電磁閥仿真優化設計分析系統的製作方法
2023-10-17 20:24:19
專利名稱：電磁閥仿真優化設計分析系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及電磁閥設計技術領域，特別是一種電磁閥仿真優化設計分析系統。
背景技術：
電磁閥作為一種與企業安全生產直接相關的重要工業產品，在眾多領域起著不可或缺的作用。將現代虛擬設計仿真技術引入電磁閥的設計中，在不改變電磁力的情況下，減少電磁機構的體積，節約銅鐵用量，優化動作過程，提高電磁閥的使用壽命，減少穩定狀態的工作溫升，同時結合流量控制具體情況，實現節能、節材、穩定運行，成為可能。但是，國內對電磁閥的研究起步較晚，對電磁閥的設計理論研究更加滯後。電磁閥的虛擬仿真設計領域，目前國內處於真空狀態。我國電器行業計算機設計仿真技術近年來發展迅速，已有開關板、保護屏等成套裝置的設計技術，電磁鐵及電磁系統的計算仿真技術，電器產品的動靜特性分析和優化設計等等。虛擬樣機技術是以機械系統動力學和運動學仿真技術為核心，兼顧可視化技術、有限元方法、優化設計技術等的綜合性技術。它克服了傳統設計中製造及試驗周期長、成本高的缺點，擁有靈活的市場反應能力。我國電器領域虛擬樣機技術正在蓬勃發展。其中，西安交通大學針對斷路器和接觸器開展的虛擬樣機研究內容已涉及到了電、磁、力、溫度等多物理場的分析，並注重了各物理場之間的耦合作用。福州大學、河北工業大學等主要在低壓電器裝配方向做了大量研究工作。這些系統大都採用了在三維專業造型軟體基礎上進行二次開發，從而具有統一資料庫的零件造型與可視化的裝配過程仿真功能，並可以完成與裝配相關的功能分析，如質量、轉動慣量的計算，反力參數的計算，裝配零件間餘隙分析與幹涉檢驗等等。應用各種通用有限元軟體開展針對低壓電器的三維電磁場有限元計算，觸頭間電動斥力的有限元分析以及電器溫度場的仿真分析等。尤其在低壓電器電弧研究方面，將溫度場、流體場耦合計算，成功模擬了電弧的生成、移動。應用動力學仿真軟體對電器機構的動力學特性進行研究。因此，借鑑低壓電器的設計方法，開發和研究具有智能優化設計功能的電磁閥計算、優化仿真設計、分析系統，是一件十分有意義的工作。
發明內容
本發明的目的在於提供一種電磁閥仿真優化設計分析系統，該系統有利於對電磁閥進行全面的仿真優化設計分析，從而設計出性能優良的電磁閥。為實現上述目的，本發明採用的技術方案是一種電磁閥仿真優化設計分析系統， 其特徵在於包括系統管理中心B、動態設計模塊、溫升計算模塊、優化設計模塊、失效機理分析模塊、輸出管理模塊L和輸出結果模塊M ；
所述系統管理中心B與所述動態設計模塊、溫升計算模塊、優化設計模塊和失效機理分析模塊相連接，所述系統管理中心B用於選定電磁閥類型以及需要完成的工作是動態設計、溫升計算、優化設計或失效機理分析；所述動態設計模塊包括動態參數設置模塊Cl、與所述動態參數設置模塊Cl相連接的吸合過程動態計算模塊H、分斷過程動態計算模塊I和吸持階段計算模塊J，所述吸持階段計算模塊J另一輸入端與所述溫升計算模塊的溫升計算結果模塊K2相連接以進行溫度計算的校驗，所述吸合過程動態計算模塊H、分斷過程動態計算模塊I和吸持階段計算模塊J 的計算結果共同傳輸到動態特性仿真模塊Kl中進行存儲和數據處理；所述動態特性仿真模塊Kl的計算結果送入所述輸出管理模塊L中；
所述溫升計算模塊包括溫升參數設置模塊D1、與所述溫升參數設置模塊Dl相連接的溫度場計算模塊N和電磁場計算模塊0，所述溫度場計算模塊N和電磁場計算模塊0的計算結果共同傳輸到溫升計算結果模塊K2，所述溫升計算結果模塊K2的計算結果分兩路輸出， 一路輸出至所述吸持階段計算模塊J中，另一路送入所述輸出管理模塊L中；
所述優化設計模塊包括優化參數設置模塊El和與所述優化參數設置模塊El相連接的優化計算程序模塊R，所述優化計算程序模塊R調用動態計算程序模塊T和溫升校驗計算模塊U，然後將符合優化設計條件的參數結果送入所述輸出管理模塊L中；
所述失效機理分析模塊包括失效參數設置模塊Fl、失效機理計算模塊S和失效分析結果模塊K4，所述失效分析結果模塊K4將數據整理和分析結論送入所述輸出管理模塊L中； 所述輸出管理模塊L用於匯總動態設計、溫升計算、優化設計、失效機理分析的各種數據和結果，形成報告並送入所述輸出結果模塊M中；
所述輸出結果模塊M用於輸出相應的產品分析報告。本發明的有益效果是針對目前電磁閥特性仿真、動態優化設計領域的空白狀態， 通過對電磁閥電磁系統和整體結構進分析、計算、建模、試驗，結合虛擬設計技術，建立電磁閥仿真優化設計分析系統，為設計性能優良的電磁閥奠定基礎。下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
圖1是本發明實施例的工作原理框圖。
具體實施例方式本發明的電磁閥仿真優化設計分析系統，如圖1所示，包括系統登錄模塊A、系統管理中心B、動態設計模塊、溫升計算模塊、優化設計模塊、失效機理分析模塊、輸出管理模塊L和輸出結果模塊M。所述系統登錄模塊A用於對管理人員和登錄密碼進行管理。所述系統管理中心B與所述動態設計模塊、溫升計算模塊、優化設計模塊和失效機理分析模塊相連接，所述系統管理中心B用於選定電磁閥類型以及需要完成的工作是動態設計、溫升計算、優化設計或失效機理分析。選擇好需要完成的操作以後，就進入各自的計算分析模塊。所述動態設計模塊包括動態參數設置模塊Cl、與所述動態參數設置模塊Cl相連接的吸合過程動態計算模塊H、分斷過程動態計算模塊I和吸持階段計算模塊J。在所述動態參數設置模塊Cl中，可以設定電磁閥的結構、材料、工作電壓、反力特性、關鍵參數等。所述吸持階段計算模塊J另一輸入端與所述溫升計算模塊的溫升計算結果模塊K2相連接以
4進行溫度計算的校驗，所述吸合過程動態計算模塊H、分斷過程動態計算模塊I和吸持階段計算模塊J的計算結果共同傳輸到動態特性仿真模塊Kl中進行存儲和數據處理；所述動態特性仿真模塊Kl的計算結果送入所述輸出管理模塊L中。所述溫升計算模塊包括溫升參數設置模塊D1、與所述溫升參數設置模塊Dl相連接的溫度場計算模塊N和電磁場計算模塊0。在所述溫升參數設置模塊Dl中可以設置激磁線圈的線徑、匝數、材料、鐵心的各種參數、骨架參數、激磁電壓等。所述溫度場計算模塊 N和電磁場計算模塊0的計算結果共同傳輸到溫升計算結果模塊K2，所述溫升計算結果模塊K2的計算結果分兩路輸出，一路輸出至所述吸持階段計算模塊J中，另一路送入所述輸出管理模塊L中。所述優化設計模塊包括優化參數設置模塊El和與所述優化參數設置模塊El相連接的優化計算程序模塊R。在所述優化參數設置模塊El中可以選擇優化設計方法、優化的目標函數、優化變量等。所述優化計算程序模塊R調用動態計算程序模塊T和溫升校驗計算模塊U,該動態計算程序模塊T可以根據需要選擇計算的過程，如只考慮動態吸合過程等， 溫升校驗計算模塊U可以選擇吸持階段進行溫升校驗，然後將符合優化設計條件的參數結果送入所述輸出管理模塊L中。所述失效機理分析模塊包括失效參數設置模塊Fl、失效機理計算模塊S和失效分析結果模塊K4，在失效參數設置模塊Fl中可以對失效機理分析的各關鍵參數進行設置，選擇影響因子等，然後進入失效機理計算模塊S進行產品失效機理分析計算，得出結論，將結論送入結果模塊K4中，所述失效分析結果模塊K4將數據整理和分析結論送入所述輸出管理模塊L中。所述輸出管理模塊L用於匯總動態設計、溫升計算、優化設計、失效機理分析的各種數據和結果，形成報告並送入所述輸出結果模塊M中。所述輸出結果模塊M用於輸出相應的產品分析報告。下面對本發明涉及的動態設計模塊、溫升計算模塊、優化設計模塊、失效機理分析模塊作進一步闡述。( 1)電磁閥動態設計模塊
電磁閥的動作過程是一個集電、磁、熱、機械運動於一體的複雜過程，嚴格可以分為運動階段和靜止階段。在運動階段中，又可以分為吸合運動階段與分斷運動階段；在靜止階段中可分為吸持階段和斷開階段。斷開階段是一種不工作狀態，可以不考慮其電磁場的情況。因此，必須建立吸合運動階段、分斷運動階段、吸持階段的特性計算模型。電磁閥多為螺管式結構的磁場結構，其位置空間小、磁路磁通走向複雜、磁極端面不規則、漏磁通參與做功。因此，電磁場分析與計算十分複雜。目前，對電磁機構的分析計算大多採用兩種計算分析方法①「磁路」計算方法。該方法通過建立等效磁路，建立電壓平衡方程、達朗貝爾運動方程、麥克斯維爾磁場方程、熱平衡方程，組成動態特性計算方程組，進行特性計算。此方法的缺點是等效過程將帶來一定計算誤差，尤其是對氣隙部分和漏磁部分的等效計算，優點是計算速度快、特性分析直觀，在優化設計過程可直接調用，設計方便。②「磁場」計算方法。該方法的計算基礎是有限元分析，有限元計算可以精確的得知電磁場的各個參量在三維空間的分布情況與大小、漏磁場的分布、磁場儲能等量值，缺點是計算工作量大、需要的資源多，雖然目前有不少商業軟體，可以方便的進行有限元電磁場分析與計算，但是，應用成本高、使用複雜，優化設計調用存在一定困難。因此，本設計採用了 「場」、「路」結合的計算分析方法，優點顯著。(2)電磁閥溫升計算分析模塊
電磁閥大多具有結構緊湊、工作精度高的特點。在閥門的工作工程中，要求電磁機構工作溫升低值而穩定。因此，在電磁閥的優化設計過程中，溫升作為一個重要的指標來要求， 在節材、節能、工作可靠的基礎上，要求工作溫升在允許範圍內。溫升模塊包含電磁閥穩定工作過程中，吸持狀態的溫度場與電磁場計算部分，可以單獨計算樣機的溫升，也作為優化設計的一個子模塊。(3)電磁閥優化設計模塊
電磁閥的優化設計方法有許多種，可以採用目前收斂速度快、尋優效果好的蟻群算法、 遺傳算法、粒子群算法等，通過設定目標函數和優化變量，調用動態計算、溫升計算模塊，尋找節能、節材、壽命長、性能指標滿足要求的電磁閥產品。(4)電磁閥失效機理分析模塊
根據電磁閥動態特性、溫升參數、動作指標、運行結果，以及專家經驗，建立電磁閥失效機理分析模塊，通過計算給產品提供改進意見和建議，為電磁閥的設計、研製奠定理論基石出。以上是本發明的較佳實施例，凡依本發明技術方案所作的改變，所產生的功能作用未超出本發明技術方案的範圍時，均屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種電磁閥仿真優化設計分析系統，其特徵在於包括系統管理中心B、動態設計模塊、溫升計算模塊、優化設計模塊、失效機理分析模塊、輸出管理模塊L和輸出結果模塊M ；所述系統管理中心B與所述動態設計模塊、溫升計算模塊、優化設計模塊和失效機理分析模塊相連接，所述系統管理中心B用於選定電磁閥類型以及需要完成的工作是動態設計、溫升計算、優化設計或失效機理分析；所述動態設計模塊包括動態參數設置模塊Cl、與所述動態參數設置模塊Cl相連接的吸合過程動態計算模塊H、分斷過程動態計算模塊I和吸持階段計算模塊J，所述吸持階段計算模塊J另一輸入端與所述溫升計算模塊的溫升計算結果模塊K2相連接以進行溫度計算的校驗，所述吸合過程動態計算模塊H、分斷過程動態計算模塊I和吸持階段計算模塊J 的計算結果共同傳輸到動態特性仿真模塊Kl中進行存儲和數據處理；所述動態特性仿真模塊Kl的計算結果送入所述輸出管理模塊L中；所述溫升計算模塊包括溫升參數設置模塊D1、與所述溫升參數設置模塊Dl相連接的溫度場計算模塊N和電磁場計算模塊0，所述溫度場計算模塊N和電磁場計算模塊0的計算結果共同傳輸到溫升計算結果模塊K2，所述溫升計算結果模塊K2的計算結果分兩路輸出， 一路輸出至所述吸持階段計算模塊J中，另一路送入所述輸出管理模塊L中；所述優化設計模塊包括優化參數設置模塊El和與所述優化參數設置模塊El相連接的優化計算程序模塊R，所述優化計算程序模塊R調用動態計算程序模塊T和溫升校驗計算模塊U，然後將符合優化設計條件的參數結果送入所述輸出管理模塊L中；所述失效機理分析模塊包括失效參數設置模塊Fl、失效機理計算模塊S和失效分析結果模塊K4，所述失效分析結果模塊K4將數據整理和分析結論送入所述輸出管理模塊L中； 所述輸出管理模塊L用於匯總動態設計、溫升計算、優化設計、失效機理分析的各種數據和結果，形成報告並送入所述輸出結果模塊M中；所述輸出結果模塊M用於輸出相應的產品分析報告。
2.根據權利要求1所述的電磁閥仿真優化設計分析系統，其特徵在於該系統還包括系統登錄模塊，所述系統登錄模塊用於對管理人員和登錄密碼進行管理。
全文摘要
本發明涉及一種電磁閥仿真優化設計分析系統，包括系統管理中心、動態設計模塊、溫升計算模塊、優化設計模塊、失效機理分析模塊、輸出管理模塊和輸出結果模塊；所述系統管理中心與所述動態設計模塊、溫升計算模塊、優化設計模塊和失效機理分析模塊相連接，所述動態設計模塊、溫升計算模塊、優化設計模塊和失效機理分析模塊將計算結果送入所述輸出管理模塊中；所述輸出管理模塊匯總動態設計、溫升計算、優化設計、失效機理分析的各種數據和結果，並由輸出結果模塊輸出相應的產品分析報告。該系統有利於對電磁閥進行全面的仿真優化設計分析，從而設計出性能優良的電磁閥。
文檔編號G06F17/50GK102222145SQ20111017733
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月29日 優先權日2011年6月29日
發明者林抒毅, 程祝媛, 許志紅 申請人:福州大學