本發(fā)明涉及一種繼電器類單機(jī)輸出特性獲取方法，屬于繼電器類單機(jī)產(chǎn)品性能分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多場有限元仿真的繼電器類單機(jī)輸出特性獲取方法。

背景技術(shù)：

繼電器類單機(jī)廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈等國防武器裝備系統(tǒng)中，完成信號傳遞、控制、系統(tǒng)配電等功能，是國防武器系統(tǒng)中重要的組成部分，其性能及可靠性直接影響著整個國防武器系統(tǒng)的可靠性。研究繼電器類單機(jī)聯(lián)合仿真分析方法并對其輸出特性進(jìn)行求解計(jì)算，對繼電器類單機(jī)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證、性能評估、可靠性評價以及產(chǎn)品優(yōu)化具有重要意義。

繼電器類單機(jī)通常由電磁繼電器、二極管、電阻等元器件構(gòu)成，進(jìn)行單機(jī)聯(lián)合仿真分析需要通過建立單機(jī)功能仿真模型以及各元器件分析模塊的實(shí)時調(diào)用來實(shí)現(xiàn)。其中，電磁繼電器作為影響單機(jī)輸出特性的關(guān)鍵元器件，需要進(jìn)行重點(diǎn)分析。目前，針對電磁繼電器的分析多采用數(shù)值分析方法，其中以有限元方法應(yīng)用最為廣泛。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，不同領(lǐng)域的有限元分析軟件也都日益成熟，如Ansys、Adams、Flux、Patran/Nastran等，雖然每種軟件各有所長，但又都有一定的局限性。此外，研究加工公差等因素對繼電器輸出特性的影響所需計(jì)算量大，應(yīng)用有限元方法進(jìn)行分析需時較長，難以滿足電磁繼電器乃至繼電器類單機(jī)輸出特性的計(jì)算要求。因而，快速準(zhǔn)確的對電磁繼電器進(jìn)行求解是實(shí)現(xiàn)繼電器類單機(jī)仿真分析的前提。

近年來，采用數(shù)學(xué)手段建立機(jī)電元件近似模型實(shí)現(xiàn)快速計(jì)算的分析方法得到廣泛應(yīng)用。在常用的電磁系統(tǒng)近似模型構(gòu)建方法中，響應(yīng)面法和移動最小二乘法難以準(zhǔn)確求解非線性程度較大的函數(shù)；基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的徑向基函數(shù)法需要大量重復(fù)計(jì)算，時效性不高，且模型參數(shù)求解困難；繼電器反力特性的計(jì)算，需要對簧片的柔度進(jìn)行分析，而柔度的計(jì)算可以通過對簧片微分彎曲方程式進(jìn)行二次積分的方式實(shí)現(xiàn)，但該方法計(jì)算困難，且對于各種復(fù)雜形狀繼電器簧片尤為明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的繼電器類單機(jī)綜合仿真分析方法所存在的各類問題，提供了一種基于多場有限元仿真的繼電器類單機(jī)輸出特性獲取方法。該方法通過建立單機(jī)各組成繼電器的多物理場有限元模型及快速計(jì)算模型，結(jié)合單機(jī)功能仿真實(shí)現(xiàn)了繼電器類單機(jī)輸出特性的高精度快速仿真分析。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于多場有限元仿真的繼電器類單機(jī)輸出特性獲取方法，包括：

步驟1，對繼電器類單機(jī)進(jìn)行建模，將其電路原理圖轉(zhuǎn)化為單機(jī)功能仿真模型；

步驟2，按照所述繼電器類單機(jī)內(nèi)各繼電器的工程圖紙的尺寸信息建立三維模型；將所述三維模型導(dǎo)入有限元軟件中，并對所述各繼電器的電磁系統(tǒng)靜態(tài)電磁特性與觸簧系統(tǒng)反力特性進(jìn)行仿真分析；實(shí)時調(diào)用所述有限元軟件的仿真分析結(jié)果及求解模塊完成所述各繼電器的多物理場有限元仿真；

步驟3，以所述多物理場有限元仿真結(jié)果為基礎(chǔ)，基于克里金插值Kriging法及變形能法分別建立所述各繼電器電磁系統(tǒng)電磁特性及觸簧系統(tǒng)反力特性的近似模型；通過所述電磁系統(tǒng)近似模型和所述觸簧系統(tǒng)反力特性近似模型分別得到輸入?yún)?shù)與電磁特性、機(jī)械特性的函數(shù)關(guān)系；采用數(shù)值方法求解電磁繼電器動態(tài)特性方程組，完成反映所述各繼電器輸入?yún)?shù)波動對所述各繼電器輸出特性變化影響的動態(tài)特性快速計(jì)算模型的建立；

步驟4，建立可以調(diào)用所述各繼電器動態(tài)特性快速計(jì)算模型并能夠控制所述單機(jī)功能仿真模型工作的腳本文件；

步驟5，根據(jù)繼電器類單機(jī)設(shè)計(jì)及評估中不同的分析需要，通過所述腳本文件實(shí)時調(diào)用所述各繼電器的動態(tài)特性快速計(jì)算結(jié)果，并注入到所述單機(jī)功能仿真模型進(jìn)行仿真計(jì)算，完成所述各繼電器的輸入?yún)?shù)波動對所述繼電器類單機(jī)輸出特性影響的仿真分析；

步驟6，通過單機(jī)功能仿真計(jì)算生成結(jié)果文件，對結(jié)果文件進(jìn)行讀取得到需要的繼電器類單機(jī)輸出特性信息。

優(yōu)化的，上述的一種基于多場有限元仿真的繼電器類單機(jī)輸出特性獲取方法，所述步驟2中，

按照所述繼電器的工程圖紙的尺寸信息，在UG軟件中建立所述繼電器的三維模型，并在Anasys軟件中建立所述繼電器簧片的柔性體模型；將所述模型文件導(dǎo)入Flux軟件及Adams軟件中，進(jìn)行分網(wǎng)及材料屬性設(shè)置，生成有限元模型，并對所述繼電器的靜態(tài)電磁輸出特性與動態(tài)機(jī)械參量進(jìn)行計(jì)算；通過Matlab實(shí)時調(diào)用所述靜態(tài)電磁輸出特性及動態(tài)機(jī)械參量計(jì)算結(jié)果，完成所述繼電器的多物理場有限元仿真并輸出動態(tài)特性計(jì)算結(jié)果。

優(yōu)化的，上述的一種基于多場有限元仿真的繼電器類單機(jī)輸出特性獲取方法，所述步驟3中，

選取電磁繼電器吸力曲線各拐點(diǎn)位置作為影響電磁系統(tǒng)暫態(tài)過程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，并在電磁系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)公差范圍內(nèi)均勻選取若干參數(shù)節(jié)點(diǎn)，應(yīng)用步驟2中的有限元方法計(jì)算各所述關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處各所述參數(shù)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的電磁吸力特性；

以所述電磁吸力特性有限元計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，基于Kriging法建立所述繼電器電磁系統(tǒng)的近似模型；

應(yīng)用變形能法對所述繼電器簧片的柔度進(jìn)行計(jì)算，并建立所述繼電器觸簧系統(tǒng)反力特性的近似模型；

通過靜態(tài)電磁輸出特性及動態(tài)機(jī)械參量計(jì)算結(jié)果對電磁系統(tǒng)近似模型及所述觸簧系統(tǒng)反力特性近似模型進(jìn)行驗(yàn)證與修正，進(jìn)而得到輸入?yún)?shù)與電磁特性、機(jī)械特性的函數(shù)關(guān)系；

采用數(shù)值方法求解電磁繼電器動態(tài)特性方程組，完成反映所述繼電器輸入?yún)?shù)波動對所述繼電器輸出特性變化影響的動態(tài)特性快速計(jì)算模型的建立。

優(yōu)化的，上述的一種基于多場有限元仿真的繼電器類單機(jī)輸出特性獲取方法，所述步驟5中，

根據(jù)繼電器類單機(jī)設(shè)計(jì)及評估中不同的分析需要，通過所述腳本文件實(shí)時調(diào)用各型號繼電器在不同輸入?yún)?shù)條件下的動態(tài)特性快速計(jì)算結(jié)果，并注入到所述單機(jī)功能仿真模型中，完成所述各繼電器的輸入?yún)?shù)波動對所述繼電器類單機(jī)輸出特性影響的仿真分析。

因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)通過建立單機(jī)各組成繼電器的多物理場有限元仿真模型，并以有限元仿真結(jié)果為基礎(chǔ)，構(gòu)建基于Kriging法及變形能法的繼電器電磁系統(tǒng)電磁特性及觸簧系統(tǒng)反力特性近似模型，結(jié)合所建立的單機(jī)功能仿真模型，實(shí)現(xiàn)了繼電器類單機(jī)輸出特性的高精度快速仿真分析；

(2)通過對繼電器類單機(jī)輸出特性的高精度快速仿真分析，得到繼電器底層參數(shù)與單機(jī)輸出特性的對應(yīng)關(guān)系，為繼電器類單機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)驗(yàn)證、性能評估、可靠性評價以及產(chǎn)品優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述基于多場有限元仿真的繼電器類單機(jī)輸出特性獲取方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明所述電磁繼電器動態(tài)特性多物理場有限元仿真流程圖；

圖3是本發(fā)明所述基于近似模型的電磁繼電器動態(tài)特性快速計(jì)算流程圖。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。

實(shí)施例：

下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括以下步驟：

步驟1：基于Simulink軟件對繼電器類單機(jī)進(jìn)行建模，將其電路原理圖轉(zhuǎn)化為單機(jī)功能仿真模型；

步驟2：通過CAD軟件按照所述繼電器類單機(jī)內(nèi)各繼電器的工程圖紙的尺寸信息建立三維模型；將所述三維模型導(dǎo)入有限元軟件中，并對所述各繼電器的電磁系統(tǒng)靜態(tài)電磁特性與觸簧系統(tǒng)反力特性進(jìn)行仿真分析；在Matlab中實(shí)時調(diào)用所述有限元軟件的仿真分析結(jié)果及求解模塊完成所述各繼電器的多物理場有限元仿真；

步驟3：以所述多物理場有限元仿真結(jié)果為基礎(chǔ)，基于Kriging法及變形能法分別建立所述各繼電器電磁系統(tǒng)電磁特性及觸簧系統(tǒng)反力特性的近似模型；通過所述電磁系統(tǒng)近似模型和所述觸簧系統(tǒng)反力特性近似模型分別得到輸入?yún)?shù)與電磁特性、機(jī)械特性的函數(shù)關(guān)系；采用數(shù)值方法求解電磁繼電器動態(tài)特性方程組，完成反映所述各繼電器輸入?yún)?shù)波動對所述各繼電器輸出特性變化影響的動態(tài)特性快速計(jì)算模型的建立；

步驟4：建立可以調(diào)用所述各繼電器動態(tài)特性快速計(jì)算模型并能夠控制所述單機(jī)功能仿真模型工作的腳本文件；

步驟5：根據(jù)繼電器類單機(jī)設(shè)計(jì)及評估中不同的分析需要，通過所述腳本文件實(shí)時調(diào)用所述各繼電器的動態(tài)特性快速計(jì)算結(jié)果，并注入到所述單機(jī)功能仿真模型進(jìn)行仿真計(jì)算，完成所述各繼電器的輸入?yún)?shù)波動對所述繼電器類單機(jī)輸出特性影響的仿真分析；

步驟6：通過單機(jī)功能仿真計(jì)算生成結(jié)果文件，對結(jié)果文件進(jìn)行讀取得到需要的繼電器類單機(jī)輸出特性信息。

完成基于多物理場有限元耦合仿真的繼電器類單機(jī)聯(lián)合仿真分析及輸出特性獲取。

其中：

步驟1中按照繼電器類單機(jī)電路原理圖，在Simulink軟件中建立所述繼電器類單機(jī)的功能仿真模型；

在步驟2中，以所述繼電器類單機(jī)內(nèi)的一種繼電器為例進(jìn)行說明，如圖2所示，首先按照所述繼電器的工程圖紙的尺寸信息，在UG軟件中建立所述繼電器的三維模型，并在Anasys軟件中建立所述繼電器簧片的柔性體模型；將所述模型文件導(dǎo)入Flux軟件及Adams軟件中，進(jìn)行分網(wǎng)及材料屬性設(shè)置，生成有限元模型，并對所述繼電器的靜態(tài)電磁輸出特性與動態(tài)機(jī)械參量進(jìn)行計(jì)算；通過Matlab實(shí)時調(diào)用所述靜態(tài)電磁輸出特性及動態(tài)機(jī)械參量計(jì)算結(jié)果，完成所述繼電器的多物理場有限元仿真并輸出動態(tài)特性計(jì)算結(jié)果；

如圖3所示，在步驟3中，首先選取步驟二中所述電磁繼電器吸力曲線各拐點(diǎn)位置作為影響電磁系統(tǒng)暫態(tài)過程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，并在電磁系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)公差范圍內(nèi)均勻選取若干參數(shù)節(jié)點(diǎn)，應(yīng)用步驟2中所述的有限元方法計(jì)算各所述關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處各所述參數(shù)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的電磁吸力特性；以所述電磁吸力特性有限元計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，基于Kriging法建立所述繼電器電磁系統(tǒng)的近似模型；應(yīng)用變形能法對所述繼電器簧片的柔度進(jìn)行計(jì)算，并建立所述繼電器觸簧系統(tǒng)反力特性的近似模型；通過步驟二中所述靜態(tài)電磁輸出特性及動態(tài)機(jī)械參量計(jì)算結(jié)果對所述電磁系統(tǒng)近似模型及所述觸簧系統(tǒng)反力特性近似模型進(jìn)行驗(yàn)證與修正，進(jìn)而得到輸入?yún)?shù)與電磁特性、機(jī)械特性的函數(shù)關(guān)系；采用數(shù)值方法求解電磁繼電器動態(tài)特性方程組，完成反映所述繼電器輸入?yún)?shù)波動對所述繼電器輸出特性變化影響的動態(tài)特性快速計(jì)算模型的建立；重復(fù)執(zhí)行步驟2及步驟3，完成所述繼電器類單機(jī)內(nèi)各型號繼電器的動態(tài)特性快速計(jì)算模型的建立；

在步驟4中，建立可以調(diào)用步驟3所述各型號繼電器動態(tài)特性快速計(jì)算模型并能夠控制步驟一所述單機(jī)功能仿真模型工作的腳本文件；

在步驟5中，根據(jù)繼電器類單機(jī)設(shè)計(jì)及評估中不同的分析需要，通過所述腳本文件實(shí)時調(diào)用所述各型號繼電器在不同輸入?yún)?shù)條件下的動態(tài)特性快速計(jì)算結(jié)果，并注入到步驟一所述單機(jī)功能仿真模型中，完成所述各繼電器的輸入?yún)?shù)波動對所述繼電器類單機(jī)輸出特性影響的仿真分析；

在步驟6中，通過步驟五中所述單機(jī)功能仿真生成結(jié)果文件，對結(jié)果文件進(jìn)行讀取得到所述繼電器類單機(jī)的輸出特性信息。

完成基于多物理場有限元耦合仿真的所述繼電器類單機(jī)聯(lián)合仿真分析及輸出特性獲取流程。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。