磁机构结构参数优化

3.1 引言

3.2 动态特性的主要问题

3.3基于多目标粒子群（NSMOPSO）的结构参数优化

3.4本章小结

第4章 线圈电压控制策略及整机参数优化

4.1 引言

4.2电磁机构线圈电压控制策略

4.3基于多目标粒子群（NSMOPSO）的电气参数优化

4.4基于多目标粒子群（NSMOPSO）的整机参数优化

4.5本章小结

第5章 多目标参数稳健优化设计

5.1引言

5.2多目标参数稳健性设计

5.3本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

声明

目录