平衡力式继电器快速计算模型及应用研究

摘要

平衡力式继电器存在的批次间产品不一致问题，已严重影响其性能和可靠性。继电器批次产品一致性问题可通过质量特性分析和容差设计进行解决。而上述工作的开展均需要对继电器的输出特性进行大量的计算。目前继电器输出特性计算的常用手段是有限元分析，其精度高却耗时长。本文针对平衡力式继电器的快速、精确计算问题，探索了基于场路结合的继电器快速计算方法，在发现其局限性后，基于有限元仿真结果，利用自定义插值函数与 Kriging结合的方式，提出一种新的、适用于平衡力式继电器多回路磁路的快速计算方法。
　　本文首先采用多软件联合仿真的方式对继电器进行仿真建模与分析。采用UG建立物理模型，利用FLUX进行电磁系统仿真分析，得到电磁特性静态数据表；然后在ADAMS中建立触簧系统模型，分析不同位置的反力特性；最后基于Matlab/Simulink模块建立动态特性仿真平台，并利用四阶龙格库塔法求解动态特性微分方程组，进而得到继电器动态特性。然后，利用有限元计算结果，通过磁路建模，研究基于场路结合的继电器快速计算方法。针对平衡力式继电器的含永磁多回路磁路，确定气隙磁阻的类型及计算方法；并通过拟合软磁材料 B-H曲线解决磁路“反求问题”，确定永磁等效模型；利用量子粒子群算法求解多磁路回路非线性方程组，计算电磁系统静态特性；基于空间映射法实现继电器电磁特性的快速计算，计算结果表明场路结合方法对平衡力式继电器电磁特性分析具有局限性。根据前文研究的结果，采用近似建模思想进行平衡力式继电器的快速计算建模研究。基于泰勒公式和自定义插值函数确定电磁系统的基础模型；通过Kriging方法对模型进行误差补偿，提高模型的精度；基于变性能法计算反力特性，进而求解动态特性微分方程组，完成动态特性快速计算模型的建立。最后，基于所建立的快速计算模型，通过质量特性分析和容差设计方法优化关键设计参数公差，提高批次产品一致性。基于蒙特卡洛方法建立虚拟样本，通过质量特性分析方法确定影响显著的关键设计参数；设计正交试验，确定各设计参数贡献率；基于迭代的思想实现容差优化的优化分配，并通过质量特性分析验证优化的合理性。

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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 继电器动态特性仿真分析

2.1 引言

2.2 电磁系统静态特性仿真分析

2.3 触簧系统静态特性仿真分析

2.4基于联合仿真技术的继电器动态特性仿真分析

2.5 本章小结

第3章 基于磁路法的继电器快速计算模型的建立

3.1 引言

3.2 电磁系统磁路的构造与分析

3.3 磁路方程组的求解

3.4 基于映射系数法的磁路结果修正

3.5 本章小结

第4章 基于Kriging法的继电器快速计算模型建立

4.1 引言

4.2 基于自定义函数的电磁系统近似模型的建立

4.3 Kriging插值模型的建立

4.4 动态特性快速计算模型的建立

4.5 本章小结

第5章 平衡力式继电器容差设计与优化

5.1 引言

5.2 质量特性分析

5.3 容差设计

5.4 容差优化

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其他成果

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致谢