[发明专利]基于响应面的动铁式比例电磁铁恒力预测方法

说明书

本发明公开了基于响应面的动铁式比例电磁铁恒力预测方法，涉及电磁铁优化领域，其步骤包括：一、通过有限元方法，在JMAG电磁仿真软件中建立了动铁式比例电磁铁有限元模型；二、利用响应面法中的中心复合设计进行试验设计，制定动铁式比例电磁铁在有效工作区间内的静态电磁力的实验方案；三、进行响应面法的预测以及对预测的验证，利用有限元模型分别对理想恒力值的影响因素进行预测，并利用有限元方法对预测的结果进行仿真分析，得到有限元方法计算结果与理想恒力值之间的最大误差和最小误差。本发明具有准确度高，节省设计时间和成本的优点。

技术领域

本发明涉及电磁铁优化领域，具体涉及基于响应面的动铁式比例电磁铁恒力预测方法。

背景技术

动铁式比例电磁铁作为电液比例控制技术中的关键部件，具备结构简单、推力大、维护方便等优点，被广泛的运用到国防、航天及民用等领域。动铁式比例电磁铁作为比例阀的阀芯驱动单元，其在有效工作行程内的恒力特性直接决定了比例阀的控制精度，所以在有效工作行程内的位移-力曲线的线性度是衡量比例阀工作性能的一个关键指标。李其朋等利用有限元方法研究各关键影响因素对 PS(proportional solenoid)恒力特性影响，并通过实验进行验证。谭松涛等利用Ansys软件通过分别改变线圈安装位置、励磁电流等因素，分析了电磁铁工作行程内电磁力变化情况。Yoshio Kano 等通过改变螺线管式电磁铁的磁路使输出的电磁力分布平坦化，利用有限元计算磁通密度和推力并将其与实验结果进行对比，论证有限元方法的可靠性。So-Nam Yun等利用FEM对MAPS影响因素进行了分析，采用遗传算法和加权处理的方法，对隔磁环关键的影响因素进行了循环调整，从而得到隔磁环的最优几何参数。Albert Schultz等研究了在动静态响应特性中MAPS的电磁力与励磁电流和工作气隙之间关系,并通过FEM进行验证。

上述研究只针对单一影响因素变化对电磁力的影响，未考虑各影响因素之间的交互作用，导致对电磁力优化效率较低

发明内容

为了克服背景技术的不足，本发明提供一种的基于响应面的动铁式比例电磁铁恒力预测方法。

本发明所采用的技术方案：基于响应面的动铁式比例电磁铁恒力预测方法，其步骤包括：

一、通过有限元方法，在JMAG电磁仿真软件中建立了动铁式比例电磁铁有限元模型；

二、利用响应面法中的中心复合设计进行试验设计，制定动铁式比例电磁铁在有效工作区间内的静态电磁力的实验方案；

三、进行响应面法的预测以及对预测的验证，利用有限元模型分别对理想恒力值的影响因素进行预测，并利用有限元方法对预测的结果进行仿真分析，得到有限元方法计算结果与理想恒力值之间的最大误差和最小误差。

所述步骤一包括：

1.1、利用Maxwell基本方程组的微分形式建立数学模型；

1.2、通过JAMG软件对动铁式比例电磁铁建立1/4仿真模型，并对各个零件进行网格划分，零件包括隔磁环、动铁、上下导套、上下壳体、励磁线圈以及空气区域；

1.3、利用静态特性测试平台对动铁式比例电磁铁在额定电流时进行静态位移-力特性测试，将测试结果与有限元方法仿真计算结果进行对比并分析产生误差的原因。

所述步骤1.1中Maxwell基本方程组的微分形式为：

安培环路定律：

法拉第定律：

高斯电通定律：▽·D＝ρ (3)

磁场高斯定律：▽·B＝0 (4)